本实用新型涉及气井开发采气领域，特别涉及一种气井智能节流系统。
背景技术：
在天然气开采生产过程中，需控制气井的产气量，达到平稳生产的目的。节流开采时，普遍采用在气井中安装具有节流嘴的节流器控制产气量。节流器的节流嘴的嘴径无法实时调节，实现不同等级的节流和调产功能需要更换不同嘴径的节流嘴来实现，劳动强度大，因此，有必要提供一种可以实时调节产气量的气井智能节流系统与方法。
现有技术提供了这样一种气井智能节流系统：该系统包括井上机构、伸入气井内产层上方的井下机构和连接元器件。其中，连接元器件将井上机构和井下机构连接以实现二者之间的通讯；井上机构主要包括工控机以及工控机上的控制软件部分；井下机构包括智能式节流装置和能够监测节流前后气压的传感器，智能式节流装置包括电机、传动转换机构、阀杆、节流阀座和阀芯。
设计人发现现有技术至少存在以下问题：
井上机构与井下机构通过连接元器件连通，增加设备下井难度。
技术实现要素：
本实用新型实施例提供了一种气井智能节流系统，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种气井智能节流系统，所述系统包括：第一压力传感器、控制器、调节装置，以及，位于气井井口的生产阀门；
所述第一压力传感器、所述控制器、所述调节装置顺次电性连接，并随生产管柱下入所述气井内产层的上方；
所述生产阀门用于在所述气井井口产生具有预设变化幅度的气压信号；
所述第一压力传感器用于接收所述气压信号，并将所述气压信号传输给所述控制器；
所述控制器用于接收并处理所述气压信号，获得对应的调产指令；
所述调节装置用于根据所述调产指令调节所述气井的产气量。
在一种可能的设计中，所述调节装置包括：设置在所述生产管柱内的电机和节流阀；
所述电机与所述控制器电性连接，用于接收所述调产指令，并根据所述调产指令调节动作状态；
所述节流阀与所述电机联动，并在所述电机调节动作状态时，对应调节所述气井的产气量。
在一种可能的设计中，所述节流阀包括：设置在所述生产管柱内的阀座、可轴向移动地设置于所述阀座内的阀芯；
所述阀芯与所述电机的输出轴联接，以使所述电机驱动阀芯轴向移动，改变气体流通面积。
在一种可能的设计中，所述阀座具有柱形空腔；
所述阀芯设置成圆台状，且，所述阀芯的最大外径大于所述阀座的内径，最小外径小于所述阀座的内径。
在一种可能的设计中，所述阀芯与所述电机的输出轴丝杠连接。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：与所述控制器电性连接的第二压力传感器；
所述第二压力传感器设置在所述调节装置的下方，用于监测所述气井的实时生产气压，并将所述实时生产气压信号传输至所述控制器；
所述控制器接收并处理所述实时生产气压信号，并根据处理结果向所述调节装置发出调产指令，直至所述气井的实时生产气压为对应目标产气量的目标生产气压。
本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本实用新型实施例提供的气井智能节流系统，通过调节气井井口的生产阀门，使其在气井井口产生具有预设变化幅度的气压信号，每一组气压信号与一组调产指令相对应。即，通过调节生产阀门来发出调产指令。由于气体的流动性，位于生产管柱下部的第一压力传感器能够感受井口的气压变化，接收气压信号，并传输至控制器进行处理，控制器对来自第一压力传感器的气压信号进行处理，获得与该具有预设变化幅度的气压信号相对应的处理结果，该处理结果即为能够被调节装置所识别的调产指令。由于调节装置设置在生产管柱上，其根据该调产指令，即可对气井产气量进行调节，即可达到气井智能节流的目的。可见，本实用新型实施例提供的气井智能节流系统，通过使生产阀门与第一压力传感器、控制器、调节装置配合作用，即可控制气井产气量，实现智能节流。其操作简单，下井较方便，便于实施。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的气井智能节流系统的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的气井智能节流系统的应用状态示意图。
其中，图2中，上方的虚线框Ⅰ指的是气井智能节流系统，下方的虚线框Ⅱ指的是气井内部的产层。
附图标记分别表示：
1-第一压力传感器，
2-控制器，
3-调节装置，
301-电机，
302-节流阀，
3021-阀座，
3022-阀芯，
4-生产阀门，
5-第二压力传感器，
M-生产管柱。
具体实施方式
除非另有定义，本实用新型实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
本实用新型实施例提供了一种气井智能节流系统，如附图1和附图2所示，该系统包括：第一压力传感器1、控制器2、调节装置3，以及，位于气井井口的生产阀门4。
其中，第一压力传感器1、控制器2、调节装置3顺次电性连接，并随生产管柱M下入气井内产层的上方；生产阀门4用于在气井井口产生具有预设变化幅度的气压信号；第一压力传感器1用于接收气压信号，并将气压信号传输给控制器2；控制器2用于接收并处理气压信号，获得对应的调产指令；调节装置3用于根据调产指令调节气井的产气量。
以下对本实用新型实施例提供的气井智能节流系统的工作原理进行说明：
应用时，使第一压力传感器1、控制器2、调节装置3顺次电性连接，并内置在生产管柱M内部预设位置，随生产管柱M下入气井内产层上方合适位置处，举例来说，可以使调节装置3距离产层1-2m，例如1m、1.5m、2m等。
通过调节气井井口的生产阀门4，使其在气井井口产生具有预设变化幅度的气压信号，每一组气压信号与一组调产指令相对应。即，通过调节生产阀门4来发出调产指令。由于气体的流动性，位于生产管柱M下部的第一压力传感器1能够感受井口的气压变化，接收气压信号，并传输至控制器2进行处理，控制器2对来自第一压力传感器1的气压信号进行处理，获得与该具有预设变化幅度的气压信号相对应的处理结果，该处理结果即为能够被调节装置3所识别的调产指令。由于调节装置3设置在生产管柱M上，其根据该调产指令，即可对气井产气量进行调节，即可达到气井智能节流的目的。可见，本实用新型实施例提供的气井智能节流系统，通过使生产阀门4与第一压力传感器1、控制器2、调节装置3配合作用，通过生产阀门4在井口产生特定的气压信号，即可在控制器2的控制下，利用调节装置3控制气井产气量，实现智能节流。其操作简单，下井较方便，便于实施。
以下对本实用新型实施例提供的气井智能节流系统的各部件及其作用分别给予阐述：
本实用新型实施例利用第一压力传感器1来接收来自生产阀门4所发出的气压信号，其设置于生产管柱M内，且位于控制器2和调节装置3的上方，便于感知气井井口的气压变化，接收井口气压信息。
示例地，该第一压力传感器1可以设置成：当井口气压变化时，第一压力传感器1可以随气压变化产生变化的电流，每一组特定幅度变化的气压信号对应一组特定波形的电流。基于该示例，举例来说，天沐传感器公司生产并销售的NS-P22型号的压力传感器可以作为该第一压力传感器1。
在本实用新型实施例中，控制器2用于接收并处理第一压力传感器1的所发出的气压信号，发出调产指令控制调节装置3调节气井产气量。可以理解的是，控制器2的处理过程可以理解为：对来自第一压力传感器1的气压信号进行解析，并转换成能够被调节装置3所识别的信号，从而为调节装置3与第一压力传感器1之间建立联系。
举例来说，当第一压力传感器1随气压变化产生变化的电流，每一组特定幅度变化的气压信号对应一组特定波形的电流时，控制器2可以对第一传感器1所发出的电流信号进行处理。
对于多组具有不同变化幅度的气压信号来说，每一组具有特定变化幅度的气压信号均对应一组调产指令，控制器2通过对来自第一传感器1的具有特定变化幅度的气压信号进行处理，即可获得与该组气压信号相对应的调产指令。
本领域技术人员可以理解的是，对于气压信号与调产指令的对应关系，可以在控制器2中针对该对应关系形成处理程序。其中，控制器2中的处理程序要满足：将每组特定变化幅度的气压信号作为输入值时，输出值为一个特定调产指令，该调产指令能调节气井的产气量至某一目标产气量。
其中，在编写上述处理程序时，可以根据上述对应关系制定解编码表，根据该解编码表，编写控制器2中的处理程序。当需要调节气井产气量时，根据解编码表，确定应在井口发出的气压信号，进而通过调节生产阀门4进行控制。
控制气井产气量时，工作人员根据期望的目标产气量，在编解码表中找到对应的编码序列(即，气压信号的变化幅度)，然后调节井口生产阀门4，产生与该编码序列对应的气压信号，第一压力传感器1接收特定编码序列的气压信号，控制器2根据处理程序进行解码、校验，获取与气压信号对应的电流信号，再将该电流信号信息作为输入值，根据预设程序进行运算，输出调产指令，控制调节装置3调节气井产气量，实现智能节流。
调节装置3用于接收控制器2的调产指令，调节气井的产气量，对于调节装置3如何上述功能，以下给出示例说明：
如附图1所示，调节装置3包括：设置在生产管柱M内的电机301和节流阀302。电机301与控制器2电性连接，用于接收调产指令，并根据调产指令调节动作状态。节流阀302与电机301联动，并在电机301调节动作状态时，对应调节气井的产气量。
通过设置于生产管柱M内的节流阀302控制气井产气量，且节流阀302与电机301联动，电机301根据调产指令改变动作状态，使节流阀302能根据调产指令改变状态，实现控制器2的调产指令对气井产气量的控制。
电机301可以通过支架固定在生产管柱M内，该支架可以连接在生产管柱M的内壁上，如此设置，既能将电机301固定在预设位置，又不影响气体的流通。控制器2可以固定在生产管柱M的内壁上，也可以固定在电机301上或者固定在上述的支架上，只需满足与第一压力传感器2和电机301电性连接即可。
对于节流阀302的结构，以下给出示例说明：
如附图1所示，节流阀302包括：设置在生产管柱M内的阀座3021、可轴向移动地设置于阀座3021内的阀芯3022。阀芯3022与电机301的输出轴联接，以使所述电机301驱动所述阀芯3022轴向移动，改变气体流通面积。通过阀芯3022与电机301的输出轴联接，使阀芯3022在电机301控制下于阀座3021内进行轴向移动，改变气体的流通面积，实现对气井产气量的控制。
对于上述阀芯3022在阀座3021内轴向移动时，如何改变气体的流通面积，以下给出一种示例：
如附图1所示，阀座3021具有柱形空腔。阀芯3022设置成圆台状，且，阀芯3022的最大外径大于阀座3021的内径，最小外径小于阀座3021的内径。
如此设置，阀芯3022沿阀座3021轴向移动时，圆台状阀芯3022与阀座3021的柱形空腔的间隙面积发生变化，以改变气体的流通面积。阀芯3022的最大外径大于阀座3021的内径，最小外径小于阀座3021的内径，使阀芯3022部分插入阀座3021内。通过阀芯3022的轴向移动改变两者之间的间隙，使气体的流通面积发生变化，并在移动到预设位置时，封堵阀座3021，节流阀3关闭。
其中，阀芯3022可以位于阀座3021的下方，此时，阀芯3022为自上而下外径逐渐增大的圆台状。阀芯3022也可以位于阀座3021的上方，此时，阀芯3022为自上而下外径逐渐减小的圆台状。
阀芯3022与电机301的输出轴联接，在电机301的动作状态改变时，进行轴向移动，对于两者的联接方式，以下给出示例说明：
阀芯3022与电机301的输出轴丝杠连接。
如此设置，电机301的输出轴转动时，阀芯3022进行轴向移动，控制器2发出控制电机301旋转角度的调产指令，即可使阀芯3022轴向移动到预设位置，改变气体的流通面积，使气井产气量达到目标产气量。
具体地，电机301的输出轴通过联轴器与丝杠连接，阀芯3022与丝杠上的螺母连接。丝杠转动时，其上螺母的转动被限制，只能沿丝杠的轴向移动。电机301的旋转运动通过联轴器传输到丝杠，丝杠上的螺母进行轴向平移，带动节流阀芯3022的轴向平移，从而实现电机301旋转角度控制阀芯3022的轴向移动。
基于上述可知，气井产气量与节流阀302流通面积大小有关，而节流阀302的流通面积的大小与电机301的输出轴的旋转角度θ相关，因此，通过发出控制电机301输出轴旋转角度θ的调产指令，即可控制气井产气量。
示例地，节流阀302流通面积的大小可用开度d表示，物理含义是：阀座3021的端部距阀芯3022的距离。
(1)气井产气量与节流阀302的开度d的关系为：
式中，q表示气井产气量，单位是104m3/d；
d表示节流阀302流通面积的开度，单位是mm；
P表示节流阀302入口处的压力，单位是MPa。
rg表示天然气的相对密度；
T1表示节流阀302入口处的温度，K；
Z1表示节流阀302入口处的天然气气体压缩系数；
k表示天然气的绝热系数。
(2)电机301的输出轴的旋转角度θ与节流阀302的流通面积的开度d的关系为；
Δθ＝K(d-d0) 公式二
式中，Δθ表示电机301转动的角度；
K为传动转换比例系数；
d表示电机301动作后节流阀302的开度；
d0表示初始时节流阀302的开度。
在对控制器2预设程序时，本领域技术人员可以根据公式一、公式二计算电机301输出轴的旋转角度和气井产气量的关系，并将每一电机301旋转角度对应一组气压信号，形成解编码表，以使工作人员根据目标产气量确定井口发出何种变化幅度的气压信号。举例来说，解编码表可以如下所示：
表1 调产指令对应的编解码表
表1表示了i＝4时，编码序列的编码方式，此时可以提供256级的调产控制，i的取值可以为任意自然数，本领域技术人员可以根据现场使用需求，选取适当的i值。
如附图1所示，本实用新型实施例提供的气井智能节流系统还包括：与控制器2电性连接的第二压力传感器5；
第二压力传感器5设置在调节装置3的下方，用于监测气井的实时生产气压，并将实时生产气压信号传输至控制器2；
控制器2接收并处理实时生产气压信号，并根据处理结果向调节装置3发出调产指令，直至气井的实时生产气压为对应目标产气量的目标生产气压。
通过设置第二压力传感器5，构成闭环反馈通道，使调节后的气井产气量更加符合预期，提高节流效果。
本实用新型实施例中，如附图2所示，控制器2与第一压力传感器1、电机301、第二压力传感器5电性连接。可以理解的是，图中虚线仅表示电性连接关系，并不对具体位置作出限定。
第二压力传感器5可以为天沐传感器公司生产并销售的NS-P22型号的压力传感器。
利用本实用新型实施例提供的智能节流系统对气井产气量进行节流时，可按照下述流程进行：
调节井口生产阀门4，产生具有预设变化幅度的气压信号，该气压信号在生产管柱M内向下传输，被第一压力传感器1接收。第一压力传感器1将接收到的气压信号传输给控制器2。控制器2对气压信号根据预设的解编码表进行编码、校验以及解码，经运算程序计算节流阀302的开度以及该开度对应的电机301转动角度，发出控制电机301转动角度的调产指令。电机301根据调产指令转动一定角度，使阀芯3022轴向移动一定的距离，节流阀302流通面积的开度达到预设开度，此时气井产气量理论上可达到目标产气量。为了提高调节效果，减小误差，增加闭环反馈流程，设置第二压力传感器5监测开度调节后气井内的实时生产气压，并将实时生产气压传输至控制器2。控制器2接收并处理实时生产气压，继续发出调产指令控制电机301的转动，直至实时生产气压达到对应目标产气量的目标生产气压。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。