智慧化泡排采注管理系统的制作方法

本发明涉及天然气气井泡排控制技术领域，具体的说是一种智慧化泡排采注管理系统。

背景技术：

在西南地区，天然气气源丰富，在现有技术中，采气挖井后，在井壁上会有水溢出，堵塞气孔，导致天然气无法进入到气井内，无法采气。人们需要长期对气井中的水进行排出，以保证正常采气。

然而，对于气井中的水含量的多少，对气井都是有影响的。若水过多，水会造成气孔堵塞，气井周围的气无法进入气井中，导致无法采气。并且在水较多的情况下反复且快速排水时，会造成水向气井流动，水会带动细小的泥沙一起流动，容易堵塞气井边缘的支撑管道上的气孔，气路容易堵塞，天然气无法进入到气井中。若水含量少，气井边缘的泥土容易在气流带动下发生沙化，并堆积在气井井底，久而久之，会造成气井底部泥沙堆积，堵塞气孔，需要提高泥沙清理频率，影响正常采气。

在现有技术中，在对气井中的水含量进行控制时，都还没有精确的控制系统来克服上述问题，不能满足自动化采气要求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种智慧化泡排采注管理系统，对气井中的水含量进行实时控制和调节，结合采气速度和控制泡排剂的添加剂量，对气井中水含量进行智能控制。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种智慧化泡排采注管理系统，包括气井机构，在该气井机构内设置有泡排剂添加机、气井水含量检测器，其特征在于：还设置有水含量控制器和采气控制器；所述水含量控制器的输入端获取气井预设水含量信号x1，并输出控制信号a；所述采气控制器的输入端获取采气速度信号v，并输出控制信号b；所述控制信号a与所述控制信号b作差后得到第一差值信号c1；该第一差值信号c1控制所述泡排剂添加机改变泡排剂的添加量；所述泡排剂添加机输出的泡排剂添加信号f送入到气井水含量检测器，该气井水含量检测器输出水含量信息d，该水含量信息d作为气井机构的水含量输出信号x2；在所述水含量控制器输出的控制信号a送入到模型控制器，该模型控制器的模型预测水含量输出信号x3与所述水含量输出信号x2作差后，得到第二差值信号c2；该第二差值信号c2与所述气井预设水含量信号x1作差后得到的第三差值信号c3送入到所述水含量控制器。

通过上述设计，通过预设定气井中水的含量值，结合水含量控制器的控制信号a与采气控制信号b的差值对泡排剂添加机的添加量进行控制，得到添加后的泡排剂添加信号f，结合气井水含量检测器检测添加后，水含量值；在本方案中，还设计了预测模型，对泡排剂添加过程进行建模估计，并且通过对比实际添加和预测添加泡排剂，得到的差值信号进行反馈控制水含量控制器，实现多路控制和反馈闭环控制，使气井水含量值更加精确。

进一步的，还设置有地压干扰模块，所述地压干扰模块的输入端获取地压检测器检测的地压信号e，并将输出地压干扰信号e’与所述水含量信息d作差后得到的第四差值信号c4作为所述水含量输出信号x2，该第四差值信号c4用于与所述模型预测水含量输出信号x3作差。

采用上述方案，考虑了由于地层压力给天然气排气速度造成的影响。使控制过程更加精确。

再进一步的，还设置有气井深度干扰模块，所述气井深度干扰模块的输入端设置有气井深度检测装置，所述气井深度干扰模块的输入端获取所述气井深度检测装置检测的深度信号h，并输出深度干扰信号h’，所述深度干扰信号h’与所述所述泡排剂添加机的泡排剂添加信号f作差后得到第四差值信号c4，所述第四差值信号c4送入到气井水含量检测器。

在加入泡排剂时，由于井壁较深，由于粉剂会粘附在井内壁上，一般采用液剂，但是由于气井一般的深度在几十米到几千米不等，在液剂向下流时，也会有部分液体黏贴在井壁上，造成一定的损失，导致在控制存在偏差。通过设置该气井深度干扰模块，解决气井深度造成的误差。并且在采气时，可能在不同的采气阶段，气井深度也是不同的，则设置气井深度实时监测是有必要的，使控制过程更加精确。

再进一步的，所述模型控制器包括内部模型、时滞模型和修正模型；

所述内部模型用于获取所述控制信号a后输出内模信号m，该内模信号m经修正模型后输出修正信号z，该修正信号z与所述控制信号a作差后得到第五差值信号c5后送入所述内部模型；

所述内模信号m送入所述时滞模型后得到所述模型预测水含量输出信号x3。

在建立预测模型时，同时对预设水含量进行实时修正，并对控制过程延时输出，以接近实际控制。

再进一步的，所述气井机构包括阶梯井，所述阶梯井为从井口到井底内径依次缩小，所述阶梯井为n级阶梯井，所述阶梯井深度为l。

阶梯井内径逐渐缩小，在对水含量预测时，要结合水覆盖的井的内径和高度，对水含量进行预估。使精确度高。

再进一步的，所述泡排剂添加机包括泡排剂容纳箱，该泡排剂容纳箱安装在所述气井机构的气井口处，在所述泡排剂容纳箱上连接有泡排剂排出管，在该泡排剂排出管上安装有电磁阀和泡排流量计。

通过电磁阀控制对泡排剂的添加过程进行控制，结合泡排流量计对添加量进行监测。

进一步的，在所述气井机构气井井口安装有水气分离机，所述油气分离机输入管与所述气井井口连通，所述水气分离机的气体输出管上安装有气体流量计，在所述水气分离机的液体输出管上安装有水流量计。

采用上述方案，水气分离机用于对向上排出的水泡沫和天然混合气体分离，通过水流量计得到排出水的水量。

再进一步的，所述气井水含量检测器为超声波检测器，设置在气井机构的气井下部。实现气井水量实时检测。

再进一步的，所述地压检测器设置在气井机构的气井底部。实现地压干扰实时检测。

再进一步的，所述气井深度检测装置设置在气井机构的气井底部。

本发明的有益效果：通过预设定气井中水的含量值，结合水含量控制器的控制信号a与采气控制信号b的差值对泡排剂添加机的添加量进行控制，得到添加后的泡排剂添加信号f，结合气井水含量检测器检测添加后，水含量值；在本方案中，还设计了预测模型，对泡排剂添加过程进行建模估计，并且通过对比实际添加和预测添加泡排剂，得到的差值信号进行反馈控制水含量控制器，实现多路控制和反馈闭环控制，使气井水含量值更加精确。

并且考虑了多个干扰因素对气井水含量的影响，建立内模时，可实时修订，结合了延时因素的影响。

实现了对泡排剂的添加量进行智能控制，使气井水含量控制在最佳范围内，保证气井安全和气井采气正常运行。

附图说明

图1是本发明的气井机构系统示意图；

图2是本发明的水含量控制信号流向示意图一；

图3是本发明的水含量控制信号流向示意图二；

图4是本发明的水含量控制信号流向示意图三；

图5是本发明的水含量控制信号流向示意图四；

图6是图1中a的放大示意图；

图7是图1中b的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

从图1和图2可以看，作为一种实施方式，一种智慧化泡排采注管理系统，包括气井机构，在该气井机构内设置有泡排剂添加机、气井水含量检测器，其特征在于：还设置有水含量控制器和采气控制器；

所述水含量控制器的输入端获取气井预设水含量信号x1，并输出控制信号a；

所述采气控制器的输入端获取采气速度信号v，并输出控制信号b；

所述控制信号a与所述控制信号b作差后得到第一差值信号c1；该第一差值信号c1控制所述泡排剂添加机改变泡排剂的添加量；所述泡排剂添加机输出的泡排剂添加信号f送入到气井水含量检测器，该气井水含量检测器输出水含量信息d，该水含量信息d作为气井机构的水含量输出信号x2；

在所述水含量控制器输出的控制信号a送入到模型控制器，该模型控制器的模型预测水含量输出信号x3与所述水含量输出信号x2作差后，得到第二差值信号c2；该第二差值信号c2与所述气井预设水含量信号x1作差后得到的第三差值信号c3送入到所述水含量控制器。

作为进一步的实施方式，从图3可以看出，还设置有地压干扰模块，所述地压干扰模块的输入端获取地压检测器检测的地压信号e，并将输出地压干扰信号e’与所述水含量信息d作差后得到的第四差值信号c4作为所述水含量输出信号x2，该第四差值信号c4用于与所述模型预测水含量输出信号x3作差。

作为再进一步的实施方式，图4可以看出，还设置有气井深度干扰模块，所述气井深度干扰模块的输入端设置有气井深度检测装置，所述气井深度干扰模块的输入端获取所述气井深度检测装置检测的深度信号h，并输出深度干扰信号h’，所述深度干扰信号h’与所述所述泡排剂添加机的泡排剂添加信号f作差后得到第四差值信号c4，所述第四差值信号c4送入到气井水含量检测器。

从图5可以看出，作为再进一步的实施方式，所述模型控制器包括内部模型、时滞模型和修正模型；所述内部模型用于获取所述控制信号a后输出内模信号m，该内模信号m经修正模型后输出修正信号z，该修正信号z与所述控制信号a作差后得到第五差值信号c5后送入所述内部模型；所述内模信号m送入所述时滞模型后得到所述模型预测水含量输出信号x3。

从图1还可以看出，所述气井机构包括阶梯井，所述阶梯井为从井口到井底内径依次缩小，所述阶梯井为n级阶梯井，所述阶梯井深度为l。

其中阶梯井阶数、气井每个阶段的内径和深度，是根据实际现场的设计不同，需要进行测量。

在实施过程中，图1和图6所述泡排剂添加机包括泡排剂容纳箱1，该泡排剂容纳箱1安装在所述气井机构的气井口处，在所述泡排剂容纳箱1上连接有泡排剂排出管2，在该泡排剂排出管2上安装有电磁阀3和泡排流量计4。

从图1和图7还可以看出，在所述气井机构气井井口安装有水气分离机5，所述油气分离机输入管与所述气井井口连通，所述水气分离机5的气体输出管6上安装有气体流量计7，在所述水气分离机5的液体输出管8上安装有水流量计9。

在本实施例中，结合图1还可以看出，所述气井水含量检测器为超声波检测器，设置在气井机构的气井下部。

在本实施例中，结合图1还可以看出，所述地压检测器设置在气井机构的气井底部。

在本实施例中，结合图1还可以看出，所述气井深度检测装置设置在气井机构的气井底部。

在本实施例中，具体计算步骤为：

假设气井预设水含量值为x1；gpc(s)为泡排剂添加机函数；gqc(s)为采气控制器函数。gj(s)e^-τ2s为气井水含量检测器水含量控制函数；gsg(s)为气井深度干扰模块函数；gdg(s)为地压干扰模块函数；x2为水含量输出值；ξ(t)为修正模块函数。gmx(s)e^-τms为内部模型函数；τ为延时时间常数；则e^-τmxs为时滞模型函数。

其中，气井深度干扰模块函数gsg(s)和地压干扰模块函数gdg(s)采用阶跃输入信号作为干扰源。τ为延时时间常数，则为一阶惯性加纯滞后环节。

在本实施例中，气井水含量检测器为控制对象，则

内部模型gmx(s)和时滞模型得到：

τm为延时时间常数。

水含量控制器为内模控制器，内模控制器由内部模型的最小相位的逆构成。为了确保系统的稳定性和鲁棒性，在最小相位的逆上增加滤波器其中n为滤波器的阶数，λ为滤波器参数

对内部模型gmx(s)分解得到可以得到：gmx(s)＝gmx+(s)gmx-(s)；

gmx+(s)为内部模型非最小相位部分；gmx-(s)为模型的最小相位部分；

则：内模控制器则可以得到修正后的内模控制器gqc(s)’。

则，得到反馈控制函数gf(s)为：

对反馈控制函数gf(s)化解可得到p(比例)i(积分)控制形式，通过调节修正参数，使内部模型和被控对象接近，从而使水含量调节过程更加稳定。

应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。