本發明屬于二氧化碳壓裂作業，具體涉及用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，還涉及用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓方法。
背景技術：
1、二氧化碳壓裂在提高頁巖氣產量的同時將二氧化碳埋存在地下，實現化石能源綠色開發，已成為未來頁巖氣開采和發展的新方向。傳統二氧化碳壓裂施工過程中增壓泵車的抽汲作用和管路摩阻使地面供液管線中的液態co2部分氣化，導致壓裂車走空泵，排量難以提高且極不穩定，容易造成砂堵。同時各儲罐液面降低速率不同，部分管線壓力降低過快會導致co2結干冰，設備不能正常工作。
2、大規模二氧化碳壓裂井場數十臺柴油驅動壓裂車發動機工作時會排出大量的高溫煙氣，溫度最高可達500℃，二氧化碳干基濃度大于10vol％；與此同時氮氣驅替消耗量巨大，利用液氮氣化增壓較為符合現場工況需求，但是整個氣化過程從-196℃到環境溫度是一個巨大的溫度跨越，這些不僅會造成冷熱能源的浪費，而且還會帶來溫室效應，造成環境污染。
技術實現思路
1、本發明的第一目的在于提供用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，解決了現有二氧化碳壓裂作業效果不好和冷熱能源浪費的技術問題。
2、本發明的第二目的在于提供用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓方法。
3、本發明所采用的第一種技術方案是，用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，包括余熱利用模塊、co2利用模塊及液氮氣化模塊；
4、余熱利用模塊包括蒸汽余熱鍋爐，蒸汽余熱鍋爐分別連通有柴油驅動壓裂車、汽輪機發電設備、co2捕集裝置和液氮氣化器，蒸汽余熱鍋爐與汽輪機發電設備和液氮氣化器之間分別形成循環回路；
5、co2利用模塊包括與co2捕集裝置和液氮氣化器連通的co2冷凝器，co2冷凝器還分別連通有co2液罐和混砂裝置，co2液罐和混砂裝置相互連通，混砂裝置與柴油驅動壓裂車連通；
6、液氮氣化模塊包括與co2冷凝器連通的液氮儲罐；
7、柴油驅動壓裂車還連通有井口。
8、本發明第一種技術方案的特點還在于：
9、柴油驅動壓裂車包括第一進口、第一出口a和第一出口b；
10、蒸汽余熱鍋爐包括第二進口a、第二進口b、第二進口c和第二出口a、第二出口b、第二出口c；
11、汽輪機發電設備包括第三進口和第三出口；
12、co2捕集裝置包括第四進口和第四出口；
13、液氮氣化器包括第六進口a、第六進口b和第六出口a、第六出口b；
14、其中，第一出口a與井口連通，第一出口b與第二進口b連通，第二進口a與第三出口連通，第二進口a與第三出口之間沿著氣體流動方向依次連通有冷凝器和給水泵a，第二進口c與第六出口a連通，第二進口c與第六出口a之間連通有給水泵b，第二出口a與第三進口連通，第二出口a與第三進口之間連通有蒸汽增壓泵a，第二出口b與第四進口連通，第二出口c與第六進口a連通，第二出口c與第六進口a之間連通有蒸汽增壓泵b。
15、co2冷凝器包括第五進口a、第五進口b和第五出口a、第五出口b；
16、co2液罐包括第七進口a、第七進口b和第七出口a、第七出口b；
17、混砂裝置包括第八進口、第八出口a和第八出口b；
18、其中，第五進口a與第四出口連通，第五進口a與第四出口之間連通有壓縮機，第五出口a與第七進口b連通，第五出口b與第六進口b連通，第五出口b與第六進口b之間連通有液氮增壓泵b，第七進口a與第六出口b連通，第七進口a與第六出口b之間連通有調壓閥組，第七出口b和第八出口b均與壓縮機連通，第八進口與第七出口a連通，第八出口a與第一進口連通。
19、液氮儲罐包括第九出口，第九出口與第五進口b連通，第九出口與第五進口b之間連通有液氮增壓泵a。
20、本發明所采用的第二種技術方案是，用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓方法，采用上述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，具體包括以下步驟：
21、s1，柴油驅動壓裂車產生的高溫煙氣進入蒸汽余熱鍋爐與鍋爐水進行換熱形成中低溫煙氣，使鍋爐水加熱至沸騰并產生蒸汽；
22、s2，蒸汽從蒸汽余熱鍋爐輸出進行換熱后，重新進入蒸汽余熱鍋爐進行持續換熱；
23、s3，對中低溫煙氣中的co2進行捕集提純，然后與放空氣體co2匯合后加壓換熱，形成液態co2，液態co2流入co2液罐中儲存；
24、s4，液氮儲罐中的低溫液氮進行換熱，形成次低溫液氮，低溫液氮吸熱氣化，氣化后的高壓氮氣驅替co2液罐中的液態co2，流出的液態co2進入混砂裝置與支撐劑混合形成壓裂液；
25、s5，壓裂液由柴油驅動壓裂車吸入加壓后泵入井口進行二氧化碳壓裂作業。
26、本發明第二種技術方案的特點還在于：
27、s2具體為：蒸汽分為兩路，一路蒸汽經增壓泵增壓后進入汽輪機發電設備做功發電，從汽輪機發電設備出來的汽水混合物經冷凝器后形成冷水，再由給水泵a將冷水重新泵入蒸汽余熱鍋爐進行循環換熱；另一路蒸汽經蒸汽增壓泵b泵入液氮氣化器中與液氮換熱后冷凝成水，再由給水泵b將冷水重新泵入蒸汽余熱鍋爐進行循環換熱。
28、s3具體為：中低溫煙氣進入co2捕集裝置進行氣態co2的捕集提純，提純后的氣態co2和co2液罐以及混砂裝置的放空氣體co2匯合，后經壓縮機加壓后進入co2冷凝器與液氮進行換熱，形成的液態co2流入co2液罐中儲存。
29、s4具體為：液氮儲罐中的低溫液氮由液氮增壓泵a泵入co2冷凝器中與氣態co2換熱后形成次低溫液氮，由液氮增壓泵b增壓后進入液氮氣化器進行吸熱氣化，氣化后的高壓氮氣經調壓閥組后持續穩定的驅替co2液罐中的液態co2，流出的液態co2進入混砂裝置與支撐劑混合形成壓裂液。
30、本發明的有益效果是：
31、本發明利用系統內冷熱能資源進行液氮氣化增壓來用于二氧化碳壓裂施工，本發明能夠實現二氧化碳壓裂過程中高溫煙氣中的余熱利用和co2捕集，同時利用液氮氣化的冷能進行co2液化儲存，最后利用高壓氮氣驅替液態co2進行壓裂作業，使得二氧化碳壓裂作業過程更為高效可靠、綠色環保。
1.用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，其特征在于，包括余熱利用模塊、co2利用模塊及液氮氣化模塊；
2.根據權利要求1所述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，其特征在于：所述co2冷凝器（5）包括第五進口a、第五進口b和第五出口a、第五出口b；
4.根據權利要求3所述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，其特征在于：所述液氮儲罐（9）包括第九出口，第九出口與所述第五進口b連通，第九出口與所述第五進口b之間連通有液氮增壓泵a（15）。
5.用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓方法，采用如權利要求1-4中任意一項所述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓系統，其特征在于，具體包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓方法，其特征在于，所述s2具體為：蒸汽分為兩路，一路蒸汽經增壓泵（11）增壓后進入汽輪機發電設備（3）做功發電，從汽輪機發電設備（3）出來的汽水混合物經冷凝器（12）后形成冷水，再由給水泵a（13）將冷水重新泵入蒸汽余熱鍋爐（2）進行循環換熱；另一路蒸汽經蒸汽增壓泵b（17）泵入液氮氣化器（6）中與液氮換熱后冷凝成水，再由給水泵b（18）將冷水重新泵入蒸汽余熱鍋爐（2）進行循環換熱。
7.根據權利要求5所述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓方法，其特征在于，所述s3具體為：中低溫煙氣進入co2捕集裝置（4）進行氣態co2的捕集提純，提純后的氣態co2和co2液罐（7）以及混砂裝置（8）的放空氣體co2匯合，后經壓縮機（14）加壓后進入co2冷凝器（5）與液氮進行換熱，形成的液態co2流入co2液罐（7）中儲存。
8.根據權利要求5所述的用于二氧化碳壓裂的氮氣增壓方法，其特征在于，所述s4具體為：液氮儲罐（9）中的低溫液氮由液氮增壓泵a（15）泵入co2冷凝器（5）中與氣態co2換熱后形成次低溫液氮，由液氮增壓泵b（16）增壓后進入液氮氣化器（6）進行吸熱氣化，氣化后的高壓氮氣經調壓閥組（19）后持續穩定的驅替co2液罐（7）中的液態co2，流出的液態co2進入混砂裝置（8）與支撐劑混合形成壓裂液。