CN107701141B - 一种可调压式柱塞气举井口装置及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调压式柱塞气举井口装置及其监控方法，包括远程操作平台、防喷管和旁通调压管路，所述防喷管的侧面开口与所述旁通调压管路连接，所述旁通调压管路内设置有90°承压球型调节阀，所述远程操作平台与所述90°承压球型调节阀连接，用于向所述90°承压球型调节阀发送信号控制井口的开和关。本发明具有结构简单、操作方便等特点，其产品的研制和现场使用，将极大的减少现场员工的工作量，强化了气田柱塞排液自动化、智能化的管理，解决了柱塞井运行难题。

Description

一种可调压式柱塞气举井口装置及其监控方法

技术领域

本发明属于天然气田开发技术领域，具体涉及一种可调压式柱塞气举井口装置及其监控方法，是柱塞气井控制系统的工艺集成，适用于气井排水采气的生产过程。

背景技术

柱塞设备中的隔膜阀是控制气井开关的重要部件，在生产过程中通过调整隔膜阀的开关，来实现柱塞在井筒内往复运动排液。

当前气田应用的薄膜阀仅有两个工况状态：全开或全关。开井时油压迅速下降，柱塞将向井口运动；关井时井底压力开始恢复，柱塞将回落至井底。柱塞排水采气的核心技术在于：需要根据不同井况制定合理、明确的开关井时间。特别的，柱塞运行问题主要集中在，当关井时间较长，井底压力恢复过足，这种情况极易造成柱塞在油管内上行速度过快，进而对井口形成超压风险甚至造成设备损坏。

部分柱塞设备安装有柱塞运行超速、超压监测模块来调节柱塞在油管内的运行速度。当监测到柱塞运行超压或超速后，薄膜阀迅速关闭(相当于关井)，这样柱塞就实现了降速，但在降速的同时影响了柱塞的排液和气井正常生产，只能通过人工调节井口针阀开度，缓慢放压才能降低柱塞的上行速度。

超压、超速监测模块虽然在柱塞运行过程中有效的规避了安全风险，但却增加了柱塞气井的管理难度。因此，迫切需要一种可以控制柱塞上下两端压差的调节设备，可以根据压差大小将柱塞的运行速度控制在合理的区间，在规避柱塞超压、超速的同时保障了柱塞及气井的稳定运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种可调压式柱塞气举井口装置及其监控方法，取代传统的薄膜阀，通过引入控制阀门调压功能取代薄膜阀全开或全关功能。利用计算机操作平台控制柱塞井口装置的开关开度，这样就可以按照“福斯和高尔模型”柱塞排液理论计算柱塞井开井套压，从而自由控制柱塞在油管内的上行速度(柱塞到达井口的压力不高于5MPa)，降低柱塞运行风险、减轻柱塞气井的生产管理难度。

本发明采用以下技术方案：

一种可调压式柱塞气举井口装置，包括远程操作平台、防喷管和旁通调压管路，所述防喷管的侧面开口与所述旁通调压管路连接，所述旁通调压管路内设置有90°承压球型调节阀，所述远程操作平台与所述90°承压球型调节阀连接，用于向所述90°承压球型调节阀发送信号控制井口的开和关。

进一步的，所述防喷管包括管体上端和管体下端，所述管体上端设置有防喷帽，所述防喷帽的腔室内从上至下依次设置有弹簧、防撞块和挡块限位套，所述管体下端的腔室内安装有柱塞捕捉头，侧面开口用于连接所述旁通调压管路。

进一步的，所述旁通调压管路包括旁通腔室和调压管路，所述旁通腔室分别于所述防喷管和调压管路连接，用于对排出液体进行减压，所述旁通腔室的一端通过螺钉紧固连接有堵头，在所述堵头处设置有O型结构的密封圈。

进一步的，所述堵头包括两个，互成90°设置。

进一步的，所述90°承压球型调节阀设置在所述调压管路内，包括阀座体和设置在其上的阀座，所述阀座上设置有连轴球体。

进一步的，所述连轴球体的一端通过六角型的螺母和双头螺栓紧固连接有连接法兰，所述连轴球体的顶部通过六角型的螺母和双头螺栓紧固连接有阀座挡板。

进一步的，所述阀座体与所述调压管路连接处设置有O型结构的密封圈。

本发明还公开了一种可调压式柱塞气举井口装置的监控方法，所述远程操作平台对柱塞上行速度进行监控，当柱塞上行速度超过300m/min时，启动90°承压球型调压阀旋转，控制柱塞上方压力，当远程操作平台发出释放柱塞信号后，柱塞由防喷管的管体上端释放，落入油管底部；待远程操作平台释放开井信号后，90°承压球型调压阀旋转至完全打开，等待柱塞上行至防喷管，柱塞及柱塞上方液柱由油管进入防喷管的管体下端，液柱由管体下端进入旁通调压管路。

进一步的，当液柱通过旁通调压管路进入90°承压球型调压阀时，判断此时液柱通过速度：

若通过速度超过300m/min，90°承压球型调压阀自动旋转关闭部分液柱经过通道，柱塞及柱塞上方液柱上行速度降至300m/min以下；

若通过速度低于300m/min，90°承压球型调压阀保持全开状态，液柱不降速经过通道；柱塞继续上行至管体上端，柱塞撞击弹簧停止并被管体上端捕捉，90°承压球型调压阀完全关闭，等待下一个开关井周期。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明可调压式柱塞气举井口装置，包括远程操作平台、防喷管和旁通调压管路，防喷管的侧面开口与旁通调压管路连接，旁通调压管路内设置有90°承压球型调节阀，远程操作平台与90°承压球型调节阀连接，用于向90°承压球型调节阀发送信号控制井口的开和关，通过操作平台远程控制球阀的旋转，通过球阀的开度来控制柱塞在油管内的上行速度，不仅能够更加高效的排液，还能够防止井口及地面管线超压。

进一步的，防喷管弹簧配合防撞块、挡块限位套可以对即将行至井口的柱塞进行减速，防止柱塞直接撞击防喷管顶端，造成防喷管顶端破裂；侧面开口与旁通管路连接可以对排出的液体减压分流，并导入调压阀。

进一步的，当液柱从防喷管进入调压管路之前，旁通腔室对进入腔室的液柱进行预减压分流，防止液柱对调压阀直接造成冲击；两个堵头成90°可以更好的平衡受力。

进一步的，由于90°承压球型调节阀并非减压部件，设置在调压管路内，可以避免液柱由井筒进入防喷管后直接冲击90°承压球型调节阀造成部件失效；阀座体和设置在其上的阀座主要起到固定90°承压球型调节阀的作用；阀座上设置有连轴球体起到旋转对接排液通道的作用。

进一步的，该装置采用法兰连接的方式，与井口测试阀门相连接，连接通径73mm，承压等级按照10MPa压力设计，或者根据不同气田的集气方式，承压等级可以更高。

本发明还公开了一种可调压式柱塞气举井口装置的监控方法，由于目前大部分柱塞在排液的过程中上行速度无法人为控制，很多柱塞井不同程度都存在举液滤失的情况，通过调节柱塞的上行速度，可以最大程度防止液体回落至井底，大大提高了柱塞排液的效率，如果柱塞携液上行速度过快，超过安全速度：300m/min，会对柱塞井口防喷盒造成撞击，造成防喷盒脱扣甚至开裂。通过调节球阀的开度，柱塞携液上行速度可以最大程度的保证柱塞安全运行。

综上所述，本发明具有结构简单、操作方便等特点，其产品的研制和现场使用，将极大的减少现场员工的工作量，强化了气田柱塞排液自动化、智能化的管理，解决了柱塞井运行难题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明可调压式柱塞气举井口装置示意图。

其中：1.管体下端；2.管体上端；3.挡块限位套；4.防喷帽；5.螺钉；6.弹簧；7.防撞块；8.堵头；9.密封圈；10.阀座体；11.阀座；12.连轴球体；13.阀座挡板；14.螺母；15.双头螺栓；16.连接法兰。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种可调压式柱塞气举井口装置及其监控方法，设计了可调压式柱塞井口装置，并通过计算机远程操作平台实现远程自动化控制，由远程操作平台、防喷管、旁通调压管路、调压阀四部分构成。其中：

远程操作平台：主要通过发送信号控制装置内90°承压球型调节阀的旋转开度，进而控制井口的开关。

远程操作平台由无线数据传输网络装置、井口RTU(远程控制终端)数据采集装置、安装在井口的压力变送器、以及与阀体连接的电动执行机构、井口供电系统几部分组成。

远程操作平台承载了一套室内的控制程序，它的主要作用有：安装在井口的压力变送器采集柱塞上行的速度、压力数据、判断柱塞和所携带液柱上行过程是否存在超压风险。若判断有超压风险，远程控制平台给井口RTU(远程控制终端)发出信号指令，安装在与阀体连接的电动执行机构接收到指令后，控制90°承压球型调节阀关闭或部分关闭，使得柱塞上行速度减慢，从而削减井口装置的超压风险。

防喷管包括管体上端2和管体下端1，管体上端2设置有防喷帽4，所述防喷帽4通过螺钉5与所述管体上端2连接，所述防喷帽4的腔室内安装有弹簧6，所述弹簧6的一端与所述防喷帽4连接，另一端与防撞块7连接，所述防撞块7与挡块限位套3连接，主要作用是降低柱塞上行冲量；

管体下端1的腔室内安装有柱塞捕捉头，用于卡住柱塞防止滑落，侧面开口连接旁通调压管路，旁通调压管路包括旁通腔室和调压管路，旁通腔室与所述防喷管和调压管路连接，给排出液体减压。

旁通腔室的一端通过螺钉5紧固连接有堵头8，在堵头8和旁通腔室连接处设置有O型结构的密封圈9。

调压管路内安装有90°承压球型调压阀和阀座挡板13，90°承压球型调节阀包括阀座体10和设置在其上的阀座11，阀座11上设置有连轴球体12，所述连轴球体12的一端与连接法兰16连接，所述连接法兰16通过六角型的螺母14和双头螺栓15紧固，所述阀座挡板13设置在所述连轴球体12的另一端，通过六角型的螺母14和双头螺栓15紧固。

工作过程为：

当柱塞上行速度超过300m/min时，远程操作平台可以及时监控到，并远程启动90°承压球型调压阀旋转，控制柱塞上方的压力。

当远程操作平台发出释放柱塞信号后，柱塞由防喷管的管体上端2释放，落入油管底部；待远程操作平台释放开井信号后，90°承压球型调压阀旋转至完全打开，等待柱塞上行至防喷管。柱塞及柱塞上方液柱由油管进入防喷管的管体下端1，液柱由管体下端1进入旁通调压管路。

当液柱通过旁通调压管路进入90°承压球型调压阀时，操作平台系统可判断此时液柱通过速度是否超过300m/min。

若超过300m/min，90°承压球型调压阀自动旋转关闭部分液柱经过通道，使得柱塞及柱塞上方液柱上行速度降到300m/min以下；

若低于300m/min，90°承压球型调压阀保持全开状态使得液柱不降速经过通道；而柱塞继续上行至防喷管上端，柱塞撞击弹簧停止并被防喷管上端捕捉，捕捉后，90°承压球型调压阀完全关闭，等待下一个开关井周期。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可调压式柱塞气举井口装置，其特征在于，包括远程操作平台、防喷管和旁通调压管路，所述防喷管包括管体上端(2)和管体下端(1)，所述管体上端(2)设置有防喷帽(4)，所述防喷帽(4)的腔室内从上至下依次设置有弹簧(6)、防撞块(7)和挡块限位套(3)，所述管体下端(1)的腔室内安装有柱塞捕捉头，侧面开口用于连接所述旁通调压管路，所述防喷管的侧面开口并与所述旁通调压管路连接，在所述旁通调压管路内设置有90°承压球型调节阀，所述远程操作平台与所述90°承压球型调节阀连接，用于向所述90°承压球型调节阀发送信号控制井口的开和关，所述旁通调压管路包括旁通腔室和调压管路，所述旁通腔室分别与所述防喷管和调压管路连接，用于对排出液体进行减压，所述旁通腔室的一端通过螺钉(5)紧固连接有堵头(8)，在所述堵头(8)处设置有O型结构的密封圈(9)，所述堵头(8)包括两个，互成90°设置，所述90°承压球型调节阀设置在所述调压管路内，包括阀座体(10)和设置在其上的阀座(11)，所述阀座(11)上设置有连轴球体(12)，所述连轴球体(12)的一端通过六角型的螺母(14)和双头螺栓(15)紧固连接有连接法兰(16)，所述连轴球体(12)的顶部通过六角型的螺母(14)和双头螺栓(15)紧固连接有阀座挡板(13)。

2.根据权利要求1所述的一种可调压式柱塞气举井口装置，其特征在于，所述阀座体(10)与所述调压管路连接处设置有O型结构的密封圈(9)。

3.根据权利要求1所述装置的监控方法，其特征在于，所述远程操作平台对柱塞上行速度进行监控，当柱塞上行速度超过300m/min时，启动90°承压球型调节阀旋转，控制柱塞上方压力，当远程操作平台发出释放柱塞信号后，柱塞由防喷管的管体上端释放，落入油管底部；待远程操作平台释放开井信号后，90°承压球型调节阀旋转至完全打开，等待柱塞上行至防喷管，柱塞及柱塞上方液柱由油管进入防喷管的管体下端，液柱由管体下端进入旁通调压管路。

4.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于，当液柱通过旁通调压管路进入90°承压球型调节阀时，判断此时液柱通过速度：

若通过速度超过300m/min，90°承压球型调节阀自动旋转关闭部分液柱经过通道，柱塞及柱塞上方液柱上行速度降至300m/min以下；

若通过速度低于300m/min，90°承压球型调节阀保持全开状态，液柱不降速经过通道；柱塞继续上行至管体上端，柱塞撞击弹簧停止并被管体上端捕捉，90°承压球型调节阀完全关闭，等待下一个开关井周期。