CN108302324B - 液态二氧化碳增能压裂系统及工艺流程 - Google Patents
液态二氧化碳增能压裂系统及工艺流程 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种液态二氧化碳增能压裂系统及工艺流程，所述液态二氧化碳增能压裂系统，包括二氧化碳储罐、氮气增压装置、液氮泵车、液氮槽车、循环冷却装置及压裂车，所述的液氮槽车、液氮泵车、氮气增压装置依次通过管线相连，氮气增压装置通过二氧化碳储罐气相管线与二氧化碳储罐连接，二氧化碳储罐通过二氧化碳储罐液相管线与循环冷却装置连接，所述循环冷却装置通过压裂车上水管线与压裂车连接。所述液态二氧化碳增能压裂工艺流程可实现大排量施工，并实现气态二氧化碳的集中排放及压裂车冷泵过程中能液态二氧化碳的零排放，达到良好的压裂改造效果的同时，实现二氧化碳重复利用、降低施工成本的目的。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及液态二氧化碳增能压裂系统及工艺流程。
背景技术
二氧化碳压裂是新兴的一种压裂技术，主要方式有二氧化碳增能压裂、二氧化碳干法加砂压裂等，二氧化碳增能压裂通常与水力压裂相结合，先将液态二氧化碳作为前置液通过压裂车泵入目的层后关井，再进行水力加砂压裂，在施工后的压裂液返排过程中利用目的层中二氧化碳将压裂液快速返排，可降低水基压裂液对敏感地层的伤害。二氧化碳干法加砂压裂对低渗透、低压油气藏具有较好的适用性，较水基压裂技术，可消除储层水敏和水锁伤害，提高压裂改造效果；用于页岩气、煤层气压裂可促进吸附天然气的解析。
二氧化碳增能压裂方式的实施，通常采用“二氧化碳槽车——二氧化碳增压泵车(或撬装)——压裂车”这样的工艺流程，这种工艺流程中，二氧化碳槽车液相出口尺寸仅为32mm，影响出液速度，进而影响施工排量；如果要求排量越大，需提高压裂车泵冲，但是较高的泵冲会促使抽吸作用加强，管线摩阻增大，再者二氧化碳槽车内液态二氧化碳的气化速度跟不上排量，压力降低较快，无法克服管线摩阻，容易使管线内液态二氧化碳产生气化，造成排量较小甚至压裂车走空泵；压裂车冷泵过程中，液态二氧化碳的浪费较大，噪音也很大。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了液态二氧化碳增能压裂系统及工艺流程，解决了施工排量不足、液态二氧化碳浪费大、噪音大的问题。
本发明所采用的技术方案如下：
液态二氧化碳增能压裂系统，包括二氧化碳储罐、氮气增压装置、液氮泵车、液氮槽车、循环冷却装置及压裂车，所述的液氮槽车、液氮泵车、氮气增压装置依次通过管线相连，氮气增压装置通过二氧化碳储罐气相管线与二氧化碳储罐连接，二氧化碳储罐通过二氧化碳储罐液相管线与循环冷却装置连接，所述循环冷却装置通过压裂车上水管线与压裂车连接。
所述压裂车上设置有高压管线。
所述高压管线通过循环冷却装置回水管线与循环冷却装置相连，使循环冷却装置与压裂车之间建立循环回路。
所述高压管线连接于井口上。
所述氮气增压装置、二氧化碳储罐、循环冷却装置分别与远程控制柜连接。
所述循环冷却装置包括罐体，罐体的左右两端均设置有液位计，罐体顶部设置有压力传感器、气相管线，罐体内部下方设置有隔板，隔板设置有可开合的人行通道，隔板上部设置有滤网；罐体底部隔板两侧均设置有余液排放口，所述两个余液排放口合并为一条余液排放管线；
罐体左边底部的前后位置对称设置有液体进口，罐体右边底部的前后位置对称设置有液体出口，罐体的正下方设置有“口”字形液相管线，所述液体进口、液体出口均与“口”字形液相管线连通，所述“口”字形液相管线的左边设置有进液口，右边设置有出液口。
所述氮气增压装置包括管路a和管路b，所述管路a和管路b上下对称设置，且管路a和管路b上均依次设置有高压入口、高压管路球阀、减压阀、低压管路球阀，管路a和管路b的出口汇集于同一条出口管路上，所述出口管路上设置有流量计、压力传感器Ⅲ、低压出口球阀及手动排气阀Ⅱ，所述高压入口连接于液氮泵车上，出口管路与二氧化碳储罐气相管线相连通。
所述减压阀为定压式减压阀，减压阀前端为高压管汇区A，减压阀后端为低压管汇区B，所述高压管汇区A内的管路a和管路b之间通过高压管路连通阀连通；所述的低压管汇区B内的管路a和管路b之间通过低压管路连通阀连通。
所述二氧化碳储罐设置有多个，多个二氧化碳储罐并列设置；每个二氧化碳储罐上均设置有储罐压力传感器、储罐液位传感器、储罐液位计；各个二氧化碳储罐分别通过二氧化碳储罐气相管线与氮气增压装置相连，各个二氧化碳储罐分别通过二氧化碳储罐液相管线与循环冷却装置连接，且所述二氧化碳储罐液相管线上设置有储罐液相排放阀。
液态二氧化碳增能压裂工艺流程，包括如下步骤：
1)系统充压、充液
关闭井口阀门，切换二氧化碳储罐的气相、液相阀门，将二氧化碳储罐的气相导入循环冷却装置、压裂车泵头及所有液相管线，待系统压裂平衡后，切换二氧化碳储罐气相、液相阀门，将二氧化碳储罐的液相导入循环冷却装置，适当开启循环冷却装置的气相排放阀进行集中排气，对循环冷却装置及液相管线充液，充液完毕后，关闭循环冷却装置的气相排放阀；
2)循环冷泵
关闭与循环冷却装置连通的二氧化碳储罐液相管线的阀门，循环冷却装置与压裂车之间建立循环回路，开启压裂车在低档位运转，进行循环冷泵；
3)泵注
冷泵完毕后，停泵，关闭循环冷却装置回水管线上的阀门，打开与循环冷却装置连通的二氧化碳储罐液相管线的阀门，打开井口阀门，开启液氮泵车，氮气增压装置为二氧化碳储罐的气相供给氮气，开泵进行液态二氧化碳前置液泵注；
4)排液泄压
施工完毕后，关闭井口阀门，关闭二氧化碳储罐液相阀门，连通氮气增压装置与循环冷却装置的气相，利用氮气对循环冷却装置进行保压，打开循环冷却装置的余液排放阀进行液态二氧化碳的集中排放，直至系统压力降至零，待压裂装备离场后，再对二氧化碳储罐余液进行排放。
进一步地，所述氮气增压装置、二氧化碳储罐、循环冷却装置、密闭混砂装置均采用远程数据采集、集中控制、记录。
本发明的有益效果：
1、本发明解决了液态二氧化碳增能压裂施工排量不足的问题。
2、本发明可实现压裂车冷泵过程中液态二氧化碳的重复利用，减少用量，提高液态二氧化碳的利用率，降低施工成本。
3、本发明通过循环冷却装置实现气态二氧化碳的集中排放及液态二氧化碳的零排放，可提高现场施工安全性并大幅降低施工噪音。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是液态二氧化碳增能压裂地面工艺流程示意图；
图2是氮气增压装置的结构示意图；
图3是循环冷却装置的结构示意图。
附图标记说明：1、二氧化碳储罐；2、氮气增压装置；2.1、高压入口；2.2、高压管路球阀；2.3、减压阀；2.4、低压管路球阀；2.5、出口管路；2.6、流量计；2.7、压力传感器Ⅲ；2.8、低压出口球阀；2.9、手动排气阀Ⅱ；2.10、高压管路连通阀；2.11、低压管路连通阀；3、液氮泵车；4、液氮槽车；5、二氧化碳储罐气相管线；6、二氧化碳储罐液相管线、7、循环冷却装置；7.1、进液口；7.2、液位计；7.3、出液口；7.4、压力传感器；7.5、罐体；7.6、“口”字形液相管线；7.7、隔板；7.8、滤网；7.9、气相管线；7.10、余液排放管线；7.11、液体进口；7.12、液体出口；8、压裂车上水管线；9、压裂车；10、高压管线；11、井口。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，液态二氧化碳增能压裂系统，包括液氮槽车4、液氮泵车3、氮气增压装置2、二氧化碳储罐1、循环冷却装置7及压裂车9，所述的液氮槽车4、液氮泵车3、氮气增压装置2依次通过管线相连，氮气增压装置2通过二氧化碳储罐气相管线5与二氧化碳储罐1连接，二氧化碳储罐1通过二氧化碳储罐液相管线6与循环冷却装置7连接，所述循环冷却装置7通过压裂车上水管线8与压裂车9连接。
针对二氧化碳增能压裂中存在的因施工排量不足使入井砂量减少，达不到压裂改造效果；小排量、大砂比施工容易形成井底砂堵，造成井下事故，施工停止以及压裂车冷泵过程中，液态二氧化碳的浪费大，噪音大等问题，本发明提供了一种液态二氧化碳增能压裂工艺流程，包括如下步骤：
1)系统充压、充液
关闭井口11阀门，切换二氧化碳储罐1的气相、液相阀门，将二氧化碳储罐1的气相导入循环冷却装置7、压裂车9泵头及所有液相管线，待系统压裂平衡后，切换二氧化碳储罐1气相、液相阀门，将二氧化碳储罐1的液相导入循环冷却装置7，适当开启循环冷却装置7的气相排放阀进行集中排气，对循环冷却装置7及液相管线充液，充液完毕后，关闭循环冷却装置7的气相排放阀；
2)循环冷泵
关闭与循环冷却装置7连通的二氧化碳储罐液相管线6的阀门，循环冷却装置7与压裂车9之间建立循环回路，开启压裂车9在低档位运转，进行循环冷泵；
3)泵注
冷泵完毕后，停泵，关闭循环冷却装置回水管线12上的阀门，打开与循环冷却装置7连通的二氧化碳储罐液相管线6的阀门，打开井口11阀门，开启液氮泵车3，氮气增压装置2为二氧化碳储罐1的气相供给氮气，开泵进行液态二氧化碳前置液泵注；
4)排液泄压
施工完毕后，关闭井口11阀门，关闭二氧化碳储罐1液相阀门，连通氮气增压装置2与循环冷却装置7的气相，利用氮气对循环冷却装置7进行保压，打开循环冷却装置7的余液排放阀进行液态二氧化碳的集中排放，直至系统压力降至零，待压裂装备离场后，再对二氧化碳储罐1余液进行排放。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述压裂车9上设置有高压管线10，高压管线10通过循环冷却装置回水管线12与循环冷却装置7相连。循环冷却装置7与压裂车9之间形成循环回路。
所述氮气增压装置2、二氧化碳储罐1、循环冷却装置7分别与远程控制柜连接，远程采集数据，并集中控制、记录。
实施例3：
在上述实施例的基础上，如图3所示，所述循环冷却装置7属于卧式布局，包括罐体7.5，罐体7.5为液态二氧化碳储存专业罐，罐体7.5的左右两端均设置有液位计7.2，罐体7.5左边封头设置有人孔，罐体7.5顶部设置有压力传感器7.4、安全阀、气相管线7.9，罐体7.5内部下方设置有隔板7.7，隔板7.7设置有可开合的人行通道，隔板7.7上部设置有滤网7.8；罐体7.5底部设置有温度传感器，罐体7.5底部隔板7.7两侧均设置有余液排放口，所述两个余液排放口合并为一条余液排放管线7.10；
罐体7.5左边底部的前后位置对称设置有液体进口7.11，罐体7.5右边底部的前后位置对称设置有液体出口7.12，罐体7.5的正下方设置有“口”字形液相管线7.6，所述液体进口7.11、液体出口7.12均与“口”字形液相管线7.6连通，所述“口”字形液相管线的左边设置有进液口7.1，右边设置有出液口7.3。
在冷泵过程中，本发明与压裂车9建立循环通路，液态二氧化碳从压裂车9上水端进入，高压端排出，再从进液口7.1进入罐体7.5，气液相混合态二氧化碳在隔板7.7左侧进行气液分离，气态二氧化碳聚集在罐体7.5顶部，液态二氧化碳经过滤网7.8进入隔板7.7右侧，从出液口排出重新进入压裂车9上水端，形成循环，达到冷却压裂车泵头的效果，在此过程中，液态二氧化碳零排放。
实施例4：
在上述实施例的基础上，如图2所示，所述氮气增压装置2包括管路a和管路b两条上下对称布置的管路，所述管路a和管路b上均依次设置有高压入口2.1、压力传感器Ⅰ、手动排气阀Ⅰ、安全阀Ⅰ、高压管路球阀2.2、减压阀2.3、安全阀Ⅱ、压力传感器Ⅱ、电动排气阀、低压管路球阀2.4，管路a和管路b的出口汇集于一条出口管路2.5上；所述出口管路2.5上从左到右依次设置有流量计2.6、压力传感器Ⅲ2.7、低压出口球阀2.8及手动排气阀Ⅱ2.9；所述高压入口2.1连接于液氮泵车3上，出口管路2.5与二氧化碳储罐气相管线5相连通。
本实施里中所设置的两条管路可实现以下目的：1、现场施工中，一条管路可以满足排量的情况下，另一条管路可作为备用；2、现场施工中，排量要求较高时，可同时使用两条管路，以满足施工要求；3、两条管路高低压分别连通，在现场管线连接过程中，可任意接一条或两条高压入口，均可实现一条或两条管路的使用，而不受设备摆放的限制。
所述二氧化碳储罐1设置有多个，多个二氧化碳储罐1并列设置；每个二氧化碳储罐1上均设置有储罐压力传感器、储罐液位传感器、储罐液位计；各个二氧化碳储罐1分别通过二氧化碳储罐气相管线5与氮气增压装置2相连，各个二氧化碳储罐1分别通过二氧化碳储罐液相管线6与循环冷却装置7连接，且所述二氧化碳储罐液相管线6上设置有储罐液相排放阀。
所述减压阀2.3为定压式减压阀，减压阀2.3前端为高压管汇区A，减压阀2.3后端为低压管汇区B，所述高压管汇区A内的管路a和管路b之间通过高压管路连通阀2.10连通；所述的低压管汇区B内的管路a和管路b之间通过低压管路连通阀2.11连通。
施工时，液氮槽车4和液氮泵车3将高压氮气通过高压入口2.1接入氮气增压装置2，高压氮气通过高压管路球阀2.2，并经过减压阀2.3减压为低压，低压氮气经过低压管路球阀2.4、流量计2.6、低压出口球阀2.8进入到二氧化碳储罐1，为二氧化碳储罐提供一定压力和排量的低压氮气，使液态二氧化碳处于过临界状态，防止液态二氧化碳气化及压裂车走空泵；同时控制柜根据所述储罐压力传感器、储罐液位传感器的反馈值，自动计算和调节所述储罐液相排放阀的开度，使各个二氧化碳储罐的液位均衡、平稳下降，实现连续、均衡供液。
施工结束后，切断进入高压入口2.1的高压氮气气源，关闭高压管路球阀2.2、低压出口球阀2.8，打开手动排气阀Ⅰ排尽高压端氮气压力，打开电动排气阀排尽低压端氮气压力，打开手动排气阀Ⅱ2.9排尽与二氧化碳储罐1的管线内氮气压力。
实施例5：
在上述实施例的基础上，本实施例所述液态二氧化碳增能压裂工艺流程，包括如下步骤：
1)系统充压、充液
关闭井口11阀门，切换二氧化碳储罐1的气相、液相阀门，将二氧化碳储罐1的气相导入循环冷却装置7、压裂车9泵头及所有液相管线，待系统压裂平衡后，切换二氧化碳储罐1气相、液相阀门，将二氧化碳储罐1的液相导入循环冷却装置7，适当开启循环冷却装置7的气相排放阀进行集中排气，对循环冷却装置7及液相管线充液，充液完毕后，关闭循环冷却装置7的气相排放阀；
2)循环冷泵
关闭与循环冷却装置7连通的二氧化碳储罐液相管线6的阀门，循环冷却装置7与压裂车9之间建立循环回路，开启压裂车9在低档位运转，进行循环冷泵；
3)泵注
冷泵完毕后，停泵，关闭循环冷却装置回水管线12上的阀门，打开与循环冷却装置7连通的二氧化碳储罐液相管线6的阀门，打开井口11阀门，开启液氮泵车3，氮气增压装置2为二氧化碳储罐1的气相供给氮气，开泵进行液态二氧化碳前置液泵注；
4)排液泄压
施工完毕后，关闭井口11阀门，关闭二氧化碳储罐1液相阀门，连通氮气增压装置2与循环冷却装置7的气相，利用氮气对循环冷却装置7进行保压，打开循环冷却装置7的余液排放阀进行液态二氧化碳的集中排放，直至系统压力降至零，待压裂装备离场后，再对二氧化碳储罐1余液进行排放。
本发明解决了液态二氧化碳增能压裂中施工排量不足的问题，实现了大排量施工，并实现气态二氧化碳的集中排放及压裂车冷泵过程中能液态二氧化碳的零排放，达到良好的压裂改造效果，同时，实现压裂车冷泵过程中液态二氧化碳的重复利用，提高液态二氧化碳的利用率，可减少用量，降低施工成本。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (10)
1.液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于，包括如下步骤：
1）系统充压、充液
关闭井口（11）阀门，切换二氧化碳储罐（1）的气相、液相阀门，将二氧化碳储罐（1）的气相导入循环冷却装置（7）、压裂车（9）泵头及所有液相管线，待系统压裂平衡后，切换二氧化碳储罐（1）气相、液相阀门，将二氧化碳储罐（1）的液相导入循环冷却装置（7），适当开启循环冷却装置（7）的气相排放阀进行集中排气，对循环冷却装置（7）及液相管线充液，充液完毕后，关闭循环冷却装置（7）的气相排放阀；
2）循环冷泵
关闭与循环冷却装置（7）连通的二氧化碳储罐液相管线（6）的阀门，循环冷却装置（7）与压裂车（9）之间建立循环回路，开启压裂车（9）在低档位运转，进行循环冷泵；
3）泵注
冷泵完毕后，停泵，关闭循环冷却装置回水管线（12）上的阀门，打开与循环冷却装置（7）连通的二氧化碳储罐液相管线（6）的阀门，打开井口（11）阀门，开启液氮泵车（3），氮气增压装置（2）为二氧化碳储罐（1）的气相供给氮气，开泵进行液态二氧化碳前置液泵注；
具体地，液氮槽车（4）和液氮泵车（3）将高压氮气通过高压入口（2.1）接入氮气增压装置（2），高压氮气通过高压管路球阀（2.2），并经过减压阀（2.3）减压为低压，低压氮气经过低压管路球阀（2.4）、流量计（2.6）、低压出口球阀（2.8）进入到二氧化碳储罐（1），为二氧化碳储罐（1）提供一定压力和排量的低压氮气，使液态二氧化碳处于过临界状态，防止液态二氧化碳气化及压裂车（9）走空泵；同时控制柜根据储罐压力传感器、储罐液位传感器的反馈值，自动计算和调节储罐液相排放阀的开度，使各个二氧化碳储罐（1）的液位均衡、平稳下降，实现连续、均衡供液；
4）排液泄压
施工完毕后，关闭井口（11）阀门，关闭二氧化碳储罐（1）液相阀门，连通氮气增压装置（2）与循环冷却装置（7）的气相，利用氮气对循环冷却装置（7）进行保压，打开循环冷却装置（7）的余液排放阀进行液态二氧化碳的集中排放，直至系统压力降至零，待压裂装备离场后，再对二氧化碳储罐（1）余液进行排放。
2.根据权利要求1所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，还包括液态二氧化碳增能压裂系统，其特征在于：所述液态二氧化碳增能压裂系统包括二氧化碳储罐（1）、氮气增压装置（2）、液氮泵车（3）、液氮槽车（4）、循环冷却装置（7）及压裂车（9），所述的液氮槽车（4）、液氮泵车（3）、氮气增压装置（2）依次通过管线相连，氮气增压装置（2）通过二氧化碳储罐气相管线（5）与二氧化碳储罐（1）连接，二氧化碳储罐（1）通过二氧化碳储罐液相管线（6）与循环冷却装置（7）连接，所述循环冷却装置（7）通过压裂车上水管线（8）与压裂车（9）连接。
3.根据权利要求2所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述压裂车（9）上设置有高压管线（10）。
4.根据权利要求3所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述高压管线（10）通过循环冷却装置回水管线（12）与循环冷却装置（7）相连，使循环冷却装置（7）与压裂车（9）之间建立循环回路。
5.根据权利要求3所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述高压管线（10）连接于井口（11）上。
6.根据权利要求2所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述氮气增压装置（2）、二氧化碳储罐（1）、循环冷却装置（7）分别与远程控制柜连接。
7.根据权利要求2所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述循环冷却装置（7）包括罐体（7.5），罐体（7.5）的左右两端均设置有液位计（7.2），罐体（7.5）顶部设置有压力传感器（7.4）、气相管线（7.9），罐体（7.5）内部下方设置有隔板（7.7），隔板（7.7）设置有可开合的人行通道，隔板（7.7）上部设置有滤网（7.8）；罐体（7.5）底部隔板（7.7）两侧均设置有余液排放口，两个余液排放口合并为一条余液排放管线（7.10）；
罐体（7.5）左边底部的前后位置对称设置有液体进口（7.11），罐体（7.5）右边底部的前后位置对称设置有液体出口（7.12），罐体（7.5）的正下方设置有“口”字形液相管线（7.6），所述液体进口（7.11）、液体出口（7.12）均与“口”字形液相管线（7.6）连通，所述“口”字形液相管线的左边设置有进液口（7.1），右边设置有出液口（7.3）。
8.根据权利要求2所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述氮气增压装置（2）包括管路a和管路b，所述管路a和管路b上下对称设置，且管路a和管路b上均依次设置有高压入口（2.1）、高压管路球阀（2.2）、减压阀（2.3）、低压管路球阀（2.4），管路a和管路b的出口汇集于同一条出口管路（2.5）上，所述出口管路（2.5）上设置有流量计（2.6）、压力传感器Ⅲ（2.7）、低压出口球阀（2.8）及手动排气阀Ⅱ（2.9），所述高压入口（2.1）连接于液氮泵车（3）上，出口管路（2.5）与二氧化碳储罐气相管线（5）相连通。
9.根据权利要求8所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述减压阀（2.3）为定压式减压阀，减压阀（2.3）前端为高压管汇区A，减压阀（2.3）后端为低压管汇区B，所述高压管汇区A内的管路a和管路b之间通过高压管路连通阀（2.10）连通；所述的低压管汇区B内的管路a和管路b之间通过低压管路连通阀（2.11）连通。
10.根据权利要求2所述的液态二氧化碳增能压裂工艺流程，其特征在于：所述二氧化碳储罐（1）设置有多个，多个二氧化碳储罐（1）并列设置；每个二氧化碳储罐（1）上均设置有储罐压力传感器、储罐液位传感器、储罐液位计；各个二氧化碳储罐（1）分别通过二氧化碳储罐气相管线（5）与氮气增压装置（2）相连，各个二氧化碳储罐（1）分别通过二氧化碳储罐液相管线（6）与循环冷却装置（7）连接，且所述二氧化碳储罐液相管线（6）上设置有储罐液相排放阀。
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