CN113622867A - 一种基于差分阀的气井采气系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于差分阀的气井采气系统，系统内包括采气树和控制装置，所述采气树设置有套压信号采集装置、油压信号采集装置、流量信号采集装置、电动执行器和差分阀，差分阀的输入端连接于电动执行器，电动执行器的供电输入端连接于设有的供电机构；流量信号采集装置、油压信号采集装置、套压信号采集装置均连接于系统内设有的变送器及套压无线发射模块，所述控制装置包括无线通信模块和定位模块，电动执行器设置于差分阀的顶部且输出端置于差分阀内，本案还公开了一种基于差分阀的气井采气控制方法，采用本技术方案，可以有效对井口数据收集、备份，提高设备的稳定性，降低了维修次数及成本。

Description

一种基于差分阀的气井采气系统及其控制方法

技术领域

本发明属于液压控制领域，更具体地说，本发明涉及一种基于差分阀的气井采气系统及其控制方法。

背景技术

在针阀调节流量实验中，针阀是采气标准配置，用来调节产量。由于针阀作为调节阀，不具备截止性能，通常与采气树闸阀配合使用。针阀与电动执行器相连接，用作气井间开执行机构，但针阀不能很好截至关短，特别是沙粒情况下，不能保证有效复压，间开系统采用GPRS数据远传，均不能保证良好的在线率，掉线后往往不能自行上线，需要人工现场复位，然而远程控制需要的传输、供电环节过多，故障发生的概率增高，降低了设备稳定性，无形的增加维修次数，直接影响井口生产的秩序，增加多方成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于差分阀的气井采气系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于差分阀的气井采气系统，系统内包括采气树和控制装置，所述采气树设置有套压信号采集装置、油压信号采集装置、流量信号采集装置、电动执行器和差分阀，所述差分阀的输入端连接于电动执行器，所述电动执行器的供电输入端连接于设有的供电机构；所述套压信号采集装置套压于系统内设有的变送器及套压无线发射模块；所述油压信号采集装置油压设置于所述变送器及油压无线发射模块；所述流量信号采集装置压差于所述变送器及流量无线发射模块，所述控制装置包括无线通信模块和定位模块，所述控制装置由供电机构分设的供电端口提供工作电源，电动执行器设置于差分阀的顶部且输出端置于差分阀内。

本发明公开的一种基于差分阀的气井采气系统，所述供电机构包括主太阳能供电装置和与所述主太阳能供电装置电连接的电池箱，且该电池箱埋地安装，主太阳能供电装置和电池箱设置为一体，电池箱内设置有蓄电池，且设置有与蓄电池相连的充放电保护模块，所述电动执行器与所述电池箱电连接。

本发明公开的一种基于差分阀的气井采气系统，所述差分阀与电动执行器之间设置有传递动力的阀杆，该阀杆的前端设置有阀芯密封圈和笼套，电动执行器通过控制阀杆带动阀芯密封圈和笼套压紧或松开差分阀，以实现阀门开启和关闭，阀杆内还设置有导压气道，以通过该导气道使阀杆两侧等压，并减少阀门开启及关闭的推拉力，阀杆的外表面设置有位置指示片，电动执行器内设置有连接支架，连接支架内设置有位置指示牌、前位置传感器和后位置传感器，该前位置传感器和后位置传感器的信号输出端与所述控制装置相连，并且为控制系统提供开启、关闭及开度调节的信号输入。

本发明公开的一种基于差分阀的气井采气系统，所述差分阀包括阀体和阀盖，阀体和阀盖之间通过螺丝固定，所述阀体设置有阀腔、进气道和出气道，所述阀腔内安装有笼套，所述笼套内安装有可轴向移动的阀芯，所述阀芯连接有伸出所述阀盖外的推力阀杆，推力阀杆和阀盖之间设有用于密封的填充物；所述笼套的侧壁设置有与所述进气道连通的进气孔，所述笼套的前端设置有与所述出气道连通的出气孔，所述阀芯的前端端面设有高强度的阀芯密封圈，在阀芯的前端端面设置有凹槽，阀芯密封圈镶嵌设在凹槽内，所述阀芯密封圈的直径大于所述出气孔的直径，笼套和阀芯之间通过推力阀杆的轴向力实现对冰堵的水合物形成剪切破碎力。

本发明公开的一种基于差分阀的气井采气系统，所述阀芯的侧壁与所述笼套之间设置有套芯密封圈，所述套芯密封圈位于所述进气孔的后侧。所述笼套的前端和所述阀腔之间设置有前腔套密封圈，所述笼套的侧壁和阀腔之间设置有后腔套密封圈，所述后腔套密封圈位于所述进气孔的后侧。

本发明公开的一种基于差分阀的气井采气系统，所述电动执行器包括外壳，所述连接支架设置在该外壳的一端，另一端安装有防爆筒，所述防爆筒内安装有步进电机，该步进电机内设置有无线通信模块，所述外壳内通过设有的双轴承与对应设置传动螺母相连，所述传动螺母的传动方向上设置有螺纹啮合的推力螺杆，所述推力螺杆的端部伸入所述连接支架；所述步进电机通过减速器与所述传动螺母连接，所述传动螺母安装在螺母驱动盘内，所述减速器与螺母驱动盘相连接，所述推力阀杆的一端伸入所述连接支架内与所述推力螺杆相对接。

本发明公开的一种基于差分阀的气井采气系统，所述步进电机的轴的末端位置伸出所述防爆筒外部，并在所述步进电机的输出端设置有带位置指示表的手轮。

本发明公开的一种基于差分阀的气井采气控制方法，该系统处于自动控制下可以根据油压、套压、流量信号按照控制装置内设定的程序完成对电动执行器的开启、关闭和差分阀的开度控制，当气井的油压不足时调差分阀关闭，气井关井憋压恢复，当油压压力升高至控制软件设定的阈值时，差分阀缓缓打开，气井开始生产，通过系统内收集流量计采集的流量信号，以控制差分阀的开度，确保井筒内的气体流速在最大携液量范围内，同样也可以实现按照预设定的套压、油压条件通过差分阀的启闭实现对气井的间歇控制，实现气体携液量最大化；

反之，系统处于远程模式下，通过无线通信传输方式输入系统内控制信号调节截止复合阀的开启、关闭。

采用本技术方案，通过采用本案的大推力电动执行器，由于传动螺母的自锁特性，即使传动螺母的扭矩消失，推力也会继续保持，同时，传动螺母的支撑采用双轴承支承结构以减小传动螺母机构的运动间隙，使步进电机失电情况下推力螺杆的推力保持，可以减少电动执行器的电力消耗，在无执行动作时步进电机无需一直通电工作，设备采用本地控制加云端远程控制，即使出现掉线情况，也不会影响控制系统和数据录入，还可以做到相关运行数据本地远传都有备份，井口仪表采用了有线连接，穿线使用防爆挠性管，从而提高设备稳定性，降低了维护次数及成本。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明气井采气系统中差分阀和电动执行器的装配示意图。

图中标记为：1、差分阀；2、排气阀；3、阀芯密封圈；4、笼套；5、密封圈压紧螺钉；6、密封圈；7、阀瓣套；9、连接支架；10、阀杆；11、阀盖；16、填充物；19、压盖；20、螺钉；24、电动执行器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本案公开的是一种基于差分阀的气井采气系统，系统内包括采气树和控制装置，所述采气树设置有套压信号采集装置、油压信号采集装置、流量信号采集装置、电动执行器和差分阀，所述差分阀的输入端连接于电动执行器，所述电动执行器的供电输入端连接于设有的供电机构；所述套压信号采集装置套压于系统内设有的变送器及套压无线发射模块；所述油压信号采集装置油压设置于所述变送器及油压无线发射模块；所述流量信号采集装置压差于所述变送器及流量无线发射模块，所述控制装置包括无线通信模块和定位模块，所述控制装置由供电机构分设的供电端口提供工作电源，电动执行器设置于差分阀的顶部且输出端置于差分阀内，所述供电机构包括主太阳能供电装置和与所述主太阳能供电装置电连接的电池箱，且该电池箱埋地安装，主太阳能供电装置和电池箱设置为一体，电池箱内设置有蓄电池，且设置有与蓄电池相连的充放电保护模块，所述电动执行器与所述电池箱电连接。

图1为本发明气井采气系统中差分阀和电动执行器的装配示意图，如图1所示的差分阀1与电动执行器24之间设置有传递动力的阀杆10，该阀杆的前端设置有阀芯密封圈和笼套，电动执行器通过控制阀杆带动阀芯密封圈和笼套压紧或松开差分阀，以实现阀门开启和关闭，阀杆内还设置有导压气道，以通过该导气道使阀杆两侧等压，并减少阀门开启及关闭的推拉力，阀杆的外表面设置有位置指示片，电动执行器内设置有连接支架9，连接支架内设置有位置指示牌、前位置传感器和后位置传感器，该前位置传感器和后位置传感器的信号输出端与所述控制装置相连，并且为控制系统提供开启、关闭及开度调节的信号输入，差分阀包括阀体和阀盖11，阀体和阀盖之间通过螺丝固定，所述阀体设置有阀腔、进气道和出气道，所述阀腔内安装有笼套，所述笼套内安装有可轴向移动的阀芯，所述阀芯连接有伸出所述阀盖外的推力阀杆，推力阀杆和阀盖之间设有用于密封的填充物；所述笼套的侧壁设置有与所述进气道连通的进气孔，所述笼套的前端设置有与所述出气道连通的出气孔，所述阀芯的前端端面设有高强度的阀芯密封圈，在阀芯的前端端面设置有凹槽，阀芯密封圈镶嵌设在凹槽内，所述阀芯密封圈的直径大于所述出气孔的直径，笼套和阀芯之间通过推力阀杆的轴向力实现对冰堵的水合物形成剪切破碎力，阀芯的侧壁与所述笼套之间设置有套芯密封圈，所述套芯密封圈位于所述进气孔的后侧。所述笼套的前端和所述阀腔之间设置有前腔套密封圈，所述笼套的侧壁和阀腔之间设置有后腔套密封圈，所述后腔套密封圈位于所述进气孔的后侧。

上述中的电动执行器包括外壳，所述连接支架设置在该外壳的一端，另一端安装有防爆筒，防爆筒内安装有步进电机，该步进电机内设置有无线通信模块，外壳内通过设有的双轴承与对应设置传动螺母相连，传动螺母的传动方向上设置有螺纹啮合的推力螺杆，推力螺杆的端部伸入所述连接支架；步进电机通过减速器与所述传动螺母连接，传动螺母安装在螺母驱动盘内，减速器与螺母驱动盘相连接，推力阀杆的一端伸入所述连接支架内与所述推力螺杆相对接，步进电机的轴的末端位置伸出所述防爆筒外部，并在所述步进电机的输出端设置有带位置指示表的手轮。

本案还公开了一种基于差分阀的气井采气控制方法，该系统处于自动控制下可以根据油压、套压、流量信号按照控制装置内设定的程序完成对电动执行器的开启、关闭和差分阀的开度控制，当气井的油压不足时调差分阀关闭，气井关井憋压恢复，当油压压力升高至控制软件设定的阈值时，差分阀缓缓打开，气井开始生产，通过系统内收集流量计采集的流量信号，以控制差分阀的开度，确保井筒内的气体流速在最大携液量范围内，同样也可以实现按照预设定的套压、油压条件通过差分阀的启闭实现对气井的间歇控制，实现气体携液量最大化；

反之，系统处于远程模式下，通过无线通信传输方式输入系统内控制信号调节截止复合阀的开启、关闭。

蓄电池采用(锂电池)耐用性比较强、使用寿命长、重量轻、体积小。电动调节阀采用防爆执行器，压力等级70MPa；电动执行器推力可达20000牛，全开时间(24V DC供电)可在17秒内可以完成；通信方式多样化(485、4-20mA、4G)。

系统的控制模式可以为自动/远程，自动方式下可以根据油压、套压、流量信号按照控制装置内的控制软件来完成对电动执行器的开启、关闭和差分阀的开度控制。当气井的油压不足时调差分阀关闭，气井关井憋压恢复，当油压压力升高至控制软件设定的阈值时，差分阀缓缓打开，气井开始生产，通过流量计采集的流量信号，通过控制软件来控制差分阀的开度，以确保井筒内的气体流速在最大携液量范围内，同样也可以实现按照软件预定的套压、油压条件通过差分阀的启闭实现对气井的间歇控制，实现气体携液量最大化，满足气井开采工艺中的各种控制要求。

远程模式下有两种模式，一种是用RS485传输方式通过油田的RTU和油田的数字化控制网络实现调节截止复合阀的开启、关闭和开度控制，另一种是通过GPRS模块(手机通信网络)在后台实现差分阀的开启、关闭和开度控制。

采用本技术方案，通过采用本案的大推力电动执行器，由于传动螺母的自锁特性，即使传动螺母的扭矩消失，推力也会继续保持，同时，传动螺母的支撑采用双轴承支承结构以减小传动螺母机构的运动间隙，使步进电机失电情况下推力螺杆的推力保持，可以减少电动执行器的电力消耗，在无执行动作时步进电机无需一直通电工作，设备采用本地控制加云端远程控制，即使出现掉线情况，也不会影响控制系统和数据录入，还可以做到相关运行数据本地远传都有备份，井口仪表采用了有线连接，穿线使用防爆挠性管，从而提高设备稳定性，降低了维护次数及成本。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于差分阀的气井采气系统，其特征在于：系统内包括采气树和控制装置，所述采气树设置有套压信号采集装置、油压信号采集装置、流量信号采集装置、电动执行器和差分阀，所述差分阀的输入端连接于电动执行器，所述电动执行器的供电输入端连接于设有的供电机构；所述套压信号采集装置套压于系统内设有的变送器及套压无线发射模块；所述油压信号采集装置油压设置于所述变送器及油压无线发射模块；所述流量信号采集装置压差于所述变送器及流量无线发射模块，所述控制装置包括无线通信模块和定位模块，所述控制装置由供电机构分设的供电端口提供工作电源，电动执行器设置于差分阀的顶部且电动执行器的输出端置于差分阀内。

2.按照权利要求1所述的气井采气系统，其特征在于，所述供电机构包括主太阳能供电装置和与所述主太阳能供电装置电连接的电池箱，且该电池箱埋地安装，主太阳能供电装置和电池箱设置为一体，电池箱内设置有蓄电池，且设置有与蓄电池相连的充放电保护模块，所述电动执行器与所述电池箱电连接。

3.按照权利要求1所述的气井采气系统，其特征在于，所述差分阀与电动执行器之间设置有传递动力的阀杆，该阀杆的前端设置有阀芯密封圈和笼套，电动执行器通过控制阀杆带动阀芯密封圈和笼套压紧或松开差分阀，以实现阀门开启和关闭，阀杆内还设置有导压气道，以通过该导气道使阀杆两侧等压，并减少阀门开启及关闭的推拉力，阀杆的外表面设置有位置指示片，电动执行器内设置有连接支架，连接支架内设置有位置指示牌、前位置传感器和后位置传感器，该前位置传感器和后位置传感器的信号输出端与所述控制装置相连，并且为控制系统提供开启、关闭及开度调节的信号输入。

4.按照权利要求1所述的气井采气系统，其特征在于，所述差分阀包括阀体和阀盖，阀体和阀盖之间通过螺丝固定，所述阀体设置有阀腔、进气道和出气道，所述阀腔内安装有笼套，所述笼套内安装有可轴向移动的阀芯，所述阀芯连接有伸出所述阀盖外的推力阀杆，推力阀杆和阀盖之间设有用于密封的填充物；所述笼套的侧壁设置有与所述进气道连通的进气孔，所述笼套的前端设置有与所述出气道连通的出气孔，所述阀芯的前端端面设有高强度的阀芯密封圈，在阀芯的前端端面设置有凹槽，阀芯密封圈镶嵌设在凹槽内，所述阀芯密封圈的直径大于所述出气孔的直径，笼套和阀芯之间通过推力阀杆的轴向力实现对冰堵的水合物形成剪切破碎力。

5.按照权利要求4所述的气井采气系统，其特征在于，所述阀芯的侧壁与所述笼套之间设置有套芯密封圈，所述套芯密封圈位于所述进气孔的后侧。所述笼套的前端和所述阀腔之间设置有前腔套密封圈，所述笼套的侧壁和阀腔之间设置有后腔套密封圈，所述后腔套密封圈位于所述进气孔的后侧。

6.按照权利要求3所述的气井采气系统，其特征在于，所述电动执行器包括外壳，所述连接支架设置在该外壳的一端，另一端安装有防爆筒，所述防爆筒内安装有步进电机，该步进电机内设置有无线通信模块，所述外壳内通过设有的双轴承与对应设置传动螺母相连，所述传动螺母的传动方向上设置有螺纹啮合的推力螺杆，所述推力螺杆的端部伸入所述连接支架；所述步进电机通过减速器与所述传动螺母连接，所述传动螺母安装在螺母驱动盘内，所述减速器与螺母驱动盘相连接，所述推力阀杆的一端伸入所述连接支架内与所述推力螺杆相对接。

7.按照权利要求6所述的气井采气系统，其特征在于，所述步进电机的轴的末端位置伸出所述防爆筒外部，并在所述步进电机的输出端设置有带位置指示表的手轮。

8.一种基于差分阀的气井采气控制方法，包括权利要求1至7任一所述的基于差分阀的气井采气系统，其特征在于，该系统处于自动控制下可以根据油压、套压、流量信号按照控制装置内设定的程序完成对电动执行器的开启、关闭和差分阀的开度控制，当气井的油压不足时调差分阀关闭，气井关井憋压恢复，当油压压力升高至控制软件设定的阈值时，差分阀缓缓打开，气井开始生产，通过系统内收集流量计采集的流量信号，以控制差分阀的开度，确保井筒内的气体流速在最大携液量范围内，同样也可以实现按照预设定的套压、油压条件通过差分阀的启闭实现对气井的间歇控制，实现气体携液量最大化；

反之，系统处于远程模式下，通过无线通信传输方式输入系统内控制信号调节截止复合阀的开启、关闭。

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