本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种二氧化碳压裂用循环冷却装置及其应用方法。
背景技术：
二氧化碳压裂是新兴的一种压裂技术，主要方式有二氧化碳增能压裂、二氧化碳干法加砂压裂等。二氧化碳增能压裂通常与水力压裂相结合，先将液态二氧化碳作为前置液通过压裂车泵入目的层后关井，再进行水力加砂压裂，在施工后的压裂液返排过程中利用目的层中二氧化碳将压裂液快速返排，可降低水基压裂液对敏感地层的伤害。二氧化碳干法加砂压裂对低渗透、低压油气藏具有较好的适用性，较水基压裂技术，可消除储层水敏和水锁伤害，提高压裂改造效果；用于页岩气、煤层气压裂可促进吸附天然气的解析。
这两种二氧化碳压裂方式均通过压裂车进行泵送，要求排量一般在2m3/min以上，压裂车泵头必须完全冷却，如果泵头冷却不足，液态二氧化碳在泵送过程中容易气化，造成排量不足，甚至压裂车走空泵，导致施工停止。
因此压裂车泵头的冷却是现场施工的重要环节，现有的冷泵方式是将经过泵头缸体的液态二氧化碳直接排放，因冷泵时间长，造成液态二氧化碳的极大浪费，且几台压裂车同时排放时噪音很大。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供了一种二氧化碳压裂用循环冷却装置及其应用方法，使用循环冷却装置和压裂车建立循环回路，以改变二氧化碳压裂施工中现有冷泵方式，在二氧化碳前置或者干法压裂施工时的压裂车冷泵过程中，对排出的气液相混合态二氧化碳进行气液分离，以达到液态二氧化碳的重复利用，实现液态二氧化碳的零排放和气态二氧化碳的集中排放，提高现场施工安全性、液态二氧化碳的利用率及大幅降低施工噪音。
本发明所采用的技术方案如下：
一种二氧化碳压裂用循环冷却装置，所述循环冷却装置为卧式结构，包括罐体，罐体的左右两端均设置有液位计，罐体顶部设置有压力传感器、安全阀、气相管线，罐体内部下方设置有隔板，隔板设置有可开合的人行通道，隔板上部设置有滤网；罐体底部隔板两侧均设置有余液排放口，所述两个余液排放口合并为一条余液排放管线；
罐体左边底部的前后位置对称设置有液体进口，罐体右边底部的前后位置对称设置有液体出口，罐体的正下方设置有“口”字形液相管线，所述液体进口、液体出口均与“口”字形液相管线连通，所述“口”字形液相管线的左边设置有进液口，右边设置有出液口。
所述罐体底部还设置有沉砂观察口、温度传感器。
所述罐体的左边封头设置有人孔。
所述液体进口与“口”字形液相管线的连通管线上设置有出液连通阀ⅰ；液体出口与“口”字形液相管线的连通管线上设置有出液连通阀ⅱ。
所述液体进口与液体出口之间的“口”字形液相管线上设置有流量计、管理连通阀。
所述气相管线上设置有气相排放连通阀，气相管线经气相排放连通阀后分为两路，一路通过氮气增压接口阀连接氮气增压接口，一路通过气相排放阀连接气相排放口。
所述余液排放管线上依次设置有液相排放连通阀、液相排放阀、液相排放口。
所述循环冷却装置还包括控制柜，所述压力传感器、温度传感器、液位计、流量计、出液连通阀ⅰ、管理连通阀、出液连通阀ⅱ、氮气增压接口阀、气相排放阀及液相排放阀分别与控制柜相连，所述控制柜的数据远传至远程控制箱进行集中采集、控制、记录。
所述循环冷却装置通过上水管线与压裂车相连，所述压裂车上设置有高压管线，所述高压管线出口分为两路，一路通过高低压连通阀与循环冷却装置相连，一路通过井口阀与井口连通。
一种二氧化碳压裂用循环冷却装置的应用方法，包括如下步骤:
1)系统充压
关闭井口阀，打开高低压连通阀、出液连通阀ⅰ、出液连通阀ⅱ、管路连通阀、“口”字形液相管线的进液口及出液口阀门，其他阀门处于关闭状态，利用储液设备的气相通过进液口进行充压，待罐体压力上升至与储液设备压力一致时，停止充压；
2)系统充液
切换储液设备的气、液相阀门，使储液设备的液相与循环冷却装置的进液口连通，手动开启气相排放连通阀，远程开启气相排放阀，进行排气，储液设备的液态二氧化碳通过进液口对循环冷却装置的罐体进行充液，通过远程控制箱读取液位计的液位值，通过自动控制气相排放阀的开度调节罐体内液面高度，使液面高度不低于隔板高度，远程关闭气相排放阀，关闭进液口的阀门；
3)循环冷却
开启压裂车进行循环冷泵，直至压裂车的上水管线、泵头、高压管线出现结霜；
4)泵注
开启进液口阀门，关闭高低压连通阀，打开井口阀，进行正常泵注，泵注结束时，打开氮气增压接口阀，利用氮气驱替罐体内液态二氧化碳液面高度至200mm时，压裂车停泵，关闭进液口阀门；
5)排液泄压
利用氮气对罐体进行保压，手动开启液相排放连通阀，远程开启液相排放阀至30％～40％开度，对罐体进行排液，液态二氧化碳排尽，关闭氮气增压接口阀，待罐体及管线压力将至零后，拆卸管线，施工结束。
本发明的有益效果如下：
1、本发明可实现冷泵过程中液态二氧化碳的重复利用，提高液态二氧化碳的利用率，可减少用量，降低施工成本。
2、本发明通过循环冷却装置实现气态二氧化碳的集中排放及液态二氧化碳的零排放，可提高现场施工安全性并大幅降低施工噪音。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明冷泵流程示意图。
附图标记说明：1、进液口；2、液位计；3、人孔；4、出液连通阀ⅰ；5、罐体；6、压力传感器、7、隔板；8、滤网；9、流量计；10、管路连通阀；11、出液连通阀ⅱ；12、气相排放连通阀；13、氮气增压接口阀；14、氮气增压接口；15、气相排放阀；16、气相排放口；17、出液口；18、气相管线；19、液相排放口；20、液相排放阀；21、液相排放连通阀；22、温度传感器；23、余液排放管线；24、液体进口；25、液体出口；26、沉砂观察口；27、远程控制箱；28、控制柜；29、“口”字形液相管线；30、液面；31、上水管线；32、循环冷却装置；33、压裂车；34、高低压连通阀；35、井口；36、井口阀；37、高压管线。
具体实施方式
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种二氧化碳压裂用循环冷却装置及工艺方法。
实施例1：
一种二氧化碳压裂用循环冷却装置，如图1所示，所述循环冷却装置32为卧式结构，包括罐体5，罐体5的左右两端均设置有液位计2，罐体5顶部设置有压力传感器6、安全阀、气相管线18，罐体5内部下方设置有隔板7，隔板7设置有可开合的人行通道，隔板7上部设置有滤网8；罐体5底部隔板7两侧均设置有余液排放口，所述两个余液排放口合并为一条余液排放管线23；
罐体5左边底部的前后位置对称设置有液体进口24，罐体5右边底部的前后位置对称设置有液体出口25，罐体5的正下方设置有“口”字形液相管线29，所述液体进口24、液体出口25均与“口”字形液相管线19连通，所述“口”字形液相管线的左边设置有进液口1，右边设置有出液口17。
在冷泵过程中，本发明与压裂车33建立循环通路，液态二氧化碳从压裂车33上水端进入，高压端排出，再从进液口1进入罐体5，气液相混合态二氧化碳在隔板7左侧进行气液分离，气态二氧化碳聚集在罐体5顶部，液态二氧化碳经过滤网8进入隔板7右侧，从出液口17排出重新进入压裂车33上水端，形成循环，达到冷却压裂车泵头的效果，在此过程中，液态二氧化碳零排放。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述液体进口24与“口”字形液相管线29的连通管线上设置有出液连通阀ⅰ4；液体出口25与“口”字形液相管线29的连通管线上设置有出液连通阀ⅱ11；所述液体进口24与液体出口25之间的“口”字形液相管线29上设置有流量计9、管理连通阀10。
所述气相管线18上设置有气相排放连通阀12，气相管线18经气相排放连通阀12后分为两路，一路通过氮气增压接口阀13连接氮气增压接口14，一路通过气相排放阀15连接气相排放口16。
所述余液排放管线23上依次设置有液相排放连通阀21、液相排放阀20、液相排放口19。
冷泵过程中，如果罐体5的压力过高，可手动开启气相排放连通阀12，远程开启气相排放阀15进行排气降压，实现气态二氧化碳的集中排放，降低施工环境噪音。
施工结束时，可手动开启液相排放连通阀21，远程开启液相排放阀20，进行余液排放，实现施工结束时液态二氧化碳的集中排放。
实施例3：
在上述实施例的基础上，该循环冷却装置32还包括控制柜28，所述压力传感器6、温度传感器22、液位计2、流量计9、出液连通阀ⅰ4、管理连通阀10、出液连通阀ⅱ11、氮气增压接口阀13、气相排放阀15及液相排放阀20分别与控制柜28相连，所述控制柜28的数据远传至远程控制箱27进行集中采集、控制、记录。
如图2所示，所述循环冷却装置32通过上水管线31与压裂车33相连，所述压裂车33上设置有高压管线37，所述高压管线37出口分为两路，一路通过高低压连通阀34与循环冷却装置32相连，一路通过井口阀36与井口35连通。
所述循环冷却装置32的所有压力、温度、液位等传感器、电动阀的数据采集、显示及控制均集中到一个控制柜28上，所述控制柜28安装在所述循环冷却装置上，所述控制柜28输入电压为三相380v，输出电压为220v、24v，供电给电动阀及压力、温度等传感器、远程控制箱27，所述控制柜28的数据远传至远程控制箱27进行集中采集、控制、记录。
实施例4：
所述一种二氧化碳压裂用循环冷却装置的应用方法，包括如下步骤:
1)系统充压
关闭井口阀36，打开高低压连通阀34、出液连通阀ⅰ4、出液连通阀ⅱ11、管路连通阀10、“口”字形液相管线29的进液口1及出液口17阀门，其他阀门处于关闭状态，利用储液设备的气相通过进液口1进行充压，待罐体5压力上升至与储液设备压力一致时，停止充压；
2)系统充液
切换储液设备的气、液相阀门，使储液设备的液相与循环冷却装置32的进液口1连通，手动开启气相排放连通阀12，远程开启气相排放阀15，进行排气，储液设备的液态二氧化碳通过进液口1对循环冷却装置32的罐体5进行充液，通过远程控制箱27读取液位计2的液位值，通过自动控制气相排放阀15的开度调节罐体5内液面30高度，使液面30高度不低于隔板7高度，远程关闭气相排放阀15，关闭进液口1的阀门；
3)循环冷却
开启压裂车33进行循环冷泵，直至压裂车33的上水管线31、泵头、高压管线37出现结霜；
4)泵注
开启进液口1阀门，关闭高低压连通阀34，打开井口阀36，进行正常泵注，泵注结束时，打开氮气增压接口阀13，利用氮气驱替罐体5内液态二氧化碳液面30高度至200mm时，压裂车33停泵，关闭进液口1阀门；
5)排液泄压
利用氮气对罐体5进行保压，手动开启液相排放连通阀21，远程开启液相排放阀21至30％～40％开度，对罐体5进行排液，液态二氧化碳排尽，关闭氮气增压接口阀13，待罐体5及管线压力将至零后，拆卸管线，施工结束。
针对二氧化碳前置、干法加砂压裂施工过程中二氧化碳浪费大、噪音大的问题，本发明通过改善工艺流程，创新设计出循环冷却装置，并与压裂车建立循环回路，使得压裂车在冷泵过程中实现气态二氧化碳的集中排放及液态二氧化碳的零排放，达到二氧化碳重复利用、降低施工成本的目的，有效提高二氧化碳的利用率。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。