CN115970573B - 一种井下的超临界二氧化碳混砂装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种井下的超临界二氧化碳混砂装置，包括射流管，所述射流管上设置有超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道，所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道连通，所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道的连通处设置有开合控制机构；进入到所述超临界二氧化碳进入通道内的超临界二氧化碳的压力，控制所述开合控制机构的启闭。目的在于使得出砂量与超临界二氧化碳的压力相适配，实现了超临界二氧化碳流速与砂子的流速同步改变，避免了时间差的出现，实现了对砂浓度的及时控制和改变。

Description

一种井下的超临界二氧化碳混砂装置

技术领域

本发明属于石油采油设备技术领域，具体涉及一种井下的超临界二氧化碳混砂装置。

背景技术

超临界态二氧化碳压裂工艺作为一种具前景的压裂技术。超临界态是不同于气态与液态的流体形态，超临界二氧化碳具有接近于液体的高密度和接近于气体的低黏度、具有较强的溶解能力和高扩散系数。超临界二氧化碳压裂液是沟通储集层微裂缝、造成裂缝网络的最佳工作液体系之一。液相二氧化碳和石英砂等支撑剂的混合需地面混砂装置，且必须在高压低温的工况条件下进行。因此对地面混砂装置提出了极高的要求。现有的地面压裂砂浓度的控制方法为通过地面混砂装置将配比好的一定砂浓度的压裂液经压裂泵车、管柱压入地层；当需要调整浓度时，需要重新调整压裂液浓度，并经过漫长的输送才能送到地下，这会造成一个时间差，无法及时的根据压裂液的浓度改变砂浓度，导致无法实时控制到达地层的压裂液的砂浓度。

发明内容

本发明为了解决输砂浓度无法根据超临界二氧化碳的浓度而及时改变的问题，提供了一种井下的超临界二氧化碳混砂装置，该混砂装置能够根据超临界二氧化碳的压力，调整出砂的量，从而使得出砂量与超临界二氧化碳的压力相适配，实现了超临界二氧化碳流速与砂子的流速同步改变，避免了时间差的出现，实现了对砂浓度的及时控制和改变。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种井下的超临界二氧化碳混砂装置，包括射流管，所述射流管上设置有超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道，所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道连通，所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道的连通处设置有开合控制机构；进入到所述超临界二氧化碳进入通道内的超临界二氧化碳的压力，控制所述开合控制机构的启闭。

优选的，所述开合控制机构包括压力感应器和启闭器，所述压力感应器和启闭器连接，所述压力感应器用于感应进入到超临界二氧化碳进入通道内超临界二氧化碳的压力，所述启闭器用于开启/闭合所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道的连通处。

优选的，所述压力感应器包括第一活塞，所述第一活塞设置在第一容置缸内，所述第一活塞上连接第一连杆，所述第一连杆与启闭器连接；所述第一容置缸上设置有气道和出气口，所述第一容置缸分别与气道和出气口连通，所述气道的另一端和出气口与超临界二氧化碳进入通道连通，所述气道和出气口位于第一容置缸上靠近超临界二氧化碳进入通道的进口一端；所述气道的另一端相较于出气口位于超临界二氧化碳流动方向的上游处。

优选的，所述压力感应器包括铰接杆，所述铰接杆的一端与第一连杆铰接，所述第一连杆与启闭器连接；所述铰接杆的另一端伸入所述超临界二氧化碳进入通道内，所述铰接杆的中部铰接在射流管上形成翘板结构。

优选的，所述铰接杆伸入所述超临界二氧化碳进入通道内的一端为扇形，扇形的扇面朝向超临界二氧化碳进入的方向。

优选的，所述第一连杆上固定设置有配重块，所述配重块可跟随第一连杆相对于射流管上下移动。

优选的，所述启闭器包括阀门，所述阀门与第一连杆连接，所述阀门设置在出砂口处，所述第一连杆带动阀门相对于出砂口移动，所述阀门的面积不小于出砂口的面积。

优选的，所述射流管内还设置有喷嘴，所述喷嘴的入口的大小大于出口的大小，所述喷嘴与升降机构连接，所述升降机构带动喷嘴相对于射流管上下移动。

优选的，所述升降机构包括第二活塞，所述第二活塞通过第二连杆与支座连接，所述支座与喷嘴连接，所述第二活塞设置在第二容置缸内，所述第二容置缸上设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口和第二进气口分别位于第二活塞的两侧，所述第一进气口和第二进气口分别通过控制阀与超临界二氧化碳进入通道连通；所述第一进气口和第二进气口处分别设置有单向阀。

优选的，所述射流管内还设置有喉管和扩散管，所述喉管和扩散管连接；所述喉管的管径大于喷嘴出口处的直径，所述喉管位于靠近喷嘴上出口的一侧，所述喉管位于超临界二氧化碳和砂混合后的下游侧，所述喉管的入口面设置为斜面，斜面的倾斜方向为朝向喉管的中轴线处向下倾斜；所述扩散管为变径管，所述扩散管管径较小的一端与喉管连通，所述扩散管较小的管径与喉管的管径相当。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明设置升降控制机构，升降控制机构能够根据超临界二氧化碳的压力，调整升降高度，从而实现通过超临界二氧化碳的压力控制开合控制机构中阀门的开合程度，使得砂子的流速和超临界二氧化碳的压力值相匹配，实现了超临界二氧化碳流速与砂子的流速同步改变，避免了时间差的出现，实现了对砂浓度的及时控制和改变；

2、本发明中超临界二氧化碳的喷嘴能够进行高度调节，通过调整超临界二氧化碳的喷嘴高度，可以改变射流装置的容积，以便对不同速度下的混砂根据实际情况改变容积，以提高混砂效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为升降机构的结构示意图；

图3为启闭器的结构示意图；

图4为本发明中的另一种实施例；

图5为铰接杆的结构示意图。

其中：1-砂进入通道；2-射流管；3-喉管；4-扩散管；5-喷嘴；6-阀门；7-第一进气口；9-第一连杆；10-配重块；11-第一容置缸；12-第一活塞；13-气道；14-出气口；15-支座；16-第二连杆；17-第二容置缸；18-第二活塞；19-第二进气口；20-空腔；21-铰接杆；22-出砂口。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示，一种井下的超临界二氧化碳混砂装置，包括射流管2，射流管2通常设置在射流混砂装置与连续油管卡瓦相连处，所述射流管2上设置有超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道1，超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道1各自独立设置，所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道连通，所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道的连通处设置有开合控制机构；进入到所述超临界二氧化碳进入通道内的超临界二氧化碳的压力，控制所述开合控制机构的启闭。由二氧化碳的流速，控制开合控制机构的打开程度，以便消除二氧化碳和砂进行混合的时间差，通过二氧化碳的流速控制砂浓度，从而使得二氧化碳的流速与砂浓度相适配。

所述开合控制机构包括压力感应器和启闭器，所述压力感应器和启闭器连接，所述压力感应器用于感应进入到超临界二氧化碳进入通道内超临界二氧化碳的压力，所述启闭器用于开启/闭合所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道的连通处。压力感应器通过二氧化碳的流速控制启闭器开启的大小，压力大时启闭器打开的程度大，压力小时启闭器打开的程度小，从而使得二氧化碳的流速与砂浓度相适配。

实施例一

本发明中，关于压力感应器的一种实施方式为，所述压力感应器包括第一活塞12，所述第一活塞12设置在第一容置缸11内，所述第一活塞12上连接第一连杆9，所述第一连杆9与启闭器连接；所述第一容置缸11上设置有气道13和出气口14，所述第一容置缸11分别与气道13和出气口14连通，所述气道13的另一端和出气口14与超临界二氧化碳进入通道连通，所述气道13和出气口14位于第一容置缸11上靠近超临界二氧化碳进入通道的进口一端；所述气道13的另一端相较于出气口14位于超临界二氧化碳流动方向的上游处。气道13的进气端和出气口14皆位于射流管2的内壁面上，当超临界二氧化碳进入射流管2的内部的时候，气道13打开通气，一小部分超临界二氧化碳顺着气道13进入第一容置缸11中，然后从出气口14出去，从而在第一容置缸11中形成负压，使得第一活塞12向上(图1中的方向)升起，第一活塞12带动第一连杆9上升。当超临界二氧化碳进入速度较快时，第一容置缸11内形成的负压较大，第一连杆9上升的距离较多，此时砂流出的量就较大；而当超临界二氧化碳进入速度较慢时，第一容置缸11内形成的负压较小，第一连杆9上升的距离较小，此时砂流出的量就较小。

所述第一连杆9上固定设置有配重块10，所述配重块10可跟随第一连杆9相对于射流管2上下移动。配重块10的设置可以使得在没有二氧化碳进入时，启闭器可以通过自身重力以及配重块10的重力处于出砂口22处，保持不开启的状态，从而使得进入到砂进入通道1中的砂不会流出。

所述启闭器包括阀门6，所述阀门6与第一连杆9连接，所述阀门6设置在出砂口22处，所述第一连杆9带动阀门6相对于出砂口22移动，所述阀门6的面积不小于出砂口22的面积。当第一连杆9向上运动时，会同时带动阀门6向上运动，使得出砂口22露出，当第一连杆9向下运动时，会带动阀门6向下运动，闭合出砂口22。

所述射流管2内还设置有喷嘴5，所述喷嘴5的入口的大小大于出口的大小，所述喷嘴5与升降机构连接，所述升降机构带动喷嘴5相对于射流管2上下移动。喷嘴5的运动可以改变射流装置的容积，也即当喷嘴移动时，喷嘴至喉管距离改变，射流混砂装置的容积也得以改变。

所述升降机构包括第二活塞18，所述第二活塞18通过第二连杆16与支座15连接，所述支座15与喷嘴5连接，所述第二活塞18设置在第二容置缸17内，所述第二容置缸17上设置有第一进气口7和第二进气口19，所述第一进气口7和第二进气口19分别位于第二活塞18的两侧，所述第一进气口7和第二进气口19分别通过控制阀与超临界二氧化碳进入通道连通；所述第一进气口和第二进气口19处分别设置有单向阀。当需要改变射流装置的容积的时候，打开第一进气口7、闭合第二进气口19，此时一小部分超临界二氧化碳流体从第一进气口7进入，从而推动第二活塞18向下移动，并将第二容置缸17内的气体从单向阀处压出，第二活塞18带动第二连杆16向下移动，第二连杆16带动支座15向下移动，支座15带动喷嘴5向下移动，从而减小射流装置的容积；当打开第二进气口19、闭合第一进气口7时，一小部分超临界二氧化碳流体从第二进气口19进入，从而推动第二活塞18向上移动，第二活塞18带动第二连杆16向上移动，第二连杆16带动支座15向上移动，支座15带动喷嘴5向上移动，从而增大射流装置的容积。

所述射流管2内还设置有喉管3和扩散管4，所述喉管3和扩散管4连接；所述喉管3的管径大于喷嘴5出口处的直径，所述喉管3位于靠近喷嘴5上出口的一侧，所述喉管3位于超临界二氧化碳和砂混合后的下游侧，所述喉管3的入口面设置为斜面，斜面的倾斜方向为朝向喉管3的中轴线处向下倾斜，从而使得混合后的砂能够快速的进入到喉管3中并朝向扩散管4的方向流动。

所述扩散管4为变径管，所述扩散管4管径较小的一端与喉管3连通，所述扩散管4较小的管径与喉管3的管径相当。喉管3的作用在于使支撑剂(支撑剂为石英砂一类)与超临界二氧化碳充分混合，扩散管4降低混合液的速度增加其压力能(通过扩散作用，将喉管出口处的固液混合物的动能转化为压力能)。

实施例二

与实施例一不同之处在于，本实施例中，所述压力感应器包括铰接杆21，所述铰接杆21的一端与第一连杆9铰接，所述第一连杆9与启闭器连接；所述铰接杆21的另一端伸入所述超临界二氧化碳进入通道内，所述铰接杆21的中部铰接在射流管2上形成翘板结构。

所述铰接杆21伸入所述超临界二氧化碳进入通道内的一端为扇形，扇形的扇面朝向超临界二氧化碳进入的方向。

铰接杆21在空腔20中与第一连杆9的上端铰接，所述铰接杆21的中部铰接在射流管2的侧壁上，当超临界二氧化碳流体进入射流管2的时候，铰接杆21的扇面受到超临界二氧化碳流体的推动向下移动，从而使铰接杆21在空腔20的一端向上翘起，从而带动第一连杆9上升，实现了以超临界二氧化碳的流速控制启闭器的打开和闭合，并且启闭器的打开和闭合依赖于超临界二氧化碳流入到射流管2中的流速大小，从而使得超临界二氧化碳的浓度与砂的浓度相适配。

本发明装置由超临界二氧化碳的流速控制启闭器的开合，从而实现超临界二氧化碳流速与砂子的流速同步改变，避免了时间差的出现；设置有升降机构来控制喷嘴5的升降，从而改变了射流装置的容积，以便对不同速度下的混砂根据实际情况改变容积，以提高混砂效率。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种井下的超临界二氧化碳混砂装置，包括射流管（2），所述射流管（2）上设置有超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道，其特征在于：所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道连通，所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道的连通处设置有开合控制机构；进入到所述超临界二氧化碳进入通道内的超临界二氧化碳的压力，控制所述开合控制机构的启闭；

所述开合控制机构包括压力感应器和启闭器，所述压力感应器和启闭器连接，所述压力感应器用于感应进入到超临界二氧化碳进入通道内超临界二氧化碳的压力，所述启闭器用于开启/闭合所述超临界二氧化碳进入通道和砂进入通道的连通处；

所述压力感应器包括第一活塞（12），所述第一活塞（12）设置在第一容置缸（11）内，所述第一活塞（12）上连接第一连杆（9），所述第一连杆（9）与启闭器连接；所述第一容置缸（11）上设置有气道（13）和出气口（14），所述第一容置缸（11）分别与气道（13）和出气口（14）连通，所述气道（13）的另一端和出气口（14）与超临界二氧化碳进入通道连通，所述气道（13）和出气口（14）位于第一容置缸（11）上靠近超临界二氧化碳进入通道的进口一端；所述气道（13）的另一端相较于出气口（14）位于超临界二氧化碳流动方向的上游处；

所述射流管（2）内还设置有喷嘴（5），所述喷嘴（5）的入口的大小大于出口的大小，所述喷嘴（5）与升降机构连接，所述升降机构带动喷嘴（5）相对于射流管（2）上下移动；

所述升降机构包括第二活塞（18），所述第二活塞（18）通过第二连杆（16）与支座（15）连接，所述支座（15）与喷嘴（5）连接，所述第二活塞（18）设置在第二容置缸（17）内，所述第二容置缸（17）上设置有第一进气口（7）和第二进气口（19），所述第一进气口（7）和第二进气口（19）分别位于第二活塞（18）的两侧，所述第一进气口（7）和第二进气口（19）分别通过控制阀与超临界二氧化碳进入通道连通；所述第一进气口（7）和第二进气口（19）处分别设置有单向阀。

2.根据权利要求1所述的井下的超临界二氧化碳混砂装置，其特征在于：所述压力感应器包括铰接杆（21），所述铰接杆（21）的一端与第一连杆（9）铰接，所述第一连杆（9）与启闭器连接；所述铰接杆（21）的另一端伸入所述超临界二氧化碳进入通道内，所述铰接杆（21）的中部铰接在射流管（2）上形成翘板结构。

3.根据权利要求2所述的井下的超临界二氧化碳混砂装置，其特征在于：所述铰接杆（21）伸入所述超临界二氧化碳进入通道内的一端为扇形，扇形的扇面朝向超临界二氧化碳进入的方向。

4.根据权利要求2、3任一项所述的井下的超临界二氧化碳混砂装置，其特征在于：所述第一连杆（9）上固定设置有配重块（10），所述配重块（10）可跟随第一连杆（9）相对于射流管（2）上下移动。

5.根据权利要求4所述的井下的超临界二氧化碳混砂装置，其特征在于：所述启闭器包括阀门（6），所述阀门（6）与第一连杆（9）连接，所述阀门（6）设置在出砂口（22）处，所述第一连杆（9）带动阀门（6）相对于出砂口（22）移动，所述阀门（6）的面积不小于出砂口（22）的面积。

6.根据权利要求1所述的井下的超临界二氧化碳混砂装置，其特征在于：所述射流管（2）内还设置有喉管（3）和扩散管（4），所述喉管（3）和扩散管（4）连接；所述喉管（3）的管径大于喷嘴（5）出口处的直径，所述喉管（3）位于靠近喷嘴（5）上出口的一侧，所述喉管（3）位于超临界二氧化碳和砂混合后的下游侧，所述喉管（3）的入口面设置为斜面，斜面的倾斜方向为朝向喉管（3）的中轴线处向下倾斜；所述扩散管（4）为变径管，所述扩散管（4）管径较小的一端与喉管（3）连通，所述扩散管（4）较小的管径与喉管（3）的管径相当。