一种页岩气除砂分离装置的制作方法

1.本发明涉及页岩气筛分技术领域，具体涉及一种页岩气除砂分离装置。


背景技术：

2.页岩气是直接储存在页岩地层中的天然气，其主要成分是甲烷，是一种可开采的天然气资源。而页岩气的开采主要是利用大量的水灌入页岩地层进行液压碎裂，使得页岩地层中储存的天然气得以释放。然而，在页岩气开采过程中，流体中携带部分地层砂，使得流体呈现多相流状态。含页岩气的多相流体中由于地层砂固体相随气流被带出地面，会对地面开采设备造成不同程度的损害，甚至极易出现工程事故，且会降低页岩气开采的工作效率。因此，在对页岩气开采过程中，有必要在井口和气液分离器之间增设除砂分离设备，避免流体中的固体颗粒对设备造成的破坏。
3.但是，现有的除砂分离设备的除砂效果不理想，且沉积的地层砂固体颗粒容易对过滤层造成堵塞，影响流体的过滤分离效果。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种页岩气除砂分离装置，该装置解决了现有除砂分离设备的除砂效果不理想，且沉积的地层砂固体颗粒容易对过滤层造成堵塞，影响流体的过滤分离效果的问题。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
6.一种页岩气除砂分离装置，包括：过滤腔室，其一侧壁上设置有主流管；集流腔室，设置于所述过滤腔室的下侧，且与所述过滤腔室之间设置有过滤板；排砂仓，设置于所述过滤腔室的一侧，且与所述过滤腔室之间设置有可活动的仓门；推砂机构，设置于所述过滤腔室内，所述推砂机构能够将所述过滤板上沉积的地层砂固体相推送至所述排砂仓内；随着含页岩气的多相流体通过所述主流管进入到所述过滤腔室内，并使多相流体中的地层砂固体相沉积在过滤板上形成砂层，其余流体相通过砂层和过滤板进入到集流腔室内。
7.进一步，所述集流腔室的底部设置有排出管，所述排出管通过三通阀i与循环管的一端连接，所述循环管的另一端通过三通阀ii与所述主流管连接。
8.更进一步，还包括：固体含量检测装置，其入口端与所述排出管连接，用于检测集流腔室内其余流体相的固体含量；微处理器，用于接收所述固体含量检测装置的检测结果，并将检测结果与设定结果进行比对；
当检测结果与设定结果匹配时，所述微处理器能够调节所述三通阀i，使所述集流腔室内的其余流体相排出；当检测结果与设定结果不匹配时，所述微处理器同时调节所述三通阀i与所述三通阀ii，使所述集流腔室内的其余流体相通过所述循环管进入到所述过滤腔室内，进行二次过滤；如此循环操作，直至所述集流腔室内的其余流体相的固体含量的检测结果与设定结果匹配时，则将所述集流腔室内的其余流体相排出。
9.更进一步，所述主流管上设置有流速调节阀，所述过滤腔室内设置有压力传感器；所述微处理器分别与所述流速调节阀、所述压力传感器信号连接；所述微处理器能够接收所述压力传感器检测的压力值，并将检测的压力值与设定的压力值进行比对；当检测的压力值大于设定的压力值时，所述微处理器能够控制所述流速调节阀，使流速降低；当检测到压力值大于设定的压力值时，所述微处理器能够控制所述流速调节阀，使流速增加。
10.更进一步，所述过滤腔室的顶部设置有测距传感器；所述微处理器与所述测距传感器信号连接；所述微处理器能够接收所述测距传感器检测到的测距数据，并与初始测距数据进行比对，用于检测所述过滤板上形成的砂层的厚度；当检测到厚度值大于设定的厚度值时，所述微处理器控制所述仓门打开，并控制所述推砂机构将地层砂固体相推送至所述排砂仓内，然后所述微处理器控制所述仓门关闭，且所述推砂机构恢复初始位置。
11.进一步，所述主流管的一端朝向所述过滤腔室内的顶部弯曲，且所述过滤腔室的顶部具有弧形顶面，所述弧形顶面与所述过滤板之间的间距沿多相流体的流动方向逐渐减小；所述弧形顶面上设置有若干挡板，且每个所述挡板上均布设有若干流体通孔。
12.进一步，还包括：集砂筒；所述集砂筒设置于所述排砂仓的下侧；所述集砂筒内设置有漏斗状的过滤部件，所述过滤部件上设置有多个过滤孔；所述排砂仓的底部设置有排砂口，所述排砂口通过排砂管与所述集砂筒连接，且所述排砂管的一端穿过所述过滤部件，且延伸至所述过滤部件的下侧；所述集砂筒的顶部设置有回流管，所述回流管的一端与所述集流腔室连接；所述回流管靠近所述集流腔室的一端上设置有单向阀，且通过所述单向阀使所述集砂筒内的多相流体回流至所述集流腔室内。
13.进一步，所述推砂机构包括：推砂组件和驱动组件，所述驱动组件能够驱动所述推砂组件朝向所述排砂仓移动；所述推砂组件包括：推砂板，其内具有活动空腔；活动板，可滑动地设置于所述活动空腔内；若干竖板，固定设置于所述活动板上，且其两端均延伸出所述活动空腔。
14.更进一步，所述驱动组件包括：2根丝杆，可转动地设置于所述过滤腔室内，且其一端延伸至所述过滤腔室的外部；
2个螺母件，设置于与其对应的丝杆上，且与其对应的丝杆螺纹连接；所述推砂组件的两端分别与其对应的螺母件固定连接；驱动部件，设置于所述过滤腔室的外部，所述驱动部件能够驱动2根所述丝杆同步转动；所述驱动部件包括：2个传送轮，固定设置于与其对应的丝杆的一端；传送带，其两端均套设在与其对应的传送轮上，且均与其对应的传送轮啮合；第一电机，设置于其中一根所述丝杆的一端；所述第一电机能够驱动对应的丝杆转动。
15.进一步，所述过滤腔室与所述排砂仓之间具有一个门洞；所述门洞的侧缘上设置有密封胶条；所述仓门的一侧与所述门洞的侧缘铰接；所述仓门与所述门洞铰接的部位上设置有铰接杆，所述铰接杆的一端向上延伸出所述过滤腔室，且连接有第二电机，所述第二电机能够驱动所述铰接杆转动；所述仓门的底部设置有清扫刷，所述清扫刷的宽度与所述仓门的宽度匹配。
16.本发明的有益效果：1、本发明的除砂分离装置主要由过滤腔室、集流腔室和排砂仓一体式组合而成。使用时，含页岩气的多相流体通过主流管进入到过滤腔室内，并使多相流体中的地层砂固体相沉积在过滤板上形成砂层，其余流体相则通过砂层和过滤板进入到集流腔室内。
17.由于地层砂固体相被截留在过滤板上形成砂层，而砂层除了是被废弃的过滤物，还能与过滤板配合，起到过滤流体中的固体颗粒的作用，提高过滤效果。但是，随着砂层厚度的增加，可能会妨碍多相流体的流通。而且，由于砂层对过滤板造成的堵塞，会使过滤腔室内形成一密封空间。此时，由于砂层厚度的增加，会使该空间内的压力增加，在促进固体沉降的同时，还会进一步增加该空间内的压力，造成堵塞情况的加剧，甚至出现安全问题。因此，本发明的装置在过滤腔室内设置了推砂机构和可活动的仓门，当仓门开启时，启动推砂机构，使沉积在过滤板上的砂层被推送至排砂仓内，然后关闭仓门，推砂机构恢复到初始位置上。如此循环往复，有助于调节砂层的厚度，保证良好的除砂过滤效果。
18.2、本发明的推砂组件不仅具有推动地层砂固体颗粒移动的作用，还能起到搅动作用，避免砂层的沉积造成的堵塞，且在推动地层砂固体颗粒移动，减小砂层厚度同时，还能使砂层表面平整，提高过滤效果。一方面是由于推砂板与过滤板之间具有一定的间距，确保在过滤板上残留有一定厚度的砂层，另一方面是由于在推砂板上间隔设置了多根竖板，由于相邻竖板之间的间隙，在确保过滤板上残留有一定厚度的砂层的同时，且还能使流体相与砂层之间发生搅动，能够避免砂层的沉积造成堵塞，且能够促使砂层表面平整，提高过滤效果。
附图说明
19.图1为本发明实施例的页岩气除砂分离装置的结构示意图。
20.图2为图1的a
‑
a’剖切示意图。
21.图3为图2中推砂组件的b
‑
b’剖切示意图。
22.图4为图1中仓门的结构示意图。
23.图5为本发明实施例中微处理器与各功能模块的工作原理图。
24.图中：1、过滤腔室；11、主流管；12、流速调节阀；13、压力传感器；14、测距传感器；15、弧形顶面；16、挡板；2、集流腔室；21、排出管；22、循环管；3、过滤板；4、排砂仓；41、排砂口；5、仓门；51、铰接杆；52、第二电机；53、清扫刷；6、推砂机构；61、推砂组件；611、推砂板；612、活动空腔；613、活动板；614、竖板；62、驱动组件；621、丝杆；622、螺母件；623、传送轮；624、传送带；625、第一电机；7、固体含量检测装置；8、微处理器；9、集砂筒；91、过滤部件；92、排砂管；93、回流管；94、单向阀。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.请参阅图1，为本发明实施例所提供的一种页岩气除砂分离装置的结构示意图。该页岩气除砂分离装置包括：过滤腔室1、集流腔室2、过滤板3、排砂仓4、仓门5、推砂机构6。
28.过滤腔室1的一侧壁上设置有主流管11；含页岩气的多相流体通过主流管11进入到过滤腔室内，通过过滤腔室对多相流体中的固体相进行过滤分离。集流腔室2设置于过滤腔室1的下侧，且集流腔室2与过滤腔室1之间设置有过滤板3；集流腔室2与过滤腔室1之间通过过滤板3分隔开。排砂仓4设置于过滤腔室1的一侧，且与过滤腔室1之间设置有可活动的仓门5；当仓门5开启时，排砂仓4与过滤腔室1相通。推砂机构6设置于过滤腔室1内，推砂机构6能够将过滤板3上沉积的地层砂固体相推送至排砂仓4内，避免过滤板3上沉积的砂层厚度过大而影响过滤效果。
29.本实施方式中，该除砂分离装置主要由过滤腔室1、集流腔室2和排砂仓4一体式组合而成。使用时，含页岩气的多相流体通过主流管11进入到过滤腔室1内，并使多相流体中的地层砂固体相沉积在过滤板3上形成砂层，其余流体相则通过砂层和过滤板3进入到集流腔室2内。
30.由于地层砂固体相被截留在过滤板3上形成砂层，而砂层除了是被废弃的过滤物，还能与过滤板3配合，起到过滤流体中的固体颗粒的作用，提高过滤效果。但是，随着砂层厚度的增加，可能会妨碍多相流体的流通。而且，由于砂层对过滤板3造成的堵塞，会使过滤腔室1内形成一密封空间。此时，由于砂层厚度的增加，会使该空间内的压力增加，在促进固体沉降的同时，还会进一步增加该空间内的压力，造成堵塞情况的加剧，甚至出现安全问题。因此，本发明的装置在过滤腔室1内设置了推砂机构6和可活动的仓门5，当仓门5开启时，启动推砂机构6，使沉积在过滤板3上的砂层被推送至排砂仓4内，然后关闭仓门5，推砂机构6恢复到初始位置上。如此循环往复，有助于调节砂层的厚度，保证良好的除砂过滤效果。
31.请再次参阅图1，集流腔室2的底部设置有排出管21，排出管21通过三通阀i与循环管22的一端连接，循环管22的另一端通过三通阀ii与主流管11连接。在此，排出管21的底部
连通其它管道，排出管21的中部通过三通阀与循环管22连接。由此通过三通阀来调节经过过滤后的多相流体的排出路径。当排出的多相流体的固体含量无法达到需求指标时，多相流体通过三通阀连通循环管22，将多相流体继续排入主流管11，并进入过滤腔室1进行再次过滤。
32.请参阅图1和图5，该装置还包括：固体含量检测装置7、微处理器8。
33.固体含量检测装置7的入口端与排出管21连接，用于检测集流腔室2内其余流体相的固体含量；微处理器8用于接收固体含量检测装置7的检测结果，并将检测结果与设定结果进行比对；当检测结果与设定结果匹配时，微处理器8能够调节三通阀i，使集流腔室2内的其余流体相排出；当检测结果与设定结果不匹配时，微处理器8同时调节三通阀i与三通阀ii，使集流腔室2内的其余流体相通过循环管22进入到过滤腔室1内，进行二次过滤；如此循环操作，直至集流腔室2内的其余流体相的固体含量的检测结果与设定结果匹配时，则将集流腔室2内的其余流体相排出。
34.请再次参阅图5，主流管11上设置有流速调节阀12，过滤腔室1内设置有压力传感器13；微处理器8分别与流速调节阀12、压力传感器13信号连接；微处理器8能够接收压力传感器13检测的压力值，并将检测的压力值与设定的压力值进行比对；当检测的压力值大于设定的压力值时，微处理器8能够控制流速调节阀12，使流速降低；当检测到压力值大于设定的压力值时，微处理器8能够控制流速调节阀12，使流速增加。通过调节过滤腔室1内的压力值，一方面可以减轻砂层对过滤板3的作用，避免过滤板3的堵塞现象，另一方面可以降低进入过滤腔室1内流体的流速，避免流速过大而对过滤板3上的砂层的厚度均匀度产生影响。而砂层厚度的均匀度与砂层过滤效果相关，当流速过大而使部分砂层厚度降低，另一部分砂层厚度增大，使形成的砂层均匀度受到影响而形成较多凹坑时，容易影响多相流体的过滤效果从而使排出管21内的流体固体含量指标不合格。如此不仅会影响过滤效果，还会增加过滤次数，进而延长了过滤处理时长。
35.请再次参阅图5，过滤腔室1的顶部设置有测距传感器14；微处理器8与测距传感器14信号连接；微处理器8能够接收测距传感器14检测到的测距数据，并与初始测距数据进行比对，用于检测过滤板3上形成的砂层的厚度；当检测到厚度值大于设定的厚度值时，微处理器8控制仓门5打开，并控制推砂机构6将地层砂固体相推送至排砂仓4内，然后微处理器8控制仓门5关闭，且推砂机构6恢复初始位置。通过测距传感器14用以检测过滤板3上的砂层厚度的同时，能够进一步确保过滤效果。
36.请再次参阅图1，主流管11的一端朝向过滤腔室1内的顶部弯曲，且过滤腔室1的顶部具有弧形顶面15，弧形顶面15与过滤板3之间的间距沿多相流体的流动方向逐渐减小；弧形顶面15上设置有若干挡板16，且每个挡板16上均布设有若干流体通孔。本发明实施例中，主流管11的输入端位于过滤腔室1的外部，用于注入含页岩气的多相流体；主流管11的排出端位于过滤腔室1的内部，并且主流管11的排出端朝向挡板16的方向弯曲延伸，使得主流管11排出的多相流体逐渐朝向挡板16的方向移动。本发明实施例中，利用弧形顶面15配合主流管11的延伸方向，能够使得流体沿弧形顶面15排出，并受到弧形顶面15上的挡板16的阻挡，在降低流体流速的同时，还有助于地层砂固体颗粒的沉积。
37.请参阅图1，该装置还包括：集砂筒9；集砂筒9设置于排砂仓4的下侧；集砂筒9内设置有漏斗状的过滤部件91，过滤部件91上设置有多个过滤孔；排砂仓4的底部设置有排砂口
41，排砂口41通过排砂管92与集砂筒9连接，且排砂管92的一端穿过过滤部件91，且延伸至过滤部件91的下侧；集砂筒9的顶部设置有回流管93，回流管93的一端与集流腔室2连通；回流管93靠近集流腔室2的一端上设置有单向阀94，且通过单向阀94使集砂筒9内的多相流体回流至集流腔室2内。
38.使用时，含页岩气的其他流体相随地层砂固体相进入排砂仓4内，然后通过排砂仓4底部的排砂口41进入排砂管92，然后沿排砂管92进入集砂筒9的底部。其中的含页岩气的其他流体相能够通过过滤部件91并进入过滤部件91的上层空间，而地层砂固体相则被截留在过滤部件91的下层空间。随后，含页岩气的其他流体相能够通过回流管93进入集流腔室2。
39.本发明实施例中，集砂筒9一方面通过排砂管92与排砂仓4连通，另一方面通过回流管93与集流腔室2连通，由此构成排砂仓4与集流腔室2的循环，在有助于砂层回收的同时，还能避免含页岩气的多相流体在排沙仓4内的聚集，起到一定的泄压和进一步过滤的效果。
40.请参阅图1至图3，推砂机构6包括：推砂组件61和驱动组件62，驱动组件62能够驱动推砂组件61朝向排砂仓4移动；其中，推砂组件61包括：推砂板611、活动板613、若干竖板614。推砂板611内具有活动空腔612；活动板613可滑动地设置于活动空腔612内；若干竖板614固定设置于活动板613上，且其两端均延伸出活动空腔612。
41.本实施方式中，该推砂组件61不仅具有推动地层砂固体颗粒移动的作用，还能起到搅动作用，避免砂层的沉积造成的堵塞，且在推动地层砂固体颗粒移动，减小砂层厚度同时，还能使砂层表面平整，提高过滤效果。其原理一方面是由于推砂板611与过滤板3之间具有一定的间距，确保在过滤板3上残留有一定厚度的砂层，另一方面是由于在推砂板611上间隔设置了多根竖板614，由于相邻竖板614之间的间隙，在确保过滤板3上残留有一定厚度的砂层的同时，且还能使流体相与砂层之间发生搅动，能够避免砂层的沉积造成堵塞，且能够促使砂层表面平整，提高过滤效果。
42.其中，驱动组件62包括：2根丝杆621、2个螺母件622和驱动部件。2根丝杆621可转动地设置于过滤腔室1内，且其一端延伸至过滤腔室1的外部；也就是，每根丝杆621的一端均与过滤腔室1的一端内壁可转动连接，每根丝杆621的另一端均穿出过滤腔室1的另一端内壁。2个螺母件622设置于与其对应的丝杆621上，且与其对应的丝杆621螺纹连接；推砂组件61的两端分别与其对应的螺母件622固定连接。驱动部件设置于过滤腔室1的外部，驱动部件能够驱动2根丝杆621同步转动。
43.具体地，驱动部件包括：2个传送轮623、传送带624、第一电机625。2个传送轮623固定设置于与其对应的丝杆621的一端；传送带624的两端均套设在与其对应的传送轮623上，且均与其对应的传送轮623啮合；第一电机625设置于其中一根丝杆621的一端；第一电机625能够驱动对应的丝杆621转动。由此，通过第一电机625驱动对应的丝杆621转动，进而通过传动带可带动另一根丝杆621同步发生转动，进而可带动2个螺母件622沿丝杆621发生移动。
44.请参阅图1和图4，过滤腔室1与排砂仓4之间具有一个门洞；门洞的侧缘上设置有密封胶条；仓门5的一侧与门洞的侧缘铰接；仓门5与门洞铰接的部位上设置有铰接杆51，铰
接杆51的一端向上延伸出过滤腔室1，且连接有第二电机52，第二电机52能够驱动铰接杆51转动；仓门5的底部设置有清扫刷53，清扫刷53的宽度与仓门5的宽度匹配。
45.使用时，通过第二电机52驱动铰接杆51转动，使得仓门5能够实现开启和关闭，当关闭仓门5时，还能对过滤腔室1内的砂层进行清扫，并使部分沉积的地层砂固体相进入排砂仓4内，进一步提高砂层的清理效率。
46.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。