CN110878689A - 一种井用柱塞气举装置的气液计量方法及*** - Google Patents

一种井用柱塞气举装置的气液计量方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明属于天然气设备技术领域，涉及井用柱塞气举装置的气液计量方法及***。柱塞在套压的压力下托举液柱缓慢上升，通过柱塞到达传感器采集油压并通过计算来判断液柱是否达到：当液柱到达时，柱塞到达传感器发送计量液体指令到ACF两相流流量计开始积液计量；当液柱***完后，即柱塞到达顶部，柱塞到达传感器检测到柱塞到达，再发送计量气体指令到ACF两相流流量计恢复积气计量。这种气液计量方法，利用液体段塞到达井口的判断方法和使用ACF两相流流量计来实现对产气单井的气、液量进行有效计量，具有精确度高、结构简单、维护方便、功能强大等特点。基于这种计量方法的***，采用模块化构思，一体化结构设计，具有维护、调试便捷等特点。

Description

一种井用柱塞气举装置的气液计量方法及***
技术领域
本发明属于天然气设备技术领域，涉及天然气井口装置，具体涉及一种井用柱塞气举装置的气液计量方法及***。
背景技术
随着气田的开发，管理单井逐年攀升，产水气井日益增多，产水量逐渐增大，气井单井产量低，携液能力较差，造成井底积液，给气井生产造成不利影响，排水采气工作日益突出。
在现有技术中，大多数通过安装柱塞气举排水采气***来解决这一问题，柱塞气举***的能量主要来源于储存在套压管内的高压气体；通过柱塞机械面托举液柱排水采气，井底积液可以有效排除，但目前技术对于柱塞托举的液柱部分无计量或者还是按照气体进行计量的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种井用柱塞气举装置的气液计量方法及***，能够实现对产气单井的气、液量进行有效地计量，具有精确度高、结构简单、维护方便、功能强大等特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种井用柱塞气举装置的气液计量方法，具体执行如下循环：
S1、柱塞控制器根据设定的生产制度或者柱塞到达传感器采集的油压数据信息控制气井的开井；
S2、判断液柱是否到达井口；
S3、当液柱到达井口时，柱塞到达传感器发送积液指令到ACF两相流流量计，ACF两相流流量计停止积气计量，开始积液计量；
S4、当柱塞到达传感器检测到柱塞到达井口时，柱塞到达传感器发送指令到ACF两相流流量计，ACF两相流流量计恢复积气计量，停止积液计量；
S5、柱塞控制器根据设定的生产制度或者到达传感器采集到的油压数据信息关井，返回步骤S1进行下一轮气液计量。
进一步地，所述步骤S2、判断液柱是否到达井口，具体包括如下步骤：
S2.1、通过柱塞到达传感器采集的油压数据信息计算标准偏差值S，并确定标准偏差阈值A；
S2.2、计算样本油压平均值、油压比较值B，所述油压比较值B等于实时采集的油压值减去样本油压平均值；
S2.3、当标准偏差值S大于标准偏差阈值A且油压比较值B大于零时，则判断液柱到达井口。
进一步地，所述步骤S2.1中标准偏差值S的计算公式如下：
Figure BDA0002283341920000021
式⑴中，
Figure BDA0002283341920000022
为样本X1，X2，X3，……，Xn油压平均值。
进一步地，所述步骤S3中ACF两相流流量计进行积液计量的计算公式如下：
Figure BDA0002283341920000031
式⑵中，Qm为液体质量流量，C为流出系数，ε为膨胀系数，β为节流装置的直径比d/D，α为节流装置的开孔直径，D为管道直径M，△P为差压，ρ1为液体密度。
进一步地，所述步骤S4中ACF两相流流量计进行积气计量的计算公式如下：
Figure BDA0002283341920000032
式⑶中，Qv为气体体积流量，C为流出系数，ε为膨胀系数，β为节流装置的直径比d/D，α为节流装置的开孔直径，D为管道直径M，△P为差压，ρ2为气体密度。
另一方面，本发明还提供了一种基于上述井用柱塞气举装置的气液计量方法的***，包括：
柱塞控制器，用于根据生产制度或者柱塞到达传感器采集的油压数据信息控制气井的开关；柱塞到达传感器，用于实时采集油压的数据信息；ACF两相流流量计，用于积液和积气的计量；
所述柱塞控制器包括柱塞控制表头，所述柱塞控制表头包括表头第一接口、表头第二接口、表头第三接口、表头第四接口；所述表头第一接口为预留接口，用于安装堵头；所述表头第二接口与柱塞远传装置连接；所述表头第三接口与控制开关井阀门连接；所述表头第四接口与柱塞到达传感器的传感第二接口连接，所述传感第二接口与ACF两相流流量计的流量接口连接，所述流量接口还与柱塞到达传感器的传感第二接口连接；所述柱塞到达传感器的传感第一接口用于实时测量油压压力。
进一步地，所述柱塞控制器安装于气田井口套压端的取压法兰上。
进一步地，所述柱塞到达传感器安装于采气树的上端。
进一步地，所述ACF两相流流量计安装于截断阀和外输闸阀之间，用于积液和积气的计量。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：柱塞在套压的压力下托举液柱缓慢上升，通过柱塞到达传感器实时采集油压并通过相关数据的计算来判断液柱是否达到：当判断液柱到达时，柱塞到达传感器发送计量液体指令到ACF两相流流量计开始积液计量；当液柱***完后，即柱塞到达顶部，柱塞到达传感器检测到柱塞到达，然后发送计量气体指令到ACF两相流流量计恢复积气计量。这种井用柱塞气举装置的气液计量方法，利用液体段塞到达井口的判断方法和使用ACF两相流流量计来实现对产气单井的气、液量进行有效地计量，具有精确度高、结构简单、维护方便、功能强大等特点。
此外，通过判断液柱是否到达井口实现对产气单井的气、液量进行有效地计量，具体的判断方法为：利用标准偏差来分析油压数据分布的分散程度，当数据分布越大时，计算的标准偏差值越大，当开井后，油压的数值变化比较大，则计算此时的标准偏差值也就越大，从而确定一个合理的标准偏差阈值A；当标准偏差值S大于标准偏差阈值A，且实时采集的油压值大于样本油压平均值时，判断液柱到达井口。
附图说明
图1为本发明柱塞控制器的结构示意图；
图2为本发明柱塞到达传感器的结构示意图；
图3为本发明ACF两相流流量计的结构示意图；
图4为本发明井用柱塞气举装置的气液计量***的结构示意图；
图5为本发明开井口油压和套压的变化曲线图；
图6为本发明判断柱塞托举液柱到达井口的数据曲线图；
图7为本发明ACF气液两相流流量计在不同指令下对气、液的计量曲线图。
其中：1为柱塞控制器；2为柱塞到达传感器；3为ACF两相流流量计；101为表头第一接口；102为表头第二接口；103为表头第三接口；104为表头第四接口；201为传感第一接口；202为传感第二接口；301为流量接口。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置、方法的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
本发明提供了一种井用柱塞气举装置的气液计量方法，具体执行如下循环：
S1、柱塞控制器1根据设定的生产制度或者柱塞到达传感器2采集的油压数据信息控制气井的开井；
S2、判断液柱是否到达井口；
S3、当液柱到达井口时，柱塞到达传感器2发送计量液体指令到ACF两相流流量计3，ACF两相流流量计3停止积气计量，开始积液计量；
S4、当柱塞到达传感器2检测到柱塞到达井口时，柱塞到达传感器2发送计量气体指令到ACF两相流流量计3，ACF两相流流量计3恢复积气计量，停止积液计量；
S5、柱塞控制器1根据设定的生产制度或者柱塞到达传感器2采集到的油压数据信息关井，返回步骤S1进行下一轮气液计量。
进一步，步骤S2、判断液柱是否到达井口，具体包括如下步骤：
S2.1、通过柱塞到达传感器2采集的油压数据信息计算标准偏差值S，并确定标准偏差阈值A；
S2.2、计算样本油压平均值、油压比较值B，所述油压比较值B等于实时采集的油压值减去样本油压平均值；
S2.3、当标准偏差值S大于标准偏差阈值A且油压比较值B大于零时，则判断液柱到达井口。
进一步，步骤S2.1中标准偏差值S的计算公式如下：
Figure BDA0002283341920000061
式⑴中，
Figure BDA0002283341920000062
为样本X1，X2，X3，……，Xn油压平均值。
进一步，步骤S3中ACF两相流流量计3进行积液计量的计算公式如下：
Figure BDA0002283341920000071
式⑵中，Qm为液体质量流量，单位为Kg/s，C为流出系数，ε为膨胀系数，β为节流装置的直径比d/D，α为节流装置的开孔直径，D为管道直径M，△P为差压，ρ1为液体密度。
进一步，步骤S4中ACF两相流流量计3进行积气计量的计算公式如下：
Figure BDA0002283341920000072
式⑶中，Qv为气体体积流量，单位为m3/s，C为流出系数，ε为膨胀系数，β为节流装置的直径比d/D，α为节流装置的开孔直径，D为管道直径M，△P为差压，ρ2为气体密度。
此外，本发明还提供了一种应用井用柱塞气举装置的气液计量方法的***，参见图1-4所示，具体包括：
柱塞控制器1，用于根据生产制度或者柱塞到达传感器2采集的油压数据信息控制气井的开关；柱塞到达传感器2，用于实时采集油压的数据信息；ACF两相流流量计3，用于积液和积气的计量；
柱塞控制器1包括柱塞控制表头，柱塞控制表头包括表头第一接口101、表头第二接口102、表头第三接口103、表头第四接口104；表头第一接口101为预留接口，用于安装堵头；表头第二接口102与柱塞远传装置连接；表头第三接口103与控制开关井阀门连接；表头第四接口104与柱塞到达传感器2的传感第二接口202连接，进行数据通信，传感第二接口202与ACF两相流流量计3的流量接口301连接，进行数据通信，流量接口301还与柱塞到达传感器2的传感第二接口202连接，用于数据通信；柱塞到达传感器2的传感第一接口201用于实时测量油压的压力。
进一步，柱塞控制器1安装于气田井口套压端的取压法兰上。
进一步，柱塞到达传感器2安装于采气树的上端。
进一步，ACF两相流流量计3安装于截断阀和外输闸阀之间。
综上，本发明提供的这种井用柱塞气举装置的气液计量方法及***，该方法的工作原理如下：柱塞在套压的压力下托举液柱缓慢上升，柱塞到达传感器2实时采集油压并进行相关数据计算来判断液柱是否达到，当判断液柱到达时，柱塞到达传感器2发送计量液体指令到ACF两相流流量计3开始积液计量；当液柱***完后，即柱塞到达顶部，柱塞到达传感器2检测到柱塞到达，然后发送计量气体指令到ACF两相流流量计3恢复积气计量，具体过程如下：
参见图5所示，当柱塞井开井后，油套压力随之下降，上方曲线为套压变化曲线，下方曲线为油压变化曲线。在一段时间后，油压下降缓慢趋于平稳，此时柱塞正处于上升阶段，当柱塞托举液柱上升到达井口时，由于防喷管以及控制阀门的节流作用，油压会有所增加，油压持续增加直到柱塞到达井口，此时柱塞托举液柱完全排出。
参见图6所示，柱塞气举装置连续采集油压，对采集数据(称为样本)进行标准偏差分析，油压变化越大，标准偏差值S越大，上方曲线为标准偏差值S的变化曲线，下方曲线为油压比较值B的变化曲线。当液柱到达顶部时，油压增加便会引起标准偏差增大，合理设置标准偏差阈值A，便可判断出液柱到达时刻。
在开井初期，油压呈现较大下降趋势，所引起的标准偏差也较大，再引入实时采集油压值与样本油压平均值作差的方式，当监测到标准偏差值S大于标准偏差阈值A时，且实时采集油压值大于样本油压平均值即油压比较值B大于零时，可判断是液柱到达时刻。通过采用标准偏差S与油压比较值B双重判断，可以有效避免因为压力传感器本身精度与稳定性问题所带来的噪声影响。
参见图7所示，使用本发明提供的柱塞气举装置的气液自动计量***，利用流体经过节流件产生差压的测量原理，内部集成气液两相测量算法模型。当柱塞托举液柱到达时，柱塞到达传感器2向ACF两相流流量计3发出指令，指示其开始计量液相流量，当柱塞到达顶部，即液柱已经完全被排除，柱塞到达传感器2向ACF两相流流量计3发出恢复计量气相流量的指令，从而实现对产气单井的气、液量进行有效地计量，具有精确度高、结构简单、维护方便、功能强大等特点。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种井用柱塞气举装置的气液计量方法，其特征在于，具体包括执行如下循环：
S1、柱塞控制器(1)根据设定的生产制度或者柱塞到达传感器(2)采集的油压数据信息控制气井的开井；
S2、判断液柱是否到达井口；
S3、当液柱到达井口时，柱塞到达传感器(2)发送计量液体指令到ACF两相流流量计(3)，ACF两相流流量计(3)停止积气计量，开始积液计量；
S4、当柱塞到达传感器(2)检测到柱塞到达井口时，柱塞到达传感器(2)发送计量气体指令到ACF两相流流量计(3)，ACF两相流流量计(3)恢复积气计量，停止积液计量；
S5、柱塞控制器(1)根据设定的生产制度或者柱塞到达传感器(2)采集到的油压数据信息关井，返回步骤S1进行下一轮气液计量。
2.根据权利要求1所述的井用柱塞气举***的气液计量方法，其特征在于，所述步骤S2、判断液柱是否到达井口，具体包括如下步骤：
S2.1、通过柱塞到达传感器(2)采集的油压数据信息计算标准偏差值S，并确定标准偏差阈值A；
S2.2、计算样本油压平均值、油压比较值B，所述油压比较值B等于实时采集的油压值减去样本油压平均值；
S2.3、当标准偏差值S大于标准偏差阈值A且油压比较值B大于零时，则判断液柱到达井口。
3.根据权利要求2所述的井用柱塞气举***的气液计量方法，其特征在于，所述步骤S2.1中标准偏差值S的计算公式如下：
Figure FDA0002283341910000021
式⑴中，
Figure FDA0002283341910000022
为样本X1，X2，X3，……，Xn油压平均值。
4.根据权利要求1所述的井用柱塞气举***的气液计量方法，其特征在于，所述步骤S3中ACF两相流流量计(3)进行积液计量的计算公式如下：
Figure FDA0002283341910000023
式⑵中，Qm为液体质量流量，C为流出系数，ε为膨胀系数，β为节流装置的直径比d/D，α为节流装置的开孔直径，D为管道直径M，△P为差压，ρ1为液体密度。
5.根据权利要求1所述的井用柱塞气举***的气液计量方法，其特征在于，所述步骤S4中ACF两相流流量计(3)进行积气计量的计算公式如下：
Figure FDA0002283341910000024
式⑶中，Qv为气体体积流量，C为流出系数，ε为膨胀系数，β为节流装置的直径比d/D，α为节流装置的开孔直径，D为管道直径M，△P为差压，ρ2为气体密度。
6.一种应用权利要求1-5任一项所述的井用柱塞气举装置的气液计量方法的***，其特征在于，包括：
柱塞控制器(1)，用于根据生产制度或者柱塞到达传感器(2)采集的油压数据信息控制气井的开关；柱塞到达传感器(2)，用于实时采集油压的数据信息；ACF两相流流量计(3)，用于积液和积气的计量；
所述柱塞控制器(1)包括柱塞控制表头，所述柱塞控制表头包括表头第一接口(101)、表头第二接口(102)、表头第三接口(103)、表头第四接口(104)；所述表头第一接口(101)为预留接口，用于安装堵头；所述表头第二接口(102)与柱塞远传装置连接；所述表头第三接口(103)与控制开关井阀门连接；所述表头第四接口(104)与柱塞到达传感器(2)的传感第二接口(202)连接，所述传感第二接口(202)与ACF两相流流量计(3)的流量接口(301)连接，所述流量接口(301)还与柱塞到达传感器(2)的传感第二接口(202)连接；所述柱塞到达传感器(2)的传感第一接口(201)用于实时测量油压压力。
7.根据权利要求6所述的井用柱塞气举装置的气液计量***，其特征在于，所述柱塞控制器(1)安装于气田井口套压端的取压法兰上。
8.根据权利要求6所述的井用柱塞气举装置的气液计量***，其特征在于，所述柱塞到达传感器(2)安装于采气树的上端。
9.根据权利要求6所述的井用柱塞气举装置的气液计量***，其特征在于，所述ACF两相流流量计(3)安装于截断阀和外输闸阀之间。
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