CN107780885B - 一种智能开关井的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能开关井的方法和装置，属于天然气开采技术领域。所述方法包括：采集气井的环境参数，环境参数包括采气的油管内的压力、套设在油管外的套管和油管之间的压力、输气管线内的压力、输气管线内流体的流量、实现气井开关的节流阀的阀门开度、当前时刻与开井时刻或关井时刻的间隔时间中的一种或多种；确定环境参数是否符合设定模式下开关井的条件；当环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井。本发明由设备自主完成开关井，不需要人到气井现场手动操作节流阀，大大降低开井作业的工作量和劳动强度，提高生产效率，满足开关井的要求。

Description

一种智能开关井的方法和装置

技术领域

本发明涉及天然气开采技术领域，特别涉及一种智能开关井的方法和装置。

背景技术

苏格里气田采用井下节流工艺实现天然气的生产，从井口采出的天然气依次经过节流阀、紧急切断阀、闸阀输送到集气站，通过控制节流阀的开关可以实现气井的开关。

目前气井的开关是由人到气井现场手动操作节流阀完成。由于节流阀的前后在开井前存在很大的压力差，因此开井时需要缓慢打开节流阀，释放节流阀前后的压力差，整个开井过程会耗费半小时左右的时间。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

随着开采时间的增长，气井产量不断降低，产量低的气井需要采取开井和关井交替循环进行的间歇式开采工艺，开井和关井的频次可达到一天多次。由于苏格里气田处于毛乌素沙地中，气井分散，因此开井次数的增加造成开井作业的工作量急剧增加，劳动强度增大，生产效率降低，无法满足开关井的要求。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种智能开关井的方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种智能开关井的方法，所述方法包括：

采集气井的环境参数，所述环境参数包括采气的油管内的压力、套设在所述油管外的套管和所述油管之间的压力、输气管线内的压力、所述输气管线内流体的流量、实现气井开关的节流阀的阀门开度、当前时刻与开井时刻或关井时刻的间隔时间中的一种或多种；

确定所述环境参数是否符合设定模式下开关井的条件；

当所述环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据所述环境参数控制所述节流阀的阀门开度的调节过程，完成所述设定模式下的开井。

可选地，所述设定模式为定开度开关井、定时开关井、长周期定压开关井、短周期定压开关井、定流量开关井中的一种或多种；

所述定开度开关井为，将所述节流阀的阀门开度调节为用户指定的阀门开度；

所述定时开关井为，在开井时间达到设定的开井时长时确定关井，在关井时间达到设定的关井时长时确定开井；

所述长周期定压开关井为，在与上次开井的间隔时间达到设定间隔时间之后，当所述套管和所述油管之间的压力大于或等于上次开井时的压力和第一设定百分比的乘积时确定开井，当所述套管和所述油管之间的压力单位时间内的上升值在设定时间长度内保持大于第一设定压力，且气井产量低于第一设定产量时确定关井；

所述短周期定压开关井为，在与上次开井的间隔时间达到设定间隔时间之前，当所述油管内的压力大于或等于上次开井时的压力和第二设定百分比的乘积时确定开井，当气井产量低于第二设定产量时确定关井；

所述定流量开关井为，当所述油管内的压力大于或等于第二设定压力时确定开井，当所述输气管线内流体的流量大于设定流量区间的上限时减小所述节流阀的阀门开度，当所述输气管线内流体的流量小于设定流量区间的下限时增大所述节流阀的阀门开度，当所述节流阀的阀门开度达到100％且所述输气管线内流体的流量小于设定流量区间的下限时确定关井。

可选地，所述根据所述环境参数控制所述节流阀的阀门开度的调节过程，完成所述设定模式下的开井，包括：

根据标志位确定是否完成开井，所述标志位在每次开井完成后设置并在每次关井完成后清除；

当根据所述标志位确定没有完成开井时，根据所述油管内的压力的下降速度与设定速度区间的上限和下限的大小关系确定第一动作，并根据所述输气管线内的压力与设定压力区间的上限和下限的大小关系确定第二动作，所述第一动作和所述第二动作均为所述节流阀的阀门开度的调节动作；

根据所述第一动作和所述第二动作确定调节动作；

根据所述油管内的压力与第三设定压力的大小关系执行所述调节动作；

根据所述节流阀的阀门开度与设定开度的大小关系、所述输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与第五设定压力的大小关系，确定是否完成开井并设置所述标志位；

当根据所述节流阀的阀门开度与设定开度的大小关系、所述输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与第五设定压力的大小关系确定没有完成开井时，重新进行一次所述调节过程。

优选地，所述根据所述油管内的压力的下降速度与设定速度区间的上限和下限的大小关系确定第一动作，包括：

确定所述油管内的压力的下降速度与所述设定速度区间的上限和下限的大小关系；

当所述油管内的压力的下降速度大于所述设定速度区间的上限时，所述第一动作为减小所述节流阀的阀门开度；

当所述油管内的压力的下降速度在所述设定速度区间内时，所述第一动作为停止调节所述节流阀的阀门开度；

当所述油管内的压力的下降速度小于所述设定速度区间的下限时，所述第一动作为增大所述节流阀的阀门开度。

优选地，所述根据所述输气管线内的压力与设定压力区间的上限和下限的大小关系确定第二动作，包括：

确定所述输气管线内的压力与所述设定压力区间的上限和下限的大小关系；

当所述输气管线内的压力大于所述设定压力区间的上限时，所述第二动作为减小所述节流阀的阀门开度；

当所述输气管线内的压力在所述设定压力区间内时，所述第二动作为停止调节所述节流阀的阀门开度；

当所述输气管线内的压力小于所述设定压力区间的下限时，所述第二动作为增大所述节流阀的阀门开度。

优选地，所述根据所述第一动作和所述第二动作确定调节动作，包括：

当所述第一动作和所述第二动作相同时，将所述第一动作或所述第二动作确定为所述调节动作；

当所述第一动作和所述第二动作不同时，按照优先级从所述第一动作和所述第二动作中选择一个作为所述调节动作，所述优先级为减小所述节流阀的阀门开度优于停止调节所述节流阀的阀门开度，且停止调节所述节流阀的阀门开度优于增大所述节流阀的阀门开度。

优选地，所述根据所述油管内的压力与第三设定压力的大小关系执行所述调节动作，包括：

当所述油管内的压力小于或等于所述第三设定压力时，以第一速率执行所述调节动作；

当所述油管内的压力大于所述第三设定压力时，以第二速率执行所述调节动作；

其中，所述第一速率大于所述第二速率。

优选地，所述根据所述节流阀的阀门开度与设定开度的大小关系、所述输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与第五设定压力的大小关系，确定是否完成开井并设置所述标志位，包括：

判断所述节流阀的阀门开度是否达到所述设定开度；

当所述节流阀的阀门开度没有达到所述设定开度时，确定没有完成开井；

当所述节流阀的阀门开度达到所述设定开度时，确定所述输气管线内的压力与所述第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与所述第五设定压力的大小关系；

当所述输气管线内的压力小于或等于所述第四设定压力，且所述油管内的压力小于或等于所述第五设定压力时，确定完成开井并设置所述标志位；

当所述输气管线内的压力大于所述第四设定压力，或所述油管内的压力大于所述第五设定压力时，确定没有完成开井。

可选地，所述方法还包括：

当根据所述标志位确定已经完成开井时，根据所述输气管线内流体的流量和设定流量区间的上限和下限的大小关系调节所述节流阀的阀门开度。

可选地，所述方法还包括：

在所述根据标志位确定是否开井之前，确定用于采集所述环境参数的检测设备的状态；

当所述检测设备的状态为正常时，根据所述标志位确定是否开井；

当所述检测设备的状态为异常时，进行报警。

另一方面，本发明实施例提供了一种智能开关井的装置，所述装置包括节流阀、电机、传动机构、控制器、绝对编码器、流量计、以及三个压力变送器，所述三个压力变送器分别设置在采气的油管内、套设在所述油管外用于固定井壁的套管和所述油管之间、输气管线内，所述流量计设置在所述输气管线内，所述绝对编码器设置在所述传动机构上，所述控制器分别与所述三个压力变送器、所述流量计、所述绝对编码器、所述电机电连接，所述电机的输出轴与所述传动机构的输入端同轴连接，所述传动机构的输出端与所述节流阀传动连接。

可选地，所述节流阀包括阀体、阀瓣、阀杆、阀盖、以及节流罩；所述节流罩套设在所述阀瓣外，所述节流罩设置在所述阀体内，所述阀瓣将所述阀体的内部分隔为与进口相通的第一腔室和与出口相通的第二腔室；所述节流罩上设有通流孔，所述第一腔室和所述第二腔室通过所述通流孔连通；所述阀盖套设在所述阀杆外，所述阀盖固定在所述阀体上，所述阀杆的一端与所述阀瓣同轴连接，所述阀杆的另一端与所述传动机构传动连接。

可选地，所述阀瓣和所述节流罩的表面喷涂有厚度为0.25mm且硬度至少为70HRC的碳化钨膜。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过采集气井的环境参数，确定该环境参数是否符合设定模式下开关井的条件，并当该环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井，整个过程可以由设备自主完成，不需要人到气井现场手动操作节流阀，大大降低开井作业的工作量和劳动强度，提高生产效率，满足开关井的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的智能开关井的方法的应用场景图；

图2是本发明实施例一提供的一种智能开关井的方法的流程图；

图3是本发明实施例二提供的一种智能开关井的方法流程图；

图4是本发明实施例三提供的一种智能开关井的装置的结构示意图；

图5a和图5b是本发明实施例四提供的一种智能开关井的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

下面先结合图1简单介绍一下本发明提供的智能开关井的方法的应用场景。参见图1，气井11的内壁设有套管12，套管内设置有油管13，套管12用于固定井壁，气井11的流体分别通过套管12和油管13输送到节流阀21(也可以只有油管13内的流体输送到节流阀21)，节流阀21再将流体输送到输气管线14。

输气管线14上设置有闸阀15，以对流体的运输进行控制。闸阀14和节流阀21之间的输气管线14上设置有紧急切断阀16，以应对紧急情况，保障输气管线的安全。

在实际应用中，各个气井11的流体会先在通过紧急切断阀16之前在输气管线14内汇合。在流体汇合处和节流阀21之间的输气管线14上还设有流量计22(流量计22在只有一口气井的情况下也可以设置在紧急切断阀16和闸阀15之间的输气管线14上)、压力变送器23，流量计22用于采集输气管线14内流体的流量，压力变送器23用于采集输气管线14内的压力的压力变送器23；在套管12和节流阀21之间的管线上设有压力变送器24，压力变送器24用于采集套管12和油管13之间的压力；在油管13和节流阀21之间的管线上设有压力变送器25，压力变送器25用于采集油管13内的压力。

节流阀21与传动机构26传动连接，传动机构26与电机27传动连接，电机27与控制器28电连接。具体地，控制器28可以为可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，简称PLC)。传动机构26上设有绝对编码器29，绝对编码器29用于采集节流阀21的阀门开度。绝对编码器29、流量计22、压力变送器23、压力变送器24、压力变送器25分别与控制器28电连接，将采集的气井的环境参数发送给控制器28，控制器28根据该环境参数控制电机27的转速，电机27圆周运动的力在传动机构26的作用下，转换为直线运动的力驱动节流阀21改变阀门开度，实现智能开关井。

在具体实现中，控制器28还与提供电源的井场太阳能采集装置17电连接，以利用太阳能进行作业，节能环保。另外，控制器28还与无线通信设施18电连接，以向监控室19汇报井场数据并接收指令。

需要说明的是，本发明提供的智能开关井的装置可以包括上述应用场景中的节流阀、流量计、三个压力变送器、传动机构、电机、控制器、绝对编码器。另外，上述应用场景仅为举例，本发明的应用场景并不限于此。

实施例一

本发明实施例提供了一种智能开关井的方法，参见图2，该方法包括：

步骤101：采集气井的环境参数。

在本实施例中，环境参数包括采气的油管内的压力、套设在油管外的套管和油管之间的压力、输气管线内的压力、输气管线内流体的流量、实现气井开关的节流阀的阀门开度、当前时刻与开井时刻或关井时刻的间隔时间中的一种或多种。

在本实施例中，开井时刻为开始开井的时刻，关井时刻为开始关井的时刻。

在实际气井生产中，在气井钻井完成之后，会先用套管固定井壁，再下入采气的油管，油管和套管同轴，油管和套管之间的空间内的压力即为套管和油管之间的压力，油管和套管内的流体会通过节流阀输送到输气管线。具体可详见图1所示的应用场景部分所述的内容，在此不再详述。

在具体实现中，油管内的压力由设置在油管内的压力变送器采集，套管和油管之间的压力由设置在套管和油管之间的压力变送器采集，输气管线内的压力由设置在输气管线内的压力变送器采集，输气管线内流体的流量由设置在输气管线内的流量计采集，节流阀的阀门开度可以由设置在向节流阀传递动力的传动机构上的绝对编码器采集。

步骤102：确定该环境参数是否符合设定模式下开关井的条件。

步骤103：当该环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井。

本发明实施例通过采集气井的环境参数，确定该环境参数是否符合设定模式下开关井的条件，并当该环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井，整个过程可以由设备自主完成，不需要人到气井现场手动操作节流阀，大大降低开井作业的工作量和劳动强度，提高生产效率，满足开关井的要求。

实施例二

本发明实施例提供了一种智能开关井的方法，参见图3，该方法包括：

步骤201：采集气井的环境参数。

在本实施例中，环境参数包括采气的油管内的压力、套设在油管外的套管和油管之间的压力、输气管线内的压力、输气管线内流体的流量、实现气井开关的节流阀的阀门开度、当前时刻与开井时刻或关井时刻的间隔时间中的一种或多种。

在本实施例中，开井时刻为开始开井的时刻，关井时刻为开始关井的时刻。

在实际气井生产中，在气井钻井完成之后，会先用套管固定井壁，再下入采气的油管，油管和套管同轴，油管和套管之间的空间内的压力即为套管和油管之间的压力，油管和套管内的流体会通过节流阀输送到输气管线。具体可详见图1所示的应用场景部分所述的内容，在此不再详述。

在具体实现中，油管内的压力由设置在油管内的压力变送器采集，套管和油管之间的压力由设置在套管和油管之间的压力变送器采集，输气管线内的压力由设置在输气管线内的压力变送器采集，输气管线内流体的流量由设置在输气管线内的流量计采集，节流阀的阀门开度可以由设置在向节流阀传递动力的传动机构上的绝对编码器采集。

步骤202：确定该环境参数是否符合设定模式下开关井的条件。当该环境参数符合设定模式下开井的条件时，执行步骤203a。

可选地，设定模式可以为定开度开关井、定时开关井、长周期定压开关井、短周期定压开关井、定流量开关井中的一种或多种，可以根据生产需要采用多种模式开关井，提高气田自动化水平，在气田开采领域具有广阔的应用前景。

其中，定开度开关井为，将节流阀的阀门开度调节为用户指定的阀门开度。例如，用户指定将阀门开度调节为100％，调节后的阀门开度比调节前大，此时为开井指令；又如，用户指定将阀门开度调节为0％，调节后的阀门开度比调节前小，此时为关井指令。

定时开关井为，在开井时间达到设定的开井时长时确定关井，在关井时间达到设定的关井时长时确定开井，特别适用于间歇式开采工艺。开井时长和关井时长可以根据不同气井的具体情况进行相应设置。

长周期定压开关井为，在与上次开井的间隔时间达到设定间隔时间之后，当套管和油管之间的压力大于或等于上次开井时的压力和第一设定百分比的乘积时确定开井，当套管和油管之间的压力单位时间内的上升值在设定时间长度内保持大于第一设定压力，且气井产量低于第一设定产量时确定关井。例如，设定时间间隔为24小时，第一设定百分比为95％，设定时间长度为72小时，第一设定压力为0.003MPa，第一设定产量为0.5万立方米/日(24小时平均值)。

短周期定压开关井为，在与上次开井的间隔时间达到设定间隔时间之前，当油管内的压力大于或等于上次开井时的压力和第二设定百分比的乘积时确定开井，当气井产量低于第二设定产量时确定关井。其中，上次开井具体指上次确定开井的瞬间，设定时间间隔等可以根据实际情况进行设定。例如，设定时间间隔为24小时，第二设定百分比为95％，第二设定产量为0.3万立方米/日(24小时平均值)。

定流量开关井为，当油管内的压力大于或等于第二设定压力时确定开井，当输气管线内流体的流量大于设定流量区间的上限时减小节流阀的阀门开度，当输气管线内流体的流量小于设定流量区间的下限时增大节流阀的阀门开度，当节流阀的阀门开度达到100％且输气管线内流体的流量小于设定流量区间的下限时确定关井。第二设定压力和设定流量区间可以根据各个气井的具体情况进行相应设定。

步骤203a：确定用于采集环境参数的检测设备的状态。当检测设备的状态为异常时，执行步骤203b；当检测设备的状态为正常时，执行步骤203c。

在具体实现中，检测设备的检测可以根据是否接收到检测设备发送的信号或者接收到的信号情况确定。

步骤203b：进行报警。

可以理解地，通过报警可以使工作人员及时排除故障，确保气井能够及时生产。

步骤203c：根据标志位确定是否完成开井。当根据标志位确定已经完成开井时，执行步骤203d；当根据标志位确定没有完成开井时，执行步骤203e-步骤203h。

在本实施例中，标志位在每次开井完成后设置并在每次关井完成后清除，以便于根据标志位确定是否完成开井。例如，1表示已经完成开井，0表示没有完成开井。

步骤203d：根据输气管线内流体的流量和设定流量区间的上限和下限的大小关系调节节流阀的阀门开度。

在本实施例中，设定流量区间的上限为采气工艺要求的流量与一个设定百分比(如105％)的乘积，下限为采气工艺要求的流量与另一个设定百分比(如95％)的乘积。其中，采气工艺要求的流量由油田提供。需要说明的是，由于流量的要求不是很敏感，因此可以不留裕量，直接采用采气工艺要求的流量和某个设定百分比的乘积即可。

具体地，该步骤203d可以包括：

当输气管线内流体的流量小于设定流量区间的下限时，增大节流阀的阀门开度；

当输气管线内流体的流量在设定流量区间内时，停止调节节流阀的阀门开度；

当输气管线内流体的流量大于设定流量区间的上限时，减小节流阀的阀门开度。

步骤203e：根据油管内的压力的下降速度与设定速度区间的上限和下限的大小关系确定第一动作，并根据输气管线内的压力与设定压力区间的上限和下限的大小关系确定第二动作。

在本实施例中，第一动作和第二动作均为节流阀的阀门开度的调节动作。设定速度区间的上限为0.3MPa/分，下限为0.25MPa/分。设定压力区间的上限为采气工艺要求的压力与两个设定百分比(如一个为95％，另一个为105％)的乘积，下限为采气工艺要求的压力与另外两个设定百分比(如一个也为95％，另一个从105％变成95％)的乘积。其中，采气工艺要求的压力由油田提供。需要说明的是，由于压力的要求比较敏感，因此会留裕量，通常采用采气工艺要求的流量先与某个设定百分比(上限值和下限值中共同的95％)相乘之后，再与表示区间范围的百分比(上限值和下限值中不同的105％和95％)相乘。

可选地，根据油管内的压力的下降速度与设定速度区间的上限和下限的大小关系确定第一动作，可以包括：

确定油管内的压力的下降速度与设定速度区间的上限和下限的大小关系；

当油管内的压力的下降速度大于设定速度区间的上限时，第一动作为减小节流阀的阀门开度；

当油管内的压力的下降速度在设定速度区间内时，第一动作为停止调节节流阀的阀门开度；

当油管内的压力的下降速度小于设定速度区间的下限时，第一动作为增大节流阀的阀门开度。

可选地，根据输气管线内的压力与设定压力区间的上限和下限的大小关系确定第二动作，可以包括：

确定输气管线内的压力与设定压力区间的上限和下限的大小关系；

当输气管线内的压力大于设定压力区间的上限时，第二动作为减小节流阀的阀门开度；

当输气管线内的压力在设定压力区间内时，第二动作为停止调节节流阀的阀门开度；

当输气管线内的压力小于设定压力区间的下限时，第二动作为增大节流阀的阀门开度。

步骤203f：根据第一动作和第二动作确定调节动作。

可选地，该步骤203f可以包括：

当第一动作和第二动作相同时，将第一动作或第二动作确定为调节动作；

当第一动作和第二动作不同时，按照优先级从第一动作和第二动作中选择一个作为调节动作。

其中，优先级为减小节流阀的阀门开度优于停止调节节流阀的阀门开度，且停止调节节流阀的阀门开度优于增大节流阀的阀门开度。

步骤203g：根据油管内的压力与第三设定压力的大小关系执行调节动作。

在本实施例中，第三设定压力可以为采气工艺要求的压力与两个设定百分比(如一个为95％，另一个为110％)的乘积。如前所述，采气工艺要求的压力由油田提供。由于压力的要求比较敏感，因此会留裕量，如乘以95％。

可选地，该步骤203g可以包括：

当油管内的压力小于或等于第三设定压力时，以第一速率执行调节动作；

当油管内的压力大于第三设定压力时，以第二速率执行调节动作。

其中，第一速率大于第二速率。例如，第一速率转化后的阀杆运动速率为25mm/min，第二速率转化后的阀杆运动速率为15mm/min。

需要说明的是，当油管内的压力小于或等于第三设定压力时，说明节流阀的阀前压力已接近设定压力，开井即将完成，因此采用较快的速率打开节流阀；当油管内的压力大于第三设定压力时，说明节流阀的阀前压力高于设定压力较大，需要进行调节，防止节流阀的阀后压力超压，因此采用较慢的速率打开阀门。

步骤203h：根据节流阀的阀门开度与设定开度的大小关系、输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、油管内的压力与第五设定压力的大小关系，确定是否完成开井并设置标志位。当根据大小关系确定没有完成开井时，执行步骤203a。

在本实施例中，设定开度可以为100％。第四设定压力为采气工艺要求的压力与一个设定百分比(如95％)的乘积。第五设定压力为采气工艺要求的压力与两个设定百分比(如一个为95％，另一个为110％)的乘积。如前所述，采气工艺要求的压力由油田提供。由于压力的要求比较敏感，因此会留裕量，如乘以95％。

需要说明的是，为了保证判断结果的准确性，通常可以在步骤203g执行一段时间(如2分钟)之后，再执行步骤203h。

可选地，该步骤203h可以包括：

判断节流阀的阀门开度是否达到设定开度；

当节流阀的阀门开度没有达到设定开度时，确定没有完成开井；

当节流阀的阀门开度达到设定开度时，确定输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、油管内的压力与第五设定压力的大小关系；

当输气管线内的压力小于或等于第四设定压力，且油管内的压力小于或等于第五设定压力时，确定完成开井并设置标志位；

当输气管线内的压力大于第四设定压力，或油管内的压力大于第五设定压力时，确定没有完成开井。

可以理解地，本实施例通过执行步骤203a-步骤203h实现根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井。

在实际应用中，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的关井，可以包括：

以设定速率关闭节流阀的阀门开度，完成关井。

由于关井过程中压力和流量基本不会出现问题，因此可以直接采用设定速率关闭即可，简化控制过程，降低实现成本。

经过现场试验，在定开度开关井模式下开井过程需要20～30分钟，接近人工开关井所需时间，可以模拟人工开关井过程。

本发明实施例通过采集气井的环境参数，确定该环境参数是否符合设定模式下开关井的条件，并当该环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井，整个过程可以由设备自主完成，不需要人到气井现场手动操作节流阀，大大降低开井作业的工作量和劳动强度，提高生产效率，满足开关井的要求。

实施例三

参见图4，本发明实施例提供了一种智能开关井的装置，适用于实施例一或实施例二提供的智能开关井的方法，该装置包括节流阀301、电机302、传动机构303、控制器304、绝对编码器305、流量计306、以及三个压力变送器307。三个压力变送器307分别设置在采气的油管内、套设在油管外用于固定井壁的套管和油管之间、输气管线内，流量计306设置在输气管线内，绝对编码器305设置在传动机构上。控制器304分别与三个压力变送器307、流量计306、绝对编码器305、电机302电连接。电机302的输出轴与传动机构303的输入端同轴连接，传动机构303的输出端与节流阀301传动连接。

具体地，控制器304可以为PLC。

本发明实施例通过采集气井的环境参数，确定该环境参数是否符合设定模式下开关井的条件，并当该环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井，整个过程可以由设备自主完成，不需要人到气井现场手动操作节流阀，大大降低开井作业的工作量和劳动强度，提高生产效率，满足开关井的要求。

实施例四

参见图5a和图5b，本发明实施例提供了一种智能开关井的装置，适用于实施例一或实施例二提供的智能开关井的方法，该装置包括节流阀401、电机402、传动机构403、控制器404、绝对编码器405、流量计406、以及三个压力变送器407。在实际应用中，电机402、传动机构403、控制器404、绝对编码器405可以设置在一个壳体400内。

三个压力变送器407分别设置在采气的油管内、套设在油管外用于固定井壁的套管和油管之间、输气管线内，流量计406设置在输气管线内，绝对编码器405设置在传动机构上。控制器404分别与三个压力变送器407、流量计406、绝对编码器405、电机402电连接。电机402的输出轴与传动机构403的输入端同轴连接，传动机构403的输出端与节流阀401传动连接。

具体地，控制器404可以为PLC。

可选地，节流阀401可以包括阀体401a、阀瓣401b、阀杆401c、阀盖401d、以及节流罩401e。节流罩401e套设在阀瓣401b外，节流罩401e设置在阀体401a内，阀瓣401b将阀体401a的内部分隔为与进口相通的第一腔室401f和与出口相通的第二腔室401g。节流罩401e上设有通流孔401h，第一腔室401f和第二腔室401g通过通流孔401h连通。阀盖401d套设在阀杆401c外，阀盖401d固定在阀体401a上，阀杆401c的一端与阀瓣401b同轴连接，阀杆401c的另一端与传动机构403传动连接。

需要说明的是，本实施例在开井过程中提升阀瓣，从进口进入节流阀的流体通过节流罩上的通流孔从出口注入输气管线，可以有效降低开井高压对下游管线的冲击，避免高压流体由于进口和出口直接连通而造成流体剧烈波动的问题，保证开井过程中的压力和流量平稳。

具体地，节流阀401的公称压力可以为PN25MPa，公称通径可以为DN65mm。

可选地，阀瓣401b和节流罩401e的表面可以喷涂有厚度为0.25mm且硬度至少为70HRC的碳化钨膜，提高部件在节流过程中的耐冲蚀能力，延长装置的使用寿命。

在实际应用中，为了确保节流阀的使用，在使用之前，可以对节流阀进行流量特性试验验证调节能力、力矩试验验证25MPa压差下是否动作灵活、以及寿命试验验证是否长期运行。

可选地，控制器404可以与用于与监控室无线连接的无线通信设施电连接，如Modbus总线连接，以向监控室上传环境信息、以及接收监控室下发的远程控制指令，实现开关井的远程控制。

例如，该装置每隔5秒钟记录1次环境参数并上传给监控室，监控室的显示屏实时显示上传的所有参数(包括油管内的压力、套管和油管之间的压力、输气管线内的压力、输气管线内流体的流量、节流阀的阀门开度)，并将各个环境参数的变化情况转化为直观的动画曲线，自动生成环境参数记录和每天的生产报表(如在每天的14点生成)，实现在监控室监视、控制、操作气井的生产运行。可以理解地，环境参数可以存储在数据库中，以便随时调取。

可选地，控制器404可以与井场太阳能采集装置电连接，采用井场太阳能提供开关井的动力，节约能源。

需要说明的是，本实施例由控制器控制电机，电机通过传动机构调节节流阀的阀门开度，模拟人工开关井，使节流阀以较慢的速度开关，实现由井场太阳能提供小功率动力即可实现气井的开关，有效解决开关井的能源问题。

具体地，电机402可以为工作电压为12V直流、平均功率为40W、最大输出力矩为100N.M、效率为80％、阀门开度的控制精度为0.1mm的直流微型电机，可以适应井场太阳能供电量为100W的情况。

具体地，控制器404可以为设有7路4～20mA的模拟量输入通道和1条可支持16路传感器的Modbus总线的控制器，满足环境参数的采集要求，再将采用比例积分(ProportionIntegration，简称PI)算法控制程序存储在微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU)中，采用高精度定位算法，基于传感器采集的环境参数对电机进行调速运行，达到精确定位，实现实时调节阀门开度，控制环境参数在设定范围内(如油管内的压力的下降速度不超过0.3MPa/分、输气管线内的压力的上升速度不超过0.6MPa/分、输气管线内的压力不超过4.2MPa)，以避免超过紧急切断阀的压力波动范围(0.5MPa～4.8MPa)而造成紧急切断阀自动关闭、其它气井无法生产，实现平稳开关井。

在具体实现中，控制程序可以采用模块化结构编写，所有模块均提供接口，由人工在监控室通过参数设置打开或关闭控制接口，以实现不同的操作策略。具体地，控制程序支持Modbus协议，人工在监控室可以对控制程序的所有参数进行读取和修改。例如，开关接口可以包括：bit0流量关井，bit1油管内压力阈值关井，bit2套管和油管间压力阈值关井，bit3套管和油管间压力回升阈值关井，bit4油管内压力阈值关井，bit5开关井周期大于24小时，bit6套管和油管间压力阈值开井。

可选地，参见图5b，该装置还可以包括手轮408和按钮409，手轮408与传动机构403传动连接，按钮409与控制器404电连接，以在气井现场实现对节流阀的手动控制。

可选地，参见图5b，该装置还可以包括显示屏410，显示屏410与控制器404电连接，以方便工作人员在气井现场了解气井情况。

本发明实施例通过采集气井的环境参数，确定该环境参数是否符合设定模式下开关井的条件，并当该环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据环境参数控制节流阀的阀门开度的调节过程，完成设定模式下的开井，整个过程可以由设备自主完成，不需要人到气井现场手动操作节流阀，大大降低开井作业的工作量和劳动强度，提高生产效率，满足开关井的要求。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能开关井的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集气井的环境参数，所述环境参数包括采气的油管内的压力、套设在所述油管外的套管和所述油管之间的压力、输气管线内的压力、所述输气管线内流体的流量、实现气井开关的节流阀的阀门开度、当前时刻与开井时刻或关井时刻的间隔时间中的一种或多种；

确定所述环境参数是否符合设定模式下开关井的条件；

当所述环境参数符合设定模式下开井的条件时，根据所述环境参数控制所述节流阀的阀门开度的调节过程，完成所述设定模式下的开井；

其中，所述根据所述环境参数控制所述节流阀的阀门开度的调节过程，完成所述设定模式下的开井，包括：

根据标志位确定是否完成开井，所述标志位在每次开井完成后设置并在每次关井完成后清除；

当根据所述标志位确定没有完成开井时，根据所述油管内的压力的下降速度与设定速度区间的上限和下限的大小关系确定第一动作，并根据所述输气管线内的压力与设定压力区间的上限和下限的大小关系确定第二动作，所述第一动作和所述第二动作均为所述节流阀的阀门开度的调节动作；

根据所述第一动作和所述第二动作确定调节动作；

根据所述油管内的压力与第三设定压力的大小关系执行所述调节动作；

根据所述节流阀的阀门开度与设定开度的大小关系、所述输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与第五设定压力的大小关系，确定是否完成开井并设置所述标志位；

当根据所述节流阀的阀门开度与设定开度的大小关系、所述输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与第五设定压力的大小关系确定没有完成开井时，重新进行一次所述调节过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定模式为定开度开关井、定时开关井、长周期定压开关井、短周期定压开关井、定流量开关井中的一种或多种；

所述定开度开关井为，将所述节流阀的阀门开度调节为用户指定的阀门开度；

所述定时开关井为，在开井时间达到设定的开井时长时确定关井，在关井时间达到设定的关井时长时确定开井；

所述长周期定压开关井为，在与上次开井的间隔时间达到设定间隔时间之后，当所述套管和所述油管之间的压力大于或等于上次开井时的压力和第一设定百分比的乘积时确定开井，当所述套管和所述油管之间的压力单位时间内的上升值在设定时间长度内保持大于第一设定压力，且气井产量低于第一设定产量时确定关井；

所述短周期定压开关井为，在与上次开井的间隔时间达到设定间隔时间之前，当所述油管内的压力大于或等于上次开井时的压力和第二设定百分比的乘积时确定开井，当气井产量低于第二设定产量时确定关井；

所述定流量开关井为，当所述油管内的压力大于或等于第二设定压力时确定开井，当所述输气管线内流体的流量大于设定流量区间的上限时减小所述节流阀的阀门开度，当所述输气管线内流体的流量小于设定流量区间的下限时增大所述节流阀的阀门开度，当所述节流阀的阀门开度达到100％且所述输气管线内流体的流量小于设定流量区间的下限时确定关井。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述油管内的压力的下降速度与设定速度区间的上限和下限的大小关系确定第一动作，包括：

确定所述油管内的压力的下降速度与所述设定速度区间的上限和下限的大小关系；

当所述油管内的压力的下降速度大于所述设定速度区间的上限时，所述第一动作为减小所述节流阀的阀门开度；

当所述油管内的压力的下降速度在所述设定速度区间内时，所述第一动作为停止调节所述节流阀的阀门开度；

当所述油管内的压力的下降速度小于所述设定速度区间的下限时，所述第一动作为增大所述节流阀的阀门开度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输气管线内的压力与设定压力区间的上限和下限的大小关系确定第二动作，包括：

确定所述输气管线内的压力与所述设定压力区间的上限和下限的大小关系；

当所述输气管线内的压力大于所述设定压力区间的上限时，所述第二动作为减小所述节流阀的阀门开度；

当所述输气管线内的压力在所述设定压力区间内时，所述第二动作为停止调节所述节流阀的阀门开度；

当所述输气管线内的压力小于所述设定压力区间的下限时，所述第二动作为增大所述节流阀的阀门开度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一动作和所述第二动作确定调节动作，包括：

当所述第一动作和所述第二动作相同时，将所述第一动作或所述第二动作确定为所述调节动作；

当所述第一动作和所述第二动作不同时，按照优先级从所述第一动作和所述第二动作中选择一个作为所述调节动作，所述优先级为减小所述节流阀的阀门开度优于停止调节所述节流阀的阀门开度，且停止调节所述节流阀的阀门开度优于增大所述节流阀的阀门开度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述油管内的压力与第三设定压力的大小关系执行所述调节动作，包括：

当所述油管内的压力小于或等于所述第三设定压力时，以第一速率执行所述调节动作；

当所述油管内的压力大于所述第三设定压力时，以第二速率执行所述调节动作；

其中，所述第一速率大于所述第二速率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述节流阀的阀门开度与设定开度的大小关系、所述输气管线内的压力与第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与第五设定压力的大小关系，确定是否完成开井并设置所述标志位，包括：

判断所述节流阀的阀门开度是否达到所述设定开度；

当所述节流阀的阀门开度没有达到所述设定开度时，确定没有完成开井；

当所述节流阀的阀门开度达到所述设定开度时，确定所述输气管线内的压力与所述第四设定压力的大小关系、所述油管内的压力与所述第五设定压力的大小关系；

当所述输气管线内的压力小于或等于所述第四设定压力，且所述油管内的压力小于或等于所述第五设定压力时，确定完成开井并设置所述标志位；

当所述输气管线内的压力大于所述第四设定压力，或所述油管内的压力大于所述第五设定压力时，确定没有完成开井。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当根据所述标志位确定已经完成开井时，根据所述输气管线内流体的流量和设定流量区间的上限和下限的大小关系调节所述节流阀的阀门开度。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述根据标志位确定是否开井之前，确定用于采集所述环境参数的检测设备的状态；

当所述检测设备的状态为正常时，根据所述标志位确定是否开井；

当所述检测设备的状态为异常时，进行报警。

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