CN117266819A - 一种二氧化碳压裂注入系统 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳压裂注入系统，涉及油田二氧化碳压裂技术领域。CO2储罐出口连接压裂管道，压裂管道上设有压裂泵，压裂管道末端连接注入井口，压裂管道两端旁接有预冷管线，预冷管线上安装有换热器、制冷机组和循环泵，预冷管线上旁接有增压泵。本发明的有益效果是：通过在压裂管道上设置预冷管线，通过制冷机组提供冷媒，将压裂管道和压裂泵的温度降低，同时通过增压泵给压裂管道和压裂泵增压，两项条件均符合CO2液态的条件，流入压裂泵CO2的为液态，不会使压裂泵产生气堵故障，预冷过程不消耗CO2原料，整体压裂管道和压裂泵在预冷过程中没有温度梯度，更好的将CO2保持在液体状态，同时不产生CO2排放问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田二氧化碳压裂技术领域，尤其涉及二氧化碳压裂注入系统。
背景技术
CO2 (二氧化碳)注入泵的泵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、压裂泵时会升温汽化，使CO2 的压裂泵产生气堵故障，目前为了解决该问题，使用液体的CO2储罐内液体的CO2对压裂管道和压裂泵进行预冷，液体的CO2在压裂管汇和压裂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，如专利号为(ZL201320429504.6)一种CO2注入泵系统，即采用这种方式预冷，液态的CO2从储罐流到注入井口的过程中不断汽化，必然导致沿途的压裂管道和压裂泵存在温度梯度差，完全消除该温度梯度差也必然耗费更多的CO2原料，同时排放的CO2气体对环境不友好且浪费能源。
发明内容
为了解决现有CO2压裂管道注入时预冷效果不佳的问题，本发明提供二氧化碳压裂注入系统。
本发明提供的技术方案是：二氧化碳压裂注入系统，包括CO2储罐，CO2储罐出口连接压裂管道，压裂管道上设有压裂泵，压裂管道末端连接注入井口，压裂管道在CO2储罐出口位置设有电动阀B，压裂管道在压裂泵前端设有温度变送器、流量计、压力变送器和蓄能器A，压裂管道在压裂泵后端设有蓄能器B、安全阀和定压开启阀，压裂管道在定压开启阀前端有一个最高点，最高点的压裂管道上设有排气阀；
压裂管道在电动阀B后端旁接有预冷进液管线，预冷进液管线上安装有电动阀A，压裂管道在定压开启阀前端旁接有预冷回液管线，预冷回液管线上安装有电动阀C，预冷回液管线连接循环泵进口，循环泵的液体朝压裂泵进口方向流动，循环泵出口连接换热器的换热进液管，换热器的换热出液管连接预冷进液管线，换热器的冷媒循环管道连接制冷机组，预冷进液管线上旁接增压管线，增压管线连接增压泵出口，增压泵出口设有止回阀，增压泵进口连接补液箱；
增压泵出口压力大于4.5MPa；
压裂泵为高压柱塞泵，压裂泵包括泵体和柱塞，泵体左右两侧开有上下两排横向的通孔，泵体左右两侧开有上下两排横向沉孔，横向沉孔位于通孔里侧，泵体上下两侧开有两排竖向沉孔，竖向沉孔与横向沉孔、通孔连通，通孔在两侧塞焊，竖向沉孔在开孔处塞焊，右侧的两个横向沉孔并联保冷回液管线，左侧的两个横向沉孔并联保冷进液管线，保冷回液管线旁接预冷回液管线上，保冷进液管线旁接在预冷进液管线上，保冷回液管线上安装有电动阀E，保冷进液管线上安装有电动阀D；
压裂泵的泵体上安装有温度传感器，制冷机组和换热器在压裂泵工作时将泵体的温度控制在10°C以内。
本发明的有益效果为：1、通过在压裂管道上设置预冷循环管线，通过制冷机组提供冷媒，将压裂管道和压裂泵的温度降低，同时通过增压泵给压裂管道和压裂泵增压，两项条件符合CO2液态的条件，在压裂管道和压裂泵达到CO2处于液态条件后，切换电动阀，CO2储罐中的液态CO2从压裂管道进入压裂泵，压裂泵升压将定压开启阀开启进入注入井口，流入压裂泵CO2的为液态，不会使压裂泵产生气堵故障，预冷过程不消耗CO2原料，整体压裂管道和压裂泵在预冷过程中没有温度梯度，更好的将CO2保持在液体状态，同时不产生CO2排放问题；
2、通过设置保冷管线，在压裂泵工作时制冷机组将压裂泵产生的热量消耗掉，压裂泵保持低温、高压状态，保证CO2在注入过程中不会汽化。
附图说明
附图1是本发明的流程图；
附图2是本发明中压裂泵与保冷进液管线和保冷回液管线的连接示意图；
附图3是附图2的A-A剖面图。
图中：1-CO2储罐，2-压裂管道，3-压裂泵，4-注入井口，5-温度变送器，6-流量计，7-压力变送器，8-蓄能器B，9-安全阀，10-预冷回液管线，11-换热器，12-制冷机组，13-增压泵，14-补液箱，15-蓄能器A，16-排气阀，17-定压开启阀，18-电动阀A，19-电动阀B，20-电动阀C，21-电动阀D，22-保冷回液管线，23-电动阀E，24-保冷进液管线，25-循环泵，26-柱塞，27-横向沉孔，28-泵体，29-温度传感器，30-通孔，31-竖向沉孔，32-预冷进液管线，33-增压管线，34-换热进液管，35-换热出液管，36-止回阀。
具体实施方式
如图1～3所示，二氧化碳压裂注入系统，包括CO2储罐1，CO2储罐1出口连接压裂管道2，压裂管道2上设有压裂泵3，压裂管道2末端连接注入井口4，压裂管道2在CO2储罐1出口位置设有电动阀B19，压裂管道2在压裂泵3前端设有温度变送器5、流量计6、压力变送器7和蓄能器A15，压裂管道2在压裂泵3后端设有蓄能器B8、安全阀9和定压开启阀17，压裂管道2在定压开启阀17前端有一个最高点，最高点的压裂管道2上设有排气阀16，在增压泵13将预冷液注入管道内时，打开排气阀16，将空气从压裂管道2的最高点排出；
压裂管道2在电动阀B19后端旁接有预冷进液管线32，预冷进液管线32上安装有电动阀A18，压裂管道2在定压开启阀17前端旁接有预冷回液管线10，预冷回液管线10上安装有电动阀C20，预冷回液管线10连接循环泵25进口，循环泵25的液体朝压裂泵3进口方向流动，循环泵25出口连接换热器11的换热进液管34，换热器11的换热出液管35连接预冷进液管线32，换热器11的冷媒循环管道连接制冷机组12，循环泵25将预冷的液体从压裂泵3的进口、出口两个单向阀流出，可进行循环预冷，预冷进液管线32上旁接增压管线33，增压管线33连接增压泵13出口，增压泵13出口设有止回阀36，增压泵13进口连接补液箱14。
通过在压裂管道2上设置循环预冷管线，通过制冷机组12提供冷媒，将压裂管道2和压裂泵3的温度降低，同时通过增压泵13给压裂管道2和压裂泵3增压，增压泵13出口压力大于4.5MPa，增压泵13保持压裂管道2和预冷管线10的压力大于4.5MPa，制冷机组12的制冷能力和换热器11的换热能力可将压裂管道2和压裂泵3的温度控制在6°C以内，两项条件符合CO2处于液态的条件，在压裂管道2和压裂泵3达到液态CO2条件后，切换电动阀，CO2储罐1中的液态CO2从压裂管道2进入压裂泵3，压裂泵3升压将定压开启阀17开启进入注入井口4，此时流入的为CO2液态，不会使压裂泵3产生气堵故障，预冷过程不消耗CO2原料，整体压裂管道2和压裂泵3在预冷过程中没有温度梯度，更好的将CO2保持在液体状态，同时不产生CO2排放问题。
压裂泵3为高压柱塞泵，压裂泵3包括泵体28和柱塞26，泵体28左右两侧开有上下两排横向的通孔30，的泵体28左右两侧开有上下两排横向沉孔27，横向沉孔27位于通孔30里侧，泵体28上下两侧开有两排竖向沉孔31，竖向沉孔31与横向沉孔27、通孔30连通，通孔30在两侧塞焊，竖向沉孔31在开孔处塞焊，右侧的两个横向沉孔27并联保冷回液管线22，左侧的两个横向沉孔27并联保冷进液管线24，保冷回液管线22旁接预冷回液管线10上，保冷进液管线24旁接在预冷进液管线32上，保冷回液管线22上安装有电动阀E23，保冷进液管线24上安装有电动阀D21。
通孔30、横向沉孔27和竖向沉孔31在泵体28内形成组成围绕柱塞26的冷却通道，由于压裂泵3工作时主要热量来源是柱塞26和泵体28摩擦产生的，如此设计冷却通道可提高冷却效果。
压裂泵3的泵体28上安装有温度传感器29，制冷机组12和换热器11在压裂泵3工作时将泵体28的温度控制在10°C以内，消耗掉压裂泵3工作时产生的热量，由于压裂泵3工作时压力升高，CO2的保持液态的温度也相应提高，压裂泵3保持在10°C左右可满足CO2液态的保持条件，在压裂泵3工作时制冷机组12将压裂泵3产生的热量消耗掉，压裂泵3保持低温、高压状态，保证CO2在注入过程中不会汽化。
Claims (1)
1.一种二氧化碳压裂注入系统，包括CO2储罐(1)，其特征在于：CO2储罐(1)出口连接压裂管道(2)，压裂管道(2)上设有压裂泵(3)，压裂管道(2)末端连接注入井口(4)，压裂管道(2)在CO2储罐(1)出口位置设有电动阀B(19)，压裂管道(2)在压裂泵(3)前端设有温度变送器(5)、流量计(6)、压力变送器(7)和蓄能器A(15)，压裂管道(2)在压裂泵(3)后端设有蓄能器B(8)、安全阀(9)和定压开启阀(17)，压裂管道(2)在定压开启阀(17)前端有一个最高点，最高点的压裂管道(2)上设有排气阀(16)；
压裂管道(2)在电动阀B(19)后端旁接有预冷进液管线(32)，预冷进液管线(32)上安装有电动阀A(18)，压裂管道(2)在定压开启阀(17)前端旁接有预冷回液管线(10)，预冷回液管线(10)上安装有电动阀C(20)，预冷回液管线(10)连接循环泵(25)进口，循环泵(25)的液体朝压裂泵(3)进口方向流动，循环泵(25)出口连接换热器(11)的换热进液管(34)，换热器(11)的换热出液管(35)连接预冷进液管线(32)，换热器(11)的冷媒循环管道连接制冷机组(12)，预冷进液管线(32)上旁接增压管线(33)，增压管线(33)连接增压泵(13)出口，增压泵(13)出口设有止回阀(36)，增压泵(13)进口连接补液箱(14)；
增压泵(13)出口压力大于4.5MPa；
压裂泵(3)为高压柱塞泵，压裂泵(3)包括泵体(28)和柱塞(26)，泵体(28)左右两侧开有上下两排横向的通孔(30)，泵体(28)左右两侧开有上下两排横向沉孔(27)，横向沉孔(27)位于通孔(30)里侧，泵体(28)上下两侧开有两排竖向沉孔(31)，竖向沉孔(31)与横向沉孔(27)、通孔(30)连通，通孔(30)在两侧塞焊，竖向沉孔(31)在开孔处塞焊，右侧的两个横向沉孔(27)并联保冷回液管线(22)，左侧的两个横向沉孔(27)并联保冷进液管线(24)，保冷回液管线(22)旁接预冷回液管线(10)上，保冷进液管线(24)旁接在预冷进液管线(32)上，保冷回液管线(22)上安装有电动阀E(23)，保冷进液管线(24)上安装有电动阀D(21)；
压裂泵(3)的泵体(28)上安装有温度传感器(29)，制冷机组(12)和换热器(11)在压裂泵(3)工作时将泵体(28)的温度控制在10°C以内。
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