一种煤层气井开采远程控制系统及方法与流程

本发明涉及煤层气井开采，具体而言，涉及一种煤层气井开采远程控制系统及方法。

背景技术：

1、随着能源需求的不断增长和对可再生能源的需求增加，煤层气作为一种清洁、可再生的能源资源备受关注。然而，煤层气开采面临着地质条件复杂、操作环境恶劣等挑战，且传统的煤层气开采作业通常依赖于现场操作人员进行监控控制，人力成本高、安全隐患大，因此需要高效精准的远程控制监测系统来确保安全开采作业。

2、现有技术中，也有一些涉及到煤层气井开采远程控制的解决方案，例如中国专利号为2019205001282的一种煤层气丛式井同心管射流泵全自动控制装置，其通过在煤层气井内安装同心管射流泵，同心管射流泵与柱塞泵的连接管道上安装有高压自动调节阀、检测仪表，同心管射流泵、柱塞泵分别连接有射流泵变频器、柱塞泵变频器，实现煤层气开采远程监测和远程控制。

3、上述方案虽然提出了煤层气井开采远程控制的解决方法，但是现有煤层气井开采远程控制技术还存在以下几种局限性表现，具体为：1、现有技术侧重于高压流量计和浓度检测仪监测进行煤层气开采状态评估，无法全面客观且准确了解煤层气井开采的实际稳定性能和实际安全性能，导致煤层气井开采的调控依据不具有科学性和可靠性。

4、2、现有技术侧重于以档位形式调节抽采设备的工作频率，控制煤层气开采过程中整体的抽采量和抽采压力，实现煤层气开采的自动调控措施，调控方式缺乏灵活性和精准性，首先无法根据具体的开采需求和地质条件进行精细调节，其次采用档位形式调节的方式可能导致调控参数的变化幅度过大或过小，无法达到对煤层气开采过程的精准控制。此外，由于单一调控参数和整体调控范围的限制，现有技术往往无法充分考虑到煤层气井的开采稳定调控和开采安全调控，使得调控效果不够理想。

5、3.现有技术缺乏煤层气井抽采设备调控处理后的效果及时反馈，无法判断煤层气开采状态是否得到了有效改善，增加对开采过程进行精确调控的难度，且无法对可能出现的问题进行预警和干预，增加安全事故的风险。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的缺点，本发明实施例提供了一种煤层气井开采远程控制系统及方法，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种煤层气井开采远程控制系统，该系统包括：数据监测模块，用于在目标煤层气井开采过程中实时监测目标煤层气井的环境参数。

3、设备调控需求判断模块，用于根据当前目标煤层气井的环境参数，判断当前目标煤层气井内抽采设备是否存在调控需求，若判断存在，则执行设备调控处理模块。

4、设备调控处理模块，用于分析当前目标煤层气井内抽采设备抽采速度和阀门开度的调控参数，对目标煤层气井内抽采设备进行调控处理。

5、设备调控效果评价模块，用于提取抽采设备调控处理设定时段后目标煤层气井的环境参数，判断目标煤层气井抽采设备的调控处理是否有效，若判断无效，则执行开采中断报警模块，若判断有效，则执行开采持续反馈模式。

6、开采中断报警模块，用于对目标煤层气井进行开采中断报警。

7、开采持续反馈模块，用于对目标煤层气井进行开采持续反馈。

8、云数据库，用于存储目标煤层气井开采规划的井筒开采流量合理维持区间和井筒压力差安全维持区间，存储煤层气井开采稳定系数、开采安全系数的预设合理阈值，存储单位抽采速度对应井筒开采流量、井筒压力差的理论提升值，存储单位阀门开度对应井筒压力的有效调整值。

9、所述环境参数包括井筒环境参数和地质环境参数。

10、其中，井筒环境参数包括监测时间段内各监测时间点井筒的井口压力值、井底压力值和开采流量值。

11、地质环境参数包括监测时间段内各监测时间点地下水位与井筒井底的高度差、监测时间段内各监测时间点井筒壁各布设点的垂直应力值。

12、所述判断当前目标煤层气井内抽采设备是否存在调控需求，包括：根据当前目标煤层气井的井筒环境参数，分析当前目标煤层气井的开采稳定系数。

13、根据当前目标煤层气井的地质环境参数，分析当前目标煤层气井的开采安全系数。

14、提取云数据库存储的煤层气井开采稳定系数、开采安全系数的预设合理阈值，分别记为，若当前目标煤层气井满足条件，则判断当前目标煤层气井内抽采设备不存在调控需求，反之判断存在。

15、优选的，所述分析当前目标煤层气井的开采稳定系数，包括：提取当前目标煤层气井的井筒环境参数中监测时间段内各监测时间点井筒的井口压力值和井底压力值，将井筒的井底压力值与井口压力值的差值作为井筒压力差，获取当前目标煤层气井监测时间段内各监测时间点的井筒压力差，为监测时间段内各监测时间点的编号，。

16、根据云数据库存储的目标煤层气井开采规划的井筒压力差安全维持区间，获取目标煤层气井开采规划的参照井筒压力差。

17、计算当前目标煤层气井的井筒压力稳定指数，，其中为预设的煤层气井井筒压力差合理波动阈值，为监测时间段内监测时间点数量，为自然常数，为当前目标煤层气井监测时间段内第个监测时间点的井筒压力差。

18、根据云数据库存储的目标煤层气井开采规划的井筒开采流量合理维持区间，获取目标煤层气井开采规划的参照井筒开采流量值，结合当前目标煤层气井的井筒环境参数中监测时间段内各监测时间点井筒的开采流量值，计算当前目标煤层气井的井筒流量稳定指数。

19、进而由公式得到当前目标煤层气井的开采稳定系数，其中分别为预设的井筒压力稳定指数、井筒流量稳定指数对应权重占比。

20、优选的，所述分析当前目标煤层气井的开采安全系数，包括：提取当前目标煤层气井的地质环境参数中监测时间段内各监测时间点地下水位与井筒井底的高度差，计算当前目标煤层气井的地下水溢风险指数，，为预设的煤层气井井筒井底与地下水位的安全高度差阈值，为当前目标煤层气井监测时间段内第个监测时间点地下水位与井筒井底的高度差。

21、提取当前目标煤层气井的地质环境参数中监测时间段内各监测时间点井筒壁各布设点的垂直应力值，为井筒壁各布设点的编号，，计算当前目标煤层气井监测时间段内各监测时间点井筒壁垂直应力分布均匀下降率以及当前目标煤层气井监测时间段内井筒壁各布设点的垂直应力增长率。

22、由公式得到当前目标煤层气井的地质塌陷风险指数，为井筒壁布设点数量。

23、进而计算当前目标煤层气井的开采安全系数，。

24、优选的，所述分析当前目标煤层气井内抽采设备抽采速度的调控参数，包括：当时，表示当前目标煤层气井内抽采设备抽采速度存在调控需求，提取当前目标煤层气井监测时间段内各监测时间点的开采流量值和井筒压力差，计算当前目标煤层气井监测时间段内的平均开采流量值，并以时间为横轴以井筒压力差为纵轴，绘制当前目标煤层气井监测时间段内的井筒压力变化折线并获取其斜率值。

25、提取目标煤层气井开采规划的井筒开采流量合理维持区间的下限值和上限值。

26、由公式得到当前目标煤层气井内抽采设备抽采速度的调控参数，其中为井筒开采流量修正因子，分为云数据库存储的单位抽采速度对应井筒开采流量、井筒压力差的理论提升值，为井筒压力差修正因子。

27、优选的，所述井筒开采流量修正因子和井筒压力差修正因子的获取方法为：获取当前目标煤层气井抽采设备的抽采速度，分别由公式、得到井筒开采流量修正因子、井筒压力差修正因子。

28、优选的，所述分析当前目标煤层气井内抽采设备阀门开度的调控参数，包括：当时，表示当前目标煤层气井内抽采设备阀门开度存在调控需求，根据当前目标煤层气井的地质环境参数，由公式得到当前目标煤层气井的地层压力值，其中为预设的重力加速度，为预设的水密度。

29、提取当前目标煤层气井监测时间段内各监测时间点井筒的井底压力值，计算当前目标煤层气井的平均井底压力值。

30、结合云数据库存储的单位阀门开度针对井筒压力的有效调整值，计算当前目标煤层气井内抽采设备阀门开度的调控参数，。

31、优选的，所述判断目标煤层气井抽采设备的调控处理是否有效，包括：根据抽采设备调控处理设定时段后目标煤层气井的环境参数，计算目标煤层气井设定时段后的开采稳定系数和开采安全系数，由公式得到目标煤层气井抽采设备的调控效果评价系数，若其大于或等于预设调控效果评价系数合理阈值，则判断目标煤层气井抽采设备的调控处理有效，反之判断无效。

32、本发明第二方面提供了一种煤层气井开采远程控制方法，包括：

33、s1.数据监测：在目标煤层气井开采过程中实时监测目标煤层气井的环境参数。

34、s2.设备调控需求判断：根据当前目标煤层气井的环境参数，判断当前目标煤层气井内抽采设备是否存在调控需求，若判断存在，则执行s3。

35、s3.设备调控处理：分析当前目标煤层气井内抽采设备抽采速度和阀门开度的调控参数，对目标煤层气井内抽采设备进行调控处理。

36、s4.设备调控效果评价：提取抽采设备调控处理设定时段后目标煤层气井的环境参数，判断目标煤层气井抽采设备的调控处理是否有效，若判断无效，则执行s5，若判断有效，则执行s6。

37、s5.开采中断报警：对目标煤层气井进行开采中断报警。

38、s6.开采持续反馈：对目标煤层气井进行开采持续反馈。

39、相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：（1）本发明通过分析当前目标煤层气井的开采稳定系数和开采安全系数，从井筒压力、开采流量、地质塌陷风险和地下水溢风险多维度判断当前目标煤层气井内抽采设备是否存在调控需求，全面客观且准确了解煤层气井开采的实际稳定性能和实际安全性能，为煤层气井抽采是否需要调控提供科学依据。

40、（2）本发明以开采流量值为第一调控指标，以井筒压力差变化趋势为第二调控指标，分析当前目标煤层气井内抽采设备抽采速度的调控参数，精确数值化反馈调控方向和调控数值，帮助快速稳定煤层气井井筒开采流量和井筒压力差，从而提升了开采效率和生产稳定性。

41、（3）本发明通过计算当前目标煤层气井的地层压力值和平均井底压力值，计算当前目标煤层气井内抽采设备阀门开度的调控参数，以实现目标煤层气井内部压力与地层压力的快速平衡，避免煤层气井开采安全威胁进一步加剧，进而确保了开采作业的安全性。

42、（4）本发明通过提取抽采设备调控处理设定时段后目标煤层气井的环境参数，判断目标煤层气井抽采设备的调控处理是否有效，以此进行开采中断报警处理或者开采持续反馈处理，减轻对开采过程进行精确调控的难度，从而对可能出现的问题进行提前的预警和干预，进而优化煤层气井的管理。