CN111058814A - 气井泡沫排液采气智能注剂系统及注剂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种气井泡沫排液采气智能注剂系统及注剂方法，该注剂系统包括：连接到井内环空下方的起泡剂加注通道，从井底输出流体的第一输送通道，分离器，其入口连接第一输送通道，其出口分别形成采气通道与采液通道；消泡剂加注通道，其连接分离器的入口；数据采集装置，其采集起泡剂加注通道、油管与套管内的流体压力、消泡剂加注通道、采气通道与采液通道的参数数据；控制装置，其接收数据采集装置发送的数据，并通过及时调整和控制起泡剂加注通道与消泡剂加注通道的注剂量，从而调整单位时间的采气量。该注剂系统直接根据产气量的变化自适应调节加注时机，提高气井产量。

Description

气井泡沫排液采气智能注剂系统及注剂方法

技术领域

本发明属于石油天然气开采技术领域，特别涉及一种气井泡沫排液采气智能注剂系统及注剂方法。

背景技术

天然气井开采进入中后期，会因为携液能力不足发生井底积液，造成气井水淹停产。泡沫排液采气工艺是排除气井积液、维持气井稳产的有效手段，在各类排液采气工艺中应用最为广泛。

近年来，随着数字化气田的推行，泡沫排液采气加注工艺正在向自动化、智能化方向发展，已形成四类自动注剂方法。第一类是基于平衡罐原理的自动滴注方法，依靠起泡剂自身的重力将药剂滴入井中，由于出药控制阀需手动开关，未能实现定时、定量加注起泡剂，如公开号为CN201517412U的专利；为了进一步提高注剂工艺的自动化水平，产生了第二类将时间控制器与泵注法相结合的注剂方法，让高压泵在预定时刻自动启动或停止，如公开号为CN202560193U、CN203347764U、CN203097856U、CN203050658U的专利；随着丛式井的增加，单井自动注剂方法被应用到多井中，出现了第三类一泵对多井的注剂方法，从设备源头控制成本，如公开号为CN202745843U、CN104514532A的专利；随着自动化技术的进一步发展，依靠经验定时定量的自动注剂方法开始向智能化发展，出现了第四类根据气井油套压差换算积液量、进而智能判断加注时机的注剂方法，如公开号为CN204312043U、CN105927195A的专利。

智能化已成为泡排加注工艺发展的必然趋势，然而现有智能注剂方法存在三方面的问题：

(1)油套压差只能反映油管与环空之间的液位差，不能真实反映积液量大小，而且容易受到油管、套管连通性的影响，因此采用油套压差作为加注依据的可靠性存疑。

(2)不同的生产阶段，产气量受积液影响的敏感程度不同，加注时机对应的油套压差阈值不同，仍然需要人工根据经验进行定期调整。

(3)一般仅考虑了对起泡剂加注的改进，而忽略了对消泡剂加注的改进。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，一方面，本发明提出了一种气井泡沫排液采气智能注剂系统，该注剂系统直接根据产气量的变化自适应调节加注时机，提高气井产量。

为了实现以上发明目的，本发明提出了一种具有以下结构的气井泡沫排液采气智能注剂系统，包括：

连接到井内环空下方的起泡剂加注通道，

从井底输出流体的第一输送通道，

分离器，其入口连接第一输送通道，其出口分别形成采气通道与采液通道；

消泡剂加注通道，其连接分离器的入口；

数据采集装置，其采集起泡剂加注通道、油管与套管内的流体压力、消泡剂加注通道、采气通道与采液通道的参数数据；

控制装置，其接收数据采集装置发送的数据，并通过及时调整和控制起泡剂加注通道与消泡剂加注通道的注剂量，从而调整单位时间的采气量。

在本发明中，通过监测油管与套管内的流体压力数据以及采气通道与采液通道的参数数据，并据此及时调整和控制起泡剂加注通道与消泡剂加注通道的注剂量，形成直接根据产气量的变化自适应调节加注时机，从而可避免因积液诊断误差造成泡排效果的降低，提高气井产量。

在一种实施方案中，所述起泡剂加注通道包括：

起泡剂罐，

起泡泵，其通过第一管路与起泡泵连接；以及

第一单向阀，其通过第二管路连接起泡泵的出口，其通过第三管路连接套管。

在一种实施方案中，所述数据采集装置包括测量第三管路的压力的套压表以及测量连接在套管内的油管的压力的油压表，所述油管出口连接第一输送通道。

在一种实施方案中，所述消泡剂加注通道包括：

消泡剂罐，

消泡泵，其通过第四管路连接消泡剂罐，并通过第五管路连接分离器的入口；以及

第二单向阀，其设在第五管路上。

在一种实施方案中，所述控制装置包括控制柜和控制器，所述起泡剂加注通道中的起泡泵、起泡剂罐与消泡剂加注通道中的消泡泵与消泡剂罐均连接控制柜，所述控制柜无线网络连接包含控制软件的控制器，控制柜与数据采集装置电连接或无线网络连接。

在一种实施方案中，所述控制柜将数据采集装置采集的数据经无线网络发送给包含远程控制软件的控制器，包含远程控制软件的控制器通过计算后计算出调整量发回给控制柜，控制柜发送调整和控制信息给起泡剂加注通道与消泡剂加注通道。

在一种实施方案中，起泡剂罐、起泡柱塞泵、第一单向阀通过管路依次串联连接，所述消泡剂罐、消泡柱塞泵、第二单向阀依次串联连接，且起泡剂加注通道与消泡剂加注通道并联；所述数据采集装置包括设在所述采气通道上的第一流量计与设在采液通道上的第二流量计，所述第一流量计与第二流量计均与控制装置连接。

在本发明的方法中，当监测到气井有流体产出时，才加注消泡剂。气井无流体产出时，则不加消泡剂，如此实现消泡剂的智能加注。另一方面，现有技术中，气井产出流体有时会呈现段塞流，瞬时液量波动较大，容易造成消泡泵的频繁启停，降低泵的寿命。在本发明中通过设置消泡剂最小加注时长，防止了消泡泵在间歇出液期间的频繁启停。

另一方面，本发明还提出了一种气井泡沫排液采气智能注剂方法，该注剂方法可自动识别气井出水时机，实现智能加注消泡剂。该注剂方法采用如前述的系统，并包括以下步骤：采集数据采集装置的数据，

计算起泡剂加注的最佳周期；

计算消泡剂加注的最佳周期；

调整和控制起泡剂加注通道与消泡剂加注通道的加注时机和注剂量。

在一种实施方案中，计算起泡剂加注的最佳周期，包括以下步骤：

设置最小加注周期阈值T_min、最大加注周期阈值T_max、运行周期数N、加注周期调整步长Δt；

按定周期模式加注起泡剂，首先以T_min作为初始加注周期，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₀；

延长加注周期至T₁＝T_min+Δt，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₁；

判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q₁<Q₀)，则T_min作为最佳加注周期；若产气量不变甚至增加了(Q₁≥Q₀)，则需要继续优化；

依此类推，延长加注周期至T_n＝T_n-1+Δt(n≥2)，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q_n；判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q_n<Q_n-1)，则T_n(n≥2)作为最佳加注周期；若产气量不变甚至增加了(Q_n≥Q_n-1)，则需要继续优化；

若加注周期达到最大加注周期阈值T_max时，产气量仍未降低，则停止优化，T_max作为最终加注周期。

在一种实施方案中，计算消泡剂加注的最佳周期，包括以下步骤：

设置消泡剂最小加注时长h_min、最小瞬时液量阈值q_min；

当瞬时液量>q_min时，判断此时泡沫液返出地面，控制装置发送启泵指令；

消泡泵启动，消泡剂经注入到分离器中进行消泡；

当瞬时液量<q_min，并且单次加注时长超过h_min时，判断此时没有泡沫液返出地面，控制装置发送停泵指令，消泡泵停止加注消泡剂。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)实现了起泡剂与消泡剂的智能加注，降低劳动强度，提高排液效率；

2)根据产气量变化自动调节起泡剂的加注周期与加注量，实现产气量最大化；

3)每口井会根据工况变化自动调整起泡剂加注参数，具有自适应能力；

4)消泡剂在气井排液时自动加注，无需随时加注，节约药剂成本。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的气井泡沫排液采气智能注剂系统的其中一种实施例的结构示意图；

图2所示为本发明的气井泡沫排液采气智能注剂方法的步骤框图；

图3所示为图2中的计算起泡剂加注的最佳周期的方法步骤；

图4所示为图2中的计算消泡剂加注的最佳周期的方法步骤。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在发明过程中注意到，现有智能注剂方法存在三方面的问题：

(1)油套压差只能反映油管与环空之间的液位差，不能真实反映积液量大小，而且容易受到油管、套管连通性的影响。

(2)不同的生产阶段，产气量受积液影响的敏感程度不同，加注时机对应的油套压差阈值不同，仍然需要人工根据经验进行定期调整。

(3)一般仅考虑了对起泡剂加注的改进，而忽略了对消泡剂加注的改进。

针对以上不足，本发明的实施例提出了一种气井泡沫排液采气智能注剂系统及注剂方法，下面进行详细说明。

图1显示了本发明的气井泡沫排液采气智能注剂系统的其中一种实施例的结构示意图。在该实施例中，本发明的气井泡沫排液采气智能注剂系统主要包括：起泡剂加注通道26、消泡剂加注通道27、第一输送通道16、分离器19、数据采集装置和控制装置。其中，起泡剂加注通道26通过连接套管10连通到井内环空下方。第一输送通道16为通过油管9将井底流体输出到分离器19的通道。分离器19的入口连接第一输送通道16。分离器19的出口分别通过管路连接形成有采气通道22与采液通道25。消泡剂加注通道27在连接分离器19的入口。数据采集装置采集起泡剂加注通道26、油管9与套管10内的流体压力、消泡剂加注通道27、采气通道22与采液通道25等的参数数据。控制装置接收数据采集装置采集并发送的数据，控制装置通过及时调整和控制起泡剂加注通道26与消泡剂加注通道27的注剂量，从而调整单位时间的采气量。

在一个实施例中，起泡剂加注通道26主要包括：起泡剂罐4、起泡泵5、第一单向阀6。其中，起泡剂罐4通过第一管路13与起泡泵5连接。第一单向阀6通过第二管路14连接起泡泵5的出口，并通过第三管路15连接套管10。

在一个实施例中，如图1所示，数据采集装置主要包括测量第三管路15的压力的套压表12以及测量连接在套管10内的油管9的压力的油压表11。油管10的出口连接第一输送通道16。

在一个实施例中，如图1所示，消泡剂加注通道27主要包括：消泡剂罐8、消泡泵7和第二单向阀18。其中消泡泵7通过第四管路连接消泡剂罐8。消泡泵7通过第五管路17连接分离器19的入口。第二单向阀18设在第五管路17上。

在一个实施例中，如图1所示，控制装置主要包括控制柜2和包含远程控制软件的控制器3。控制柜2连接有电源1，电源1与控制柜2相连为控制柜2提供动力。起泡剂加注通道26中的起泡泵5、起泡剂罐4与消泡剂加注通道27中的消泡泵7与消泡剂罐8均连接控制柜2。控制柜2连接有包含远程控制软件的控制器3。优选控制柜2与控制器3通过无线网络连接，控制柜2与数据采集装置电连接或无线网络连接。

在一个实施例中，如图1所示，控制柜2将数据采集装置采集的数据经无线网络发送给包含远程控制软件的控制器3。包含远程控制软件的控制器3计算出调整量发回给控制柜2，控制柜2发送调整和控制信息给起泡剂加注通道26与消泡剂加注通道27，从而控制起泡泵5和消泡泵7的启停时机以及泵送量。优选地，起泡泵5和消泡泵7分别采用起泡柱塞泵和消泡柱塞泵。

在一个实施例中，如图1所示，起泡剂罐4、起泡柱塞泵、第一单向阀6通过管路依次通过管路串联连接，从而形成起泡剂加注通道26。消泡剂罐、消泡柱塞泵、第二单向阀通过管路依次串联连接，从而形成为消泡剂加注通道27。且起泡剂加注通道26与消泡剂加注通道27形成为并联关系。数据采集装置主要包括设在采气通道22上的第一流量计21与设在采液通道25上的第二流量计24。第一流量计21与第二流量计24均与控制装置中的控制柜2连接。另外，在采气通道22上设有第一阀门20，在采液通道25上设有第二阀门23。在一个优选的实施例中，消泡剂加注通道27的第五管路17的末端并接入第一输送通道16的输气管中，使得在输送过程中就能加注消泡剂进行消泡作业，加强消泡效果。消泡剂经过在分离器19中进一步与排入分离器19中的泡沫充分混合后，天然气从分离器19上端出口从取气通道排出，消泡后的形成的液体经分离器19下端出口从取液通道排出。

另一方面，本发明还公开了一种气井泡沫排液采气智能注剂方法。该方法采用如前述的系统，如图2所示，并包括以下步骤：

采集数据采集装置的数据，

计算起泡剂加注的最佳周期；

计算消泡剂加注的最佳周期；

调整和控制起泡剂加注通道26与消泡剂加注通道27的加注时机和注剂量。

由于控制柜2能够实时采集起泡剂罐4的液位、消泡剂罐8的液位、起泡泵5的排量、消泡泵7的排量，而且控制柜2可通过无线实时采集取气通道的瞬时气量和取液通道的瞬时液量，根据控制器3中的远程软件计算出注剂时机与最佳周期，控制柜2可智能地控制起泡泵5、消泡泵7的启动、停止与排量。

该包含远程控制软件的控制器3可进行编程，能够根据采集的瞬时气量计算任意时间段内的累积产气量和平均产气量。包含远程控制软件的控制器3可设定启泵或停泵条件，当达到条件时，自动向控制柜2发送指令，控制起泡泵5、消泡泵7的启停。

在一个实施例中，如图3所示，计算起泡剂加注的最佳周期，主要包括以下步骤：

设置最小加注周期阈值T_min、最大加注周期阈值T_max、运行周期数N、加注周期调整步长Δt；

按定周期模式加注起泡剂，首先以T_min作为初始加注周期，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₀；

延长加注周期至T₁＝T_min+Δt，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₁；

判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q₁<Q₀)，则T_min作为最佳加注周期；若产气量不变甚至增加了(Q₁≥Q₀)，则需要继续优化；

依此类推，延长加注周期至T_n＝T_n-1+Δt(n≥2)，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q_n；判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q_n<Q_n-1)，则T_n(n≥2)作为最佳加注周期；若产气量不变甚至增加了(Q_n≥Q_n-1)，则需要继续优化；

若加注周期达到最大加注周期阈值T_max时，产气量仍未降低，则停止优化，T_max作为最终加注周期。

在一个优选的实施例中，其中起泡剂的智能加注方法，通过以下步骤实现：

1)包含远程控制软件的控制器3设置最小加注周期阈值T_min、最大加注周期阈值T_max、运行周期数N、加注周期调整步长Δt；

2)按定周期模式加注起泡剂，首先以T_min作为初始加注周期，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₀；

3)其次延长加注周期至T₁＝T_min+Δt，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₁；

4)判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q₁<Q₀)，则T_min作为最佳加注周期。若产气量不变甚至增加了(Q₁≥Q₀)，则需要继续优化，进入步骤5；

5)延长加注周期至T₂＝T₁+Δt，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₂；

6)判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q₂<Q₁)，则T₁作为最佳加注周期。若产气量不变甚至增加了(Q₂≥Q₁)，则需要继续优化，进入步骤7；

7)依此类推，不断延长加注周期，对前后产气量进行对比。若加注周期达到最大加注周期阈值T_max时，产气量仍未降低，则停止优化，T_max作为最终加注周期。

上述方法，从最小加注周期开始，若延长加注周期能够维持甚至提高产气量，则自动延长加注周期。若延长加注周期造成产气量降低，则自动保持前一个加注周期，如此实现加注周期与产气量的最佳匹配，实现产量最大化。

在一个实施例中，如图4所示，计算消泡剂加注的最佳周期，主要包括以下步骤：

设置消泡剂最小加注时长h_min、最小瞬时液量阈值q_min；

当瞬时液量>q_min时，判断此时泡沫液返出地面，控制装置发送启泵指令；

消泡泵7启动，消泡剂经注入到分离器19中进行消泡；

当瞬时液量<q_min，并且单次加注时长超过h_min时，判断此时没有泡沫液返出地面，控制装置发送停泵指令，消泡泵7停止加注消泡剂。

在一个优选的实施例中，消泡剂的智能加注方法，通过以下步骤实现：

1)包含远程控制软件的控制器设置消泡剂最小加注时长h_min、最小瞬时液量阈值q_min；

2)当瞬时液量>q_min时，判断此时泡沫液返出地面，包含远程控制软件的控制器3向控制柜2发送启泵指令；

3)消泡泵7启动，消泡剂经消泡剂罐8、消泡泵7、第二单向阀18注入到分离器19中进行消泡；

4)当瞬时液量<q_min，并且单次加注时长超过h_min时，判断此时没有泡沫液返出地面，包含远程控制软件的控制器3向控制柜2发送停泵指令，消泡泵7停止加注消泡剂。

上述方法，当监测到气井有水产出时，才加注消泡剂。气井无水产出时，则不加消泡剂，如此实现消泡剂的智能加注。另一方面，气井产出水有时会呈现段塞流，瞬时液量波动较大，造成消泡泵7的频繁启停，通过设置消泡剂最小加注时长，防止了柱塞泵2在间歇出液期间的频繁启停，从而提高泵的使用寿命。

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。因此，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/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气井泡沫排液采气智能注剂系统，其特征在于，包括：

连接到井内环空下方的起泡剂加注通道，

从井底输出流体的第一输送通道，

分离器，其入口连接第一输送通道，其出口分别形成采气通道与采液通道；

消泡剂加注通道，其连接分离器的入口；

数据采集装置，其采集起泡剂加注通道、油管与套管内的流体压力、消泡剂加注通道、采气通道与采液通道的参数数据；

控制装置，其接收数据采集装置发送的数据，并通过及时调整和控制起泡剂加注通道与消泡剂加注通道的注剂量，从而调整单位时间的采气量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述起泡剂加注通道包括：

起泡剂罐，

起泡泵，其通过第一管路与起泡泵连接；以及

第一单向阀，其通过第二管路连接起泡泵的出口，其通过第三管路连接套管。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集装置包括测量第三管路的压力的套压表以及测量连接在套管内的油管的压力的油压表，所述油管出口连接第一输送通道。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述消泡剂加注通道包括：

消泡剂罐，

消泡泵，其通过第四管路连接消泡剂罐，并通过第五管路连接分离器的入口；以及

第二单向阀，其设在第五管路上。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制装置包括控制柜和控制器，所述起泡剂加注通道中的起泡泵、起泡剂罐与消泡剂加注通道中的消泡泵与消泡剂罐均连接控制柜，所述控制柜无线网络连接包含控制软件的控制器，控制柜与数据采集装置电连接或无线网络连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制柜将数据采集装置采集的数据经无线网络发送给包含远程控制软件的控制器，包含远程控制软件的控制器计算出调整量发回给控制柜，控制柜发送调整和控制信息给起泡剂加注通道与消泡剂加注通道。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，其特征在于，起泡剂罐、起泡柱塞泵、第一单向阀通过管路依次串联连接，所述消泡剂罐、消泡柱塞泵、第二单向阀依次串联连接，且起泡剂加注通道与消泡剂加注通道并联；所述数据采集装置包括设在所述采气通道上的第一流量计与设在采液通道上的第二流量计，所述第一流量计与第二流量计均与控制装置连接。

8.一种气井泡沫排液采气智能注剂方法，其特征在于，其采用如权利要求1至7中任一项所述的系统，并包括以下步骤：

采集数据采集装置的数据，

计算起泡剂加注的最佳周期；

计算消泡剂加注的最佳周期；

调整和控制起泡剂加注通道与消泡剂加注通道的加注时机和注剂量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，计算起泡剂加注的最佳周期，包括以下步骤：

设置最小加注周期阈值T_min、最大加注周期阈值T_max、运行周期数N、加注周期调整步长Δt；

按定周期模式加注起泡剂，首先以T_min作为初始加注周期，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₀；

延长加注周期至T₁＝T_min+Δt，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q₁；

判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q₁<Q₀)，则T_min作为最佳加注周期；若产气量不变甚至增加了(Q₁≥Q₀)，则需要继续优化；

依此类推，延长加注周期至T_n＝T_n-1+Δt(n≥2)，自动运行N个周期，运行结束时统计该时间段内的平均产气量为Q_n；判断延长加注周期后产气量是否降低，若产气量降低了(Q_n<Q_n-1)，则T_n(n≥2)作为最佳加注周期；若产气量不变甚至增加了(Q_n≥Q_n-1)，则需要继续优化；

若加注周期达到最大加注周期阈值T_max时，产气量仍未降低，则停止优化，T_max作为最终加注周期。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，计算消泡剂加注的最佳周期，包括以下步骤：

设置消泡剂最小加注时长h_min、最小瞬时液量阈值q_min；

当瞬时液量>q_min时，判断此时泡沫液返出地面，控制装置发送启泵指令；

消泡泵启动，消泡剂经注入到分离器中进行消泡；

当瞬时液量<q_min，并且单次加注时长超过h_min时，判断此时没有泡沫液返出地面，控制装置发送停泵指令，消泡泵停止加注消泡剂。

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