[发明专利]一种模拟CO2

摘要

涉及到CO2干法压裂技术的一种模拟CO2干法压裂工质混输实验装置及实验方法，实验装置的液态CO2储罐、液添泵、液气分离器、增压泵、密闭砂罐、回收罐、气化泵、气化器依序通过管道连接，plc控制器与液态CO2储罐、密闭砂罐、回收罐均与相连的温度传感器，液气分离器、密闭砂罐均与相连的密度传感器，增压泵相连的压力传感器、流量传感器连接，实验方法是将液态CO2和支撑剂注入液态CO2储罐内，并对其增压及气化，通过plc控制器控制其测量液态CO2、增压前后的压力、温度、密度、转速参数。本发明能模拟CO2干法压裂混输过程，运行安全可靠，有助于解决CO2干法压裂的设备、功能设置等技术难题。

主权项

1.一种模拟CO₂干法压裂工质混输实验装置及实验方法；其实验装置包括包括液态CO₂储罐、液添泵、液气分离器、增压泵、密闭砂罐、回收罐、气化泵、气化器、流量传感器、密度传感器、压力传感器、管道透视镜、PLC控制系统以及阀门和管道，其特征在于，所述液态CO₂储罐、液添泵、液气分离器、增压泵、密闭砂罐、回收罐、气化泵、气化器、流量传感器、密度传感器、管道透视镜及阀件通过管路连接；PLC控制系统与气化泵、液气分离器、密度传感器、电动阀门、温度传感器、压力传感器连接; 液态CO₂储罐、液气分离器、密闭砂罐和回收罐出口均设置有放气球阀、放液球阀、安全阀，液态CO₂储罐、密闭砂罐和回收罐均设置有温度传感器及压力传感器，液气分离器、密闭砂罐内部安装有电子式液位计，液添泵从外部抽取添加剂注入所述液态CO₂储罐与液气分离器之间的管汇，增压泵出口管汇上设置有压力传感器、流量传感器，密闭砂罐下部设有螺旋输送装置，增压泵的出口分为两路：一路为与所述密闭砂罐连通，并通过电控阀进行流量调节；另一路为与所述回收罐连通的直流通道，直流通道与所述螺旋输送装置出砂口连通，并且所述直流通道上设置有电控阀、密度传感器、管道透视镜、球阀，所述气化泵与所述气化器之间的管路设置有安全阀和压力传感器，气化器出口与所述液态CO₂储罐连通，且连通管路上设置有减压阀和电控球阀；其实验方法是：所述实验方法包括如下步骤：（1）实验前准备工作1）往液态CO₂储罐中灌入液态CO₂，并使得罐内压力在1.9~2.1MPa；2）将支撑剂石英砂2立方加入密闭砂罐；3）关闭所有排气、排液阀门；4）超压保护试验：设定PLC控制系统液气分离器、密闭砂罐排气电控阀开启压力分别为1.2MPa、1.6MPa，打开液态CO₂储罐气相至密闭砂罐所有阀门，使系统压力逐渐升高，检查并确认系统压力达到1.2MPa时液气分离器电控阀自动开启，然后修改液气分离器电控阀开启压力为2.3MPa，使得液气分离器电控阀自动关闭，系统压力继续升高，检查并确认系统压力达到1.6MPa时密闭砂罐排气电控阀自动开启，修改密闭砂罐排气电控阀开启压力为2.8MPa，使密闭砂罐排气电控阀自动关闭，系统压力继续升高至不再上升时关闭液态CO₂储罐气相控制阀；5）打开液态CO₂储罐液相至密闭砂罐所有阀门，启动增压泵至300‑600rpm，冷却管路和密闭砂罐内的支撑剂直到密闭砂罐内整体温度降低到‑15℃以下，转速越高，温度越低、压力越大，在此过程中根据需要调节增压泵转速、打开密闭砂罐的排气阀门，使得密闭砂罐内的压力不超过2.5MPa；6）关闭增压泵；（2）实验阶段1）设定增压泵输出压力2.5 MPa、气化泵输出压力2.1 MPa；液气分离器、密闭砂罐开启压力分别为2.15 MPa及2.55 MPa2）启动增压泵至转速300‑600rpm，使增压泵输出流量达到300L/min；3）启动液添泵、螺旋输送装置，其转速50转/min，根据需要调节其转速，并分别试验1%、3%、5%支链聚硅氧烷增稠剂质量添加浓度和支撑剂石英砂5%、10%体积浓度条件下的系统运行情况，每组测试持续时间5min；4）根据需要调节液气分离器、密闭砂罐和回收罐排气阀门大小，保证各部件压力不超过上述设定值，确保各设备安全稳定运行；5）通过PLC控制系统和仪表监测并记录各设备运行参数及工质参数，包括转速、压力、温度及密度等参数，通过管道透视镜观察支撑剂在混合液体中的悬浮状态，以此评价添加支链聚硅氧烷增稠剂后液态CO2的携砂能力，从而指导增稠剂的优选及其添加浓度的参数确定；（3）实验后整理工作1）先关闭气化泵，再关闭螺旋输送装置、液添泵和增压泵；2）排空液气分离器、密闭砂罐、回收罐及管路中的液体，关闭各管路阀门，整个实验结束；可根据所述液气分离器的液位高度通过所述PLC控制系统自动调节排气球阀开度，从而保证所述液气分离器的液位保持在设定范围；通过所述冷却管路和密闭砂罐内的支撑剂，可获得过程中流量与一定压力条件下的管道排气能力参数；紧急停机时，可通过所述PLC控制系统一键关闭所述液添泵、增压泵、气化泵以及关闭或打开必要的阀门，保护系统设备安全。