CN110318715B

CN110318715B - 一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN110318715B
Application number: CN201910594843.1A
Authority: CN
Inventors: 王仪; 梅宗清; 梅宗斌; 董伟
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: CN110318715A

Abstract

本发明公开了一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统及控制方法，设定从关井到注气柱塞辅助举升排液开启时间，自动控制先后打开油管生产薄膜控制阀、套管注气薄膜控制阀，从而从关井状态切换到柱塞辅助气举排液状态；基于传感器检测到柱塞到达井口的信号，自动控制套管注气薄膜控制阀关闭，切换到自喷生产阶段；基于实时检测到的井口油压、套压变化特征，按设定的判定规则，自动关闭油管生产薄膜控制阀，从而从自喷生产状态，切换到关井状态，解决了现有的采气根据经验确定操控的不足，实现柱塞辅助间歇气举排液采气操控自动化、智能化，实现了无人值守，有效提高了柱塞辅助间歇气举排液采气效率与效益。

Description

一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及油气田开采自动化领域，具体地，涉及一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统及控制方法。

背景技术

间歇气举是低产天然气井排液采气的一种主要方式，通过间歇性从环空注入高压气体，经过气举阀或者油管脚进入到油管，从而将井筒所积液体(一般为凝析油或地层水)从油管带出，进而恢复气井产能。在没有其它辅助措施的情况下，气举排液要求注入气体的排量必须大于气井的临界携液所需排量，方能将井底液体举出井筒到地面，同时由于气液的密度差异，在井筒中液体的滑脱压力损失导致气举效率降低与气举压力较高。采用柱塞辅助间歇气举排液，在柱塞物理阻隔下，消除了液体滑脱问题，可以极大提高气举效率，降低生产成本，提升低产含液采气井开采效益。目前的柱塞辅助气举间歇排液采气自动化、智能化水平不高，普遍由采气工程师根据经验确定关井恢复、气举排液、自喷生产时间，操控一般由手动完成。

发明内容

柱塞辅助气举排液，指通过向环空注入高压气体，经过油管脚或气举阀进入油管，推动油管柱塞，将井筒内的液体带出到地面。井底积液排出后，井底生产流压降低，气井可维持自喷生产，自喷生产过程中由于气液密度差带来的滑脱效应，井筒开始积液，此过程中油管压力开始下降，油管压力与套管压力差值增加，积液严重后套管压力也将下降，井底生产流压增加，气井产量降低，此时需要关井，一方面，保证柱塞从井口放喷管在重力作用下下行到井底；另一方面，恢复地层能量同时让井筒积液在井底聚集在井底，从而便于下一周期的柱塞辅助排水采气。

本发明提供了一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统及控制方法，解决了现有的操控主要由采气工程师根据经验确定所导致的不足，实现柱塞辅助间歇气举排液采气操控自动化、智能化，实现柱塞辅助间歇气举排液采气现场无人值守，有效提高了柱塞辅助间歇气举排液采气效率与效益。

本发明主要基于气井井筒积液与柱塞辅助气举排液过程中油管压力与套管压力变化特征规律，以及柱塞在井筒下行、上行特征，提出了一种柱塞辅助间歇气举排液采气智能优化控制方法，进而设计了一套柱塞辅助间歇气举排液采气智能控制装置系统。应用本发明，可以实现柱塞辅助间歇气举排液采气操控自动化、智能化，实现间歇气举排液采气现场无人值守，有效提高间歇气举排液采气效率与效益。

为了实现上述发明目的，本发明一方面提供了一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统，所述系统包括：

实时检测感知单元，用于采集柱塞辅助间歇气举排液采气生产状态参数，并将该参数传送到控制器；

自动执行单元，用于将控制器输出的控制指令转换为油管生产关停自动操作、套管注气关停自动操作；

若控制指令为注气气举排液，则油管生产薄膜控制阀打开、套管注气薄膜控制阀打开，注入气体通过套管注气薄膜控制阀，向井筒注气，推动柱塞携带井筒液体，将井筒的气体与液体通过油管生产薄膜控制阀进入地面生产流程；

若控制指令为自喷生产，则油管生产薄膜控制阀保持打开、关闭套管注气薄膜控制阀，此时注气通道关闭、柱塞悬停在井口放喷管内，地层产气携带部分液体通过油管生产薄膜控制阀进入地面生产流程；

若控制指令为关井，则套管注气薄膜控制阀保持关闭状态，关闭油管生产薄膜控制阀，柱塞将从井口放喷管在重力的作用下下行至井底卡定器位置，然后停留在该处直至下一次注气气举排液开启；

控制器，用于接收实时检测感知单元传送的实时状态参数，生成操控指令，并将指令传送给自动执行单元实现自动操控。

进一步的，所述实时检测感知单元包括：油管生产压力传感器、套管注气压力传感器、柱塞达到井口探测传感器，油管生产压力传感器用于监测井口油管处的压力；套管注气压力传感器用于监测井口油套环空处的压力；柱塞达到井口探测传感器用于监测柱塞是否从井底上行到井口放喷管处。

进一步的，自动执行单元包括油管生产薄膜控制阀及其附件、套管注气薄膜控制阀及其附件。

进一步的，所述系统还包括：现场操控面板，用于提供系统显示与操控数据输入。

进一步的，所述系统还包括：电源系统，用于为控制器、实时检测感知单元、自动执行单元、现场操控面板提供电源。

进一步的，所述系统还包括：

数据远传通讯模块，用于实现系统在线监测与控制信息上传、远程模型参数及操控参数回传；

远程监控系统，用于监测柱塞辅助间歇气举排液采气生产状况，控制远程模型参数输入，远程操控数据输入。

进一步的，在关井恢复阶段，一方面保证柱塞从井口放喷管在重力作用下下行到井底，另一方面恢复地层能量并使井筒液体聚集在井底；通过持续检测关井时间，若关井时间达到设定的限定时间Tclosemax时，则进入柱塞辅助气举排液生产阶段；

在柱塞辅助气举排液生产阶段，持续监控柱塞是否到达井口；若柱塞到达井口，则自动关闭套管注气薄膜控制阀，进入自喷生产阶段；

在自喷生产阶段，持续监控油压、套压，基于后台提供的远程模型参数，自动计算自喷积液导致的油压、套压变化判定参数，达到自喷停止判定条件，则关闭油管生产薄膜控制阀，进入关井恢复阶段。

另一方面，本发明还提供了一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制方法，所述方法包括：

(1)设定柱塞从井口下行到井底、从井底上行到井口的速度，根据排液深度自动计算出柱塞下行时间Tdown、上行时间Tup；

(2)设定关井等待井压力恢复及井筒液体在井底聚集的时间；

(3)打开油管生产薄膜控制阀后，打开套管注气薄膜控制阀，控制注气压力与排量，确保柱塞上行到井口的速度处于合理范围；

(4)柱塞到达井口后，油管生产薄膜控制阀保持打开，自动关闭套管注气薄膜控制阀，气井保持自喷生产，当满足预设条件时，自喷生产停止控制；

(5)气井自喷生产达到第(4)条停止控制条件时，关闭油管生产薄膜控制阀，柱塞从井口自动下行，运行到井底，待关井时间达到设定的限定时间Tclosemax时，重复第(3)步控制操作。

进一步的，自喷生产停止控制条件，根据井筒积液导致的套压、油压变化特征来确定，以下3种情形满足其中至少1条即停止自喷生产：

①套压降落值ΔPc小于设定值ΔPcmax，且保持一定的时间Tfmin，套压降落值ΔPc为停止注气后的初始套压Pc0减去当前自喷状态下检测到的套压Pc；

②油套压差ΔPct小于设定值ΔPctmax，且保持一定的时间Tfmin，油套压差ΔPct为当前自喷状态下套管压力Pc减去油管压力Pt；

③自喷时间Tflow大于设定的最大允许自喷时间Tfmax。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本系统和方法能够实现柱塞辅助间歇气举排液采气操控自动化、智能化，实现无人值守，有效提高柱塞辅助间歇气举排液采气效率与效益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为柱塞辅助间歇气举排液采气控制方法原理示意图；

图2为柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统的组成示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例：

本发明中的间歇气举排液采气智能控制所需要的实时采集数据，主要包括：井口油管压力(简称油压)、油管温度、套管压力(简称套压)、套管温度，油管采出气进站压力(简称回压)，套管注入气上游管线压力(简称注气管线压力)，套管注气气动薄膜控制阀与油管生产气动薄膜控制阀的开启状态检测(控制注入高压气体开关)。其中油压、套压、气动薄膜控制阀开启状态用于实时智能自动控制，其它数据用于采气井生产监控。气动薄膜控制阀开启状态检测要求响应时间不低于1毫秒，其它参数检测时间间隔不低于5秒。

本发明中的柱塞辅助间歇气举排液采气智能控制方法，如图1所示：

(1)关井恢复阶段。此状态下，先后关闭套管注气控制阀、油管生产控制阀，并保持，持续监控关井恢复时间。若关井恢复时间到达设定值Tclosemax则切换到柱塞辅助气举排液阶段；否则保持关井恢复状态。关井恢复设定界限值Tclosemax，一般为柱塞从井口放喷气下行到井底卡定器位置时间的2-3倍。

(2)柱塞辅助气举排液阶段。在此状态下，先后开启油管生产控制阀、套管注气控制阀，并保持，持续监测柱塞是否到达井口。若柱塞达到井口放喷器位置，则切换到自喷生产阶段；否则保持柱塞辅助气举排液阶段。

(3)自喷生产阶段。在此状态下，油管生产控制阀保持打开，套管注气控制阀关闭并保持。达到下述3个条件之一，则切换到关井恢复阶段；否则保持自喷生产阶段。从自喷到关井切换的判定条件，满足其中1条即可切换：

①套压降落值ΔPc小于经验设定值ΔPcmax，一般为0.5-1.5MPa；且保持一定的时间Tfmin，该值一般为20-60分钟。套压降落值ΔPc是指停止注气后的初始套压Pc0减去当前自喷状态下检测到的套压Pc。

②油套压差ΔPct小于经验设定值ΔPctmax，一般为0.5-1.2MPa；且保持一定的时间Tfmin，该值一般为20-60分钟。油套压差ΔPct是指停当前自喷状态下套管压力Pc减去油管压力Pt。

③自喷时间Tflow大于经验设定的最大允许自喷时间Tfmax。最大允许自喷时间Tfmax一般根据井的产能指标来经验确定。

其中，本发明中的柱塞辅助间歇气举排液智能控制系统组成，如图2，包括：

(1)实时检测感知单元：由油压、套压、注气上游压力、套压、柱塞是否在井口位置、油管生产薄膜控制阀及附件工作状态参数、套管注气薄膜控制阀及附件工作状态参数，等参数检测传感器构成；(2)自动执行单元：由油管生产、套管注气2套可控薄膜控制阀及其附件组成，一般选取气动薄膜控制阀，其控制气源通过采集接头直接从井口油套环空取气，通过减压阀、过滤器、电磁阀后向气动薄膜控制阀提供开、关动力气。智能控制器通过向电磁阀输出控制信号。(3)智能控制器，是柱塞辅助间歇气举排液采气的核心单元，内部有实时采集数据接口、自动执行器接口、现场操控面板接口、数据远传接口、智能优化计算器及其它附件阻成。(4)现场操控面板，提供系统显示与操控数据输入；(5)电源系统，为智能控制器、感知传感器、自动执行器、现场操控面板提供电源。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制方法，该方法基于一种柱塞辅助间歇气举排液采气控制系统，其特征在于，

所述系统包括：

控制器，用于接收实时检测感知单元传送的实时状态参数，生成操控指令，并将指令传送给自动执行单元实现自动操控；

所述自动执行单元包括油管生产薄膜控制阀及其附件、套管注气薄膜控制阀及其附件；

在关井恢复阶段，一方面保证柱塞从井口放喷管在重力作用下下行到井底，另一方面恢复地层能量并使井筒液体聚集在井底；通过持续检测阶段累计关井时间，若关井时间达到设定的限定时间Tclosemax时，则进入柱塞辅助气举排液生产阶段；

在自喷生产阶段，持续监控油压、套压，基于后台提供的远程模型参数，自动计算自喷积液导致的油压、套压变化判定参数，达到自喷停止判定条件，则关闭油管生产薄膜控制阀，进入关井恢复阶段；

所述方法包括：

(2)设定关井等待井压力恢复及井筒液体在井底聚集的时间；

(5)气井自喷生产达到第(4)步停止控制条件时，关闭油管生产薄膜控制阀，柱塞从井口自动下行，运行到井底，待关井时间达到设定的限定时间Tclosemax时，重复第(3)步控制操作。

2.根据权利要求1所述的柱塞辅助间歇气举排液采气控制方法，其特征在于，自喷生产停止控制条件，根据井筒积液导致的套压、油压变化特征来确定，以下3种情形满足其中至少1条即停止自喷生产：

①套压降落值ΔPc小于设定值ΔPcmax，且保持一定的时间Tfmin；套压降落值ΔPc为停止注气后的初始套压Pc0减去当前自喷状态下检测到的套压Pc；

②油套压差ΔPct小于设定值ΔPctmax，且保持一定的时间Tfmin；油套压差ΔPct为当前自喷状态下套管压力Pc减去油管压力Pt；

③自喷时间Tflow大于设定的最大允许自喷时间Tfmax。