CN105927202A - 一种气井co2水力压裂后co2回收再利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气井CO2压裂后排液控制装置，包括固气液分离器，所述固气液分离器一端连接气井；所述固气液分离器下端连接有分离出的固体与液体的收集器，所述固气液分离器的出气口连接有压缩机，所述压缩机另一端连接有一级分离膜组件的入口，一级分离膜组件的另一端出气口连接气体出口；所述一级分离膜组件与气体出口之间设置有二级分离膜组件A，一级分离膜组件下端出气口还连接有二级分离膜组件B，所述二级分离膜组件B的右端出气口与二级分离膜组件A的进气口连接。本发明通过管汇降压、砂气液三相分离器对返排液进行脱砂、脱水处理，然后通过三个分离膜组件分离CO2和天然气（CH4），达到了降低CO2排放量的同时实现CO2的回收和综合利用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种气井CO2水力压裂后CO2回收再利用装置，用于新建气井CO2水力压裂后排液过程中，消除CO2从气井中排出后直接进入大气带来的环境污染，同时达到CO2的回收和综合利用的目的。
背景技术
为降低储层伤害，提高气井压裂试气效果，CO2水力压裂在气田应用规模不断增加，单井液态CO2用量180-250m3，压裂后返排出压裂液及CO2和CH4的混合气体。开放式的压裂液返排，导致CO2逸入大气加剧温室效应，同时增加压裂成本。
发明内容
本发明专利的目的是：为气田提供一种气井CO2水力压裂后CO2回收再利用装置，应用于气井压裂后排液过程。CO2水力压裂气井压裂返排液中含有压裂砂、天然气（CH4）和CO2。通过管汇降压、砂气液三相分离器对返排液进行脱砂、脱水处理，然后通过双级CO2/CH4膜分离CO2和天然气（CH4），达到降低CO2排放量的同时实现CO2的回收和综合利用的目的。
本发明采用的技术方案为：
一种气井CO2压裂后排液控制装置，包括固气液分离器，所述固气液分离器一端连接气井；所述固气液分离器下端连接有分离出的固体与液体的收集器，所述固气液分离器的出气口连接有压缩机，所述压缩机另一端连接有一级分离膜组件的入口，一级分离膜组件的另一端出气口连接气体出口；所述一级分离膜组件与气体出口之间设置有二级分离膜组件A，二级分离膜组件A的上方出气口与一级分离膜组件的进气口通过管线连通，所述一级分离膜组件下端出气口还连接有二级分离膜组件B，所述二级分离膜组件B的右端出气口与二级分离膜组件A的进气口连接，所述二级分离膜组件B下端出气口还连接有低温CO2回收装置, 所述低温CO2回收装置下端连接有高纯度CO2收集器。
所述固气液分离器下端连接的收集器为压裂砂收集器和压裂液收集器。
所述气井与固气液分离器之间连接有降压缓速装置。
所述降压缓速装置型号为PE-0683-CM-002。
二级分离膜组件A的上方出气口与一级分离膜组件的进气口通过管线连通，该管线上设置有单向阀。
所述一级分离膜组件为UBE生产的CO-710F×1膜。
所述二级分离膜组件A与二级分离膜组件B结构相同，均为UBE生产的CO-710F×4膜。
所述低温CO2回收装置的型号为HL-HSG-100。
本发明的有益效果为：
本发明主要由降压缓速装置、固气液分离器、三个分离膜组件以及低温CO2回收装置组成。主要配套工具是压缩机、压裂砂收集器、压裂液收集器和低温CO2回收装置。
本发明中采用降压缓速装置，从井里产出的液体通过降压缓速装置产生节流作用，可以控制压力，限制流速，保护回收处理设备。
本发明中采用固气液分离器：返排液通过三相分离器，通过沉降作用分离出压裂返排液中的回流压裂砂，液体被分离并在储液罐中收集液体，气体在分离器顶部，进入分离膜组件进行分离处理。
三个分离膜组件，当CO2、CH4混合气体在一定压力条件下透过一级分离膜组件时，CO2高分子渗透膜内扩散渗透速率明显大于CH4，利用膜对混合物各组分选择性渗透性能的差异，来实现CO2、CH4的分离。选择性再好的膜在压力作用下透过CO2组分的同时，都会有一定量CH4的渗透，为了实现CO2高回收率和高纯度，设定为双级膜分离，经过双级分离后即认为气体纯度100%。
1）降低了CO2排放量，降低了环保风险。
2）实现CO2的回收和综合利用，变废为宝，降低成本。
本发明应用于气井压裂后排液过程，通过管汇降压、砂气液三相分离器对返排液进行脱砂、脱水处理，然后通过三个分离膜组件分离CO2和天然气（CH4），达到了降低CO2排放量的同时实现CO2的回收和综合利用的目的。
以下将结合附图进行进一步说明。
附图说明
图1为气井CO2水力压裂后CO2回收再利用装置示意图。
图中，附图标记：1、气井；2、降压缓速装置；3、固气液分离器；4、压裂砂收集器；5、压裂液收集器；6、压缩机；7、一级分离膜组件；8、二级分离膜组件A；9、单向阀；10、气体出口；11、二级分离膜组件B；12、低温CO2回收装置；13、高纯度CO2收集器。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有装置进行开放式的压裂液返排，导致CO2逸入大气加剧温室效应，同时增加压裂成本的问题，本发明提供如图1所示的一种气井CO2水力压裂后CO2回收再利用装置，本发明通过管汇降压、砂气液三相分离器对返排液进行脱砂、脱水处理，然后通过三个分离膜分离CO2和天然气（CH4），达到降低CO2排放量的同时实现CO2的回收和综合利用的目的。
一种气井CO2压裂后排液控制装置，包括固气液分离器3，所述固气液分离器3 一端连接气井1；所述固气液分离器3下端连接有分离出的固体与液体的收集器，所述固气液分离器3的出气口连接有压缩机6，所述压缩机6另一端连接有一级分离膜组件7的入口，一级分离膜组件7的另一端出气口连接气体出口10；所述一级分离膜组件7与气体出口10之间设置有二级分离膜组件A8，二级分离膜组件A8的上方出气口与一级分离膜组件7的进气口通过管线连通，所述一级分离膜组件7下端出气口还连接有二级分离膜组件B11，所述二级分离膜组件B11的右端出气口与二级分离膜组件A8的进气口连接，所述二级分离膜组件B11下端出气口还连接有低温CO2回收装置12, 所述低温CO2回收装置12下端连接有高纯度CO2收集器13。
本发明的使用过程如下：一旦气井1压裂完成后，从井里产出的返排液体先流向一个固液气三相分离器3，产生的固体和液体被分离，产生的沙河液进行收集。产生的气体在固液气分离器3顶部， 通过压缩机6后，带有一定压力的气体即CO2/CH4混合气体进入一级分离膜组件7，分离后非渗透气CH4作为副产品，还混有少量CO2 ，进入二级分离膜组件A8进行二次分离，得到的渗透气再通过单流阀9返回一级分离膜组件7重新分离，分离后得到的非渗透气CH4接管线或燃烧处理；一级分离膜组件7一级分离得到的富CO2组分的渗透气通过二级分离膜组件B11后得到高纯度CO2，最终经过低温CO2回收装置12液化后，回收至高纯度CO2收集器13。
在排液过程中，该操作持续一直到通过多功能气体检测仪观察到气体组分中CH4含量大于90%时操作人员终止返排作业。这是压裂完井收集和报告排放数据的终点。从井场搬走返排设备，搬进生产设备。
返出液量通常开始较高，在返排作业期间随着时间推移返出液量减少，而气产量通常开始较低，在返排作业期间随着时间推移气产量增加。
本发明应用于气井压裂后排液过程，通过管汇降压、砂气液三相分离器对返排液进行脱砂、脱水处理，然后通过三个分离膜组件分离CO2和天然气（CH4），达到了降低CO2排放量的同时实现CO2的回收和综合利用的目的。
实施例2：
基于实施例1的基础上，本实施例中，所述固气液分离器3下端连接的收集器为压裂砂收集器4和压裂液收集器5。
所述气井1与固气液分离器3之间连接有降压缓速装置2。
本发明中，一旦气井1压裂完成后，从井里产出的返排液体通过液体减速降压装置2对管线进行节流，通过降低压力、减缓流速保护下游测试生产设备。通过液体减速降压装置2后，液体先流向一个固液气三相分离器3，返排液通过固液气三相分离器3，通过沉降作用分离出压裂返排液中的回流压裂砂并收集在压裂砂收集器4中，液体被分离并在压裂液收集器5中收集液体，气体在分离器顶部，进入CO2/CH4分离膜组件进行分离处理。
所述降压缓速装置2型号为PE-0683-CM-002。
本发明中采用进口的型号为PE-0683-CM-002的降压缓速装置2，从井里产出的液体通过降压缓速装置产生节流作用，可以控制压力，限制流速，保护回收处理设备。
二级分离膜组件A8的上方出气口与一级分离膜组件7的进气口通过管线连通，该管线上设置有单向阀9。单向阀9可以阻止气体的逆向流动，更好的分离气体，不被混淆。
所述一级分离膜组件7为UBE生产的CO-710F×1膜。
所述二级分离膜组件A8与二级分离膜组件B11结构相同，均为UBE生产的CO-710F×4膜。
所述低温CO2回收装置12的型号为HL-HSG-100。
本发明中的一级分离膜组件7、二级分离膜组件A8和二级分离膜组件B11三个分离膜组件：当CO2、CH4混合气体在一定压力条件下透过高分子膜时，CO2高分子渗透膜内扩散渗透速率明显大于CH4，利用膜对混合物各组分选择性渗透性能的差异，来实现CO2、CH4的分离。选择性再好的膜在压力作用下透过CO2组分的同时，都会有一定量CH4的渗透，为了实现CO2高回收率和高纯度，设定为双级膜分离，经过双级分离后即认为气体纯度100%。
本发明降低了CO2排放量，降低了环保风险。本发明提供的装置，实现了CO2的回收和综合利用，变废为宝，降低成本。
本发明应用于气井压裂后排液过程，通过管汇降压、砂气液三相分离器对返排液进行脱砂、脱水处理，然后通过双级CO2/CH4膜分离CO2和天然气（CH4），达到了降低CO2排放量的同时实现CO2的回收和综合利用的目的。
本发明中涉及到的装置均为现有技术，本发明中将不进行一一叙述。
Claims (8)
1.一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：包括固气液分离器（3），所述固气液分离器（3 ）一端连接气井（1）；所述固气液分离器（3）下端连接有分离出的固体与液体的收集器，所述固气液分离器（3）的出气口连接有压缩机（6），所述压缩机（6）另一端连接有一级分离膜组件（7）的入口，一级分离膜组件（7）的另一端出气口连接气体出口（10）；所述一级分离膜组件（7）与气体出口（10）之间设置有二级分离膜组件A（8），二级分离膜组件A（8）的上方出气口与一级分离膜组件（7）的进气口通过管线连通，所述一级分离膜组件（7）下端出气口还连接有二级分离膜组件B（11），所述二级分离膜组件B（11）的右端出气口与二级分离膜组件A（8）的进气口连接，所述二级分离膜组件B（11）下端出气口还连接有低温CO2回收装置（12）, 所述低温CO2回收装置（12）下端连接有高纯度CO2收集器（13）。
2.根据权利要求1所述的一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：所述固气液分离器（3）下端连接的收集器为压裂砂收集器（4）和压裂液收集器（5）。
3.根据权利要求1所述的一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：所述气井（1）与固气液分离器（3）之间连接有降压缓速装置（2）。
4.根据权利要求3所述的一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：所述降压缓速装置（2）型号为PE-0683-CM-002。
5.根据权利要求1所述的一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：二级分离膜组件A（8）的上方出气口与一级分离膜组件（7）的进气口通过管线连通，该管线上设置有单向阀（9）。
6.根据权利要求1所述的一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：所述一级分离膜组件（7）为UBE生产的CO-710F×1膜。
7.根据权利要求1所述的一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：所述二级分离膜组件A（8）与二级分离膜组件B（11）结构相同，均为UBE生产的CO-710F×4膜。
8.根据权利要求1所述的一种气井CO2压裂后排液控制装置，其特征在于：所述低温CO2回收装置（12）的型号为HL-HSG-100。
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