一种页岩气开采过程中伴生流体的分离和收集装置及使用方法

本发明涉及页岩气开采，具体为一种页岩气开采过程中伴生流体的分离和收集装置及使用方法。

背景技术：

1、地质开发上通过水平钻井技术结合水力压裂技术对页岩气藏储层进行改造，进而实现对页岩气的开发，在开发过程中，页岩气从高温高压的地质环境运移至常温常压的地表环境，由于温度和压力的下降，导致页岩气及其伴生流体，包括烃类组分（例如轻烃、金刚烷类化合物等）和页岩孔隙水，会与气态组分发生分离，这些与页岩气伴生的流体组分来自于地下页岩储层，含有丰富的地质-地球化学信息，对于指示页岩气藏的地质环境、资源潜力和开发过程具有重要的意义，由于页岩气开发过程中伴生流体的含量较低，并且随着开发程度的增加，伴生流体的含量和组分会发生显著的变化，对于如何有效的分离和收集这些伴生流体还缺乏相应的装置。

2、目前，行业内都是通过在页岩气开采现场的集气站，通过排水阀门和气体管道分别采集伴生水和页岩气样品，但这种方式存在两个瓶颈问题：一是由于页岩中含有的轻烃组分少，这种方法难以采集到页岩气中携带的轻烃组分；二是页岩气集气站中获取的都是页岩气开采过程中累积的伴生水，无法直接获取特定开采时间段中页岩气的伴生水，因此，亟需研发一种页岩气开采过程中伴生流体的分离和收集装置。

技术实现思路

1、为了解决现有页岩气集气站中无法获取特定开采时间段中页岩气的伴生水的情况，本发明提供一种页岩气开采过程中伴生流体的分离和收集装置及使用方法，以解决上述的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种页岩气开采过程中伴生流体的分离和收集装置，包括箱柜一，还包括分离组件，其包括沿箱柜一的长度方向平行设于箱柜一内部上方的进气管和回气管，所述进气管的底部沿其轴向方向安装有多个支管一，支管一的底端口均连接有减压阀，所述减压阀的出口均连接有控制阀一，所述控制阀一的出口均连接有流量计，所述流量计的出口均连接有导管一，所述回气管的底部沿其轴向方向安装有多个分别对应支管一位置的支管二，支管二的底端口均连接有控制阀二，所述控制阀二的进口均连接有导管二，所述导管一和导管二的底端口均设为凹口状；

4、所述分离组件还包括进口与回气管连通的缓冲罐一，所述缓冲罐一的出口连接有泵一，所述泵一的出口与进气管连通；

5、还包括收集组件，其包括收集罐，以及套装在收集罐外部的冷却夹套，所述收集罐的顶部两侧均连接有收集气管，一侧所述收集气管的底端口延伸至收集罐的内部下方，用作页岩气注入，另一侧所述收集气管的底端口自收集罐的顶部与其内部连通，用作页岩气流出，所述冷却夹套的底部两侧均连接有冷却水管，其中，一侧所述冷却水管的顶端口自冷却夹套的底部与其内部连通，用作冷却水注入，另一侧所述冷却水管的顶端口延伸至冷却夹套的内部上方，用作冷却水流出。

6、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述收集气管和冷却水管的管腔均为变径管腔，其中，前者设为变径管腔一，后者设为变径管腔二；

7、在所述变径管腔一中，其上方管径小于下方管径，所述收集气管的内部位于其大管径处均安装有十字支架一，所述十字支架一的中心均滑动配合有轴杆一，所述轴杆一的顶端均安装有活塞一，轴杆一的外部位于十字支架一与活塞一之间均套有弹簧一，所述活塞一的顶端配合在变径管腔一的变径过度处，且所述活塞一的最大处直径介于收集气管的上下方管径之间；

8、在所述变径管腔二中，其上方管径大于下方管径，所述冷却水管的内部位于其大管径处均安装有十字支架二，所述十字支架二的中心均滑动配合有轴杆二，所述轴杆二的底端均安装有活塞二，轴杆二的外部位于十字支架二与活塞二之间均套有弹簧二，所述活塞二的底端配合在变径管腔二的变径过度处，且所述活塞二的最大处直径介于冷却水管的上下方管径之间。

9、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述收集组件还包括安装在冷却夹套一侧中部的磁吸座；

10、所述收集组件还包括安装在收集罐底部中间的下环座，所述下环座的底部设有t形槽；

11、还包括冷却组件，其包括沿箱柜一的长度方向平行设于箱柜一内部下方的进水管和回水管，所述进水管的顶部沿其轴向方向安装有多个分别对应支管二位置的支管三，所述支管三的顶端口均连接有控制阀三，所述控制阀三的出口均通过软管连接有导管三，所述回水管的顶部沿其轴向方向安装有多个分别对应支管三位置的支管四，所述支管四的顶端口均通过软管连接有导管四，所述导管三和导管四的顶端口均设为凹口状。

12、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述冷却组件还包括出口与进水管连通的缓冲罐二，所述缓冲罐二的进口连接有泵二，所述泵二的进口连接有水柜，所述水柜的进口与回水管连通；

13、所述冷却组件还包括多个剪叉升降台一，多个所述剪叉升降台一分别对应设于支管三与支管四之间，所述导管三安装在剪叉升降台一的升降作业台一侧，所述导管四安装在剪叉升降台一的升降作业台另一侧；

14、还包括上下罐组件，其包括沿箱柜一的长度方向平行设于箱柜一一侧的箱柜二，以及设于箱柜一与箱柜二之间的轨道车，轨道车的移动方向平行于箱柜一的长度方向，所述轨道车的小车顶部安装有机械滑台，机械滑台的滑块移动方向垂直于箱柜一的长度方向，所述滑块的顶部安装有剪叉升降台二，所述剪叉升降台二的顶部安装有旋转台，所述旋转台的顶部安装有伸缩臂，所述伸缩臂的伸缩端安装有电磁铁；

15、所述上下罐组件还包括多个自上而下均匀安装在箱柜二内部的隔板。

16、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述收集组件还包括上环座，所述上环座安装在收集罐的顶部中间；

17、所述收集组件还包括对称转动连接在上环座的顶部两侧的两个翻盖，且其转轴均设置在翻盖的中间处，两个所述翻盖的底部外缘处均安装有能够与上环座之间进行磁吸的磁条。

18、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述收集组件还包括多个套筒，多个所述套筒分别对应设于导管一与导管二之间，所述套筒的内部均滑动配合有顶杆，所述套筒的内部位于其与顶杆顶部之间的空间内均设有弹簧三。

19、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述收集组件还包括安装在冷却夹套环隙内两侧的半环板，且处于冷却水注入处的半环板高度低于处于冷却水流出处的半环板高度。

20、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述冷却组件还包括对水柜内部制冷降温的冷水机，所述冷水机的制冷介质进出口连接盘管的两端，盘管安装在水柜的内部下方。

21、作为本发明优选的方案，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述上下罐组件还包括多个能够与t形槽配合的t形轨，所述t形轨均匀安装在隔板的上表面，且t形轨的长度方向与箱柜一的长度方向垂直。

22、一种页岩气开采过程中伴生流体的分离和收集装置的使用方法，包括以下步骤：

23、步骤一、将进气管连接进页岩气开采管道中，通过电磁铁将箱柜二内部的收集罐磁吸住，进而转运至箱柜一中，并悬于导管一、导管二与导管三、导管四之间；

24、步骤二、剪叉升降台一升高自下环座底部顶住收集罐，此时，导管三和导管四分别对应插入两侧的冷却水管内部，并将活塞二向上顶起，最终将冷却夹套内的环隙与冷却组件连通；

25、步骤三、导管三相应的控制阀三开启，进水管内部高压冷却水通过导管三涌入环隙中，此时，缓冲罐二内部压力降低，随即泵二开启，将水柜内部已经通过冷水机制冷的冷却水补充进缓冲罐二内部，而环隙内的冷却水在半环板的阻挡下，流经收集罐的侧面一周，从而实现对其内部进行换热的目的，吸热后的冷却水自另一侧冷却水管流出，并经过导管四、回水管在压力作用下回流至水柜内；

26、步骤四、剪叉升降台一再次升高，同时剪叉升降台二同步升高，共同带动收集罐继续稳定上升，进而顶杆的底端首先触及翻盖的内侧部分，收集罐持续上升时，由于弹簧三的支撑作用，翻盖在顶杆的顶推作用下做杠杆运动，从而其外侧向上抬起，最终将暴露下方被保护的收集气管，而后收集罐继续上升，导管一、导管二将分别插入对应两侧的收集气管内部，并将活塞一向下推动，最终将收集罐的内部与分离组件连通；

27、步骤五、控制阀一、控制阀二开启，进气管中的高压页岩气在减压阀的减压作用后，通过流量计计量并经由导管一进入收集罐的内部，由于其对应的收集气管伸入收集罐的内部，而收集罐的内部又装载有有机溶剂，从而在页岩气被导入其中时，在低温环境下，实现将伴生流体自页岩气中分离并收集的目的，而后页岩气自另一侧收集气管流出，并在导管二、回气管的导流下，汇聚进缓冲罐一的内部，最后被泵一再次泵回进气管尾端并回流至页岩气开采管道内；

28、步骤六、反向执行步骤一至步骤五的操作，即可实现对于收集罐的回收；

29、步骤七、重复步骤一至步骤六的操作，即可实现某个收集罐的单独取出或者更换，实现可持续收集效果，并能够同时记录注入到收集罐中页岩气的通量，此外，通过控制相应的阀门还能够控制收集的时间点。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1、本发明通过收集罐与分离组件中页岩气回路的独立对接，以及与冷却组件中冷却水回路的独立对接，能够实现某个收集罐的单独取出或者更换，实现低温下可持续收集效果，并能够同时记录注入到收集罐中页岩气的通量，以及控制收集的时间点。

32、2、本发明通过设于箱柜一与箱柜二之间的轨道车、机械滑台、旋转台、伸缩臂及其伸缩端安装的电磁铁，配合收集罐侧面的磁吸座，能够实现收集罐的自动转运、更换效果，同时借助t形轨与t型槽的配合，一方面能够实现收集罐的稳定放置，避免倾倒以及杂乱无序，另一方面，通过二者的配合也能实现对于收集罐身位角度的限制，从而更加便于在自动转运、更换收集罐时，对于收集罐位置的精确判断，尤其是在与导管的对接中发挥巨大的作用。

33、3、本发明通过弹簧三的支撑作用，在顶杆的底端首先触及翻盖的内侧部分时，翻盖将在顶杆的顶推作用下做杠杆运动，从而其外侧向上抬起，最终将暴露下方被保护的收集气管便于与导管的对接，此外，在不进行对接作业时，翻盖的外侧在重力作用下，向下翻转，并与上环座的边缘处贴合，此时二者在磁条作用下吸附在一起，从而保护收集气管内部的活塞一不被外界突出结构误触，避免了泄露。