一种二氧化碳驱油用储气装置

技术领域

本发明涉及油气田开发应用技术领域，具体涉及一种二氧化碳驱油用储气装置。

背景技术

二氧化碳驱油技术就是把二氧化碳通过注入装置注入油层中以提高油田采油率的技术。现有技术中，在注入装置的注入端之前设置二氧化碳驱油用储气装置，二氧化碳驱油用储气装置包括储罐，储罐用于储存低温高压的液态二氧化碳，并可向注入装置内持续提供二氧化碳。

在系统运行时发现，储罐内的压力下降快、恢复慢，当压力突降至较低的状态而无法快速回升时，会导致液态二氧化碳容易在储罐内凝结成干冰，其一，导致储罐内温度骤降，影响储罐钢材的强度，即便后期采用其他方法将储罐内的干冰液化，对储罐钢材的强度破坏也是不可逆的损坏，进而影响储气装置的使用寿命；其二，干冰会占用储罐内空间，使储罐储腔空间减小，降低了储气装置的储气和供气量，甚至干冰可能会导致出口或进口的堵塞，导致储气装置无法进出二氧化碳；其三，由于储罐内正常状态下的压力与注入装置入口端的压力相差大，因而注入装置需要很大的启动功率来改变压力的变化，倘若储罐内压力恢复缓慢，会导致注入装置需等待储罐内压力恢复到正常状态才能够继续启泵运行，从而产生进给二氧化碳的空档期，影响作业进度，或者，注入装置启用更大的启动功率以消除上述空档期，但这样的改进会使注入装置的启动功耗增多，成本增加，实际应用起来不现实。

由此可见，现有技术有待于进一步地改进和提高。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择，本发明提供一种二氧化碳驱油用储气装置，以使储罐内的压力能够快速回升，防止二氧化碳在储罐内的固化现象。

本发明所采用的技术方案为：

一种二氧化碳驱油用储气装置，包括储罐，所述储罐包括具有第一储腔的第一罐体和具有第二储腔的第二罐体，所述第一储腔与所述第二储腔之间设有控制二者通断的第一阀门，所述第一罐体设有与所述第一储腔连通的流体入口，所述流体入口连通设置于所述储罐外、用于提供二氧化碳的供给装置，所述第二罐体设有与所述第二储腔连通的流体出口，所述流体出口连通设置于所述储罐外的注入装置，所述的一种二氧化碳驱油用储气装置还设有压力调节装置，借由所述压力调节装置，所述第二储腔内的压力相较于所述第一储腔内的压力能够更接近于所述注入装置入口端压力。

本发明中的所述的一种二氧化碳驱油用储气装置还具有下述附加技术特征：

所述压力调节装置为设置于所述第一储腔和第二储腔之间的增压器，所述增压器与所述第一阀门串联。

所述第一阀门为单向节流阀，所述单向节流阀被构造为由所述第一储腔向所述第二储腔单向导通。

所述压力调节装置为设置于所述第二储腔与所述注入装置之间的背压阀，所述背压阀设有与所述注入装置入口端压力相近的压力介值，所述第二储腔内的压力大于等于所述压力介值时，所述背压阀打开以导通所述第二储腔与所述注入装置。

所述压力介值满足2.5~3MPa。

所述第一罐体和所述第二罐体之间设有输流管道，所述第一阀门设置于所述输流管道，所述输流管道能够连通所述第一储腔与所述第二储腔；所述第一罐体、所述第二罐体和所述输流管道内均填充有保冷材料。

所述储罐由一体形成的所述第一罐体和所述第二罐体构成，包括具有罐腔的外罐和设置于所述罐腔内的第一内罐和第二内罐，所述第一内罐围成所述第一储腔，所述第二内罐围成所述第二储腔，所述第一内罐与所述第二内罐之间具有隔冷间隙，所述隔冷间隙内填充有保冷材料。

所述保冷材料为硬质聚苯乙烯发泡塑料、硬质聚氨酯发泡塑料、酚醛泡沫塑料、珠光砂中的一种或多种。

所述第一储腔内的压力为A，所述第二储腔内的压力为B，所述注入装置入口端压力为C，满足0≤(C-B)-(B-A)≤1.2MPa。

所述储罐的材料为16MnDR。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1.本发明提供的一种二氧化碳驱油用储气装置，具有两个用于储存二氧化碳的储腔，第一储腔内的二氧化碳通过第一阀门可以向第二储腔单向输送，第一储腔一方面作为二氧化碳的积存腔以增大储气装置的储存量，使二氧化碳源源不断地供应，另一方面第一储腔不与注入装置直接连接，而是作为与注入装置对接的第二储腔的上游储腔，其内部的压力不需要到达满足注入装置启动的数值，即可以维持在相对较低的压力值，进而能够增快第一储腔内压力回升的速度，使第一储腔内的液态二氧化碳不易固化。在压力调节装置的作用下，第二储腔内的压力相较于第一储腔内的压力有所增加，第二储腔内的压力得以快速回升，同时第二储腔内的二氧化碳由于维持于较高压力的环境中而难以固化为干冰，进而使第二储腔内的温度不会发生骤降，以确保制成第二罐体的钢材强度不受影响。

2.作为本发明的一种优选实施方式，所述压力调节装置为设置于所述第一储腔和第二储腔之间的增压器，所述增压器与所述第一阀门串联。在第一储腔与第二储腔之间设置增压器，增压器配合第一阀门形成由第一储腔向第二储腔单向增压的装置，一方面，增压器的行动力快，能够在第一储腔与第二储腔之间将二氧化碳的压力快速增大，使增压过程大大缩短，进而减少注入装置启动的空档期时长。另一方面，现有技术中在储气装置的出气端增设增压装置，二氧化碳从储气装置流出后，经过增压装置瞬时地增压后将立刻被注入装置吸入，由于此过程中二氧化碳的状态高压且低温，再经过瞬时地泵送式输送会对储气装置与注入装置之间的输送管道的强度造成破坏，进而缩减使用寿命；因此，本发明将增压器设置于第二储腔的上游，增压的过程发生在储气装置内部，使经过增压的二氧化碳能够在储气装置内暂存，二氧化碳在第一储腔-第二储腔-注入装置之间形成逐级式地进给输送，进而减小瞬时泵送低温高压二氧化碳对输送管道强度的影响。

3.作为本发明的一种优选实施方式，所述压力调节装置为设置于所述第二储腔与所述注入装置之间的背压阀，所述背压阀设有与所述注入装置入口端压力相近的压力介值，所述第二储腔内的压力大于等于所述压力介值时，所述背压阀打开以导通所述第二储腔与所述注入装置。在第二储腔后设置背压阀，以使第二储腔内的气压达到预定的压力介值后才能开阀，避免第一储腔和第二储腔间出现指数性增压，以确保储罐内二氧化碳流体的稳定流动，并且，背压阀能够实现对压力更精准的控制。

4.作为本发明的一种优选实施方式，所述第一罐体和所述第二罐体之间设有输流管道，所述第一阀门设置于所述输流管道，所述输流管道能够连通所述第一储腔与所述第二储腔；所述第一罐体、所述第二罐体和所述输流管道内均填充有保冷材料。第一罐体与第二罐体采用分体的结构，二者间通过输流管道连接，分体式结构能够直观地将第一储腔与第二储腔之间的距离增大并分隔，防止两个储腔的温度互相传递而最终导致两储腔无法达到分别的预设温度范围，以此来确保储气装置内二氧化碳状态的稳定性；输流管道上设置第一阀门，以使第一阀门能够露于外界，当其具有调控流量等作用时，方便人员调控阀门开闭大小；由于储气装置内的二氧化碳需要保持低温状态，因此在第一罐体、第二罐体和输流管道内填充保冷材料以与外界隔绝，进而使储气装置内的二氧化碳维持于低温状态，降低温度向储气装置外罐的传递，保护外罐的强度不受低温而下降。

5.作为本发明的一种优选实施方式，所述储罐由一体形成的所述第一罐体和所述第二罐体构成，包括具有罐腔的外罐和设置于所述罐腔内的第一内罐和第二内罐，所述第一内罐围成所述第一储腔，所述第二内罐围成所述第二储腔，所述第一内罐与所述第二内罐之间具有隔冷间隙，所述隔冷间隙内填充有保冷材料。将第一罐体和第二罐体做成一体式结构，进而使储罐的结构保持整体性，以方便对储罐的放置。由于第一储腔和第二储腔内的压力和温度不同，为了减少二者间温度的传导，在第一内罐和第二内罐之间设置隔冷间隙，隔冷间隙内填充保冷材料，进而防止第一储腔和第二储腔的温度互相影响，使第一储腔和第二储腔能够分别将温度和压力维持在预定的范围以内，进而确保储气装置内部增压效果的可靠性。

6.作为本发明的一种优选实施方式，所述第一储腔内的压力为A，所述第二储腔内的压力为B，所述注入装置入口端压力为C，满足0≤(C-B)-(B-A)≤1.2MPa。通过上述对第一储腔、第二储腔和注入装置入口端压力关系的限定，使得第二储腔内的压力能够更接近于第一储腔内的压力。一方面，维持高压低温环境所需的成本高，对于保持二氧化碳在储气装置内维持液态的需求来说，第二储腔内的压力不需要高出第一储腔压力太多，以此减小成本的投入，同时能够降低压力调节装置增压的难度，进而使增压速度得以提升；另一方面，第二储腔内的压力更接近于第一储腔内的压力，使储气装置内二氧化碳状态（温度、压力）的变化量不过大，进而降低对储罐钢材、压力调节装置的要求，同时增强储气装置内二氧化碳的稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例中一种二氧化碳驱油用储气装置、供给装置、注入装置的连接示意图。

图2为本发明另一实施例中一种二氧化碳驱油用储气装置、供给装置、注入装置的连接示意图。

图3为本发明又一实施例中一种二氧化碳驱油用储气装置、供给装置、注入装置的连接示意图。

图4为本发明再一实施例中一种二氧化碳驱油用储气装置、供给装置、注入装置的连接示意图。

其中:

1-储罐，11-第一罐体，111-第一储腔，112-流体入口，12-第二罐体，121-第二储腔，122-流体出口，13-第一阀门，14-输流管道，15-保冷材料，16-外罐，17-第一内罐，18-第二内罐，19-隔冷间隙；

2-压力调节装置；

3-供给装置；

4-注入装置。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施方式的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过度结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体采用以下实施方式：

如图1至图4所示，本发明提供了一种二氧化碳驱油用储气装置，包括储罐1，储罐1包括具有第一储腔111的第一罐体11和具有第二储腔121的第二罐体12，第一储腔111与第二储腔121之间设有控制二者通断的第一阀门13，第一罐体11设有与第一储腔111连通的流体入口112，流体入口112连通设置于储罐1外、用于提供二氧化碳的供给装置3，第二罐体12设有与第二储腔121连通的流体出口122，流体出口122连通设置于储罐1外的注入装置4，一种二氧化碳驱油用储气装置还设有压力调节装置2，借由压力调节装置2，第二储腔121内的压力相较于第一储腔111内的压力能够更接近于注入装置4入口端压力。

本发明提供的一种二氧化碳驱油用储气装置，应用于油气田开发系统中，其上级接有提供二氧化碳的供给装置3，下级接有注入装置4。储气装置的储罐1包括具有第一储腔111的第一罐体11和具有第二储腔121的第二罐体12，第一储腔111与第二储腔121之间设有第一阀门13，第一阀门13被构造为使二氧化碳由第一储腔111向第二储腔121导通的单向阀；第一储腔111与第二储腔121用于将二氧化碳以液态或汽液混合的形式储存，两个储腔分别具有预设的压力范围以及温度范围，以确保内部储存的二氧化碳状态的稳定性，并且在压力调节装置2的作用下，第二储腔121内的压力相较于第一储腔111内的压力能够更接近于注入装置4入口端压力。

根据图1和图3所示，二氧化碳的流动路线如图中箭头所指示，系统工作时，供给装置3通过流体入口112向第一储腔111内输送二氧化碳，第一储腔111以高压状态将二氧化碳暂存，同时第一储腔111内的二氧化碳能够通过第一阀门13进入第二储腔121内进行储存，在压力调节装置2的压力调节作用，第二储腔121内的压力大于第一储腔111内的压力，以完成在储气装置内部的一次升压调节。经过储气装置内部的升压调节，使得与注入装置4连通的第二储腔121内的压力能够快速回升，并且当第二储腔121内的压力上升至能够使注入装置4正常启用的压力时，注入装置4启泵运行，以将第二储腔121内的二氧化碳吸入注入装置4，随后通过注入装置4将二氧化碳注入油井中。

由上述系统工作分析可得：

第一储腔111内的二氧化碳通过第一阀门13可以向第二储腔121单向输送，第一储腔111一方面作为二氧化碳的积存腔以增大储气装置的储存量，使二氧化碳源源不断地供应，另一方面第一储腔111不与注入装置4直接连接，而是作为与注入装置4对接的第二储腔121的上游储腔，其内部的压力不需要到达满足注入装置4启动的数值，即可以维持在相对较低的压力值，进而能够增快第一储腔111内压力回升的速度，使第一储腔111内的液态二氧化碳不易固化。

在压力调节装置2的作用下，第二储腔121内的压力相较于第一储腔111内的压力有所增加，与现有技术相比，增压动作发生于储气装置内部，第二储腔121内的二氧化碳由于维持于较高压力的环境中而难以固化为干冰，进而使第二储腔121内的温度不会发生骤降，以确保制成第二罐体12的钢材强度不受影响，并且，第二储腔121内的压力在压力调节装置2的作用下得以快速回升，以减小注入装置4等待启用的空档期时长，并且通过在储气装置内部的增压，使储气装置与注入装置4入口端之间的压差缩短，使注入装置4对二氧化碳的吸入动作更加平缓，同时能够降低对注入装置4启动功率的要求，进而减小启动功耗。

本发明对于“压力调节装置2”的实现方式不做具体限定，其可以采用以下实施方式中的任意一种：

实施方式一：如图1和图3所示，压力调节装置2为设置于第一储腔111和第二储腔121之间的增压器，增压器与第一阀门13串联。

本实施方式下，在第一储腔111与第二储腔121之间设置增压器作为压力调节装置2，增压器配合第一阀门13形成由第一储腔111向第二储腔121单向增压的装置，一方面，增压器的行动力快，能够在第一储腔111与第二储腔121之间将二氧化碳的压力快速增大，使增压过程大大缩短，进而减少注入装置4启动的空档期时长。另一方面，现有技术中在储气装置的出气端增设增压装置，二氧化碳从储气装置流出后，经过增压装置瞬时地增压后将立刻被注入装置4吸入，由于此过程中二氧化碳的状态高压且低温，再经过瞬时地泵送式输送会对储气装置与注入装置4之间的输送管道的强度造成破坏，进而缩减使用寿命。

因此，本发明将增压器设置于第二储腔121的上游，增压的过程发生在储气装置内部，使经过增压的二氧化碳能够在储气装置内暂存，二氧化碳在第一储腔111-第二储腔121-注入装置4之间形成逐级式地进给输送，进而减小瞬时泵送低温高压二氧化碳对输送管道强度的影响。

实施方式二：如图2和图4所示，压力调节装置2为设置于第二储腔121与注入装置4之间的背压阀，背压阀设有与注入装置4入口端压力相近的压力介值，第二储腔121内的压力大于等于压力介值时，背压阀打开以导通第二储腔121与注入装置4。

在第二储腔121与注入装置4之间设置背压阀作为压力调节装置2，与实施方式一不同，本实施方式将压力调节装置2设置在第二储腔121的下游，背压阀设有与注入装置4入口端压力相近的压力介值，当第一储腔111内的二氧化碳向第二储腔121内不断进给，第二储腔121内的压力以平缓地增长趋势逐渐达到压力介值，此时背压阀得以打开，进而使第二储罐1内的二氧化碳吸入注入装置4内。

通过上述方式，能够避免第一储腔111和第二储腔121间出现指数性增压，以确保储罐1内二氧化碳流体的稳定流动，并且，背压阀通过控制压力介值的大小，能够实现对压力更精准的控制，使得储气装置内二氧化碳的状态更加稳定。

作为本实施方式下的优选实施例，压力介值满足2.5~3MPa。

现有技术中，储气装置内的压力通常维持在2至2.2MPa的范围内，本发明将背压阀的压力介值设置在2.5至3MPa，优选为2.7MPa，当第二储腔121内的压力值达到该压力介值时，背压阀由封闭变为打开状态，以使第二储腔121与注入装置4单向导通。该范围下选定的压力介值，第二储腔121的压力相对于第一储腔111压力做出小幅地增加，使得背压阀等待打开的时长缩短，进而使二氧化碳的流动更加顺畅。

作为本发明的一种优选实施方式，如图1至图4所示，第一阀门13为单向节流阀，单向节流阀被构造为由第一储腔111向第二储腔121单向导通。

在第一储腔111与第二储腔121之间设置单向节流阀作为第一阀门13，能够起到防止二氧化碳回流的作用，使第一储腔111和第二储腔121之间的压力隔绝，倘若使第二储腔121内的二氧化碳有能够回流至第一储腔111的机会，则第一储腔111内的压力将会被增加，其一，会导致第二储腔121维持增压效果将变得困难，其二，第一储腔111的压力会受到回流的二氧化碳而增强，以使供给装置3与第一储腔111的压差变小，第一储腔111的压力会产生背压效果以影响供给装置3向第一储腔111内供二氧化碳的流畅性。

另外，单向节流阀的另一个作用是能够控制流量，防止第一储腔111内的液态二氧化碳向第二储腔121内泵射性输送。当储气装置刚投入使用时，第二储腔121内初始压力可能不及第一储腔111内的压力，通过压力调节装置2使二氧化碳逐渐充盈第二储腔121，进而使第二储腔121内的压力稳定在高于第一储腔111压力的预设压力范围内。倘若第一储腔111与第二储腔121之间没有单向节流阀，在储气装置刚投入使用时，二氧化碳将以喷发状态进入压力低的第二储腔121内，而液态二氧化碳经喷射降压会相变为固态干冰，进而使第二储腔121内的温度骤降，影响储气装置的使用寿命。因此在第一储腔111与第二储腔121之间设置单向节流阀，使第一储腔111内的二氧化碳慢慢地向第二储腔121内输送，进而使二氧化碳在进入第二储腔121内时不发生喷射现象，第二储腔121逐渐地被二氧化碳充盈，并在压力调节装置2的作用下，第二储腔121的压力将稳定在高于第一储腔111压力的预设压力范围内。

本发明对于“第一罐体11”和“第二罐体12”的构造关系不做具体限定，其可以采用下述实施示例中的任意一种：

实施示例一：如图1和图2所示，第一罐体11和第二罐体12之间设有输流管道14，第一阀门13设置于输流管道14，输流管道14能够连通第一储腔111与第二储腔121；第一罐体11、第二罐体12和输流管道14内均填充有保冷材料15。

本实施示例下，第一罐体11与第二罐体12采用分体的结构，二者间通过输流管道14连接，分体式结构能够直观地将第一储腔111与第二储腔121之间的距离增大并分隔，防止两个储腔的温度互相传递而最终导致两储腔无法达到分别的预设温度范围，以此来确保储气装置内二氧化碳状态的稳定性；输流管道14上设置第一阀门13，第一阀门13使第一罐体11内的第一储腔111与第二罐体12内的第二储腔121能够单向导通，并且第一阀门13能够露于外界，当其具有调控流量等作用时，方便人员调控阀门开闭大小，例如：当第一储罐1内的二氧化碳过溢或第二储罐1内的二氧化碳含量下降时，通过人为调节第一阀门13以加大流量，进而促使二氧化碳的流动，以及时补充第二储腔121内的二氧化碳流量；相反地，当第二储罐1内的二氧化碳过溢以使第二储腔121处于过压力状态时，可通过人为调节第一阀门13以减小流量。

由于储气装置内的二氧化碳需要保持低温状态，因此在第一罐体11、第二罐体12和输流管道14内填充保冷材料15以与外界隔绝，进而使储气装置内的二氧化碳维持于低温状态，进而保证二氧化碳不发生相变，同时能够降低温度向储气装置外罐16的传递，保护外罐16的强度不受低温而下降。

实施示例二：如图3和图4所示，储罐1由一体形成的第一罐体11和第二罐体12构成，包括具有罐腔的外罐16和设置于罐腔内的第一内罐17和第二内罐18，第一内罐17围成第一储腔111，第二内罐18围成第二储腔121，第一内罐17与第二内罐18之间具有隔冷间隙19，隔冷间隙19内填充有保冷材料15。

本实施示例下，将第一罐体11和第二罐体12做成一体式结构，进而使储罐1的结构保持整体性，以方便对储罐1的放置。由于第二储腔121内的压力高于第一储腔111内的压力，第二储腔121的温度相应地低于第一储腔111的温度，因此为了减小二者间温度的传导，在第一内罐17和第二内罐18之间设置隔冷间隙19，隔冷间隙19内填充保冷材料15，进而防止第一储腔111和第二储腔121的温度互相影响，使第一储腔111和第二储腔121能够分别将温度和压力维持在预定的范围以内，进而确保储气装置内部增压效果的可靠性。

作为优选地实施方式，保冷材料15为硬质聚苯乙烯发泡塑料、硬质聚氨酯发泡塑料、酚醛泡沫塑料、珠光砂中的一种或多种。

作为本发明的一种优选实施方式，第一储腔111内的压力为A，第二储腔121内的压力为B，注入装置4入口端压力为C，满足0≤(C-B)-(B-A)≤1.2MPa。

通过上述对第一储腔111、第二储腔121和注入装置4入口端压力关系的限定，使得第二储腔121内的压力能够更接近于第一储腔111内的压力。优选地，选取(C-B)-(B-A)=1MPa。一方面，维持高压低温环境所需的成本高，对于保持二氧化碳在储气装置内维持液态的需求来说，第二储腔121内的压力不需要高出第一储腔111压力太多，以此减小成本的投入，同时能够降低压力调节装置2增压的难度，进而使增压速度得以提升；另一方面，第二储腔121内的压力更接近于第一储腔111内的压力，使储气装置内二氧化碳状态（温度、压力）的变化量不过大，进而降低对储罐1钢材、压力调节装置2的要求，同时增强储气装置内二氧化碳的稳定性。

作为本发明的一种优选实施方式，储罐1的材料为16MnDR。

本发明所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本发明的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。