CN209494552U - 一种井用柱塞控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井用柱塞控制系统，涉及天然气设备技术领域，实用新型采用控制表头、到达传感器、气动薄膜阀、电磁阀、ACF两相流流量计等器件综合改进现有井用柱塞控制系统，能够实现对液体段塞的准确判断，结合ACF两相流流量计，可以将单井产气、产液量进行有效计量，气相计量精度最高可达1％，液相计量精度可达10％，有了气、液产量精确计量，可以更好的优化生产工艺与制度。

Description

一种井用柱塞控制系统

技术领域

本实用新型属于天然气设备技术领域，涉及井口装置，尤其是一种为低压、低产、低丰度、非均质性强的复杂气田平稳生产提供一种新技术途径的控制系统。

背景技术

随着气田的开发，管理单井的数量逐年攀升，产水气井日益增多，产水量逐渐增大。由于气井单井产量低，携液能力较差，容易造成井底积液，给气井生产造成不利影响，排水采气工作日益突出。

在现有技术中，普遍安装柱塞气举排水采气系统，柱塞气举的能量主要来源于储存在套压管内的高压气体；通过柱塞气举排水采气，井底积液可以有效排除，但目前技术上对于柱塞托举液柱的判断或者计量一直都处于空白状态。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型采用控制表头、到达传感器、气动薄膜阀、电磁阀、ACF两相流流量计等器件综合改进现有井用柱塞控制系统，能够实现对液体段塞的准确判断，结合ACF两相流流量计，可以将单井产气、产液量进行有效计量，气相计量精度最高可达1％，液相计量精度可达10％，有了气、液产量精确计量，可以更好的优化生产工艺与制度。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种井用柱塞控制系统，其特征在于，包括根据不同生产制度的控制表头、用于实时采集油压的到达传感器、用于执行开井和关井的气动薄膜阀、用于来控制所述气动薄膜阀的电磁阀，其中：

所述控制表头的表头第一接口为预留接口用于安装相应的堵头，控制表头的表头第二接用于连接柱塞的远传装置，控制表头的表头第三接口用于连接电磁阀的磁阀第一接口，控制表头的表头第四接口用于连接到达传感器的传感第二接口；所述达传感器的传感第一接口用于实时测量油压的压力；所述气动薄膜阀的薄膜阀接口连接电磁阀的磁阀第二接口；所述电磁阀的磁阀第三接口连接采气树套管分液、减压后的气源。

进一步的，还包括安装于管道上截断阀下游、外输阀上流的ACF两相流流量计。

进一步的，所述控制表头通过取压法兰安装于采气树的套压端。

进一步的，所述达传感器安装于防喷管的下方位置。

进一步的，所述气动薄膜阀安装于采气树针阀上游。

进一步的，所述电磁阀安装于采气树套压端分液减压的相关装置后。

进一步的，该井用柱塞控制系统利用油压的标准偏差分析判断出液柱到达时刻，包括如下判断步骤：

A1)连续采集和记录油压数据(样本油压值)；

A2)对记录的油压数据样本进行标准偏差计算,对实时采集油压值与样本油压平均值作比较；

A3)计算出标准偏差数值是否大于预设阈值，计算出实时油压值是否大于样本油压平均值；

A4)当计算出的标准偏差数值大于预设阈值且实时油压值大于样本油压平均值时，系统则判断液柱到达；

A5)当计算出的标准偏差数值小于预设阈值或实时油压值小于样本油压平均值时，跳转至步骤A1)。

进一步的，所述判断步骤还包括：在开井初期，系统实时采集油压值与样本油压平均值进行比较，当监测到标准偏差数值大于预设阈值、且实时采集油压值大于样本油压平均值时，系统可以判断出液柱的到达时刻。

本实用新型的一种井用柱塞控制系统具有以下有益效果：

本实用新型采用控制表头、到达传感器、气动薄膜阀、电磁阀、ACF两相流流量计等器件综合改进现有井用柱塞控制系统，能够实现对液体段塞的准确判断，结合ACF两相流流量计，可以将单井产气、产液量进行有效计量，气相计量精度最高可达1％，液相计量精度可达10％，有了气、液产量精确计量，可以更好的优化生产工艺与制度。

本实用新型的利用油压标准偏差对比预设阈值的技术方案，同时结合实时油压与样本油压平均值对比的技术方案，采用双重判断不仅可以有效避免因为压力传感器本身精度与稳定性问题所带来的噪声影响，而且可以对单井产气、产液量进行有效计量，气相计量精度最高可达1％，液相计量精度可达10％。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型提供的井用柱塞控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型提供的控制表头的结构示意图；

图3是本实用新型提供的到达传感器的结构示意图；

图4是本实用新型提供的气动薄膜阀的结构示意图；

图5是本实用新型提供的电磁阀的结构示意图；

图6是本实用新型工作过程中油压与套压的数据曲线；

图7是本实用新型工作过程中标准偏差值与油压比较值的数据曲线；

图8是本实用新型工作过程中瞬时液量和气量的数据曲线。

图中，1为控制表头；101为表头第一接口；102为表头第二接口；103为表头第三接口；104为表头第四接口；2为到达传感器；201为传感第一接口；202为传感第二接口；3为气动薄膜阀；301为薄膜阀接口；4为电磁阀；401为磁阀第一接口；402为磁阀第二接口；403为磁阀第三接口；5为柱塞；6为防喷管。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，一种井用柱塞控制系统，包括根据不同生产制度的控制表头1、用于实时采集油压的到达传感器2、用于执行开井和关井的气动薄膜阀3、用于来控制所述气动薄膜阀3的电磁阀4。该系统还包括安装于管道上截断阀下游、外输阀上流的ACF两相流流量计。

图1中，井用柱塞控制系统安装在井身结构上，控制表头1通过取压法兰安装于采气树的套压端，达传感器2安装于防喷管6的下方位置，气动薄膜阀3安装于采气树针阀上游，电磁阀4安装于采气树套压端分液减压的相关装置后。

具体的，控制表头1根据设置的定时开关、时间优化、压力微升、压力回升、压力跌落等制度来开井。当柱塞5在套压的压力下托举液柱缓慢上升，到达传感器2实时采集油压并进行相关数据计算来判断液柱是否达到，当判断液住到达时，到达传感器2发送积液指令到ACF两相流流量计开始积液计量；当液住排泄完后，柱塞5到达顶部，到达传感器2检测到柱塞5到达，发送积气指令到ACF两相流流量计恢复积气计量；柱塞控制表头1根据设置的制度或到达传感器2采集的油压来控制关井，等待下一轮的开井排液产气。

需要进一步说明的是，结合图1采气树的结构，控制表头1部分安装在套压处，从套压处取压进行套压测量，从套压处取压经过分液减压再接到电磁阀4，作为气动薄膜阀3的供气压力。

如图2至图5所示，控制表头1的表头第一接口101为预留接口用于安装相应的堵头，控制表头1的表头第二接102用于连接柱塞5的远传装置，控制表头1的表头第三接口103用于连接电磁阀4的磁阀第一接口401，控制表头1的表头第四接口104用于连接到达传感器2的传感第二接口202；达传感器2的传感第一接口201用于实时测量油压的压力；气动薄膜阀3的薄膜阀接口301连接电磁阀4的磁阀第二接口402；电磁阀4的磁阀第三接口403连接采气树套管分液、减压后的气源。

其中，控制表头1用于实时采集油压、实时进行数据计算来判断液柱是否到达、判断柱塞是否到达、发送指令到ACF两相流流量计、采集流量计的数据等。ACF两相流流量计的功能是根据柱塞到达传感器发送的指令进行积液和积气的计量等

该井用柱塞控制系统利用油压的标准偏差分析判断出液柱到达时刻，包括如下判断步骤：

A1)连续采集和记录油压数据(样本油压值)；

A2)对记录的油压数据样本进行标准偏差计算，对实时采集油压值与样本油压平均值作比较；

A3)计算出标准偏差数值是否大于预设阈值，计算出实时油压值是否大于样本油压平均值；

具体的，标准偏差是用来分析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，如图6所示当开井后，油压的数值变化比较大，则计算此时的标准偏差值也就越大。

A4)当计算出的标准偏差数值大于预设阈值且实时油压值大于样本油压平均值时，系统则判断液柱到达；

具体的，首先根据大量实验的数据，确定一个合理的标准偏差阈值，当标准偏差值和实时采集的油压值与样本油压平均值作比较的值均大于设置的标准偏差阈值时，判断为液住到达井口。

A5)当计算出的标准偏差数值小于预设阈值或实时油压值小于样本油压平均值时，跳转至步骤A1。

需要说明的是，判断步骤还包括：在开井初期，系统实时采集油压值与样本油压平均值进行比较，当监测到标准偏差数值大于预设阈值、且实时采集油压值大于样本油压平均值时，系统可以判断出液柱的到达时刻。

需要进一步说明的是，本实用新型控制系统通过以下几个步骤来实现的：

柱塞控制表头1根据设置的生产制度或到达传感器2采集到的油压数据来控制开井，此时柱塞在套压的高压下托举液柱缓慢上升，到达传感器2实时采集油压进行标准偏差和油压与样本油压平均值作比较的计算来判断液住是否到达井口；与此同时柱塞控制表头1开始对柱塞上升时间进行计时

进一步，当判断到液住正真的到达井口时，到达传感器2发送积液指令到ACF两相流流量计，ACF两相流流量计停止积气计量，开始积液计量。

进一步，当到达传感器2检测到柱塞到达井口时，到达传感器2发送指令到ACF两相流流量计，ACF两相流流量计恢复积气计量，停止积液计量。与此同时，柱塞控制表头1停止对柱塞上升时间计时，开始对柱塞续流时间进行计时；

进一步，当柱塞控制表头1根据设置的生产制度或者到达传感器2采集到的油压数据关井后，柱塞控制表头1停止对柱塞续流时间的计时；柱塞下落，等待下一次开井排液产气。

实际工作过程如图6、图7、图8所示。

图6中，当柱塞井开井后，油套压力随之下降。在一段时间后，油压下降缓慢趋于平稳，此时柱塞5正处于上升阶段，当柱塞5托举液注上升到达井口时，由于防喷管以及气动薄膜阀3的节流作用，油压会有所增加，油压持续增加直到柱塞5到达井口，此时柱塞托举液柱完全排出。

图7中，柱塞系统连续采集油压，对采集数据(称为样本)进行标准偏差分析，油压变化越大，标准偏差数值越大。那么，当液柱到达顶部时，油压增加便会引起标准偏差增大，合理设置标准偏差阈值，便可判断出液柱到达时刻。在开井初期，油压呈现较大下降趋势，所引起的标准偏差也较大，再引入实时采集油压值与样本油压平均值作比较的方式，当监测到标准偏差值大于阈值时，若实时采集油压值大于样本油压平均值时，可判断是液柱到达时刻。采用标准偏差与油压比较值双重判断，可以有效避免因为压力传感器本身精度与稳定性问题所带来的噪声影响。

图8中，使用ACF两相流流量计利用流体经过节流件产生差压的测量原理，内部集成气液两相测量算法模型。当液柱到达时，柱塞控制器向流量计发出指令，指示其开始计量液相流量，当柱塞到达顶部，即液柱已经完全被排除，那么柱塞控制器向流量计发出恢复计量气相流量的指令。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种井用柱塞控制系统，其特征在于，包括根据多种生产制度来控制开井和关井的控制表头(1)、用于实时采集油压的到达传感器(2)、用于执行开井和关井的气动薄膜阀(3)、用于来控制所述气动薄膜阀(3)的电磁阀(4)，其中：

所述控制表头(1)的表头第一接口(101)为预留接口用于安装相应的堵头，控制表头(1)的表头第二接口(102)用于连接柱塞(5)的远传装置，控制表头(1)的表头第三接口(103)用于连接电磁阀(4)的磁阀第一接口(401)，控制表头(1)的表头第四接口(104)用于连接到达传感器(2)的传感第二接口(202)；所述达传感器(2)的传感第一接口(201)用于实时测量油压的压力；所述气动薄膜阀(3)的薄膜阀接口(301)连接电磁阀(4)的磁阀第二接口(402)；所述电磁阀(4)的磁阀第三接口(403)连接采气树套管分液、减压后的气源。

2.如权利要求1所述的一种井用柱塞控制系统，其特征在于，还包括安装于管道上截断阀下游、外输阀上流的ACF两相流流量计。

3.如权利要求2所述的一种井用柱塞控制系统，其特征在于，所述控制表头(1)通过取压法兰安装于采气树的套压端。

4.如权利要求3所述的一种井用柱塞控制系统，其特征在于，所述到达传感器(2)安装于防喷管(6)的下方位置。

5.根据权利要求4所述的一种井用柱塞控制系统，其特征在于，所述气动薄膜阀(3)安装于采气树针阀上游。

6.根据权利要求5所述的一种井用柱塞控制系统，其特征在于，所述电磁阀(4)安装于采气树套压端分液减压的相关装置后。