CN201835799U - 基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统，包括螺杆泵电气控制装置，用于收集驱动螺杆泵的驱动头数据；无线模块，用于发送电气控制装置收集的驱动头数据；无线网络，与无线模块通讯；服务器，将无线模块传输的数据进行整理与存储，整理后的数据发送至终端；终端，用于显示服务器整理后的数据以及接收用户的指令，终端将指令传送至服务器，通过服务器将指令通过无线网络传递至无线模块，通过无线模块将指令传送至电气控制装置。本实用新型可以同时并实时监控多个煤层气井，还可以对相应煤层气井的螺杆泵及时调整，保证螺杆泵在地下正常工作，无需工人时刻对煤层气井进行实时查看，节省了大量的劳动力成本，并且不受气候影响。

Description

基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统 

技术领域

本实用新型涉及煤层气开采技术领域，尤其是一种基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统。 

背景技术

我国煤炭资源丰富，煤层气中含有CH4甲烷气体。为了充分利用能源，解决能源紧缺的问题，国家大力支持开采煤层气。 

目前，煤层气开采主要采用自喷开采和诱导举升开采两种方式。诱导举升开采是通过抽排煤层中的承压水，降低煤层压力，使煤层中吸附的甲烷气体释放出来的办法实现的。通常情况采用抽油机式活塞泵、电潜泵以及螺杆泵来实现煤层气的排采。 

如采用螺杆泵来实现煤层气的排采时，煤层气井地面上设置有电气控制柜与驱动头，地下设置有螺杆泵及传感器，其中螺杆泵由驱动头驱动，驱动头与传感器与电气控制柜电性连接，传感器与电气控制柜通过型号传输线缆连接，电气控制柜内设置有变频器，该变频器与驱动头电性连接，通过变频器改变频率从而改变驱动头的运转速度。 

在实际应用中，使用变频器与驱动头的煤层气排采技术遇到如下问题：(1)由于采气时需要不断的从井下向外抽水，随着排水量的增加，井下的压力也会随之下降，排水速度过快将导致地层压力下降过快，而应力敏感性强的储层将极易发生速敏而使煤层气井筒附近煤储层在短时间内受到较为严重的伤害，导致煤层气渗透率急剧降低，阻碍煤储层降压漏斗的扩展，煤层气无法大规模解吸，无法形成长期稳定的单井规格 产量，而现有技术中的变频器是通过变频改变转速和排量，是梯形控制，液面下降速度不能适应下降过程中地层应力敏感性变化，加上我国煤层存在着应力敏感性强、渗透偏低的特点，采用现有煤层气排采设备极易使储层受损；(2)当排采时间较长时，由于储层供液量降低，井下液体的排量随之降低，当排量较小时，变频技术对电机的调速能力有限，即使将驱动头的转速降至最低也无法满足生产所需的最低排量要求，由于存在煤层气井较多，也无法人工实时监控该设备，容易导致设备损坏，对生产造成非常大的影响；(3)随着排水量时间的增长，储层供水量逐渐降低，井下液体中的煤灰比重越来越大，井下液体粘度也会增大，不利于向外排水并对水泵运行的畅通造成影响甚至卡泵损坏，水泵损坏又需检泵捞沙而增加成本，且频繁的修井易造成储层伤害进一步影响生产。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提出一种基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，利用该系统达到对多口煤层气井实时监控，实时调整，有效保证煤层气的正常排采。 

为了克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统，包括 

螺杆泵电气控制装置，用于收集驱动螺杆泵的驱动头数据； 

无线模块，用于发送电气控制装置收集的驱动头数据； 

无线网络，与无线模块通讯； 

服务器，将无线模块传输的数据进行整理与存储，整理后的数据发送至终端； 

终端，用于显示服务器整理后的数据以及接收用户的指令，终端将指令传送至服务器，通过服务器将指令通过无线网络传递至无线模块，通过无线模块将指令传送至电气控制装置，电气控制装置根据用户的指令控制驱动头转动。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述电气控制装置包括显示输入装置、数字通信模块、信号处理模块、仪表通信模块，变频器以及主控模块，所述数字通信模块、信号处理模块、仪表通信模块与主控模块电性连接，所述显示输入装置、变频器、无线模块与数字通信模块电性连接。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述无线模块位于电气控制装置内。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述无线通讯模块为GPRS模块、GSM模块、CDMA模块或SCDMA模块，所述无线网络为GPRS网络、GSM网络、CDMA网络或SCDMA网络。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述服务器与终端通过有线网络连接。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述螺杆泵处设置有井底压力计，该井底压力计与仪表通信模块电性连接，井口设置有气液分离装置、输气管道与水池，将气液分离装置输入端与螺杆泵连通，气液分离装置的液体输出端与水池连接，气液分离装置的气体输出端与输气管道连通。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述气液分离装置的气体输出端设置有套压变送器，所述输气管道上设置有气体流量计以及压力变送器，压力变送器、气体流量计、套压变送器 与仪表通信模块电性连接。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述气液分离装置的液体输出端与水池连接的管路上设置有脉冲式水表。 

根据本发明的另外一个实施例，基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统进一步包括所述变频器的电源输入电路上设置有防雷模块以及电抗器。 

本发明的有益效果是：本发明可以同时并实时监控多个煤层气井，还可以对相应煤层气井的螺杆泵及时调整，保证螺杆泵在井下正常工作，无需工人时刻对煤层气井进行实时查看，节省了大量的劳动力成本，并且不受气候影响。 

附图说明

图1是本发明的优选实施例的结构示意图； 

图2是本发明优选实施例的电气控制装置的框架图； 

图3是本发明优选实施例的总体框架图； 

其中：1、电气控制装置，2、无线模块，3、无线网络，4、服务器，5、终端，6、流量计，7、阀，8、压力变送器，9、水池，10、水表，11、气液分离装置，12、井底压力计，13、螺杆泵，14、套压变送器，15、驱动头，16、变频器。 

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示 与本实用新型有关的构成。 

如图1所示，一种基于物联网的煤层气井螺杆泵排采系统，包括螺杆泵电气控制装置，用于收集驱动螺杆泵的驱动头数据；无线模块，用于发送电气控制装置收集的驱动头数据；无线网络，与无线模块通讯；服务器，将无线模块传输的数据进行整理与存储，整理后的数据发送至终端；终端，用于显示服务器整理后的数据以及接收用户的指令，终端将指令传送至服务器，通过服务器将指令通过无线网络传递至无线模块，通过无线模块将指令传送至电气控制装置，电气控制装置根据用户的指令控制驱动头转动。用户查看终端显示的驱动头数据，根据显示数据及时了解或调整驱动头的相关数据，将驱动头的调整数据输入终端，无需工人时刻对煤层气井进行实时查看，可以直接远程监控，节省了大量的劳动力成本，并且不受气候影响。 

其中，如图2所示，电气控制装置包括显示输入装置、数字通信模块、信号处理模块、仪表通信模块，变频器以及主控模块，所述数字通信模块、信号处理模块、仪表通信模块与主控模块电性连接，所述显示输入装置、变频器、无线模块与数字通信模块电性连接。而无线模块位于电气控制装置内。 

电气控制装置主要实现综合数据采集与处理、无线数据收发、变频调节等功能。 

服务器主要用于接收电气控制装置发来的数据，并进行数据处理、存储、网络发布，服务器还可以接收终端发来的控制命令，并将它们传递到电气控制装置，以实现双向的数据传递。 

终端通过网络浏览器或者专用的软件包iGas对服务器进行数据访问，可以观察到井场的实时工况数据、历史数据、经处理后的数据图表、数据对比图示等。终端还可以直接对现场电气控制装置进行命令下发，实现驱动头的启动、 停止、参数调节、自动运行等功能。 

通过驱动头驱动螺杆泵转动，驱动头优选使用减速器和皮带传动方式，实时调节螺杆泵转速，驱动转矩调节，并且具有防止螺杆泵反转的功能。螺杆泵的工作原理是利用转子和定子形成“S”空腔，通过转子的不断的旋转，空腔“S”不断的螺旋上升，下面新形成的空腔完成液体吸入过程，经过螺旋上升后液体在上端排出，完成排水功能。 

显示输入装置提供了井场本地的数据显示、本地命令控制、历史数据保存与查询等功能。在没有网络覆盖的区块，显示输入装置可以作为完整、独立的人机控制界面使用。 

无线模块实现井场与服务器之间的数据交互功能。它的任务是：将本地数据上传到服务器、将服务器命令下发到本地、实现网络连接状态远程报告。 

电气控制装置可以由多个子模块构成，其中主要的子模块和其简要功能如下所述： 

1、电源分配模块： 

实现对多路输入电源实现自动切换和均流共享 

为其他子模块提供电源 

为仪表提供独立隔离的电源 

2、主控模块 

实现完整的系统总体功能 

整合各模块得到的数据 

实现自动控制算法 

可以实现1+1热备份 

3、数字通信模块 

获得数字仪表或其他外设的采集数据 

对主控模块的命令进行正确响应和执行 

4、信号处理模块 

获得模拟类仪表的采集数据 

对外部模拟执行器进行驱动 

5、数字IO模块 

采集外部数字IO口状态 

输出外部数字IO口状态 

6、仪表通信模块 

采集井下压力计实时数据 

采集其他非标准类的外设数据 

对主控模块的命令进行正确的响应 

如图3所示，无线通讯模块为GPRS模块、GSM模块、CDMA模块或SCDMA模块，所述无线网络为GPRS网络、GSM网络、CDMA网络或SCDMA网络。 

而服务器与终端通过有线网络连接，如以太网双绞线连接。在图1中，服务器通常位于用户专用机房，也可以根据实际情况，放置于任何有可靠电源和足够网络带宽的地方；终端通常位于客户监控室中，也可以在任何有IP网络连接的地方建立该终端。系统软件提供足够的授权验证以保证网络访问安全。 

另外，螺杆泵处设置有井底压力计，该井底压力计与仪表通信模块电性连接，井口设置有气液分离装置、输气管道与水池，将气液分离装置输入端与螺杆泵连通，气液分离装置的液体输出端与水池连接，气液分离装置的气体输出端与输气管道连通。通过气液分离装置将煤层气与地下水分离出来，分离出来的煤层气通过管道传送至输气管道，而分离出来的地下水通过泵输送至水池中。 

而，井底压力计用于井底测量煤层气附近的实际压力值，这个压力值也称为井底流压。 

气液分离装置的气体输出端设置有套压变送器，所述输气管道上设置有气体流量计以及压力变送器，压力变送器、气体流量计、套压变送器与仪表通信模块电性连接。套压变送器，用来测量井口套管和油管之间环行空间内的压力，通常它代表了井口煤层气的压力；流量变送器与压力变送器，这是用来测量井场套管输出通道内煤层气气体的流量和压力的仪表。通常该仪表同时具备了流量和压力的测量功能，也可以选择独立的流量变送器和压力变送器来分别测量。 

另外，液分离装置的液体输出端与水池连接的管路上设置有脉冲式水表，该脉冲式水表用来测量输出油管内的水流量。为了防止停机或启动时气体推动水表产生误差信号，脉冲式水表的安装优选采用“U”形装置以获得可靠的准确度。也可以采用翻斗式计数的方式。 

所述变频器的电源输入电路上设置有防雷模块以及电抗器，通过防雷模块以及电抗器为变频器提供有效保护。 

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。 

Claims (9)

1.一种基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：包括

螺杆泵电气控制装置，用于收集驱动螺杆泵的驱动头数据；

无线模块，用于发送电气控制装置收集的驱动头数据；

无线网络，与无线模块通讯；

服务器，将无线模块传输的数据进行整理与存储，整理后的数据发送至终端；

终端，用于显示服务器整理后的数据以及接收用户的指令，终端将指令传送至服务器，通过服务器将指令通过无线网络传递至无线模块，通过无线模块将指令传送至电气控制装置，电气控制装置根据用户的指令控制驱动头转动。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述电气控制装置包括显示输入装置、数字通信模块、信号处理模块、仪表通信模块，变频器以及主控模块，所述数字通信模块、信号处理模块、仪表通信模块与主控模块电性连接，所述显示输入装置、变频器、无线模块与数字通信模块电性连接。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述无线模块位于电气控制装置内。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述无线通讯模块为GPRS模块、GSM模块、CDMA模块或SCDMA模块，所述无线网络为GPRS网络、GSM网络、CDMA网络或SCDMA网络。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述服务器与终端通过有线网络连接。 

6.根据权利要求2所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述螺杆泵处设置有井底压力计，该井底压力计与仪表通信模块电性连接，井口设置有气液分离装置、输气管道与水池，将气液分离装置输入端与螺杆泵连通，气液分离装置的液体输出端与水池连接，气液分离装置的气体输出端与输气管道连通。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述气液分离装置的气体输出端设置有套压变送器，所述输气管道上设置有气体流量计以及压力变送器，压力变送器、气体流量计、套压变送器与仪表通信模块电性连接。

8.根据权利要求6所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述气液分离装置的液体输出端与水池连接的管路上设置有脉冲式水表。

9.根据权利要求2所述的基于物联网的煤层气井螺杆式排采系统，其特征在于：所述变频器的电源输入电路上设置有防雷模块以及电抗器。 

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