CN103953333A - 一种压力自动控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力自动控制装置及方法。该装置包括压力传感器、温度传感器、控制柜、自动阀门、信号线，其中；所述温度传感器，用于采集被测量环境的温度并将其转换为温度电信号；所述控制柜，包括信号接收端、存储单元、计算单元、信号输出端，用于接收所述采集的压力电信号和温度电信号，并根据设定的温度和压力调控规则输出控制信号；所述自动阀门，用于根据收到的控制信号调节管道内流体的流通截面积；所述压力传感器和温度传感器与控制柜之间、控制柜与自动阀门之间用信号线连接。本发明装置代替人工调控，可以节约人力资源；同时在井口压力和温度发生变化时能及时、准确的进行调控，实现压力自动动态控制，保障SAGD的安全、稳定生产。

Description

一种压力自动控制装置及方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种压力自动控制装置及方法。

背景技术

石油存在于天然形成的油田之中，其开采技术随着油田类型、原油特性等因素的不同而不同。蒸汽辅助重力泄油技术（Steam-Assisted-Gravity-Drainage，简称SAGD）是石油开采的一项重要技术，其开发原理是在连续覆盖的大厚度油层的注汽井中注入湿饱和蒸汽形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换以加热原油，加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄到下面的水平生产井中产出。

在SAGD开采过程中，向油层中注入的蒸汽通常为高干度蒸汽（井底干度大于70%），其产出物是一种温度高（130～190℃）、波动大、含水高（80～90%）的高温高压饱和水。当其中的高温高压饱和水流到井口附近，进入低压区域，由于压力的下降，会迅速转变成水蒸气，发生闪蒸现象。井口一旦发生闪蒸，通常将会破坏地面管汇、井筒、泵，也会影响蒸汽腔的温度、压力平衡。发生闪蒸现象，将对SAGD生产造成很大的危害，通常包括：

（1）造成地面管汇及装置损坏，造成财产损失；

（2）对杆、泵的安全工作造成威胁，易引起杆脱、泵脱，进而诱发井喷；

（3）破坏地层，形成汽窜，加剧地层非均质性，严重的甚至会形成蒸汽连续通道，阻碍石油流动，形成新的死油区；

（4）严重影响油井产量；

（5）对工作人员的人身安全造成威胁。

在SAGD开发生产过程中，通常使井口管道内的压力和温度保持一个恒定的对应关系，从而使井中压力达到相对平衡的状态，防止闪蒸现象的发生。目前，在SAGD开发生产过程中主要依靠人力在井口进行SAGD生产的温度、压力平衡调控。工作人员定时巡查油井，观察温度、压力，当发现两者不平衡时，通过手动控制回压阀门进行调节。这种依靠人工进行压力、温度平衡的调控方式不仅耗费人力，而且在SAGD井温度波动频繁时，不能立即得到控制，在发现问题、处理问题方面有一定的滞后性。同时人工调控方式还对巡查人员构成人身安全隐患。

发明内容

本发明提供一种压力自动控制装置及方法，代替人工调控的方式，可以节约人力资源；同时在井口压力和温度发生变化时能及时、准确的进行调控，保障SAGD的安全、稳定生产。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种压力自动控制装置，该装置包括压力传感器、温度传感器、控制柜、自动阀门、信号线，其中：

所述压力传感器，用于采集被测量环境的压力并将其转换为压力电信号；

所述温度传感器，用于采集被测量环境的温度并将其转换为温度电信号；

所述控制柜，包括信号接收端、存储单元、计算单元、信号输出端，其中：

所述信号接收端与所述压力传感器、和温度传感器通过信号线相连接，用于接收所述压力电信号和温度电信号，并将其转换为相应的反馈压力和反馈温度；

所述存储单元，用于存储预先设置的温度和压力控制规则；

所述计算单元，与所述存储单元和信号接收端相连接，用于提取所述反馈压力和反馈温度，并根据设定的温度和压力调控规则输出控制信号；

所述信号输出端，与所述计算单元相连接，用于输出所述控制信号；

所述自动阀门，用于根据收到的控制信号调节管道内流体的流通截面积；所述自动阀门通过信号线与所述控制柜的信号输出端相连接。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述自动阀门包括可逆电动机、电路控制板、阀座和转子，其中：

所述电路控制板与可逆电动机设置于阀门的外侧，用于根据接收的控制信号使所述可逆电动机的转动方向发生改变；所述电路控制板与所述控制柜的信号输出端相连接；

所述阀座为内壁为圆形凹槽的管状结构，用于提供所述转子转动的旋转空间和流体传输通道；

所述转子位于所述阀座凹槽内，所述转子为由轴承通过连接臂连接挡板的旋转臂；所述可逆电动机产生动能带动所述转子在所述凹槽内旋转。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述计算单元在所述存储单元中未查询到与所述反馈温度相对应的预置压力，且所述反馈温度属于所述存储单元预置的最高温度和最低温度范围之间，则所述计算单元在所述存储单元中查询与所述反馈温度最接近的温度，并将该温度所对应的压力作为所述预置压力进行判断输出控制信号。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述计算单元在所述存储单元中未查询到与所述反馈温度相对应的预置压力，且所述反馈温度不属于所述存储单元预置的最高温度和最低温度范围之间，则所述计算单元不输出压力调整的控制信号。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述自动阀门的转子为两条以所述轴承中心点中心对称的旋转臂。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述压力传感器为电容式压力传感器。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述温度传感器为热电偶式温度传感器。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述存储预先设置的温度和压力控制规则为在预置的温度下对应的预置压力。

上述所述的一种压力自动控制装置，其优选方案为，所述计算单元包括查询单元和比较单元，其中：

所述查询单元，用于在所述控制规则中查询与所述反馈温度相对应的预置压力；

所述比较单元，用于将所述预置压力与所述反馈压力进行比较；如果所述反馈压力大于所述预置压力，则输出一个压力减小的控制信号；如果所述反馈压力小于所述预置压力，则输出一个压力增大的控制信号。

本发明还提供一种压力自动控制方法，其特征在于，该方法包括：

S1：采集当前被测量环境的压力和温度；

S2：在预置的压力和温度的对应关系中查询出与所述采集的温度所对应的预置压力；

S3：将所述采集的压力与所述预置的压力进行比较；如果所述采集的压力大于所述预置的压力，则对所述被测量环境进行压力减的小操作；如果所述采集的压力小于所述预置的压力，则对所述测量环境进行压力增大的操作。

上述所述的一种压力自动控制方法，其优选方案为，所述进行压力减小的操作为减小管道内流体的流通截面积；所述进行压力增大的操作，为增大管道内流体的流通截面积。

本发明提供的压力自动控制装置，由压力传感器和温度传感器采集检测环境的数据反馈给控制柜，控制柜根据采集的数据分析后向自动阀门输出调节控制信号，实现了井口管道压力和温度的自动、实时调控。该装置代替了人工巡查的方式，节约了人力资源。而且在当管道内压力和温度出现波动、不平衡时能及时准确的进行动态调控，能及早预警并处理。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种压力自动控制装置的结构示意图；

图2是本实施例1所述的一种电容式压力传感器的结构示意图；

图3是本实施例1提供的一种热电偶式温度传感器结构示意图；

图4是本实施例1提供的一种自动阀门的结构示意图；

图5本实施例1提供的自动阀门的另一种实施方式结构示意图；

图6是本实施例1的一个实施场景示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例1提供的一种压力自动控制装置的结构示意图。

如图1所示，该压力自动控制装置包括：压力传感器1、温度传感器2、控制柜3、旋转阀门4、信号线5，其中：

所述压力传感器1，可以用于采集被测量环境的压力并将其转换为电信号。所述压力传感器1可以包括压力敏感元件101、压力测定电路模块102、压力输出端103。所述压力敏感元件101通常可以为电阻、电容、晶体等元器件，与所述压力测定电路模块相连接，用于将被测量的压力作用在所述压力敏感元件101上使其产生位移或形变。所述压力敏感元件101产生的位移或形变大小与所受压力有关。所述压力测定电路模块102可以为特定元器件及连接关系的测量电路（例如惠斯通电桥），用于测量所述压力敏感元件101产生的位移或形变并将其转换为与被测量压力成一定对应关系的压力电信号。所述压力输出端103，可以与所述压力测量电路102相连接，用于输出所述压力测定电路102的压力电信号。

所述压力传感器1可以根据不同的压力敏感元件或压力测定电路分为不同的种类。为了及时应对井口管道内的压力和温度变化，本发明装置要求对所测量压力具有较高的灵敏度（通常要求在0.01Mpa内）。因此，本实施例1中所述的压力传感器可以为电容式压力传感器，所述电容式压力传感器中的压力敏感元件为电容敏感元件。该电容式压力传感器具有测量精度高、压变反馈速度快、良好的动态特性等优点。图2是本实施例1所述的一种电容式压力传感器的结构示意图。如图2所示，101为电容敏感元件，具体的可以为圆形或方形薄膜作为电极的电容器。102为压力测定电路模块，用于测量处所述电容敏感元件101受压时产生的形变相对应的压力电信号，并通过压力输出端103输出。

所述温度传感器2，可以用于采集被测量环境的稳定并将其转换为电信号。所述温度传感器2可以包括温度敏感元件201、温度测定电路模块202、温度输出端203。所述的温度敏感元件201可以为热电阻、热电偶。所述温度敏感元件201与所述温度测定电路相连接，用于将被测量的温度作用在所述温度敏感元件201上使其电阻值发生变化。所述温度敏感元件201电阻值变化的大小与被测量的温度有关。所述温度测定电路202可以为特定元器件及连接关系的测量电路，用于测量所述温度敏感元件201电阻值变化的大小并将其转换成与其被测量温度成一定对应关系的温度电信号。所述温度输出端203，可以与所述温度测定电路202相连接，用于输出所述温度测定电路202的温度电信号。

由于本发明装置所监测的环境温度较高，适宜采用高温工作状态较为稳定的热电偶式温度传感器。因此本实施例1采用热电偶式温度传感器。图3是本实施例1提供的一种热电偶式温度传感器结构示意图。如图3所示，201为热电偶温度敏感元件，具体的可以为一对不同导体接触在一起的热电偶，其结点处的电动势会随着温度的变化而变化。温度测定电路202与热电偶温度敏感元件相连，可用于测量所述热电偶温度敏感元件201两端的电动势并将其转换成相应的温度电信号，通过温度输出端203输出。

当然，所述的温度传感器2也可以为其他可以测量出环境温度并将其转换成电信号输出的装置，例如液体温度传感器等。

所述控制柜3，可以用于接收所述采集的压力电信号和温度电信号，并根据设定的温度和压力调控规则输出控制信号。所述控制柜3可以包括信号接收端301、存储单元302、计算单元303、信号输出端304。其中，

所述信号接收端301，通过信号线与所述压力输出端103和温度输出端203相连接，用于接收所述压力电信号和温度电信号，并将其转换为相应的反馈压力和反馈温度。所述信号接收端301可以通过信号线5与所述压力传感器1和温度传感器2相连接。

所述存储单元302，可以用于存储预先设置的温度和压力控制规则。所述的控制规则可以为温度与压力的一种数值对应关系。例如表1是本实施例1提供的一种存储单元302存储的井口管道内饱和蒸汽在某一温度下对应的预置压力的表格。所述井口管道饱和蒸汽温度和压力对应表中包括温度数值以及与温度数值相对应的预置压力数值。例如，在温度为133℃时，其井口管道内饱和蒸汽的压力应该维持在0.295MPa，在温度为141℃时，压力则应该维持在0.37MPa。

表1

所述计算单元303，可以为具有可编程逻辑的控制器，与存储单元302和信号接收端301相连接，用于提取所述反馈压力和反馈温度，并根据设定的温度和压力调控规则输出控制信号。本实施例1中，可以在所述存储单元302中可以包括查询单元和比较单元。其中：

所述查询单元，用于在所述控制规则中（如上述表1）查询与所述反馈温度相对应的预置压力；

所述比较单元，用于将所述预置压力与所述反馈压力进行比较；如果所述反馈压力大于所述预置压力，则输出一个压力减小的控制信号；相应的，如果所述反馈压力小于所述预置压力，则输出一个压力增大的控制信号。

需要说明的是，如果所述计算单元303在所述存储单元302中未查询到与所述反馈温度相对应的预置压力，但所述反馈温度属于所述存储单元302预置的最高温度和最低温度范围之间，则所述计算单元301可以在所述存储单元302中查询出与所述反馈温度最接近的温度，并将该温度所对应的压力作为所述的预置压力进行判断输出控制信号。例如，预置的温度如表1中均为整数，范围在90℃至290℃之间，如140℃、141℃等。如果反馈温度为140.8℃，则此时所述计算单元则以与反馈温度140.8℃最接近的141℃所述对应的压力0.37MPa作为反馈温度140.8℃的预置压力。

如果所述计算单元303在所述存储单元302中未查询到与所述反馈温度相对应的预置压力，其所述反馈温度也不属于所述存储单元302预置的最高温度和最低温度范围之间，此时所述计算单元303可以不输出压力调整的控制信号，保持当前管道中温度和压力的状态。

所述计算单元303输出的压力控制信号，具体的可以为极性相反的两种电信号。例如，压力减小信号为一个可以使电动机正转的电信号，相应的，压力增大信号则为一个可以使电动机反转的电信号。

所述信号输出端304，与计算单元303相连接，可以用于输出所述控制柜3的控制信号。

所述自动阀门4，可以与井口管道相连接，用于根据收到的控制信号调节管道内流体的流通截面积。图4是本实施例1提供的一种自动阀门4的结构示意图。如图4所示，所述自动阀门4可以包括电动执行器401和阀门402，其中：

所述电动执行器401，可以包括可逆电动机4011和电路控制板4012，位于阀门的外侧，用于根据接收的控制信号使可逆电动机的转动方向发生改变。所述电路控制板4022可以与所述控制柜3的信号输出端304相连接。

所述阀门402，可以包括阀座4021和转子4022，可以与井口管道相连接。所述阀座4021可以为内壁为圆形凹槽的管状结构，用于提供转子转动的旋转空间和流体传输通道。所述转子4022位于所述阀座凹槽内，可以为一条由轴承通过连接臂连接挡板的旋转臂。所述转子4022可以由所述可逆电动机4011产生动能带动所述转子4022在所述凹槽内旋转，与所述阀座4021产生相对位移，从而改变所述阀座402的流体流通截面积。所述转子4022至少可以在某一位置时完全阻挡所述自动阀门内流体的流通。

上述自动阀门4具体的工作过程例如，所述电动执行器401接收到控制柜3发送的压力增大信号，则所述电路控制板4012可以使可逆电动机4011加载正向电源，此时可逆电动机产生的动能使转子顺时针旋转，直至完全封闭阀座的通道或收到停止信号。相应的，如果收到压力减小信号，则所述电路控制板4012可以使可逆电动机4011加载反向电源，此时可逆电动机产生的动能使转子逆时针旋转，直至完全打开阀座的通道或收到停止信号。其具体的电源加载与转子转动方向可以根据需求自行设定。

图5本实施例1提供的自动阀门的另一种实施方式结构示意图。如图5所示，所述自动阀门4的转子为两条以所述轴承中心点中心对称的旋转臂。使用两条对称的旋转臂，可以更好的提升自动阀门4对管道流体流通截面积的控制。

需要说明的是，本实施例1所述的自动阀门也可以为其他可以根据收到的控制信号调节井口管道内的阀门大小的自动阀。例如电动偏心旋转阀，该类自动阀具有阻力小，密封性好，适用高粘度、颗粒状介质等优点。

下面就具体的一个实施场景说明本实施例1压力自动控制装置的工作过程。

图6是本实施例1的一个实施场景示意图。如图6所示，将压力传感器1和温度传感器2置于井口管道需要检测的位置安装固定，用信号线5将压力传感器1和温度传感器2与控制模柜3的信号输入端301连接。所示自动阀门安装4于井口管道中，通过信号线5与控制柜3的信号输出端304连接。在生产过程中某一时刻，压力传感器1和温度传感器2采集到井口压力和温度分别为170℃和0.85MPa。控制柜3接收压力传感器1和温度传感器2采集的反馈数据后，查询存储单元中设置的温度为170℃时设置的预置压力数值为0.8MPa。计算单元3比较反馈压力与预置压力数值的大小。此时反馈压力0.85MPa大于预置压力数值0.8MPa，因此，计算单元3输出压力减小的控制信号。控制柜的信号输出端将该压力减小的控制信号通过信号线5传输至自动阀门4。所述自动阀门4收到所述压力减小的控制信号后，可以加载反向电源使所述转子逆时针，所述自动阀门关小，管道内压力降低。在所述管道内压力降低的同时，所述压力传感器1和温度传感器2也在实时监测管道内温度和压力的变化，并将数据反馈给控制柜3。由控制柜3实时调控井口管道压力和温度的平衡，实现井口管道压力和温度的自动动态控制。

本实施例1提供的压力自动控制装置，由压力传感器和温度传感器采集检测环境的数据反馈给控制柜，控制柜根据采集的数据分析后向自动阀门输出调节控制信号，实现了井口管道压力和温度的实时调控。该装置节约了人力资源，而且在当管道内压力和温度出现波动、不平衡时能及时准确的进行调控，能及早预警并处理。同时该装置自动动态调控，还大大降低了人员现场巡查所存在的安全隐患。

本发明还提供一种压力自动控制方法，该方法包括：

S1：采集当前被测量环境的压力和温度。

其具体的当前环境的压力和温度采集方法可以为使用压力传感器和温度传感器采集。

S2：在预置的压力和温度对应关系中查询出所述采集的温度所对应的预置压力值。

S3：将所述采集的压力与所述预置的压力值进行比较；如果所述采集的压力值大于所述预置的压力值，则对所述被测量环境进行压力减的小操作；如果所述采集的压力值小于所述预置的压力值，则对所述测量环境进行压力增大的操作。

所述进行压力减小的操作，具体的可以为减小管道内流体的流通截面积；所述进行压力增大的操作，具体的可以为增大管道内流体流通的截面积。

需要说明的是，为了描述的方便，控制柜装置以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。例如，进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。

以上所述，仅为清楚的描述本发明的具体实施例，不能以其限定发明的范围。以其等同组件的置换，或不付出实质性创新性劳动的情况下对本发明所作的等同变化与修饰，都应仍属于本申请涵盖的范畴。

Claims (11)

1.一种压力自动控制装置，其特征在于，该装置包括压力传感器、温度传感器、控制柜、自动阀门、信号线，其中：

所述压力传感器，用于采集被测量环境的压力并将其转换为压力电信号；

所述温度传感器，用于采集被测量环境的温度并将其转换为温度电信号；

所述控制柜，包括信号接收端、存储单元、计算单元、信号输出端，其中：

所述信号接收端与所述压力传感器、温度传感器之间通过信号线相连接，用于接收所述压力电信号和温度电信号，并将其转换为相应的反馈压力和反馈温度；

所述存储单元，用于存储预先设置的温度和压力控制规则；

所述计算单元，与所述存储单元和信号接收端相连接，用于提取所述反馈压力和反馈温度，并根据设定的温度和压力调控规则输出控制信号；

所述信号输出端，与所述计算单元相连接，用于输出所述控制信号；

所述自动阀门，用于根据收到的控制信号调节管道内流体的流通截面积；所述自动阀门通过信号线与所述控制柜的信号输出端相连接。

2.如权利要求1所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述自动阀门包括可逆电动机、电路控制板、阀座和转子，其中：

所述电路控制板与可逆电动机设置于阀门的外侧，用于根据接收的控制信号使所述可逆电动机的转动方向发生改变；所述电路控制板与所述控制柜的信号输出端相连接；

所述阀座为内壁为圆形凹槽的管状结构，用于提供所述转子转动的旋转空间和流体传输通道；

所述转子位于所述阀座凹槽内，所述转子为由轴承通过连接臂连接挡板的旋转臂；所述可逆电动机产生动能带动所述转子在所述凹槽内旋转。

3.如权利要求2所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述自动阀门的转子为两条以所述轴承中心点中心对称的旋转臂。

4.如权利要求1所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述存储预先设置的温度和压力控制规则为在预置的温度下对应的预置压力。

5.如权利要求4所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述计算单元包括查询单元和比较单元，其中：

所述查询单元，用于在所述控制规则中查询与所述反馈温度相对应的预置压力；

所述比较单元，用于将所述预置压力与所述反馈压力进行比较；如果所述反馈压力大于所述预置压力，则输出一个压力减小的控制信号；如果所述反馈压力小于所述预置压力，则输出一个压力增大的控制信号。

6.如权利要求5所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述计算单元在所述存储单元中未查询到与所述反馈温度相对应的预置压力，且所述反馈温度属于所述存储单元预置的最高温度和最低温度范围之间，则所述计算单元在所述存储单元中查询与所述反馈温度最接近的温度，并将该温度所对应的压力作为所述预置压力进行判断输出控制信号。

7.如权利要求5所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述计算单元在所述存储单元中未查询到与所述反馈温度相对应的预置压力，且所述反馈温度不属于所述存储单元预置的最高温度和最低温度范围之间，则所述计算单元不输出压力调整的控制信号。

8.如权利要求1所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述压力传感器为电容式压力传感器。

9.如权利要求1所述的一种压力自动控制装置，其特征在于，所述温度传感器为热电偶式温度传感器。

10.一种压力自动控制方法，其特征在于，该方法包括：

S1：采集当前被测量环境的压力和温度；

S2：在预置的压力和温度对应关系中查询出与所述采集的温度所对应的预置压力；

S3：将所述采集的压力与所述预置的压力进行比较；如果所述采集的压力大于所述预置的压力，则对所述被测量环境进行压力减小的操作；如果所述采集的压力小于所述预置的压力，则对所述测量环境进行压力增大的操作。

11.如权利要求10所述的一种压力自动控制方法，其特征在于，所述进行压力减小的操作为减小管道内流体的流通截面积；所述进行压力增大的操作，为增大管道内流体的流通截面积。