一种天然气井智能注醇系统及其方法

技术领域

本发明属于油气田天然气采气技术领域，具体涉及一种天然气井智能注醇系统及其方法。

背景技术

天然气素有“绿色能源”之称，是清洁高效的优质燃料，世界上大多数国家都将天然气列为首选燃料并增加在能源供应中的比例，加快天然气的发展速度也是势在必行。

我国长庆气田生产所在区域冬季温度较低，平均-15℃、且持续时间较长、一般为当年11月～次年3月，加之天然气井井口压力一般较高，平均在12MPa以上，使得天然气井的生产管柱和井场管线在冬季生产过程中易形成水合物发生堵塞，从而影响天然气井的连续生产。

目前，油气田通常采用推注甲醇的方式来改变天然气水合物生成的热力学条件，使水合物生成的平衡温度降低、平衡压力升高以抑制水合物的生成，推注甲醇往往通过注醇车辆运输方式来预防天然气井的生产管柱和井场管线中水合物的生成，但是这种方式不仅耗费时间和人力，同时注醇量消耗较大，注醇成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种天然气井智能注醇系统及其方法，本发明通过在井场设置数据采集控制单元，数据采集控制单元不间断对井场管线的管线压力值、气体流量值和环境温度值进行采集后并自动调控电动调节阀的阀门开度来控制注醇量，有效预防井场管线结冰冻堵，极大程度的降低天然气井冬季作业的注醇量消耗。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种天然气井智能注醇系统，其特征在于：包括数据采集控制单元，所述数据采集控制单元连接有电动调节阀，所述电动调节阀的输入端连接有用于甲醇进入的注醇管线，所述电动调节阀的输出端分别通过注醇管线连接若干个天然气井，每个天然气井通过集气管线接入集气站；甲醇经所述电动调节阀由注醇管线输送至天然气井进行注醇，所述天然气井的天然气与甲醇一起经集气管线输送至集气站；所述数据采集控制单元同时连接所述天然气井一端的注醇管线和集气管线用于采集注醇管线的管线压力值、集气管线的气体流量值和集气管线的环境温度值并对所述气体流量值、环境温度值和管线压力值进行分析判断后运行智能控制算法以自动调控所述电动调节阀控制相应的天然气井的注醇量。

进一步，还包括太阳能供电系统，所述太阳能供电系统用于为数据采集控制单元和电动调节阀进行供电。

进一步，所述注醇管线上连接有监测管线压力值的压力表，所述集气管线上连接有监测环境温度值和天然气流量值的气体流量计；所述数据采集控制单元电连接所述压力表和气体流量计。

进一步，本发明还提供一种天然气井智能注醇方法，其特征在于：所述数据采集控制单元上运行智能控制算法自动调控电动调节阀的阀门开度进行注醇量的控制；所述智能控制算法包括安全阈值法、压力控制法、气体流量控制法和温度控制法，所述安全阈值法为数据采集控制单元根据管线压力值是否超过安全阈值进行控制电动调节阀的阀门开度，当管线压力值超过安全阈值时电动调节阀的阀门开度最大，当时管线压力值在安全阈值以下，数据采集控制单元运行压力控制法、气体流量控制法或温度控制法；

所述压力控制法为数据采集控制单元根据管线压力值的变化趋势进行控制电动调节阀的阀门开度，当管线压力值上升时，电动调节阀的阀门开度增大，当管线压力值下降时，电动调节阀的阀门开度减小；

所述气体流量控制法为数据采集控制单元根据气体流量值的变化趋势进行控制电动调节阀的阀门开度，当气体流量值变大时，电动调节阀的阀门开度减小，当气体流量值减小时，电动调节阀的阀门开度增大；

所述温度控制法为数据采集控制单元根据环境温度值的变化趋势进行控制电动调节阀的阀门开度；当环境温度值上升时，电动调节阀的阀门开度减小，当环境温度值下降时，电动调节阀的阀门开度增大。

进一步，所述安全阈值法进行调控，具体为：

所述管线压力值的上限为数据采集控制单元的安全阈值；所述管线压力值超过所述安全阈值时，所述数据采集控制单元控制所述电动调节阀的阀门开度调控到最大；所述管线压力值在安全阈值以下时，所述数据采集控制单元运行压力控制法、气体流量控制法或温度控制法来控制所述电动调节阀的阀门开度。

进一步，所述压力控制法具体为：

当管线压力值逐渐呈上升趋势时，数据采集控制单元以步进值控制电动调节阀的阀门开度增大；

当管线压力值稳定不变时，数据采集控制单元控制电动调节阀的阀门开度保持不变；

当管线压力值逐渐呈下降趋势时，数据采集控制单元以步进值控制电动调节阀的阀门开度减小。

进一步，所述气体流量控制法具体为：

当气体流量值变大，且管线压力值逐渐下降时，数据采集控制单元步进控制电动调节阀的阀门开度减小；

当气体流量值减小，且管线压力值逐渐上升时，数据采集控制单元步进控制电动调节阀的阀门开度增大；

当气体流量值稳定，且管线压力值同时稳定时，数据采集控制单元控制电动调节阀当前的阀门开度保持不变。

进一步，所述温度控制法具体为：

当环境温度值上升，且管线压力值保持稳定时，数据采集控制单元步进控制电动调节阀的阀门开度减小；

当环境温度值下降，且管线压力值上升时，数据采集控制单元步进控制电动调节阀的阀门开度增大；

当环境温度值稳定，且管线压力值同时稳定时，数据采集控制单元控制电动调节阀的阀门开度保持不变。

进一步，所述步进的步进量为10%。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：

本发明的一种天然气井智能注醇系统及其方法以井场管线的管线压力值、气体流量值和环境温度值为控制目标量，采用安全阈值法、压力控制法、气体流量控制法以及温度控制法自动调控电动调节阀的阀门开度大小实现注醇量的自动调节，可以预防井场管线结冰，实现精准的注醇量控制，达到降本增效的目的，极大程度的降低天然气井冬季作业的甲醇消耗，提高气田的生产经济效益。

本发明的一种天然气井智能注醇系统及其方法通过采集井场管线的管线压力值、气体流量值和环境温度值的参数数据并实现参数数据的远传功能，可反馈到远程控制监控平台，为气田生产的智能分析、智能决策提供科学依据，同时注醇系统可接收远程控制监控平台或油田SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，即数据采集与监视控制）系统的智能控制指令，配合整个井场管线的精确注醇，实现同时开井生产的任务要求，整个过程无需人工参与，有效解决了天然气井无法连续开井生产及用工紧张与注醇设备自动化程度低的问题，提高气田生产的智能化装备水平。

附图说明

图1为本发明的一种天然气井智能注醇系统的结构示意图。

图2为本发明的一种天然气井智能注醇方法的安全阈值法流程图。

图3为本发明的一种天然气井智能注醇方法的压力控制法流程图。

图4为本发明的一种天然气井智能注醇方法的气体流量控制法流程图。

图5为本发明的一种天然气井智能注醇方法的温度控制法流程图。

附图标记为：1-太阳能供电系统，2-数据采集控制单元，3-电动调节阀，4-压力表，5-气体流量计，6-天然气井，7-集气站。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1所示。本发明提供一种天然气井智能注醇系统及其方法，通过在井场管线的电动调节阀3上连接数据采集控制单元2，数据采集控制单元2以井场管线的管线压力值、气体流量值和环境温度值为控制目标量，数据采集控制单元2采集管线压力值、气体流量值和环境温度值的参数数据并对参数数据进行综合分析判断后通过运行智能控制算法自动调控电动调节阀3的阀门开度，以控制相应天然气井6的注醇量大小。本发明可实现精准注醇量控制，达到降本增效的目的，并且极大程度的降低天然气井冬季作业的甲醇消耗，提高气田的生产经济效益。

本发明实施例提供一种天然气井智能注醇系统，包括数据采集控制单元2，所述数据采集控制单元2连接有电动调节阀3，电动调节阀3的输入端连接有用于甲醇进入的注醇管线，电动调节阀3的输出端分别通过注醇管线连接若干个天然气井6，每个天然气井6通过集气管线连接集气站7；甲醇经电动调节阀3由注醇管线输送至天然气井6进行注醇，天然气井6生产的天然气与甲醇一起经集气管线输送至集气站7；所述数据采集控制单元2同时连接所述天然气井6一端的注醇管线和集气管线用于采集注醇管线的管线压力值、集气管线的气体流量值和集气管线的环境温度值并对所述气体流量值、环境温度值和管线压力值进行分析判断后运行智能控制算法以自动调控所述电动调节阀3控制相应的天然气井6的注醇量。

进一步，所述天然气井智能注醇系统还包括太阳能供电系统1，太阳能供电系统1为所述数据采集控制单元2和电动调节阀3进行供电，电动调节阀3通过井场管线并联连接若干个天然气井6，每个天然气井6通过井场管线并联后连接集气站7。

进一步，所述注醇管线和集气管线形成井场管线，所述注醇管线上连接有监测管线压力值的压力表4，所述集气管线上连接有用于监测环境温度值和天然气流量值的气体流量计5；所述数据采集控制单元2与压力表4和气体流量计5电连接。

具体地说，每个天然气井6通过注醇管线与电动调节阀3连接，每个天然气井6与集气站7之间通过集气管线连接，每个天然气井6的注醇管线同时与集气管线连通。每个注醇管线上连接所述压力表4，压力表4用于监测注醇管线的管线压力值，每个集气管线上连接监测天然气流量值的气体流量计5，同时每个气体流量计5上还安装有2个温度传感器，2个温度传感器可以对井场管线的环境温度值进行采集，保证测量温度的准确性与稳定性。所述气体流量计5、压力表4由太阳能供电系统1进行供电。

注醇时，注醇站通过柱塞泵将甲醇通过注醇管线输送至井场，经过电动调节阀3后分别输送至各个天然气井6的井口，天然气井6生产的天然气经集气管线的气体流量计5计量后与甲醇一起通过集气管线输送至集气站7，然后进行气液分离，天然气进入储气罐进行储存，甲醇则进行回收循环利用。

进一步，所述数据采集控制单元2通过RS485总线与压力表4和气体流量计5进行通信。数据采集控制单元2采集每个天然气井6对应的管线压力值、气体流量值和环境温度值的参数数据并对参数数据进行综合分析判断后通过运行智能控制算法自动调控电动调节阀3的阀门开度，以控制相应天然气井6的注醇量大小。

所述数据采集控制单元2同时与远程控制监控平台进行数据交互，实现井场数据的远程监测，并能够对远程控制监控平台下发的远程控制命令进行响应，实现最优化生产。

进一步，所述数据采集控制单元2上运行智能控制算法，通过智能控制算法进行自动调控电动调节阀3的阀门开度。所述智能控制算法包括安全阈值法、压力控制法、气体流量控制法和温度控制法，所述数据采集控制单元2优先级运行安全阈值法对电动调节阀3进行调控，其次第二级运行压力控制法、气体流量控制法或温度控制法对电动调节阀3进行调控。

如图2-图5所示。本发明还提供一种天然气井智能注醇方法，应用于本发明的智能注醇系统，该方法具体包括：数据采集控制单元2上运行智能控制算法自动调控电动调节阀3进行注醇量的控制，所述智能控制算法包括安全阈值法、压力控制法、气体流量控制法和温度控制法，所述安全阈值法为数据采集控制单元2根据管线压力值是否超过安全阈值进行控制电动调节阀3的阀门开度，当管线压力值超过安全阈值时电动调节阀3的阀门开度最大，当时管线压力值在安全阈值以下，数据采集控制单元2运行压力控制法、气体流量控制法或温度控制法；

所述压力控制法为数据采集控制单元2根据管线压力值的变化趋势进行控制电动调节阀3的阀门开度，当管线压力值上升时，电动调节阀3的阀门开度增大，当管线压力值下降时，电动调节阀3的阀门开度减小；

所述气体流量控制法为数据采集控制单元2根据气体流量值的变化趋势进行控制电动调节阀3的阀门开度，当气体流量值变大时，电动调节阀3的阀门开度减小，当气体流量值减小时，电动调节阀3的阀门开度增大；

所述温度控制法为数据采集控制单元2根据环境温度值的变化趋势进行控制电动调节阀3的阀门开度；当环境温度值上升时，电动调节阀3的阀门开度减小，当环境温度值下降时，电动调节阀3的阀门开度增大；

其中优先级运行所述安全阈值法进行调控，第二级运行所述压力控制法、气体流量控制法或温度控制法进行调控。

进一步，当运行安全阈值法进行调控时，首先设定每个天然气井6对应的注醇管线的管线压力值的上限值，该上限值为管线压力值的安全阈值。安全阈值由远程控制监控平台下发，安全阈值法优先级别最高。

当数据采集控制单元2监测到相应天然气井6的注醇管线的管线压力值超过安全阈值时，数据采集控制单元2控制该注醇管线上电动调节阀3的阀门开度调控到最大；

当数据采集控制单元2监测到的管线压力值在安全阈值以下时，所述数据采集控制单元2运行压力控制法、气体流量控制法或温度控制法来控制所述电动调节阀3的阀门开度。

进一步，当运行压力控制法进行调控时，数据采集控制单元2实时获取每个天然气井6对应的注醇管线的管线压力值后，对管线压力值先进行算法平均滤波后再进行储存和判断，以算法平均滤波后的管线压力值为监测值。

当管线压力值逐渐呈上升趋势时，数据采集控制单元2开始以3%比例的步进值控制电动调节阀3的阀门开度增大，使注醇量增加以防止注醇管线冻堵；

当管线压力值稳定不变时，数据采集控制单元2控制电动调节阀3的阀门开度保持不变，使注醇量保持稳定不变；

当管线压力值逐渐呈下降趋势时，数据采集控制单元2以3%比例的步进值控制电动调节阀3的阀门开度减小，节约注醇量。

其中管线压力值的上升、下降幅度，以及触发开启电动调节阀3的安全阈值由远程控制监控平台下发，数据采集控制单元2会不断学习优化，自动刷新判断安全阈值。

进一步，当运行气体流量控制法进行调控时，数据采集控制单元2实时获取每个天然气井6对应的集气管线上气体流量计5测得的气体流量值，并对气体流量值的数据进行分析判断：

当气体流量值变大，且管线压力值逐渐下降时，数据采集控制单元2以10%的步进量步进控制电动调节阀3的阀门开度减小，使注醇量减少；

当气体流量值减小，且管线压力值逐渐上升时，数据采集控制单元2以10%的步进量步进控制电动调节阀3的阀门开度增大，使注醇量增大；

当气体流量值稳定不变，且管线压力值也保持稳定不变时，数据采集控制单元2控制电动调节阀3保持当前的阀门开度不变。

进一步，当运行温度控制法进行调控时，数据采集控制单元2实时获取每个天然气井6对应的集气管线上气体流量计5测得的环境温度值，并对环境温度值先进行算法平均滤波后再进行储存和判断，以算法平均滤波后的环境温度值为监测值。

当环境温度值上升3℃时，数据采集控制单元2判断当前管线压力值的变化，当管线压力值保持稳定时，数据采集控制单元2以10%的步进量控制电动调节阀3的阀门开度减小，使注醇量减少；

当环境温度值下降3℃时，且管线压力值上升时，数据采集控制单元2以10%的步进量控制电动调节阀3的阀门开度增大，使注醇量增大；

当环境温度值稳定不变，且管线压力值也保持稳定不变时，数据采集控制单元2控制电动调节阀3保持当前的阀门开度不变。