CN112943163B - 一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气开采技术领域，具体涉及一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置、系统及方法。本发明通过阀体、下游法兰、减压机构、高压套、阀盖、全开启机构、高压套充压电磁头组、全开启充压电磁头组、上游法兰、减压机构压缩弹簧、高压套压缩弹簧、气缸活塞、气缸、高压套卸压电磁头组和全开启卸压电磁头组构成。再加上远程终端单元RTU、电动旁通阀和流量计构成远控开关井系统，解决了现有井口远控阀门不具备减压功能及流量计堵塞引起开井失败问题，强化了气井安全性，实现了气井精细化管理。

Description

一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置、系统及方法

技术领域

本发明属于天然气开采技术领域，具体涉及一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置、系统及方法。

背景技术

致密气田多井低产，其常采用中低压集气模式，在气井井筒内设置节流器，并利用井下节流器对天然气进行节流降压，及利用低温进行加热方式进行增产。该模式可降低地面系统压力，减少地面建设投资，防止地面管线水合物生成。对中低压集气气井，开井需要在井口操作调节阀对管线内天然气进行降压，待一定时间之后，即井下节流器持续发生作用后使井筒内节流器上方气体压力降低，从而针阀下游压力低于井口地面管线设计压力，此时方可全开阀门进行生产。

但现有技术所采用的方式，至少存在以下问题：

一是对于建井数量多的气田，例如某气田，人工开关万余口中低压集气气井，管理难度非常之大，尤其是进入生产中后期间歇开关的数千口气井来说更是如此。操作成本巨大，不利于降本增效，且易受到天气、道路、外协问题等自然及人为条件的制约，不利于精细化管理。目前的人工开井方法难以满足气田生产需求。

二是目前井口远控阀门不具备减压功能，不适合进行油压高于系统压力下的远程开关井。

三是井口调节阀开井过程中，阀下游可能会产生水合物，开井时间较长情况下，可能会引起下游流量计冰堵导致无法完成开井。

四是在气田井场无外电供应时，井场内设备主要依靠太阳能。目前井口调节阀多为通过电机正反转控制阀门开度变化来调节管线压力，开井过程中，如果用时过长会导致耗电较多。故需要研发一种瞬间供电后，阀门内置机构通过机械进行自动调压的节能型远程开关井装置。

发明内容

本发明提供了一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置、系统及方法，目的之一在于解决目前井口远控阀门不具备减压功能的问题；目的之二在于解决各种调节阀开井过程中阀芯下游可能会产生水合物堵塞流量计引起开井失败的问题；目的之三在于解决普通调节阀电机长时间运转引起的能耗问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，包括阀体、下游法兰、减压机构、高压套、阀盖、全开启机构、高压套充压电磁头组、全开启充压电磁头组、上游法兰、减压机构压缩弹簧、高压套压缩弹簧、气缸活塞、气缸、高压套卸压电磁头组和全开启卸压电磁头组；所述的阀体为中空柱状体，阀体左右两端分别连接有用于与气井井口下游管线连接的下游法兰和用于与气井井口采气树上游管线连接的上游法兰；所述阀体的上部端口连接有中空的阀盖，阀盖的上部连接有全开启机构；所述全开启机构与阀盖上部之间形成的空间内设置有气缸活塞，气缸活塞与全开启机构之间形成气缸；所述气缸活塞的下端与连接在阀盖内的减压机构的上端连接，减压机构的下端与阀体连接；所述的高压套套接在减压机构的下部并通过高压套与阀盖的内侧壁连接；所述的高压套充压电磁头组和全开启充压电磁头组、高压套卸压电磁头组和全开启卸压电磁头组分别对称的连接在阀盖的相对侧壁上，全开启充压电磁头组、高压套卸压电磁头组，全开启充压电磁头组和高压套卸压电磁头组分别与全开启机构及阀盖、减压机构、高压套三者围成的空间连通；所述减压机构压缩弹簧和高压套压缩弹簧均为环状且分别套接在减压机构外部，所述的减压机构压缩弹簧的上下端分别与阀盖和减压机构接触，所述的高压套压缩弹簧的上下端分别与阀盖和高压套接触。

所述的减压机构包括减压芯、碟形调压弹簧、弹簧压块、调压栓、上部外套、下部座套、底部固定套和阶梯阀座；所述的上部外套和下部座套均为中空结构，上部外套和下部座套上下连接；所述调压栓、弹簧压块、减压芯和底部固定套从上至下依次连接在上部外套和下部座套内；贯穿所述减压芯和下部座套的侧壁开有上节流外孔和节流内孔；所述的阶梯阀座设置在下部座套和底部固定套之间；所述的下部座套的底部外侧设置有凸台；所述调压弹簧设置在减压芯与弹簧压块之间。

所述的高压套是由上下两段组成的一体的中空柱状体结构；上段中空柱状体外径小于下段中空柱状体外径，上段中空柱状体内径大于下段中空柱状体内径，上段中空柱状体与下段中空柱状体内径衔接处形成台肩，所述台肩上连接所述的高压套压缩弹簧；下段中空柱状体的下端内侧壁设置有多级台肩，通过多级台肩处与紧固减压机构紧密连接。

还包括用于紧固连接减压机构与高压套的紧固套；所述紧固套设置在减压机构下部和高压套下部之间；所述紧固套是由上中下三段组成的一体的中空一体结构；上中下三段内径相同，上段、中段均为圆柱状且上段外径小于中段外径；下段为圆台状且其内侧壁下部沿圆周设置有用于与紧固减压机构连接的圆形凹台。

所述的阀盖上在设置高压套充压电磁头组和全开启充压电磁头组相对侧壁上分别对称的设置有一个竖向的第一贯通通孔，在两个第一贯通通孔的内侧分别设置有用于连通第一贯通通孔与阀盖内腔的第一通道和用于连通第一贯通通孔与气缸的第二通道；阀盖中部内侧壁上沿周向开有用于与高压套密封连接的环状密封圈凹槽。

所述的全开启机构包括由两段外径不同的圆柱和上盖；两段外径不同的圆柱构成一体的空心结构；所述上盖连接在外径小的空心圆柱上，外径大的空心圆柱的下端面与阀盖连接，两空心圆柱的轴心线共线且外径大的空心圆柱内径大于外径小的空心圆柱；外径大的空心圆柱的侧壁上设置有一个竖向第二贯穿通孔，与所述第二贯穿通孔相对的侧壁上设置有竖向平行设置的全开启第一充压气道和全开启第二充压气道，第一充压气道和全开启第二充压气道的下端均与阀盖连通，第一充压气道和全开启第二充压气道的上端均与气缸连通；所述气缸活塞下端置于外径大的空心圆柱内且其侧壁与外径大的空心圆柱内侧壁紧密接触，气缸活塞上端置于外径小的空心圆柱内且其侧壁与外径小的空心圆柱内侧壁密封连接。

所述的阀体为中空柱体且其侧壁开有用于与减压机构连接的贯穿通孔；在其贯穿通孔内垂直于阀体内侧壁设置有隔板，隔板将阀体内腔分割为装置上游通道和装置下游通道；阀体上的贯穿通孔装两侧沿径向分别开有高压套卸压通道和高压气充压总通道。

所述的高压套充压电磁头组、全开启充压电磁头组、高压套卸压电磁头组、全开启卸压电磁头组均由竖直方向和水平方向两个电磁头组成。

一种电磁型中低压集气气井远控开关井系统，至少包括电磁型中低压集气气井远控开关井装置，还包括远程终端单元RTU、电动旁通阀和流量计；所述的远程终端单元RTU与电磁型中低压集气气井远控开关井装置电信号连接；所述的电磁型中低压集气气井远控开关井装置上连接有流量计；所述的电动旁通阀的两端分别与流量计的两端连接。

一种电磁型中低压集气气井远控开关井系统的控制方法包括如下步骤，

步骤一：若要进行减压开井进入步骤二；若要进行关井或紧急切断进入步骤三；若要进行旁通开井防冻堵进入步骤四；

步骤二：远程终端单元RTU依次发送指令给高压套充压电磁头组竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组竖直方向电磁头通电1～2秒；当远程终端单元RTU监测到装置上游压力已降低到预设安全压力时，依次向全开启卸压电磁头组的水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、全开启卸压电磁头组的竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，减压开井过程完成；

步骤三：远程终端单元RTU依次发送指令给全开启充压电磁头组水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套充压电磁头组的水平电磁头瞬时通电1～2秒，关井或紧急切断过程结束；

步骤四：当部分气井减压开井时间超过1小时，远程终端单元RTU发送信号，给电动旁通阀通电，迅速完成开井并随后关闭电动旁通阀。

有益效果：

(1)本发明解决了现有技术中井口远控阀门不具备减压功能的问题。

(2)本发明可解决各种调节阀开井过程中阀芯下游可能会产生水合物堵塞流量计引起开井失败的问题。

(3)本发明通过电磁头瞬间供电、阀门内机构通过机械进行自动调压，解决了普通调节阀电机长时间运转引起的能耗问题。

(4)本发明有效实现了降本增效，避免了人工开关井因天气、道路、外协等问题的制约，实现了气井精细化管理。

(5)本发明加强了气井的安全性，减少了气井管理维护难度，节约了人力物力，在气田开采领域具有广阔的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例，详细说明如后。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的装置结构示意图。

图2是本发明的装置及配套电磁头组左视结构示意图。

图3是本发明的装置及配套电磁头组右视图。

图4是本发明的装置及配套电磁头组俯视图。

图5是本发明的井装置配套高压套充压电磁头组示意图。

图6是本发明的装置配套高压套卸压电磁头组示意图。

图7是本发明的装置配套全开启充压电磁头组示意图。

图8是本发明的装置配套全开启卸压电磁头组示意图。

图9是本发明的装置阀芯减压原理图。

图10是本发明的装置防冻堵方法井场流程示意图。

图11是本发明的装置减压机构示意图。

图中：1-阀体；2-下游法兰；3-减压机构；4-高压套；5-阀盖；6-全开启机构；7-高压套充压电磁头组；8-全开启充压电磁头组；9-远程终端单元RTU；10-电动旁通阀；11-流量计；12-电磁型中低压集气气井远程开关井装置；13-上游法兰；14-减压机构压缩弹簧；15-紧固套；16-环形凹台；17-密封圈凹槽；18-高压套压缩弹簧；19-凸台；20-减压芯；21-节流外孔；22-节流内孔；23-碟形调压弹簧；24-弹簧压块；25-调压栓；26-气缸活塞；27-气缸；28-全开启第一充压气道；29-高压套卸压电磁头组；30-全开启卸压电磁头组；31-全开启卸压通道入口端；32-全开启卸压通道出口端；33-第一通道；34-第二通道；35-第一贯通通孔；36-第二贯穿通孔；40-装置上游通道；41-装置下游通道；61-高压套卸压通道；62-高压气充压总通道；63-阶梯阀座；64-隔板；70-第一电磁头磁芯橡胶堵头；71-高压气路入口端；72-高压气路出口端；73-弹簧；80-第三电磁头磁芯橡胶堵头；81-全开启高压气路入口端；82-全开启高压气路出口端；92-全开启第二充压气道；210-上部外套；211-下部座套；212-底部固定套；290-第二电磁头磁芯橡胶堵头；291-高压套卸压通道入口端；292-高压套卸压通道出口端；300-第四电磁头磁芯橡胶堵头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

实施例一：

参照图1～图9，图11所示的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，包括阀体1、下游法兰2、减压机构3、高压套4、阀盖5、全开启机构6、高压套充压电磁头组7、全开启充压电磁头组8、上游法兰13、减压机构压缩弹簧14、高压套压缩弹簧18、气缸活塞26、气缸27、高压套卸压电磁头组29和全开启卸压电磁头组30；所述的阀体1为中空柱状体，阀体1左右两端分别连接有用于与气井井口下游管线连接的下游法兰2和用于与气井井口采气树上游管线连接的上游法兰13；所述阀体1的上部端口连接有中空的阀盖5，阀盖5的上部连接有全开启机构6；所述全开启机构6与阀盖5上部之间形成的空间内设置有气缸活塞26，气缸活塞26与全开启机构6之间形成气缸27；所述气缸活塞26的下端与连接在阀盖5内的减压机构3的上端连接，减压机构3的下端与阀体1连接；所述的高压套4套接在减压机构3的下部并通过高压套4与阀盖5的内侧壁连接；所述的高压套充压电磁头组7和全开启充压电磁头组8、高压套卸压电磁头组29和全开启卸压电磁头组30分别对称的连接在阀盖5的相对侧壁上，全开启充压电磁头组8、高压套卸压电磁头组29，全开启充压电磁头组8和高压套卸压电磁头组29分别与全开启机构6及阀盖5、减压机构3、高压套4三者围成的空间连通；所述减压机构压缩弹簧14和高压套压缩弹簧18均为环状且分别套接在减压机构3外部，所述的减压机构压缩弹簧14的上下端分别与阀盖5和减压机构3接触，所述的高压套压缩弹簧18的上下端分别与阀盖5和高压套4接触。

进一步的，所述的减压机构3包括减压芯20、碟形调压弹簧23、弹簧压块24、调压栓25、上部外套210、下部座套211、底部固定套212和阶梯阀座63；所述的上部外套210和下部座套211均为中空结构，上部外套210和下部座套211上下连接；所述调压栓25、弹簧压块24、减压芯20和底部固定套212从上至下依次连接在上部外套210和下部座套211内；贯穿所述减压芯20和下部座套211的侧壁开有上节流外孔21和节流内孔22；所述的阶梯阀座63设置在下部座套211和底部固定套212之间；所述的下部座套211的底部外侧设置有凸台19；所述调压弹簧23设置在减压芯20与弹簧压块24之间。

进一步的，所述的高压套4是由上下两段组成的一体的中空柱状体结构；上段中空柱状体外径小于下段中空柱状体外径，上段中空柱状体内径大于下段中空柱状体内径，上段中空柱状体与下段中空柱状体内径衔接处形成台肩，所述台肩上连接所述的高压套压缩弹簧18；下段中空柱状体的下端内侧壁设置有多级台肩，通过多级台肩处与紧固减压机构3紧密连接。

进一步的，还包括用于紧固连接减压机构3与高压套4的紧固套15；所述紧固套15设置在减压机构3下部和高压套4下部之间；所述紧固套15是由上中下三段组成的一体的中空一体结构；上中下三段内径相同，上段、中段均为圆柱状且上段外径小于中段外径；下段为圆台状且其内侧壁下部沿圆周设置有用于与紧固减压机构3连接的圆形凹台16。

进一步的，所述的阀盖5上在设置高压套充压电磁头组7和全开启充压电磁头组8相对侧壁上分别对称的设置有一个竖向的第一贯通通孔35，在两个第一贯通通孔35的内侧分别设置有用于连通第一贯通通孔35与阀盖5内腔的第一通道33和用于连通第一贯通通孔35与气缸27的第二通道34；阀盖5中部内侧壁上沿周向开有用于与高压套4密封连接的环状密封圈凹槽17。

进一步的，所述的全开启机构6包括由两段外径不同的圆柱和上盖；两段外径不同的圆柱构成一体的空心结构；所述上盖连接在外径小的空心圆柱上，外径大的空心圆柱的下端面与阀盖5连接，两空心圆柱的轴心线共线且外径大的空心圆柱内径大于外径小的空心圆柱；外径大的空心圆柱的侧壁上设置有一个竖向第二贯穿通孔36，与所述第二贯穿通孔36相对的侧壁上设置有竖向平行设置的全开启第一充压气道28和全开启第二充压气道92，第一充压气道28和全开启第二充压气道92的下端均与阀盖5连通，第一充压气道28和全开启第二充压气道92的上端均与气缸27连通；所述气缸活塞26下端置于外径大的空心圆柱内且其侧壁与外径大的空心圆柱内侧壁紧密接触，气缸活塞26上端置于外径小的空心圆柱内且其侧壁与外径小的空心圆柱内侧壁密封连接。

进一步的，所述的阀体1为中空柱体且其侧壁开有用于与减压机构3连接的贯穿通孔；在其贯穿通孔内垂直于阀体1内侧壁设置有隔板64，隔板64将阀体1内腔分割为装置上游通道40和装置下游通道41；阀体1上的贯穿通孔装两侧沿径向分别开有高压套卸压通道61和高压气充压总通道62。

进一步的，所述的高压套充压电磁头组7、全开启充压电磁头组8、高压套卸压电磁头组29、全开启卸压电磁头组30均由竖直方向和水平方向两个电磁头组成。

在实际使用时，阀盖5轴线与阀体1上的贯穿通孔中心线重合，阀盖5上其中一个第一贯通通孔35的上部侧壁上开有上下设置的全开启高压气路入口端81和高压气路入口端71，另一个第一贯通通孔35的上部侧壁上开有上下设置的全开启卸压通道出口端32和高压套卸压通道出口端292；两个第一通道33的一端均与阀盖5、减压机构3、高压套4三者围成的空间连通，其中一个第一通道33的另一端为高压气路出口端72，另一个第一通道33的另一端为高压套卸压通道入口端291，高压套卸压通道入口端291和高压套卸压通道出口端292与高压套卸压电磁头组29连通；和高压气路入口端71和高压气路出口端72与高压套充压电磁头组7连通；设置高压套充压电磁头组7和全开启充压电磁头组8的两相对侧壁上还分别设置有通向气缸27的第二通道34，两个第二通道34的一端均通过全开启机构6侧壁与气缸27连通，第二通道34的另一端分别为全开启高压气路出口端82和全开启卸压通道入口端31，全开启高压气路出口端82与全开启高压气路入口端81与全开启充压电磁头组8连通，全开启卸压通道入口端31和全开启卸压通道出口端32与全开启卸压电磁头组30连通。

全开启机构6位于阀盖5的顶端中心；高压套充压电磁头组7和全开启卸压电磁头组30分别通过第一电磁头磁芯橡胶堵头70和头磁芯橡胶堵头300连接在阀盖5，高压套充压电磁头组7和全开启卸压电磁头组30分别通过阀盖5与全开启机构6及阀盖5、减压机构3、高压套4三者围成的空间连通；阀盖5上与设置高压套充压电磁头组7和全开启卸压电磁头组30的相对侧壁上，通过第三电磁头磁芯橡胶堵头80和第二电磁头磁芯橡胶堵头290对称的连接有全开启充压电磁头组8和高压套卸压电磁头组29，全开启充压电磁头组8和高压套卸压电磁头组29分别通过阀盖5与全开启机构6及阀盖5、减压机构3、高压套4三者围成的空间连通。

本实施例中的阀盖5为中空的长方体。

本发明通过电磁头瞬间供电、阀门内机构通过机械进行自动调压，解决了普通调节阀电机长时间运转引起的能耗问题。本发明解决了现有技术中井口远控阀门不具备减压功能的问题，且解决了各种调节阀开井过程中阀芯下游可能会产生水合物堵塞流量计引起开井失败的问题。本发明加强了气井的安全性。

实施例二：

参照图10所示的一种电磁型中低压集气气井远控开关井系统，至少包括电磁型中低压集气气井远控开关井装置12，还包括远程终端单元RTU9、电动旁通阀10和流量计11；所述的远程终端单元RTU9与电磁型中低压集气气井远控开关井装置12电信号连接；所述的电磁型中低压集气气井远控开关井装置12上连接有流量计11；所述的电动旁通阀10的两端分别与流量计11的两端连接。

在具体应用过程中，当需要进行减压开井时，远程终端单元RTU9依次发送指令给高压套充压电磁头组7竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组29水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组29竖直方向电磁头通电1～2秒；当远程终端单元RTU9监测到装置上游压力已降低到预设安全压力时，依次向全开启卸压电磁头组30的水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、全开启卸压电磁头组30的竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，减压开井过程完成。

当需要进行关井或紧急切断时，远程终端单元RTU9依次发送指令给全开启充压电磁头组8水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套充压电磁头组7的水平电磁头瞬时通电1～2秒，关井或紧急切断过程结束。

当部分气井减压开井时间超过1小时，需要进行旁通开井防冻堵时，远程终端单元RTU9发送信号，给电动旁通阀10通电，迅速完成开井并随后关闭电动旁通阀10。

在实际使用时，若需要进行减压开井，远程终端单元RTU9给高压套充压电磁头组7竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，所述的电磁头竖直方向锁定芯子瞬间下移回缩，高压套充压电磁头组7水平方向电磁头的芯子得以解锁，并在弹簧73力作用下击向阀体1，第一电磁头磁芯橡胶堵头70将高压气路入口端71堵住，高压气遇阻后不再经由高压气路出口端72及内部气流通道流入高压套4上部腔体；远程终端单元RTU9给高压套卸压电磁头组29水平方向电磁头瞬时通电1～2秒，第二电磁头磁芯橡胶堵头290回缩并被其垂直方向磁芯自锁，高压套卸压通道入口端291及高压套卸压通道出口端292连通，高压套4上部腔体内的高压气，经高压套卸压通道61向装置下游卸压；高压套4因自身的上下压差作用上移，高压气溢入减压机构3外周空间，通过其流内孔22及节流外孔21之间重叠的面积节流降压后流入装置下游通道41；随后高压套卸压电磁头组29竖直方向电磁头通电1～2秒，竖直方向电磁头锁芯向下抽回，第二电磁头磁芯橡胶堵头290复位堵住排气通道，待气井井筒内井下节流器上部的天然气流入装置上游通道40，远程终端单元RTU9监测到装置上游压力已降低到预设安全压力时，向全开启卸压电磁头组30的水平方向电磁头瞬时通电1～2秒，该水平方向电磁头磁芯向外抽回并被垂直方向的电磁头磁芯自锁，相应地，全开启卸压通道入口端31及全开启卸压通道出口端32因第四电磁头磁芯橡胶堵头300抽走而连通，气缸27内的高压气经由全开启第二充压气道92向装置外部排空而卸压；上下压差作用下，气缸活塞26拉动高压套4内部的减压机构3整体上提，同时减压机构3底部凸台19嵌入高压套底部凹台16而带动高压套4整体抬起至高位，装置上游通道40与装置下游通道41畅通；随后向全开启卸压电磁头组30的竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，此时该组水平方向电磁头磁芯解锁后，在弹簧301的作用下复位并堵住由全开启卸压通道入口端31和全开启卸压通道出口端32两个端口连通组成的内部气流通道，减压开井过程完成。

若要进行关井或紧急切断时，远程终端单元RTU9给全开启充压电磁头组8水平方向电磁头瞬时通电1～2秒，该电磁头水平方向磁芯向外抽回，全开启充压电磁头组8垂直方向电磁头磁芯顺势将其自锁，第三电磁头磁芯橡胶堵头80移开将全开启高压气路入口端81及全开启高压气路出口端82连通，高压气经由全开启第一充压气道28流入气缸27腔体并推动减压机构3整体下移堵住阶梯阀座63下部；同时，远程终端单元RTU9给高压套充压电磁头组7的水平电磁头瞬时通电1～2秒，第一电磁头磁芯橡胶堵头70回缩并被其垂直方向电磁头磁芯自锁，高压气路入口端71及高压气路出口端72连通，装置上游通道内天然气经过高压气充压总通道62被引入高压套4上腔；在高压套压缩弹簧18及高压套4自身重力作用下，高压套4下移并堵在阶梯阀座63上，因气流通道被阻段，井内及装置上游通道40内的天然气压力增加，高压套4上下压差将高压套4继续向下压紧，关井或紧急切断过程结束；

若要进行旁通开井防冻堵时，当部分气井减压开井时间超过1小时，远程终端单元RTU9发送信号，给电动旁通阀10通电，迅速完成开井并随后关闭电动旁通阀10。

采用本发明的技术方案，避免了人工开关井因天气、道路、外协等问题的制约，减少了气井管理维护难度，节约了人力物力，实现了气井精细化管理本发明有效实现了降本增效。本发明在气田开采领域具有广阔的应用前景。

实施例三：

一种电磁型中低压集气气井远控开关井系统的控制方法，包括如下步骤，

步骤一：若要进行减压开井进入步骤二；若要进行关井或紧急切断进入步骤三；若要进行旁通开井防冻堵进入步骤四；

步骤二：远程终端单元RTU9依次发送指令给高压套充压电磁头组7竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组29水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组29竖直方向电磁头通电1～2秒；当远程终端单元RTU9监测到装置上游压力已降低到预设安全压力时，依次向全开启卸压电磁头组30的水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、全开启卸压电磁头组30的竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，井过程完成；

步骤三：远程终端单元RTU9依次发送指令给全开启充压电磁头组8水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套充压电磁头组7的水平电磁头瞬时通电1～2秒，关井过程结束；

步骤四：当部分气井减压开井时间超过1小时，远程终端单元RTU9发送信号，给电动旁通阀10通电，迅速完成开井并随后关闭电动旁通阀10。

在实际使用时，若需要进行减压开井，远程终端单元RTU9给高压套充压电磁头组7竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，所述的电磁头竖直方向锁定芯子瞬间下移回缩，高压套充压电磁头组7水平方向电磁头的芯子得以解锁，并在弹簧73的作用下击向阀体1，第一电磁头磁芯橡胶堵头70将高压气路入口端71堵住，高压气遇阻后不再经由高压气路出口端72及内部气流通道流入高压套4上部腔体；远程终端单元RTU9给高压套卸压电磁头组29水平方向电磁头瞬时通电1～2秒，第二电磁头磁芯橡胶堵头290回缩并被其垂直方向磁芯自锁，高压套卸压通道入口端291及高压套卸压通道出口端292连通，高压套4上部腔体内的高压气，经高压套卸压通道61向装置下游卸压；高压套4因自身的上下压差作用上移，高压气溢入减压机构3外周空间，通过其流内孔22及节流外孔21之间重叠的面积节流降压后流入装置下游通道41；随后高压套卸压电磁头组29竖直方向电磁头通电1～2秒，竖直方向电磁头锁芯向下抽回，第二电磁头磁芯橡胶堵头290复位堵住排气通道，待气井井筒内井下节流器上部的天然气流入装置上游通道40，远程终端单元RTU9监测到装置上游压力已降低到预设安全压力时，向全开启卸压电磁头组30的水平方向电磁头瞬时通电1～2秒，该水平方向电磁头磁芯向外抽回并被垂直方向的电磁头磁芯自锁，相应地，全开启卸压通道入口端31及全开启卸压通道出口端32因第四电磁头磁芯橡胶堵头300抽走而连通，气缸27内的高压气经由全开启第二充压气道92向装置外部排空而卸压；上下压差作用下，气缸活塞26拉动高压套4内部的减压机构3整体上提，同时减压机构3底部凸台19嵌入高压套底部凹台16而带动高压套4整体抬起至高位，装置上游通道40与装置下游通道41畅通；随后向全开启卸压电磁头组30的竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，此时该组水平方向电磁头磁芯解锁后，在弹簧301的作用下复位并堵住由全开启卸压通道入口端31和全开启卸压通道出口端32两个端口连通组成的内部气流通道，减压开井过程完成。

若要进行关井或紧急切断时，远程终端单元RTU9给全开启充压电磁头组8水平方向电磁头瞬时通电1～2秒，该电磁头水平方向磁芯向外抽回，全开启充压电磁头组8垂直方向电磁头磁芯顺势将其自锁，第三电磁头磁芯橡胶堵头80移开将全开启高压气路入口端81及全开启高压气路出口端82连通，高压气经由全开启第一充压气道28流入气缸27腔体并推动减压机构3整体下移堵住阶梯阀座63下部；同时，远程终端单元RTU9给高压套充压电磁头组7的水平电磁头瞬时通电1～2秒，第一电磁头磁芯橡胶堵头70回缩并被其垂直方向电磁头磁芯自锁，高压气路入口端71及高压气路出口端72连通，装置上游通道内天然气经过高压气充压总通道62被引入高压套4上腔；在高压套压缩弹簧18及高压套4自身重力作用下，高压套4下移并堵在阶梯阀座63上，因气流通道被阻段，井内及装置上游通道40内的天然气压力增加，高压套4上下压差将高压套4继续向下压紧，关井或紧急切断过程结束；

若要进行旁通开井防冻堵时，当部分气井减压开井时间超过1小时，远程终端单元RTU9发送信号，给电动旁通阀10通电，迅速完成开井并随后关闭电动旁通阀10。

本发明解决了现有技术中井口远控阀门不具备减压功能的问题，且解决了各种调节阀开井过程中阀芯下游可能会产生水合物堵塞流量计引起开井失败的问题。

本发明通过电磁头瞬间供电、阀门内机构通过机械进行自动调压，解决了普通调节阀电机长时间运转引起的能耗问题。

本发明有效实现了降本增效，避免了人工开关井因天气、道路、外协等问题的制约，实现了气井精细化管理。

本发明加强了气井的安全性，减少了气井管理维护难度，节约了人力物力，在气田开采领域具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：包括阀体（1）、下游法兰（2）、减压机构（3）、高压套（4）、阀盖（5）、全开启机构（6）、高压套充压电磁头组（7）、全开启充压电磁头组（8）、上游法兰（13）、减压机构压缩弹簧（14）、高压套压缩弹簧（18）、气缸活塞（26）、气缸（27）、高压套卸压电磁头组（29）和全开启卸压电磁头组（30）；所述的阀体（1）为中空柱状体，阀体（1）左右两端分别连接有用于与气井井口下游管线连接的下游法兰（2）和用于与气井井口采气树上游管线连接的上游法兰（13）；所述阀体（1）的上部端口连接有中空的阀盖（5），阀盖（5）的上部连接有全开启机构（6）；所述全开启机构（6）与阀盖（5）上部之间形成的空间内设置有气缸活塞（26），气缸活塞（26）与全开启机构（6）之间形成气缸（27）；所述气缸活塞（26）的下端与连接在阀盖（5）内的减压机构（3）的上端连接，减压机构（3）的下端与阀体（1）连接；所述的高压套（4）套接在减压机构（3）的下部并通过高压套（4）与阀盖（5）的内侧壁连接；所述的高压套充压电磁头组（7）和全开启充压电磁头组（8）、高压套卸压电磁头组（29）和全开启卸压电磁头组（30）分别对称的连接在阀盖（5）的相对侧壁上，全开启充压电磁头组（8）和高压套卸压电磁头组（29）分别与全开启机构（6）及阀盖（5）、减压机构（3）、高压套（4）三者围成的空间连通；所述减压机构压缩弹簧（14）和高压套压缩弹簧（18）均为环状且分别套接在减压机构（3）外部，所述的减压机构压缩弹簧（14）的上下端分别与阀盖（5）和减压机构（3）接触，所述的高压套压缩弹簧（18）的上下端分别与阀盖（5）和高压套（4）接触；

阀盖（5）轴线与阀体（1）上的贯穿通孔中心线重合，阀盖（5）上其中一个第一贯通通孔（35）的上部侧壁上开有上下设置的全开启高压气路入口端（81）和高压气路入口端（71），另一个第一贯通通孔（35）的上部侧壁上开有上下设置的全开启卸压通道出口端（32）和高压套卸压通道出口端（292）；两个第一通道（33）的一端均与阀盖（5）、减压机构（3）、高压套（4）三者围成的空间连通，其中一个第一通道（33）的另一端为高压气路出口端（72），另一个第一通道（33）的另一端为高压套卸压通道入口端（291），高压套卸压通道入口端（291）和高压套卸压通道出口端（292）与高压套卸压电磁头组（29）连通；高压气路入口端（71）和高压气路出口端（72）与高压套充压电磁头组（7）连通；设置高压套充压电磁头组（7）和全开启充压电磁头组（8）的两相对侧壁上还分别设置有通向气缸（27）的第二通道（34），两个第二通道（34）的一端均通过全开启机构（6）侧壁与气缸（27）连通，第二通道（34）的另一端分别为全开启高压气路出口端（82）和全开启卸压通道入口端（31），全开启高压气路出口端（82）与全开启高压气路入口端（81）与全开启充压电磁头组（8）连通，全开启卸压通道入口端（31）和全开启卸压通道出口端（32）与全开启卸压电磁头组（30）连通；

高压套充压电磁头组（7）和全开启卸压电磁头组（30）分别通过阀盖（5）与全开启机构（6）及阀盖（5）、减压机构（3）、高压套（4）三者围成的空间连通；

全开启充压电磁头组（8）和高压套卸压电磁头组（29）分别通过阀盖（5）与全开启机构（6）及阀盖（5）、减压机构（3）、高压套（4）三者围成的空间连通。

2.如权利要求1所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：所述的减压机构（3）包括减压芯（20）、碟形调压弹簧（23）、弹簧压块（24）、调压栓（25）、上部外套（210）、下部座套（211）、底部固定套（212）和阶梯阀座（63）；所述的上部外套（210）和下部座套（211）均为中空结构，上部外套（210）和下部座套（211）上下连接；所述调压栓（25）、弹簧压块（24）、减压芯（20）和底部固定套（212）从上至下依次连接在上部外套（210）和下部座套（211）内；贯穿所述减压芯（20）和下部座套（211）的侧壁开有上节流外孔（21）和节流内孔（22）；所述的阶梯阀座（63）设置在下部座套（211）和底部固定套（212）之间；所述的下部座套（211）的底部外侧设置有凸台（19）；所述碟形调压弹簧（23）设置在减压芯（20）与弹簧压块（24）之间。

3.如权利要求1所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：所述的高压套（4）是由上下两段组成的一体的中空柱状体结构；上段中空柱状体外径小于下段中空柱状体外径，上段中空柱状体内径大于下段中空柱状体内径，上段中空柱状体与下段中空柱状体内径衔接处形成台肩，所述台肩上连接所述的高压套压缩弹簧（18）；下段中空柱状体的下端内侧壁设置有多级台肩，通过多级台肩处与紧固减压机构（3）紧密连接。

4.如权利要求1所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：还包括用于紧固连接减压机构（3）与高压套（4）的紧固套（15）；所述紧固套（15）设置在减压机构（3）下部和高压套（4）下部之间；所述紧固套（15）是由上中下三段组成的一体的中空一体结构；上中下三段内径相同，上段、中段均为圆柱状且上段外径小于中段外径；下段为圆台状且其内侧壁下部沿圆周设置有用于与紧固减压机构（3）连接的圆形凹台（16）。

5.如权利要求1所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：所述的阀盖（5）上在设置高压套充压电磁头组（7）和全开启充压电磁头组（8）相对侧壁上分别对称的设置有一个竖向的第一贯通通孔（35），在两个第一贯通通孔（35）的内侧分别设置有用于连通第一贯通通孔（35）与阀盖（5）内腔的第一通道（33）和用于连通第一贯通通孔（35）与气缸（27）的第二通道（34）；阀盖（5）中部内侧壁上沿周向开有用于与高压套（4）密封连接的环状密封圈凹槽（17）。

6.如权利要求1所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：所述的全开启机构（6）包括由两段外径不同的圆柱和上盖；两段外径不同的圆柱构成一体的空心结构；所述上盖连接在外径小的空心圆柱上，外径大的空心圆柱的下端面与阀盖（5）连接，两空心圆柱的轴心线共线且外径大的空心圆柱内径大于外径小的空心圆柱；外径大的空心圆柱的侧壁上设置有一个竖向第二贯穿通孔（36），与所述第二贯穿通孔（36）相对的侧壁上设置有竖向平行设置的全开启第一充压气道（28）和全开启第二充压气道（92），第一充压气道（28）和全开启第二充压气道（92）的下端均与阀盖（5）连通，第一充压气道（28）和全开启第二充压气道（92）的上端均与气缸（27）连通；所述气缸活塞（26）下端置于外径大的空心圆柱内且其侧壁与外径大的空心圆柱内侧壁紧密接触，气缸活塞（26）上端置于外径小的空心圆柱内且其侧壁与外径小的空心圆柱内侧壁密封连接。

7.如权利要求1所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：所述的阀体（1）为中空柱体且其侧壁开有用于与减压机构（3）连接的贯穿通孔；在其贯穿通孔内垂直于阀体（1）内侧壁设置有隔板（64），隔板（64）将阀体（1）内腔分割为装置上游通道（40）和装置下游通道（41）；阀体（1）上的贯穿通孔装两侧沿径向分别开有高压套卸压通道（61）和高压气充压总通道（62）。

8.如权利要求1所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井装置，其特征在于：所述的高压套充压电磁头组（7）、全开启充压电磁头组（8）、高压套卸压电磁头组（29）、全开启卸压电磁头组（30）均由竖直方向和水平方向两个电磁头组成。

9.一种电磁型中低压集气气井远控开关井系统，其特征在于：至少包括如权利要求1-8任意一项所述的电磁型中低压集气气井远控开关井装置（12），还包括远程终端单元RTU（9）、电动旁通阀（10）和流量计（11）；所述的远程终端单元RTU（9）与电磁型中低压集气气井远控开关井装置（12）电信号连接；所述的电磁型中低压集气气井远控开关井装置（12）上连接有流量计（11）；所述的电动旁通阀（10）的两端分别与流量计（11）的两端连接。

10.如权利要求9所述的一种电磁型中低压集气气井远控开关井系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一：若要进行减压开井进入步骤二；若要进行关井或紧急切断进入步骤三；若要进行旁通开井防冻堵进入步骤四；

步骤二：远程终端单元RTU（9）依次发送指令给高压套充压电磁头组（7）竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组（29）水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套卸压电磁头组（29）竖直方向电磁头通电1～2秒；当远程终端单元RTU（9）监测到装置上游压力已降低到预设安全压力时，依次向全开启卸压电磁头组（30）的水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、全开启卸压电磁头组（30）的竖直方向电磁头瞬时通电1～2秒，减压开井过程完成；

步骤三：远程终端单元RTU（9）依次发送指令给全开启充压电磁头组（8）水平方向电磁头瞬时通电1～2秒、高压套充压电磁头组（7）的水平电磁头瞬时通电1～2秒，关井或紧急切断过程结束；

步骤四：当部分气井减压开井时间超过1小时，远程终端单元RTU（9）发送信号，给电动旁通阀（10）通电，迅速完成开井并随后关闭电动旁通阀（10）。

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