气动智能间歇控制装置及其应用

2020-06-02乔义明刘世娟吕占芯

装备维修技术 2020年24期

乔义明刘世娟吕占芯

摘要：气井生产后期需转为间歇生产模式，考虑目前井口工况环境，用电受限，采用太阳能板、预埋电瓶供电方式，研发了一种新型气动远程间歇控制装置，采用套压为动力，实现装置的开启关闭、智能调节、远程控制，满足中、高压不同运行压力条件下手动、自动以及时间间歇和压力间歇四种模式的气井开关。介绍了装置的结构原理和使用要求，根据现场应用情况，装置运行操作方便，稳定可靠，能够满足生产管理要求，提高气井自动化管理水平，大幅降低人力、物力。

关键词：间歇生产;控制装置; 智能调节;远程控制

1.概述

随着气田的规模开发，气井产能逐步下降，产量低不能完全满足生产需求，只能通过间歇生产达到携液、复产的目的，研究表明，间歇开采也有助于提高气井采出程度[1，2]，已成为气井生产后期必不可少的稳产、增产措施。

目前现场工况：

1.1人工生产模式

间歇井的生产和高压开井，都需要人工操作，工作量大，且高压开井，温度骤降，极易冻堵，破坏管线和设备，安全风险较高;

同时低产井、积液井数量较多，人工不能对所有井及时开展间歇措施，影响产能。

1.2智能间歇生产模式

采用智能化的间歇生产装置，实现定时、定压模式下的自动间歇生产，节省大量人力、物力，达到稳产、增产的目的。

该装置采用大阳能、电瓶作为供电系统，在天气环境等影响下，供电系统不稳定，在阴雨天、冬季等光照不足的情况下，供电不足，装置不能运行，造成生产延误，影响产能。

而气动智能间歇控制装置采用套压气作为动力源，实现装置的运行，只需提供很小的功率为电控及传输系统供电即可，即使在连续的阴雨天也可以长时间的运行。

2 气动智能间歇控制装置结构原理

2.1结构组成

●GPRS模块、高精度压力传感器、后台软件组成物联网数据采集远传、控制系统;

●气动薄膜阀、控制器、过滤减压机构、太阳能电源、电池等组成自动间开生产系统;

●后台系统，实时优化，提高生产时率。

2.2工作原理

该装置采用气动方式，具有高低压紧急截断保护、开度调节、智能控流调压功能，实现中高压开井及间歇生产。

装置开启时，电磁阀组打开，套压气经过滤器减压后，通过电磁阀组、机械高低压机构，进入气动执行器下腔式，推动薄膜带动阀杆、阀芯缓慢向上运动，并压缩弹簧，阀门开启。

开阀過程中，控制器实时监测下游压力，当下游压力小于设定值下限时，打开电磁阀1，向膜室下腔供气，供气压力上升，阀门开度增大;当下游压力介于设定值下限与设定值上限时，关闭电磁阀1，停止向膜室下腔供气，阀门开度保持;当下游压力大于设定值上限时，关闭电磁阀1，电磁阀2泄压，阀门开度减小，如此往复循环，直到正常开井。

当在开度保持时，下游压力降至设定值下限时，供气压力已经达到设定值上限，表示阀门开度达到最大。

关阀时，电磁阀1关闭，电磁阀2打开排空通道，膜室气体流经控制器，进入电磁阀2排入大气，且在弹簧恢复力的作用下，阀杆带动阀芯向下运动，阀门关闭。

2.3高低压保护功能

●电控超欠压保护

当传感器检测到下游压力达到超欠压保护设定值时，控制器关闭电磁阀1，电磁阀2打开排空通道，膜室气体流经控制器，进入电磁阀2排入大气，且在弹簧恢复力的作用下，阀杆带动阀芯向下运动，阀门关闭。

●机械超欠压保护

当下游压力达到机械超欠压保护设定值时，机械保护机构触发关闭供气通道，打开排空通道，使得阀门关闭。

3. 智能间歇生产模式

该装置的远程智能开关，能够和井口采集系统相匹配，实现远程控制、智能化生产。

试验井普遍采用井下节流、中低压集输工艺【3】，在开井作业时，必须迅速降低井口的油压，且确保地面集输管道系统运行压力不超过管道设计运行压力。在气田中低压集输工艺技术条件下，远程智能自动开关井的实施，必须要符合人工现场开关井的步骤，才可以确保远程开关井过程装置平稳运行和安全可靠。需通过实时监测井口油压、智能间歇控制装置后的地面管线系统压力、以及井口流量大小，及时把采集到的井口运行参数传送至智能控制系统，系统根据反馈的信息，来控制气动执行器的进气、排气，对阀门开度大小进行实时的调节，从而确保在开井过程中地面管线系统不超压，真正实现中高压气井的远程智能自动开关井作业。

根据现场生产工艺，设置四种模式实现低产气井中高压间歇生产。为手动模式、自动模式、时间间歇模式、压力间歇模式。四种模式满足了不同低产气井智能远程间歇开关井的需要，对于压力恢复较快的低产井，可以选用压力间歇模式进行间歇生产，对于压力恢复较慢的低产井，可以选用时间间歇模式进行间歇生产，同时也可以进行自动模式间歇生产，以及现场手动模式开、关井，满足了低产井、中高压开井的需求。

3.1压力间歇模式

●确保井口所有设备运行正常的条件下，调节到“压力间歇”模式，设置开阀压力、关阀压力，然后关闭阀门;

●控制系统自动检测上下游压力，待上游压力升高到设定的开阀压力值后，阀门执行开阀程序，阀门开启;

●待管线生产压力降低至设定的关阀压值后，阀门自动关闭。

3.2时间间歇模式

●确保井口所有设备运行正常的条件下，调节到“时间间歇”模式，设置开阀时刻、开启时间、间隔时间即可，然后关闭阀门;

●控制系统自动检测，待到达设定值开阀时刻后，阀门执行开阀程序，阀门开启。

●控制系统检测完成开启时间，阀门自动关闭。

●待系统检测到间隔时间后，继续循环开关阀命令。

4.耗电量

●待机功率

测试待机功率为2W。

●电磁阀组功率

电磁阀组功率为8W（瞬时通电）。

该装置总功率为10W，远小于市场同类电控驱动的装置功率（约50W）。

5.现场应用

气动智能间歇控制装置选取在某气田，采用井下节流的中高压低产气井进行试验。

5.1间歇生产模式

●井1：管压为1.3-1.45MPa，油压最高至11.7MPa，介质温度为0-30℃。井口正常稳定运行后，产气量在0-800m3/h（标况）之间变动，每天井的产气量在0 m3/d-5000 m3/d。该井气量小，含水，符合低产气井试验要求。下图为数据曲线图。

●井2：管压为0.9-1.1MPa，油压最高至13.2MPa，介质温度为0-30℃。井口正常稳定运行后，产气量在0-1100m3/h（标况）之间变动，每天井的產气量在0 m3/d-6500 m3/d。该井气量小，含水，符合低产气井试验要求。下图为数据曲线图。

从图3、图4中可以看出，装置刚开启的时候，上游压力较高，压力下降缓慢，下游压力较低，压力增长也较慢。随着试验过程的持续，阀的开度逐渐增大，上游压力下降明显，下游压力也持续上升，当升至某一值时（为设定值，根据管线设计压力、高压保户值来设定），就不在上升，随着上游压力的持续下降，下游压力也从峰值慢慢下降，最后上下游压力持平，调节阀开度开至最大，压力降至管压，达到正常平稳生产。

5.2功率测试

该装置采用套压气驱动，主要为待机、电磁阀组用电，电磁阀采用脉冲式的，开关瞬时通电，耗电量特别小。现场用功率器测试峰值为10.5W。

装置在现场试验时，安装一块容量为20Ah充满电的电瓶，未佩戴太阳能板，装置每天开关2次，持续运行20天。

给装置佩戴一块30W的太阳能板来为电瓶充电，适合连续阴雨天和光照不足的地区连续使用。

6.经济效益

以试验单井操作成本估算，开关间隔为5天，全年60次，人员及车辆费按2万元计算。采用智能化间歇生产后，单井改造费用按5万元计算，两年半可回收成本。还可提高气井产量，也减少频繁上井，经济效益和社会效益显著。

7、结语

气动智能间歇控制装置与其他间歇系统相比，采用套压气为动力，减少用电量，适合在连续阴雨天及光照不足的地方使用。且具有双重高低压保护功能，满足气井工艺生产管理要求，适用于中高压低产气井间歇生产，提高作业效率;实现高压开井，大幅降低操作成本。达到气井后期的稳产、增产，增加经济效益，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]顾岱鸿低渗气田采气工艺理论研究中国地质大学（北京）博士论文，2007

[2]邓雄等.低渗产水气井间歇开采制度研究.石油天然气学报 2010，32（6）

[3]梁平，王天祥. 天然气集输技术[M]. 北京：石油工业出版社，2008