CN116291326B - 一种页岩气收集控制系统及页岩气分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气收集控制系统及页岩气分离方法。该页岩气收集控制系统包括：旋流除砂器、三相分离器和先导式浮子排液阀和控制器；旋流除砂器入口与系统物料入口连接；旋流除砂器排气口与三相分离器进气口连接，旋流除砂器的排液口与三相分离器进液口连接；三相分离器排气口与系统气相出口连接，三相分离器排液口与先导浮子排液阀进液口连接；三相分离器具有排砂口和吸砂口；先导浮子排液阀出液口与系统排污口相连；控制器，用于控制排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂。本发明排砂与吸砂交替执行，避免了砂硕沉积在排砂管道内造成排砂堵塞现象发生，且安全性好、减少气体溢出带来的环境污染，自动化高，可降低人力成本耗费，提高生产效率。

Description

一种页岩气收集控制系统及页岩气分离方法

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种页岩气收集控制系统及页岩气分离方法。

背景技术

国内页岩气开采过程经常采用水力压裂的方法。压裂结束后，以井底压力为原动力对所注入携砂压裂液进行放喷。页岩气开采需先经历前期开采测试阶段，再进入稳产开采阶段。而前期测试阶段井口释放流体成分主要为压裂反排液，含气量少，随着放喷过程持续，含气量逐渐增加。放喷过程井口压力波动较大，经常出现断塞流现象，也就是会断续出现压裂反排液。

压裂反排液是一种气、液和砂混合物，在生产过程中，需要将气、液和砂彼此分离。现有开采页岩气用分离器自动化程度不高，仪表查看及阀门操作需要多人驻守现场并高频次直接面对设备进行操作，导致生产效率较低，人力成本耗费较高，另一方面，虽然通过手动操作应用于稳产阶段进行页岩气脱水处理效果还不错，而应用在含砂量高、气液比例变化大、经常出现断塞流的前期开采测试阶段明显不足。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种页岩气收集控制系统及页岩气分离方法。

第一方面，本发明实施例提供一种页岩气收集控制系统，包括：旋流除砂器、三相分离器和先导式浮子排液阀和控制器；

所述旋流除砂器的入口与系统物料入口连接，用于输入压裂反排液；所述旋流除砂器的排气口与所述三相分离器的进气口连接，所述旋流除砂器的排液口与所述三相分离器的进液口连接；

所述三相分离器的排气口与系统气相出口连接，所述三相分离器的排液口与先导浮子排液阀的进液口连接；所述三相分离器具有排砂口和吸砂口；

所述先导浮子排液阀的出液口与系统的排污口相连；

所述控制器，用于控制所述排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂。

所述三相分离器内腔中包含一竖直设置的挡砂板，将所述内腔分隔成沉砂腔和储液腔；

所述排砂口和所述吸砂口分别设置于所述沉砂腔的底部。

所述三相分离器的所述沉砂腔上方还设置有相界面仪；

所述排砂口连接排砂管路，所述排砂管路上设置有第一开关阀；

所述吸砂口连接吸砂管路，所述吸砂管路上设置有第二开关阀；

所述排砂管路和吸砂管路与所述先导浮子排液阀的出液口与系统的排污口之间的管路相连；

所述控制器还用于若所述相界面仪的示值大于预设的阈值，则启动计时；计算当前计时的时间t与预设时间T的比值的整数部分；根据所述整数部分的奇偶性，交替控制第一开关阀和第二开关阀的开启和关闭，以使得排砂和吸砂交替进行。

所述三相分离器的排液口连接第一分支管路和第二分支管路，其中第一分支管路与先导浮子排液阀的进液口连接，所述第二分支管路的出口与所述先导浮子排液阀出液口连接，汇成共同管路后连接系统排污口。

所述第二分支管路中设置有第二调节阀；

所述三相分离器的储液腔中还设置有第二液位变送器；

所述控制器还用于当所述先导式浮子排液阀出现故障或检修停用状态时，控制所述第二调节阀打开以排出三相分离器排液口排出的液体。

所述三相分离器的排气口与系统气相出口的连接管路上设置有第一安全切断阀；

所述第二分支管路的出口和所述先导浮子排液阀出液口连接汇成的所述共同管路上还设置有第二安全切断阀；

所述控制器还用于当所述第二液位变送器检测到所述储液腔中的液体的液位达到液位上限或液位下限时，控制所述第一安全切断阀和第二安全切断阀切断管路，并发出告警信息。

所述系统物料入口与旋流除砂器的入口连接管路上还设置有第一调节阀；所述三相分离器排气口与系统气相出口连接的管路上还设置有孔板流量计；所述先导浮子排液阀的出液口与系统的排污口之间的管路上还设置有液体流量计；

所述控制器还用于计算所述孔板流量计采集的当前排出的气体的流量值与所述液体流量计采集的当前排出的液体的流量值的比值；

若所述比值大于等于预设的比值阈值，且当前排出的气体的流量值大于等于预设的第一流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度；

若所述比值小于预设的比值阈值，且当前排出的液体的流量值大于等于预设的第二流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度。

所述三相分离器的排气口处还设置有捕雾器。

所述三相分离器上还设置有三相分离器均压接口，所述先导式浮子排液阀上还设置有先导式浮子排液阀均压接口；

所述三相分离器均压接口连接先导式浮子排液阀均压接口。

所述系统物料入口与所述旋流除砂器的入口之间的管路上还设置有第一手动球阀；

所述旋流除砂器排气口与三相分离器进气口的连接管路上设置有第二手动球阀；

所述旋流除砂器排液口与三相分离器沉砂腔进液口的连接管路上设置有第七手动球阀；

所述三相分离器的排气口与系统气相出口连接的管路上还设置有第五手动球阀。

所述排砂管路上还设置有第八手动球阀；

所述吸砂管路上还设置有第九手动球阀。

第二方面，本发明实施例提供一种使用如前述页岩气收集控制系统进行页岩气分离的方法。

在所述三相分离器进行气体、液体和砂硕的分离时，控制器控制所述三相分离器的排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂。

通过下述方式控制排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂：

若控制器判断所述相界面仪的示值大于预设的阈值，则启动计时；

计算当前计时的时间t与预设时间T的比值的整数部分；根据所述整数部分的奇偶性，交替控制第一开关阀和第二开关阀的开启和关闭，以使得排砂和吸砂交替进行。

所述页岩气分离的方法还包括：

控制器计算所述孔板流量计采集的当前排出的气体的流量值与所述液体流量计采集的当前排出的液体的流量值的比值；

若所述比值大于等于预设的比值阈值，且当前排出的气体的流量值大于等于预设的第一流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度；

若所述比值小于预设的比值阈值，且当前排出的液体的流量值大于等于预设的第二流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例的页岩气收集控制系统及页岩气分离方法中采用吸砂、排砂交替控制模式，不仅实现自动排砂功能，同时具备疏通堵塞管道功能，在自动排砂的过程中避免了管道堵塞现象发生；

本发明实施例的页岩气收集控制系统能够根据物料气、液比例发生变化时进行自动调节，在保证排气含水率及排液含气量同时满足工艺要求的前提下，实现处理效率最大化，提高设备使用效率；

本发明实施例的页岩气收集控制系统在排液管路设置了第二安全切断阀，避免了由于物料压力及组分比例等因素发生变化导致液位快速下降时，页岩气经排液途径流窜到大气中造成环境污染；保证了生产的安全性、减少损失并避免了环境污染。

本发明实施例的页岩气收集控制系统在排气管路设置了第一安全切断阀，避免了由于物料压力及组分比例等因素发生变化导致液位快速上升时，反排液经排气管路直接进入管网使输出气体含水率提高，造成脱水失效，无法满足工艺要求。

本发明实施例的页岩气收集控制系统分别采用第二调节阀及先导式浮子排液阀两种独立的排液控制方式并互为备用，先导式浮子排液阀发生故障进行检修时智能切换调节阀进行排液控制，无需停产，不影响开采进度；

本发明实施例的页岩气收集控制系统自动化程度较高，实现无人值守，可有效降低人员成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中页岩气收集控制系统的示意图；

图2为本发明实施例中三相分离器的示意图；

图3为本发明实施例中旋流除砂器的示意图；

图4为本发明实施例中先导式浮子排液阀的示意图；

图5为本发明实施例中工作过程的控制流程图。

附图标记说明：

1-系统物料入口，2-手动球阀1，3-第一调节阀，4-旋流除砂器，5-三相分离器，6-第二手动球阀，7-相界面仪，8-压力表，9-第三手动球阀，10-安全阀，11-第四手动球阀，12-第一放空阀，13-第五手动球阀，14-系统气相出口，15-系统放空口，16-第一安全切断阀(负责气)，17-孔板流量计，18-第二放空阀，19-先导式浮子排液阀，20-第六手动球阀，21-第一平板闸阀，22-第二平板闸阀，23-第三平板闸阀，24-第二调节阀，25-第四平板闸阀，26-第二安全切断阀(负责液)，27-液体流量计，28-第七手动球阀，29-第八手动球阀，30-第一开关阀，31-第九手动球阀，32-排污阀，33-系统排污口，34-第二开关阀；

35-第一液位变送器，36-三相分离器进气口，37-沉砂腔，38-挡砂板，39-第二液位变送器，40-安全阀放空接口，41-储液腔，42-放空阀放空接口，43-三相分离器排气口，44-丝网捕雾器，45-三相分离器均压接口，46-三相分离器排液口，47-三相分离器沉砂腔进液口，48-排砂口，49-吸砂口，50-旋流除砂器排气口，51-旋流除砂器入口，52-旋流除砂器排液口，53-先导式浮子排液阀均压接口，54-先导式浮子排液阀进液口，55-先导式浮子排液阀出液口，56-先导式浮子排液阀放空接口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种页岩气收集控制系统，参照图1～图4所示，包括：旋流除砂器4、三相分离器5和先导式浮子排液阀19和控制器(图1～图4中未示意出)；其中：

旋流除砂器4的入口与系统物料入口1连接，用于输入压裂反排液；旋流除砂器4的排气口50与三相分离器5的进气口36连接，旋流除砂器4的排液口52与所述三相分离器5的进液口47连接；

三相分离器5的排气口43与系统气相出口连接，三相分离器5的排液口与先导浮子排液阀的进液口连接；所述三相分离器5具有排砂口48和吸砂口49；

先导浮子排液阀的出液口55与系统的排污口相连；

控制器(图1和图2中未示意出)，用于控制所述排砂口48和吸砂口49交替进行排砂和吸砂。

在本发明实施例中，物料指压裂反排液；控制器可采用多种控制器，例如PLC可编程逻辑控制器，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例先将压裂反排液输入到旋流除砂器4中，液体和砂硕在离心力和重力的作用下，沿旋流除砂器4的锥形结构沉积至底部，实现颗粒较大的砂硕和液体与气体的分离，液体经过旋流除砂器4的排液口52连接三相分离器5的进液口47，进一步进入三相分离器5，而颗粒较小的液体和砂硕继续混在气体当中，通过旋流除砂器4的气相出口进入三相分离器5，在三相分离器5中，由于气压进一步降低，液体中的气体析出，砂硕沉积，可进一步实现气、液和砂的分离。在此过程中，由于输入的压裂反排液压力较大，且在前期开采测试阶段，容易出现含砂量高、气液比例变化大出现断塞流的情况，旋流除砂器4可以作为一个较好的缓冲，断续排出的压裂反排液在旋流除砂器4中汇集成较稳定的连续的状态，再输出给压力较小的三相分离器5，进行液、砂和气的进一步分离，并且，在此过程中，采用了排砂和吸砂交替工作模式。排砂与吸砂交替执行，避免了砂硕长时间在重力作用下沉积在排砂管道内造成排砂堵塞现象发生，并且，吸砂和排砂交替进行，也避免了同时吸砂和排砂带来的排砂不净的问题。另外，在三相分离器5排液过程中，排液过程采用先导式浮子排液阀19进行流量控制，排液阀内液位与三相分离器5内液位高度一致，利用自身浮子上下浮动调节排液阀开度大小控制三相分离器5储液腔41液位高度平稳不变，提高了安全性、减少气体溢出带来的环境污染。

并且，控制器可对页岩气收集控制系统中的各阀门和执行部件进行控制，以解决现有页岩气分离器自动化程度地且操作繁琐的问题，并很好地解决了生产效率较低，人力成本耗费较高的问题。

参照图2所示，在沉砂腔37内，大量砂硕沉积到底部，由三相分离器排砂口48排出，液体上涌越过挡板后进入储液腔41，在沉降过程中液体内气体上浮实现气液分离，最终由排液口46排出；气体进入三相分离器5腔体内上游空间，随着压力减小，液体中的气体逐渐析出，并且，在重力作用下，气体内液滴下沉实现气液分离，最终气体通过丝网捕雾器44(设置在三相分离器的排气口处)过滤掉粒径大于10μm的液滴后排出三相分离器并进入管网。

参照图2所示，三相分离器5内腔中包含一竖直设置的挡砂板，将内腔分隔成沉砂腔37和储液腔41；

排砂口48和吸砂口49分别设置于沉砂腔37的底部。

参照图1和图2所示，所述三相分离器5的所述沉砂腔37上方还设置有相界面仪7；

排砂口48连接排砂管路，排砂管路上设置有第一开关阀30；

吸砂口49连接吸砂管路，吸砂管路上设置有第二开关阀34；

排砂管路和吸砂管路与先导浮子排液阀的出液口55与系统的排污口之间的管路相连；

相界面仪7用于测量容器内含砂位置高度，当测量值高于预设值时，自动运行排沙、吸沙功能，当测量值低于预设值时停止该功能，基于此，控制器还用于若相界面仪7的示值(表征含砂量的多少)大于预设的阈值，则启动计时；计算当前计时的时间t与预设时间T的比值的整数部分；根据整数部分的奇偶性，交替控制第一开关阀30和第二开关阀34的开启和关闭，以使得排砂和吸砂交替进行。

先导浮子排液阀阀芯与阀座一直处于相对摩擦状态，容易损坏，为了在检修排液阀及更换零配件时不延误生产，在自动排液管路上设计备用调节阀自动排液管路，便于原自动排液管路检修时能够及时切换备用调节阀自动排液管路继续控制排液，无需停机，操作方便。具体地，参照图1所示，三相分离器的排液口46连接第一分支管路和第二分支管路，其中第一分支管路与先导浮子排液阀的进液口54连接，第二分支管路的出口与先导浮子排液阀的出液口55连接，汇成共同管路后连接系统排污口33。

在第二分支管路中设置有第二调节阀24；三相分离器5的储液腔41中还设置有第二液位变送器39；控制器还用于当所述先导式浮子排液阀19出现故障或检修停用状态时，控制第二调节阀24打开以排出三相分离器排液口排出的液体。

第二分支管路作为第一分支管路的备份管路，可以在第一分支上的先导浮子排液阀19出现故障时，继续自动排液。

进一步地，参照图1所示，三相分离器的排气口与系统气相出口14的连接管路上设置有第一安全切断阀16；

第二分支管路的出口和所述先导浮子排液阀出液口55连接汇成的共同管路上还设置有第二安全切断阀26；

控制器还用于当所述第二液位变送器39检测到所述储液腔41中的液体的液位达到液位上限或液位下限时，控制第一安全切断阀16和第二安全切断阀26切断管路，并发出告警信息。

进入分离器的压裂反排液由于在页岩气开采前期测试阶段井底压力不稳经常出现断塞流现象，导致分离器内液位波动幅度较大。排液过程虽然利用先导式浮子排液阀19自动排液保证液位平稳，但由于在控制过程中存在延迟现象，面对突发性液位大幅度浮动无法做到及时调整，液位可能出现急剧下降或上升，急剧下降时可能导致页岩气通过排液管道流窜到大气中造成环境污染，急剧上升时可能导致反排液直接通过排气管道流入管网，造成排气含水量高，脱气失效。在排液及排气管路上设置安全切断阀，当液位下降至下限或上升至上限时及时开启安全切断阀，关闭排液及排气管路，提高安全性、减少损失及避免环境污染。

参照图1所示，系统物料入口1与旋流除砂器4的入口连接管路上还设置有第一调节阀3；三相分离器排气口43与系统气相出口14连接的管路上还设置有孔板流量计17；先导浮子排液阀的出液口55与系统排污口33之间的管路上还设置有液体流量计27；

控制器还用于计算孔板流量计17采集的当前排出的气体的流量值与液体流量计采集的当前排出的液体的流量值的比值；

若所述比值大于等于预设的比值阈值，且当前排出的气体的流量值大于等于预设的第一流量阈值，则控制第一调节阀3减少开度；否则，控制第一调节阀3增加开度；

若所述比值小于预设的比值阈值，且当前排出的液体的流量值大于等于预设的第二流量阈值，则控制所述第一调节阀3减少开度；否则，控制所述第一调节阀3增加开度。

本发明实施例中，物料(压裂反排液)中气、液含量比例随着页岩气开采阶段的持续会发生变化，一般开采初期测试阶段变化较大，常规开采阶段相对平稳。随着容器结构尺寸的确定，系统的处理能力是几乎不变的。变化的气、液含量比例需要调整进料量满足分离器处理能力要求，通过排气流量及排液流量进行自动优化计算进而控制物料输送流量，在保证排气及排液分离效果的前提下，使处理能力最大化。

还是参照图1和图2所示的结构示意图，本发明实施例提供的页岩分离系统在前述的结构基础上，还可以在管路上设置多种阀门，压力表等，以使得整个系统自动化控制能力更强。下面以图1～图4为例，对本发明实施例的页岩气收集控制系统的各部件进行详细说明。

具体地，页岩分离系统主要包括：系统物料入口1，第一手动球阀2，第一调节阀3，旋流除砂器4，三相分离器5，第二手动球阀6，相界面仪7，压力表8，第三手动球阀9，安全阀10，第四手动球阀11，第一手动球阀12，第五手动球阀13，系统气相出口14，系统放空口15，第一安全切断阀16，孔板流量计17，第二手动球阀18，先导式浮子排液阀19，第六手动球阀20，第一平板闸阀21，第二平板闸阀22，第三平板闸阀23，第二调节阀24，第四平板闸阀25，第二安全切断阀26，流量计27，第七手动球阀28，第八手动球阀29，第一开关阀30，第九手动球阀31，排污阀32，系统排污口33，第二开关阀34，第一液位变送器35，三相分离器进气口36，沉砂腔37，挡砂板38，第二液位变送器39，安全阀放空接口40，储液腔41，放空阀放空接口42，三相分离器排气口43，丝网捕雾器44，三相分离器均压接口45，三相分离器排液口46，三相分离器沉砂腔进液口47，排砂口48，吸砂口49，旋流除砂器排气口50，旋流除砂器入口51，旋流除砂器排液口52，先导式浮子排液阀均压接口53，先导式浮子排液阀进液口54，先导式浮子排液阀出液口55，先导式浮子排液阀放空接口56、PLC可编程逻辑控制器(图1和图2中未示意出)等。

如图2所示，三相分离器5由挡砂板38分隔为沉砂腔37和储液腔41，沉砂腔37内积聚几乎全部砂硕，下部设有排砂口48及吸砂口49，旁边设有三相分离器沉砂腔进液口47；储液腔41存储经过挡砂板38滤掉砂硕后的液体，储液腔41足够大便于液体中所携带气体进行充分上浮分离避免排液中出现页岩气逸散造成的环境污染，储液腔41下部设置三相分离器排液口46；沉砂腔37和储液腔41分别设置第一液位变送器35和第二液位变送器39；三相分离器5上部分别设置三相分离器进气口36、安全阀放空接口40、放空阀放空接口42、三相分离器排气口43并在沉砂腔37正上方设置相界面仪7，在三相分离器5上部中间位置设置压力表8。旋流除砂器4在正前方、正上方及正下方位置分别设置旋流除砂器入口51、旋流除砂器排气口50、旋流除砂器排液口52。先导式浮子排液阀19在左侧上部、左侧下部、右侧上部、正下方位置分别设置先导式浮子排液阀均压接口53、先导式浮子排液阀进液口54、先导式浮子排液阀放空接口56、先导式浮子排液阀出液口55。

参照图1所示，本发明实施例提供的页岩气收集控制系统物料入口1与旋流除砂器入口51进行管道连接，管路上设置第一手动球阀2。旋流除砂器排气口50与三相分离器进气口36进行管道连接，管路上设置第二手动球阀6。

旋流除砂器排液口52与三相分离器沉砂腔进液口47进行管道连接，管路上设置第七手动球阀28。三相分离器排气口43与该发明系统气相出口14进行管道连接，管路上分别设置孔板流量计17、第一安全切断阀16、第五手动球阀13。三相分离器排液口46与先导式浮子排液阀进液口54进行管道连接，管路上设置第一平板闸阀21。

先导式浮子排液阀出液口55与该发明系统排污口33进行管道连接，管路上设置第二平板闸阀22、第二安全切断阀26、流量计27、排污阀32。分别在三相分离器排液口46至第一平板闸阀21连接管路上以及第二平板闸阀22至第二安全切断阀26管路上设置支管接口并进行管道连接，管路上设置第四平板闸阀25、第二调节阀24、第三平板闸阀23。在流量计27至排污阀32连接管路上设置两处支管接口，分别与三相分离器排砂口48以及吸砂口49进行管道相连，排砂管路上设置第一开关阀30、第八手动球阀29，吸砂管路上设置第二开关阀34、第九手动球阀31。

三相分离器安全阀放空接口40与系统放空口15进行管道连接，管路上设置第三手动球阀9、安全阀10。在安全阀10至该发明系统放空口15连接管路上设置两处支管接口，分别与三相分离器放空阀放空接口42以及先导式浮子排液阀放空接口56进行管道连接，放空阀放空管路上设置第四手动球阀11、第一手动球阀12，先导式浮子排液阀19放空管路上设置第二手动球阀18。三相分离器均压接口45与先导式浮子排液阀均压接口53进行管道连接，管路上设置第六手动球阀20。

第一调节阀3分别与流量计27以及孔板流量计17进行联锁控制，根据排气及排液流量情况调整第一调节阀3开度进行流量控制，保证处理效果的同时使处理量最大化。

第一开关阀30及第二开关阀34与相界面仪7进行联锁控制，根据三相分离器内含砂量进行排砂及吸砂控制，实现自动排砂。

第二调节阀24与三相分离器储液腔第二液位变送器39进行联锁控制，当先导式浮子排液阀19处于故障或检修状态时，采用液位控制第二调节阀24的方式实现自动排液，无需停机，不影响生产进度。

第一安全切断阀16及第二安全切断阀26与三相分离器储液腔第二液位变送器39进行联锁控制，当液位达到上限或下限时及时切断管路并进行安全报警，提高安全性，避免造成不必要的损失。

第一调节阀3、第二调节阀24、第一开关阀30、第二开关阀34、第一安全切断阀16、第二安全切断阀26由空压机提供仪表风作为动力。

本发明实施例提供的页岩气收集控制系统及其运行方法使得以往人工手动操作、仪表数值读取及现场应急处理方式等繁琐过程全部集成在PLC程序中实现装置全自动化智能控制及无人值守。

参照图5所示，该页岩气收集控制系统的运行过程的控制过程简述如下：

页岩气收集控制系统启动前需要进行外围设备运转、人工巡检、系统自检，无故障后可以启动该装置运行系统。空压机启动后出现故障时，需要进行故障排除。空压机正常运转后进行人工巡检，确认第一手动球阀2、第五手动球阀13、第一手动球阀12、第二手动球阀18处于关闭状态，确认第二手动球阀6、第三手动球阀9、第四手动球阀11、第六手动球阀20、第七手动球阀28、第八手动球阀29、第九手动球阀31、第一平板闸阀21、第二平板闸阀22、第三平板闸阀23、第四平板闸阀25处于全开状态，确保安全阀10及第一安全切断阀16和第二安全切断阀26处于完好状态且所有阀门无跑冒滴漏现象发生。人工巡检一切正常后进行系统自检，首先确认信号线路是否正常，出现断线情况时及时报警并进行故障排除。无线缆故障后控制全部阀门打开，根据返回的信号确定阀门开启状态，确认为故障时及时报警并进行故障排除，确认正常无误后再控制全部阀门关闭，关闭过程中出现故障时及时报警并进行故障排除，确认无故障后可以进行系统启动准备。页岩气收集控制系统运行前首先开启第五手动球阀13将装置与外输管路及下游站场连通，缓缓开启第一手动球阀2直至全开。系统启动后首先进行安全检测，判断实际液位是否超出设定的上限(LL2)或下限(LL1)，确认超出限制时开启第一安全切断阀16和第二安全切断阀26、及时报警并停止设备运行，即保证了排气脱水效果又避免了环境污染。安全检测无故障后进行自动排砂控制、自动物料流量调节、智能切换备用排液控制等流程。

自动排砂控制的过程包括：首先判断相界面仪7示值是否超出设定值(Q1)，确认示值在限制范围内时进行关闭第一开关阀30及第二开关阀34，确认为超出限制时启动计时器并判断相界面仪7实际计时数值(t1)与设定值(T)比值的整数部分是否为偶数，确认为偶数时开启第一开关阀30及关闭第二开关阀34进行排砂处理，确认为非偶数时关闭第一开关阀30及开启第二开关阀34进行吸砂处理，确保排砂与吸砂过程交替运行。

自动物料流量调节的过程包括：首先判断实际排气流量与排液流量的比值是否不小于设定排气流量与设定排液流量的比值(q1/q2)进而判断排气还是排液相对更多一些，确认为不小于时表示排气相对多一些将继续判断实际排气流量是否不小于设定排气流量，确认为不小于时降低第一调节阀3开度，确认为小于时提高第一调节阀3开度，确保排气处理能力最大化；确认为小于时表示排液相对多一些将继续判断实际排液流量是否不小于设定排液流量，确认为不小于时降低第一调节阀3开度，确认为小于时提高第一调节阀3开度，确保排液处理能力最大化，提高生产效率。

自动切换备用排液控制的过程包括：首先判断切换排液设定值是否置位，确认为置位时表示已经进行切换排液控制将继续判断实际液位示值l1是否不大于液位设定值L1，确认为不大于时降低第二调节阀24开度，确认为大于时提高第二调节阀24开度，可有效控制排液流量确保液位平稳；确认为复位时表示排液依然采用先导式浮子排液阀19进行控制将进行关闭第二调节阀24。

上述系统运行中的控制流程为无限循环过程，可通过人机界面上设置的停止运行、系统退出按钮或者程序中“暂停、报警”指令直接结束循环。

本发明还提供了一种使用如前述的页岩气收集控制系统进行页岩气分离的方法。

进一步地，上述方法在所述三相分离器进行气体、液体和砂硕的分离时，控制器控制所述三相分离器的排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂。

进一步地，上述方法通过下述方式控制排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂：

排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂。

若控制器判断所述相界面仪的示值大于预设的阈值，则启动计时；

计算当前计时的时间t与预设时间T的比值的整数部分；根据所述整数部分的奇偶性，交替控制第一开关阀和第二开关阀的开启和关闭，以使得排砂和吸砂交替进行。

进一步地，上述方法还包括：

控制器计算所述孔板流量计采集的当前排出的气体的流量值与所述液体流量计采集的当前排出的液体的流量值的比值；

若所述比值大于等于预设的比值阈值，且当前排出的气体的流量值大于等于预设的第一流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度；

若所述比值小于预设的比值阈值，且当前排出的液体的流量值大于等于预设的第二流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度。

本发明实施例提供的上述页岩气收集控制系统及页岩气分离方法包括下述技术效果：

本发明实施例的页岩气收集控制系统及页岩气分离方法中采用吸砂、排砂交替控制模式，不仅实现自动排砂功能，同时具备疏通堵塞管道功能，在自动排砂的过程中避免了管道堵塞现象发生；

本发明实施例的页岩气收集控制系统能够根据物料气、液比例发生变化时进行自动调节，在保证排气含水率及排液含气量同时满足工艺要求的前提下，实现处理效率最大化，提高设备使用效率；

本发明实施例的页岩气收集控制系统在排液管路设置了第二安全切断阀，避免了由于物料压力及组分比例等因素发生变化导致液位快速下降时，页岩气经排液途径流窜到大气中造成环境污染；保证了生产的安全性、减少损失并避免了环境污染。

本发明实施例的页岩气收集控制系统在排气管路设置了第一安全切断阀，避免了由于物料压力及组分比例等因素发生变化导致液位快速上升时，反排液经排气管路直接进入管网使输出气体含水率提高，造成脱水失效，无法满足工艺要求。

本发明实施例的页岩气收集控制系统分别采用第二调节阀及先导式浮子排液阀两种独立的排液控制方式并互为备用，浮子排液阀发生故障进行检修时智能切换调节阀进行排液控制，无需停产，不影响开采进度；

本发明实施例的页岩气收集控制系统自动化程度较高，实现无人值守，可有效降低人员成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种页岩气收集控制系统，其特征在于，包括：旋流除砂器、三相分离器和先导式浮子排液阀和控制器；

所述旋流除砂器的入口与系统物料入口连接，用于输入压裂反排液；所述旋流除砂器的排气口与所述三相分离器的进气口连接，所述旋流除砂器的排液口与所述三相分离器的进液口连接；

所述三相分离器的排气口与系统气相出口连接，所述三相分离器的排液口与先导浮子排液阀的进液口连接；所述三相分离器具有排砂口和吸砂口；

所述先导浮子排液阀的出液口与系统的排污口相连；

所述控制器，用于控制所述排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂；

所述三相分离器内腔中包含一竖直设置的挡砂板，将所述内腔分隔成沉砂腔和储液腔；

所述排砂口和所述吸砂口分别设置于所述沉砂腔的底部；

所述三相分离器的所述沉砂腔上方还设置有相界面仪；

所述排砂口连接排砂管路，所述排砂管路上设置有第一开关阀；

所述吸砂口连接吸砂管路，所述吸砂管路上设置有第二开关阀；

所述排砂管路和吸砂管路与所述先导浮子排液阀的出液口与系统的排污口之间的管路相连；

所述控制器还用于若所述相界面仪的示值大于预设的阈值，则启动计时；

计算当前计时的时间t与预设时间T的比值的整数部分；根据所述整数部分的奇偶性，交替控制第一开关阀和第二开关阀的开启和关闭，以使得排砂和吸砂交替进行。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三相分离器的排液口连接第一分支管路和第二分支管路，其中第一分支管路与先导浮子排液阀的进液口连接，所述第二分支管路的出口与所述先导浮子排液阀出液口连接，汇成共同管路后连接系统排污口。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二分支管路中设置有第二调节阀；

所述三相分离器的储液腔中还设置有第二液位变送器；

所述控制器还用于当所述先导式浮子排液阀出现故障或检修停用状态时，控制所述第二调节阀打开以排出三相分离器排液口排出的液体。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述三相分离器的排气口与系统气相出口的连接管路上设置有第一安全切断阀；

所述第二分支管路的出口和所述先导浮子排液阀出液口连接汇成的所述共同管路上还设置有第二安全切断阀；

所述控制器还用于当所述第二液位变送器检测到所述储液腔中的液体的液位达到液位上限或液位下限时，控制所述第一安全切断阀和第二安全切断阀切断管路，并发出告警信息。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统物料入口与旋流除砂器的入口连接管路上还设置有第一调节阀；所述三相分离器排气口与系统气相出口连接的管路上还设置有孔板流量计；所述先导浮子排液阀的出液口与系统的排污口之间的管路上还设置有液体流量计；

所述控制器还用于计算所述孔板流量计采集的当前排出的气体的流量值与所述液体流量计采集的当前排出的液体的流量值的比值；

若所述比值大于等于预设的比值阈值，且当前排出的气体的流量值大于等于预设的第一流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度；

若所述比值小于预设的比值阈值，且当前排出的液体的流量值大于等于预设的第二流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度。

6.如权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述三相分离器的排气口处还设置有捕雾器。

7.如权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述三相分离器上还设置有三相分离器均压接口，所述先导式浮子排液阀上还设置有先导式浮子排液阀均压接口；

所述三相分离器均压接口连接先导式浮子排液阀均压接口。

8.如权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统物料入口与所述旋流除砂器的入口之间的管路上还设置有第一手动球阀；

所述旋流除砂器排气口与三相分离器进气口的连接管路上设置有第二手动球阀；

所述旋流除砂器排液口与三相分离器沉砂腔进液口的连接管路上设置有第七手动球阀；

所述三相分离器的排气口与系统气相出口连接的管路上还设置有第五手动球阀。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排砂管路上还设置有第八手动球阀；

所述吸砂管路上还设置有第九手动球阀。

10.一种使用如权利要求5所述的页岩气收集控制系统进行页岩气分离的方法；

在所述三相分离器进行气体、液体和砂硕的分离时，控制器控制所述三相分离器的排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂；

通过下述方式控制排砂口和吸砂口交替进行排砂和吸砂：

若控制器判断所述相界面仪的示值大于预设的阈值，则启动计时；

计算当前计时的时间t与预设时间T的比值的整数部分；根据所述整数部分的奇偶性，交替控制第一开关阀和第二开关阀的开启和关闭，以使得排砂和吸砂交替进行。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

控制器计算所述孔板流量计采集的当前排出的气体的流量值与所述液体流量计采集的当前排出的液体的流量值的比值；

若所述比值大于等于预设的比值阈值，且当前排出的气体的流量值大于等于预设的第一流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度；

若所述比值小于预设的比值阈值，且当前排出的液体的流量值大于等于预设的第二流量阈值，则控制所述第一调节阀减少开度；否则，控制所述第一调节阀增加开度。