一种液态CO2压裂低压管汇装置及压裂方法与流程

本发明涉及油气田压裂施工技术领域，具体涉及一种液态co2压裂低压管汇装置及压裂方法。

背景技术：

液态co2压裂是以co2代替常规水力压裂液的一种无水压裂技术，具有很多普通压裂所不具有的优点，因此备受关注。

一般常见的液态co2压裂低压管汇装置的连接方式为：若干co2罐车并联，然后依次与co2增压泵车、密闭混砂车相连接，给压裂泵车供液。因液态co2压裂工作液体具有低温高压的特点，采用这种方式连接的低压管汇装置存在以下问题：(1)随着co2罐车内co2的消耗，co2罐车内空间的体积增加，压力降低，部分co2蒸发成气体，维持co2罐车内压力平衡，但当co2罐车内部分co2蒸发补充的压力小于co2罐车内液面降低所造成的压力降时，co2罐车内和供液管线内压力下降，当压力下降到一定程度时，co2罐车内和供液管线内存在结干冰的风险，随时可能产生爆炸；(2)在施工后期，co2罐车内供液液面降低时，罐内会出现施工供液不稳情况，影响施工质量；(3)施工过程中高压区若某台压裂泵车出现空泵，该台压裂泵车直到施工结束，均不能继续使用，影响施工质量，甚至不能继续施工；(4)施工结束后，为了防止结干冰，需要慢速放压，通常需要4-7天后才能拆除管线。

综上所述，如何解决低压供液流程，供液液面降低时，供液不稳，易结干冰的问题，以及解决如何保证某台压裂泵车出现空泵情况时，在连续施工情况下，实现在线走泵恢复其施工能力的难题，同时也能实现施工结束后对管线进行快速放压的难题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种液态co2压裂低压管汇装置及压裂方法，既能解决易结干冰的风险以及施工后期供液不稳的问题，又能保证在高压区某台压裂泵车出现空泵情况下，可以在连续施工情况下，实现在线走泵恢复其施工能力，同时也能实现施工结束后，在安全的前提下对管线进行快速放压。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种液态co2压裂低压管汇装置，包括依次连接的co2罐车、第一液相汇管、增压泵和压裂供液系统；

还包括依次连接的液氮罐车、液氮泵车和第一气相汇管，多个所述co2罐车均连接于所述第一气相汇管。

优选的，所述压裂供液系统包括压裂泵车；每台所述压裂泵车的入口均连接于所述第一气相汇管的出口；所述压裂泵车的出口一路连接有放压阀，另一路连接有高压阀。

优选的，所述压裂供液系统包括：加砂供液系统和纯液相供液系统；

所述加砂供液系统包括依次连接的密闭混砂车、第二液相汇管和加砂的压裂泵车，所述增压泵的出口一路连接所述密闭混砂车的进口；

所述纯液相供液系统包括依次连接的第三液相汇管和纯液相的压裂泵车，所述增压泵的出口另一路连接所述第三液相汇管的进口。

优选的，所述压裂供液系统中的密闭混砂车是并联连接多台。

优选的，所述增压泵为并联连接多台。

一种液态co2压裂方法，采用上述的液态co2压裂低压管汇装置；在压裂施工的过程中，通过液氮泵车给co2罐车补充n2使其内压力在预设范围内。

优选的，出现压裂泵车空泵时，在连续施工工况下，关闭该空泵压裂泵车，由其它压裂泵车维持继续施工；同时关闭该空泵压裂泵车入口管线上的液相阀和出口的高压阀，打开该空泵压裂泵车入口管线上的气相阀和出口的放压阀，并通过液氮泵车为该空泵压裂泵车补充n2；

在用n2顶替干净该空泵压裂泵车内的介质后，关闭对应的气相阀，打开对应的液相阀，使该空泵压裂泵车内充满co2液体或co2携砂液介质，关闭对应的放压阀，开启该空泵压裂泵车，打开该空泵压裂泵车的高压阀。

优选的，当加砂供液系统或纯液相供液系统出现刺漏时，关闭出现刺漏的系统，由另一路系统继续施工。

优选的，在压裂施工后期，关闭井口阀门，打开与液氮泵车相连接的气相阀，再关闭co2罐车上的液相阀，打开co2罐车上的气液相连通的旁通阀和与之相连接的气相阀，打开压裂泵车上的放压阀，从co2罐车出口管线开始用n2逐步驱替管线内的液相co2，驱替过程中保证管线内的压力大于75.9psi；待所有管线内充满n2后，关闭液氮泵车上的气相阀停止提供n2，放压至零，施工结束。

优选的，在压裂施工前的低压管线平衡及扫线中：关闭所有液相阀，打开co2罐车与液氮泵车之间所有气相阀，通过液氮泵车提供n2平衡所有co2罐车的压力，打开co2罐车上气液相连通的旁通阀，从co2罐车开始到压裂泵车，依次打开管线上的气相阀，从co2罐车出口开始扫线直至井口，将管线清扫干净不残留固体颗粒，并充满n2且冷确管线，调整液氮泵车的出口压力，使所有管线的压力保持在预设值以上。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的液态co2压裂低压管汇装置及压裂方法，通过气相管路液氮泵车可依据需要随时给每台co2罐车补充n2，保持每台co2罐车内部压力恒定，从而保证施工后期co2罐车液面降低时，仍能保证供液稳定，同时保证co2液体在co2罐车或管线内压力不会低于75.9psi，进而避免干冰的出现；同时如出现单台压裂泵车空泵等突发状况时，在保证继续施工的前提下，迅速给空泵压裂泵车补充n2，顶替完压裂泵车内部co2液体进行放喷处理，重新走泵后可恢复其施工；也可以在施工结束后，迅速用n2顶替干净地面所有管线和装备内的co2，在进行放压处理，安全且迅速。液相管线分为两路，一路管线为压裂泵车提供携砂液加砂，一路管线为压裂泵车提供纯液相，且相互独立，可以有效配合处理管线刺漏等突发状况。气相管线通过气相阀控制可以在扫线和放喷阶段提供一定压力的n2，同时也可以依据需要随时给管线和施工设备提供一定压力的n2，防止结干冰情况的发生，保证了施工安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的液态co2压裂低压管汇装置的结构示意图。

其中，1为co2罐车；2为第一液相汇管；3为增压泵；4为密闭混砂车；5为液相阀；6为第一气相汇管；7为气相阀；8为液氮泵车；9为液氮罐车；10为压裂泵车；11为第二液相汇管；12为第三液相汇管；13为第二气相汇管；14为加砂供液系统；15为纯液相供液系统；16为放压阀；17为高压阀。

具体实施方式

本发明公开了液态co2压裂低压管汇装置及压裂方法，既可解决低压供液流程，供液液面降低时，供液不稳，易结干冰的问题，又可实现高压区某台压裂泵车出现空泵时，在连续施工情况下，实现在线走泵恢复其施工能力，同时也可以在施工结束后对管线进行安全快速放压。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的液态co2压裂低压管汇装置，其核心改进点在于，包括依次连接的co2罐车1、第一液相汇管2、增压泵3和压裂供液系统，用于实现正常的压裂施工作业，其结构可以参照图1所示；

还包括依次连接的液氮罐车9、液氮泵车8和第一气相汇管6，多个co2罐车1均连接于第一气相汇管6。可以理解的是，这里所说的连接是通过管线和相应的液相阀5或气相阀7。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的液态co2压裂低压管汇装置，压裂施工过程中，打开与co2罐车1相连接的气相管路上的所有气相阀7，通过液氮泵车8可依据需要随时给每台co2罐车1补充n2，以此来保持co2罐车1内的压力稳定在预设范围(根据实际情况确定，在此可以具体为290～350psi)内，保证了co2罐车1在整个施工过程(包括后期液面降低时)中平稳供液，避免了co2罐车1及管线内结干冰的发生。

作为优选，压裂供液系统包括多台压裂泵车10；每台压裂泵车10的入口均连接于第一气相汇管6的出口；压裂泵车10的出口包括两路，其中的一路连接有放压阀16，另一路连接有高压阀17。其结构可以参照图1所示，每台压裂泵车10高压排出管线上连接三通，一路连接高压汇管，一路连接放喷管线，管线上均接有高压阀。

如此设置，施工过程中，如压裂泵车空泵时，在连续施工工况下，关闭该压裂泵车10，由其它压裂泵车10维持继续施工，同时关闭于该空泵压裂泵车10入口管线上的液相阀5和出口的高压阀17，打开对应的气相阀7和放压阀16，通过液氮泵车8用n2顶替干净该空泵压裂泵车10内的介质后，关闭对应的气相阀7，打开对应的液相阀5，使该压裂泵车10内充满co2液体或co2携砂液介质，关闭对应的放压阀16，开启该压裂泵车10，打开该压裂泵车10的高压阀17，使该台压裂泵车10恢复施工，保证了整个施工的连续性，提高了压裂泵车10的使用效率。

为了进一步优化上述的技术方案，压裂供液系统包括：加砂供液系统14和纯液相供液系统15，结构可以参照图1所示；

其中，加砂供液系统14包括依次连接的密闭混砂车4、第二液相汇管11和用于加砂的压裂泵车10，增压泵3的出口一路连接密闭混砂车4的进口；

纯液相供液系统15包括依次连接的第三液相汇管12和用于纯液相的压裂泵车10，增压泵3的出口另一路连接第三液相汇管12的进口。这样一来，在施工过程中，加砂供液系统14或纯液相供液系统15某处出现刺漏时，关闭出现刺漏的系统，进行整改恢复，期间由另一路系统继续施工，保证了施工的正常进行。

在本方案提供的具体实施例中，为了保证加砂浓度和加砂规模，可并联连接多台密闭混砂车4。类似的，为了保证施工排量，可并联连接多台增压泵3。

下面结合具体实施例对本装置做进一步介绍：

一种液态co2压裂低压管汇装置，包括co2罐车1，每个co2罐车1底部的出口通过管线和液相阀5连接第一液相汇管2的进口，第一液相汇管2的出口通过管线和液相阀5连接增压泵3的进口，增压泵3出口一路通过管线和液相阀5连接密闭混砂车4的进口，密闭混砂车4的出口通过管线和液相阀5连接第二液相汇管11的进口，第二液相汇管11设有多个出口，分别连接压裂泵车10，其中密闭混砂车4至压裂泵车10的连接系统构成加砂供液系统14；增压泵3出口的另一路连接第三液相汇管12的进口，第三液相汇管12设有多个出口，分别连接压裂泵车，其中第三液相汇管12至压裂泵车的连接系统构成纯液相供液系统15。液氮罐车9的出口连接液氮泵车8的进口，液氮泵车8的出口通过连接管线和气相阀7连接第一气相汇管6的进口，第一气相汇管6设多个出口，部分出口分别通过连接管线和气相阀7连接每个co2罐车1顶部进口，一部分出口通过连接管线和气相阀7连接第二气相汇管13的进口，第二气相汇管13的出口分别通过连接管线和气相阀7连接每台压裂泵车10的入口管线上，气相汇管6的一个出口通过连接管线和气相阀7连接密闭混砂车4的顶部进口。

本发明实施例还提供了一种液态co2压裂方法其核心改进点在于，采用上述的低压管汇装置；在压裂施工的过程中，通过液氮泵车8给co2罐车1补充n2使其内压力在预设范围内，其结构可以参照图1所示。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的液态co2压裂方法，通过气相管路液氮泵车8可依据需要随时给每台co2罐车1补充n2，保持每台co2罐车1内部压力恒定，从而保证施工后期co2罐车1液面降低时，仍能保证供液稳定，同时保证co2液体在co2罐车1或管线内压力不会低于75.9psi，进而避免干冰的出现。

可以理解的是，本方案的液态co2压裂方法还包括施工前期准备和后期处理，如压前准备、低压管线连接、试压、平衡及扫线和走泵。下面结合具体实施例对本方法做进一步介绍：

现场施工时，其操作流程如下：

(1)压前准备：保持所有高、低压管线，弯头，各种阀件，油壬内部及接头处的清洁、完好；压裂泵车10进行阀箱清洁除水、密封件进行检查更换、润滑系统压前进行调试；co2罐车1数量满足施工设计液量要求且其内部压力在施工前保证在290～350psi。

(2)低压管线连接，按照本发明所述的低压管线连接流程进行连接。

(3)低压管线试压：打开与co2罐车1相连接管线上的所有气相阀7，通过与第一气相汇管6连通平衡后进行气密性试压。

(4)低压管线平衡及扫线：关闭所有液相阀5，打开co2罐车1与液氮泵车8之间所有气相阀7，通过液氮泵车8提供n2平衡所有co2罐车1的压力，打开co2罐车1上气液相连通的旁通阀，从co2罐车1开始到压裂泵车10，依次打开管线上的气相阀7，从co2罐车1出口开始扫线直至井口，将管线清扫干净不残留固体颗粒，并充满n2且冷确管线，调整液氮泵8的出口压力，使所有管线保持在75.9psi的压力以上，以避免施工过程中管线内出现干冰。

(5)走泵：关闭co2罐车1上的气旁通阀，所有的气相阀7，打开所有液相阀5，发动压裂泵车10(一档锁定)进行走泵，使整个液相管线内充满液态co2，是否充满通过控制压裂泵车的循环阀和备用循环阀判断液力端的充液情况，另外根据液力端的结霜情况判断泵车走泵的好坏，液力端需每个缸体都结霜。

进一步的，压裂泵车10可以一台一台的走泵，也可以多台压裂泵车10同时走泵。

(6)压裂施工：按施工程序进行压裂施工，施工过程中，co2罐车1到液氮泵8之间气相管路上的气相阀7均为打开状态，通过液氮泵8可随时给co2罐车1补充n2，以此来保持co2罐车1内的压力稳定在290～350psi，保证了co2罐车1在整个施工过程中平稳供液，避免了co2罐车1及管线内结干冰的发生。

(7)施工过程中，如出现异常情况，操作流程如下：

s1：出现压裂泵车空泵时，在连续施工工况下，关闭该压裂泵车10，由其它压裂泵车10维持继续施工，同时关闭与该压裂泵车10入口管线上的液相阀5，关闭与该压裂泵车10出口的高压阀17，打开对应的气相阀7和对应的放压阀16，用n2顶替干净该压裂泵车10内的介质；关闭对应的气相阀7，打开对应的液相阀5，使该压裂泵车10内充满co2液体或co2携砂液介质，关闭对应的放压阀16，开启该压裂泵车10，打开该压裂泵车10的高压阀17，使该台压裂泵车恢复施工，保证了整个施工的连续性，提高了压裂泵车10的使用效率。

s2：加砂供液系统14或纯液相供液系统15某处出现刺漏，关闭出现刺漏的系统，进行整改恢复，期间由另一路系统继续施工，保证了施工的正常进行。

(8)施工后期：关闭井口阀门，打开与液氮泵8相连接的气相阀7，再关闭co2罐车1上的液相阀5，打开co2罐车1上的气液相连通的旁通阀和与之相连接的气相阀7，打开压裂泵车10上的放压阀16，从co2罐车1出口管线开始用n2逐步驱替管线内的液相co2，驱替过程中保证管线内的压力大于75.9psi；待所有管线内充满n2后，关闭液氮泵8上的气相阀7停止提供n2，放压至零，施工结束，安全且速度快，防止结干冰情况的发生。

综上所述，本发明实施例提供了一种液态co2压裂低压管汇装置，包括co2罐车、液相汇管、增压泵、密闭混砂车、液相阀、气相汇管、气相阀、液氮泵车、液氮罐车、压裂泵车、放压阀和高压阀。其中，co2罐车、液相汇管、增压泵、密闭混砂车、压裂泵车通过管线和液相阀依次连接组成液相管路，液相管路分成两路一路管线为压裂泵车提供携砂液加砂，一路管线为压裂泵车提供纯液相，且相互独立，可以有效配合处理管线刺漏等突发状况。本发明实施例还提供了一种应用上述管汇装置的液态co2压裂方法，co2罐车、液氮泵车、液氮罐车、气相汇管、压裂泵车管通过管线和气相阀依次连接组成气相管路，气相管路可以依据情况随时给液相管路、co2罐车、压裂泵车提供n2，保证了整个施工过程现场装置和管线内部压力和施工后期供液稳定，避免了结干冰的可能；同时当某台压裂泵车出现空泵情况时，可以通过开关相应气相阀、液相阀、放压阀和高压阀，控制co2液体和n2的供应，实现在线走泵，最终恢复其施工能力，有效解决某台压裂泵车出现空泵情况时，可继续施工的难题；也可以在施工结束后，迅速用n2顶替干净地面所有管线和装备内的co2，然后进行放压处理，安全且迅速。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。