CN116025322A - 一种多级二氧化碳前置压裂系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气开采技术领域，并具体涉及一种二氧化碳前置压裂系统及方法，所述系统包括多个二氧化碳储罐、集液管汇、立式缓冲罐、增压泵和多个压裂泵车；多个所述二氧化碳储罐均通过所述集液管汇与所述立式缓冲罐连接，所述立式缓冲罐与所述增压泵的进口端连接，所述增压泵的出口与多个所述压裂泵车的进液端连接，多个所述压裂泵车的出液端均用于与油井的井口连接；所述立式缓冲罐的底部设有第一排空阀，顶部设有第二排空阀；所述集液管汇上设有第三排空阀。上述系统不仅能够实现油井的前置压裂，同时还能够通过排空部分结构中的液态二氧化碳，进而避免聚集的液态二氧化碳因部分气化而凝固成干冰导致管路堵塞而短时间无法使用的问题。

Description

一种多级二氧化碳前置压裂系统及方法

技术领域

本发明属于油气开采技术领域，并具体涉及一种二氧化碳前置压裂系统及方法。

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，具有较大资源潜质的非常规油气铸件成为开发的主流。在低渗透油气藏增产开发中，二氧化碳压裂技术作为一种无水压裂新技术，以无水的液态二氧化碳作为压裂介质，具有低伤害、易返排、造缝容易、环保等优点，适合低压低渗透、致密及水敏性强的复杂岩层，对油气层伤害严重、含水率较低的储层改造效果良好，可大幅提高单井产量。

但油井的状态不同，所需要使用的压裂方法也不同，而现有的二氧化碳压裂系统也并不适用于所有的压裂方法，具体的，对于多级二氧化碳前置压裂系统而言，相邻两次压裂期间，停留于系统管汇中的液态二氧化碳会转换成干冰并在系统中堆积且短时间无法取出，进而影响下一次的压裂进程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化碳前置压裂系统及方法，以解决现有技术中多级压裂时由于液态二氧化碳凝固形成干冰进而干扰驱油进程的问题。

本发明第一方面提供了一种多级二氧化碳前置压裂系统，包括多个二氧化碳储罐、集液管汇、立式缓冲罐、增压泵和多个压裂泵车；

多个所述二氧化碳储罐均通过所述集液管汇与所述立式缓冲罐连接，所述立式缓冲罐与所述增压泵的进口端连接，所述增压泵的出口与多个所述压裂泵车的进液端连接，多个所述压裂泵车的出液端均用于与油井的井口连接；

所述立式缓冲罐的底部设有第一排空阀，顶部设有第二排空阀；所述集液管汇上设有第三排空阀。

本发明提供的多级二氧化碳前置压裂系统还可具有如下附加技术特征：

在本发明的一个具体实施方式中，还包括设有储气罐和汽化器的第一稳压管线，所述第一稳压管线靠近所述汽化器的一端与所述增压泵的出口连接，靠近所述储气罐的一端与多个所述二氧化碳储罐连接。

在本发明的一个具体实施方式中，所述第一稳压管线靠近所述汽化器的一端还设有第一电磁阀。

在本发明的一个具体实施方式中，还包括具有第二电磁阀的第二稳压管线，所述第二稳压管线的与所述第一稳压管线并联。

在本发明的一个具体实施方式中，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，另一端与所述立式缓冲罐连接。

在本发明的一个具体实施方式中，所述集液管汇包括移动汇管和固定汇管，所述移动汇管和固定汇管均具有一个出液口和多个进液口；所述移动汇管的多个所述进液口与多个所述二氧化碳储罐连接，多个所述移动汇管的出液口与分别于所述固定汇管的进液口连通，所述固定汇管出液口与所述立式缓冲罐连通。

在本发明的一个具体实施方式中，还包括流量计，所述流量计连接于所述增压泵与所述压裂泵车之间。

在本发明的一个具体实施方式中，所述增压泵的数量为两个，两个所述增压泵并联于所述立式缓冲罐和所述压裂泵车之间。

本发明第二方面还提供了一种多级二氧化碳前置压裂方法，所述方法包括：

组装二氧化碳前置压裂系统并对其进行清理、干燥和预冷；

液态二氧化碳从多个所述二氧化碳储罐输出，通过立式缓冲罐分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵对分离的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入压裂车，通过多个所述压裂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，完成对油井的注液作业；

关闭二氧化碳储罐，同时依次打开第一排空阀、第二排空阀和第三排空阀以排空所述立式缓冲罐、集液管汇和增压泵中的二氧化碳。

在本发明的一个具体实施方式中，对二氧化碳前置压裂系统进行预冷包括：

液态二氧化碳从多个所述二氧化碳储罐输出，通过立式缓冲罐分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵对分离的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入压裂车，之后压裂车中的二氧化碳气体和液体均通过回流管线回到所述立式缓冲罐中。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过多个二氧化碳储罐提供液态二氧化碳，液态二氧化碳经过立式缓冲罐分离调其中的气体，通过增压泵提高液态二氧化碳的压力，在通过压裂车注入到油井中，已实现油井中油藏的压裂。同时通过在立式缓冲罐的底部设置第一排空阀，顶部设置第二排空阀、以及在所述集液管汇上设置第三排空阀，进而可在相邻两次的压裂间隙中通过第一排空阀、第二排空阀以及第三排空阀短时间内快速排空集液管汇、立式缓冲罐以及增压泵中的液态二氧化碳，进而避免聚集于集液管汇、立式缓冲罐以及增压泵中的液态二氧化碳因部分气化而凝固成干冰导致管路冻堵且短时间无法使用的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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位本发明实施例提供的多级二氧化碳前置压裂系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-二氧化碳储罐，2-立式缓冲罐，3-增压泵，4-流量计，5-压裂泵车，6-第一稳压管线，7-第一电磁阀，8-汽化器，9-储气罐，10-第二稳压管线，11-第二电磁阀，12-回流管线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

本发明实施例提供了一种多级二氧化碳前置压裂系统，如图1所示，该系统包括多个二氧化碳储罐1、立式缓冲罐2、增压泵3以及多个压裂泵车5；其中多个所述二氧化碳储罐1均通过所述集液管汇与所述立式缓冲罐2连接，所述立式缓冲罐2与所述增压泵3的进口端连接，所述增压泵3的出口与多个所述压裂泵车5的进液端连接，多个所述压裂泵车5的出液端均用于与油井的井口连接；

所述立式缓冲罐2的底部设有第一排空阀，顶部设有第二排空阀；所述集液管汇上设有第三排空阀。

本发明实施例提供的二氧化碳储罐1设于专用运输槽车上，而运输槽车自带的屏蔽泵的排量为0.4方/分钟，扬程220米，而现场压裂设计油井注入液态二氧化碳的排量月4-8方/分钟，因此单台运输槽车并不能满足压裂车排量需求，因此需要采用多台运输槽车，即多个二氧化碳储罐1，具体数量可根据作业时的情况进行确定，二氧化碳储罐1的数量可以为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个等。同理，待注入油井的数量决定着压裂车的数量，具体数量可根据作业时的情况进行确定，压裂泵车5的数量为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个等。

立式缓冲罐2设于二氧化碳储罐1与增压泵3之间，其上部设有进口，所述进口通过集液管汇与多个二氧化碳储罐1连通，其下部设有出口，所述出口与增压泵3连通。立式缓冲罐2用于汇集二氧化碳，即将二氧化碳储罐1中液态二氧化碳集中后再对压裂泵车5供液，以避免施工过程中，多台运输槽车同时供液时，受管线长度和管线摩擦阻影响，二氧化碳储罐1液位下降的速度不一致，导致气体进入管线，造成压裂泵车5走空泵，还能够避免多台运输槽车同时供液时，增压泵3车的抽汲作用和管路摩阻使地面供液管线中的液态二氧化碳部分气化，导致压裂车走空泵。

此外，立式缓冲罐2的底部设有第一排空阀，顶部设有第二排空阀；所述集液管汇上设有第三排空阀。第一排空阀、第二排空阀和第三排空阀主要用于对压裂结束后对前置压裂系统进行放空处理，一方面避免管线底部残留放空不彻底，导致部分阀门处因液体二氧化碳吸热汽化而冻坏，另一方面还能够避免部分液态二氧化碳吸热汽化而使另外的液体二氧化碳凝固成干冰，进而封堵阀门及集液管汇。即通过设置第一排空阀、第二排空阀和第三排空阀可避免水平井多级压裂改造施工过程中，由于供液管线冻堵而影响下一级压裂施工。此外，设于立式缓冲罐2上的第二排空阀还用于排除压裂过程中从二氧化碳储罐1汇集而来的气体二氧化碳，以避免气体二氧化碳金融业压裂泵车5。

即本发明实施例通过多个二氧化碳储罐1提供液态二氧化碳，液态二氧化碳经过立式缓冲罐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，在通过压裂车注入到油井中，已实现油井中油藏的压裂。同时通过在立式缓冲罐2的底部设置第一排空阀，顶部设置第二排空阀、以及在所述集液管汇上设置第三排空阀，进而可在相邻两次的压裂间隙中通过第一排空阀、第二排空阀以及第三排空阀短时间内快速排空集液管汇、立式缓冲罐2以及增压泵3中的液态二氧化碳，进而避免聚集于集液管汇、立式缓冲罐2以及增压泵3中的液态二氧化碳因部分气化而凝固成干冰导致管路冻堵且短时间无法使用的问题。

在一些具体的实施方式中，该系统还包括设有储气罐9和汽化器8的第一稳压管线6，所述第一稳压管线6靠近所述汽化器8的一端与所述增压泵3的出口连接，靠近所述储气罐9的一端与多个所述二氧化碳储罐1连接。

第一稳压管线6适于将部分液态二氧化碳在增压泵3的作用下流至汽化器8，并在汽化器8的作用下汽化并返回至二氧化碳储罐1中，进而弥补二氧化碳储罐1的压力，进而避免因液态二氧化碳液位下降导致压强变化进而供液变慢的问题。

在一些具体的实施方式中，所述第一稳压管线6靠近所述汽化器8的一端还设有第一电磁阀7。

在一些具体的实施方式中，该系统还包括具有第二电磁阀11的第二稳压管线10，所述第二稳压管线10的与所述第一稳压管线6并联。增压泵3后的压力高，可通过第二稳压管线10使液体二氧化碳回流以调节压力。

在一些具体的实施方式中，还包括回流管线12，所述回流管线12的一端与多个所述压裂泵车5连接，另一端与所述立式缓冲罐2连接。

本发明提供的前置压裂系统，在进行压裂之前，需要对系统中除二氧化碳储罐1之外的结构进行预冷处理，尤其是增压泵3及其下游结构，常温下，压裂泵车5易使液态二氧化碳汽化，气态二氧化碳易使压裂车柱塞工作效率低而影响施工，而对上述结构进行预冷处理，以使多个压裂泵车5内的温度与液态二氧化碳的温度保持一致，避免温度差较大使液态二氧化碳汽化形成二氧化碳气体，进而保证压裂效果。预冷所的冷却介质一般为二氧化碳储罐1中的液态二氧化碳。

而通过设置回流管线12则适于使冷却压裂泵车5后的二氧化碳气液能够回流至立式缓冲罐2中。如此，即达到了前置压裂系统的冷却的目的，又提高了液态二氧化碳冷却剂的利用率，节省了资源。

优选的，回流管线12上设有回流泵和压缩机，压缩机适于对压裂泵车5内的气态二氧化碳进行压缩处理以形成液态二氧化碳，进而提高二氧化碳冷却剂的利用率，降低气体二氧化碳的排放。

在一些具体的实施方式中，所述集液管汇包括移动汇管和固定汇管，所述移动汇管和固定汇管均具有一个出液口和多个进液口；所述移动汇管的多个所述进液口与多个所述二氧化碳储罐1连接，多个所述移动汇管的出液口与分别于所述固定汇管的进液口连通，所述固定汇管出液口与所述立式缓冲罐2连通。

具体的，所述固定汇管固定安装于立式缓冲罐2上，其上至少设有5个进液口，用于连接5套移动汇管。所述移动汇管上至少具有4个进液口。进一步的，所述固定汇管和所述移动汇管的进液口均设有控制进液口开闭的阀门。上述结构中，通过固定汇管和移动汇管的配合，可实现5-20台运输槽车的并联，即5-20个二氧化碳储罐1的并联，确保进液排量达到压裂设计要求。

在一些具体的实施方式中，还包括流量计4，所述流量计4连接于所述增压泵3与所述压裂泵车5之间。

流量计4适于获取进入压裂泵车5的液态二氧化碳的量，进而实现对压裂进度的监控。此外，还可通过在二氧化碳储罐1以及立式缓冲罐2上设置液位传感器、压力传感器以及温度传感器等，配合各电磁阀，以实现远程监控。此外，为提高安全性，所述立式缓冲罐2还可设置可实时观察的液位管以及液位报警器等。

在一些具体的实施方式中，所述增压泵3的数量为两个，两个所述增压泵3并联于所述立式缓冲罐2和所述压裂泵车5之间。优选的，所述增压泵3为变频增压泵3，以满足不同排量的注入要求。

本发明还提供了一种多级二氧化碳前置压裂方法，所述方法包括：

组装二氧化碳前置压裂系统并对其进行清理、干燥和预冷；

液态二氧化碳从多个所述二氧化碳储罐1输出，通过立式缓冲罐2分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵3对分离的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入压裂车，通过多个所述压裂车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，完成对油井的注液作业；

关闭二氧化碳储罐1，同时依次打开第一排空阀、第二排空阀和第三排空阀以排空所述立式缓冲罐2、集液管汇和增压泵3中的二氧化碳。

在一些具体的实施方式中，对二氧化碳前置压裂系统进行预冷包括：

液态二氧化碳从多个所述二氧化碳储罐1输出，通过立式缓冲罐2分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵3对分离的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入压裂车，之后压裂车中的二氧化碳气体和液体均通过回流管线12回到所述立式缓冲罐2中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，包括多个二氧化碳储罐、集液管汇、立式缓冲罐、增压泵和多个压裂泵车；

多个所述二氧化碳储罐均通过所述集液管汇与所述立式缓冲罐连接，所述立式缓冲罐与所述增压泵的进口端连接，所述增压泵的出口与多个所述压裂泵车的进液端连接，多个所述压裂泵车的出液端均用于与油井的井口连接；

所述立式缓冲罐的底部设有第一排空阀，顶部设有第二排空阀；所述集液管汇上设有第三排空阀。

2.根据权利要求1所述的多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，还包括设有储气罐和汽化器的第一稳压管线，所述第一稳压管线靠近所述汽化器的一端与所述增压泵的出口连接，靠近所述储气罐的一端与多个所述二氧化碳储罐连接。

3.根据权利要求2所述的多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，所述第一稳压管线靠近所述汽化器的一端还设有第一电磁阀。

4.根据权利要求2所述的多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，还包括具有第二电磁阀的第二稳压管线，所述第二稳压管线的与所述第一稳压管线并联。

5.根据权利要求1所述的多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，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，另一端与所述立式缓冲罐连接。

6.根据权利要求1所述的多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，所述集液管汇包括移动汇管和固定汇管，所述移动汇管和固定汇管均具有一个出液口和多个进液口；所述移动汇管的多个所述进液口与多个所述二氧化碳储罐连接，多个所述移动汇管的出液口与分别于所述固定汇管的进液口连通，所述固定汇管出液口与所述立式缓冲罐连通。

7.根据权利要求5所述的多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，还包括流量计，所述流量计连接于所述增压泵与所述压裂泵车之间。

8.根据权利要求1所述的多级二氧化碳前置压裂系统，其特征在于，所述增压泵的数量为两个，两个所述增压泵并联于所述立式缓冲罐和所述压裂泵车之间。

9.一种多级二氧化碳前置压裂方法，其特征在于，所述方法包括：

组装二氧化碳前置压裂系统并对其进行清理、干燥和预冷；

液态二氧化碳从多个所述二氧化碳储罐输出，通过立式缓冲罐分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵对分离的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入压裂车，通过多个所述压裂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，完成对油井的注液作业；

关闭二氧化碳储罐，同时依次打开第一排空阀、第二排空阀和第三排空阀以排空所述立式缓冲罐、集液管汇和增压泵中的二氧化碳。

10.根据权利要求9所述的多级二氧化碳前置压裂方法，其特征在于，对二氧化碳前置压裂系统进行预冷包括：

液态二氧化碳从多个所述二氧化碳储罐输出，通过立式缓冲罐分离掉所述液态二氧化碳中的气体，通过增压泵对分离的液态二氧化碳进行增压，增压后的液态二氧化碳进入压裂车，之后压裂车中的二氧化碳气体和液体均通过回流管线回到所述立式缓冲罐中。

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