本实用新型涉及压裂技术领域，具体涉及一种天然气前置增能压裂装置。
背景技术：
气体前置增能压裂技术是指在常规水基压裂液的基础上，在单级射孔后、分级压裂前向射孔段注入一定量的气体，利用气体的弹性能以及能与原油形成混相驱的特点，为地层补充能量，提高致密油的采收率，同时，由于气体对油层基本没有伤害，能够提高压裂液的返排效率，减少压裂液对油层的伤害，起到提高裂缝渗流能力、增加油井产能的目的。目前气体前置增能压裂主要采用co2或n2作为增能气体，虽然能提高压裂效果，但co2或n2会对地面设备、管线以及井筒产生强烈腐蚀，需要专用设备生产，注气成本高；且采出后无用，对环境有一定的污染。而且注气受到压缩机或高压泵功率限制，导致单次注气储能低，注气压力低、排量小。
技术实现要素：
本实用新型的目的克服现有技术的不足，提供一种天然气前置增能压裂装置，采用天然气作为增能气体，天然气可溶解于原油使原油膨胀，降低粘度；在储层中可以形成混相驱，界面张力降低、毛管数增大，大幅降低了残余油饱和度，从而有助于提高原油采收率；天然气来源广泛、价格低廉、方便快捷且效益最优；采用一级工具井和二级工具井对天然气进行增压，增加工具井单次储气能力，增压效果不受压缩机功率的限制，单次注气量大，降低对压缩机的依赖性，同时可通过多次增压进一步增大压力，满足大排量、高压力的要求。
本实用新型的目的是通过以下技术措施达到的：一种天然气前置增能压裂装置，包括天然气气源、压缩机、一级工具井、二级工具井、压裂车、液罐和压裂井，所述一级工具井和二级工具井均设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述天然气气源和压缩机顺序连接，所述压缩机还分别与一级工具井和二级工具井的气相进口连接，所述一级工具井和二级工具井的气相出口均与压裂井连接，所述压裂车分别与一级工具井和二级工具井的液相进口连接，所述一级工具井和二级工具井的液相出口均与液罐连接，所述二级工具井为1个以上，多个所述二级工具井并联。
进一步地，所述一级工具井和二级工具井均包括套管、油管和井口，所述井口设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述气相进口和气相出口分别与套管的一端连接，所述套管的另一端伸入井底并密封设置，所述液相进口和液相出口分别与油管的一端连接，所述油管的另一端伸入套管内并与套管连通。
进一步地，所述压裂车还与液罐连接。
进一步地，所述天然气气源为cng罐车或天然气输送管线。
进一步地，所述一级工具井和二级工具井的气相进口、气相出口、液相进口、液相出口以及压裂井的进口端均设有安全阀。
进一步地，所述安全阀均可远程控制。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用天然气作为增能气体，天然气可溶解于原油使原油膨胀，降低粘度；在储层中可以形成混相驱，界面张力降低、毛管数增大，大幅降低了残余油饱和度，从而有助于提高原油采收率；天然气来源广泛、价格低廉、方便快捷且效益最优；采用一级工具井和二级工具井对天然气进行增压，增加工具井单次储气能力，增压效果不受压缩机功率的限制，单次注气量大，降低对压缩机的依赖性，同时可通过多次增压进一步增大压力，满足大排量、高压力的要求。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。
附图说明
图1是设有1个二级工具井的天然气前置增能压裂装置的结构示意图。
图2是设有2个二级工具井的天然气前置增能压裂装置的结构示意图。
其中，1.cng罐车，2.压缩机，3.一级工具井，4.二级工具井，5.压裂车，6.液罐，7.压裂井，8.第一安全阀，9.第二安全阀，10.第三安全阀，11.第四安全阀，12.第六安全阀，13.第五安全阀，14.第七安全阀，15.第八安全阀，16.第九安全阀，17.第一二级工具井，18.第二二级工具井，19.第十安全阀，20.第十一安全阀，21.第十二安全阀，22.第十三安全阀。
具体实施方式
如图1至2所示，一种天然气前置增能压裂装置，包括天然气气源、压缩机2、一级工具井3、二级工具井4、压裂车5、液罐6和压裂井7，所述一级工具井3和二级工具井4均设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述天然气气源为cng罐车1或天然气输送管线。所述天然气气源和压缩机2顺序连接，所述压缩机2还分别与一级工具井3和二级工具井4的气相进口连接，具体的，所述压缩机2用于向一级工具井3和二级工具井4内注入天然气。所述一级工具井3和二级工具井4的气相出口均与压裂井7连接，具体的，所述一级工具井3和二级工具井4用于向压裂井7内注入天然气。所述压裂车5分别与一级工具井3和二级工具井4的液相进口连接，所述一级工具井3和二级工具井4的液相出口均与液罐6连接，所述二级工具井4为1个以上，多个所述二级工具井4并联。采用一级工具井3和二级工具井4对天然气进行增压，增加工具井单次储气能力，增压效果不受压缩机功率的限制，单次注气量大，降低对压缩机2的依赖性。
所述一级工具井3和二级工具井4均包括套管、油管和井口，所述井口设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述气相进口和气相出口分别与套管的一端连接，所述套管的另一端伸入井底并密封设置，所述液相进口和液相出口分别与油管的一端连接，所述油管的另一端伸入套管内并与套管连通。具体的，所述一级工具井3和二级工具井4的套管、油管的管径、壁厚和材质以及井深可根据实际压裂注气需求设定。天然气可由气相进口进入套管内并将套管内的压裂液经油管、液相出口排至液罐内。压裂液可由液相进口进入油管内并可从油管进入套管将套管内的天然气由气相出口排至压裂井7内。而且，压裂液可由一级工具井3的液相进口进入一级工具井3的油管内并由油管进入套管内将套管内的天然气由一级工具井3的气相出口经二级工具井4的气相出口排至二级工具井4的套管内进行二级工具井4增压。
所述压裂车5还与液罐6连接。液罐6可为压裂车5供液，实现压裂液的循环使用。
所述一级工具井3和二级工具井4的气相进口、气相出口、液相进口、液相出口以及压裂井7的进口端均设有安全阀。具体的，所述压缩机2与一级工具井3的气相进口之间设有第一安全阀8，所述压缩机2与二级工具井4的气相进口之间设有第二安全阀9，所述一级工具井3的气相出口与压裂井7之间设有第三安全阀10，所述二级工具井4的气相出口与压裂井7之间设有第四安全阀11，所述压裂车5与一级工具井3的液相进口之间设有第五安全阀13，所述压裂车5与二级工具井4的液相进口之间设有第六安全阀12，所述一级工具井3的液相出口与液罐6之间设有第七安全阀14，所述二级工具井4的液相出口与液罐6之间设有第八安全阀15，所述压裂井7进口端设有第九安全阀16，且当二级工具井4为多个时，每增加一个二级工具井4均增加4个安全阀。
所述安全阀均可远程控制。所有安全阀的开启和关闭均可采用远程控制系统进行远程控制，避免现场人工操作，节省人力，同时降低人工操作的安全风险，安全系数高。
当二级工具井4为多个时，一级工具井3分别向多个二级工具井4进行注气增压后，天然气气源经压缩机2重新向一级工具井3内注入天然气，完成二级工具井4单次增压。具体的，一级工具井3依次向多个二级工具井4注气，待所有二级工具井4均增压后，天然气气源经压缩机2重新向一级工具井3内注入天然气，完成所有二级工具井4的单次增压。具体的，可根据压裂井7注气压力需求，选择二级工具井4的增压次数。
当二级工具井4为多个时，其中一个二级工具井4可为除它之外的任意一个二级工具井4增压。具体的，可根据二级工具井4的承压能力和压裂井7注气压力需求确定是否需要利用单个二级工具井4为除它之外的其它二级工具井4增压。
实施例1
如图1所示，本实施例为设有1个二级工具井4的天然气前置增能压裂装置。
一种天然气前置增能压裂装置，包括天然气气源、压缩机2、一级工具井3、二级工具井4、压裂车5、液罐6和压裂井7，所述一级工具井3和二级工具井4均设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述天然气气源为cng罐车1。所述天然气气源和压缩机2顺序连接，所述压缩机2分别通过第一安全阀8和第二安全阀9与一级工具井3和二级工具井4的气相进口连接，所述一级工具井3和二级工具井4的气相出口分别通过第三安全阀10和第四安全阀11与压裂井7连接，所述第三安全阀10和第四安全阀11与压裂井7之间还设有第九安全阀16。所述压裂车5分别通过第五安全阀13和第六安全阀12与一级工具井3和二级工具井4的液相进口连接，所述一级工具井3和二级工具井4的液相出口分别通过第七安全阀14和第八安全阀15与液罐6连接，所述压裂车5还与液罐6连接。
所述一级工具井3和二级工具井4均包括套管、油管和井口，所述井口设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述气相进口和气相出口分别与套管的一端连接，所述套管的另一端伸入井底并密封设置，所述液相进口和液相出口分别与油管的一端连接，所述油管的另一端伸入套管内并与套管连通。
所述第一安全阀8、第二安全阀9、第三安全阀10、第四安全阀11、第五安全阀13、第六安全阀12、第七安全阀14、第八安全阀15和第九安全阀16均可远程控制。
工作原理：
一级工具井3和二级工具井4注气：关闭第三安全阀10、第四安全阀11、第五安全阀13、第六安全阀12和第九安全阀16，开启第一安全阀8、第二安全阀9、第七安全阀14和第八安全阀15，cng罐车1内的天然气经压缩机2压缩后，经第一安全阀8进入一级工具井3内并将一级工具井3内的压裂液由第七安全阀14排至液罐6内，一级工具井3注气。同时，压缩后的天然气经第二安全阀9进入二级工具井4内并将二级工具井4内的压裂液由第八安全阀15排至液罐6内，二级工具井4注气。
二级工具井4增压：关闭第一安全阀8、第二安全阀9、第六安全阀12、第七安全阀14、第八安全阀15和第九安全阀16，打开第五安全阀13、第三安全阀10和第四安全阀11，压裂车5将压裂液注入一级工具井3内，一级工具井3内的天然气被压裂液经第三安全阀10和第四安全阀11排至二级工具井4内，二级工具井4内天然气增压，完成二级工具井4单次增压，然后关闭第三安全阀10、第四安全阀11和第五安全阀13，打开第七安全阀14，一级工具井3内的压裂液经第七安全阀14进入液罐6内，一级工具井3泄压，泄压后开启第一安全阀8，天然气经压缩机2压缩后经第一安全阀8进入一级工具井3内并将一级工具井3内的压裂液经第七安全阀14排至液罐6，一级工具井3重新注气。
压裂井7注气：关闭第一安全阀8、第二安全阀9、第四安全阀11、第六安全阀12、第七安全阀14和第八安全阀15，开启第五安全阀13、第三安全阀10和第九安全阀16，压裂车5将压裂液经第五安全阀13注入一级工具井3并将一级工具井3内的天然气经第三安全阀10和第九安全阀16排至压裂井7内，完成一级工具井3注气。然后关闭第五安全阀13和第三安全阀10，开启第六安全阀12和第四安全阀11，压裂车5将压裂液经第六安全阀12注入二级工具井4并将二级工具井4内的天然气经第四安全阀11和第九安全阀16排至压裂井7内，完成二级工具井4注气，实现压裂井7的单次注气。
实施例2
实施例2为设有2个二级工具井4的天然气前置增能压裂装置。与实施例1不同的是所述天然气前置增能压裂装置还包括第十安全阀19、第十一安全阀20、第十二安全阀21和第十三安全阀22，所述二级工具井4包括第一二级工具井17和第二二级工具井18，所述第一二级工具井17和第二二级工具井18并联，所述压缩机2通过第二安全阀9与第一二级工具井17的气相进口连接，所述压缩机2通过第十安全阀19与第二二级工具井18的气相进口连接，所述第一二级工具井17的气相出口通过第四安全阀11与压裂井7连接，所述第二二级工具井18的气相出口通过第十一安全阀20与压裂井7连接，所述第三安全阀10、第四安全阀11和第十一安全阀20与压裂井7之间还设有第九安全阀16。所述压裂车5通过第六安全阀12与第一二级工具井17的液相进口连接，所述压裂车5通过第十二安全阀21与第二二级工具井18的液相进口连接，所述第一二级工具井17的液相出口通过第八安全阀15与液罐6连接，所述第二二级工具井18的液相出口通过第十三安全阀22与液罐6连接。
所述第一安全阀8、第二安全阀9、第三安全阀10、第四安全阀11、第五安全阀13、第六安全阀12、第七安全阀14、第八安全阀15、第九安全阀16、第十安全阀19、第十一安全阀20、第十二安全阀21和第十三安全阀22均可远程控制。
工作原理：
一级工具井3和二级工具井4注气：关闭第三安全阀10、第四安全阀11、第五安全阀13、第六安全阀12、第九安全阀16、第十一安全阀20和第十二安全阀21，开启第一安全阀8、第二安全阀9、第七安全阀14、第八安全阀15、第十安全阀19和第十三安全阀22，cng罐车1内的天然气经压缩机2压缩后，经第一安全阀8进入一级工具井3内并将一级工具井3内的压裂液由第七安全阀14排至液罐6内，一级工具井3注气。同时，压缩后的天然气经第二安全阀9进入第一二级工具井17内并将第一二级工具井17内的压裂液由第八安全阀15排至液罐6内，第一二级工具井17注气。同时，压缩后的天然气经第十安全阀19进入第二二级工具井18内并将第二二级工具井18内的压裂液由第十三安全阀22排至液罐6内，第二二级工具井18注气。
二级工具井增压：关闭第一安全阀8、第二安全阀9、第六安全阀12、第七安全阀14、第八安全阀15、第九安全阀16、第十安全阀19、第十一安全阀20、第十二安全阀21和第十三安全阀22，开启第五安全阀13、第三安全阀10和第四安全阀11，压裂车5将压裂液注入一级工具井3内，一级工具井3内的天然气被压裂液经第三安全阀10和第四安全阀11排至第一二级工具井17内，第一二级工具井17内天然气增压，完成第一二级工具井17单次增压，然后关闭第三安全阀10、第四安全阀11和第五安全阀13，打开第七安全阀14，一级工具井3内的压裂液经第七安全阀14进入液罐6内，一级工具井3泄压，泄压后开启第一安全阀8，天然气经压缩机2压缩后经第一安全阀8进入一级工具井3内并将一级工具井3内的压裂液经第七安全阀14排至液罐6，一级工具井3重新注气。关闭第一安全阀8、第二安全阀9、第四安全阀11、第六安全阀12、第七安全阀14、第八安全阀15、第九安全阀16、第十安全阀19、第十二安全阀21和第十三安全阀22，开启第五安全阀13、第三安全阀10和第十一安全阀20，压裂车5将压裂液注入一级工具井3内，一级工具井3内的天然气被压裂液经第三安全阀10和第十一安全阀20排至第二二级工具井18内，第二二级工具井18内天然气增压，完成第二二级工具井18单次增压，然后关闭第三安全阀10、第十一安全阀20和第五安全阀13，打开第七安全阀14，一级工具井3内的压裂液经第七安全阀14进入液罐6内，一级工具井3泄压，泄压后开启第一安全阀8，天然气经压缩机2压缩后经第一安全阀8进入一级工具井3内并将一级工具井3内的压裂液经第七安全阀14排至液罐6，一级工具井3重新注气，实现第一二级工具井17和第二二级工具井18的单次增压过程。
压裂井注气：关闭第一安全阀8、第二安全阀9、第四安全阀11、第六安全阀12、第七安全阀14、第八安全阀15、第十安全阀19、第十一安全阀20、第十二安全阀21和第十三安全阀22，开启第五安全阀13、第三安全阀10和第九安全阀16，压裂车5将压裂液经第五安全阀13注入一级工具井3并将一级工具井3内的天然气经第三安全阀10和第九安全阀16排至压裂井7内，完成一级工具井3注气。然后关闭第五安全阀13和第三安全阀10，开启第六安全阀12和第四安全阀11，压裂车5将压裂液经第六安全阀12注入第一二级工具井17并将第一二级工具井17内的天然气经第四安全阀11和第九安全阀16排至压裂井7内，完成第一二级工具井17注气。然后关闭第四安全阀11和第六安全阀12，开启第十二安全阀21和第十一安全阀20，压裂车5将压裂液经第十二安全阀21注入第二二级工具井18并将第二二级工具18井内的天然气经第十一安全阀20和第九安全阀16排至压裂井7内，完成第二二级工具井18注气。实现压裂井7的单次注气。
实际操作过程在二级工具井4增压的过程中，当第一二级工具井17和第二二级工具井18增压后，可根据第一二级工具井17和/或第二二级工具井18的承压能力及压裂井7注气压力需求，通过关闭第一安全阀8、第二安全阀9、第三安全阀10、第五安全阀13、第七安全阀14、第八安全阀15、第九安全阀16、第十安全阀19、第十二安全阀21和第十三安全阀22，开启第六安全阀12、第四安全阀11和第十一安全阀20，实现压裂液将第一二级工具井17内的增压天然气排至第二二级工具井18内进行再次增压，或关闭第一安全阀8、第二安全阀9、第三安全阀10、第五安全阀13、第六安全阀12、第七安全阀14、第八安全阀15、第九安全阀16、第十安全阀19和第十三安全阀22，开启第十二安全阀21、第四安全阀11和第十一安全阀20，实现压裂液将第二二级工具井18内的增压天然气排至第一二级工具井17内进行再次增压。
本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种天然气前置增能压裂装置，其特征在于：包括天然气气源、压缩机、一级工具井、二级工具井、压裂车、液罐和压裂井，所述一级工具井和二级工具井均设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述天然气气源和压缩机顺序连接，所述压缩机还分别与一级工具井和二级工具井的气相进口连接，所述一级工具井和二级工具井的气相出口均与压裂井连接，所述压裂车分别与一级工具井和二级工具井的液相进口连接，所述一级工具井和二级工具井的液相出口均与液罐连接，所述二级工具井为1个以上，多个所述二级工具井并联。
2.根据权利要求1所述的天然气前置增能压裂装置，其特征在于：所述一级工具井和二级工具井均包括套管、油管和井口，所述井口设有气相进口、气相出口、液相进口和液相出口，所述气相进口和气相出口分别与套管的一端连接，所述套管的另一端伸入井底并密封设置，所述液相进口和液相出口分别与油管的一端连接，所述油管的另一端伸入套管内并与套管连通。
3.根据权利要求1所述的天然气前置增能压裂装置，其特征在于：所述压裂车还与液罐连接。
4.根据权利要求1所述的天然气前置增能压裂装置，其特征在于：所述天然气气源为cng罐车或天然气输送管线。
5.根据权利要求1所述的天然气前置增能压裂装置，其特征在于：所述一级工具井和二级工具井的气相进口、气相出口、液相进口、液相出口以及压裂井的进口端均设有安全阀。
6.根据权利要求5所述的天然气前置增能压裂装置，其特征在于：所述安全阀均可远程控制。
技术总结