CN111119981B - 一种煤层气井精细调压控气系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤层气开发排采利用领域，公开了一种煤层气井精细调压控气系统，包括套压控制系统、主气路系统和远传控制系统，套压控制系统包括数控压力表，主气路系统中，煤层气井管道出气口通过锥形阀、截止阀后分别分为两路管道，其中一路依次设置有主电磁阀、稳压阀和节流阀，另一路设置有旁通电磁阀，两路的输出端合并为一路后，经流量计输出到集输站；数控压力表的输出端分别与主电磁阀和旁路电磁阀的控制端连接；远传控制器用于将流量计的流量数据发送至远程终端进行存储和记录。排采前期井口套压波动很大的情况下，本发明可以实现精确控制稳定和套压，可以应用于煤层气开采领域。

Description

一种煤层气井精细调压控气系统

技术领域

本发明属于煤层气开发排采利用领域，具体涉及一种煤层气井精细调压控气系统。

背景技术

随着煤层气产业的发展，好的区块越来越少，低产区提产增量是目前亟须解决的问题。在煤层气排采方面，因地质条件不好，煤层气井产能受井底流压波动的影响很大，如何控制流压、套压等参数缓慢下降，就需要更加精细、自动化的设备来进行控制管理。但在排采初期，煤储层尚未形成稳定的通道，如果没有好的控制设备，流压、套压会发生较大的波动，严重伤害煤储层裂缝，降低煤层气井产能。松软低渗煤层气井产能低是目前煤层气开采中遇到的难点之一，由于地质条件不同，不同的煤层气井其产能差异较大，排采初期的精细化控制对低产井的产能也有影响。在排采过程中可能会出现这种现象：气井在压裂完后开始排采，没过多久，井口套压就涨起来了，有的甚至超过了1.0Mpa，此时技术人员开始缓慢送气，将井场的常规锥形阀稍微松开，结果一天甚至更短时间套压降到了集输压力，随后即使关闭阀门，压力也无法回复到之前的状态。这种现象在低产井中尤为突出，技术人员在控制锥形阀上调到了最小，已经尽力了，但仍达不到有效控制。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种煤层气井精细调压控气系统，在排采前期，井口套压波动很大的情况下，精确控制和稳定套压。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤层气井精细调压控气系统，包括套压控制系统、主气路系统和远传控制系统，所述套压控制系统包括数控压力表，主气路系统包括锥形阀、截止阀、主电磁阀、旁通电磁阀、稳压阀、节流阀和流量计，远传控制系统包括远传控制器；主气路系统中，煤层气井管道出气口通过锥形阀、截止阀后分别分为两路管道，其中一路依次设置有主电磁阀、稳压阀和节流阀，另一路设置有旁通电磁阀，两路的输出端合并为一路后，经流量计输出到集输站；所述数控压力表的输出端分别与所述主电磁阀和旁路电磁阀的控制端连接，用于测量截止阀输出端的管道压力，还用于根据所述管道压力控制所述主电磁阀和旁路电磁阀的开启与关闭；所述远传控制器用于将流量计的流量数据发送至远程终端进行存储和记录。

所述数控压力表为双组智能数显压力控制器，包括两路智能压力控制信号输出。

所述数控压力表根据所述管道压力控制所述主电磁阀和旁路电磁阀的开启与关闭的具体方法为：将数控压力表的第一路输出接线端接至主电磁阀的控制端，第二路输出接线端接至旁通电磁阀的控制端；设置个压力阈值点：高通A+，高断A-，低通B+和低断B-，其中高通A+>高断A->低通B+>低断B-，当管道压力低于低断B-时，控制主电磁阀关闭，当管道压力高于低通B+时，控制主电磁阀打开；当管道压力高于高通A+时，控制旁通电磁阀打开，当管道压力低于高断A-时，控制旁通电磁阀关闭。

所述稳压阀为活塞式的减压稳压阀。

所述远传控制器为具有4G传输功能的路由器，所述远传控制系统还包括PC端或移动客户端。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1）本发明提供了一种能够有效控制松软低渗煤层气井前期的输气过程，可实现套压的缓慢上升或下降，消除排采前期套压突变对煤层气井的影响，平衡套压、流压、液柱三者之间的关系，有利于分析煤层气井的产能，并做出后续的排采方案。

2）本发明中的数控压力表可以设置两路压力控制，若煤层气井气量突增而引起套压激增的情况，即便是在晚上，可自动控制旁通电磁阀打开进行泄压，避免引起流压、液柱的突变，造成对裂缝系统的损坏；若煤层气井气量无法满足连续供气，套压又较高（现实中的“一放就没”），这时可采用限低压放气，即间歇放气，避免对煤储层造成不可逆伤害。

3）通过安装稳压阀，将瞬时流量的影响因素由三个（进口压力、过气截面积、温度）变为两个，使其简单易控；同时弱化了生产系统与管输系统的联系，分开控制，降低了两个系统之间的负面效应。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种煤层气井精细调压控气系统的工艺结构示意图；

图2为本发明实施例中有稳压阀和无稳压阀作用的供气曲线对比图；

图3为采用本发明实施例的某煤层气井的产气速率和累计产气的统计图曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种煤层气井精细调压控气系统，包括套压控制系统、主气路系统和远传控制系统，所述套压控制系统包括数控压力表1，主气路系统包括锥形阀2、截止阀3、主电磁阀4、旁通电磁阀5、稳压阀6、节流阀7和流量计8，远传控制系统包括远传控制器9；主气路系统中，煤层气井管道出气口通过锥形阀2、截止阀3后分别分为两路管道，其中一路依次设置有主电磁阀4、稳压阀6和节流阀7，另一路设置有旁通电磁阀5，两路的输出端合并为一路后，经流量计8输出到集输站；所述数控压力表1的输出端分别与所述主电磁阀4和旁通电磁阀5的控制端连接，用于测量截止阀3输出端的管道压力，还用于根据所述管道压力控制所述主电磁阀4和旁通电磁阀5的开启与关闭，所述远传控制器9用于将流量计8的流量数据发送至服务器进行存储和记录。

本发明的实现工艺由套压控制、主气路、远传控制三个部分组成，首先通过在煤层气集输管线上安装电磁阀、稳压阀、节流阀等实现对流量的精细调节，然后通过数控压力表设置套压上下线，保证套压不发生急剧变化，严重影响井底流压和液柱高度，最后通过远程传输系统实现流量计数据记录工作。本发明为了防止调压难以控制的问题出现，从两个方面着手，一是利用数控电子压力表可以实现24小时监控，并且可以配合电磁阀条件式的进行送气，产气初期可以通过间歇供气保证套压稳定变化；二是在集输线路上安装稳压阀、节流阀、小量程流量计，去除套压变化的影响，实现稳定供气。井底流压的稳定下降可将煤储层受到的伤害降到最低，井底流压是由液柱的压力与套压叠加而成，对于低产井，产水量可以通过冲次的调整稳定控制，本发明实现了套压的稳定控制，对实现井底流压缓慢下降具有重要意义。

下面详细介绍系统中各部分功能。

1）煤层气出气口：当井底流压达到煤层气解吸的临界解吸压力时，煤层瓦斯开始解吸，通过压裂裂缝经射孔孔眼进入煤层气井油管与生产套管的环形空间，由地面采油树四通进入管道集输。

2）锥形阀：其核心原理是由油嘴和一个圆锥组成，通过丝扣控制圆锥与油嘴之间的距离，控制供气最窄处的横截面积，起到限制气体流量的作用，本发明采用的油嘴规格是孔径3mm。

3）电磁阀：本发明采用的电磁阀有2个，即主电磁阀和旁路电磁阀，它们均是常闭式电磁阀，通电后电磁阀打开，断电关闭，两个电磁阀由带数控功能的压力表控制。

4）稳压阀：本实施例中，稳压阀选用活塞式的减压稳压阀，主要作用是稳定气体的阀后压力，保证其不受进气端压力影响。其原理是当阀后的压力高于设定值时，作用与活塞上的压力致使阀门关闭，保证阀后压力不超过设定值，该值可通过阀门顶端的压力调节旋钮调整。在煤层气前期供气中，需要将气体流量调整在一个固定值范围内，就需要供气最小处截面积和入口压力稳定，气量波动才小，该配件起到了稳定流量计入口压力的作用。如图2所示，分别为稳压阀和无稳压阀作用的供气曲线对比图。从图中可以看出，随着套压变化，无稳压阀时产气速率波动较大，如图2中a所示，有稳压阀作用时，产气速率基本稳定，如图2中b所示。稳压阀具有稳定出气压力的功能，这样进入到流量计的气体压力可控恒定，这样流量计的读数只与节流阀的开度有关，方便瞬时流量的控制。

5）节流阀：节流阀的全称为单项气动流量控制节流阀，可抗气压冲击，优质密封精准不漏气，工作压力范围0.05-0.8Mpa，铝合金材质，可调性好，人为控制可实现0.1m3/h的最低精度调整，尤其适用于煤层气井前期压力高，但供气不足的情况。

6）流量计：本实施例中流量计采用小量程流量计，因该井排采前期气量较小，需要更换小量程流量计记录瞬时流量与累计流量，并将数据由远程传输模块传输至服务器，形成报表及曲线。如图3所示，为某煤层气井的产气速率和累计产气的统计图曲线。

7）数控压力表：本实施例中，选用的数控压力表为双组智能数显压力控制器，304不锈钢壳，0.5%的测控精度，可实现两路智能压力控制，压力范围自由设定，可实现延时控制，防止管内压力不稳，导致电磁阀频繁启动。具体地，本实施例中，选用型号为YZ-S92的智能数显压力控制器，其可设置2路常开常闭点，实现2路高低压控制，压力范围自由设定，并且还可以实现延时控制。

所述数控压力表1根据所述管道压力控制所述主电磁阀4和旁路电磁阀5的开启与关闭的具体方法为：将数控压力表1的第一路输出接线端接至主电磁阀4的控制端，第二路输出接线端接至旁通电磁阀5的控制端；设置4个压力阈值点：高通A+，高断A-，低通B+和低断B-，其中高通A+>高断A->低通B+>低断B-，当管道压力低于低断B-时，控制主电磁阀4关闭，当管道压力高于低通B+时，控制主电磁阀4打开；当管道压力高于高通A+时，控制旁通电磁阀5打开，当管道压力低于高断A-时，控制旁通电磁阀5关闭。

因此，数控压力表一方面可以实现管路压力的实时在线检测，另一方面还可以控制管路上安装的两个电磁阀的启停状态，实现间歇供气。

8）旁通电磁阀：若煤层气井气量突增而引起套压激增的情况，则数控压力表可自动控制旁通电磁阀打开进行泄压，避免引起流压、液柱的突变，造成对裂缝系统的损坏。也就是说，旁通电磁阀可以起到保护的作用。

9）远传控制器：本实施例中，所述远传控制器为具有4G传输功能的路由器，如图1所示，所述远传控制系统还包括PC端或移动客户端。通过该配件可将流量计的数据通过4G网络传输到服务器上，供各个客户端查看下载，方便排采人员查看，及时对煤层气井运行情况做出分析。

本发明的主要功能有：（1）有效对产气线路进行节流，通过高精密节流阀实现产气量可控精度达到0.1方/小时；（2）通过数控压力表，可设置套压上下限，保证井口套压可控；（3）具有应对供气过程中套压极速上涨的应急措施，避免引起液柱高度的大幅度变化；（4）煤层气前期套压高，但供气能力差时，可以实现间歇供气方案，保证套压平稳控制，并设有下限保护；（5）具有流量计远程传输记录功能。

本发明通过在煤层气集输管线上安装电磁阀、稳压阀、节流阀等实现对流量的精细调节，然后通过数控压力表设置套压上下线，保证套压不发生急剧变化，最后通过远程传输系统实现流量计数据记录工作。该发明的意义在于：1、能够有效控制松软低渗煤层气井前期的送气过程，可实现套压的缓慢上升或下降，消除前期排采套压突变对煤层气井的影响。2、该工艺配套了远程传输系统，大幅度降低了人的工作量，拥有全自动的数据采集分析绘图系统，可对煤层气井进行实时分析。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种煤层气井精细调压控气系统，其特征在于，包括套压控制系统、主气路系统和远传控制系统，所述套压控制系统包括数控压力表（1），主气路系统包括锥形阀（2）、截止阀（3）、主电磁阀（4）、旁通电磁阀（5）、稳压阀（6）、节流阀（7）和流量计（8），远传控制系统包括远传控制器（9）；主气路系统中，煤层气井管道出气口通过锥形阀（2）、截止阀（3）后分别分为两路管道，其中一路依次设置有主电磁阀（4）、稳压阀（6）和节流阀（7），另一路设置有旁通电磁阀（5），两路的输出端合并为一路后，经流量计（8）输出到集输站；所述数控压力表（1）的输出端分别与所述主电磁阀（4）和旁通电磁阀（5）的控制端连接，用于测量截止阀（3）输出端的管道压力，还用于根据所述管道压力控制所述主电磁阀（4）和旁通电磁阀（5）的开启与关闭；所述远传控制器（9）用于将流量计（8）的流量数据发送至远程终端进行存储和记录；

所述数控压力表（1）根据所述管道压力控制所述主电磁阀（4）和旁通电磁阀（5）的开启与关闭的具体方法为：将数控压力表（1）的第一路输出接线端接至主电磁阀（4）的控制端，第二路输出接线端接至旁通电磁阀（5）的控制端；设置4个压力阈值点：高通A+，高断A-，低通B+和低断B-，其中高通A+>高断A->低通B+>低断B-，当管道压力低于低断B-时，控制主电磁阀（4）关闭，当管道压力高于低通B+时，控制主电磁阀（4）打开；当管道压力高于高断A+时，控制旁通电磁阀（5）打开，当管道压力低于高断A-时，控制旁通电磁阀（5）关闭。

2.根据权利要求1所述的一种煤层气井精细调压控气系统，其特征在于，所述数控压力表（1）为双组智能数显压力控制器，包括两路智能压力控制信号输出。

3.根据权利要求1所述的一种煤层气井精细调压控气系统，其特征在于，所述稳压阀为活塞式的减压稳压阀。

4.根据权利要求1所述的一种煤层气井精细调压控气系统，其特征在于，所述远传控制器为具有4G传输功能的路由器，所述远传控制系统还包括PC端或移动客户端。

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