[发明专利]二氧化碳压裂介质相变控制系统及方法

权利要求书

1.一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：液态二氧化碳储罐（1）通过汇集管汇（2）与增压泵装置（4）的入口连接，增压泵装置（4）的出口与压裂泵装置（5）的入口连接，压裂泵装置（5）的出口与循环开关组（6）连接，循环开关组（6）设有两个出口，循环开关组（6）的一个出口与井口（8）连接，循环开关组（6）的另一个出口与增压泵装置（4）连接；

在压裂泵装置（5）上设有调速装置（12），调速装置（12）用于调节压裂泵装置（5）的输出流量。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：液态二氧化碳储罐（1）的液相出口通过输送软管（3）与汇集管汇（2）连接，汇集管汇（2）通过输送软管（3）与增压泵装置（4）连接，增压泵装置（4）通过输送软管（3）与压裂泵装置（5）连接，循环开关组（6）通过输送软管（3）与增压泵装置（4）的入口连接；

所述的输送软管（3）为不锈钢金属软管。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：压裂泵装置（5）通过压裂管汇（7）与循环开关组（6）连接，循环开关组（6）通过压裂管汇（7）与井口（8）连接。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：在增压泵装置（4）设有气液分离器（9）和增压泵，气液分离器（9）位于增压泵的入口之前，气液分离器（9）上设有压力传感器（10）和排气阀（11），用于根据压力传感器（10）的参数开启排气阀（11）排气。

5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：所述的液态二氧化碳储罐（1）的气相接口与排气吹扫管路（16）连接，排气吹扫管路（16）与汇集管汇（2）连接。

6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：在汇集管汇（2）上设有第一放液阀（13），在增压泵装置（4）上设有第二放液阀（14），在压裂泵装置（5）上设有第三放液阀（15）。

7.根据权利要求5所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：所述的循环开关组（6）中，切换阀芯（62）采用电动、液动或气动装置切换，电动、液动或气动装置与压裂泵装置（5）的调速装置（12）联动控制连接，当切换阀芯（62）切换至与增压泵装置（4）连接，调速装置（12）即切换至低速运行。

8.根据权利要求5所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统，其特征是：所述的循环开关组（6）中，与增压泵装置（4）连接的一端出口设有限压阀（61），限压阀（61）设有弹簧，当与增压泵装置（4）连接的一端出口的压力大于预设值，弹簧被压住，限压阀（61）关闭；

还设有安全阀（63）。

9.一种采用权利要求5~8任一项所述的二氧化碳压裂介质相变控制系统的控制方法，其特征是包括以下步骤：

S1、液态二氧化碳储罐（1）的液态二氧化碳通过汇集管汇（2）注入到增压泵装置（4）；

S2、增压泵装置（4）将液态二氧化碳的压力增加到至3MPa，增压后的液态二氧化碳进入到压裂泵装置（5）中，压裂泵装置（5）低速运转，使输出的液态二氧化碳的压力不超过3MPa；

S3、循环开关组（6）的切换阀芯（62），切换至与增压泵装置（4）连接，将液态二氧化碳输送至增压泵装置（4），使增压泵装置（4）、输送软管（3）和压裂泵装置（5）的温度低于-20℃；

S4、当温度达到预设温度，循环开关组（6）的切换阀芯（62）切换至与井口（8）连接，调速装置（12）将压裂泵装置（5）调节至全速运行，

在施工过程中，定时通过增压泵装置（4）的排气阀（11）排出气体，并通过气液分离器（9）设置的压力传感器（10），监控增压泵装置（4）的压力不低于1.5MPa；

通过以上步骤实现在压裂过程中二氧化碳压裂介质相变控制。

10.根据权利要求9所述的一种二氧化碳压裂介质相变控制系统的控制方法，其特征是还包括以下步骤：

S5、施工完成后，增压泵装置（4）、压裂泵装置（5）停机，关闭井口（8），关闭液态二氧化碳储罐（1）、增压泵装置（4）、压裂泵装置（5）的管道接口阀门；

S6、依次放掉汇集管汇（2）、输送软管（3）、增压泵装置（4）、压裂泵装置（5）中的液态二氧化碳；

S7、待系统压力降为0时，打开增压泵装置（4）、压裂泵装置（5）的管道接口阀门，打开液态二氧化碳储罐（1）的气相接口，排气吹扫管路（16）往系统的管道中充气，保持压力在2MPa，保压10min，使系统中残留的干冰融化；

S8、依次打开汇集管汇（2）、增压泵装置（4）、压裂泵装置（5）上的放液阀，放出残余的液态二氧化碳，重复几次进行，确保各个设备及管道无堵塞，最后关闭液态二氧化碳储罐（1）气相接口，系统放压，操作完毕。