[发明专利]二氧化碳增稠加砂一体化方法及装置

说明书

本发明涉及一种二氧化碳增稠加砂一体化方法及装置。本发明二氧化碳增稠加砂一体化方法包括步骤：加砂器加砂、冷却器对携砂液制冷、携砂液和支撑剂在混砂搅拌罐混合、活塞式固体泵传送高浓度砂液至搅拌罐、增压泵泵送液态二氧化碳再通过循环循环喷射器进入二氧化碳搅拌罐、利用旋转阀控制混合后砂液进入压裂车。本发明二氧化碳增稠加砂一体化方法及装置，解决了二氧化碳粘度低、携砂难和砂比低的问题，降低了二氧化碳加砂过程砂堵风险，实现了二氧化碳压裂施工中高砂比平稳加砂。

技术领域

本发明属于油气开发领域，具体涉及一种可以实现二氧化碳加砂压裂改造过程中液态二氧化碳增稠和连续加砂的方法。

背景技术

二氧化碳压裂技术是一种正在不断完善的压裂技术，相比于传统的以水基压裂液为主的压裂工艺，二氧化碳压裂具备储层污染小、改造强度大和效果周期长等特点，尤其对于高含水或水锁储层、黏土矿物易运移或膨胀的储层、低渗等非常规难以改造的储层和压裂液返排困难的储层，二氧化碳压裂具有较好的应用效果。自20世纪80年代在北美首次应用以来，已广泛应用于低渗透、致密砂岩、页岩油气等多种类型油气藏的改造中。随着国内对非常规油气资源开发力度的持续加大，二氧化碳压裂技术在中国各大油田逐步推广应用。但是，目前国内CO₂压裂设备与国际先进水平相比有较明显的差距，尤其CO₂加砂方面存在明显缺陷。一方面CO₂黏度低，悬砂性能差，施工砂比低，另一方面泵送低温携砂液的设备和工艺不够成熟，这对二氧化碳增稠性能和低温输砂能力提出了较高的要求。

CO₂压裂需要先对混砂车中的支撑剂进行预冷，而支撑剂中含有水分，在低温下会结冰从而导致支撑剂结块，进而增加了平稳输砂的难度，甚至有造成砂堵的风险。早期国内外二氧化碳加砂主要是利用带压容器，预先充填液态二氧化碳和支撑剂，然后利用独立的螺旋系统进行输送。在进入高压泵车之前，利用密闭混砂装置将支撑剂和液态二氧化碳压裂液混合，带压容器里的支撑剂和液态二氧化碳被预冷处理，然后通过独立的螺旋系统进行输送。传统混砂设备多使用卧式或立式混砂罐，不仅搅拌轴转速低、搅拌轴短、搅拌存在死角，机械零部件易受磨损，维修费用高；而且带压容器容积有限，最多容纳25吨液态二氧化碳，并且需要较长时间装载支撑剂。另外，由于液态CO₂黏度低、携砂性能差，因此存在易沉砂的问题。

CO₂增稠和加砂工艺的落后严重制约CO₂压裂在国内油田的广泛应用。在二氧化碳加砂过程中，受温度、压力影响，相态变化的影响，CO₂增稠和携砂进入高压泵车，然后泵送至目标地层难度很大，亟需设计出一种能够一体化实现增稠加砂的工艺，保证二氧化碳压裂中实现高砂比加砂，从而提高储层改造效果，实现对低渗透油气高效开发。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种二氧化碳增稠加砂一体化方法及装置，解决了二氧化碳黏度低、携砂难和砂比低的问题，降低二氧化碳加砂过程砂堵风险，实现二氧化碳压裂施工中高砂比平稳加砂。

本发明二氧化碳增稠加砂一体化方法，首先，采用液体冷却器控制预冷温度对携砂液进行冷却后泵送至混砂搅拌罐，同时，支撑剂也通过加砂器进入混砂搅拌罐，携砂液和支撑剂在混砂搅拌罐中进行混合；然后，砂液混合液通过固体活塞泵泵送至二氧化碳与砂液搅拌罐，同时，利用二氧化碳增压泵将液态二氧化碳泵送至二氧化碳与砂液搅拌罐中，利用循环喷射器和旋转阀对液态二氧化碳和砂液进行充分混合，最后利用增压泵车将混合液泵入井筒中。

本发明二氧化碳增稠加砂一体化方法，其中，所述携砂液采用二氧化碳专用携砂液，所述携砂液通过液体制冷设备控制到预冷温度-35℃，所述携砂液使用量为液态二氧化碳体积的2％或者小于2％。

本发明二氧化碳增稠加砂一体化方法，其中，所述加砂器的下方装有关风器，利用关风器高压旋转卸料，支撑剂和携砂液按1:1的输入速率进入混砂搅拌罐。

本发明二氧化碳增稠加砂一体化方法，其中，所述固体活塞泵采用液压凡尔式活塞泵。