CN113638724A - 一种二氧化碳驱油用的注入设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田开发领域，公开了一种二氧化碳驱油用的注入设备，包括依次设置的储罐、屏蔽泵、高压泵和注入头，高压泵和注入头之间设置有注入管线，储罐和高压泵之间设有回流管线，回流管线和高压泵之间设有截止阀，还包括集气装置，集气装置包括集气腔和集气腔出口的调压装置，高压泵设有排气阀，集气腔进口连接排气阀，调压装置出口连接储罐。本发明对回流CO₂进行调压处理，有利于储罐压力的稳定性。

Description

一种二氧化碳驱油用的注入设备

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，具体涉及一种二氧化碳驱油用的注入设备。

背景技术

在原油开发领域，利用二氧化碳驱油技术，对于低渗透油藏，可以明显提高原油采收率，而且其埋存技术能够实现温室气体的资源化利用，有利于环境保护。

CO₂驱油地面压注工艺，一般采用CO₂储罐贮存的液相CO₂经屏蔽泵增压后，通过高压泵增压达到注入压力，然后配送到注气井井口。高压泵在运行过程中，进入泵腔内的液态二氧化碳不断汽化，需要连续排气，有可能造成泵效较低，无法完成配注，且二氧化碳损失量较大，不仅造成能源消耗，也污染空气。

为了使排出的CO₂得以二次利用，现有技术方案中，已有通过设置管线以使气相CO₂回流至储罐中。由于高压泵中排出的气相CO₂压力远高于储罐的压力，管线压力无控制的情况下，直接连接储罐进行回流的方式导致储罐压力不断增大，造成压力不稳定，进而影响后续的供液工作。若储罐压力过大无法承受，使用过程中的安全性也得不到保证。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择，本发明提供一种二氧化碳驱油用的注入设备，对回流CO₂进行调压处理，有利于储罐压力的稳定性。

本发明提供一种二氧化碳驱油用的注入设备，包括依次设置的储罐、屏蔽泵、高压泵和注入头，高压泵和注入头之间设置有注入管线，储罐和高压泵之间设有回流管线，回流管线和高压泵之间设有截止阀，还包括集气装置，集气装置包括集气腔和集气腔出口的调压装置，高压泵设有排气阀，集气腔进口连接排气阀，调压装置出口连接储罐。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，调压装置包括减压阀。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，减压阀连接回流管线，且与回流管线之间设有第一单向阀。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，集气腔包括相连通的第一集气腔和第二集气腔，第一集气腔连接排气阀，第二集气腔的体积大于第一集气腔。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，集气装置还包括集气罐，集气罐内部分隔形成第一集气腔和第二集气腔，集气罐和排气阀之间设有第二单向阀。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，还包括预冷装置，预冷装置设有集气腔；

或者，预冷装置进口连接排气阀，预冷装置出口连接集气腔进口；

或者，预冷装置进口连接集气装置出口，预冷装置出口连接回流管线。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，还包括加热装置，加热装置设于高压泵和注入头之间，加热装置包括加热器和换热器。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，还包括变频调节装置，变频调节装置包括分别设置于注入井口的压力传感器、设置于注入管线的压力变送器和设置于高压泵的变频器，压力变送器连接变频器。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，包括多个对应不同注入井的注入头，高压泵通过并联的多个注入管线分别连接各注入头。

在一种二氧化碳驱油用的注入设备优选的实现方式中，变频调节装置还包括分别设置于各注入管线的压力调节阀。

本发明的有益效果为：

1.本发明采用喂液压注工艺，储罐提供二氧化碳源，屏蔽泵对进入高压泵前的液态二氧化碳进行增压，克服高压泵进液阀的阻力损失，保证进入泵腔内的二氧化碳为过饱和蒸汽压以上的液相状态，同时弥补高压泵自吸时进口供液不足的缺点。通过设置回流管线，对高压泵的泵头进行循环预冷降温，使之达到工艺要求的温度。对于高压泵排出的CO₂，通过设置集气装置，一方面集气腔对气相排出的CO₂进行预收集，由于集气腔的腔体较高压泵泵腔来说，体积较大，CO2由小腔室进入大腔室后，体积变大，压强变小，能够进行一级调压处理；进一步的设置调压装置，在进行回流的过程中，实现对高压CO₂二级调压处理，从而降低回流至储罐的CO₂压强，保证储罐内压强稳定性。同时，经过设置集气腔和调压装置的多级降压处理方式，避免压力骤降，CO₂失压固化为干冰堵塞管线。

2.本发明的调压装置包括减压阀，减压阀的阀后压力能够保持在一定范围内，从而将集气腔内CO₂减压并稳定至需要的压力后经管线返回至储罐中。减压阀能够保证回流的CO₂压力的稳定性，进一步减小回流CO₂对储罐压力稳定性的影响。利用现有的预冷用回流管线传输CO2，简化管路排布，节省空间和成本。

3.本发明的集气腔包括体积不同的第一集气腔和第二集气腔，进行多级自动降压，由排气阀排出的CO₂经第一集气腔和第二集气腔的分级降压，避免压力降低过快，CO₂变成干冰的情况。

4.本发明的集气装置还包括预冷装置，由于储罐中贮藏CO₂为液体CO₂，预冷装置将排出的CO₂气体进行冷却至液体状态，使之以液相回流至储罐中，有利于保证储罐中CO₂相态稳定性。

5.本发明还包括变频调节装置，对二氧化碳注入管线进行压力与流量的调节，二氧化碳驱油工艺注CO₂时间较长，注入量变化较大，通过获取注入井口以及注入管线的压力，对高压泵采用变频控制，调节排量，提高注入的效率。而且能够增强高压泵配注的适配性，使得高压泵对注入系统的适应性更广。

6.本发明实行单泵多井模式，通过设置并联的注入管线对多个注入井注CO₂，各注入管线之间互不影响。通过设置压力调节阀，针对各注入井口压力的不同，调节注入管线的压力，满足不同井口所需的注入流量和压力。对于注入井口距离较近的情况，通过一套设备便可实现多个井口的注入，设施集中，便于管理，可以实现规模注入，分压注入，节省成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例中二氧化碳驱油用的注入设备的结构示意图；

图2为本发明一实施例中预冷装置和集气装置的结构示意图一；

图3为本发明一实施例中预冷装置和集气装置的结构示意图二。

附图标记说明：

1、储罐；11、安全阀；

2、屏蔽泵；

3、高压泵；31、排气阀；

4、集气装置；41、集气罐；42、集气腔；421、第一集气腔；422、第二集气腔；43、减压阀；44、第一单向阀；45、第二单向阀；

5、预冷装置；51、制冷器；52、制冷管；

6、注入管线；

7、回流管线；71、截止阀；

8、加热装置；

9、变频调节装置；91、变频器；92、压力变送器；93、压力传感器；94、压力调节阀；

10、分流器。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接的两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

具体采取的方案是：

本发明一实施例提供了一种二氧化碳驱油用的注入设备，如图1所示，包括依次设置的储罐1、屏蔽泵2、高压泵3和注入头，高压泵3和注入头之间设置有注入管线6。储罐1的内、外容器夹层充填绝热材料进行隔热保温处理，如填充珠光砂并进行抽真空处理，形成真空粉末绝热层进行保温，保温效果较好。在储罐1上部设置压力表、差压式液位计、液位对照表和安全阀11，可以随时掌握容器储存量及压力变化，便于充装及排液时的操作，确保储罐1的安全运行。储罐1进液口处能够连接罐车进行补液。屏蔽泵2选用逆循环屏蔽泵，噪音低、无泄露、运转稳定。高压泵3采用三柱塞3RC卧式三柱塞往复式二氧化碳注入泵，该泵结构紧凑、体积小、运行平稳可靠，效率高。

本注入设备采用喂液压注工艺，储罐1提供二氧化碳源，储罐1内的温度范围为-20℃~-30℃，压力范围1.5~2.5MPa。屏蔽泵2对进入高压泵3前的液态二氧化碳进行增压，屏蔽泵2出口压力约为2.8MPa，有利于克服高压泵3进液阀的阻力损失，保证进入泵腔内的二氧化碳为过饱和蒸汽压以上的液相状态，同时弥补高压泵3自吸时进口供液不足的缺点。高压泵3将CO₂加压至25MPa后输送至注入头，从而注入井内。

储罐1和高压泵3之间设有回流管线7，回流管线7和高压泵3之间设有截止阀71。通过设置回流管线7，对高压泵3泵头及系统管线进行循环预冷降温，使之达到工艺要求的温度和压力条件。进行CO₂压注之前，打开截止阀71，关闭高压泵3出口，启动高压泵3，高压泵3内的液态CO₂经回流管线7返回储罐1。维持预冷回流循环一段时间，使高压泵3泵头降温趋近储罐1内CO₂的温度。之后，关闭截止阀71，打开高压泵3出口进行注入。在一个实施方式中，屏蔽泵2的流量大于注入泵3流量，能够避免液态CO₂汽化后影响屏蔽泵2和高压泵3的吸入，维持液态CO₂一直处于过饱和状态。注入过程中，截止阀71仍然处于打开状态，多余液量用于冷却屏蔽泵2和注入泵3，再经回流管线7返回至储罐1。

在一个实施方式中，如图1所示，注入设备还包括集气装置4，集气装置4包括集气腔42和位于集气腔42出口的调压装置，高压泵3设有排气阀31，由于汽化后的CO₂容易在高压泵3的顶部集聚，故将排气阀31设于高压泵3的顶部，集气腔42进口连接排气阀31，调压装置出口连接储罐1。

对于高压泵3排出的CO₂，通过设置集气装置4，其中，集气腔42对排出的气相CO₂进行预收集，由于集气腔42的腔体体积较高压泵3的泵腔来说，体积较大。CO₂由小腔室进入大腔室后，体积变大，压强变小，从而对CO₂进行一级调压处理。进一步的设置调压装置，在进行回流的过程中，实现对高压CO₂二级调压处理，经调压装置后的CO₂压力稳定至所需的压力值范围内，保证储罐1内压力稳定性。同时，根据流体力学伯努利原理，压力骤降，会造成CO₂失压，局部形成固体型干冰。经过设置集气腔和调压装置的多级降压处理方式，能够避免CO₂因失压凝化为干冰堵塞管线的情况。

在一个实施方式中，集气装置包括多个并联的集气腔，各集气腔分别连接调压装置，形成多级降压结构。或者，在一个实施方式中，注气设备包括多个串联的集气装置，其中一个集气装置的集气腔连接排气阀，各集气装置均进行降压处理，结合形成多级降压结构。

在一个实施方式中，如图1所示，调压装置包括减压阀43，减压阀43进口连接集气腔42的出口。减压阀43的阀后压力能够保持在一定范围内，从而将集气腔42内CO₂减压并稳定至需要的压力后经管线返回至储罐1中，减压阀43能够保证回流的CO₂压力的稳定性，进一步减小回流CO₂对储罐1压力稳定性的影响。

在一个实施方式中，如图1所示，减压阀43连接回流管线7，且与回流管线7之间设有第一单向阀44，第一单向阀44中由集气装置4向回流管线7的方向为正向导通方向。第一单向阀44能够避免循环预冷过程中，CO₂流向集气装置4。利用现有的预冷用回流管线7传输CO₂，简化管路排布，节省空间和成本。本领域技术人员可以理解的是，减压阀43和储罐1之间也可以单独设置管线进行连接，在这种情况下，不存在CO₂反流至集气装置的问题，因此能够省略第一单向阀44。

如图1所示，CO₂压注过程中，排气回流流程如下：高压泵3进入注入状态后，关闭截止阀71。打开减压阀43，排气阀31间歇式打开进行排气，气态CO₂经集气腔42、减压阀43减压处理后，进入回流管线7并传输至储罐1。

如图1-图3所示，在一个实施方式中，集气腔42包括相连通的第一集气腔421和第二集气腔422，第一集气腔421连接排气阀31，第二集气腔422的体积大于第一集气腔421，使得第二集气腔422内CO₂压力小于第一集气腔421。集气腔42包括体积不同的第一集气腔421和第二集气腔422，进行多级自动降压，由排气阀排出的CO₂经第一集气腔421和第二集气腔422的分级降压，避免压力降低过快，CO₂变成干冰的情况。

如图1所示，在一个实施方式中，集气装置4还包括集气罐41，集气罐41和储罐1一样，设有保温隔热层，进行保温处理。集气罐41内部分隔形成第一集气腔421和第二集气腔422，第一集气腔421和第二集气腔422相连通。集气罐41和排气阀31之间设有第二单向阀45。第二单向阀45中由高压泵3向集气装置4的方向为正向导通方向。在高压泵3停止工作后，需要对高压泵3进行排空，在连接回流管线7的前提下，高压泵内CO₂能够回流至储罐1中，以待下次开机使用。在排空过程中，高压泵3内压力逐渐降低，由于设置第二单向阀45，能够避免集气腔42内压力大于高压泵3时，集气腔42内CO₂向高压泵3反流的情形，从而有利于将高压泵内CO₂全部排出。

如图1-图3所示，在一个实施方式中，注入设备还包括预冷装置5，由于储罐1中贮藏CO₂为液体CO₂，在预定压力的前提下，预冷装置5能够对排出的CO₂气体进行冷却至液体状态，使之以液相回流至储罐1中，有利于保证储罐1中CO₂相态稳定性。预冷装置5的设置位置可以有多种，分别为设置于集气装置4前端或集气装置4后端或者集气装置4内部等方式。

在一个实施方式中，如图1所示，预冷装置5设于集气腔42，预冷装置5包括设于集气腔42上方的制冷器51和环绕集气腔42设置的制冷管52，在减压过程中同时实现预冷。将预冷装置5集成于集气腔42，如图1所示，预冷装置5设置于集气罐41内，在集气罐41上部放置制冷器51，制冷器51连接环绕集气腔42的制冷管52，保证集气腔42预冷效果的均匀性。经预冷和以及调压处理的CO₂再经减压阀43二级调压处理后，能够保证回流管线7内CO₂的压力稳定性。另外，集成化设置的方式，能够简化结构，节省空间。

如图2所示，在一个实施方式中，预冷装置5进口连接排气阀31，预冷装置5出口连接集气腔42进口，同样能够保证回流管线内CO₂的压力稳定性。

如图3所示，在一个实施方式中，预冷装置5设置于集气装置4的后端，预冷装置5进口连接减压阀43出口，预冷装置5出口连接回流管线7。经减压处理后的CO₂再进行预冷液化回流，避免CO₂在减压过程中发生二次汽化。

如图1所示，在一个实施方式中，注入设备还包括加热装置8，加热装置8设于高压泵3和注入头之间，加热装置8包括加热器和换热器，加热器选用电加热器或者燃油加热器。加热CO₂后的温度处于0~-10℃范围内，始终保持二氧化碳液态的状态。将过冷状态下的CO₂加热后再行注入的话，能够保护注入井的套管不被冻坏，也能够提高工人操作的安全性。

如图1所示，在一个实施方式中，注入设备还包括变频调节装置9，变频调节装置9包括分别设置于注入井口的压力传感器93、设置于注入管线6的压力变送器92和设置于高压泵3的变频器91，压力变送器92连接变频器91。变频调节装置9能够调节二氧化碳注入管线6的压力与流量，由于二氧化碳驱油工艺注CO₂时间较长，注入量变化较大，通过获取注入井口以及注入管线6的压力，对高压泵3采用变频控制，调节排量，提高注入的效率。而且能够增强高压泵3配注的适配性，使得高压泵3对注入系统的适应性更广。

在一个实施方式中，包括多个对应不同注入井的注入头，高压泵3通过并联的多个注入管线6分别连接各注入头。图1中示出2条连通不同注入头的注入管线6，通过分流器10连接至高压泵3。

在一个实施方式中，变频调节装置9还包括分别设置于各注入管线6的压力调节阀94。

注入设备实行单泵多井模式，通过设置并联的注入管线6对多个注入井注CO₂，各注入管线6之间互不影响。通过设置压力调节阀94，针对各注入井口压力的不同，调节注入管线6的压力，满足不同井口所需的注入流量和压力。对于注入井口距离较近的情况，通过一套设备便可实现多个井口的注入，设施集中，便于管理，可以实现规模注入，分压注入。

本发明所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本发明的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种二氧化碳驱油用的注入设备，包括依次设置的储罐、屏蔽泵、高压泵和注入头，所述高压泵和注入头之间设置有注入管线，所述储罐和所述高压泵之间设有回流管线，所述回流管线和所述高压泵之间设有截止阀，其特征在于，还包括集气装置，所述集气装置包括集气腔和位于所述集气腔出口的调压装置，所述高压泵设有排气阀，所述集气腔进口连接所述排气阀，所述调压装置出口连接所述储罐。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，所述调压装置包括减压阀。

3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，所述减压阀连接所述回流管线，且与所述回流管线之间设有第一单向阀。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，所述集气腔包括相连通的第一集气腔和第二集气腔，所述第一集气腔连接所述排气阀，所述第二集气腔的体积大于所述第一集气腔。

5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，所述集气装置还包括集气罐，所述集气罐内部分隔形成所述第一集气腔和第二集气腔，所述集气罐和所述排气阀之间设有第二单向阀。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，还包括预冷装置，所述预冷装置设于所述集气腔；

或者，所述预冷装置进口连接所述排气阀，所述预冷装置出口连接所述集气腔进口；

或者，所述预冷装置进口连接所述集气装置出口，所述预冷装置出口连接所述回流管线。

7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，还包括加热装置，所述加热装置设于所述高压泵和所述注入头之间，所述加热装置包括加热器和换热器。

8.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，还包括变频调节装置，所述变频调节装置包括分别设置于注入井口的压力传感器、设置于所述注入管线的压力变送器和设置于所述高压泵的变频器，所述压力变送器连接所述变频器。

9.根据权利要求8所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，包括多个对应不同注入井的所述注入头，所述高压泵通过并联的多个所述注入管线分别连接各所述注入头。

10.根据权利要求9所述的一种二氧化碳驱油用的注入设备，其特征在于，所述变频调节装置还包括分别设置于所述各注入管线的压力调节阀。

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