本公开是关于天然气开采技术领域，尤其是关于一种气井井下流量控制系统和控制方法。
背景技术：
天然气在开采过程中，技术人员需要对井下设备进行控制，例如控制位于井下的节流阀门的开度以控制气井的井下流量，实现平稳开采的目的。
井上设备与井下设备的通讯方式分为有线通讯方式和无线通讯方式，其中，有线通讯方式也即是，位于井下的开采设备上安装有用于与井上设备实现通信的线缆，但是气井的深度多在五千米以上，使用的线缆较长，而且后期线缆出现故障时，不易于维护。无线通讯方式中多是利用电磁波、声波、液压波以及振动波实现井上设备与井下设备进行通信。
在实现本公开的过程中，发明人发现至少存在以下问题：
利用液压波的无线通讯方式情况，井筒内必须充满液体，液压波通信方式主要应用于钻井过程中，不适用于气井生产过程。利用电磁波、声波、振动波的无线通讯方式情况，由于气井的深度大多在五千米以上，井上设备与井下设备距离较远，信号波的衰减、干扰较为严重，导致井上设备与井下设备不能正常进行通讯，从而影响天然气的正常开采。
技术实现要素：
为了克服相关技术中存在的问题，本公开提供了一种气井井下流量控制系统和控制方法。所述技术方案如下：
根据本公开实施例，提供一种气井井下流量控制系统，所述气井井下流量控制系统包括气井管道、井上调压设备和井下节流设备，所述井上调压设备包括调压阀门和第一控制器，所述井下节流设备包括压力传感器、节流阀门和第二控制器，其中：
所述井下节流设备设置于所述气井管道位于气井内的管道段上，所述井上调压设备设置于所述气井管道位于气井外的管道段上；
所述调压阀门与所述第一控制器电性连接；
所述第二控制器分别与所述压力传感器、所述节流阀门电性连接；
所述第一控制器，用于获取输入的目标控制指令，根据预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，确定所述目标控制指令对应的目标调节气压值序列，将所述目标调节气压值序列发送给所述调压阀门；
所述调压阀门，用于基于所述目标调节气压值序列中各气压值的排列顺序，控制所述气井管道中的气压值变化；
所述第二控制器，用于接收所述压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，当接收到的多个连续的气压值与预先存储的检测气压值序列中的目标检测气压值序列相匹配时，根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定所述目标检测气压值序列对应的所述目标控制指令，将所述目标控制指令发送至所述节流阀门；
所述节流阀门，用于基于所述目标控制指令，对气井的产气量进行控制。
可选的，所述目标调节气压值序列中气压值的数量与所述目标检测气压值序列中气压值的数量相等，且所述目标调节气压值序列中的第i个气压值与所述目标检测气压值序列中的第i个气压值之差在预设差值范围内。
可选的，所述调压阀门，用于基于所述目标调节气压值序列中各气压值的排列顺序，控制所述气井管道中的气压值变化，且在变化过程中每个气压值的持续时长为预设的单位时长。
可选的，所述第二控制器，用于接收所述压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，如果检测到单位时长内的各个气压值与预先储存的至少一个检测气压值序列中的首个气压值之差均处于预设差值范围内，则再判断后续获取的多个气压值，如果每个单位时长内各个气压值与所述至少一个检测气压值序列中的目标检测气压值序列中相对应的气压值之差均处于预设差值范围内，则根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定所述目标检测气压值序列对应的所述目标控制指令。
可选的，所述第二控制器，用于如果检测到单位时长内的各个气压值与预先储存的至少一个检测气压值序列中的首个气压值之差均处于预设差值范围内，且所述节流阀门处于休眠状态，则唤醒所述节流阀门。
根据本公开实施例，提供一种气井井下流量控制的方法，所述方法应用于气井井下流量控制系统，所述气井井下流量控制系统包括气井管道、井上调压设备和井下节流设备，所述井上调压设备包括调压阀门和第一控制器，所述井下节流设备包括压力传感器、节流阀门和第二控制器，所述井下节流设备设置于所述气井管道位于气井内的管道段上，所述井上调压设备设置于所述气井管道位于气井外的管道段上；所述调压阀门与所述第一控制器电性连接；所述第二控制器分别与所述压力传感器、所述节流阀门电性连接，所述方法包括：
所述第一控制器获取输入的目标控制指令，根据预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，确定所述目标控制指令对应的目标调节气压值序列，将所述目标调节气压值序列发送给所述调压阀门；
所述调压阀门基于所述目标调节气压值序列中各气压值的排列顺序，控制所述气井管道中的气压值变化；
所述第二控制器接收所述压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，当接收到的多个连续的气压值与预先存储的检测气压值序列中的目标检测气压值序列相匹配时，根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定所述目标检测气压值序列对应的所述目标控制指令，将所述目标控制指令发送至所述节流阀门；
所述节流阀门基于所述目标控制指令，对气井的产气量进行控制。
可选的，所述目标调节气压值序列中气压值的数量与所述目标检测气压值序列中气压值的数量相等，且所述目标调节气压值序列中的第i个气压值与所述目标检测气压值序列中的第i个气压值之差在预设差值范围内。
可选的，所述调压阀门基于所述目标调节气压值序列中各气压值的排列顺序，控制所述气井管道中的气压值变化，包括：
所述调压阀门基于所述目标调节气压值序列中各气压值的排列顺序，控制所述气井管道中的气压值变化，且在变化过程中每个气压值的持续时长为预设的单位时长。
可选的，所述第二控制器接收所述压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，当接收到的多个连续的气压值与预先存储的检测气压值序列中的目标检测气压值序列相匹配时，根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定所述目标检测气压值序列对应的所述目标控制指令，包括：
所述第二控制器接收所述压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，如果检测到单位时长内的各个气压值与预先储存的至少一个检测气压值序列中的首个气压值之差均处于预设差值范围内，则再判断后续获取的多个气压值，如果每个单位时长内各个气压值与所述至少一个检测气压值序列中的目标检测气压值序列中相对应的气压值之差均处于预设差值范围内，则根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定所述目标检测气压值序列对应的所述目标控制指令。
可选的，所述方法还包括：
所述第二控制器如果检测到单位时长内的各个气压值与预先储存的至少一个检测气压值序列中的首个气压值之差均处于预设差值范围内，且所述节流阀门处于休眠状态，则唤醒所述节流阀门。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开实施例中，上述气井井下流量控制的方法中，井上调压设备与井下节流设备通过气井管道中的气压值变化实现通讯，具体的，井上调压设备基于预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，控制气井管道中的气压变化。井下节流设备检测气井管道中的气压变化，并基于预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，控制节流阀门的开度，进而控制气井的产气量。这种通过气井管道中的气压值实现通讯的方法，不会出现因为距离远而导致通讯减弱的情况，通讯效果较好，从而不会影响天然气的正常开采。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：
图1是根据实施例示出的一种气井井下流量控制系统的结构示意图；
图2是根据实施例示出的一种气井井下流量控制的方法流程图；
图3是根据实施例示出的一种气压调整的结构示意图；
图4是根据实施例示出的一种气压调整的结构示意图。
图例说明
1、气井管道2、井上调压设备
3、井下节流设备21、调压阀门
22、第一控制器31、压力传感器
32、节流阀门33、第二控制器
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开实施例提供了一种气井井下流量控制系统，其中，气井是为开采天然气而从地面钻到气层的井，钻井结束之后会在气井中安装气井管道用于输送天然气。如图1所示，该系统主要包括气井管道1、井上调压设备2和井下节流设备3，井上调压设备2用于调节气井管道1内的气压，井下节流设备3用于基于气井管道1中的气压执行相应的操作，例如控制井下节流设备3中的节流阀门的开度，以调整气井的产气量，也即是气井的流量。
井上调压设备2和井下节流设备3均安装在气井管道1上，具体的，井下节流设备3设置于气井管道1位于气井内的管道段上，井上调压设备2设置于气井管道1位于气井外的管道段上。井上调压设备2和井下节流设备3之间的距离较短的情况下，也即是气井的深度较小的情况下，两者可以通过电磁波信号或者声波信号进行信息交互。但是对于气井深度较大的情况下，上述电磁波信号以及声波信号都存在信号衰减，通讯不准确的问题，那么为了解决该问题，本公开中井上调压设备2和井下节流设备3通过气压信号进行信息交互，也即是，井上调压设备2对气井管道1内的气压进行调整，井下节流设备3识别出调整后的气压信号之后，控制井下节流设备3中的节流阀门执行相应的操作。
如图1所示，井上调压设备2包括调压阀门21和第一控制器22，井下节流设备3包括压力传感器31、节流阀门32和第二控制器33，其中：调压阀门21与第一控制器22电性连接；第二控制器33分别与压力传感器31、节流阀门32电性连接。
其中，第一控制器22可以为cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)等，用于获取输入的目标控制指令，根据预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，确定所述目标控制指令对应的目标调节气压值序列，将所述目标调节气压值序列发送给所述调压阀门。同样，第二控制器33也可以为cpu等，用于接收所述压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，当接收到的多个连续的气压值与预先存储的检测气压值序列中的目标检测气压值序列相匹配时，根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定所述目标检测气压值序列对应的所述目标控制指令，将所述目标控制指令发送至所述节流阀门。
调节气压值序列是由多个气压值按照时间顺序排列组成的气压值序列，是由调压阀门进行调节而组成的序列，故称为调节气压值序列。同样，检测气压值序列也是由多个气压值按照时间顺序排列组成的气压值序列，是检测符合条件的气压值组成的序列，故称为检测气压值序列。
另外，目标调节气压值序列中气压值的数量可以与目标检测气压值序列中气压值的数量相等，例如，一组调节气压值序列中可以具有4个气压值，一组检测气压值序列中也可以具有4个气压值。而且，由于气井的深度比较深，例如为五千米左右，那么井上调压设备所在气井管道处的压力值与井下节流设备所在气井管道处的气压值很可能会不同，那么，根据理论计算以及实践可以设定，目标调节气压值序列中的第i个气压值与目标检测气压值序列中的第i个气压值之差在预设差值范围内，例如，一组调节气压值序列为p1、p2、p3、p4，其对应的检测气压值序列为p1’、p2’、p3’、p4’，其中，p1与p1’之差在预设差值范围内。
在实施中，调压阀门21可以是手动的阀门也可以是电动的阀门，手动情况下由技术人员通过旋转调压阀门21的手轮并查看调压阀门21的气压显示表盘来调节气井管道1中的气压值。电动情况下，技术人员只需要通过按钮向井上调压设备2输入控制指令，第一控制器22获取到技术人员输入的目标控制指令之后，根据预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，确定目标控制指令对应的目标调节气压值序列，将目标调节气压值序列发送给调压阀门21。调压阀门21接收到第一控制器22发送的目标调节气压值序列之后，控制气井管道1中的气压值进行相应的变化。
对于井下节流设备3，其压力传感器31周期性检测气井管道1中的气压值，并将检测到的气压值发送给第二控制器33。第二控制器33接收到压力传感器31发送的气压值之后，对接收到的气压值进行判断，当检测到气压值满足预设条件时，向节流阀门32发送目标控制指令。节流阀门32接收到目标控制指令之后，执行相应操作对气井的产气量进行控制。
基于上述所述，上述气井井下流量控制系统中，井上调压设备与井下节流设备通过气井管道中的气压值变化实现通讯，具体的，井上调压设备基于预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，控制气井管道中的气压变化。井下节流设备检测气井管道中的气压变化，并基于预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，控制节流阀门的开度，进而控制气井的产气量。
本公开实施例还提供了一种气井井下流量控制的方法，该方法应用于上述气井井下流量控制系统，关于该气井井下流量控制系统的结构组成以及各部件之间的关系已在上述说明，此处不再赘述。如图2所示，该方法可以按照如下流程进行：
在步骤101中，第一控制器获取输入的目标控制指令，根据预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，确定目标控制指令对应的目标调节气压值序列，将目标调节气压值序列发送给调压阀门。
在实施中，第一控制器中可以预先储存有控制指令与调节气压值序列的对应关系，该对应关系可以以表格的形式进行储存。当第一控制器检测到目标控制指令时，可以在上述表格中查找对应该目标控制指令的目标调节气压值序列，并将该目标调节气压值序列发送给调压阀门。
例如，在实际应用中，当技术人员打算将气井的当前产气量调整为期望产气量时，可以通过一种与第一控制器电性连接的按钮进行调整，例如，按钮是一种具有档位的控制按钮，每一个档位对应一种产气量。这样，技术人员调整之后，第一控制器可以获取得到对应的目标控制指令，并根据控制指令与调节气压值序列的对应关系，确定目标控制指令对应的目标调节气压值序列，将目标调节气压值序列发送给调压阀门。例如，气井的当前产气量为q0，期望产气量为q1，目标控制指令为0001，目标调节气压值序列为p1、p2、p3、p4，这样，当技术人员将按钮调整到q1对应的档位之后，第一控制器会检测到对应0001的控制指令，然后，将对应p1、p2、p3、p4发送给调压阀门。
当然，调压阀门还可以由技术人员进行控制，技术人员根据经验以及历史记录的数据，确定q1对应的气压值序列，然后一边看着调压阀门附近安装在的压力计，一边进行相应的调节。为实现自动化操作，本实施例中以第一控制器控制调压阀门为例进行介绍。
在步骤102中，调压阀门基于目标调节气压值序列中各气压值的排列顺序，控制气井管道中的气压值变化。
在实施中，调压阀门接收到第一控制器发送的目标调节气压值序列之后，可以基于目标调节气压值序列中各气压值的排列顺序，控制气井管道中的气压值变化，且在变化过程中每个气压值的持续时长为预设的单位时长。例如，调压阀门接收到对应p1、p2、p3、p4的目标调节气压值序列之后，调压阀门先将气井管道中的当前气压值调节为p1，并控制气井管道中的气压在预设的单位时长内均为p1，如控制p1持续5分钟。然后再将气井管道中的气压值调节为p2，并在p2的气压下持续单位时长，同理，也将气井管道中的气压值调整为p3、p4。
其中，需要说明的是，调压阀门对气井管道中的气压值不进行调整时，气井管道中的正常气压值低于任一组调节气压值序列中最小气压值，例如，气井管道中的气压为2mpa，那么任一组调节气压值序列中最小气压值均大于2mpa。
关于调压阀门对气井管道中气压的调整方式具有多种形式，下面介绍其中的两种方式，但是在具体实施方式中并不局限于以下两种方式：
以目标调节气压值序列是一组气压值分别为[10、8、4、6]的序列(单位为mpa)，持续的单位时长为5分钟为例。
方式一，调压阀门接收到对应[10、8、4、6]的调节气压值序列之后，首先控制气井管道中的气压从2mpa调整为10mpa，并在10mpa下持续5分钟。然后，将气井管道中的气压调整为8mpa，并持续5分钟。再然后再将气井管道中的气压从8mpa调整为4mpa，并持续5分钟后。再然后将气井管道中的气压从4mpa调整为6mpa，并持续5分钟。最后将气井管道中的气压恢复至2mpa。上述过程可以用如图3所示的气压调整图表示。
方式二，调压阀门接收到对应[10、8、4、6]的调节气压值序列之后，首先，将气井管道中的气压从2mpa调整为10mpa，持续5分钟之后，将气井管道中的气压恢复至2mpa，并持续5分钟。然后，再将气井管道中的气压由2mpa调整至8mpa，持续5分钟，将将气井管道中的气压恢复至2mpa，并持续5分钟。再然后，将气井管道中的气压由2mpa调整至4mpa，持续5分钟之后，将气井管道中的气压恢复至2mpa，并持续5分钟。再然后，将气井管道中的气压由2mpa调整至6mpa，持续5分钟之后，再将气井管道中的气压恢复至2mpa。上述过程可以用如图4所示的气压调整图表示。
在步骤103中，第二控制器接收压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，当接收到的多个连续的气压值与预先存储的检测气压值序列中的目标检测气压值序列相匹配时，根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定目标检测气压值序列对应的目标控制指令，将目标控制指令发送至节流阀门。
在实施中，压力传感器周期性向第二控制器发送气压值，第二控制器接收到压力传感器发送的气压值之后，会对气压值与预先储存的气压值进行判断，以检测接收到的气压值是否满足条件，相应的处理可以是，第二控制器接收压力传感器按照预设周期检测并发送的气压值，如果检测到单位时长内的各个气压值与预先储存的至少一个检测气压值序列中的首个气压值之差均处于预设差值范围内，则再判断后续获取的多个气压值，如果每个单位时长内各个气压值与至少一个检测气压值序列中的目标检测气压值序列中相对应的气压值之差均处于预设差值范围内，则根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定目标检测气压值序列对应的目标控制指令。
在实际应用中，由于气井管道的长度通常具有几千米的长度，调压阀门处的气压值与压力传感器附近处的气压值可能不是完全一样，相应的，如果调节气压值序列是[p1、p2、p3、p4]，其对应的检测气压值序列为[p1±δp、p2±δp、p3±δp、p4±δp]，其中δp可以是0.1mpa等。
例如，还是以目标调节气压值序列是一组气压值分别为[10、8、4、6]的序列(单位为mpa)，持续的单位时长为5分钟为例进行介绍。相应的，与目标调节气压值序列相对应的目标检测气压值序列可以是一组气压值分别为[10±0.1、8±0.1、4±0.1、6±0.1]的序列。当第二控制器检测到当前气压值连续5分钟内均在(10±0.1)mpa范围内，则后续检测其它气压值，并判断后续的气压值是否满足条件，在后续检测中，如果检测到接收到的气压值在连续5分钟内均在(8±0.1)mpa范围内，在连续5分钟内均在(4±0.1)mpa范围内，在连续5分钟内均在(6±0.1)mpa范围内，则根据预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，确定[10±0.1、8±0.1、4±0.1、6±0.1]序列对应的目标控制指令。
在步骤104中，节流阀门基于目标控制指令，对气井的产气量进行控制。
节流阀门接收到第二控制器发送的目标控制指令之后，执行相应操作，例如节流阀门的电机进行相应的转动，以对气井的产气量进行控制。
可选的，检测气压值序列中每一个气压值可以用来行使不同的功能，例如，检测气压值序列中的第一个气压值用于唤醒节流阀门。在实际应用中，节流阀门在不执行命令时，可以处于休眠状态以节约电量，相应的可以是，第二控制器如果检测到单位时长内的各个气压值与预先储存的至少一个检测气压值序列中的首个气压值之差均处于预设差值范围内，且节流阀门处于休眠状态，则唤醒节流阀门，第二控制器后续检测到的气压值用于执行相应的控制指令。
本公开实施例中，上述气井井下流量控制的方法中，井上调压设备与井下节流设备通过气井管道中的气压值变化实现通讯，具体的，井上调压设备基于预先存储的控制指令与调节气压值序列的对应关系，控制气井管道中的气压变化。井下节流设备检测气井管道中的气压变化，并基于预先存储的控制指令与检测气压值序列的对应关系，控制节流阀门的开度，进而控制气井的产气量。这种通过气井管道中的气压值实现通讯的方法，不会出现因为距离远而导致通讯减弱的情况，通讯效果较好，从而不会影响天然气的正常开采。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由上面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。