CN108591814A - 一种液态二氧化碳储罐及其使用方法 - Google Patents

一种液态二氧化碳储罐及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液态二氧化碳储罐及其使用方法，所述液态二氧化碳储罐包括罐体，罐体顶部设置有氮气增压管路、气相管路、气相排放管路、液位计上管路，所述罐体底部设置有出液管路、充液管路、排污管路、液位计下管路；所述气相管路与出液管路之间通过气液连通阀连通；该液态二氧化碳储罐可用于液态二氧化碳压裂中液态二氧化碳的储存，属于可移动式撬装化设备，较传统的二氧化碳槽车具有占地空间小，利于施工设备在现场的规范布局，配合氮气增压使用时，出液排量大，可进行远程集中控制，能同时控制数台二氧化碳储罐的出液速度，使每台储罐的液位均衡下降，液态二氧化碳能够得到充分利用。

Description

一种液态二氧化碳储罐及其使用方法
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，用于油气井地层压裂改造，具体涉及一种液态二氧化碳储罐及其使用方法。
背景技术
液态二氧化碳压裂(如二氧化碳增能、二氧化碳干法加砂)属于一种新兴的地层压裂技术，具有对地层伤害小、返排速度快、改造效果好的优点，在现场逐渐推广应用。
以往液态二氧化碳压裂中液态二氧化碳的储存设备为常用的二氧化碳槽车，由于二氧化碳槽车多数为食品级二氧化碳槽车，专为啤酒、可乐等生产公司供应，组织一次液态二氧化碳压裂施工需要动用多个省份的二氧化碳槽车，不仅押车时间长，影响了食品公司的正常生产，施工过程中还可能对二氧化碳槽车造成其他介质的污染，二氧化碳槽车回厂后需进行清洁，进而使液态二氧化碳压裂施工成本增加；再者，使用二氧化碳槽车进行施工时，各台二氧化碳槽车的液位很难控制，出液阻力小的二氧化碳槽车液位提前将至零，达不到各台二氧化碳槽车液位均衡控制，造成液态二氧化碳的极大浪费，如果形成“抽空”，甚至可能造成压裂车走空泵使施工提前结束；况且二氧化碳槽车出液管线通径较小，一般在DN40左右，应用到液态二氧化碳压裂施工中，施工排量达不到施工设计要求，影响了压裂改造效果，甚至因施工排量不足，液态二氧化碳携砂性能降低使井底砂堵，造成井下事故，严重制约了液态二氧化碳压裂的推广进程。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种液态二氧化碳储罐及其使用方法，以解决二氧化碳押车时间长、液位下降不均衡形成“抽空”可能导致的压裂车走空泵、施工排量不足等系列问题，从而达到降低成本、提高排量、改善压裂施工效果的目的。
本发明所采用的技术方案如下：
一种液态二氧化碳储罐，包括罐体，所述罐体顶部设置有氮气增压管路、气相管路、气相排放管路、液位计上管路，所述罐体底部设置有出液管路、充液管路、排污管路、液位计下管路；所述气相管路与出液管路之间通过气液连通阀连通。
进一步地，所述氮气增压管路上自罐体顶部向外依次设置有氮气增压手动阀、管路安全阀Ⅰ、氮气增压电动阀、氮气增压管路泄压阀及氮气增压接口。
进一步地，所述气相管路上自罐体顶部向外依次设置有三通阀、气相手动阀Ⅰ、管路安全阀Ⅱ及气相手动阀Ⅱ，所述三通阀顶部分别设置有罐体安全阀Ⅰ、罐体安全阀Ⅱ；所述出液管路上自罐体底部向外依次设置有出液电动阀、管路安全阀Ⅳ及出液手动阀；所述气相管路与出液管路通过气液连通管路连通，所述气液连通管路上设置有气液连通阀。
进一步地，所述液位计上管路与液位计下管路之间并列设置有磁性浮子式液位计，所述磁性浮子式液位计具有数据远传功能，且磁性浮子式液位计的上管路设置有磁性浮子式液位计上阀，磁性浮子式液位计的下管路设置有磁性浮子式液位计下阀。
进一步地，所述液位计上管路与液位计下管路之间还并列设置有差压液位计，所述差压液位计的上管路设置有差压液位计上阀、罐体压力计，所述差压液位计的下管路设置有差压液位计下阀，且差压液位计的上管路与下管路之间设置有差压液位计平衡阀。
进一步地，所述充液管路上自罐体底部向外依次设置有充液手动阀Ⅰ、管路安全阀Ⅲ、充液手动阀Ⅱ、充液管路泄压阀及充液接口。
进一步地，所述气相排放管路设置有气相排放阀；所述排污管路上设置有排污阀。
进一步地，一种液态二氧化碳储罐的使用方法，包括如下步骤：
1)充液：连通液态二氧化碳储罐的充液接口与液态二氧化碳槽车的出液接口，连通液态二氧化碳储罐的气相接口与液态二氧化碳槽车的气相接口，使液态二氧化碳储罐的充液管路与液态二氧化碳槽车的出液管路相通，液态二氧化碳储罐的气相管路与液态二氧化碳槽车的气相管路相通，开启液态二氧化碳槽车的转存泵，将液态二氧化碳槽车的液态二氧化碳转存至液态二氧化碳储罐内；
2)液态二氧化碳储罐降压：根据施工管线的耐压级别，控制液态二氧化碳储罐的压力，即通入带压氮气后的液态二氧化碳储罐总压一般高于储液状态下的压力0.5MPa以上，但不高于液态二氧化碳储罐的设计压力；
3)管线吹扫、充压：打开气液连通阀，使气相管路、气液连通阀、出液接口形成通路，气态二氧化碳经过这一通路进入液相管线，打开与出液接口相连的施工液相管线上的排放阀对管线进行吹扫，吹扫完毕后关闭所述施工液相管线的排放阀，开始对所述施工液相管线进行充压，充压完毕后关闭气液连通阀；
4)液态二氧化碳储罐充压：施工过程中，持续带压的氮气从所述氮气增压管路进入罐体顶部，使罐体总压高于罐体储液状态下降压后压力0.5MPa以上，但不高于罐体或管线任意一者的设计压力；
5)出液控制：液态二氧化碳储罐的氮气增压电动阀、出液电动阀、罐体压力计及磁性浮子式液位计的数据通过自身的防爆控制柜采集后远传至远程控制箱进行集中显示与控制，施工过程中，系统采集一台或多台液态二氧化碳储罐的液位，自动控制一台或多台液态二氧化碳储罐的出液电动阀的开度，进而控制每台液态二氧化碳储罐的出液速度，使每台液态二氧化碳储罐的液位均衡下降，直至液位降至100～200mm时，施工结束；
6)管线泄压：关闭出液电动阀或出液手动阀，打开气液连通阀，使气相管路、气液连通阀、出液接口形成通路，打开施工液相管线上的排放阀，利用持续带压的氮气对液相管线进行顶替，排出液相管线里的液态二氧化碳，防止施工完成后液相管线里结干冰；
7)排污泄压：关闭气液连通阀，停止对液态二氧化碳储罐的氮气供给，关闭氮气增压电动阀或氮气增压手动阀，打开排污阀，利用罐体自身压力将剩余的液态二氧化碳全部排出，直至压力降为零，施工结束。
本发明的有益效果：
1、本发明较二氧化碳槽车占用空间小，利于施工时设备的摆放布局。
2、本发明不必一次占用大量的食品级二氧化碳槽车资源，影响食品企业的生产，可灵活组织闲时的二氧化碳槽车对本发明液态二氧化碳储罐进行充液。
3、本发明的每台液态二氧化碳储罐出液管线设置为DN100，能够充分保证施工排量所需的出液速度。
4、本发明采用持续带压的氮气为液态二氧化碳储罐罐体顶部进行补压，能够防止液态二氧化碳因管线摩阻较大，液态二氧化碳压力突降产生气化，进而使压裂车走空泵的情况出现，充分保证大排量施工。
5、本发明采用远程集中控制各台液态二氧化碳储罐的出液阀门的开度，使各台液态二氧化碳储罐的液位均衡下降，保证施工排量的稳定。
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是本发明流程示意图；
图2是本发明撬装示意图。
附图标记说明：1、氮气增压接口；2、氮气增压管路泄压阀；3、氮气增压电动阀；4、管路安全阀Ⅰ；5、氮气增压手动阀；6、罐体安全阀1；7、三通阀；8、罐体安全阀2；9、气相手动阀Ⅰ；10、管路安全阀Ⅱ；11、气相排放阀；12、气相手动阀Ⅱ；13、差压液位计上阀；14、罐体压力计；15、磁性浮子式液位计上阀；16、气相管路泄压阀；17、气相接口；18、磁性浮子式液位计；19、差压液位计；20、气液连通阀；21、差压液位计平衡阀；22、差压液位计下阀；23、磁性浮子式液位计下阀；24、出液接口；25、出液管路泄压阀；26、充液接口；27、充液管路泄压阀；28、充液手动阀Ⅱ；29、管路安全阀Ⅲ；30、出液手动阀；31、充液手动阀Ⅰ；32、管路安全阀Ⅳ；33、排污阀；34、出液电动阀；35、液位计下管路；36、排污管路；37、充液管路；38、出液管路；39、液位计上管路；40、气相排放管路；41、气相管路；42、氮气增压管路；43、气液连通管路。
具体实施方式
实施例1：
如图1、图2所示，一种液态二氧化碳储罐，包括罐体，所述罐体顶部设置有氮气增压管路42、气相管路41、气相排放管路40、液位计上管路39，所述罐体底部设置有出液管路38、充液管路37、排污管路36、液位计下管路35；所述气相管路41与出液管路38之间通过气液连通阀20连通。
所述液态二氧化碳储罐采用撬装化设计，较二氧化碳槽车占用空间小，利于施工时设备的摆放布局，不必一次占用大量的食品级二氧化碳槽车资源，影响食品企业的生产，可灵活组织闲时的二氧化碳槽车对本发明液态二氧化碳储罐进行充液。
采用持续带压的氮气为液态二氧化碳储罐罐体顶部进行补压，能够防止液态二氧化碳因管线摩阻较大，液态二氧化碳压力突降产生气化，进而使压裂车走空泵的情况出现，充分保证大排量施工。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述氮气增压管路42上依次设置有氮气增压手动阀5、管路安全阀Ⅰ4、氮气增压电动阀3、氮气增压管路泄压阀2及氮气增压接口1。
所述气相管路41上自罐体顶部向外依次设置有三通阀7、气相手动阀Ⅰ9、管路安全阀Ⅱ10及气相手动阀Ⅱ12，所述三通阀7顶部分别设置有罐体安全阀Ⅰ6、罐体安全阀Ⅱ8；所述出液管路38通径为DN100，，能够充分保证施工排量所需的出液速度，出液管路38上自罐体底部向外依次设置有出液电动阀34、管路安全阀Ⅳ32及出液手动阀30；所述气相管路41与出液管路38通过气液连通管路43连通，所述气液连通管路43上设置有气液连通阀20。所述气气相手动阀Ⅱ12与液连通阀20之间的管路上并接有气相管路泄压阀16、气相接口17。所述气出液手动阀30与液连通阀20之间的管路上并接有出液管路泄压阀25、出液接口24。
所述排污管路36设置有排污阀33。
所述充液管路37上自罐体底部向外依次设置有充液手动阀Ⅰ31、管路安全阀Ⅲ29、充液手动阀Ⅱ28、充液管路泄压阀27及充液接口26。
所述液位计上管路39与液位计下管路35之间并列设置有磁性浮子式液位计18，所述磁性浮子式液位计18具有数据远传功能，且磁性浮子式液位计18的上管路设置有磁性浮子式液位计上阀15，磁性浮子式液位计18的下管路设置有磁性浮子式液位计下阀23。
所述液位计上管路39与液位计下管路35之间还并列设置有差压液位计19，所述差压液位计19的上管路设置有差压液位计上阀13、罐体压力计14，所述压力计14具有数据远传功能，所述差压液位计19的下管路设置有差压液位计下阀22，且差压液位计19的上管路与下管路之间设置有差压液位计平衡阀21。
所述气相排放管路40设置有气相排放阀11。
采用远程集中控制液态二氧化碳储罐的出液阀门的开度，使各台液态二氧化碳储罐的液位均衡下降，保证施工排量的稳定。
实施例3：
在上述实施例的基础上，所述液态二氧化碳储罐应用于二氧化碳增能、二氧化碳干法加砂压裂施工中，为大排量施工提供液态二氧化碳的储存，优化施工设备布局，储液状态下，液态二氧化碳储罐罐体内下部为液态二氧化碳，顶部为气态二氧化碳，设计压力为3.5MPa，其使用方法，包括如下步骤：
1)充液：连通液态二氧化碳储罐的充液接口26与液态二氧化碳槽车的出液接口，连通液态二氧化碳储罐的气相接口17与液态二氧化碳槽车的气相接口，使液态二氧化碳储罐的充液管路37与液态二氧化碳槽车的出液管路相通，液态二氧化碳储罐的气相管路41与液态二氧化碳槽车的气相管路相通，开启液态二氧化碳槽车的转存泵，将液态二氧化碳槽车的液态二氧化碳转存至液态二氧化碳储罐内；
2)液态二氧化碳储罐降压：根据施工管线的耐压级别，控制液态二氧化碳储罐的压力，即通入带压氮气后的液态二氧化碳储罐总压一般高于储液状态下的压力0.5MPa以上，但不高于液态二氧化碳储罐的设计压力；
3)管线吹扫、充压：打开气液连通阀20，使气相管路41、气液连通阀20、出液接口24形成通路，气态二氧化碳经过这一通路进入液相管线，打开与出液接口24相连的施工液相管线上的排放阀对管线进行吹扫，吹扫完毕后关闭所述施工液相管线的排放阀，开始对所述施工液相管线进行充压，充压完毕后关闭气液连通阀20；
4)液态二氧化碳储罐充压：施工过程中，持续带压的氮气从所述氮气增压管路42进入罐体顶部，使罐体总压高于罐体储液状态下降压后压力0.5MPa以上，但不高于罐体或管线任意一者的设计压力；
5)出液控制：液态二氧化碳储罐的氮气增压电动阀3、出液电动阀34、罐体压力计14及磁性浮子式液位计18的数据通过自身的防爆控制柜采集后远传至远程控制箱进行集中显示与控制，施工过程中，系统采集一台或多台液态二氧化碳储罐的液位，自动控制一台或多台液态二氧化碳储罐的出液电动阀34的开度，进而控制每台液态二氧化碳储罐的出液速度，使每台液态二氧化碳储罐的液位均衡下降，直至液位降至100～200mm时，施工结束；
6)管线泄压：关闭出液电动阀34或出液手动阀30，打开气液连通阀20，使气相管路41、气液连通阀20、出液接口24形成通路，打开施工液相管线上的排放阀，利用持续带压的氮气对液相管线进行顶替，排出液相管线里的液态二氧化碳，防止施工完成后液相管线里结干冰；
7)排污泄压：关闭气液连通阀20，停止对液态二氧化碳储罐的氮气供给，关闭氮气增压电动阀3或氮气增压手动阀5，打开排污阀33，利用罐体自身压力将剩余的液态二氧化碳全部排出，直至压力降为零，施工结束。
本发明采用持续带压的氮气为液态二氧化碳储罐罐体顶部进行补压，能够防止液态二氧化碳因管线摩阻较大，液态二氧化碳压力突降产生气化，进而使压裂车走空泵的情况出现，充分保证大排量施工。
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)

1.一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：包括罐体，所述罐体顶部设置有氮气增压管路(42)、气相管路(41)、气相排放管路(40)、液位计上管路(39)，所述罐体底部设置有出液管路(38)、充液管路(37)、排污管路(36)、液位计下管路(35)；所述气相管路(41)与出液管路(38)之间通过气液连通阀(20)连通。
2.如权利要求1所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述氮气增压管路(42)上自罐体顶部向外依次设置有氮气增压手动阀(5)、管路安全阀Ⅰ(4)、氮气增压电动阀(3)、氮气增压管路泄压阀(2)及氮气增压接口(1)。
3.如权利要求1所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述气相管路(41)上自罐体顶部向外依次设置有三通阀(7)、气相手动阀Ⅰ(9)、管路安全阀Ⅱ(10)及气相手动阀Ⅱ(12)，所述三通阀(7)顶部分别设置有罐体安全阀Ⅰ(6)、罐体安全阀Ⅱ(8)；所述出液管路(38)上自罐体底部向外依次设置有出液电动阀(34)、管路安全阀Ⅳ(32)及出液手动阀(30)；所述气相管路(41)与出液管路(38)通过气液连通管路(43)连通，所述气液连通管路(43)上设置有气液连通阀(20)。
4.如权利要求3所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述气气相手动阀Ⅱ(12)与液连通阀(20)之间的管路上并接有气相管路泄压阀(16)、气相接口(17)。
5.如权利要求3所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述气出液手动阀(30)与液连通阀(20)之间的管路上并接有出液管路泄压阀(25)、出液接口(24)。
6.如权利要求1所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述液位计上管路(39)与液位计下管路(35)之间并列设置有磁性浮子式液位计(18)，所述磁性浮子式液位计(18)具有数据远传功能，且磁性浮子式液位计(18)的上管路设置有磁性浮子式液位计上阀(15)，磁性浮子式液位计(18)的下管路设置有磁性浮子式液位计下阀(23)。
7.如权利要求6所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述液位计上管路(39)与液位计下管路(35)之间还并列设置有差压液位计(19)，所述差压液位计(19)的上管路设置有差压液位计上阀(13)、罐体压力计(14)，所述差压液位计(19)的下管路设置有差压液位计下阀(22)，且差压液位计(19)的上管路与下管路之间设置有差压液位计平衡阀(21)。
8.如权利要求1所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述充液管路(37)上自罐体底部向外依次设置有充液手动阀Ⅰ(31)、管路安全阀Ⅲ(29)、充液手动阀Ⅱ(28)、充液管路泄压阀(27)及充液接口(26)。
9.如权利要求1所述的一种液态二氧化碳储罐，其特征在于：所述气相排放管路(40)设置有气相排放阀(11)；所述排污管路(36)上设置有排污阀(33)。
10.权利要求1-9任一项所述的一种液态二氧化碳储罐的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)充液：连通液态二氧化碳储罐的充液接口(26)与液态二氧化碳槽车的出液接口，连通液态二氧化碳储罐的气相接口(17)与液态二氧化碳槽车的气相接口，使液态二氧化碳储罐的充液管路(37)与液态二氧化碳槽车的出液管路相通，液态二氧化碳储罐的气相管路(41)与液态二氧化碳槽车的气相管路相通，开启液态二氧化碳槽车的转存泵，将液态二氧化碳槽车的液态二氧化碳转存至液态二氧化碳储罐内；
2)液态二氧化碳储罐降压：根据施工管线的耐压级别，控制液态二氧化碳储罐的压力，即通入带压氮气后的液态二氧化碳储罐总压一般高于储液状态下的压力0.5MPa以上，但不高于液态二氧化碳储罐的设计压力；
3)管线吹扫、充压：打开气液连通阀(20)，使气相管路(41)、气液连通阀(20)、出液接口(24)形成通路，气态二氧化碳经过这一通路进入液相管线，打开与出液接口(24)相连的施工液相管线上的排放阀对管线进行吹扫，吹扫完毕后关闭所述施工液相管线的排放阀，开始对所述施工液相管线进行充压，充压完毕后关闭气液连通阀(20)；
4)液态二氧化碳储罐充压：施工过程中，持续带压的氮气从所述氮气增压管路(42)进入罐体顶部，使罐体总压高于罐体储液状态下降压后压力0.5MPa以上，但不高于罐体或管线任意一者的设计压力；
5)出液控制：液态二氧化碳储罐的氮气增压电动阀(3)、出液电动阀(34)、罐体压力计(14)及磁性浮子式液位计(18)的数据通过自身的防爆控制柜采集后远传至远程控制箱进行集中显示与控制，施工过程中，系统采集一台或多台液态二氧化碳储罐的液位，自动控制一台或多台液态二氧化碳储罐的出液电动阀(34)的开度，进而控制每台液态二氧化碳储罐的出液速度，使每台液态二氧化碳储罐的液位均衡下降，直至液位降至100～200mm时，施工结束；
6)管线泄压：关闭出液电动阀(34)或出液手动阀(30)，打开气液连通阀(20)，使气相管路(41)、气液连通阀(20)、出液接口(24)形成通路，打开施工液相管线上的排放阀，利用持续带压的氮气对液相管线进行顶替，排出液相管线里的液态二氧化碳，防止施工完成后液相管线里结干冰；
7)排污泄压：关闭气液连通阀(20)，停止对液态二氧化碳储罐的氮气供给，关闭氮气增压电动阀(3)或氮气增压手动阀(5)，打开排污阀(33)，利用罐体自身压力将剩余的液态二氧化碳全部排出，直至压力降为零，施工结束。
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