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1、陕西省地方标准油井伴生气中C02排出的计监测技术规范编制说明一、工作概况随着国家对双碳工作的重视，各相关领域的能源企业与质量管理部门持续加大对该工作的投入，碳计量工作的重要性也不断提升。目前，石油领域碳排放计算仍停留在通过实测法、物料衡算法、工艺过程统计、逸散排放等宏观层面的方式进行统计，并未制定针对特定环节精细的计量系统评价方法。因此，起草小组在油田CCUS环节中碳埋存的精细领域，针对油井伴生气中二氧化碳排出量的计量，制定精细化的监测系统与计算标准，利用该数据，更加准确的计算二氧化碳真实的埋存量，解决CCUS（碳捕集、利用与封存技术）碳利用和封存环节油井二氧化碳排出量没有监测工艺流程和精细计
2、算方法标准的问题。同时，为含二氧化碳伴生气处置与利用方法的研究提供依据。为职能部门对C02封存量数据的核准提供支持。目前，对井口伴生气中二氧化碳含量检测，企业还停留在通过间断性点采的方式通过气相色谱进行检测，这种检测方式仅能对二氧化碳含量进行非常粗略的局部估算，与真实排出量存在巨大误差，并不能用于碳埋存数据的准确测算。而企业因政策原因并没有较强的意愿对该项工作进行标准化的制定。因此，监管单位与企业、高校联合制定一套误差相对低，且能够持续进行测算的计量系统，进行碳埋存的精确计量评价，具有很强的现实意义。同时，为了进一步贯彻落实陕西省标准化发展战略纲要（20112020年）（陕政发（2011）8号
3、）文件精神,围绕J：陕西省标准化发展战略纲要（20一2020年）和标准化提升年卜大工程,根据陕西省质量技术监督局关于下达2016年第一批地方标准制修订项目计划的通知（陕质监标（2016）7号）要求,完成油井伴生气中CO2排出量的计量监测技术规范地方标准的制订工作。本标准制订任务下达后，陕西计量科学研究院积极组织，成立标准编写领导小组，明确标准编写任务。陕西计量科学研究院标准编制组在调研了部分能源企业和相关科研院校的基础上，开始起草标准。各编写人员就标准内容进行了认真讨论，并邀请相关领导和知名专家提供建设性的意见和建议。针对标准的编写，我们多次与省市场监管局标准化处、省能源局、省国资委领导进行请
4、教、交流，为标准的制订明确了方向、确立了构架。而后，我们就标准起草中的意见和建议，分析比对，借鉴国家其他行业相关标准经验、查阅资料，向省内涉及CCUS技术单位及一线技术人员了解现状，确定标准草案，经多次修改完善形成标准征求意见稿。标准起草小组成员为付磊、范昊坤等16人，付磊同志为项目负责人，主要负责标准的技术分析、标准起草、意见汇总和标准修改；其他同志负责资料收集、数据分析、校对及标准格式校核。本次制订是参照石油天然气开采企业二氧化碳排放计算方法等相关标准规范，结合井口伴生气排放特点，完成本标准制订和完善。编制工作从2023年5月开始，2023年11月完成征求意见稿。工作简要过程如下：1、调研
5、相关标准和相关国家、行业标准的应用、发展情况（2023年5月1日6月31日）参照石油天然气开采企业二氧化碳排放计算方法（SY/T7297-2016）.二氧化碳驱油封存项目碳减排量核算技术规范（DT37/T45482022）等标准，结合计量监测系统使用的设备装置与数据存储与分析方法的特点及现场实际情况，对相关国家、行业标准的修订更新等方面开展调研，最终完成基础资料的收集。2、编写标准工作组讨论稿（2023年7月1日2023年8月31日）2023年7月1日2023年8月31日，根据调研情况确定制订工作路线和预期水平，完成了标准工作组讨论稿的编写。3、编写标准工作组讨论修改稿（2023年9月1日20
6、23年9月31日）2023年9月1日2023年9月15日，在标准修订负责单位（陕西省计量科学研究院）内部征求意见。2023年9月16日2023年9月31日，收集整理相关单位意见，形成标准工作组讨论修改稿。4、编写标准征求意见稿（2023年10月1日2023年11月30日）2023年10月1日2023年11月30日，召开本标准编写组审查会，对标准进行了审查，同意通过对该标准的审查，根据审查意见，对标准做了完善性修改，形成了标准的征求意见终稿。二、标准编制原则和主要内容本标准根据标准化工作导则GB1.1-2020编写规定进行编写，符合以下原则：1、科学合理，技术先进，积极采用国内外先进技术方法、标
7、准；2、目的明确，有利于促进技术进步，提高科研水平；3、经济适用，有利于合理利用资源，提高经济效益；4、安全可靠，可操作性强，符合各方利益要求；5、符合国家的政策，贯彻国家的法律法规。本标准征求意见稿内容共9章，第1章为范围；第2章为规范性引用文件；第3章为术语与定义；第4章为计量监测原则；第5章为计量监测系统；第6章为检测与计量方法；第7章为检定与校准；第8章为安全。三、主要实验(或验证)情况分析1、确定标准主要内容的论据本标准参照了中华人民共和国推荐性国家标准，并结合激光拉曼光谱法的特点确定了本标准的主要内容。本标准制定过程中参照的主要标准见表Io表1参照标准序号标准号标准内容1GB/T1
8、8604-2014用气体超声流量计测量天然气流量2GBZ1-2010GBZ1-2010工业企业设计卫生标准3HG/T20570.8-1995气-液分离器设计4SY/T6660-2021用旋转容积式气体流量计测量天然气流量5DB61/T1161-2018天然气组成分析激光拉曼光谱法6JJG633-2005气体容积式流量计7JJG1030-2007超声流量计2、本标准涉及的计量监测系统及计量汇算方法(1)本标准涉及的计量监测系统及范围本标准涉及计量监测系统包括：气液分离器、气体流量计、在线气体组成分析设备、数据存储与传输设备。（2）本标准涉及的计量汇算方法井口伴生气二氧化碳排出量的计量方法：按本标
9、准第6章的规定执行。3、本标准涉及的计量监测系统的选择及计量汇算方法的验证（1）计量监测系统的选择一、伴生气通常为气液混合流体，该种流体对气体流量计和气体组成分析会产生一定干扰。因此，本标准设计的计量监测系统中，需在气体流量计和气体组成分析设备前置常规的气液分离器且能满足HG/T20570.8-1995的设计要求,保证系统核心部分能较为准确的运行。二、在气体流量计的选择上，通过分析井口伴生气的特点：流量不稳定，气体密度低变化大、无规律，气压低，不同井场不能都满足较长直管段要求，输气管路振动不定等特点，并考虑监测场地油井伴生气井口压力较低，和各类气体流量计的性能条件下，最终确定了超声波流量计和腰
10、轮流量计作为流量监测的装置。原因如下，目前，常见的气体流量计主要有孔板流量计、气体腰轮流量计、超声波流量计、差压流量计、气体涡街流量计、气体旋进漩涡流量计、科里奥流量计，均可作为天然气或伴生气流量计量设备，但它们的使用场景却有不同的要求。1、孔板流量计不需气体密度进行校正，但对气体流量有要求，气体流量较小或出现脉冲流孔板流量计可能出现无法识别或误差过大的问题，且对直管段有较长的要求；2、差压流量计，不仅需要气体密度进行校正，同时，存在与孔板流量计相同的对气体流量较小或出现脉冲流孔板流量计可能出现无法识别或误差过大的问题，且对直管段有较长的要求；3、气体涡街流量计和气体旋进漩涡流量计对振动敏感，
11、有直管段长度要求，通常用于工厂稳定气流的计量；4、科里奥流量计，优点很多，但是不适合井口伴生气低密低压的特点。因此，通过比对，剩下的气体超声波流量计具有的不需气体密度校正，不受脉冲流影响的特点最适合井口伴生气的监测。但超声波流量计对直管段有一定要求，并且管路振动频率不能与超声频率接近。所以，当井场不具备满足超声波流量计直管段要求或存在管路振动频率接近时，可以选择气体腰轮流量计。它具有无直管要求，不需气体密度校正的要求，缺点是噪音大，但对于野外井场环境来说噪音的要求很低，可以忽略其影响。那么，首先选择超声波流量计而不是气体腰轮流量计的原因在于，超声波流量计的始动流量非常低，达到O.02m7h左右
12、，接近于0;而气体腰轮流量计的始动流量最低达到0.04m3h以上，对气体的测量存在一定损失。在二者精度同样达到1%的条件下，测量的损失量会使测量的结果产生误差，但不足以显著影响结果。但当超声波流量计精度达到0.5%,气体腰轮流量计精度仍然是现时，误差就会表现出来。所以，首先选择超声波流量计，且性能应满足GB/T18604-2014第6条的要求；当客观条件无法满足时，再选择气体腰轮流量计，且性能应满足SY/T6660-2021第6条的要求。三、在线气体分析设备的选择上，存在拉曼激光光谱气体分析仪和在线气相色谱仪两种工业化设备。选择拉曼激光光谱气体分析仪没有选择在线气相色谱仪的原因则在于：在线气相
13、色谱仪仅能在线连续监测几十个小时，且监测频率较低，通常十几分钟至半小时才采集一个数据，与拉曼激光光谱气体分析仪50毫秒的检测频率对比，差距非常大。同时，拉曼激光光谱气体分析仪可选择测试伴生气的主要气体成分8T6种，且具备连续工作12个月以上的能力，非常适合连续监测。规格尺寸：40x30x25cm（约家用微波炉大小）仪表参数气体检测装置气体参数工作条件重量：20公斤电源：120ACV/230ACV7/,50/60HZ最大功率：250瓦检测原理：使用氮-气激光激发检测腔内气体的拉曼散射光谱样气采集：自抽取式（由仪表内部集成采样泵完成）检测频率：50亳秒预热时间：IO分钟气体种类：可同时测CO、CO
14、2、H2S、N2、02、H2、CH4、H20、SO2等气体数量：单台仪表可测8种检测范围：0-100%标准分辨率：0.1%的最大量程标准精度：0.25%的最大量程分析仪响应时间：=1秒系统响应时间：=10秒（由气体采样距离长短而定）分析仪工作温度：17。C-35oC样气湿度：常温下水蒸气含量不超过5%,如超过则需要样气预处理有除水装置样气粉尘：粉尘微粒02m（由预处理过滤器保证）样气温度（分析仪内）：40.6C由分析仪内置加热装置自动完成样气流速（分析仪入口）:200-300mlmin样气压力（分析仪入口）:等于一个标准大气压样气压力（分析仪气腔内）：84kP由内置采样泵自动调节恒定压力连续工
15、作时间：12个月采样管线规格：外径1/8”（约3mm）不锈钢管光学器件吹扫：吹扫气源为洁净空气或纯氮气，压力要求为一个标准大气压三、在数据存储与传输设备的需求上，目前大部分流量计和拉曼激光光谱气体分析仪均可以安装硬盘且自带的USB接口或485通讯，具有对数据进行储存与传输的能力。需要实时远传功能时，也可安装GPRS通讯等功能的部件，利用远程计算机进行记录。（2）检定与校准气体流量计按照检定规程里规定的相应周期及具有资格的检定人员进行检定；激光拉曼光谱气体分析仪则需同过使用二级标物对用于标定的标准气体进行校正。（3）计量汇算方法一、监测周期。监测选择一周作为一个采集周期的原因是，根据现场监测人员
16、通过便携式气体分析仪的跟踪监测发现，二氧化碳排出基本都发生在一周时间以内，通常一至三天就监测不到二氧化碳的气体信号，少量监测井因低渗地层的原因使其排出时间延缓至一周，这也与气体低粘、低密、运动快速的特点相吻合，因此规定了一周的监测采集周期。规定当本轮监测周期二氧化碳平均浓度达到500ppm以下，即认为二氧化碳排放完毕。原因包括：1、室外空气环境二氧化碳浓度在300-450PPnb也可认为二氧化碳在空气中的本底浓度；2、当人体存在于二氧化碳浓度500PPm以上时,人开始对二氧化碳产生不舒服的反应，并随浓度的增加，加重反应。综合考虑,以二氧化碳浓度500ppm为下限作为监测的最低浓度标准。二、流量
17、和气体组分的监测。按照周期，通过硬盘或记录仪收集数据，当不具通过硬盘或记录仪按周期收集数据时，应当通过实时传输方式将数据传至远程计算机。目前市场上售卖的流量计、气体组分分析仪均具备这些功能，可以满足目标。三、二氧化碳排出量的计算。在计算时，根据设备检测频率，选择同频数据进行计算。如，流量计瞬时数据记录频率为l/o.5s,而激光拉曼光谱气体分析仪数据记录频率为1/0.05s,那么，选择同时间内低频时间数据作为单位数据的计算基础，取在此范围内的高频数据平均值进行计算，然后将二者相乘，并将整个监测周期的数据全部相加，既可以得到最精确的二氧化碳排出总量。可通过excel进行模拟计算如下:序号二氧化碳浓
18、度(ppm)(间隔时间为O.05s)二氧化碳瞬时浓度平均值(ppm)瞬时流量(107s)(间隔时间为O.5s)二氧化碳瞬时排出量(XioV)11020110460.70.044184.2811233102331033410427103781034710544100311087925307053421.50.126410.585373254112541005302252998529885297553456537623281032846660.154269.99287252855428443283362871228431280362869128635-*周期内二氧化碳排出总量：XXX也可通过，设计
19、好计算函数将数据直接输入得到计算结果。这样通过气体组分分析仪和气体流量设备计量可以得到监测范围内的二氧化碳排出量。目前市场上两种流量计可以做到1%甚至0.5%的精确度，激光拉曼光谱气体分析仪精度达到0.25%。因此，该不确定度可通过，流量计和气体组分分析的不确定度合成，得到最终的不确定度S=Vsf/。它的不确定度很小，最接近真实排出量。四、知识产权说明任何单位使用本标准所产生的知识产权归该单位。五、采标情况无六、与现行相关法律法规、规章及现行有效标准的协调性本标准与现行法律、法规和强制性标准没有冲突。七、重大分歧意见的处理经过和依据本标准送审稿是经多人多次讨论、协商、统一形成的，目前无重大分歧
20、意见，同时欢迎相关领导、专家提出宝贵意见和建议，以完善标准，促进我省天然气组成分析技术的发展。八、标准性质的建议说明（推荐性标准还是强制性标准）由于该标准为技术性标准，建议成为推荐性标准。九、贯彻标准的要求、措施和建议1、加强宣传，做好宣传培训，使全省相关生产企业和科研机构掌握标准的各项技术要求，加强示范推广，使标准的应用真正落到实处。2、对标准执行情况进行跟踪调查，及时发现标准执行中的问题，不断修改完善，提升标准水平，提高标准的科学性、合理性、协调性和可操作性。十、废止现行相关地方标准的建议无十一、其他应予以说明的事项本标准的监测井选择注入井周围第一圈受益井，即距注入井最近的一组受益井。其重要原因在于，二氧化碳气体具有快速向低阻力通道流动的特点，通常在会选择压力低井距短的通道流窜，一般很难从外围井组流出，即使少量溢出，它的总占比也很低，再考虑到监测的经济因素，近似可以忽略外围井组的二氧化碳排出量。另外，安全方面参照建设项目（工程）劳动安全卫生监察规定和GBZ1-2010工业企业设计卫生标准等相关HSE要求。本标准可能涉及危险物质及其操作和设备。但本标准没有说明与其使用有关的所有安全问题。本标准的使用者有责任制定适当的安全和健康措施，并在使用前确定其适用性或适用范围。
