CN110984909A - 一种天然气井口外输管线自动防冻方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于天然气设备技术领域，涉及一种天然气井口外输管线自动防冻方法及系统。所述方法，具体执行如下循环：根据气动薄膜阀的上游压力判断天然气携带的液体是否到达井口；如果天然气携带的液体到达井口，启动连续控制气动薄膜阀的开关使气动薄膜阀连续动作；通过对气动薄膜阀的上游压力进行分析，判断天然气携带的液体是否完全通过天然气外输管线；如果天然气携带的液体完全通过天然气外输管线，启动间歇控制气动薄膜阀的开关，恢复到原开井状态；根据设置的控制模式关井，等待下一周期开井。这种防冻方法，可以提前预判发生冻堵的时间段，然后做出对应的解冻动作，从而解决天然气外输管线的冻堵，具有提前预判、自动化控制解冻的功能。
Description
技术领域
本发明属于天然气设备技术领域，涉及井口装置，具体涉及一种天然气井口外输管线自动防冻方法及系统。
背景技术
在天然气管输过程中，由于流态和环境温度的变化，在管线中或多或少地会产生凝析水，并逐渐积聚。随着积聚物的增加，遇管线起伏较大、冬季气温较低时，在管线低洼处或气流通过阀门、三通、分离器分离头等可能产生节流效应的地方就会出现水合物。水合物一旦形成后，会减少流通面积，产生节流效应，加速水合物的形成，以致堵塞管道造成管线憋压引发事故。
现有技术中，对于天然气井口外输管线冻堵的解决方法一般为注入甲醇进行解冻，该方法存在以下缺点：对于冻堵的时间没有任何提前的预判性，发生冻堵后需要人为注甲醇解冻、人工成本过大且受天气、外界的影响较多。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种天然气井口外输管线自动防冻方法及系统，可以提前预判发生冻堵的时间段，然后做出相应的解冻动作，以此来解决天然气外输管线的冻堵。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一方面，本发明提供了一种天然气井口外输管线自动防冻方法，具体包括执行如下循环：
1)根据气动薄膜阀的上游压力判断天然气携带的液体是否到达井口；
2)如果天然气携带的液体到达井口，启动连续控制气动薄膜阀的开关使气动薄膜阀连续动作；
3)通过对气动薄膜阀的上游压力进行分析，判断天然气携带的液体是否完全通过天然气外输管线；
4)如果天然气携带的液体完全通过天然气外输管线，启动间歇控制气动薄膜阀的开关，恢复到原开井状态；
5)根据设置的控制模式关井，等待下一周期开井，返回步骤1)。
进一步地，步骤1)中判断天然气携带的液体是否到达井口，具体包括如下步骤：
1.1)利用电子指挥器1实时连续采集气动薄膜阀的上游压力；
1.2)通过采集到的压力数据计算标准偏差值S，并确定标准偏差阈值A；
1.3)计算油压比较值B，所述油压比较值B等于实时采集的上游压力值减去样本油压平均值；
1.4)当计算得到的标准偏差值S大于标准偏差阈值A，且油压比较值B大于零时，则判断天然气携带的液体到达井口。
进一步地，步骤1.2)中标准偏差S的计算公式如下：
式⑴中，
为样本X1，X2，X3，……，Xn油压平均值。
进一步地，所述步骤3)中判断天然气携带的液体是否完全通过天然气外输管线，具体包括：当天然气携带的液体到达井口时，油压持续增加直至油压开始下降，则所述油压开始下降时间为天然气携带液体完全到达井口的时间，此时天然气携液完成。
另一方面，本发明还提供了一种天然气井口外输管线自动防冻方法的系统，包括电子指挥器、智能控制器、气动薄膜阀、电磁阀组；电子指挥器安装于气动薄膜阀上，气动薄膜阀安装在井口天然气的外输管线上，智能控制器、电磁阀组分别安装于井口采气树的套压端；
电子指挥器包括指挥器第一接口，用于连接气动薄膜阀的薄膜阀第二接口；指挥器第二接口，用于连接气动薄膜阀的薄膜阀第一接口；指挥器第三接口，用于连接电磁阀组的电磁阀第三接口；指挥器第四接口，用于连接智能控制器的控制第三接口；指挥器第五接口用于连接气动薄膜阀的薄膜阀第三接口；所述智能控制器的控制第一接口用于连接电磁阀组的电磁阀第一接口，控制第二接口用于连接电磁阀组的电磁阀第二接口，控制第三接口用于连接电子指挥器的指挥器第三接口。
进一步地，所述电子指挥器通过支架安装于气动薄膜阀上，所述智能控制器通过取压法兰安装于井口采气树的套压端，所述气动薄膜阀通过法兰安装于井口天然气外输管线上，所述电磁阀组通过支架安装于井口采气树的套压端。
进一步地，所述电子指挥器包括三路采集电路、数据处理电路和数据发送电路；三路压力采集电路分别采集气动薄膜阀的下游压力、上游压力和气动薄膜阀的供气压力，数据处理电路将两路压力采集电路采集到的数据处理后并通过数据发送电路发送至智能控制器。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过电子指挥器连续采集气动薄膜阀的上游压力，通过计算判断天然气携液到达井口的时间和结束时间，并在此时间段内智能控制器通过连续控制气动薄膜阀的开/关，达到防止天然气外输管线冻堵的效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电子指挥器的结构示意图；
图2为本发明智能控制器的结构示意图；
图3为本发明电磁阀组的结构示意图；
图4为本发明气动薄膜阀的结构示意图；
图5为本发明提供的天然气外输管线自动防冻系统的结构示意图；
图6为本发明提供的天然气外输管线自动防冻系统开井口油压和套压的变化曲线图；
图7为本发明判断天然气携带液体到达井口的数据曲线图；
图8为本发明天然气携带液体到达井口和完成携液的时间的曲线图。
其中：1为电子指挥器；2为智能控制器；3为气动薄膜阀；4为电磁阀组；101为指挥器第一接口；102为指挥器第二接口；103为指挥器第三接口；104为指挥器第四接口；105为指挥器第五接口；201为控制第一接口；202为控制第二接口；203为控制第三接口；301为薄膜阀第一接口；302为薄膜阀第二接口；303为薄膜阀第三接口；401为电磁阀第一接口；402为电磁阀第二接口；403为电磁阀第三接口。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法、装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
本发明提供了一种天然气井口外输管线自动防冻方法，具体包括执行如下循环：
1)根据气动薄膜阀3的上游压力判断天然气携带的液体是否到达井口；
2)如果天然气携带的液体到达井口，启动连续控制气动薄膜阀4的开关使气动薄膜阀4连续动作；
3)通过对气动薄膜阀3的上游压力进行分析，判断天然气携带的液体是否完全通过天然气外输管线；
4)如果天然气携带的液体完全通过天然气外输管线，启动间歇控制气动薄膜阀3的开关，恢复到原开井状态；
5)根据设置的控制模式关井，等待下一周期开井，返回步骤1)。
进一步地，步骤1)中判断天然气携带的液体是否到达井口，具体包括如下步骤：
1.1)利用电子指挥器1实时连续采集气动薄膜阀3的上游压力；
1.2)通过采集到的压力数据计算标准偏差值S，并确定标准偏差阈值A；
1.3)计算油压比较值B，所述油压比较值B等于实时采集的上游压力值减去样本油压平均值；
1.4)当计算得到的标准偏差值S大于标准偏差阈值A，且油压比较值B大于零时，则判断天然气携带的液体到达井口。
进一步地，步骤1.2)中标准偏差S的计算公式如下：
式⑴中，
为样本X1，X2，X3，……，Xn油压平均值。
进一步地，步骤3)中判断天然气携带的液体是否完全通过天然气外输管线，具体包括：当天然气携带的液体到达井口时，油压持续增加直至油压开始下降，则油压开始下降时间为天然气携带液体完全到达井口的时间，此时天然气携液完成。
此外，本发明还提供了一种应用上述方法的系统，参见图1-5所示，包括电子指挥器1、智能控制器2、气动薄膜阀3、电磁阀组4；电子指挥器1安装于气动薄膜阀3上，气动薄膜阀3安装在井口天然气的外输管线上，智能控制器2、电磁阀组4分别安装于井口采气树的套压端；
电子指挥器1包括指挥器第一接口101，用于连接气动薄膜阀3的薄膜阀第二接口302；指挥器第二接口102，用于连接气动薄膜阀3的薄膜阀第一接口301；指挥器第三接口103，用于连接电磁阀组4的电磁阀第三接口403；指挥器第四接口104，用于连接智能控制器2的控制第三接口203；指挥器第五接口105用于连接气动薄膜阀3的薄膜阀第三接口303；智能控制器2的控制第一接口201用于连接电磁阀组4的电磁阀第一接口401，控制第二接口202用于连接电磁阀组4的电磁阀第二接口402，控制第三接口203用于连接电子指挥器1的指挥器第三接口103。
进一步地，电子指挥器1通过支架安装于气动薄膜阀3上，智能控制器2通过取压法兰安装于井口采气树的套压端，气动薄膜阀3通过法兰安装于井口天然气外输管线上，电磁阀组4通过支架安装于井口采气树的套压端。
进一步地，电子指挥器1包括三路采集电路、数据处理电路和数据发送电路；三路压力采集电路分别采集气动薄膜阀3的下游压力、上游压力和气动薄膜阀3的供气压力，数据处理电路将两路压力采集电路采集到的数据处理后并通过数据发送电路发送至智能控制器2。
综上，这种天然气井口外输管线自动防冻方法，其工作原理如下：参见图6所示，当气井开井后，油套压力随之下降，上方曲线为套压变化曲线，下方曲线为油压变化曲线。在一段时间后，油压下降缓慢趋于平稳，此时天然气携带的液体还未到达井口，当天然气携带的液体到达井口时，由于针阀及控制阀门的节流作用，油压会有所增加，油压持续增加直至油压开始下降，则油压开始下降时间为天然气携带液体完全到达井口的时间，此时本次开井天然气携液完成，具体过程如下，参见图7-图8：
首先，智能控制器2根据设置的控制模式驱动电磁阀组4间接控制气动薄膜阀3打开(天然气气井开井)；在开井后天然气会携带井底的液体流向井口；
其次，在开井后，电子指挥器1会实时连续的采集气动薄膜阀3上游的压力，并对采集到的压力进行计算，判断天然气携带的液体是否到达井口；具体地，参见图7，上方曲线为标准偏差值S的变化曲线，下方曲线为油压比较值B的变化曲线，在开井初期，气动薄膜阀3上游的压力呈现较大下降趋势，所引起的标准偏差也较大，再引入实时采集油压值与样本油压平均值作差的方式，当监测到标准偏差值S大于标准偏差阈值A时，且实时采集油压值大于样本油压平均值即油压比较值B大于零时，可判断天然气携带的液体到达井口；当电子指挥器1判断到天然气携带液体到达井口后，电子指挥器1会将这一信息送达智能控制器2，智能控制器2开始控制电磁阀组4间接控制气动薄膜阀3开关；
再次，当智能控制器2接收到天然气携带液体到达井口的信息时，智能控制器2会通过连续控制电磁阀组4来达到控制气动薄膜阀3的开关，在气动薄膜阀3连续动作时，会解决长时间节流导致的外输管线冻堵结冰的现象，到达防止外输管线的冻堵；
然后，结合图8所示，电子指挥器1通过连续采集气动薄膜阀3上游压力，并通过对采集到的压力进行计算，判断天然气携带的液体是否已完全通过天然气外输管线；当电子指挥器1判断天然气携带液体已完全通过天然气外输管线时，电子指挥器1将这一信息送达智能控制器2，智能控制器2结束连续间歇控制气动薄膜阀3的开关，恢复到原开井状态。
最后，智能控制器2会根据设置的控制模式进行关井，等待下一次周期开井而重复以上步骤，以次实现防止天然气外输管线冻堵的目的。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (7)
1.一种天然气井口外输管线自动防冻方法，其特征在于，具体包括执行如下循环：
1)根据气动薄膜阀(3)的上游压力判断天然气携带的液体是否到达井口；
2)如果天然气携带的液体到达井口，启动连续控制气动薄膜阀(4)的开关使气动薄膜阀(4)连续动作；
3)通过对气动薄膜阀(3)的上游压力进行分析，判断天然气携带的液体是否完全通过天然气外输管线；
4)如果天然气携带的液体完全通过天然气外输管线，启动间歇控制气动薄膜阀(3)的开关，恢复到原开井状态；
5)根据设置的控制模式关井，等待下一周期开井，返回步骤1)。
2.根据权利要求1所述的天然气井口外输管线自动防冻方法，其特征在于，所述步骤1)中判断天然气携带的液体是否到达井口，具体包括如下步骤：
1.1)利用电子指挥器(1)实时连续采集气动薄膜阀(3)的上游压力；
1.2)通过采集到的压力数据计算标准偏差值S，并确定标准偏差阈值A；
1.3)计算油压比较值B，所述油压比较值B等于实时采集的上游压力值减去样本油压平均值；
1.4)当计算得到的标准偏差值S大于标准偏差阈值A，且油压比较值B大于零时，则判断天然气携带的液体到达井口。
3.根据权利要求2所述的天然气井口外输管线自动防冻方法，其特征在于，所述步骤1.2)中标准偏差S的计算公式如下：
式⑴中，
为样本X1，X2，X3，……，Xn油压平均值。
4.根据权利要求1所述的天然气井口外输管线自动防冻方法，其特征在于，所述步骤3)中判断天然气携带的液体是否完全通过天然气外输管线，具体包括：当天然气携带的液体到达井口时，油压持续增加直至油压开始下降，则所述油压开始下降时间为天然气携带液体完全到达井口的时间，此时天然气携液完成。
5.一种应用权利要求1-4任一项所述的天然气井口外输管线自动防冻方法的系统，其特征在于，包括电子指挥器(1)、智能控制器(2)、气动薄膜阀(3)、电磁阀组(4)；所述电子指挥器(1)安装于气动薄膜阀(3)上，所述气动薄膜阀(3)安装在井口天然气的外输管线上，所述智能控制器(2)、电磁阀组(4)分别安装于井口采气树的套压端；
所述电子指挥器(1)包括指挥器第一接口(101)，用于连接气动薄膜阀(3)的薄膜阀第二接口(302)；指挥器第二接口(102)，用于连接气动薄膜阀(3)的薄膜阀第一接口(301)；指挥器第三接口(103)，用于连接电磁阀组(4)的电磁阀第三接口(403)；指挥器第四接口(104)，用于连接智能控制器(2)的控制第三接口(203)；指挥器第五接口(105)用于连接气动薄膜阀(3)的薄膜阀第三接口(303)；所述智能控制器(2)的控制第一接口(201)用于连接电磁阀组(4)的电磁阀第一接口(401)，控制第二接口(202)用于连接电磁阀组(4)的电磁阀第二接口(402)，控制第三接口(203)用于连接电子指挥器(1)的指挥器第三接口(103)。
6.根据权利要求5所述的天然气井口外输管线自动防冻系统，其特征在于，所述电子指挥器(1)通过支架安装于气动薄膜阀(3)上，所述智能控制器(2)通过取压法兰安装于井口采气树的套压端，所述气动薄膜阀(3)通过法兰安装于井口天然气外输管线上，所述电磁阀组(4)通过支架安装于井口采气树的套压端。
7.根据权利要求5所述的天然气井口外输管线自动防冻系统，其特征在于，所述电子指挥器(1)包括三路采集电路、数据处理电路和数据发送电路；三路压力采集电路分别采集气动薄膜阀(3)的下游压力、上游压力和气动薄膜阀(3)的供气压力，数据处理电路将两路压力采集电路采集到的数据处理后并通过数据发送电路发送至智能控制器(2)。
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