[发明专利]一种用于油田暂堵的液氮冷冻装置

说明书

本发明公开了一种用于油田暂堵的液氮冷冻装置，包括：液氮源模块、低温分配模块及控制模块，液氮源模块包括液氮贮槽及与液氮贮槽连接的空温式换热器，空温式换热器将来自液氮贮槽的液氮气化为常温的氮气，低温分配模块包括氮气兑温器，空温式换热器的一端连接所述液氮贮槽，另一端与所述氮气兑温器的常温氮气入口相连，通过所述常温氮气入口通入的氮气向上运动与通过液氮入口进入的液氮混合、换热，得到冷氮气，并通过冷氮气出口输出，控制模块用于控制管路上的低温流量控制阀以及检测所述氮气兑温器的温度检测装置，对冷氮气进行测量与调控，从而实现冷却目标温度可控、冷冻速度可控，避免材料改性同时保证井筒安全。

技术领域

本发明涉油田井口冷冻暂堵技术领域，在管道或井口进行冷冻暂堵作业时提供稳定、可靠的冷源，具体是一种用于油田暂堵的液氮冷冻装置。

背景技术

在石油天然气开采过程中，维持井筒内压力和地层压力的相对平衡非常重要，在实施油井或者气井的带压修井更换采油采气井口或者部分闸阀作业时，需要对井下通往地面的油气通道进行封堵，传统的机械堵塞方式，工艺复杂，操作时间长，不能同时封堵油管内径和环空，密封很不可靠，容易发生重大安全事故，为此，发展了冷冻暂堵技术，冷冻暂堵技术已经在化工、石油、天然气、供水系统等领域取得了大量的应用。

在实施油井或者气井的带压修井更换采油采气井口或者部分闸阀作业时，需要对井下通往地面的油气通道进行封堵，传统机械的堵塞技术工艺较为复杂，操作时间较长，并且难以同时封堵井口和环空，而且密封不可靠，因此需要采用冷冻暂堵技术实现在最短时间内对井内套管进行封堵。

冷冻暂堵技术的核心在于对注入井口内的暂堵剂进行冷冻，实现对管道的封堵，目前常使用的方案有冷冻盒装置以及冷氮气夹套，前者需要人工加入冷冻剂，并长时间关注冷冻剂情况，不能保证冷冻温度均匀以及合适的降温速度，工作效率低，控制不准确；后者使用液氮或冷氮气作为冷冻工质，实现了冷冻剂的自动补给，但对冷冻剂的控制还需要进一步提升，而且没有提供完备的用于提供冷冻剂的系统。

此外，对油田井口实施冷冻暂堵操作时，需要提供合适温度的冷冻剂对暂堵剂进行冷冻，不合理的冷冻温度及降温速度会影响暂堵剂的密封效果，影响工作效率，甚至导致低温冷脆等不安全因素的出现。使用冷冻盒方式的冷冻暂堵方式，冷冻剂为干冰+甲醇，冷冻剂本身为温室气体及可燃性冷媒，容易成为不安全因素；使用夹套的冷冻暂堵方式，尽管使用液氮作为冷冻剂，但缺乏相应的冷冻系统对冷冻剂进行调控。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种冷却目标温度可控、冷冻速度可控且避免材料改性同时保证井筒安全的液氮冷冻装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于油田暂堵的液氮冷冻装置，包括：液氮源模块、低温分配模块及控制模块，其中：

所述液氮源模块包括液氮贮槽及与所述液氮贮槽连接的空温式换热器，所述空温式换热器将来自所述液氮贮槽的液氮气化为常温的氮气，所述液氮源模块用于为所述低温分配模块提供常温氮气和液氮；

所述低温分配模块包括氮气兑温器，所述氮气兑温器包括不锈钢兑温釜、设置于所述不锈钢兑温釜上端的液氮入口、设置于所述不锈钢兑温釜内且连接所述液氮入口的液氮喷淋雾化器、置于所述液氮喷淋雾化器下端的不锈钢丝网、设置于所述不锈钢兑温釜左下端的常温氮气入口、设置于所述不锈钢兑温釜右上端的冷氮气出口、设置于所述不锈钢兑温釜下端的底部支撑件，所述不锈钢兑温釜包裹于绝热填料夹层中，所述空温式换热器的一端连接所述液氮贮槽，另一端与所述氮气兑温器的常温氮气入口相连，通过所述常温氮气入口通入的氮气向上运动与通过所述液氮入口进入的液氮混合、并通过所述不锈钢丝网换热，得到冷氮气，并通过所述冷氮气出口输出；

所述控制模块包括布置在管路上的低温流量控制阀以及检测所述氮气兑温器的温度检测装置，对冷氮气进行测量与调控。