CN111577245A - 一种天然气井智能举水采气系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气井智能举水采气系统及方法，涉及气田生产过程中的测井与治井领域，可解决气田生产中的井内积液问题。所述的系统包括主控模块，探测模块，流道开关模块，电源管理模块，电池组，发电模块，无线通信模块。所述的方法为系统实时采集数据，根据采集的数据来判定井内气液界面位置和获得相应的压力等数据。然后根据预设的举水高度，换算成举水点位处的压力等数据。系统在继续下降过程中实时采集数据并捕捉举水点位。当断定下降到举水点位后，关闭流道，分割积液。井下气压推动系统上升，把分割在旋塞阀上方的积液举升到井口。本方法可智能判断天然气井内积液的液面位置和进行定量分段举水，能够灵活适用于各种气井井况。
Description
技术领域
本发明属于油、气田生产过程中的测井与治井技术领域，具体涉及一种天然气井智能举水采气系统及方法。
背景技术
天然气作为重要的能源之一，在国民经济中发挥着重要的作用。世界各国都在努力提高产能以应对天然气资源的需求。而气井内积液会严重影响气井的产能。尤其是在气井生产的中后期，积液问题尤为突出。为了提高有水气井的采收率，必须定期采取措施对气井进行举水作业，以保证采气工作的正常进行。
机械柱塞气举举水采气方法作为一种机械方法，通过柱塞密封的方式来分离气液界面，并利用气井内自身能量把柱塞上方积液举升到井口。另外还有泡沫举水方法，将化学起泡剂注入井中，当积液和起泡剂发生反应生成泡沫，降低积液密度，这样泡沫就可以在井内气压的推动下被举升到井口。目前这些方法的主要缺点是间歇式、机械式、无法检测，影响连续生产作业。
另外一种机械方法是采用皮囊密封，皮囊内部设有柱塞开关，开关关闭，井下压力充入，撑开皮囊，使皮囊与井内壁形成密封。但是这种方法，工作时间短，皮囊涨缩不易控制，在使用过程中极易被撕裂。因此发明一种智能、稳定可靠、可长期作业的举水系统成为该领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，实现智能、长期稳定、可与外界交互的气井举水作业，本发明提供了一种天然气井智能举水采气系统及方法。
本发明提供的一种天然气井智能举水采气系统，包括主控模块，探测模块，流道开关模块，电源管理模块，电池组，发电模块，无线通信模块。
所述的探测模块为压力传感器、温度传感器、加速度传感器、接箍定位器中的任意一种或几种，探测模块和主控模块连接，以便主控模块获取井内的压力数据、温度数据、深度数据、接箍位置数据、加速度数据。所述的流道开关模块包括电机和旋塞阀，由主控模块控制电机的转动来开关旋塞阀。所述的电池组通过电源管理模块为主控模块供电，所述的无线通信模块由主控模块控制与井外通信。所述的充电模块由电源管理模块控制为电池组充电。
一种天然气井智能举水采气系统，所述的主控模块设有系统时钟。
一种天然气井智能举水采气系统，所述的发电模块为一微型气流发电机。
一种天然气井智能举水采气系统，无线通信模块可为5G通信模块、毫米波通信模块、红外无线通信模块、激光无线通信模块中的任意一种。
另外，本发明还公开了一种天然气井智能举水采气方法，包括以下步骤。
步骤S1: 给智能举水采气系统预设举水高度H和工作模式，然后把智能举水采气系统放入天然气井中。
步骤S2: 在天然气井中的智能举水采气系统在重力作用下下降，并实时采集压力数据、温度数据、深度数据、接箍位置数据、加速度数据。
步骤S3: 智能举水采气系统内的控制模块根据采集的压力数据或温度数据或加速度数据来判定井内气液界面位置和获得相应的压力P界或温度T界或时间t界或加速度a界。
步骤S4: 继续下降过程中，捕捉到气液界面位置后，根据预设的举水高度H，换算成举水点位处的压力值P或温度值T或智能举水采气系统的下降时间值t或由加速度值换算的时间值t1。
步骤S5: 智能举水采气系统在继续下降过程中实时采集数据并和举水点位的压力值P或温度值T或时间值t或加速度a做对比来判断是否到达举水点位。当智能举水采气系统断定下降到举水点位后，控制流道开关模块的电机转动，关闭流道开关模块中的旋塞阀，分割积液。然后井下气压推动智能举水采气系统上升，把分割在旋塞阀上方的积液举升到井口排出。
步骤S6: 智能举水采气系统根据设定的工作模式中的阈值在井口停留后，主控模块控制电机转动打开旋塞阀。智能举水采气系统开始在井中下落，回到步骤S2。在井口停留的过程中，可以通过附加的无线模块和井外通信，方便在井外动态调整智能举水采气系统的举水高度、温度阈值、压力阈值、深度阈值、时间阈值等参数。
步骤S1中，所述的预设举水高度H即为井内每次要排出水柱的长度，一般在0~200米范围。
步骤S1中，所述的工作模式为压力模式、温度模式、深度模式、时间模式、加速度模式中的一种或任意两种组合。
步骤S3中，所述的判断气液界面的位置，是通过气液分界面的压力突变来判断，或在气液分界面处的加速度的突变来判断。
步骤S4中，换算公式为P=P界+ρ液gH，T=T界+ΔT，t=t界+Δt， H=v界*t+a界t2/2。
步骤S6中，在井口停留的预设时间一般为0~24小时。
本发明所公开的一种天然气井智能举水采气系统，系统构成功能全面，采用模块化布置，集成方便，能够灵活适用于各种气井井况。本发明所公开的一种天然气井智能举水采气方法，灵活智能，可与外界通信交互，可在井中长期作业。本发明亦可挂接各种井内检测仪器用于测井作业。
附图说明
图1 为本发明智能举水采气方法的流程图。
图2 为本发明的智能举水采气系统的模块化原理框图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明公开了一种天然气井智能举水采气系统，包括主控模块，探测模块，流道开关模块，电源管理模块，电池组，发电模块，无线通信模块。
该系统的探测模块，流道开关模块，发电模块和电源管理模块、电池组，无线通信模块相互独立，都可以单独连接到主控模块。下面结合附图1，对本发明的技术方案进行具体说明。
探测模块包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器、接箍定位器中的任意一种或几种，连接到主控模块，用于主控模块实时采集井内的压力，温度，接箍位置、深度、系统升降的加速度等数据。当主控模块分析获得井内动液面的位置后，根据预设的举水高度换算成井内的积液的举水点位。当系统通过实时采集的数据判断到达举水点位后，主控模块控制电机启动，关闭流道。电池组由电源管理模块管理为主控模块供电，电源管理模块同时检测电池组电量，当电量不足时，连通发电模块为电池组充电。发电模块是一只微气流发电机，可以利用井内的气流流动来发电。无线通信模块可为5G通信模块、毫米波通信模块或红外无线通信模块或激光无线通信模块等，由主控模块控制与井外通信，可以向井外接受端传输井内的压力、温度、深度、系统在井内升降的加速度等数据，以供井外人员分析数据，及时调整智能举水采气系统的工作模式。该系统的工作模式可以为压力模式、温度模式、时间模式、深度模式、加速度模式中的一种或几种。该系统的无线通信模块和充电模块可以根据实际井上工作需要进行删减。下面结合本发明所提供的方法做进一步说明。
综合上述实施例及其优选方案，相应地，本发明还提出了一种天然气井智能举水采气方法，如图2所示。
实施例1。
该实施例为压力工作模式，具体的实施方式如下。
1、给智能举水采气系统预设举水高度H=50米和压力工作模式。然后把智能举水采气系统放入天然气井中。
2、在天然气井中的智能举水采气系统在重力作用下下降，并实时采集压力数据、温度数据、深度数据、接箍位置数据、加速度数据。
3、智能举水采气系统内的控制模块根据采集的压力数据来判定井内气液界面位置和获得相应的压力P界。
4、 继续下降过程中，捕捉到气液界面位置后，根据预设的举水高度H，换算成举水点位处的压力值P，P=P界+ρ液gH。
5、智能举水采气系统在继续下降过程中实时采集数据并和举水点位的压力值P做对比来判断是否到达举水点位。当智能举水采气系统断定下降到举水点位后，控制流道开关模块的电机转动，关闭流道开关模块中的旋塞阀，分割积液。然后井下气压推动智能举水采气系统上升，把分割在旋塞阀上方的积液举升到井口排出。
6、智能举水采气系统根据设定的工作模式判断采集到的压力值为井口压力后，主控模块控制电机转动打开旋塞阀。智能举水采气系统开始在井中下落，回到步骤S2。在井口停留的过程中，可以通过附加的无线模块和井外通信，方便在井外动态调整智能举水采气系统的举水高度、温度阈值、压力阈值、深度阈值、时间阈值等参数。
实施例2。
该实施例为压力和时间的组合模式，具体的实施方式如下。
1、给智能举水采气系统预设举水高度H=80米和压力+时间工作模式，并设置在井口停留时间2小时。然后把智能举水采气系统放入天然气井中。
2、在天然气井中的智能举水采气系统在重力作用下下降，并实时采集压力数据、温度数据、深度数据、接箍位置数据、加速度数据。
3、智能举水采气系统内的控制模块根据采集的压力数据来判定井内气液界面位置和获得相应的压力P界。
4、 继续下降过程中，捕捉到气液界面位置后，根据预设的举水高度H，换算成举水点位处的压力值P，P=P界+ρ液gH。
5、智能举水采气系统在继续下降过程中实时采集数据并和举水点位的压力值P做对比来判断是否到达举水点位。当智能举水采气系统断定下降到举水点位后，控制流道开关模块的电机转动，关闭流道开关模块中的旋塞阀，分割积液。然后井下气压推动智能举水采气系统上升，把分割在旋塞阀上方的积液举升到井口排出。
6、智能举水采气系统根据设定的工作模式中的阈值在井口停留2小时后，主控模块控制电机转动打开旋塞阀。智能举水采气系统开始在井中下落，回到步骤S2。在井口停留的过程中，可以通过附加的无线模块和井外通信，方便在井外动态调整智能举水采气系统的举水高度、温度阈值、压力阈值、深度阈值、时间阈值等参数。
实施例3。
该实施例为加速度和时间组合模式，具体的实施方式如下。
1、给智能举水采气系统预设举水高度H=50米和加速度+时间工作模式，并设置在井口停留时间2小时。然后把智能举水采气系统放入天然气井中。
2、在天然气井中的智能举水采气系统在重力作用下下降，并实时采集数据。
3、智能举水采气系统内的控制模块根据采集的加速度数据计算并判定井内气液界面位置。
4、捕捉到动液面位置后，根据预设的举水高度，换算成到达举水点位处的下降时间值t,计算公式为H=v界*t+a界t2/2。
5、智能举水采气系统继续下降t时间到达举水点位，控制流道开关模块的电机转动，关闭控制流道开关模块中的旋塞阀，分割积液。然后井下气压推动智能举水采气系统上升，把分割在旋塞阀上方的积液举升到井口排出。
6、智能举水采气系统在井口停留预设的时间2小时后，主控模块控制电机转动打开旋塞阀。智能举水采气系统开始在井中下落，回到步骤S2。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下做出的系统和方法变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种天然气井智能举水采气系统，其特征在于，包括主控模块，探测模块，流道开关模块，电源管理模块，电池组，发电模块，无线通信模块；所述的探测模块为压力传感器、温度传感器、加速度传感器、接箍定位器中的任意一种或几种，探测模块和主控模块连接，以便主控模块获取井内的压力数据、温度数据、深度数据、接箍位置数据、加速度数据；所述的流道开关模块包括电机和旋塞阀，由主控模块控制电机的转动来开关旋塞阀；所述的电池组通过电源管理模块为主控模块供电，所述的无线通信模块由主控模块控制与井外通信；所述的充电模块由电源管理模块控制为电池组充电。
2.根据权利要求1所述的一种天然气井智能举水采气系统，其特征在于，所述的主控模块设有系统时钟。
3.根据权利要求1所述的一种天然气井智能举水采气系统，其特征在于，所述的发电模块为一微型气流发电机。
4.根据权利要求1所述的一种天然气井智能举水采气系统，其特征在于，所述的无线通信模块可为5G通信模块、毫米波通信模块、红外无线通信模块、激光无线通信模块中的任意一种。
5.一种天然气井智能举水采气方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1: 给智能举水采气系统预设举水高度H和工作模式，然后把智能举水采气系统放入天然气井中；
步骤S2: 在天然气井中的智能举水采气系统在重力作用下下降，并实时采集压力数据、温度数据、深度数据、接箍位置数据、加速度数据；
步骤S3: 智能举水采气系统内的控制模块根据采集的压力数据或温度数据或加速度数据来判定井内气液界面位置和获得相应的压力P界或温度T界或时间t界或加速度a界；
步骤S4: 继续下降过程中，捕捉到气液界面位置后，根据预设的举水高度H，换算成举水点位处的压力值P或温度值T或智能举水采气系统的下降时间值t或由加速度值换算的时间值t1；
步骤S5: 智能举水采气系统在继续下降过程中实时采集数据并和举水点位的压力值P或温度值T或时间值t或加速度a做对比来判断是否到达举水点位；当智能举水采气系统断定下降到举水点位后，控制流道开关模块的电机转动，关闭流道开关模块中的旋塞阀，分割积液；
然后井下气压推动智能举水采气系统上升，把分割在旋塞阀上方的积液举升到井口排出；
步骤S6: 智能举水采气系统根据设定的工作模式中的阈值在井口停留后，主控模块控制电机转动打开旋塞阀，智能举水采气系统开始在井中下落，回到步骤S2，在井口停留的过程中，可以通过附加的无线模块和井外通信，方便在井外动态调整智能举水采气系统的举水高度、温度阈值、压力阈值、深度阈值、时间阈值等参数。
6.根据权利要求5所述的一种天然气井智能举水采气方法，其特征在于，步骤S1中，所述的预设举水高度即为井内每次要排出水柱的长度，一般在0~200米范围。
7.根据权利要求5所述的一种天然气井智能举水采气方法，其特征在于, 步骤S1中，所述的工作模式为压力模式、温度模式、深度模式、时间模式、加速度模式中的一种或任意两种组合。
8.根据权利要求5所述的一种天然气井智能举水采气方法，其特征在于，步骤S3中，所述的判断气液界面的位置，是通过气液分界面的压力突变来判断，或在气液分界面处的加速度的突变来判断。
9.根据权利要求5所述的一种天然气井智能举水采气方法，其特征在于，步骤S4中，换算公式为P=P界+ρ液gH，T=T界+ΔT，t=t界+Δt， t1=v界+a界t2/2。
10.根据权利要求5所述的一种天然气井智能举水采气方法，其特征在于, 步骤S6中，在井口停留的预设时间一般为0~24小时。
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