一种天然气气井智能生产控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种天然气气井智能生产控制装置，包括智能控制单元、显示及操作单元、执行器单元、阀体单元和注醇控制单元，其中，智能控制单元用于采集智能生产控制装置前后的介质压力、温度和流量数据，并形成符合气井生产规律的生产制度及应对不同冻堵程度的控制策略；显示及操作单元用于显示工作参数及运行状态，并在异常工况下进行手动开关井操作；执行器单元用于驱动阀体单元的阀杆沿轴向方向移动，以使阀门打开或关闭；注醇控制单元用于根据应对不同冻堵程度的策略向阀体单元的过流通道内注入醇类物质以消除过流通道的堵塞。本发明专利技术实现气井生产的智能化控制、智能预警处置，并采取有效控制策略缓解冻堵趋势，提高生产效率。产效率。产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气气井智能生产控制装置


[0001]本专利技术属于油气田开采
，具体涉及一种天然气气井智能生产控制装置。

技术介绍

[0002]天然气井的产量会随着储层开发过程、开采策略、运行制度、季节性用气变化等因素进行调整，同时也会由于气井间歇生产、生产安全保护、设备停产检修等原因进行开关井操作，特别是应对天然气水合物冻堵、控制柱塞工具进行携液产气等复杂操作，仅仅依靠人工经验判断操作已经显得力所不及，而且伴随气井数量逐年增加，气井的日常开、关井、气量调整作业量逐年增多，采用传统方式人工手动操作针阀不仅工作量剧增、生产效率低下，也存在一定的人员安全隐患，不符合目前油气田数字化、智能化建设需求。
[0003]结合目前天然气的开采要求，现有开采模式中存在如下问题：(1)气井生产管理方法受气藏物性影响巨大，欲使气井持续稳产、增产，必须在气井的全生命周期进行精细化管理，需要根据气井的动态监测数据实时调整生产制度，具备变速调节、快速开关、数据监测、安全预警、分布控制、稳定可靠的智能控制阀是解决气井智能化管理的先决条件。(2)气井生命周期内的精细化管理，要求控制阀具有宽调节范围、高调节精度、可控调节速度、以及快速开关特性和高硬度、耐冲蚀、防腐性好的特点，而目前现场使用的手动针阀、气动阀、电动阀等都不具备上述性能要求。(3)气井在冬季生产过程中，天然气经过井口针阀由于温度迅速降低极易形成天然气水合物，造成节流部位冻堵，严重影响冬季生产。(4)现有气井生产控制模式经过自动化、数字化改造后，普遍采用集中采集集中控制的方式实现生产管理，虽然在一定程度上提高了自动化水平，减少了人工参与工作量，但缺乏对动态生产数据的分析挖掘，不能有效利用生产数据实现稳产、增产的目的，且存在可靠性差、建设维护成本高的问题。
[0004]目前，气井生产地面开关井控制普遍采用的方法有：(1)手动针阀与紧急截止阀的组合应用，主要通过人工开井的方式现场操作实现生产控制。工作过程通过人工控制手动针阀开度，依靠操作人员经验判断实现开关井操作。紧急情况下，超出预设压力通过触发紧急截止阀关闭生产管线。(2)气动薄膜阀的应用，采用气动薄膜阀代替手动针阀的操作，可通过远程指令控制实现远程开关井操作。(3)电动控制阀的应用，采用电动控制阀代替手动针阀或气动薄膜阀，具有一定的调节特性，可通过远程指令控制实现远程开关井操作。
[0005]现有的气井控制方法存在如下缺点：(1)手动针阀调节特性较差，通过操作人员经验判断进行开关井操作，对于高套压气井的开井操作常常导致紧急截止阀动作，且需要人工现场操作，开井效率低、工作量大、存在较大安全隐患。(2)气动薄膜阀通过远程进行开关井操作，依然存在调节特性差，控压能力不足的缺点，且需要利用套管气经过分离、过滤、调压后引入气动薄膜阀，现场安装较为复杂，安装维护成本较大。(3)电动控制阀具备一定的调节控压能力，长期使用仍然存在关井不严，存在一定渗漏量的缺点。
[0006]目前气井生产现场应用的上述控制方法，需要人工现场操作或远程操作，无法根据井况变化进行气井生产智能优化控制实现气井稳产、增产，判断并解决“冻堵”、安全预警
等问题，且长期使用存在防腐耐磨性差、寿命短等诸多问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种天然气气井智能生产控制装置。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0008]本专利技术提供了一种天然气气井智能生产控制装置，包括智能控制单元、显示及操作单元、执行器单元、阀体单元和注醇控制单元，其中，
[0009]所述智能控制单元用于采集所述天然气气井智能生产控制装置前后的介质压力、温度和流量数据，并通过数据分析形成符合气井生产规律的生产制度以及应对不同冻堵程度的控制策略；
[0010]所述显示及操作单元用于显示所述天然气气井智能生产控制装置的工作参数及运行状态，并在异常工况下进行手动开关井操作；
[0011]所述阀体单元包括阀本体、阀杆、阀芯、阀座、进气口和出气口，其中，所述阀杆的第一端安装所述阀芯，所述阀杆的第二端连接所述执行器单元，所述执行器单元用于驱动所述阀杆沿轴向方向移动，以使所述阀芯和所述阀座分离或密封连接，从而使得所述进气口与所述出气口之间连通或断开；
[0012]所述注醇控制单元安装在所述阀体单元上，用于根据所述应对不同冻堵程度的策略向所述阀体单元的过流通道内注入醇类物质以消除所述过流通道的堵塞。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述智能控制单元包括信号采集模块、电源及通信模块以及控制模块，其中，
[0014]所述信号采集模块用于采集套管压力、阀前压力、阀后压力、阀前温度、阀后温度和生产管线流量数据信息；
[0015]所述电源及通信模块用于为整个装置提供电源并且实现数据及控制指令上传下发；
[0016]所述控制模块的内部集成有生产模型算法和水合物形成趋势识别及控制算法，所述生产模型算法能够通过对所采集的数据信息进行处理分析，形成符合气井生产规律的生产制度；所述水合物形成趋势识别及控制算法能够通过对所采集的数据信息与冻堵生成条件进行分析比对，给出应对不同冻堵程度的控制策略。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述生产模型算法包括开井策略和关井策略，其中，
[0018]所述开井策略由油压恢复曲线判定，当油压恢复至第一预定压力或到达压力恢复曲线的拐点时进行开井，所述油压恢复曲线由关井后采集的阀前压力形成；
[0019]所述关井策略由油压下降曲线判定，当油压下降至第二预定压力或达到产气量下限值时进行关井操作，所述油压下降曲线由开井后采集的阀前压力形成。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述注醇单元包括注醇杯、液压活塞缸、连锁机构和连接通道，其中，所述注醇杯用于存放具有消除天然气水合物的醇类物质；所述液压活塞缸连接在所述注醇杯的下端并通过所述连锁机构与所述阀杆连接，所述连接通道连接在所述液压活塞缸的下端且能够连通所述液压活塞缸与所述阀体单元的过流通道，用于向所述阀体单元的过流通道内注入醇类物质以消除所述过流通道由于产生天然气水合物而形成的堵塞；
[0021]所述注醇单元还包括三通控制阀，所述三通控制阀设置在所述连接通道上且电连接所述控制模块，用于在所述控制模块的控制下允许所述醇类物质从所述液压活塞缸流向所述阀体单元的过流通道。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述水合物形成趋势识别及控制算法具体用于：
[0023]根据采集的阀后温度和阀后压力进行判断，当达到天然气水合物生成条件时，依据采集的气体流量数据进行所述阀体单元开度控制，当阀门开度达到100％且通过所述阀体单元的流量减小至计量下限时，启动所述注醇控制单元的三通控制阀，将醇类物质注入所述阀体单元的过流通道；当通过所述阀体单元的流量恢复至固定流量时，控制所述三通控制阀动作，使得醇类物质停止注入所述阀体单元的过流通道。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述生产模型算法还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气气井智能生产控制装置，其特征在于，包括智能控制单元(1)、显示及操作单元(2)、执行器单元(3)、阀体单元(4)和注醇控制单元(5)，其中，所述智能控制单元(1)用于采集所述天然气气井智能生产控制装置前后的介质压力、温度和流量数据，并通过数据分析形成符合气井生产规律的生产制度及应对不同冻堵程度的控制策略；所述显示及操作单元(2)用于显示所述天然气气井智能生产控制装置的工作参数及运行状态，并在异常工况下进行手动开关井操作；所述阀体单元(4)包括阀本体(401)、阀杆(402)、阀芯(403)、阀座(404)、进气口(405)和出气口(406)，其中，所述阀杆(402)的第一端安装所述阀芯(403)，所述阀杆(402)的第二端连接所述执行器单元(3)，所述执行器单元(3)用于驱动所述阀杆(403)沿轴向方向移动，以使所述阀芯(403)和所述阀座(404)分离或密封连接，从而使得所述进气口(405)与所述出气口(406)之间连通或断开；所述注醇控制单元(5)安装在所述阀体单元(4)上，用于根据所述应对不同冻堵程度的策略向所述阀体单元(4)的过流通道内注入醇类物质以消除所述过流通道由于产生天然气水合物而形成的堵塞。2.根据权利要求1所述的天然气气井智能生产控制装置，其特征在于，所述智能控制单元(1)包括信号采集模块(101)、电源及通信模块(102)以及控制模块(103)，其中，所述信号采集模块(101)用于采集套管压力、阀前压力、阀后压力、阀前温度、阀后温度和生产管线流量数据信息；所述电源及通信模块(102)用于为整个装置提供电源并且实现数据及控制指令上传下发；所述控制模块(103)的内部集成有生产模型算法和水合物形成趋势识别及控制算法，所述生产模型算法能够通过对所采集的数据信息进行处理分析，形成符合气井生产规律的生产制度；所述水合物形成趋势识别及控制算法能够通过对所采集的数据信息与冻堵生成条件进行分析比对，给出应对不同冻堵程度的控制策略。3.根据权利要求2所述的天然气气井智能生产控制装置，其特征在于，所述生产模型算法包括开井策略和关井策略，其中，所述开井策略由油压恢复曲线判定，当油压恢复至第一预定压力或到达压力恢复曲线的拐点时进行开井，所述油压恢复曲线由关井后采集的阀前压力形成；所述关井策略由油压下降曲线判定，当油压下降至第二预定压力或达到产气量下限值时进行关井操作，所述油压下降曲线由开井后采集的阀前压力形成。4.根据权利要求2所述的天然气气井智能生产控制装置，其特征在于，所述注醇单元(5)包括注醇杯(501)、液压活塞缸(502)、连锁机构(503)和连接通道(504)，其中，所述注醇杯(501)用于存放具有消除天然气水合物的醇类物质；所述液压活塞缸(502)连接在所述注醇杯(501)的下端并通过所述连锁机构(503)与所述阀杆(403)连接，所述连接通道(504)连接在所述液压活塞缸(502)的下端且能够连通所述液压活塞缸(502)与所述阀体单元(4)的过流通道，用于向所述阀体单元(4)的过流通道内注入醇类物质以消除所述过流通道由于产生天然气水合物而形成的堵塞；所述注醇单元(5)还包括三通控制阀(505)，所述三通控制阀(505)设置在所述连接通
道(504)上且电连接所述控制模块(103)，用于在所述控制模块(103)的控制下允许所述醇类物质从所述液压活塞缸(502)流向所述阀体单元(4)的过流通道。5.根据权利要求4所述的天然气气井智能生产控制装置，其特征在于，所述水合物形成趋势识别及控制算法具体用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，王崇峰，孟阳杨，张东升，李银翦，肖金昌，杨晓辉，
申请(专利权)人：西安思坦仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：