CN116927745B - 一种二氧化碳压裂用增压泵撬 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳压裂用增压泵撬，涉及油田二氧化碳压裂技术领域。增压泵进口连接二氧化碳压裂液输入管道，增压泵出口连接注入管道，注入管道连接注入井口，二氧化碳压裂液输入管道和注入管道上旁接一条循环管道，缸体和上缸盖、下缸盖的蒸发槽、冷却槽、毛细多孔金属毡和工作液组成两个热管系统。本发明的有益效果是：热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，工作液在蒸发槽和冷凝槽内循环蒸发、冷凝，将缸体和柱塞产生的热量带出，热交换率高，可保证压裂过程中液体二氧化碳不产生汽化现象，保障二氧化碳压裂作业连续运行，无需增加增压泵的排量。
Description
技术领域
本发明涉及油田二氧化碳压裂技术领域，尤其涉及一种二氧化碳压裂用增压泵撬。
背景技术
CO2 (二氧化碳)压裂时注入的介质为临界沸腾状态的低温液态CO2，这种状态的CO2在从CO2储罐流出到压裂管道、增压泵时会升温汽化，使CO2 注入泵产生气堵故障，目前为了解决该问题，利用CO2储罐内液体的CO2对压裂管道和增压泵进行预冷，液体的CO2在压裂管汇和增压泵内汽化吸热降低整个压裂管道、压裂泵的温度后再进行CO2压裂，此类预冷方式可以将压裂管道降温却无法应对增压泵工作时产生的巨大热量，为了降低增压泵发热防止CO2汽化的问题，通常采取增压泵降低泵的冲次，即增大泵容积以降低泵的冲次，但增大泵容积会使泵的体积和重量均增大，增加制造成本及占地面积。
发明内容
为了解决现有CO2压裂注入时增压泵发热导致CO2汽化的问题，本发明提供二氧化碳压裂用增压泵撬。
本发明提供的技术方案是：二氧化碳压裂用增压泵撬，包括增压泵，增压泵进口连接二氧化碳压裂液输入管道，增压泵出口连接注入管道，注入管道连接注入井口，二氧化碳压裂液输入管道和注入管道上旁接一条循环管道，二氧化碳压裂液输入管道上安装有电动阀B，循环管道位于电动阀B后端，循环管道上安装有循环泵A，循环泵A的出口朝向二氧化碳压裂液输入管道一侧安装，循环泵A出口一侧的循环管道上安装有电动阀A和单向阀，循环泵A进口一侧的循环管道上安装有电动阀C，循环管道在电动阀C和循环泵A之间安装有自动排气阀，自动排气阀位于循环管道的最高点；
增压泵由液力端和动力端组成，液力端包括缸体和柱塞，缸体上侧通过螺栓连接上缸盖，缸体和上缸盖之间平面贴合连接，缸体下侧通过螺栓连接下缸盖，缸体和下缸盖之间平面贴合连接，缸体和上缸盖之间安装有排出凡尔，缸体和下缸盖之间安装有吸入凡尔，上缸盖在排出凡尔上侧设有高压通道，下缸盖在吸入凡尔下侧设有低压通道，高压通道连接注入管道，低压通道连接二氧化碳压裂液输入管道；
缸体在柱塞上侧部位开有蒸发槽，上缸盖在蒸发槽对应位置开有冷凝槽；缸体在柱塞下侧部位开有蒸发槽，下缸盖在蒸发槽对应位置开有冷凝槽，蒸发槽和冷凝槽的内壁均焊接一层毛细多孔金属毡，蒸发槽内毛细多孔金属毡和冷凝槽内的毛细多孔金属毡在安装时相互接触在一起；
缸体在蒸发槽外侧的贴合面设有密封圈，蒸发槽和冷凝槽组成一个密闭空间，蒸发槽和冷凝槽组成的密闭空间内填充有工作液；
上缸盖在冷凝槽上侧开有冷却腔，上缸盖在冷却腔两侧加工有螺纹孔，下缸盖在冷凝槽下侧开有冷却腔，下缸盖在冷却腔两侧加工有螺纹孔，上缸盖和下缸盖两侧的螺纹孔分别连接冷媒进液管道和冷媒回液管道，冷媒进液管道和冷媒回液管道分别连接换热器的冷媒接口，换热器的换热接口连接制冷机组，冷媒回液管道上安装有循环泵B，循环泵B由变频器控制，冷媒回液管道上安装有温度变送器；
上缸盖上开有通孔，通孔将冷凝槽与上缸盖外部相连通，通孔外侧安装有止回阀；下缸盖上开有通孔，通孔将冷凝槽与下缸盖外部相连通，通孔外侧安装有止回阀，蒸发槽和冷凝槽组成的密闭空间被抽成负压。
上缸盖在冷却腔的底面向上延伸有换热翅片，下缸盖在冷却腔的顶面向下延伸有换热翅片。
二氧化碳压裂液输入管道、增压泵、注入管道、循环管道、换热器和制冷机组均集成安装在一个底撬上。
本发明的有益效果为：增压泵启动前，通过循环管道利用二氧化碳储罐内的液态二氧化碳对管道和液力端进行预冷，缸体和上缸盖、下缸盖的蒸发槽、冷凝槽、毛细多孔金属毡和工作液组成两个热管系统，热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，工作液在蒸发槽内吸热蒸发，蒸发的工作液在冷凝槽内遇冷（制冷机组通过换热器将冷却腔内的液体冷却）散热冷凝，冷凝的工作液在毛细多孔金属毡的毛细现象作用下回流到蒸发槽，工作液在蒸发槽和冷凝槽内循环蒸发、冷凝，将缸体和柱塞产生的热量带出，热交换率高，可保证压裂过程中液体二氧化碳不产生汽化现象，保障二氧化碳压裂作业连续运行，无需增加增压泵的排量。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明中液力端的结构示意图；
附图3是附图2的A-A剖面图；
附图4是附图2的B处放大图。
图中：1-二氧化碳压裂液输入管道，2-液力端，3-注入管道，4-注入井口，5-循环管道，6-循环泵A，7-单向阀，8-电动阀A，9-电动阀B，10-电动阀C，11-自动排气阀，12-冷媒回液管道，13-温度变送器，14-循环泵B，15-换热器，16-冷媒进液管道，17-制冷机组，18-下缸盖，19-缸体，20-柱塞，21-低压通道，22-高压通道，23-冷却腔，24-冷凝槽，25-蒸发槽，26-毛细多孔金属毡，27-上缸盖，28-吸入凡尔，29-止回阀，30-通孔，31-换热翅片，32-排出凡尔，33-螺纹孔，34-动力端。
具体实施方式
如图1～4所示，二氧化碳压裂用增压泵撬，包括增压泵，增压泵进口连接二氧化碳压裂液输入管道1，增压泵出口连接注入管道3，注入管道3连接注入井口4，二氧化碳压裂液输入管道1和注入管道3上旁接一条循环管道5，二氧化碳压裂液输入管道1上安装有电动阀B9，循环管道5位于电动阀B9后端，循环管道5上安装有循环泵A6，循环泵A6的出口朝向二氧化碳压裂液输入管道1一侧安装，循环泵A6出口一侧的循环管道5上安装有电动阀A8和单向阀7，循环泵A6进口一侧的循环管道5上安装有电动阀C10，循环管道5在电动阀C10和循环泵A6之间安装有自动排气阀11，自动排气阀11位于循环管道5的最高点；
增压泵由液力端2和动力端34组成，液力端2包括缸体19和柱塞20，缸体19上侧通过螺栓连接上缸盖27，缸体19和上缸盖27之间平面贴合连接，缸体19下侧通过螺栓连接下缸盖18，缸体19和下缸盖18之间平面贴合连接，缸体19和上缸盖27之间安装有排出凡尔32，缸体19和下缸盖18之间安装有吸入凡尔28，上缸盖27在排出凡尔32上侧设有高压通道22，下缸盖18在吸入凡尔28下侧设有低压通道21，高压通道22连接注入管道3，低压通道21连接二氧化碳压裂液输入管道1；
缸体19在柱塞20上侧部位开有蒸发槽25，上缸盖27在蒸发槽25对应位置开有冷凝槽24；缸体19在柱塞20下侧部位开有蒸发槽25，下缸盖18在蒸发槽25对应位置开有冷凝槽24，蒸发槽25和冷凝槽24的内壁均焊接一层毛细多孔金属毡26，蒸发槽25内毛细多孔金属毡26和冷凝槽24内的毛细多孔金属毡26在安装时相互接触在一起；
缸体19在蒸发槽25外侧的贴合面设有密封圈，蒸发槽25和冷凝槽24组成一个密闭空间，蒸发槽25和冷凝槽24组成的密闭空间内填充有工作液；
上缸盖27在冷凝槽24上侧开有冷却腔23，上缸盖27在冷却腔23两侧加工有螺纹孔33，下缸盖18在冷凝槽24下侧开有冷却腔23，下缸盖18在冷却腔23两侧加工有螺纹孔33，上缸盖27和下缸盖18两侧的螺纹孔33分别连接冷媒进液管道16和冷媒回液管道12，冷媒进液管道16和冷媒回液管道12分别连接换热器15的冷媒接口，换热器15的换热接口连接制冷机组17，冷媒回液管道12上安装有循环泵B14，循环泵B14由变频器控制，冷媒回液管道12上安装有温度变送器13，温度变送器13将冷媒回液管道12内液体的温度信号传递给变频器，变频器通过PID调整循环泵B14的流量，使得冷媒回液管道12内的液体温度达到设定值，确保具有足够的换热功率。
增压泵启动前，通过循环管道5利用二氧化碳储罐内的液态二氧化碳对管道和液力端2进行预冷，期间吸热汽化的二氧化碳从自动排气阀11排出，当自动排气阀11不再有气体排出时，液力端2和管道预冷完毕，关闭电动阀A8和电动阀C10，开启制冷机组17和循环泵B14对液力端2进行制冷，然后可开启增压泵进行二氧化碳压裂作业；
缸体19和上缸盖27、下缸盖18的蒸发槽25、冷凝槽24、毛细多孔金属毡26和工作液组成两个热管系统，热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，工作液在蒸发槽25内吸热（柱塞20和缸体19摩擦产生的热量）蒸发，蒸发的工作液在冷凝槽24内遇冷（制冷机组17通过换热器15将冷却腔23内的液体冷却）散热冷凝，冷凝的工作液在毛细多孔金属毡26的毛细现象作用下回流到蒸发槽25，工作液在蒸发槽25和冷凝槽24内循环蒸发、冷凝，将缸体19和柱塞20产生的热量带出，热交换率高，可保证压裂过程中液体二氧化碳不产生汽化现象，保障二氧化碳压裂作业连续运行，无需增加增压泵的排量。
上缸盖27上开有通孔30，通孔30将冷凝槽24与上缸盖27外部相连通，通孔30外侧安装有止回阀29；下缸盖18上开有通孔30，通孔30将冷凝槽24与下缸盖18外部相连通，通孔30外侧安装有止回阀29，蒸发槽25和冷凝槽24组成的密闭空间被抽成负压，蒸发槽25和冷凝槽24的密闭空间的负压值决定了工作液的蒸发温度，蒸发槽25和冷凝槽24的密闭空间的负压值越高，工作液的蒸发温度越低，可提高换热效率。
上缸盖27在冷却腔23的底面向上延伸有换热翅片31，下缸盖18在冷却腔23的顶面向下延伸有换热翅片31，进一步提高换热效率。
二氧化碳压裂液输入管道1、增压泵、注入管道3、循环管道5、换热器15和制冷机组17均集成安装在一个底撬上，有利于整体运输和安装。
Claims (3)
1.一种二氧化碳压裂用增压泵撬，包括增压泵，其特征在于：增压泵进口连接二氧化碳压裂液输入管道(1)，增压泵出口连接注入管道(3)，注入管道(3)连接注入井口(4)，二氧化碳压裂液输入管道(1)和注入管道(3)上旁接一条循环管道(5)，二氧化碳压裂液输入管道(1)上安装有电动阀B(9)，循环管道(5)位于电动阀B(9)后端，循环管道(5)上安装有循环泵A(6)，循环泵A(6)的出口朝向二氧化碳压裂液输入管道(1)一侧安装，循环泵A(6)出口一侧的循环管道(5)上安装有电动阀A(8)和单向阀(7)，循环泵A(6)进口一侧的循环管道(5)上安装有电动阀C(10)，循环管道(5)在电动阀C(10)和循环泵A(6)之间安装有自动排气阀(11)，自动排气阀(11)位于循环管道(5)的最高点；
增压泵由液力端(2)和动力端(34)组成，液力端(2)包括缸体(19)和柱塞(20)，缸体(19)上侧通过螺栓连接上缸盖(27)，缸体(19)和上缸盖(27)之间平面贴合连接，缸体(19)下侧通过螺栓连接下缸盖(18)，缸体(19)和下缸盖(18)之间平面贴合连接，缸体(19)和上缸盖(27)之间安装有排出凡尔(32)，缸体(19)和下缸盖(18)之间安装有吸入凡尔(28)，上缸盖(27)在排出凡尔(32)上侧设有高压通道(22)，下缸盖(18)在吸入凡尔(28)下侧设有低压通道(21)，高压通道(22)连接注入管道(3)，低压通道(21)连接二氧化碳压裂液输入管道(1)；
缸体(19)在柱塞(20)上侧部位开有蒸发槽(25)，上缸盖(27)在蒸发槽(25)对应位置开有冷凝槽(24)；缸体(19)在柱塞(20)下侧部位开有蒸发槽(25)，下缸盖(18)在蒸发槽(25)对应位置开有冷凝槽(24)，蒸发槽(25)和冷凝槽(24)的内壁均焊接一层毛细多孔金属毡(26)，蒸发槽(25)内毛细多孔金属毡(26)和冷凝槽(24)内的毛细多孔金属毡(26)在安装时相互接触在一起；
缸体(19)在蒸发槽(25)外侧的贴合面设有密封圈，蒸发槽(25)和冷凝槽(24)组成一个密闭空间，蒸发槽(25)和冷凝槽(24)组成的密闭空间内填充有工作液；
上缸盖(27)在冷凝槽(24)上侧开有冷却腔(23)，上缸盖(27)在冷却腔(23)两侧加工有螺纹孔(33)，下缸盖(18)在冷凝槽(24)下侧开有冷却腔(23)，下缸盖(18)在冷却腔(23)两侧加工有螺纹孔(33)，上缸盖(27)和下缸盖(18)左侧的螺纹孔(33)分别连接冷媒进液管道(16)，上缸盖(27)和下缸盖(18)右侧的螺纹孔(33)分别连接冷媒回液管道(12)，冷媒进液管道(16)和冷媒回液管道(12)分别连接换热器(15)的冷媒接口，换热器(15)的换热接口连接制冷机组(17)，冷媒回液管道(12)上安装有循环泵B(14)，循环泵B(14)由变频器控制，冷媒回液管道(12)上安装有温度变送器(13)；
上缸盖(27)上开有通孔(30)，通孔(30)将冷凝槽(24)与上缸盖(27)外部相连通，通孔(30)外侧安装有止回阀(29)；下缸盖(18)上开有通孔(30)，通孔(30)将冷凝槽(24)与下缸盖(18)外部相连通，通孔(30)外侧安装有止回阀(29)，蒸发槽(25)和冷凝槽(24)组成的密闭空间被抽成负压。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳压裂用增压泵撬，其特征在于：上缸盖(27)在冷却腔(23)的底面向上延伸有换热翅片(31)，下缸盖(18)在冷却腔(23)的顶面向下延伸有换热翅片(31)。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳压裂用增压泵撬，其特征在于：二氧化碳压裂液输入管道(1)、增压泵、注入管道(3)、循环管道(5)、换热器(15)和制冷机组(17)均集成安装在一个底撬上。
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