一种远程控制天然气井开启与关闭的装置的制作方法

本发明涉及天然气井采气，具体涉及一种远程控制天然气井开启与关闭的装置。

背景技术：

目前，天然气是一种自然的清洁能源，已广泛的应用于居民日常生活、供暖、发电、化学制品等，替代煤炭可极大的减少CO2的排放量，其需求量越来越大。天然气是由天然气井，将地下数千米的原生气，输送至地面，通过管道输送至天然气处理站，经过净化处理后输送至最终用户，所以天然气井是天然气应用的第一道工序。

天然气井设备构成：

天然气井以紧急切断保护阀门为界，紧急切断保护阀门的上游为高压气体管段，压力≤PN25Mpa，下游为低压气体管段，压力≤PN6.3Mpa。手动节流阀门是控制天然气井开启采气和关闭采气的装置。紧急切断保护阀门是天然气井的安全保护装置，当其上游的压力超过4.2Mpa时，紧急切断保护阀门将立即关闭，保护其下游低压气体管道的安全。目前天然气井开启采气和关闭采气，由人工操作手动节流阀门的开启和关闭来控制。

人工开启天然气井采气操作过程：

天然气井开启采气，是由人工操作完成的，通过不断地调节手动节流阀门的开度，将气井的高压力气体降低到输气管道的低压力气体，当气井高压力气体降至工艺要求的输气管道低压力气体时，完成气井的开启采气操作，天然气井处于正常采气生产阶段。气井开启的整个过程必须保证输气管道压力≤4.2Mpa，否则将会引起紧急切断保护阀门的关闭，一旦由于操作不当引起紧急切断保护阀门关闭，气井开启失败。保证天然气井正常开启，是天然气井开启采气的最大难题，目前完全依赖操作人员的经验来完成。

目前人工开关井采气存在的问题：

天然气井随着开采年数的增长，自然产气量会逐年降低，为延长天然气井的采气寿命，提高天然气井的产气量，只能采用间歇采气的工艺方法生产，即：开启天然气井采气生产一定时间后，当地下天然气体压力降低、采气量降低时，关闭天然气井停止采气，待地下天然气体压力恢复后，再开启天然气井进行采气，并不断的往复循环。

根据统计，目前苏里格气田45％的天然气井采用间歇采气工艺生产，并且数量还在逐年增加。目前采用人工现场进行天然气井的开启和关闭，不但增加了员工的劳动强度，而且难以满足生产的需要。

天然气井的开启和关闭过程由操作人员的经验和能力决定，对天然气井开启和关闭作业的标准化及处理气井出现的故障不利。

天然气井气井大多处于人烟稀少的荒漠、荒山地带，道路艰险，野外作业劳动强度大、效率低、人工费用高、存在较高的行车安全等意外事故发生的风险。

当出现雨雪、风沙等恶劣天气，为保证人身安全，不允许操作人员野外现场作业，直接影响生产的正常进行。

在场站设备维修或调节用气量高低峰时，需要同时开启或关闭数百口气井，瞬时需要大量的操作人员，常常因人员及车辆的不足，造成开启和关闭不及时，影响生产的正常进行。

天然气井开采寿命的中后期，采用间歇采气工艺，由于天然气井开启和关闭的能力不足，只能人为的规定天然气井开启和关闭时间的间隔，无法根据天然气井的实际采气能力进行开启和关闭，不能充分利用和开采天然气资源。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供了一种远程控制天然气井开启与关闭的装置，主要由节流调节阀门、控制软件系统、远程无线通讯系统、太阳能供电系统组成；所述节流调节阀门上设有智能电动控制器；所述控制软件系统设置在远程计算机中；所述太阳能供电系统设置在节流调节阀门外部；所述智能电动控制器连接节流调节阀门；所述控制软件系统通过远程无线通讯系统连接智能电动控制器；所述太阳能供电系统分别连接节流调节阀门、智能电动控制器。

进一步地，所述节流调节阀门包括阀体、智能电动控制器、阀杆、节流罩、阀芯、阀座；所述智能电动控制器设置在节流调节阀门的上部；所述阀杆设置在节流调节阀门的中部；所述节流罩设置在节流调节阀门的下部；所述阀芯设置在阀杆的下方，节流罩的内部；所述阀座设置在节流调节阀门的底部。

更进一步地，所述智能电动控制器采用电机--行星轮传动机构，具有7路4-20mA模拟量传输通道，1路MODBUS总线，能采集、传输油压、套压、管压、流量、阀位的参数，菜单式操作，中文显示；实时采集天然气井的油压、套压、管压、流量的参数，并对采集的参数进行判断、分析、计算，按照预定的控制程序控制阀门的开度，调节控制天然气井开启过程的压力、流量的平稳性。

更进一步地，所述远程无线通讯系统采用GPRS远程通讯的方法，通过终端操作界面，实现控制室对天然气井的集成控制和管理。

更进一步地，所述控制软件系统的功能：根据天然气井的压力、流量的参数，采用各种间歇采气生产模式，发掘天然气井的采气能力，提高产气量。

更进一步地，所述控制软件系统具体包括：

天然气井按时间开启和关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井采气运行时间，达到设定的时间后自动关闭；

设定气井关闭停止采气运行时间，达到设定的时间后自动开启；

天然气井按时间开启按流量关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井关闭停止采气运行时间，达到设定的时间后自动开启；

设定气井关闭停止采气运行流量，低于设定的采气流量后自动关闭；

天然气井按压力开启按时间关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井采气运行压力，达到设定的压力后自动开启；

设定气井关闭停止采气运行时间，达到设定的采气时间后自动关闭；

天然气井按压力开启按流量关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井采气运行压力，达到设定的压力后自动开启；

设定气井关闭停止采气运行流量，低于设定的采气流量后自动关闭。

本发明的优点：

本发明的远程自动控制装置与目前的人工操作相比，替代了人工野外现场作业，减少人工的劳动强度，提高工作效率；

特殊的阀门结构和智能电动控制器，以及控制程序，保证天然气井开启过程压力调节的平稳性；

实现天然气井开启和关闭的自动化和远程控制，提高了气田数字化管理的水平，实现多种间歇采气生产模式，根据天然气井具体工况，采用不同的开启和关闭模式，充分发掘天然气单井的采气能力，提高产气量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的一种远程控制天然气井开启与关闭的装置结构框图；

图2是本发明的一种远程控制天然气井开启与关闭的装置的节流调节阀门结构示意图；

图3是本发明的一种远程控制天然气井开启与关闭的装置的控制原理框图。

图4是本发明的一种远程控制天然气井开启与关闭的装置的控制软件系统模块框图。

具体实施方式

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

参考图1，如图1所示的一种远程控制天然气井开启与关闭的装置，主要由节流调节阀门、控制软件系统、远程无线通讯系统、太阳能供电系统组成；所述节流调节阀门上设有智能电动控制器1；所述控制软件系统设置在远程计算机中；所述太阳能供电系统设置在节流调节阀门外部；所述智能电动控制器1连接节流调节阀门；所述控制软件系统通过远程无线通讯系统连接智能电动控制器1；所述太阳能供电系统分别连接节流调节阀门、智能电动控制器1。

参考图2，如图2所示，所述节流调节阀门包括阀体、智能电动控制器1、阀杆2、节流罩3、阀芯4、阀座5；所述智能电动控制器1设置在节流调节阀门的上部；所述阀杆2设置在节流调节阀门的中部；所述节流罩3设置在节流调节阀门的下部；所述阀芯4设置在阀杆2的下方，节流罩3的内部；所述阀座5设置在节流调节阀门的底部。

所述智能电动控制器采用电机--行星轮传动机构，具有7路4-20mA模拟量传输通道，1路MODBUS总线，能采集、传输油压、套压、管压、流量、阀位的参数，菜单式操作，中文显示；实时采集天然气井的油压、套压、管压、流量的参数，并对采集的参数进行判断、分析、计算，按照预定的控制程序控制阀门的开度，调节控制天然气井开启过程的压力、流量的平稳性。

所述远程无线通讯系统采用GPRS远程通讯的方法，通过终端操作界面，实现控制室对天然气井的集成控制和管理。

参考图3和图4，如图3和4所示，所述控制软件系统的功能：根据天然气井的压力、流量的参数，采用各种间歇采气生产模式，发掘天然气井的采气能力，提高产气量。

所述控制软件系统具体包括：

天然气井按时间开启和关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井采气运行时间，达到设定的时间后自动关闭；

设定气井关闭停止采气运行时间，达到设定的时间后自动开启；

天然气井按时间开启按流量关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井关闭停止采气运行时间，达到设定的时间后自动开启；

设定气井关闭停止采气运行流量，低于设定的采气流量后自动关闭；

天然气井按压力开启按时间关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井采气运行压力，达到设定的压力后自动开启；

设定气井关闭停止采气运行时间，达到设定的采气时间后自动关闭；

天然气井按压力开启按流量关闭，并自动循环运行的模块：

设定气井采气运行压力，达到设定的压力后自动开启；

设定气井关闭停止采气运行流量，低于设定的采气流量后自动关闭。

本发明的工作原理：

参考图2，如图2所示，智能电动控制器1对采集到的油压、套压、管压、流量等管道参数，进行对比、计算，电动机带动阀杆2上或下直线移动，阀杆2带动阀芯4上(开)或下(关)直线移动，增大或减少阀芯4与节流罩3及阀座5之间的流通面积。通过对流通面积大小的不断调节，将气井的高压气体调节到采气管道所要求的低压气体。流通面积最大时完成气井开启采气，流通面积为零时完成气井关闭采气。

本发明的控制原理：

参考图3和图4，如图3和图4所示，操作人员在控制室根据生产要求，设置压力、流量控制参数、设置间歇采气生产模式；设置的参数通过GPRS无线远程通讯系统传送至智能电动控制器；智能电动控制器对采集的压力、流量、工作状态等参数进行对比、计算，按相应的程序控制节流调节阀门实时的改变流通开度；完成工作指令后处于待机状态，并将工作参数实时传送至控制室，实时接收控制室的工作指令。

本发明完全替代人工操作，以减低人工劳动强度，提高气田的生产效率和数字化管理水平。

解决了天然气井开启和关闭频繁的问题，以自动控制的方式替代人工野外作业，减低人工劳动强度，提高工作效率。

解决了天然气井开启过程，将气井出口的高压力(≤25Mpa),平稳的降到采气工艺所要求的低压力(≤4Mpa)，完成天然气井的开启。

根据天然气井具体的压力、流量等参数，采用多种自动采气生产模式，充分发掘天然气井的采气能力，提高生产产量。

解决了远程无线通讯问题，实现在控制室对天然气井进行远程控制和管理，提高油气田的数字化管理水平。

本发明的远程自动控制装置与目前的人工操作相比，替代了人工野外现场作业，减少人工的劳动强度，提高工作效率；

特殊的阀门结构和智能电动控制器，以及控制程序，保证天然气井开启过程压力调节的平稳性；

实现天然气井开启和关闭的自动化和远程控制，提高了气田数字化管理的水平，实现多种间歇采气生产模式，根据天然气井具体工况，采用不同的开启和关闭模式，充分发掘天然气单井的采气能力，提高产气量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。