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一种 页岩气井场安全控制系统适应性测试装置

阅读：118发布：2024-01-09

专利汇可以提供一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，设计高低压压力输出装置，通过液压泵一级升压，再经过蓄能器镇流，然后伺服阀二级升压可产生超高压力输出，完成截断阀高低压关断值测试；设计定斜率压力降输出装置，井场泄漏近似考虑为页岩气在管道内以一定斜率压力慢慢降低，通过伺服电机控制调节液压泵，再加上液压缸以及蓄能器完成定斜率压力降输出；建立阀杆运动时间检测系统，接收压力信号以及阀门关断信号，确定阀门关断时间，评价安全控制系统灵敏度、反应时间；搭建温控系统，液压油温度过高或过低时系统开启，对液压油进行换热，以防止对测试装置造成破坏。，下面是一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，其特征在于：包括油箱(1)、第一精密过滤器(2)、第二精密过滤器(3)、第三精密过滤器(4)、第四精密过滤器(5)、超高压及低压输出模块(6)、第一溢流阀(7)、节流阀(8)、第一泄压阀(9)、第二泄压阀(10)、液位计(11)、温度计(12)、温控系统(13)、空气过滤器(14)、斜率压力输出模块(15)、液压缸(16)、第一蓄能器(17)、第一压力传感器(18)、阀杆运动时间检测系统(19)、截断阀接口(20)、放油阀(21)；
所述油箱(1)与第一精密过滤器(2)、超高压及低压输出模块(6)以及第一溢流阀(7)依次连接，所述超高压及低压输出模块(6)与节流阀(8)、油箱(1)顺序相连，所述超高压及低压输出模块(6)、第一泄压阀(9)、第二精密过滤器(3)、油箱(1)顺序相连，所述液位计(11)、温度计(12)、温控系统(13)、空气过滤器(14)、放油阀(21)分别与油箱(1)相连，所述超高压及低压输出模块(6)与第一压力传感器(18)、截断阀接口(20)依次连接，所述第一压力传感器(18)与阀杆运动时间检测系统(19)相连，所述油箱(1)、第四精密过滤器(5)、斜率压力输出模块(15)、第二泄压阀(10)、第三精密过滤器(4)依次连接，所述斜率压力输出模块(15)、液压缸(16)、第一蓄能器(17)、第一压力传感器(18)、截断阀接口(20)顺序连接。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，其特征在于：
所述超高压及低压输出模块(6)包括电机(601)、第一液压泵(602)、第二蓄能器(603)、第一压力表(604)、第二压力表(605)、伺服阀(606)、第二压力传感器(607)、控制模块(608)、执行元件(609)；
所述电机(601)、第一液压泵(602)、第二蓄能器(603)、第一压力表(604)、伺服阀(606)、第二压力表(605)、执行元件(609)依次相连，所述第二压力表(605)与第二压力传感器(607)相连，所述第二压力传感器(607)、控制模块(608)、伺服阀(606)依次相连。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，其特征在于：
所述斜率压力输出模块(15)包括伺服电机(1501)、第二液压泵(1502)、压力表(1503)、组合传感器(1504)、电磁换向阀(1505)、齿轮马达(1506)、第二溢流阀(1507)、电磁溢流阀(1508)、A/D转换器(1509)、计算机(1510)、D/A转换器(1511)；
所述伺服电机(1501)、第二液压泵(1502)、压力表(1503)、组合传感器(1504)、电磁换向阀(1505)、齿轮马达(1506)、第二溢流阀(1507)依次相连，所述第二液压泵(1502)与电磁溢流阀(1508)相连，所述组合传感器(1504)、A/D转换器(1509)、计算机(1510)、D/A转换器(1511)、第二溢流阀(1507)依1次连接，所述D/A转换器(1511)、伺服电机(1501)、A/D转换器(1509)顺序连接。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，其特征在于：
所述温控系统(13)包括精密过滤器(1301)、电动机(1302)、循环泵(1303)、第三溢流阀(1304)、单向阀(1305)、第一手动阀(1306)、第二手动阀(1307)、冷却器(1308)、电磁加热线圈(1309)；
所述电动机(1302)、循环泵(1303)、第三溢流阀(1304)依次相连，所述精密过滤器(1301)、循环泵(1303)、单向阀(1305)、第一手动阀(1306)、冷却器(1308)顺序相连，所述第二手动阀(1307)与电磁加热线圈(1309)相连。

说明书全文

一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，属于天然气井场地面安全控制技术领域。

背景技术

[0002] 页岩气地面集输工艺依然面临着很多问题，其中包括：(1)在页岩气开发过程中，开采初期井口压力很高，随之很快衰减，井口压力工况变化大，超压或者失压工况对下游有着巨大的风险；(2)井口开采的页岩气进入井场，一旦泄漏，井场安全控制系统未识别未能及时关断紧急截断阀，进行可能引起火灾、爆炸、中毒等事故。

[0003] 在页岩气井场安全控制系统适应性测试方面，公开文献上国外研究者未提出相关页岩气井场安全控制系统适应性测试装置设计方案，国内也未见相应的报道。

[0004] 因此，为保证人身生命安全和井口装置下游采集气站场的工艺设备安全运行，设计了一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，对井场安全系统进行适应性测试，包括井口安全截断阀适应性测试和井场紧急切断阀适应性测试，以便在井口发生意外和失控的情况下以及井场发生泄漏时快速截断来气，以确保人身、生产和设备的安全，减少和避免经济上的损失。实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于提供一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，对页岩气井场的安全控制系统进行测试、分析，评价安全控制系统的适应性，确保页岩气井场安全、高效生产。

[0006] 本实用新型解决了以下几个问题：1.设计页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，完成井场安全控制系统相关测试，评价井场安全控制系统适应性；2.设计高低压压力输出装置，通过液压泵一级升压，再经过蓄能器镇流，然后伺服阀二级升压可产生超高压力输出，完成截断阀高低压关断值测试；3.设计定斜率压力降输出装置，井场泄漏近似考虑为页岩气在管道内以一定斜率压力慢慢降低，通过伺服电机控制调节液压泵，再加上液压缸以及蓄能器完成定斜率压力降输出；4.建立阀杆运动时间检测系统，接收压力信号以及阀门关断信号，确定阀门关断时间，评价安全控制系统灵敏度、反应时间；5.搭建温控系统，液压油温度过高或过低时系统开启，对液压油进行换热，以防止对测试装置造成破坏。

[0007] 为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

[0008] 一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，包括油箱1、第一精密过滤器2、第二精密过滤器3、第三精密过滤器4、第四精密过滤器5、超高压及低压输出模块6、第一溢流阀 7、节流阀8、第一泄压阀9、第二泄压阀10、液位计11、温度计12、温控系统13、空气过滤器14、斜率压力输出模块15、液压缸16、第一蓄能器17、第一压力传感器18、阀杆运动时间检测系统19、截断阀接口20、放油阀21；

[0009] 油箱1与第一精密过滤器2、超高压及低压输出模块6以及第一溢流阀7依次连接，超高压及低压输出模块6与节流阀8、油箱1顺序相连，超高压及低压输出模块6、第一泄压阀 9、第二精密过滤器3、油箱1顺序相连，液位计11、温度计12、温控系统13、空气过滤器 14、放油阀21分别与油箱1相连，超高压及低压输出模块6与第一压力传感器18、截断阀接口20依次连接，压力传感器18与阀杆运动时间检测系统19相连，油箱1、第四精密过滤器5、斜率压力输出模块15、第二泄压阀10、第三精密过滤器4依次连接，斜率压力输出模块15、液压缸
16、第一蓄能器17、第一压力传感器18、截断阀接口20顺序连接。

[0010] 超高压及低压输出模块6包括电机601、第一液压泵602、第二蓄能器603、第一压力表 604、第二压力表605、伺服阀606、第二压力传感器607、控制模块608、执行元件609；

[0011] 电机601、第一液压泵602、第二蓄能器603、第一压力表604、伺服阀606、第二压力表605、执行元件609依次相连，第二压力表605与第二压力传感器607相连，第二压力传感器607、控制模块608、伺服阀606依次相连。

[0012] 斜率压力输出模块15包括伺服电机1501、第二液压泵1502、压力表1503、组合传感器 1504、电磁换向阀1505、齿轮马达1506、第二溢流阀1507、电磁溢流阀1508、A/D转换器 1509、计算机1510、D/A转换器1511；

[0013] 伺服电机1501、第二液压泵1502、压力表1503、组合传感器1504、电磁换向阀1505、齿轮马达1506、第二溢流阀1507依次相连，第二液压泵1502与电磁溢流阀1508相连，组合传感器1504、A/D转换器1509、计算机1510、D/A转换器1511、第二溢流阀1507依次连接，D/A转换器1511、伺服电机1501、A/D转换器1509顺序连接。

[0014] 温控系统13包括精密过滤器1301、电动机1302、循环泵1303、第三溢流阀1304、单向阀1305、第一手动阀1306、第二手动阀1307、冷却器1308、电磁加热线圈1309；

[0015] 电动机1302、循环泵1303、第三溢流阀1304依次相连，精密过滤器1301、循环泵1303、单向阀1305、第一手动阀1306、冷却器1308顺序相连，第二手动阀1307与电磁加热线圈 1309相连。

[0016] 该实用新型的有益效果在于：

[0017] (1)本实用新型主要针对页岩气井场安全控制系统，通过设计页岩气井场安全控制系统适应性测试装置，其中超高压及低压工况模拟信号输出功能设计可以对对井口安全截断阀进行适应性测试，对其高低压关断值进行校验，进而分析并推荐高低压截断值，降低井口超压或失压对下游造成的风险；

[0018] (2)为完成定斜率压力降模拟信号输出功能，设计了储能器和液压缸、伺服电机驱动，当电动机以不同速率运行时，能够使压力以不同斜率下降，达到压降斜率调节的目的；从而模拟井场泄漏工况，输出不同斜率压降，测试紧急截断阀关断时间和效果，分析并推荐最佳压降斜率关断值，减小泄漏对井场安全造成的影响；

[0019] (3)建立阀杆运动时间检测系统，接收压力信号以及阀门关断信号，确定阀门关断时间，以评价安全控制系统灵敏度、反应时间；

[0020] (4)搭建温控系统，液压油温度过高或过低时系统开启，对液压油进行换热，以防止对测试装置造成破坏。附图说明

[0021] 图1是本实用新型实施例中页岩气井场安全控制系统适应性测试装置示意图。

[0022] 图2是本实用新型实施例中超高压及低压输出模块流程图。

[0023] 图3是本实用新型实施例中斜率压力输出模块流程图。

[0024] 图4是本实用新型实施例中温控系统流程图。

[0025] 图5是本实用新型实施例中伺服阀控制原理图。

[0026] 图6是本实用新型实施例中伺服电机工作流程图。

[0027] 图7是本实用新型实施例中阀杆运动时间检测系统流程框图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本实用新型。

[0029] 实施例

[0030] 一种页岩气井场安全控制系统适应性测试装置如图1所示，包括油箱1、第一精密过滤器2、第二精密过滤器3、第三精密过滤器4、第四精密过滤器5、超高压及低压输出模块6、第一溢流阀7、节流阀8、第一泄压阀9、第二泄压阀10、液位计11、温度计12、温控系统 13、空气过滤器14、斜率压力输出模块15、液压缸16、第一蓄能器17、第一压力传感器18、阀杆运动时间检测系统19、截断阀接口20、放油阀21；

[0031] 油箱1与第一精密过滤器2、超高压及低压输出模块6以及第一溢流阀7依次连接，超高压及低压输出模块6与节流阀8、油箱1顺序相连，超高压及低压输出模块6、第一泄压阀 9、第二精密过滤器3、油箱1顺序相连，液位计11、温度计12、温控系统13、空气过滤器14放油阀21分别与油箱1相连，超高压及低压输出模块6与第一压力传感器18、截断阀接口20依次连接，第一压力传感器18与阀杆运动时间检测系统19相连，油箱1、第四精密过滤器5、斜率压力输出模块15、第二泄压阀10、第三精密过滤器4依次连接，斜率压力输出模块15、液压缸
16、第一蓄能器17、第一压力传感器18、截断阀接口20顺序连接。

[0032] 超高压及低压输出模块流程图如图2所示。超高压及低压输出模块6包括电机601、第一液压泵602、第二蓄能器603、第一压力表604、第二压力表605、伺服阀606、第二压力传感器607、控制模块608、执行元件609；

[0033] 电机601、第一液压泵602、第二蓄能器603、第一压力表604、伺服阀606、第二压力表605、执行元件609依次相连，第二压力表605与第二压力传感器607相连，第二压力传感器607、控制模块608、伺服阀606依次相连。

[0034] 斜率压力输出模块流程图如图3所示。斜率压力输出模块15包括伺服电机1501、第二液压泵1502、压力表1503、组合传感器1504、电磁换向阀1505、齿轮马达1506、第二溢流阀1507、电磁溢流阀1508、A/D转换器1509、计算机1510、D/A转换器1511；

[0035] 伺服电机1501、第二液压泵1502、压力表1503、组合传感器1504、电磁换向阀1505、齿轮马达1506、第二溢流阀1507依次相连，第二液压泵1502与电磁溢流阀1508相连，组合传感器1504、A/D转换器1509、计算机1510、D/A转换器1511、第二溢流阀1507依次连接，D/A转换器1511、伺服电机1501、A/D转换器1509顺序连接。

[0036] 温控系统流程图图如图4所示。温控系统13包括精密过滤器1301、电动机1302、循环泵1303、第三溢流阀1304、单向阀1305、第一手动阀1306、第二手动阀1307、冷却器1308、电磁加热线圈1309；

[0037] 电动机1302、循环泵1303、第三溢流阀1304依次相连，精密过滤器1301、循环泵1303、单向阀1305、第一手动阀1306、冷却器1308顺序相连，第二手动阀1307与电磁加热线圈 1309相连。

[0038] 图5是伺服阀控制原理图。指令信号经过伺服阀的功率放大元件放大后控制液压油的输出。传感器检测执行元件的输出状态参量并反馈到伺服阀的控制元件实现闭环控制。由于伺服阀要求清洁度较髙的液压油，油液稍有污染就会磨损甚至堵塞元件而造成系统性能变差，因而液压油流出和回流至油箱时均需经过精密过滤器过滤。

[0039] 图6是伺服电机工作流程图。伺服电动机驱动定量泵液压源，控制系统采用闭环控制，把采集到的系统压力和流量值，经功率计算器运算后与设定值相比较，产生的偏差信号经过控制器调节后，输出控制电压信号来控制电机转速，改变系统流量，来使系统功率达到设定值。在工作过程中，当负载压力增大，液压源系统功率大于设定值时，控制器使控制电压减小，电机转速下降，流量下降，系统功率也会随之下降，直到系统功率与设定值相等；反之，当负载压力减小，液压源系统功率小于设定值时，控制器使控制电压上升，电机转速上升，流量上升，系统功率也会随之上升，直到系统功率与设定值相等，从而使系统功率始终跟随负载功率，达到流量与压力控制调节的目的。

[0040] 图7阀杆运动时间检测系统流程框图。程序开始，先进行系统初始化，接着选择设定值类别，即选择是高压值、低压值、定斜率压力降值中的一种，并设置参数；然后判断是否采集到压力数值信号，是的话接着进行与设定值比较，与设定值相等则计时开始，采集到阀门关断信号则计时停止，程序结束。

[0041] 上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

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