CN114233272B - 一种天然气气井智能开采控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气气井智能开采控制方法和装置，该方法包括：在完成最小关井时间倒计时后，判断套管压力或油管压力是否稳定；当压力稳定时控制采气树上阀门进行开井，当压力不稳定时在完成最大关井时间后控制采气树上阀门进行开井；通过控制采气树上阀门开度，使采集流量计的瞬时流量大于携液流量；判断管线内是否有液体经过；当有液体经过时控制井口压力在小于截断阀的截断压力下增加采气树上阀门开度，使管线内液体通过；在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井、或在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井。本发明提高了开关井的时效、保证了气井携液能力、避免了采气树上阀门的冻堵。

Description

一种天然气气井智能开采控制方法和装置

技术领域

本发明涉及油气田开采技术领域，特别涉及一种天然气气井智能开采控制方法和装置。

背景技术

天然气气井随着生产年限的延长，大多数气井开始进入中、后期，压力和产能都普遍较低，不能满足气井生产过程中的携液要求，导致气井井底或井筒内产生积液，严重影响了气井连续稳定的生产。结合目前天然气的采集要求，现有开采模式中存在以下问题：

(1)天然气气井数量众多，分布广阔，管理人员缺少，因此不能达到气井精细化管理的目标。

(2)依靠人工经验判断开关井时刻对气井管理人员要求和依赖高，且开关受天气、外协等原因影响，无法实现气井高开采效率的目的。

(3)开井过程中无法有效监控气井是否携液，如果采用人为现场监控，则需要人员、车辆成本的投入，也会增加员工的劳动强度。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种天然气气井智能开采控制方法和装置。

本发明实施例提供一种天然气气井智能开采控制方法，包括：

当气井处于关井状态时，在完成最小关井时间倒计时后，判断套管压力或油管压力是否稳定；当压力稳定时控制采气树上阀门进行开井，当压力不稳定时在完成最大关井时间后控制采气树上阀门进行开井；其中，所述最大关井时间大于所述最小关井时间；

当气井处于开井状态时，通过控制采气树上阀门开度，使采集流量计的瞬时流量大于携液流量；

当气井处于开井状态时，判断管线内是否有液体经过；当有液体经过时控制井口压力在小于截断阀的截断压力下增加采气树上阀门开度，使管线内液体通过；

当气井处于开井状态时，在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井、或在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井。

进一步地，所述最小关井时间为设置参数。

进一步地，所述判断套管压力或油管压力是否稳定，具体包括：

当套管压力或油管压力在压力稳定时间内所采集的最大压力值和最小压力值的差值小于压力稳定值时，则压力稳定。

进一步地，所述压力稳定时间和所述压力稳定值均为设置参数。

进一步地，所述携液流量的计算公式如下：

其中，q_sc为携液流量；A为管道截面积，单位为mm；p为油管压力，单位为MPa。

进一步地，所述判断管线内是否有液体经过，具体包括：

以每秒50次以上的频率采集油管压力，将每秒采集的数据作为一个样本数据并计算平均值；

分别计算出样本数据标准偏差值和样本数据平均比较值；其中，所述样本数据平均比较值为：当前采集数据样本的平均值与前一秒采集数据样本的平均值做差值；

当样本数据标准偏差值大于标准偏差阈值、且样本数据平均比较值大于0时，判断管线内有液体经过。

进一步地，所述样本数据标准偏差值的计算公式如下：

其中，S为样本数据标准偏差值；X_i为样本数据；为样本数据均值；N为样本数据个数。

进一步地，所述在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井，具体包括：

以流量数据采集周期为单位，将采集流量计采集的流量数据求平均值；

当采气树上阀门开度达到100％后，将流量数据采集周期内的平均流量与携液流量进行比较；当平均流量小于携液流量时，控制采气树上的阀门进行关井。

进一步地，所述在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井，具体包括：

持续采集套管压力，记录套管压力下降趋势；

当套管压力下降到最低点开始上升时，开始计算套压微升值；其中，所述套压微升值为套管压力呈现上升趋势后套管压力实时值与记录的套管压力最低值的差值；

当套压微升值大于套压微升阈值时，控制采气树上的阀门进行关井。

本发明实施例提供一种天然气气井智能开采控制装置，包括：

开井控制模块，用于当气井处于关井状态时，在完成最小关井时间倒计时后，判断套管压力或油管压力是否稳定；当压力稳定时控制采气树上阀门进行开井，当压力不稳定时在完成最大关井时间后控制采气树上阀门进行开井；其中，所述最大关井时间大于所述最小关井时间；

携液确定模块，用于当气井处于开井状态时，通过控制采气树上阀门开度，使采集流量计的瞬时流量大于携液流量；

过液检测模块，用于当气井处于开井状态时，判断管线内是否有液体经过；当有液体经过时控制井口压力在小于截断阀的截断压力下增加采气树上阀门开度，使管线内液体通过；

关井控制模块，用于当气井处于开井状态时，在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井、或在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井。

本发明实施例提供的上述天然气气井智能开采控制方法和装置，与现有技术相比，其有益效果如下：

本发明提供的智能开采控制算法可以智能计算开、关井时刻，当开、关井条件成立后，自动控制采气树上阀门进行动作，提高了开、关井的时效，增加了压恢次数，避免了由天气、时间、外协、疫情等因素造成无法及时开关井的问题。当气井处于开井状态时，智能算法实时控制阀门自动调节开度以保证气井具有携液能力；将井底积液带出，其有益于减少气井井底积液，延长气井生产周期，直接创造经济价值。当气井处于开井状态时，智能算法根据采集数据实时检测管线过液情况，可以避免采气树上阀门的冻堵，减少了运营成本，间接创造了经济价值。

附图说明

图1为一个实施例中提供的一种天然气气井智能开采控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

一个实施例中提供的一种天然气气井智能开采控制方法，具体包括：

1、当气井处于关井状态时，智能算法首先执行最小关井时间倒计时，所述最小关井时间为设置参数，当设置为0分钟时不执行该判断条件，智能算法默认最小关井时间为120分钟，当最小关井时间倒计时完毕后进行下一步判断。

进一步开始判断套管压力或者油管压力(设置选择其中一项)是否稳定，所述判断压力稳定的方法涉及压力稳定时间和压力稳定值两个参数，所述压力稳定时间和压力稳定值均为设置参数，压力稳定判断算法：当套管压力或油管压力(设置选择其中一项)在所设置的压力稳定时间内所采集的最大、最小差值小于压力稳定值时即为压力稳定。智能算法默认压力稳定时间为10分钟、压力稳定值为0.1MPa，即当套管压力或油管压力(设置选择其中一项)在10分钟内所采集数据最大、最小差值小于等于0.1MPa时判断为压力稳定，当压力稳定后，智能算法则直接控制采气树上阀门进行开井。

还有，当套管压力或油管压力(设置选择其中一项)在所设置的压力稳定时间内采集数最大、最小差值大于压力稳定值时，进一步可以通过判断最大关井时间倒计时是否完毕，所述最大关井时间为设置参数，设置条件为大于最小关井时间，当最大关井时间倒计时完毕后，智能算法也可以控制采气树上阀门进行开井。

2、当气井处于开井状态时，智能算法会根据油管压力和已设置的生产管道截面积计算出携液流量，携液流量q_sc简易计算公式如下：

其中，q_sc为携液流量；A为管道截面积，单位为mm；p为油管压力，单位为MPa。

进一步智能算法自动控制采气树上阀门开度，使得实时采集流量计的瞬时流量大于计算的携液流量，以此保证气井的携液生产能力。

3、当气井处于开井状态时，智能控制算法实时判断管线是否有过液，判断依据和算法如下：

管线过液判断依据：当天然气携带液体到达井口后，由于天然气采气树与外输管线上的弯头、阀门、变径等都会引起节流，造成所采集的油管压力数据波动且呈现上升趋势，因此可以利用高速采集的压力数据通过算法判断出管线是否过液，具体方法如下：

(1)标准偏差：标准偏差是用来分析一组数据分布的分散程度，当数据分布越大时，计算的标准偏差值越大，计算公式如下：

其中，S为样本数据标准偏差值；X_i为样本数据；为样本数据均值；N为样本数据个数。

(2)智能算法以每秒50次以上的频率高速采集油管压力，每秒所采集的数据作为一个样本数据并计算出平均值，然后分别计算出样本数据的标准偏差值和样本数据平均比较值，所述样本数据的标准偏差值按照上述标准偏差计算公式进行计算，所述样本数据平均比较值为：当前采集数据样本的平均值与前一秒采集数据样本的平均值做差值计算。

(3)智能算法中包括一个可设置的标准偏差阈值。

(4)当智能算法判断到所计算的实时标准偏差值大于设置的标准偏差阈值且样本数据平均比较值大于0时，可以判断到管线内过液。

进一步当智能算法监测到管线内有液体经过时，智能算法控制井口压力在小于截断阀的截断压力的前提条件下增加阀门开度，使得管线内液体尽快通过，避免由节流降温引起的管线冻堵问题。

4、当气井处于开井状态时，智能算法包括一个流量数据采集周期参数，所述流量数据采集周期为可设置参数；智能算法以流量数据采集周期为单位，将所采集的流量数据进行求平均值，当智能算法所控制的阀门开度达到100％后，将流量数据采集周期内的平均流量与计算的携液流量进行比较，当平均流量小于计算的携液流量后，智能算法控制采气树上的阀门进行关井，从而进入下一个周期的关井状态。

还有，气井处于开井状态时，智能算法包括一个套压微升阈值参数，所述套压微升阈值为可设置参数；智能算法持续采集套管压力，记录套压压力下降趋势，当套管压力下降到最低点后开始上升，此时智能算法开始计算套压微升值，即套管压力呈现上升趋势后，套管压力实时值与记录的套管压力最低值求差值，当所计算的套压微升值大于设置的套压微升阈值后，智能算法控制采气树上的阀门进行关井，从而进入下一个周期的关井状态。

一个实施例中提供的一种天然气气井智能开采控制装置，具体包括：

开井控制模块，用于当气井处于关井状态时，在完成最小关井时间倒计时后，判断套管压力或油管压力是否稳定；当压力稳定时控制采气树上阀门进行开井，当压力不稳定时在完成最大关井时间后控制采气树上阀门进行开井；其中，所述最大关井时间大于所述最小关井时间。

携液确定模块，用于当气井处于开井状态时，通过控制采气树上阀门开度，使采集流量计的瞬时流量大于携液流量。

过液检测模块，用于当气井处于开井状态时，判断管线内是否有液体经过；当有液体经过时控制井口压力在小于截断阀的截断压力下增加采气树上阀门开度，使管线内液体通过。

关井控制模块，用于当气井处于开井状态时，在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井、或在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井。

需要说明的是，由于一种天然气气井智能开采控制方法和一种天然气气井智能开采控制装置属于同一发明构思，因此，一种天然气气井智能开采控制装置的实施例具体说明参见一种天然气气井智能开采控制方法部分的实施例说明，不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种天然气气井智能开采的智能算法，包括智能判断开、关井的时刻和智能开井方式；智能开井方式包括：最大程度满足气井携液功能，降低井筒积液、延长气井生命周期、增加产气量和创造经济价值；避免气井携液后造成管线冻堵而不能正常生产，减少运营成本。

还有，本发明采用智能开采算法，自动计算气井开关井的时刻及自动控制采气树上阀门开度，实现高效携液开井，可以实现降低对员工经验的依赖、员工的劳动强度和投入运营成本，不需要员工到达现场手动操作或监看开井过程，也提高了气井的压恢频次，以此提高天然气的开采效率，最终将每口天然气气井管控在最佳的开采状态。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种天然气气井智能开采控制方法，其特征在于，包括：

当气井处于关井状态时，在完成最小关井时间倒计时后，判断套管压力或油管压力是否稳定；当压力稳定时控制采气树上阀门进行开井，当压力不稳定时在完成最大关井时间后控制采气树上阀门进行开井；其中，所述最大关井时间大于所述最小关井时间；

当气井处于开井状态时，通过控制采气树上阀门开度，使采集流量计的瞬时流量大于携液流量；

当气井处于开井状态时，判断管线内是否有液体经过；当有液体经过时控制井口压力在小于截断阀的截断压力下增加采气树上阀门开度，使管线内液体通过；

当气井处于开井状态时，在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井、或在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井；

所述判断套管压力或油管压力是否稳定，具体包括：

当套管压力或油管压力在压力稳定时间内所采集的最大压力值和最小压力值的差值小于压力稳定值时，则压力稳定；

所述在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井，具体包括：

以流量数据采集周期为单位，将采集流量计采集的流量数据求平均值；

当采气树上阀门开度达到100％后，将流量数据采集周期内的平均流量与携液流量进行比较；当平均流量小于携液流量时，控制采气树上的阀门进行关井；

所述在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井，具体包括：

持续采集套管压力，记录套管压力下降趋势；

当套管压力下降到最低点开始上升时，开始计算套压微升值；其中，所述套压微升值为套管压力呈现上升趋势后套管压力实时值与记录的套管压力最低值的差值；

当套压微升值大于套压微升阈值时，控制采气树上的阀门进行关井。

2.如权利要求1所述的天然气气井智能开采控制方法，其特征在于，所述最小关井时间为设置参数。

3.如权利要求1所述的天然气气井智能开采控制方法，其特征在于，所述压力稳定时间和所述压力稳定值均为设置参数。

4.如权利要求1所述的天然气气井智能开采控制方法，其特征在于，所述判断管线内是否有液体经过，具体包括：

以每秒50次以上的频率采集油管压力，将每秒采集的数据作为一个样本数据并计算平均值；

分别计算出样本数据标准偏差值和样本数据平均比较值；其中，所述样本数据平均比较值为：当前采集数据样本的平均值与前一秒采集数据样本的平均值做差值；

当样本数据标准偏差值大于标准偏差阈值、且样本数据平均比较值大于0时，判断管线内有液体经过。

5.如权利要求4所述的天然气气井智能开采控制方法，其特征在于，所述样本数据标准偏差值的计算公式如下：

其中，S为样本数据标准偏差值；X_i为样本数据；X为样本数据均值；N为样本数据个数。

6.一种天然气气井智能开采控制装置，其特征在于，包括：

开井控制模块，用于当气井处于关井状态时，在完成最小关井时间倒计时后，判断套管压力或油管压力是否稳定；当压力稳定时控制采气树上阀门进行开井，当压力不稳定时在完成最大关井时间后控制采气树上阀门进行开井；其中，所述最大关井时间大于所述最小关井时间；

携液确定模块，用于当气井处于开井状态时，通过控制采气树上阀门开度，使采集流量计的瞬时流量大于携液流量；

过液检测模块，用于当气井处于开井状态时，判断管线内是否有液体经过；当有液体经过时控制井口压力在小于截断阀的截断压力下增加采气树上阀门开度，使管线内液体通过；

关井控制模块，用于当气井处于开井状态时，在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井、或在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井；

所述判断套管压力或油管压力是否稳定，具体包括：

当套管压力或油管压力在压力稳定时间内所采集的最大压力值和最小压力值的差值小于压力稳定值时，则压力稳定；

所述在平均流量小于携液流量时控制采气树上阀门进行关井，具体包括：

以流量数据采集周期为单位，将采集流量计采集的流量数据求平均值；

当采气树上阀门开度达到100％后，将流量数据采集周期内的平均流量与携液流量进行比较；当平均流量小于携液流量时，控制采气树上的阀门进行关井；

所述在套压微升值大于套压微升值阈值时控制采气树上阀门进行关井，具体包括：

持续采集套管压力，记录套管压力下降趋势；

当套管压力下降到最低点开始上升时，开始计算套压微升值；其中，所述套压微升值为套管压力呈现上升趋势后套管压力实时值与记录的套管压力最低值的差值；

当套压微升值大于套压微升阈值时，控制采气树上的阀门进行关井。