CN112901132A - 二氧化碳无水压裂系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳无水压裂系统及方法，属于油气开采领域。该系统包括：多个二氧化碳运输车、气液分离罐、增压泵、混砂罐、加液泵、输液管、搅拌件以及多个压裂泵车；多个二氧化碳运输车均与气液分离罐连接，气液分离罐与增压泵的进口端连接，增压泵的出口分别与混砂罐的顶部、多个压裂泵车底部的进液端连接，多个压裂泵车顶部的出液端均用于与油井的井口连接；混砂罐的底部与输液管的第一进液口连接，搅拌件位于输液管内，加液泵与输液管的第二进液口连接，输液管的出液口与多个压裂泵车连接。本发明可以应用于敏感性非常规致密油气藏储层，且提高了压裂的成功率以及支撑剂的支撑效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及油气开采技术领域，特别涉及一种二氧化碳无水压裂系统及方法。
背景技术
伴随着油气需求量的不断上升和常规油气产量的不断下降，具有较大资源潜力的非常规油气逐渐成为开发的主流，致密油气藏开发过程中，储层物性差，敏感性强，水锁伤害严重，水基压裂液长时间滞留，造成储层基质伤害率增大。因此，常采用二氧化碳无水压裂的方法对储层进行压裂施工。
相关技术中通过向油井内加入二氧化碳和支撑剂，通过二氧化碳注入油井内时携带的高压使地层破裂形成裂缝，支撑剂进入裂缝中实现对裂缝的支撑，进而完成压裂施工。
发明人发现相关技术中至少存在以下问题：
针对敏感性非常规致密油气藏储层，上述方法的压裂成功率低，支撑剂加入不稳定，造成支撑剂的支撑效果差。
发明内容
本发明实施例提供了一种二氧化碳无水压裂系统及方法，可解决针对敏感性非常规致密油气藏储层，上述方法的压裂成功率低，支撑剂加入不稳定，造成支撑剂的支撑效果差技术问题。技术方案如下：
一方面，提供了一种二氧化碳无水压裂系统，所述系统包括：
多个二氧化碳运输车、气液分离罐、增压泵、混砂罐、加液泵、输液管、搅拌件以及多个压裂泵车；
多个所述二氧化碳运输车均与所述气液分离罐连接，所述气液分离罐与所述增压泵的进口端连接，所述增压泵的出口分别与所述混砂罐的顶部、多个所述压裂泵车底部的进液端连接，多个所述压裂泵车顶部的出液端均用于与油井的井口连接；
所述混砂罐的底部与所述输液管的第一进液口连接，所述搅拌件位于所述输液管内，所述加液泵与所述输液管的第二进液口连接，所述输液管的出液口与多个所述压裂泵车连接。
可选地，所述系统还包括：第一阀门，所述第一阀门设置在所述增压泵与所述混砂罐之间的管线上，所述第一阀门用于调节通过所述增压泵进入所述混砂罐内液态二氧化碳的含量。
可选地，所述系统还包括：第二阀门，所述第二阀门设置在所述混砂罐的顶部，所述第二阀门用于控制所述混砂罐内的压力在安全阈值内。
可选地，所述系统还包括：第三阀门，所述第三阀门设置在所述混砂罐的底部与所述输液管的第一进液口之间，所述第三阀门用于控制所述混砂罐内的支撑剂进入所述油井内的含量。
可选地，所述系统还包括：密度计，所述密度计设置在所述混砂罐与多个所述压裂泵车之间，所述密度计用于检测所述混砂罐内支撑剂进入所述压裂泵车内的含量。
可选地，所述系统还包括：回流管线，所述回流管线的一端与多个所述压裂泵车连接，另一端与多个所述二氧化碳运输车连接。
可选地，所述系统还包括：第四阀门，所述第四阀门设置多个所述压裂泵车与所述油井的井口之间，所述第四阀门用于控制液态二氧化碳与支撑剂进入所述油井的进口内的含量。
另一方面，本发明实施例提供了一种二氧化碳无水压裂方法，所述方法用于上述任一所述的系统，所述方法包括：
将支撑剂放入混砂罐中，对二氧化碳无水压裂系统进行清理和干燥；
对所述混砂罐中的支撑剂进行冷却，使所述混砂罐中液态二氧化碳的温度与多个二氧化碳运输车内液态二氧化碳的温度一致；
降低多个所述压裂泵车内的温度，使多个压裂泵车内的温度与多个所述二氧化碳运输车内液态二氧化碳的温度一致；
液态二氧化碳从多个所述二氧化碳运输车被输出，通过气液分离罐分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵对分离后的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入所述混砂罐，通过所述混砂罐向多个所述压裂泵车内输送增压后的液态二氧化碳，通过多个所述压裂泵车向油井输入液态二氧化碳；
当所述增压泵的排量达到预设值时，通过加液泵向与所述混砂罐连接的输液管内加入二氧化碳稠化剂，通过设置在所述混砂罐底部的输液管内的搅拌件对从所述混砂罐出来的支撑剂进行搅拌，将搅拌后的支撑剂与二氧化碳液体输出至多个所述压裂泵车，通过多个所述压裂泵车向所述油井内注入液态二氧化碳与支撑剂，完成对油井的注液与注砂作业。
可选地，通过混砂罐输出支撑剂与所述液态二氧化碳的含量相等。
可选地，通过混砂罐输出支撑剂与液态二氧化碳时，多个所述二氧化碳运输车内的压力与所述混砂罐内的压力保持平衡。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过多个二氧化碳运输车提供液态二氧化碳，液态二氧化碳经过气液分离罐分离掉其中的气体，通过增压泵提高液态二氧化碳的压力，通过混砂罐内加入支撑剂，液态二氧化碳与支撑剂一起进入混砂罐内，在混砂罐内混合，通过搅拌件对从混砂罐内出来的支撑剂与液态二氧化碳进行搅拌，保证了通过合理控制混砂罐罐内压力和罐外压力，保证两者压力平衡。通过控制混砂罐内出支撑剂的速率以及控制搅拌件的搅拌速率，实现平稳加砂。如此，使本系统可以应用于敏感性非常规致密油气藏储层，且提高了压裂的成功率以及支撑剂的支撑效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的二氧化碳无水压裂系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的二氧化碳无水压裂方法流程示意图。
附图标记分别表示：
1-二氧化碳运输车，2-气液分离罐，3-增压泵，4-混砂罐，5-加液泵，6-输液管，7-搅拌件，8-压裂泵车，9-第一阀门，10-第二阀门，11-第三阀门，12-密度计，13-第四阀门。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
伴随着油气需求量的不断上升和常规油气产量的不断下降，具有较大资源潜力的非常规油气逐渐成为开发的主流，致密油气藏开发过程中，储层物性差，敏感性强，水锁伤害严重，水基压裂液长时间滞留，造成储层基质伤害率增大，所应用的常规水力压裂工艺和技术逐渐被优化和完善，并在压裂改造技术的创新和应用方面开展了大量的工作，但仍然存在无法满足该类储层的改造需求，压裂技术适应性认识不清晰、压后改造效果较差的问题，严重制约了致密油气藏产能的发挥。二氧化碳无水压裂技术的出现，填补了这类储层压裂技术的空白。但是二氧化碳无水压裂技术加砂工艺难度大，施工成功率低，目前还没有形成一种可以实现二氧化碳无水压裂平稳加砂的工艺，能够对敏感性非常规致密油气藏储层进行有效改造的工艺。
二氧化碳无水压裂是指以液态二氧化碳为压裂液，以石英砂或陶粒等高强固体为支撑剂的一种无水相增产改造技术。与常规水力压裂相比，能够有效降低原油粘度，烃类气体高效置换，增加地层能量，储层无污染改造，提高单井产能的同时，实现温室气体埋存。二氧化碳无水压裂施工过程中需要的设备有从低压供液端到高压排出端依次为：液态二氧化碳专用运输槽车、增压泵3、二氧化碳密闭混砂罐4立式、压裂泵车8。
针对二氧化碳无水压裂全程低温-18℃、密闭、高压的特点，将施工工艺流程分为冷却循环、低压供液、供砂混砂、液添加注和高压泵注共五个子流程，涉及七项施工工序，保证连续大排量供液和供砂的平稳。
鉴于此，本发明实施例提供了一种二氧化碳无水压裂系统，如图1所示，该系统包括：
多个二氧化碳运输车1、气液分离罐2、增压泵3、混砂罐4、加液泵5、输液管6、搅拌件7以及多个压裂泵车8；
多个二氧化碳运输车1均与气液分离罐2连接，气液分离罐2与增压泵3的进口端连接，增压泵3的出口分别与混砂罐4的顶部、多个压裂泵车8底部的进液端连接，多个压裂泵车8顶部的出液端均用于与油井的井口连接；
混砂罐4的底部与输液管6的第一进液口连接，搅拌件7位于输液管6内，加液泵5与输液管6的第二进液口连接，输液管6的出液口与多个压裂泵车8连接。
本发明实施例提供的系统，通过多个二氧化碳运输车1提供液态二氧化碳，液态二氧化碳经过气液分离罐2分离掉其中的气体，通过增压泵3提高液态二氧化碳的压力，通过混砂罐4内加入支撑剂，液态二氧化碳与支撑剂一起进入混砂罐4内，在混砂罐4内混合，通过搅拌件7对从混砂罐4内出来的支撑剂与液态二氧化碳进行搅拌，保证了通过合理控制混砂罐4罐内压力和罐外压力，保证两者压力平衡。通过控制混砂罐4内出支撑剂的速率以及控制搅拌件7的搅拌速率，实现平稳加砂。如此，使本系统可以应用于敏感性非常规致密油气藏储层，且提高了压裂的成功率以及支撑剂的支撑效果。
以下将通过可选地实施例对本发明实施例提供的系统进行详细描述。
可选地，本发明实施例提供的多个二氧化碳运输车1以及多个压裂泵车8的数量可以根据作业时的情况进行确定，示例的，二氧化碳运输车1以及压裂泵车8的数量可以为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或9个等。
本发明实施例提供的搅拌件7可以为蛟龙，提供控制蛟龙的转速，可以配合本系统中的混砂罐4输出支撑剂和液态二氧化碳的速率，进而控制向油井内加砂的稳定性。
本发明实施例提供的支撑剂可以为砂石、石英砂或陶粒等高强固体。混砂罐4为立式混砂罐4。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括：第一阀门9，第一阀门9设置在增压泵3与混砂罐4之间的管线上，第一阀门9用于调节通过增压泵3进入混砂罐4内液态二氧化碳的含量。
本发明实施例对油井注入液态二氧化碳与支撑剂之前，先将支撑剂放置在混砂罐4内，然后通过气态二氧化碳对系统进行吹扫，清除系统内的杂质。因此，当对多个二氧化碳运输车1、气液分离罐2、增压泵3、加液泵5、输液管6、搅拌件7以及多个压裂泵车8进行吹扫时，需要通过第一阀门9关闭混砂罐4，避免气体进入混砂罐4内。
进一步地，通过第一阀门9可以控制增压泵3进入混砂罐4内液态二氧化碳的含量。
在一种可能的实现方式中，系统还包括：第二阀门10，第二阀门10设置在混砂罐4的顶部，第二阀门10用于控制混砂罐4内的压力在安全阈值内。
通过设置第二阀门10，可以调节混砂罐4内的压力，使混砂罐4内的压力保持在安全阈值内。或者通过第二阀门10调节混砂罐4内的压力与多个二氧化碳运输车1以及多个压裂泵车8之间的压力平衡。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括：第三阀门11，第三阀门11设置在混砂罐4的底部与输液管6的第一进液口之间，第三阀门11用于控制混砂罐4内的支撑剂进入油井内的含量。
作为一种示例，本发明实施例提供的第三阀门11可以为蝶阀。通过控制蝶阀的开度，进而控制混砂罐4出砂的含量。示例的，加砂施工过程中，平衡混砂罐4与多个二氧化碳运输车1、气液分离罐2、增压泵3以及多个压裂泵车8之间的压力，蝶阀的开度由20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，逐级增加，蝶阀开启的同时，利用密度计12观察混砂罐4中是否有支撑剂流入，结合混砂罐4内外的压差情况，实时控制加砂。即，当混砂罐4的罐内压力大于罐外压力，且罐内压力达到安全阀设定压力值，例如2.5-3.2兆帕时，第二阀门10，即安全阀开启，混砂罐4的罐内压力降低至安全阀设定压力值以下，安全阀关闭，混砂罐4的罐内罐外压力平衡；当二氧化碳密闭混砂罐4罐内压力小于罐外压力时，调小密闭混砂罐4补液阀门开度，增加罐内液态二氧化碳气化量，罐内压力上升，保持罐内罐外压力平衡。逐级打开蝶阀直至开度为100％。
当蝶阀开度为100％时，开启搅拌件7，观察并调整混砂罐4罐内的压力和密闭混砂罐4外系统的压力，按照搅拌件7的转速在50-150转/分范围内，增加搅拌件7的转速，提高支撑剂的比例，保证罐内罐外压力平衡的同时，实现二氧化碳无水压裂平稳加砂。
在一种可能的实现方式中，系统还包括：密度计12，密度计12设置在混砂罐4与多个压裂泵车8之间，密度计12用于检测混砂罐4内支撑剂进入压裂泵车8内的含量。
通过设置密度计12可以检测从混砂罐4内输出的支撑剂的重量，进一步地保证支撑剂与液态二氧化碳的重量能够保持平衡。
在一种可能的实现方式中，系统还包括：回流管线，回流管线的一端与多个压裂泵车8连接，另一端与多个二氧化碳运输车1连接。
需要说明的是，一方面，本发明实施例提供的系统，在向混砂罐4内注入支撑剂后，会对混砂罐4内的支撑剂进行冷却，使其温度与多个二氧化碳运输车1中的温度保持一致，以减少混砂罐4内得支撑剂与多个二氧化碳运输车1内液态二氧化碳的温度差，进而提高液态二氧化碳与支撑剂的混合效率，提高支撑剂在油井内的支撑效率。
因此，通过设置回流管线，对混砂罐4内的支撑剂进行冷却，使其温度与储液罐内液态二氧化碳温度一致，因为罐内支撑剂温度高易使液态二氧化碳汽化，影响正常施工。通过多个二氧化碳运输车1内的液态二氧化碳对混砂罐4内的支撑剂进行冷区，冷却后的液态二氧化碳通过回流管线返回二氧化碳运输车1内。如此，即达到了对混砂罐4内支撑剂冷却的目的，又提高了液态二氧化碳冷却剂的利用率，节省了资源。
另一方面，本发明实施例提供的系统还需要对多个压裂泵车8进行冷却，常温下压裂泵车易使液态二氧化碳汽化，气态二氧化碳易使压裂泵车柱塞工作效率低而影响施工。使多个压裂泵车8内的温度与液态二氧化碳的温度保持一致，避免由于温度差较大，影响液态二氧化碳与支撑剂的混合，进而影响压裂的效果。
在一种可能的实现方式中，系统还包括：第四阀门13，第四阀门13设置多个压裂泵车8与油井的井口之间，第四阀门13用于控制液态二氧化碳与支撑剂进入油井的进口内的含量。
另一方面，本发明实施例还提供了一种二氧化碳无水压裂方法，参见图2，该方法用于上述任一的系统，该方法包括：
步骤101、将支撑剂放入混砂罐4中，对二氧化碳无水压裂系统进行清理和干燥；
步骤102、对混砂罐4中的支撑剂进行冷却，使混砂罐4中液态二氧化碳的温度与多个二氧化碳运输车1内液态二氧化碳的温度一致；
步骤103、降低多个压裂泵车8内的温度，使多个压裂泵车8内的温度与多个二氧化碳运输车1内液态二氧化碳的温度一致；
步骤104、液态二氧化碳从多个二氧化碳运输车1被输出，通过气液分离罐2分离掉液态二氧化碳中的气体，通过增压泵3对分离后的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入混砂罐4，通过混砂罐4向多个压裂泵车8内输送增压后的液态二氧化碳，通过多个压裂泵车8向油井输入液态二氧化碳；
步骤105、当增压泵3的排量达到预设值时，通过加液泵5向与混砂罐4连接的输液管6内加入二氧化碳稠化剂，通过设置在混砂罐4底部的输液管6内的搅拌件7对从混砂罐4出来的支撑剂进行搅拌，将搅拌后的支撑剂与二氧化碳液体输出至多个压裂泵车8，通过多个压裂泵车8向油井内注入液态二氧化碳与支撑剂，完成对油井的注液与注砂作业。
在一种可能的实现方式中，通过混砂罐4输出支撑剂与液态二氧化碳，包括：输出支撑剂与液态二氧化碳的含量相等。
在一种可能的实现方式中，通过混砂罐4输出支撑剂与液态二氧化碳，包括：输出支撑剂与二氧化碳的含量相等。
需要说明的是，本发明实施例提供的方法保证液态二氧化碳供液平稳，在二氧化碳无水压裂加砂阶段，通过合理控制混砂罐4罐内压力和罐外压力，保证两者压力平衡，同时合理控制混砂罐4底部第三阀门11的开度和搅拌件7的转速，实现平稳加砂。
进一步地，本发明实施例提供的方法，通过多个二氧化碳运输车1提供液态二氧化碳，液态二氧化碳经过气液分离罐2分离掉其中的气体，通过增压泵3提高液态二氧化碳的压力，通过混砂罐4内加入支撑剂，液态二氧化碳与支撑剂一起进入混砂罐4内，在混砂罐4内混合，通过搅拌件7对从混砂罐4内出来的支撑剂与液态二氧化碳进行搅拌，保证了通过合理控制混砂罐4罐内压力和罐外压力，保证两者压力平衡。通过控制混砂罐4内出支撑剂的速率以及控制搅拌件7的搅拌速率，实现平稳加砂。如此，使本方法可以应用于敏感性非常规致密油气藏储层，且提高了压裂的成功率以及支撑剂的支撑效果。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二氧化碳无水压裂系统，其特征在于，所述系统包括：
多个二氧化碳运输车(1)、气液分离罐(2)、增压泵(3)、混砂罐(4)、加液泵(5)、输液管(6)、搅拌件(7)以及多个压裂泵车(8)；
多个所述二氧化碳运输车(1)均与所述气液分离罐(2)连接，所述气液分离罐(2)与所述增压泵(3)的进口端连接，所述增压泵(3)的出口分别与所述混砂罐(4)的顶部、多个所述压裂泵车(8)底部的进液端连接，多个所述压裂泵车(8)顶部的出液端均用于与油井的井口连接；
所述混砂罐(4)的底部与所述输液管(6)的第一进液口连接，所述搅拌件(7)位于所述输液管(6)内，所述加液泵(5)与所述输液管(6)的第二进液口连接，所述输液管(6)的出液口与多个所述压裂泵车(8)连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第一阀门(9)，所述第一阀门(9)设置在所述增压泵(3)与所述混砂罐(4)之间的管线上，所述第一阀门(9)用于调节通过所述增压泵(3)进入所述混砂罐(4)内液态二氧化碳的含量。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二阀门(10)，所述第二阀门(10)设置在所述混砂罐(4)的顶部，所述第二阀门(10)用于控制所述混砂罐(4)内的压力在安全阈值内。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第三阀门(11)，所述第三阀门(11)设置在所述混砂罐(4)的底部与所述输液管(6)的第一进液口之间，所述第三阀门(11)用于控制所述混砂罐(4)内的支撑剂进入所述油井内的含量。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：密度计(12)，所述密度计(12)设置在所述混砂罐(4)与多个所述压裂泵车(8)之间，所述密度计(12)用于检测所述混砂罐(4)内支撑剂进入所述压裂泵车(8)内的含量。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：回流管线，所述回流管线的一端与多个所述压裂泵车(8)连接，另一端与多个所述二氧化碳运输车(1)连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第四阀门(13)，所述第四阀门(13)设置多个所述压裂泵车(8)与所述油井的井口之间，所述第四阀门(13)用于控制液态二氧化碳与支撑剂进入所述油井的进口内的含量。
8.一种二氧化碳无水压裂方法，所述方法用于权利要求1-7任一所述的系统，其特征在于，所述方法包括：
将支撑剂放入混砂罐(4)中，对二氧化碳无水压裂系统进行清理和干燥；
对所述混砂罐(4)中的支撑剂进行冷却，使所述混砂罐(4)中液态二氧化碳的温度与多个二氧化碳运输车(1)内液态二氧化碳的温度一致；
降低多个压裂泵车(8)内的温度，使多个所述压裂泵车(8)内的温度与多个所述二氧化碳运输车(1)内液态二氧化碳的温度一致；
液态二氧化碳从多个所述二氧化碳运输车(1)被输出，通过气液分离罐(2)分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵(3)对分离后的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入混砂罐(4)，通过所述混砂罐(4)向多个所述压裂泵车(8)内输送增压后的液态二氧化碳，通过多个所述压裂泵车(8)向油井输入液态二氧化碳；
当所述增压泵(3)的排量达到预设值时，通过加液泵(5)向与所述混砂罐(4)连接的输液管(6)内加入二氧化碳稠化剂，通过设置在所述混砂罐(4)底部的所述输液管(6)内的搅拌件(7)对从所述混砂罐(4)出来的支撑剂进行搅拌，将搅拌后的支撑剂与二氧化碳液体输出至多个所述压裂泵车(8)，通过多个所述压裂泵车(8)向所述油井内注入液态二氧化碳与支撑剂，完成对油井的注液与注砂作业。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述混砂罐(4)输出的支撑剂与液态二氧化碳的含量相等。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过混砂罐(4)输出支撑剂与液态二氧化碳时，多个所述二氧化碳运输车(1)内的压力与所述混砂罐(4)内的压力保持平衡。
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