CN104165037A - 一种钻机复合型供热保温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机复合型供热保温系统，包括一级热空气稳压罐、防沙罐棚、第一热空气增压风机、第二热空气增压风机、二级热空气稳压罐、发电机余热换热机构、管控阀组、钻井平台、电加热锅炉和发动机换热机构，而防沙罐棚包括高压泥浆泵机组、第三泥浆罐箱组和第四泥浆罐箱组。本发明提供了一种钻机复合型供热保温系统，该供热保温系统能实现全面有效的立体空间防冻和解冻，保温效果好，热传输效率高，能降低设备运行故障率，安全系数高，其所需检验和维修费用少，耗煤量和用水量小且能减轻大气污染和地下污染。

Description

一种钻机复合型供热保温系统

 

技术领域

本发明涉及石油钻机领域，尤其涉及一种钻机复合型供热保温系统。

 

背景技术

目前，石油钻机冬季防冻保温都是采用蒸汽锅炉(燃煤、燃油、燃气)供热方式，且传统燃煤蒸汽锅炉供热保温占绝对领导地位。由传统燃煤蒸汽锅炉产生的蒸汽作为传热介质经过循环增压泵加压并分别串联接入各个需要受热保温的设备或相关的换热装置里，且与相关设备或换热装置里的液体或空气进行热能交换，从而完成解冻保温的目的。虽然现有的供热防冻保温方式能在一定程度上完成解冻保温的目的，但仍存在难以克服的缺陷及安全隐患：

（1）传统燃煤蒸汽锅炉系压力容器，运行时存在锅炉和管道爆裂等缺陷，故障率高，安全系数低，且传统燃煤蒸汽锅炉每年都需检验，其维修技术要求、施工制作工艺水平高，材料及人力成本高，且检验和维修所需费用较大； 

（2）传统燃煤蒸汽锅炉供热防冻保温方式的热源载体介质是蒸汽，仅能实现钻井设备的局部防冻和解冻，而无法实现对钻井平台的放喷管汇控制阀组、压井管汇控制阀组、高压泥浆泵系统、防沙棚内的泥浆罐箱，泥浆储备罐箱及泥浆泵，柴油罐及柴油机供油系统，清水罐及供水系统等进行有效的立体空间供热风保暖方式；

（3）传统燃煤蒸汽锅炉供热保温方式属于二次热能交换，热效率低，用水量大，管道热损失严重，容易结冰，存在冻管漏水且易导致整个供热系统瘫痪的可能性；

（4）传统燃煤蒸汽锅炉供热方式使用的带有乳化防水垢、防锈液的循环水渗入生钻井产区土地，易造成地下环境污染；

（5）传统燃煤蒸汽锅炉供热保温方式，容易结露、水蒸汽较大，钻井工作面出现大量冰面、冰柱，给安全生产带来隐患，且在严寒的环境里，操作员工们双脚踩踏冰面，僵滞的双手及身体做着机械般的操作程序，摔跤、跌倒完全有可能发生；

（6）采用蒸汽锅炉供热保温时需加装散热片，而散热片的自然传热效果差，且四周需要布置大量的散热片，影响操作工人员正常巡视。

综上所述，传统燃煤蒸汽锅炉的供热保温系统仅能实现钻井设备的局部防冻和解冻，保温效果差，热传输效率低，且故障率高，安全系数低、检验和维修所需费用较大，耗煤量大，用水量大，并易造成大气污染和地下污染。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中钻机供热保温系统存在仅能实现钻井设备的局部防冻和解冻、保温效果差、热传输效率低、故障率高、安全系数低、检验和维修所需费用较大、耗煤量大、用水量大且易造成大气污染和地下污染等上述缺陷，提供一种能实现全面有效的立体空间防冻和解冻、保温效果好、热传输效率高、能降低设备运行故障率、安全系数高、检验和维修所需费用少、耗煤量和用水量小、且能减轻大气污染和地下污染的钻机复合型供热保温系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钻机复合型供热保温系统，包括一级热空气稳压罐、防沙罐棚、第一热空气增压风机、第二热空气增压风机、二级热空气稳压罐、发电机余热换热机构、管控阀组、钻井平台、电加热锅炉和发动机换热机构，而防沙罐棚包括高压泥浆泵机组、第三泥浆罐箱组和第四泥浆罐箱组；

一级热空气稳压罐的输入端连接有至少一台热风炉，其输出端分别通过一号专线热风管、二号专线热风管、三号专线热风管和四号专线热风管与第三泥浆罐箱组、第四泥浆罐箱组、第一热空气增压风机和第二热空气增压风机的入口相连；

二级热空气稳压罐的输入端与第一热空气增压风机的出口相连，其输出端设有清水罐保温棚和油罐保温棚，且清水罐保温棚和油罐保温棚均与发电机余热换热机构连接；

第二热空气增压风机的出口与管控阀组和高压泥浆泵机组相连；

发动机换热机构分别与钻井平台和高压泥浆泵机组连接；

电加热锅炉连接有第一泥浆罐箱和第二泥浆罐箱，并与钻井平台相连。

在本发明所述钻机复合型供热保温系统中，热风炉产生的热风通过一级热空气稳压罐的输入端输送到一级热空气稳压罐中，热风再分别通过一号专线热风管、二号专线热风管、三号专线热风管和四号专线热风管输送到第三泥浆罐箱组、第四泥浆罐箱组、第一热空气增压风机和第二热空气增压风机中；其次，热风从第一热空气增压风机的出口进入二级热空气稳压罐中，进入到二级热空气稳压罐中的热风再输送至清水罐保温棚和油罐保温棚；热风从第二热空气增压风机的出口输送至管控阀组和高压泥浆泵机组；分别从一号专线热风管和二号专线热风管输出的热风又再次被输入到防沙罐棚内，为第三泥浆罐箱组和第四泥浆罐箱组提供热源；电加热锅炉也为钻井平台、第一泥浆罐箱和第二泥浆罐箱供热；发电机余热换热机构也可为清水罐保温棚和油罐保温棚提供热风，发动机换热机构也可为钻井平台和高压泥浆泵机组供热。

由此可知，热风炉、电加热锅炉、发动机换热机构和发电机余热换热机构均为本发明所述钻机复合型供热保温系统的供热热源，当环境温度较低时，如果所需热量较大，可同时开启多台热风炉，如果一台热风炉产生的热风足够为整个系统供热，那就只需开启其中一台热风炉；当环境温度较高时，只需开启发动机换热机构和发电机余热换热机构，便可维持整个系统的正常运行，这样的供热热源设计有助于提高热源的利用率，减少耗煤量，当耗煤量有所减少时，还能减轻大气污染。

从上述工作原理的描述可知，热风炉、电加热锅炉、发动机换热机构和发电机余热换热机构的热源载体介质均为热风，而非蒸汽，供热升温速度快，且产生的热量是传统蒸汽锅炉经水管所产热量的二倍多，且能对钻机设备，例如能对管控阀组、高压泥浆泵机组、第一泥浆罐箱、第二泥浆罐箱、第三泥浆罐箱组、第四泥浆罐箱组、钻井平台、清水罐保温棚、油罐保温棚等进行全面立体空间的有效防冻和保温；另外，本发明采用热风炉、电加热锅炉、发动机换热机构和发电机余热换热机构提供热源还避免了加装蒸汽散热片，其产生的热风与空气直接进行热交换，大幅提高了热传输效率，保温效果好，也消除了传统蒸汽锅炉存在的爆炸伤亡事故的安全隐患，克服了其上述的诸多缺陷。

另外，本发明所述钻机复合型供热保温系统采用热风炉、电加热锅炉、发动机换热机构和发电机余热换热机构产生的热风作为热源载体介质，不仅降低了设备运行故障率，还避免了传统燃煤蒸汽锅炉运行过程中锅炉爆炸伤亡事故及爆管的等缺陷，大幅提高了安全系数；且热风炉、电加热锅炉、发动机换热机构和发电机余热换热机构都不属于压力容器，不须每年都检验，其维修技术要求低，降低了人力成本，还大大削减了检验和维修所需费用。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，一级热空气稳压罐的输入端分别通过第一热空气管道和第二热空气管道连接有2台热风炉。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，第一热空气管道和第二热空气管道上分别设有第一关断阀和第二关断阀。第一关断阀和第二关断阀的设置方便控制2台热风炉的开启，当不需开启热风炉时，断开第一关断阀和第二关断阀，当只需开启其中一台热风炉时，断开第一关断阀和第二关断阀中的一个，当需开启2台热风炉时，连通第一关断阀和第二关断阀。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，第一热空气增压风机的出口通过第三热空气管道与二级热空气稳压罐的输入端相连，且第三热空气管道上设有第一阀门。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，第一热空气增压风机的风量为2000~4000m³/h，其风压为1500~3000pa。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，清水罐保温棚和油罐保温棚分别通过第四热空气管道和第五热空气管道与发电机余热换热机构连接，且在第四热空气管道和第五热空气管道上分别设有第二阀门和第三阀门。

当需要热风炉对清水罐保温棚和油罐保温棚进行供热时，合上第一阀门，断开第二阀门和第三阀门；当需要发电机余热换热机构对清水罐保温棚和油罐保温棚进行供热时，断开第一阀门，合上第二阀门和第三阀门，故第一阀门、第二阀门和第三阀门的设置有助于实现热风炉与发电机余热换热机构的交替供热，操作方便，且在一定程度上减少了耗煤量。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，第二热空气增压风机的出口通过第六热空气管道与高压泥浆泵机组相连，且第六热空气管道末端设有多根热空气支风管。该多根热空气支风管直接将热风吹至高压泥浆泵机组进行立体空间保温，取代了现有技术中采用电加热带的保温方式，在一定程度上消除了电加热带着火的安全隐患。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，第二热空气增压风机的风量为2000~4000m³/h，其风压为1500~3000pa。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，管控阀组包括放喷管汇控制阀组和压井管汇控制阀组，且放喷管汇控制阀组和压井管汇控制阀组分别位于所述钻井平台的钻井支架的左右两侧。

本发明所述钻机复合型供热保温系统采取的是无水运行的供热保温方式，可节约大量的水资源，一个钻井队在一个冬季至少可节约水1200吨，且该供热保温的方式还能保证良好的生产环境，使得生产场地无结冰现象，能避免因结冰摔跤而造成的工伤事故，还能避免造成地下环境污染，进一步提高了本发明所述钻机复合型供热保温系统的安全性。

在本发明所述技术方案中，第三泥浆罐箱组和第四泥浆罐箱组中均包括多台泥浆罐箱，且第三泥浆罐箱组和第四泥浆罐箱组的原蒸汽管头其中的一个分别与一号专线热风管和二号专线热风管相连并输入热空气，待热风从蒸汽管头的一端进入到泥浆罐内的U形管中后，热风在U形管中与管壁外的泥浆发生热交换后产生的低温热风从蒸汽管头的另一端输送出来并留在防沙罐棚内，使得防沙罐棚内的温度保持在零度以上，远远高于棚外环境温度，起到空间保温作用。另外，一号专线热风管和二号专线热风管在防沙罐棚内，可以根据现场实际情况，在一号专线热风管和二号专线热风管末端通过三通连接多根热空气支风管，以加强防沙罐棚内的立体空间保温效果。

同上所述，清水罐保温棚中的原蒸汽管头与第四热空气管道连通，当热风从原蒸汽管头一端进入到固井清水罐内的U形换热管内后，热风该U形管内与管壁外的清水等进行热交换，热交换获得的低温热风从原蒸汽管头的另一端输出在清水罐保温棚内，使得清水罐保温棚内的温度远远高于棚外的环境温度；油罐保温棚内多台油罐的蒸汽管头中的一个与第五热空气管道连通，当热风从蒸汽管头一端进入到油罐内的U形换热管内后，热风从该U形管内与管壁外的柴油等进行热交换，热交换获得的低温热风从原蒸汽管头的另一端输出在油罐保温棚内，使得油罐保温棚内的温度远远高于棚外的环境温度，起到棚内立体空间保温作用。

在本发明所述技术方案中，所有的热风输送管道，比如一号专线热风管、二号专线热风管、三号专线热风管、四号专线热风管、第一热空气管道、第二热空气管道、第三热空气管道、第四热空气管道、第五热空气管道、第六热空气管道和第七热空气管道等可以是钢管或软管；为了进一步增强保温效果，可在第三泥浆罐箱组和第四泥浆罐箱组的输送管道和软管外捆绑垃圾棉或薄膜，且在本发明所述钻机复合型供热保温系统中的所有保温棚出口和入口处除了用帐缝布密封隔热外，还可设有热风幕隔离室内外空气，以堵住外界环境中的低温空气侵入室内。     在本发明所述技术方案中，第一热风炉和第二热风炉产生的热空气作为大面积空间的保温，如放喷管汇控制阀组和压井管汇控制阀组保温棚、防沙罐棚、发电机防沙棚、清水罐保温棚等；电加热锅炉（0.3T/h）则作为钻井平台的清洁和钻杆接头的快速解冻之用，属于一种复合型的生产布置工艺形式。

另外，在本发明所述技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

因此，本发明的有益效果是提供了一种钻机复合型供热保温系统，该供热保温系统能实现全面有效的立体空间防冻和解冻，保温效果好，热传输效率高，能降低设备运行故障率，安全系数高，其所需检验和维修费用少，耗煤量和用水量小且能减轻大气污染和地下污染。

 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明钻机复合型供热保温系统的结构示意图；

附图中，1为热风炉，2为一级热空气稳压罐，3为第一热空气增压风机，4为第二热空气增压风机，5为二级热空气稳压罐，6为清水罐保温棚，7为油罐保温棚，8为发电机余热换热机构，9为管控阀组，10为钻井平台，11为电加热锅炉，12为第一泥浆罐箱，13为第二泥浆罐箱，14为发动机换热机构，15为高压泥浆泵机组，16为第三泥浆罐箱组，17为第四泥浆罐箱组，18为第一热空气管道，19为第二热空气管道，20为一号专线热风管，21为二号专线热风管，22为三号专线热风管，23为四号专线热风管，24为第三热空气管道，25为第四热空气管道，26为第五热空气管道，27为第六热空气管道，28为第七热空气管道，29为第八热空气管道，30为第九热空气管道，31为第十热空气管道，32为第十一热空气管道，33为第十二热空气管道，34为第十三热空气管道，35为第十四热空气管道，36为第一关断阀，37为第二关断阀，38为第一阀门，39为第二阀门，40为第三阀门，41为防沙罐棚。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明优选实施例如下：

本实施例提供了一种钻机复合型供热保温系统，包括2台热风炉1、一级热空气稳压罐2、防沙罐棚41、第一热空气增压风机3、第二热空气增压风机4、二级热空气稳压罐5、清水罐保温棚6、油罐保温棚7、发电机余热换热机构8、管控阀组9、钻井平台10、电加热锅炉11、第一泥浆罐箱12、第二泥浆罐箱13和发动机换热机构14，其中，防沙罐棚41内设有高压泥浆泵机组15、第三泥浆罐箱组16和第四泥浆罐箱组17，管控阀组9包括放喷管汇控制阀组和压井管汇控制阀组，且该放喷管汇控制阀组和压井管汇控制阀组分别位于钻井平台10的钻井支架的左右两侧。

如图1所示，2台热风炉1分别通过第一热空气管道18和第二热空气管道19与一级热空气稳压罐2的输入端相连，该一级热空气稳压罐2的输出端分别通过一号专线热风管20、二号专线热风管21、三号专线热风管22和四号专线热风管23与第三泥浆罐箱组16、第四泥浆罐箱组17、第一热空气增压风机3和第二热空气增压风机4的入口连接；

二级热空气稳压罐5的输入端通过第三热空气管道24与第一热空气增压风机3的出口相连，其输出端分别通过第八热空气管道29和第九热空气管道30与清水罐保温棚6和油罐保温棚7相连，且该清水罐保温棚6和油罐保温棚7分别通过第四热空气管道25和第五热空气管道26与发电机余热换热机构8连接；

第二热空气增压风机4的出口分别通过第六热空气管道27和第七热空气管道28与高压泥浆泵机组15和管控阀组9相连；发动机换热机构14分别通过第十热空气管道31和第十一热空气管道32与高压泥浆泵机组15和钻井平台10连接；电加热锅炉11分别通过第十二热空气管道33、第十三热空气管道34和第十四热空气管道35与钻井平台10、第一泥浆罐箱12和第二泥浆罐箱13相连。

在本实施例中，第三泥浆罐箱组16和第四泥浆罐箱组17中分别包括9台泥浆罐和4台泥浆罐，且第三泥浆罐箱组16和第四泥浆罐箱组17的原蒸汽管头其中的一个分别与一号专线热风管20和二号专线热风管21相连并输入热空气；清水罐保温棚6中的原蒸汽管头与第四热空气管道25连通；油罐保温棚7内多台油罐的蒸汽管头中的一个与第五热空气管道26连通。

在本实施例中，一号专线热风管20、二号专线热风管21和第六热空气管道27末端均设有多根热空气支风管。

在本实施例中，在第一热空气管道18和第二热空气管道19上分别设有第一关断阀36和第二关断阀37，在第三热空气管道24、第四热空气管道25和第五热空气管道26上分别设有第一阀门38、第二阀门39和第三阀门40。

另外，第一热空气增压风机3和第二热空气增压风机4的风量均为2000~4000m³/h，二者风压均为1500~3000pa；可采用电加热热风炉、燃油热风炉、燃气热风炉或燃煤热风炉作为热风炉1，且热风炉1的输出温度均为30~200^oC，且输出风量均为30000~40000m³/min；第一热空气管道18和第二热空气管道19的管径均为400mm，一号专线热风管20、二号专线热风管21、三号专线热风管22、四号专线热风管23和第三热空气管道24的管径均为300mm，第四热空气管道25、第五热空气管道26、第十热空气管道31和第十一热空气管道32的管径均为200mm，第六热空气管道27、第七热空气管道28、第八热空气管道29、第九热空气管道30、第十二热空气管道33、第十三热空气管道34和第十四热空气管道35的管径均为100mm。

最后，所有的热风输送管道，比如一号专线热风管20、二号专线热风管21、三号专线热风管22、四号专线热风管23、第一热空气管道18至第十四热空气管道35均可以是钢管或软管，且为了进一步增强保温效果，可在第三泥浆罐箱组16和第四泥浆罐箱组17的输送管道和软管外捆绑垃圾棉或薄膜，除此之外，还可在所有保温棚出口和入口处除了用帐缝布密封隔热外，还可设有热风幕隔离室内外空气，以堵住外界环境中的低温空气侵入室内。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种钻机复合型供热保温系统，其特征在于，包括一级热空气稳压罐（2）、防沙罐棚（41）、第一热空气增压风机（3）、第二热空气增压风机（4）、二级热空气稳压罐（5）、发电机余热换热机构（8）、管控阀组（9）、钻井平台（10）、电加热锅炉（11）和发动机换热机构（14），而所述防沙罐棚（41）包括高压泥浆泵机组（15）、第三泥浆罐箱组（16）和第四泥浆罐箱组（17）；

所述一级热空气稳压罐（2）的输入端连接有至少一台热风炉（1），其输出端分别通过一号专线热风管（20）、二号专线热风管（21）、三号专线热风管（22）和四号专线热风管（23）与第三泥浆罐箱组（16）、第四泥浆罐箱组（17）、第一热空气增压风机（3）和第二热空气增压风机（4）的入口相连；

所述二级热空气稳压罐（5）的输入端与第一热空气增压风机（3）的出口相连，其输出端设有清水罐保温棚（6）和油罐保温棚（7），且所述清水罐保温棚（6）和油罐保温棚（7）均与发电机余热换热机构（8）连接；

所述第二热空气增压风机（4）的出口与所述管控阀组（9）和高压泥浆泵机组（15）相连；

所述发动机换热机构（14）分别与钻井平台（10）和高压泥浆泵机组（15）连接；

所述电加热锅炉（11）连接有第一泥浆罐箱（12）和第二泥浆罐箱（13），并与钻井平台（10）相连。

2.根据权利要求1所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述一级热空气稳压罐（2）的输入端分别通过第一热空气管道（18）和第二热空气管道（19）连接有2台热风炉（1）。

3.根据权利要求2所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述第一热空气管道（18）和第二热空气管道（19）上分别设有第一关断阀（36）和第二关断阀（37）。

4.根据权利要求1所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述第一热空气增压风机（3）的出口通过第三热空气管道（24）与二级热空气稳压罐（5）的输入端相连，且所述第三热空气管道（24）上设有第一阀门（38）。

5.根据权利要求1或4所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述第一热空气增压风机（3）的风量为2000~4000m³/h，其风压为1500~3000pa。

6.根据权利要求1所述的所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述清水罐保温棚（6）和油罐保温棚（7）分别通过第四热空气管道（25）和第五热空气管道（26）与发电机余热换热机构（8）连接，且在所述第四热空气管道（25）和第五热空气管道（26）上分别设有第二阀门（39）和第三阀门（40）。

7.根据权利要求1所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述第二热空气增压风机（4）的出口通过第六热空气管道（27）与高压泥浆泵机组（15）相连，且所述第六热空气管道（27）末端设有多根热空气支风管。

8.根据权利要求1或7所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述第二热空气增压风机（4）的风量为2000~4000m³/h，其风压为1500~3000pa。

9.根据权利要求1所述的钻机复合型供热保温系统，其特征在于，所述管控阀组（9）包括放喷管汇控制阀组和压井管汇控制阀组，且所述放喷管汇控制阀组和压井管汇控制阀组分别位于所述钻井平台（10）的钻井支架的左右两侧。