刘金超，王 璐，豆彬龙，庞磊磊，柴崇军

（西安海智机电设备有限公司，陕西西安 710018）

0 引言

随着苏里格气田气井数量的逐年攀升，气井的日常开、关井作业量逐年增多，特别是间歇式产气井的增加，开、关井工作量明显增大，同时集气站、天然气处理厂的停产检修，也会导致大批量的气井同时需要关井和开井操作。采用传统的派工作人员上井手动操作调节针阀，来实现开、关井的作业方式，显得尤为费事，既耗费人力、物力，又耗费时间，不符合目前气田数字化建设的需要，不便于井场后期远程调产和无人值守的数字化建设需求。

因此，需要一种可以实现远程高压模拟人工开关井的设备，以减少时间、人员和物力的投入，方便气田的数字化生产作业管理。

1 整体结构设计

智能调节型针阀系统主要由智能井口管理单元、电动执行机构、可调节式针阀、太阳能供电系统组成。通过智能井口管理单元将采集上来的油压、套压、流量、截断阀开关状态等相关数据进行分析判断，模拟人工开、关井的操作流程，实现远程智能高压开、关井的功能。控制器上预留与电台通信的接口，将井口数据和阀位信息上传到上位机平台。

2 主要功能特点及技术参数

2.1 主要功能特点

（1）开井流程：当智能井口管理单元接收到由上位机发来的开井命令时，电动执行器执行开阀命令，同时判断井口外输管线压力，当外输压力达到设定范围后，则阀门暂停，随后根据下游压力值，逐渐调节阀门开度，实现井口模拟人工开井过程。

（2）关井流程：当智能井口管理单元接收到由上位机发来的关井命令时，电动执行器执行关阀命令，关闭调节阀，直到调节阀完全关到位为止，实现井口的模拟人工关井过程。

（3）智能判断关井流程：当智能井口管理单元判断到井口管线压力超出范围后，则自动发起紧急关井命令，同步发送关井命令给电动执行控制器，实现井口自动紧急关井过程。

（4）电动控制方式和机械控制方式：有就地按键控制及远程通信控制等多种控制方式，保证阀体操作的灵活性，在掉电或紧急情况下也可以通过机械手轮操作来实现对节流阀的开、关以及开度的调节。

（5）两种阀位状态显示，设备除了电子阀位显示外，还设计有机械阀位指示功能，保证在掉电或紧急情况下可以通过机械指针准确判断节流阀的开、关位置。

2.2 智能控制特点

通过预留的远传RS-485 通信接口，实现标准MODBUSRTU 通信协议，其智能控制主要是通过“通信ID”“设定压力”“上限压力”以及“下限压力”等参数对阀门进行自动控制。

在开井过程中，根据阀后压力自动PID 调节阀门开度，实现平稳缓慢开井的过程，当阀门实现全开或全关之后则退出PID调节作用。同时设备的高/低压保护机制一直生效（图1、图2）。

图1 定压实现控制逻辑

图2 高/低压保护逻辑

2.3 技术参数

智能调节型针阀系统的主要技术参数见表1。

表1 主要技术参数

3 室内功能测试及现场应用

3.1 室内功能测试

（1）实现“自动判断”“高压”平稳开、关井功能。

（2）具有电气控制和手动机械操控两种方式。

（3）机械、电气双阀位状态显示功能。

（4）自带智能井口控制单元，可独立完成现场各项数据采集与操作。

（5）产品具有故障自检功能。

（6）产品耐高压，阀芯为硬质合金材料，抗腐蚀。

（7）具备防水、防沙功能。

3.2 现场应用

智能调节型针阀既可以现场手动和自动控制，也可以远程人工和自动控制，实现了智能全自动控制（图3）。

图3 远程控制示意

（1）现场测试。根据现场井况设置上下游压力，控制系统根据压力值自动调节阀门开度大小，智能调节型针阀动作灵活可靠视为正常，连续响应3 次视为合格。

（2）远程测试：①通过远控平台输入智能调节型针阀开度百分比，智能调节型针阀作出正确响应视为正常，连续响应3 次视为合格；②远程控制调试前，必须确保数据传输系统已调试完毕。

3.3 高压自动开井测试

首先进行关井，待压力达到一定值后，将智能调节型针阀调试到自动状态，智能调节型针阀会根据上下游压力自动调节阀门开度，在保证下游管线不超压的情况下，随着上游压力的降低阀门开度会逐渐增大，起到节流减压作用，实现自动高压开井功能（图4）。

图4 某井开井曲线

图4 中的曲线为某2 井的一个开井过程，可见该井上游压力最大为5.13 MPa，随着下游压力的上升，上游压力逐渐下降，阀门的开度也随之增大，整个开阀过程用时约4 min，平稳过渡，效果理想（图5）。

图5 安装现场

4 结论

智能调节型针阀主要用于解决“井下节流、中低压集输”工艺气田高压气井的远程开、关井作业及低渗气田高压间歇气井的生产管理等技术难题，着力提升气田的管理水平和管理效率。

智能调节型针阀通过采集上、下游压力值来控制阀门开度，在确保下游管线安全压力值内调节阀门开度大小，解决远程或现场自动高压开关井问题，也适用于间歇式产气井的自动化生产管理。另外集成有智能井口管理功能，减少了数字化井口数据维护的工作量，降低了井口工作人员手动高压开井的操作风险，从而进一步完善了气田数字化管理应用中阀门的种类，对拓宽新的气田数字化设备，具有一定的应用价值。同时提高天然气井的利用率，节约生产运行成本，经济效益明显。