CN104913198A - 天然气生产井自动调产调压装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气生产井自动调产调压装置及控制方法，包括天然气集输管路和集输管路控制系统，所述的天然气集输管路由天然气生产井井口向输出端依次设有流量调节阀、主压力变送器、压力调节阀和孔板流量计；所述的集输管路控制系统包括控制器和监视器，控制器包括数据采集模块、信息转换模块、数据存储模块和微处理器，所述的数据采集模块分别连接流量调节阀的阀位反馈端、压力调节阀的阀位反馈端、主压力变送器的采集端和孔板流量计的采集端，数据采集模块将采集的信息通过信息转换模块发送给微处理器；微处理器还连接数据存储模块；监视器包括显示模块和输入驱动模块，显示模块和输入驱动模块均连接微处理器。

Description

天然气生产井自动调产调压装置及控制方法

技术领域

本发明涉及天然气开发生产、输送技术领域，尤其涉及一种天然气生产井自动调产调压装置及控制方法。

背景技术

天然气田生产集输系统包括天然气生产井、天然气加热炉、其它集输工艺设备、天然气压力流量调节控制系统等主要部分。目前，在天然气生产输送过程中，通常采用人工操作控制、远程人工控制、单一流量自动控制方式，即人工或半自动控制方式。而天然气生产井产量和井口压力的控制是天然气生产集输的核心控制部分，仅仅采用人工控制或者半人工控制的方式，自动化程度较低，很难实现快速准确地操作，有时误操作可能带来一定的安全隐患。

发明内容

 本发明的目的是提供一种天然气生产井自动调产调压装置及控制方法，根据采集的实时数据和设定的参数值，利用微处理器自动化功能，实现天然气生产井自动调产调压，使得整个输送管路实时调控，能够实时保持动态平衡，保证输送的安全性、并可靠运行。

 本发明采用的技术方案为：

一种天然气生产井自动调产调压装置，包括天然气集输管路和集输管路控制系统，所述的天然气集输管路由天然气生产井井口向输出端依次设有流量调节阀、主压力变送器、压力调节阀和孔板流量计，流量调节阀通过集输管路控制系统与孔板流量计组成流量闭环控制回路，主压力变送器通过集输管路控制系统与压力调节阀组成压力闭环控制回路；所述的集输管路控制系统包括控制器和监视器，控制器包括数据采集模块、信息转换模块、数据存储模块和微处理器，所述的数据采集模块分别连接流量调节阀的阀位反馈端、压力调节阀的阀位反馈端、主压力变送器的采集端和孔板流量计的采集端，数据采集模块采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、主压力变送器所在处的压力信息和孔板流量计所测得的天然气集输管路的流量信息，数据采集模块将采集的信息通过信息转换模块发送给微处理器，信息转换模块对接收到的信息进行转换，转换成微处理器能够识别的模拟量信息，微处理器用于将主压力变送器发送的压力信息、系统参数信息和系统设定信息进行计算处理，得到压力调节阀的阀位调节量，还用于将孔板流量计流量信息、系统参数信息和系统设定信息进行计算处理，得到流量调节阀的阀位调节量；微处理器还连接数据存储模块；监视器包括显示模块和输入驱动模块，显示模块和输入驱动模块均连接微处理器，监视器用于写入和显示数据。

天然气生产井井口到流量调节阀之间还依次设有第一次压力变送器、第一温度变送器、节流阀、第二次压力变送器、第二温度变送器；流量调节阀和主压力变送器之间设有第三温度变送器；主压力变送器和压力调节阀之间设有加热炉一级盘管；压力调节阀和孔板流量计之间依次设有加热炉二级盘管第三次压力变送器和第四温度变送器。

一种基于天然气生产井自动调产调压装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：首先，通过数据采集模块实时采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、主压力变送器的压力信息和孔板流量计的流量信息；

B：同时，根据生产实际需求，通过输入驱动模块向微处理器输入当前系统需要的流量设定值Q_S和压力设定值P_S；

C：再结合步骤A采集的数据信息和步骤B中输入的流量设定值Q_S和压力设定值P_S，微处理器根据流量控制调节函数模型进行流量调节，函数模型如公式①：

U_Q= U_Q0+K_Q(B_Q(Q_S-Q)-A_Q(P_S-P)(C_PC_Q)/(C_P+C_Q))     ①

调节方式为等间隔逐步调节，调节时间间隔可为：1s—6s；

其中，U_Q为本次流量调节阀调节量；U_Q0为上次流量调节阀调节量；K_Q为流量调节阀调节比例系数，代表每次调节步幅，一般使两者选取等幅，取值在0.1-0.6之间；A_Q和B_Q分别为流量调节阀调节分量系数；Q_S为流量设定值，Q为当前孔板流量计测量值；P_S为压力设定值、P当前主压力变送器的测量值；C_Q为流量调节阀当前调节开度测量值，C_P为压力调节阀当前调节开度测量值；

微处理器再根据压力控制调节函数模型进行流量调节，函数模型如公式②：

        U_P= U_P0+K_P(A_P(P_S-P)+ B_P(Q_S-Q)(C_P+C_Q)/(C_PC_Q))     ②

调节方式为等间隔逐步调节，调节时间间隔可为：1s—4s；

其中，U_P为本次压力调节阀调节量、U_P0为上次压力调节阀调节量； K_P为压力调节阀调节比例系数，代表每次调节步幅，一般使两者选取等幅，取值在0.1-0.6之间；A_P和B_P分别为压力调节阀调节分量系数；其他参数同公式①；

D：根据公式①和公式②得到本次流量调节阀所需的调节量U_Q和本次压力调节阀所需的调节量U_P；

E：根据步骤D得出的本次流量调节阀所需的调节量U_Q和压力调节阀所需的调节量U_P，微处理器首次向流量调节阀和压力调节阀发送控制命令，则流量调节阀和压力调节阀首次微动作；

F：在流量调节阀和压力调节阀首次动作的过程中，数据采集模块实时采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、主压力变送器的压力信息和孔板流量计的流量信息，并将信息实时发送给微处理器；微处理器根据设定的调节时间，进行间隔性的处理，并发送控制命令；

G：循环步骤F；

当流量调节阀或压力调节阀到达某一阀位后，且满足流量调节阀或压力调节阀的当前测量值与设定值处于允许误差范围内时，系统自动停止动作；若不满足，则系统自动启动，并动作。

本发明利用集输管路控制系统中的数据采集模块实时采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、压力变送器的压力信息和孔板流量计的流量信息，并将信息通过信息转换模块发送给微处理器；同时，微处理器根据输入驱动模块输入的设定参数和流量控制调节函数模型、压力控制调节函数模型，进行流量调节运算和压力调节运算，并根据运算结果首次向流量调节阀和压力调节阀发送控制命令；直至流量调节阀或压力调节阀到达某一阀位后，且满足流量调节阀或压力调节阀的当前测量值与设定值处于允许误差范围内时，系统自动停止动作；若不满足，则系统自动启动，并动作。

附图说明

图1为本发明的天然气集输管路工艺流程图；

图2为本发明的集输管路控制系统图。

具体实施方式

如图1和2 所示，本发明包括天然气集输管路和集输管路控制系统，所述的天然气集输管路由天然气生产井1井口Q₁向输出端Q₂依次设有流量调节阀3、主压力变送器P₂、压力调节阀5和孔板流量计FIT，流量调节阀3通过集输管路控制系统与孔板流量计FIT组成流量闭环控制回路，主压力变送器P₂通过集输管路控制系统与压力调节阀5组成压力闭环控制回路；所述的集输管路控制系统包括控制器和监视器，控制器包括数据采集模块、信息转换模块、数据存储模块和微处理器，所述的数据采集模块分别连接流量调节阀3的阀位反馈端、压力调节阀5的阀位反馈端、主压力变送器P₂的采集端和孔板流量计FIT的采集端，数据采集模块采集流量调节阀3的阀位信息、压力调节阀5的阀位信息、主压力变送器P₂所在处的压力信息和孔板流量计FIT所测得的天然气集输管路的流量信息，数据采集模块将采集的信息通过信息转换模块发送给微处理器，信息转换模块对接收到的信息进行转换，转换成微处理器能够识别的模拟量信息，微处理器用于将主压力变送器P₂发送的压力信息、系统参数信息和系统设定信息进行计算处理，得到压力调节阀5的阀位调节量，还用于将孔板流量计FIT流量信息、系统参数信息和系统设定信息进行计算处理，得到流量调节阀3的阀位调节量；微处理器还连接数据存储模块；监视器包括显示模块和输入驱动模块，显示模块和输入驱动模块均连接微处理器，监视器用于写入和显示数据。天然气生产井1井口Q₁到流量调节阀3之间还依次设有第一次压力变送器P₀、第一温度变送器T₀、节流阀2、第二次压力变送器T₁、第二温度变送器P₁；流量调节阀3和主压力变送器P₂之间设有第三温度变送器T₂；主压力变送器P₂和压力调节阀5之间设有加热炉一级盘管4；压力调节阀5和孔板流量计FIT之间依次设有加热炉二级盘管6第三次压力变送器P₃和第四温度变送器T₃。

基于天然气生产井1自动调产调压装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：首先，通过数据采集模块实时采集流量调节阀3的阀位信息、压力调节阀5的阀位信息、压力变送器的压力信息和孔板流量计FIT的流量信息；

B：同时，根据实际需求，通过显示驱动模块向微处理器输入当前系统需要的流量设定值Q_S和压力设定值P_S；

C：再结合步骤A采集的数据信息和步骤B中输入的流量设定值Q_S和压力设定值P_S，微处理器根据流量控制调节函数模型进行流量调节，函数模型如公式①：

U_Q= U_Q0+K_Q(B_Q(Q_S-Q)-A_Q(P_S-P)(C_PC_Q)/(C_P+C_Q))     ①

调节方式为等间隔逐步调节，调节时间间隔可为：1s—6s；

其中，U_Q为本次流量调节阀3调节量；U_Q0为上次流量调节阀3调节量；K_Q为流量调节阀3调节比例系数，代表每次调节步幅，一般使两者选取等幅，取值在0.1-0.6之间；A_Q和B_Q分别为流量调节阀3调节分量系数；Q_S为流量设定值，Q为当前孔板流量计FIT测量值；P_S为压力设定值、P当前压力变送器的测量值；C_Q为流量调节阀3当前调节开度测量值，C_P为压力调节阀5当前调节开度测量值；

微处理器再根据压力控制调节函数模型进行流量调节，函数模型如公式②：

        U_P= U_P0+K_P(A_P(P_S-P)+ B_P(Q_S-Q)(C_P+C_Q)/(C_PC_Q))     ②

调节方式为等间隔逐步调节，调节时间间隔可为：1s—4s；

其中，U_P为本次压力调节阀5调节量、U_P0为上次压力调节阀5调节量； K_P为压力调节阀5调节比例系数，代表每次调节步幅，一般使两者选取等幅，取值在0.1-0.6之间；A_P和B_P分别为压力调节阀5调节分量系数；其他参数同公式①；

D：根据公式①和公式②得到本次流量调节阀3所需的调节量U_Q和本次压力调节阀5所需的调节量U_P；

E：根据步骤D得出的本次流量调节阀所需的调节量U_Q和压力调节阀所需的调节量U_P，微处理器首次向流量调节阀和压力调节阀发送控制命令，则流量调节阀和压力调节阀首次微动作；

F：在流量调节阀和压力调节阀首次动作的过程中，数据采集模块实时采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、主压力变送器的压力信息和孔板流量计的流量信息，并将信息实时发送给微处理器；微处理器根据设定的调节时间，进行间隔性的处理，并发送控制命令；

G：循环步骤F；

当流量调节阀或压力调节阀到达某一阀位后，且满足流量调节阀或压力调节阀的当前测量值与设定值处于允许误差范围内时，系统自动停止动作；若不满足，则系统自动启动，并动作。

下面详细说明本发明的工作原理：

若当前系统运行压力是8Mpa、流量为30万m³/d，根据生产计划，需将压力值调整为10Mpa、流量值调整为35万m3/d。

首先，只需在监视器界面（即输入驱动模块）重新输入压力设定值10Mpa和流量设定值35万m3/d，控制器根据现场实时采集的孔板流量计FIT流量值、主压力变送器P₂的压力数值及流量调节阀3的阀位数值、压力调节阀5的阀位数值（如29.8/8.2/31%/31%），并进行第一次计算处理，根据公式①和公式②进行计算处理，若得出第一次阀位控制信号大小为：35%/30%，则微控制器首次向流量调节阀3和压力调节阀5输出控制信号，使得流量调节阀3和压力调节阀5进行第一次的微动作；在流量调节阀3和压力调节阀5第一次动作的同时，系统仍处于实时采集的状态，采集孔板流量计FIT流量值、主压力变送器P2的压力数值及流量调节阀3的阀位数值、压力调节阀5的阀位数值(如31.5/8.6/35%/30%)，并进行第二次计算处理，得出第二次阀位控制信号大小为：38%/29%，微控制器第二次向流量调节阀3和压力调节阀5输出控制信号；如此反复， 1至6秒处理一次，输出一次控制信号，使流量调节阀3和压力调节阀5阀位逼近目标值，流量值和压力值逐渐逼近其设定值；当流量、压力实际值（仪表测量结果）逼近到与设定值（压力设定值10Mpa、流量设定值35万m3/d）相差很小或允许误差0.2之内（如压力9.8-10.2 Mpa 之间，流量在34.8-35.2万m3/d之内）时，系统基本稳定，此时，只进行计算处理，控制输出保持不变。只要实际值与设定值之差超过允许误差时，系统随即根据计算结果，改变控制输出，使得再次达到动态平衡控制的目的。

Claims (3)

1.一种天然气生产井自动调产调压装置，其特征在于：包括天然气集输管路和集输管路控制系统，所述的天然气集输管路由天然气生产井井口向输出端依次设有流量调节阀、主压力变送器、压力调节阀和孔板流量计，流量调节阀通过集输管路控制系统与孔板流量计组成流量闭环控制回路，主压力变送器通过集输管路控制系统与压力调节阀组成压力闭环控制回路；所述的集输管路控制系统包括控制器和监视器，控制器包括数据采集模块、信息转换模块、数据存储模块和微处理器，所述的数据采集模块分别连接流量调节阀的阀位反馈端、压力调节阀的阀位反馈端、主压力变送器的采集端和孔板流量计的采集端，数据采集模块采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、主压力变送器所在处的压力信息和孔板流量计所测得的天然气集输管路的流量信息，数据采集模块将采集的信息通过信息转换模块发送给微处理器，信息转换模块对接收到的信息进行转换，转换成微处理器能够识别的模拟量信息，微处理器用于将主压力变送器发送的压力信息、系统参数信息和系统设定信息进行计算处理，得到压力调节阀的阀位调节量，还用于将孔板流量计流量信息、系统参数信息和系统设定信息进行计算处理，得到流量调节阀的阀位调节量；微处理器还连接数据存储模块；监视器包括显示模块和输入驱动模块，显示模块和输入驱动模块均连接微处理器，监视器用于写入和显示数据。

2.根据权利要求1所述的天然气生产井自动调产调压装置，其特征在于：天然气生产井井口到流量调节阀之间还依次设有第一次压力变送器、第一温度变送器、节流阀、第二次压力变送器、第二温度变送器；流量调节阀和主压力变送器之间设有第三温度变送器；主压力变送器和压力调节阀之间设有加热炉一级盘管；压力调节阀和孔板流量计之间依次设有加热炉二级盘管第三次压力变送器和第四温度变送器。

3.一种基于天然气生产井自动调产调压装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：首先，通过数据采集模块实时采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、主压力变送器的压力信息和孔板流量计的流量信息；

B：同时，根据生产实际需求，通过输入驱动模块向微处理器输入当前系统需要的流量设定值Q_S和压力设定值P_S；

C：再结合步骤A采集的数据信息和步骤B中输入的流量设定值Q_S和压力设定值P_S，微处理器根据流量控制调节函数模型进行流量调节，函数模型如公式①：

U_Q= U_Q0+K_Q(B_Q(Q_S-Q)-A_Q(P_S-P)(C_PC_Q)/(C_P+C_Q))     ①

调节方式为等间隔逐步调节，调节时间间隔可为：1s—6s；

其中，U_Q为本次流量调节阀调节量；U_Q0为上次流量调节阀调节量；K_Q为流量调节阀调节比例系数，代表每次调节步幅，一般使两者选取等幅，取值在0.1-0.6之间；A_Q和B_Q分别为流量调节阀调节分量系数；Q_S为流量设定值，Q为当前孔板流量计测量值；P_S为压力设定值、P当前主压力变送器的测量值；C_Q为流量调节阀当前调节开度测量值，C_P为压力调节阀当前调节开度测量值；

微处理器再根据压力控制调节函数模型进行流量调节，函数模型如公式②：

        U_P= U_P0+K_P(A_P(P_S-P)+ B_P(Q_S-Q)(C_P+C_Q)/(C_PC_Q))     ②

调节方式为等间隔逐步调节，调节时间间隔可为：1s—4s；

其中，U_P为本次压力调节阀调节量、U_P0为上次压力调节阀调节量； K_P为压力调节阀调节比例系数，代表每次调节步幅，一般使两者选取等幅，取值在0.1-0.6之间；A_P和B_P分别为压力调节阀调节分量系数；其他参数同公式①；

D：根据公式①和公式②得到本次流量调节阀所需的调节量U_Q和本次压力调节阀所需的调节量U_P；

E：根据步骤D得出的本次流量调节阀所需的调节量U_Q和压力调节阀所需的调节量U_P，微处理器首次向流量调节阀和压力调节阀发送控制命令，则流量调节阀和压力调节阀首次微动作；

F：在流量调节阀和压力调节阀首次动作的过程中，数据采集模块实时采集流量调节阀的阀位信息、压力调节阀的阀位信息、主压力变送器的压力信息和孔板流量计的流量信息，并将信息实时发送给微处理器；微处理器根据设定的调节时间，进行间隔性的处理，并发送控制命令；

G：循环步骤F；

当流量调节阀或压力调节阀到达某一阀位后，且满足流量调节阀或压力调节阀的当前测量值与设定值处于允许误差范围内时，系统自动停止动作；若不满足，则系统自动启动，并动作。