天然气生产井自动调产调压智能控制系统的制作方法
【专利摘要】天然气生产井自动调产调压智能控制系统属于天然气开发生产【技术领域】及自动化控制【技术领域】。该系统是在天然气田开发生产过程中利用计算机、PLC、相关工艺设备和测量仪表等构成的智能控制系统，该系统通过自动化技术与天然气开发生产技术相结合的方法，将智能控制技术应用于天然气井的生产工艺中，对气井产量和井口压力进行自动控制，可根据生产需要随时自动调整控制生产井天然气产量和井口压力，也可为更好地优化天然气田开发速度、实现最佳开采效果提供了技术方法和保障。该技术可广泛应用于国内外不同类型的天然气田生产井的生产控制，同时对高含硫酸气气田生产井具有针对性地智能监控报警功能。
【专利说明】天然气生产井自动调产调压智能控制系统
一、【技术领域】
[0001]天然气生产自动调产调压智能控制系统属于天然气开发生产【技术领域】及工业自动化控制【技术领域】，是自动化技术与天气开发生产技术相结合的系统。
二、【背景技术】
[0002]天然气田生产集输系统包括天然气生产井、天然气加热炉、天然气集输等主要部分，天然气生产井产量和井口压力的控制是天然气生产集输的核心控制部分。目前国内通常采用人工操作控制、远程人工控制、单一流量自动控制方式，即人工或半自动控制方式，天然气流量(气井产量)与压力还未达到同时实现有效的自动控制的技术水平。天然气生产井自动调产调压控制系统突破了传统的人工操作控制和传统单变量PID自动控制的局限，采用先进的智能控制技术，实现了对天然气生产井的自动定产稳压和自动调产调压控制功能，对天然气生产、天然气加热炉运行、天然气稳定集输等方面均具有重要作用。该系统是在天然气田开发生产过程中利用计算机、PLC、相关工艺设备和测量仪表等构成的智能控制系统，该系统通过自动化技术与天然气开发生产技术相结合的方法，将智能控制技术应用于天然气井的生产工艺中，对气井产出天然气流量和井口压力进行自动控制，可根据生产需要随时自动调整控制生产井天然气产量和井口压力，也可为提高天然气田开发生产的自动化水平、更好地优化天然气田开发速度、实现最佳开采效果提供了技术方法和保障。该技术可广泛应用于国内外不同类型的天然气田生产井的生产控制，同时对高含硫酸气气田生产井具有针对性地智能监控报警功能。
三、
【发明内容】
[0003]1、智能控制系统工艺流程
[0004]天然气从生产井按工艺流程经过一级、二级、三级节流阀及加热炉一级、二级加热盘管、孔板流量计向下游输 送。天然气压力大致从Pc^ P1^ P2、P3逐级下降，达到需要的外输压力P3。由于天然气压力降低、体积膨胀，热力学温度从Tc^TpTyT3逐级降低，需要用加热炉对其加热，以满足集输要求。如图1所示，控制工艺流程中采用流量、压力串级调节嵌套式结构，第一个关键参数流量Q的控制由孔板流量计FIT和二级节流阀(流量调节阀)组成闭环控制回路完成，第二个关键参数P2的控制由压力变送器PIT-P2和三级节流阀(压力调节阀)组成闭环控制回路完成。其它参数TyTyPc^PpP3随流量Q和压力P2变化的而变化，只采取检测、范围控制和超限报警方式。
[0005]2、智能控制系统主要硬件构成
[0006]不同天然气井采用均可采用上述同一种工艺流程，但工艺设备仪表材质及规格选型应随天然气杂质组分、气井产能和地层压力相应调整。系统硬件按功能分工艺部分、仪表部分、主机部分、控制线路等几部分。工艺部分由相关工艺管线、天然气加热炉、工艺阀门等组成；仪表部分由4套压力变送器、4套温度变送器、I套流量计、两级电动调节阀、组成；主机部分由PLC控制器、计算机、机柜及主机辅助部分。控制线路包括测量线路、控制线路、通讯线路等。
[0007]3、智能控制系统软件编程
[0008]软件按功能结构分为数据采集模块、数据处理模块、数据存储查询模块、流量压力智能控制模块、天然气加热炉温度控制模块、智能识别诊断和应急处理报警模块、ESD应急关井模块、通讯模块、人机操作对话模块等。软件部分应用先进的智能控制方法进行编程，使系统具有多种卓越的功能和智能化特点，是系统的关键技术。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1工艺流程图
[0010]图2智能控制系统控制原理框图
[0011]图3软件功能结构图
五、【具体实施方式】
[0012]1、工艺部分依据天然气开发生产工艺技术要求进行研究设计、经过现场安装和试验验证其技术方案的科学性和适用性。天然气从生产井按工艺流程经过一级、二级、三级节流阀及加热炉一级、二级加热盘管、孔板流量计向下游输送。天然气压力大致从Po、P1^ p2、P3逐级降低，达到需要 的外输压力P3。由于天然气压力降低、体积膨胀，热力学温度从T。、T1, T2, T3逐级降低，需要用加热炉对其加热，以满足集输要求。
[0013]2、硬件部分结合工艺具体技术参数要求和生产现场实际情况设计选取工艺管线设备、仪表和主机、线路等。工艺设备仪表材质及规格选型与天然气杂质组分、气井产能和井口压力相适应。经过现场安装和试验验证方案的科学性和适用性。
[0014]3、软件编程针对检测参数、控制对象的特点及实际操作控制的需要精心设计开发，发挥PLC、计算机软件编程技术优势开发出多个功能模块:数据采集模块、数据处理模块、数据存储查询模块、流量压力智能控制模块、天然气加热炉温度控制模块、智能识别诊断和应急处理报警模块、ESD应急关井模块、通讯模块、人机操作对话模块等。软件应用软件数字滤波、软件线性化、智能控制、智能识别等多项先进技术，使系统具有很高的准确性、稳定性、安全性。已经过现场安装和试验验证该软件的先进性和适用性。
【权利要求】
1.控制系统名称及功能描述:天然气生产井自动调产调压智能控制系统，同义名称有:天然气生产井自动调产调压智能控制技术，天然气生产井智能控制系统，天然气井智能化生产监控系统，智能化天集气站天然气加热炉控制系统，集气站天然气加热炉二三级节流阀智能控制系统。名称描述中“天然气”包括“酸性天然气(简称酸气)”，“控制系统”同称“监控系统”，“智能控制”包含“自动控制”。
2.控制系统软硬件构成的整体配套组合内容,含整体实物及功能。
3.控制系统硬件配套及组合方式，包括工艺仪表流程内容、主机系统。
4.控制系统软件及其功能。
5.所采用的具体智能控制技术方案和方法。包括二级节流阀开度流量关系线性优化方案，偏差e(t)_控制量u(t)关系优化方案，偏差积分i(t)_控制量u (t)优化方案，流量压力延时控制优化方案，相关故障智能识别报警技术方法。
【文档编号】G05B19/418GK103809528SQ201210441070
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】韩燕君, 李红军, 王和琴, 张分殿, 宁海春 申请人:河南宏天实业有限公司, 濮阳市卓奥石油科技有限公司