钻井泥浆强制冷却循环系统技术方案

本发明专利技术涉及一种钻井泥浆强制冷却循环系统。是由制冷机组通过泵连接载冷剂箱和同轴泥浆对流换热器，同轴泥浆对流换热器通过泵和管线连接泥浆池。同轴泥浆对流换热器换热管为双层式或多层排布方式，换热内管套装在外管内，两管间的环状空间为载冷剂或泥浆循环通道，内管为泥浆或载冷剂循环通道，循环泥浆与载冷剂逆向流动，构成逆流换热。外管的外壁涂装有保温材料。经试验，该系统换热效果好，能够快速冷却泥浆，并将泥浆温度动态维持在设定的温度范围，可适用于天然气水合物钻探取样低温泥浆制冷，亦适用于深井石油天然气钻井、深部大陆科学钻探和深部地热钻探高温泥浆制冷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钻井循环介质强制冷却系统，尤其是用于对天然气水合物钻探取样低温泥浆进行强制冷却循环系统，也是用于石油天然气钻井、深部大陆科学钻探和深部 地热钻探高温泥浆进行强制冷却循环系统。
技术介绍
开发利用天然气水合物首先要通过钻探取样手段取得天然气水合物岩心样品，然 后通过对岩心的分析，评估天然气水合物储存量、天然气水合物矿层的产状、规模和性质等 地质参数，所以钻探取样是开发利用天然气水合物最直接的主要手段。天然气水合物赋存 在0 10°C ，压力> 10MPa的沉积地层中，只要天然气水合物赋存地层的温度升高或地层压力降低都可能引起天然气水合物分解。钻探取样施工过程中钻头切削岩石产生大量的热， 同时钻具与孔壁摩擦也会产生热，孔底温度升高，这些热量传递给钻井泥桨，泥桨温度也随之升高。泥浆温度升高会造成在钻取天然气水合物岩心时，天然气水合物发生分解，致使无 法采取到原位保真的天然气水合物岩心样品，不但会影响对矿层储存量的评估，而且还可 能会引起孔内事故并对钻探设备造成危害，所以必须对钻探所使用的低温泥浆的温度进行 控制，一般宜将泥浆温度保持在_3°C 3°C，即可保证在钻进过程中天然气水合物地层及 岩心保持稳定。 目前，用于泥桨冷却的技术有，在深部地热井热水层中钻进时，地温可达35(TC， 返回泥浆的温度可达60 lirC，日本葛根田WD-1A井地温最高达到50(TC，高温度的泥 浆对钻具、管材等腐蚀严重，易烫伤现场操作人员，对泥浆冷却一般采用的措施是加长泥浆 槽的循环路线，使返出泥浆在循环流动中自然降温，也有采取向泥浆池投放冰块降低泥浆 温度的方法，必要时采用泥浆冷却装置降温，设计的泥浆冷却装置有两种一种是安装在泥 浆池的冷却塔；另一种是安装在振动筛旁的大功率风扇进行强制冷却。而以上这些技术方 法都是针对高温泥浆的制冷，对天然气水合物钻探取样低温泥浆的制冷，泥浆温度要控制 在-3°C 3°C，以上技术方法都不宜采用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种适用于陆地冻土层和海洋 钻探施工，特别适用于天然气水合物钻探取样施工的天然气水合物钻井泥浆冷却的钻井泥 浆强制冷却循环系统，该系统也适用于深部地热井钻探、深部大陆科学钻探和深部石油天 然气钻井高温泥浆制冷。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的 钻井泥浆强制冷却循环系统，是由制冷机组1的输出管经阀I 3与载冷剂箱4连 接，载冷剂箱4的输出管经阀ni6、制冷机组泵2与制冷机组1的输入端连接，载冷剂箱4 的输出管经温度传感器I 7、阀IV 8、载冷剂箱泵9和温度传感器n IO与同轴泥浆对流换 热器12输入管连接，同轴泥浆对流换热器12的输出管经温度传感器IV13与泥浆池16连3接，载冷剂箱4的输入管经阀II 5、温度传感器III11与同轴泥浆对流换热器12输出管连 接，同轴泥浆对流换热器12输入管经温度传感器V 14、泥浆输送泵15与泥浆池17连接，温 度传感器VI16安置在泥浆池17中，温度传感器VI120与泥浆泵18输出端连接，温度传感 器VIII19安置在返回地表的泥桨槽道中，温度传感器I 7、温度传感器I1 10、温度传感器 11111 、温度传感器IV13、温度传感器V 14、温度传感器VI 16、温度传感器VI1119和温度传 感器VII20并列与巡检仪22连接。 同轴泥浆对流换热器12的换热管为双层排布或多层排布方式，是由内管23套装 在外管25内，内管23与外管25同轴，两管间的环状间隙为载冷剂或泥浆循环通道，环状间 隙两端封闭，内管23为泥浆或载冷剂循环通道，循环泥浆与载冷剂逆向流动，构成逆流换 热，内管23与内管23之间通过法兰29和U型波纹管26连通，外管25与外管25之间通过 短管27和法兰29连通，短管27中间装有法兰29，外管25焊接有支撑杆28用于限制两外 管25之间的距离，泥浆或载冷剂进口 30和泥浆或载冷剂出口 33设在同轴泥浆对流换热器 的同一端，载冷剂或泥浆进口 31和载冷剂或泥浆出口 32设在同轴泥浆对流换热器的同一 侧面，并与外管25连通，外管25的外壁涂装有保温层24。 保温材料共四层，由里向外依次为保温漆、聚氨酯泡沫、硬质保温材料和锡纸。保 温漆采用双组分油性隔热保温底漆、油罐保温漆或水性隔热保温面漆。硬质保温材料优选 硬质胶皮或聚氨酯硬质泡沫塑料瓦。内管23内壁为光滑面，载冷剂为乙二醇水溶液或其它 耐低温液体。 有益效果钻井泥浆强制冷却循环系统，经试验，该系统换热效果好，能够快速冷 却泥浆，并将泥浆温度动态维持在设定的温度范围，且操作方便。附图说明 附图1为钻井泥浆强制冷却循环系统结构图 附图2为附图1同轴泥浆对流换热器12俯视图 附图3为附图1同轴泥浆对流换热器12主视图 附图4为附图1同轴泥浆对流换热器12换热管结构图 附图5为附图l载冷剂箱4各管道口布置图 1制冷机组，2制冷机组泵，3阀I ， 4载冷剂箱，5阀11 ， 6阀111 ， 7温度传感器I ， 8 阀IV，9载冷剂箱泵，10温度传感器II， 11温度传感器III， 12同轴泥浆对流换热器，13温 度传感器IV， 14温度传感器V， 15泥浆输送泵，16温度传感器VI， 17泥浆池，18泥浆泵，19 温度传感器VIII， 20温度传感器VII， 21钻孔，22巡检仪，23内管，24保温层，25外管，26U 型波纹管，27短管，28支撑，29法兰，30泥浆进口或载冷剂进口 ， 31载冷剂出口或泥浆出口 ， 32载冷剂进口或泥浆进口 ， 33泥浆出口或载冷剂出口 。具体实施例方式下面结合附图和实施例作进一步的详细说明 实施例l 钻井泥浆强制冷却循环系统，由制冷机组1的输出管经阀I 3与载冷剂箱4连接， 载冷剂箱4的输出管经阀ni6、制冷机组泵2与制冷机组1的输入端连接，载冷剂箱4的输出管经温度传感器I 7、阀IV8、载冷剂箱泵9和温度传感器II 10与同轴泥浆对流换热 器12输入端即载冷剂进口 32连接，同轴泥浆对流换热器12的输出管即泥浆出口 33经温 度传感器IV13与泥浆池16连接，载冷剂箱4的输入管经阀II 5、温度传感器III11与同 轴泥浆对流换热器12输出端即载冷剂出口 31连接，同轴泥浆对流换热器12输入管即泥浆 进口 32经温度传感器V 14、泥桨输送泵15与泥桨池17连接，温度传感器VI16安置在泥 桨池17中，温度传感器VII20与泥桨泵18输出端连接，温度传感器VIII19安置在返回地 表的泥浆槽道中，温度传感器I 7、温度传感器I1 10、温度传感器III11、温度传感器IV13、 温度传感器V 14、温度传感器VI16、温度传感器VIII19和温度传感器VI120并联与巡检仪 22连接构成。 双层排布式同轴泥浆对流换热器，内管23与外管25为有相同长度的直管段，内管 23套装在外管25内，内管23与外管25同轴，构成一组同轴套管。组与组之间的同轴套管 平行排布，相邻两组同轴套管的内管23之间通过U型波纹管26和法兰29连通，外管25与 内管23构成一环状间隙，每组同轴套管的环状间隙两端都是封闭的，在外管25端部一侧焊 接一短管27，通过法兰29与另一组同轴套管外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井泥浆强制冷却循环系统，其特征在于，是由制冷机组（１）的输出管经阀Ⅰ（３）与载冷剂箱（４）连接，载冷剂箱（４）的输出管经阀Ⅲ（６）、制冷机组泵（２）与制冷机组（１）的输入端连接，载冷剂箱（４）的输出管经温度传感器Ⅰ（７）、阀Ⅳ（８）、载冷剂箱泵（９）和温度传感器Ⅱ（１０）与同轴泥浆对流换热器（１２）输入管连接，同轴泥浆对流换热器（１２）的输出管经温度传感器Ⅳ（１３）与泥浆池（１７）连接，载冷剂箱（４）的输入管经阀Ⅱ（５）、温度传感器Ⅲ（１１）与同轴泥浆对流换热器（１２）输出管连接，同轴泥浆对流换热器（１２）输入管经温度传感器Ⅴ（１４）、泥浆输送泵（１５）与泥浆池（１７）连接，温度传感器Ⅵ（１６）安置在泥浆池（１７）中，温度传感器Ⅶ（２０）与泥浆泵（１８）输出端连接，温度传感器Ⅷ（１９）安置在返回地表的泥浆循环槽中，温度传感器Ⅰ（７）、温度传感器Ⅱ（１０）、温度传感器Ⅲ（１１）、温度传感器Ⅳ（１３）、温度传感器Ⅴ（１４）、温度传感器Ⅵ（１６）、温度传感器Ⅷ（１９）和温度传感器Ⅶ（２０）并联与巡检仪（２２）连接构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友宏，赵江鹏，郭威，徐会文，王庆华，陈晨，李国圣，贾瑞，赵建国，薛军，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]