CN104675352B - 一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法 - Google Patents
一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104675352B CN104675352B CN201410826833.3A CN201410826833A CN104675352B CN 104675352 B CN104675352 B CN 104675352B CN 201410826833 A CN201410826833 A CN 201410826833A CN 104675352 B CN104675352 B CN 104675352B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- foam
- air
- refrigeration
- refrigeration unit
- heat exchanger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 244
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims abstract description 234
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 86
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 31
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 24
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 13
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 13
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 12
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 8
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract description 4
- NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N methane clathrate Chemical compound C.C.C.C.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 9
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKVZMKDXJFCMMD-UVWUDEKDSA-L (5ar,8ar,9r)-5-[[(2r,4ar,6r,7r,8r,8as)-7,8-dihydroxy-2-methyl-4,4a,6,7,8,8a-hexahydropyrano[3,2-d][1,3]dioxin-6-yl]oxy]-9-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-5a,6,8a,9-tetrahydro-5h-[2]benzofuro[6,5-f][1,3]benzodioxol-8-one;azanide;n,3-bis(2-chloroethyl)-2-ox Chemical compound [NH2-].[NH2-].Cl[Pt+2]Cl.ClCCNP1(=O)OCCCN1CCCl.COC1=C(O)C(OC)=CC([C@@H]2C3=CC=4OCOC=4C=C3C(O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@@H]4O[C@H](C)OC[C@H]4O3)O)[C@@H]3[C@@H]2C(OC3)=O)=C1 WKVZMKDXJFCMMD-UVWUDEKDSA-L 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/14—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor using liquids and gases, e.g. foams
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/06—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法，是在常规空气泡沫钻进工艺的基础上，通过制冷系统将泡沫液、空气和空气泡沫进行制冷，形成低温空气泡沫进行钻进。适用于冻土地层和陆地天然气水合物层的钻进。低温空气泡沫钻进系统包括空气泡沫钻进系统和制冷系统，其中制冷系统包括泡沫液制冷系统、空气制冷系统、空气泡沫制冷系统。通过两个阀组的控制，实现对泡沫液、空气和空气泡沫的单独制冷和同时制冷，提高制冷效率。本发明能够降低制冷系统所需功率，减少钻进过程中冲洗介质对地层温度的影响，特别是在缺水地区，能够减小用水量。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法，适用于冻土地层和陆地天然气水合物层的钻进，特别是缺水地区。
背景技术
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，同时陆地永冻区是陆地天然气水合物的存在区域，我国是世界上多年冻土分布面积的第三大国，所以冻土钻探对冻土区天然气水合物钻采来说十分重要。
冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。由于这些特征，冻土钻进中如果忽视温度因素，那么冰胶结的松散岩层可能因受热失去粘结而丧失稳定性，从而导致复杂的情况的出现，如：孔壁坍塌；钻井液在孔壁上结冰，造成缩径；钻具以过冷状态下钻，冻结孔壁上；岩矿芯采取率低。因此，在冻土层钻进中，需要采用低温冲洗介质保持孔内的低温来稳定孔壁，保证正常高效的钻进。天然气水合物只存在于低温、高压的条件下，在天然气水合物钻进中，如果钻井液循环温度高于水合物层稳定温度，会引起水合物分解，无法取得原位保真的水合物样品，还会产生一系列孔内事故。因此，在天然气水合物钻进中采用低温冲洗介质抑制水合物层在钻进过程中发生分解，取得水合物原位保真样品，保证钻进的正常进行是十分可行的。
目前，在冻土钻进和天然气水合物钻进中，采用保压钻具或大直径绳索取心钻具配合泥浆冷却技术来进行钻进，作为核心的低温泥浆冷却技术现在主要有：加拿大马更些三角洲永冻层天然气水合物钻井中泥浆冷却装置采用的是一种平板式的换热器；美国阿拉斯加北部斜坡天然气水合物试采井——热冰1井钻井中采用的泥浆冷却装置，其原理是使用氨水为制冷剂的制冷机组通过板式换热器制冷乙二醇溶液，被制冷后的乙二醇溶液再通过螺旋板式换热器冷却泥浆；在我国祁连山天然气水合物钻进中，采用的钻井泥浆强制冷却循环系统使用同轴套管式换热器。以上设备存在的不足如下：①冻土区比较缺水，不利于钻井泥浆的配制及补充；②钻井泥浆的比热大，制冷所需的能量大，不易制冷；③钻井泥浆的导热系数高，对地层温度影响大。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出一种适用于冻土地层和陆地天然气水合物层的低温钻进装置及方法，能降低制冷系统所需功率，减少钻进过程中冲洗介质对地层温度的影响，特别是在缺水地区，减小用水量。
本发明的技术方案是:在常规空气泡沫钻进工艺的基础上，通过制冷系统将泡沫液、空气和空气泡沫进行制冷，形成低温空气泡沫钻进装置及方法。
本发明是由空气泡沫钻进系统和制冷系统组成，其中空气泡沫钻进系统为现有系统不再赘述，制冷系统包括是泡沫液制冷系统、空气制冷系统、空气泡沫制冷系统；
泡沫液制冷系统的结构是：泡沫液制冷换热器的制冷剂出口通过管路与制冷机组入口阀组相连，入口阀组通过管路与制冷机组水泵的进口相连，制冷机组水泵的出口通过管路与与制冷机组入口相连，制冷机组出口通过管路与制冷机组出口阀组相连，出口阀组通过管路与泡沫液制冷换热器的制冷剂入口相连，完成制冷剂的制冷和循环。泡沫液箱的泡沫液出口通过管路与泡沫液制冷水泵的进口相连，泡沫液制冷水泵的出口通过管路与泡沫液制冷换热器的泡沫液进口相连，泡沫液制冷换热器泡沫液出口通过管路与泡沫液箱的低温泡沫液入口相连，形成泡沫液的制冷循环。泡沫液箱的泡沫液出口通过管路与泡沫液泵的入口相连，泡沫液泵的出口通过管路与泡沫发生装置的泡沫液入口相连，实现泡沫液的注入。
空气制冷系统的结构是：空气制冷换热器的制冷剂出口通过管路与制冷机组入口阀组相连，入口阀组通过管路与制冷机组水泵的进口相连，制冷机组水泵的出口通过管路与制冷机组入口相连，制冷机组出口通过管路与制冷机组出口阀组相连，出口阀组通过管路与空气制冷换热器的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环。空气压缩机的空气出口通过管路与空气冷却器的入口相连，空气冷却器的出口通过管路与空气制冷换热器的空气入口相连，空气制冷换热器的空气出口通过管路与泡沫发生器的空气入口相连，实现空气的制冷和注入。
空气泡沫制冷系统的结构是：空气泡沫制冷换热器的制冷剂出口通过管路与制冷机组入口阀组相连，入口阀组通过管路与制冷机组水泵的进口相连，，制冷机组水泵的出口通过管路与制冷机组入口相连，制冷机组出口通过管路与制冷机组出口阀组相连，出口阀组通过管路与空气泡沫制冷换热器的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环。泡沫发生器的空气泡沫出口通过管路与空气泡沫制冷换热器的空气泡沫入口相连，空气泡沫制冷换热器的空气泡沫出口与钻机的空气泡沫入口相连，实现空气泡沫的制冷和注入。
制冷系统中通过制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)的控制，泡沫液制冷系统、空气制冷系统和空气泡沫制冷系统能够独立开启和关闭，实现单独制冷和同时制冷。当环境温度较低时，只开启泡沫液制冷系统，随着环境温度的增加，再逐步开启空气制冷系统和空气泡沫制冷系统以满足钻进要求。
泡沫发生装置包括泡沫发生器和泡沫增压泵。当孔深较浅时采用泡沫发生器，当孔深较深时采用泡沫增压泵。
本发明之低温空气泡沫钻进方法包括以下步骤：
①开启制冷机组和制冷机组水泵，同时开启制冷机组入口阀组和制冷机组出口阀组中与泡沫液制冷换热器相连的阀门，将泡沫液制冷换热器中的制冷剂抽入制冷机组中进行冷却；开启泡沫液制冷水泵，将泡沫液抽入泡沫液制冷换热器制冷后返回泡沫液箱；开启泡沫液泵将泡沫液箱中的低温泡沫液抽入泡沫发生装置的泡沫液入口。
②开启制冷机组入口阀组和制冷机组出口阀组中与空气制冷换热器相连的阀门，将空气制冷换热器中的制冷剂抽入制冷机组中进行冷却；开启空气压缩机，抽入的空气先进入空气冷却器进行一级制冷，然后进入空气制冷换热器进行二级制冷，制冷后的低温空气进入泡沫发生装置的空气入口。
③开启制冷机组入口阀组和制冷机组出口阀组中与空气泡沫制冷换热器相连的阀门，将空气制冷换热器中的制冷剂抽入制冷机组中进行冷却；泡沫发生装置产生的空气泡沫进入空气制冷换热器中进行制冷，现场的低温空气泡沫进入钻机的进水口。
④钻进时，低温空气泡沫液经过钻具和钻头的中心进入孔底口，由环状间隙上返到达地表，通过孔口密封装置进入消泡器进行消泡后流回泥浆池中，以此循环运行直至钻进结束。
本发明的有益效果：
利用空气泡沫含水少，比热低，导热系数低的性质，针对冻土层和陆地天然气水合物层钻进的特点，发明了低温空气泡沫钻进方法，减少了钻进过程中冲洗介质对地层温度的影响；减小了用水量，在缺水地区有良好的效果；降低了制冷钻井介质所需的功率，同时对制冷系统采用多级制冷，独立控制，进一步优化了对制冷能量的利用。
附图说明
图1为本发明的低温空气泡沫钻进装置示意图。
图中：1--制冷机组，2--制冷机组水泵，3--泡沫液制冷换热器；4--泡沫液制冷水泵，5--泡沫液箱，6--泡沫液泵，7--空气压缩机，8--空气冷却器，9--泡沫发生装置，10--钻机，11--钻具，12--钻头，13--孔口密封装置，14--消泡器，15--空气制冷换热器，16--空气泡沫制冷换热器，17--泥浆池，18--泥浆池水泵，V1--制冷机组入口阀组；V2--制冷机组出口阀组。
具体实施方式
如图1所示，本发明的低温空气泡沫钻进装置是由空气泡沫钻进系统和制冷系统组成，其中制冷系统包括泡沫液制冷系统、空气制冷系统、空气泡沫制冷系统；
泡沫液制冷系统的结构是：泡沫液制冷换热器(3)的制冷剂出口与制冷机组(1)制冷机组入口阀组(V1)相连，制冷机组入口阀组(V1)与制冷机组水泵(2)的进口相连，制冷机组水泵(2)的出口与制冷机组(1)入口相连，制冷机组(1)出口与制冷机组出口阀组(V2)相连，制冷机组出口阀组(V2)与泡沫液制冷换热器(3)的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；
泡沫液箱(5)的泡沫液出口与泡沫液制冷水泵(4)相连，泡沫液制冷水泵(4)与泡沫液制冷换热器(3)的泡沫液进口相连，泡沫液制冷换热器(3)泡沫液出口与泡沫液箱(5)的低温泡沫液入口相连，形成泡沫液的制冷循环；
泡沫液箱(5)的泡沫液出口与泡沫液泵(6)的入口相连，泡沫液泵(6)的出口与泡沫发生装置(9)的泡沫液入口相连，实现泡沫液的注入；
空气制冷系统的结构是：空气制冷换热器(15)的制冷剂出口与制冷机组入口阀组(V1)相连，制冷机组入口阀组(V1)与制冷机组水泵(2)相连，制冷机组水泵(2)的出口与制冷机组(1)入口相连，制冷机组(1)出口与制冷机组出口阀组(V2)相连，制冷机组出口阀组(V2)与空气制冷换热器(15)的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；
空气压缩机(7)的空气出口与空气冷却器(8)的入口相连，空气冷却器(8)的出口与空气制冷换热器(15)的空气入口相连，空气制冷换热器(15)的空气出口与泡沫发生装置(9)的空气入口相连，实现空气的制冷和注入；
空气泡沫制冷系统的结构是：空气泡沫制冷换热器(16)的制冷剂出口与制冷机组入口阀组(V1)相连，制冷机组入口阀组(V1)与制冷机组水泵(2)的进口相连，制冷机组水泵(2)的出口与制冷机组(1)入口相连，制冷机组(1)出口与制冷机组出口阀组(V2)相连，制冷机组出口阀组(V2)与空气泡沫制冷换热器(16)的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；
泡沫发生装置(9)的空气泡沫出口与空气泡沫制冷换热器(16)的空气泡沫入口相连，空气泡沫制冷换热器(16)的空气泡沫出口与钻机(10)的空气泡沫入口相连，实现空气泡沫的制冷和注入。
制冷系统中通过制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)的控制，泡沫液制冷系统、空气制冷系统和空气泡沫制冷系统能够独立开启和关闭，实现单独制冷和同时制冷；当环境温度较低时，只开启泡沫液制冷系统，随着环境温度的增加，再逐步开启空气制冷系统和空气泡沫制冷系统以满足钻进要求；
泡沫发生装置(9)包括泡沫发生器和泡沫增压泵；当孔深较浅时采用泡沫发生器，当孔深较深时采用泡沫增压泵。
准备钻进时，开启泥浆池水泵(18)，将泥浆池(17)中的泡沫液由泡沫液箱入口(a5)抽入泡沫液箱(5)中。
开启制冷机组(1)和制冷机组水泵(2)，同时开启制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)中与泡沫液制冷换热器(3)相连的阀门，泡沫液制冷换热器(3)中的制冷剂被制冷机组水泵(2)从制冷剂出口(d3)抽出，沿着管路，经过制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组水泵(2)，从制冷机组入口(a1)进入制冷机组进行制冷，制冷后的制冷剂从制冷机组出口(b1)流出，沿着管路经过制冷机组入口阀组(V1)，由制冷剂入口(c3)流入泡沫液制冷换热器(3)中，完成泡沫液制冷换热器(3)中制冷剂的制冷和循环。
开启泡沫液制冷水泵(4)，将泡沫液从泡沫液箱(5)的泡沫液制冷出口(d5)抽出，沿着管路由泡沫液进口(a3)进入泡沫液制冷换热器(3)，然后泡沫液与制冷剂在泡沫液制冷换热器(3)发生热交换，泡沫液被制冷后从泡沫液出口(b3)流出，沿着管路由泡沫液制冷入口(c5)流入泡沫液箱(5)中，完成泡沫液的制冷。
开启泡沫液泵(6)，将低温泡沫液从泡沫液箱出口(b5)抽出，沿着管路流由泡沫液入口(b9)流入泡沫发生装置(9)，完成低温泡沫液的注入。
开启空气压缩机(7)，空气由空气入口(a7)进入空压机，经过压缩后从空气出口(b7)流出，进入空气冷却器(8)中进行一级制冷，制冷后沿管路由空气入口(a15)流入空气制冷换热器(15)。此时可根据实际情况选择是否对空气进行二级制冷。当泡沫液制冷系统能满足当前钻进的要求时，空气不需要制冷，可直接从空气制冷换热器空气出口(b15)流出，沿着管路由的空气入口(a9)流入泡沫发生装置(9)，完成空气的注入。当泡沫液制冷系统不能满足当前钻进的要求时，可开启制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)中与空气制冷换热器(15)相连的阀门，空气制冷换热器(15)中的制冷剂被制冷机组水泵(2)从制冷剂出口(d3)抽出，沿着管路，经过制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组水泵(2)，从制冷机组入口(a1)进入制冷机组进行制冷，制冷后的制冷剂从制冷机组出口(b1)流出，沿着管路经过制冷机组入口阀组(V1)，由制冷剂入口(c15)流入空气制冷换热器(15)中，完成空气制冷换热器制冷剂的制冷和循环，此时，当经过一级制冷的空气从空气入口(a15)进入空气制冷换热器(15)时，与制冷剂在空气制冷换热器(15)中发生热交换，空气进行二级制冷，制冷后的空气从空气出口(b15)流出，沿着管路，由入口(a9)流入泡沫发生装置(9)，完成低温空气的制冷和注入。
当孔深较浅时，对空气和泡沫液需要的压力较低，泡沫发生装置(9)选用泡沫发生器；当孔深较深时，对空气和泡沫液需要的压力较高，泡沫发生装置(9)选用泡沫增压泵。由空气入口(a9)流入的低温空气和由泡沫液入口(b9)流入的低温泡沫液在泡沫发生装置(9)中发生作用，形成低温空气泡沫从空气泡沫出口(c9)流出。
当流出的低温空气泡沫能满足当前钻进要求时，从空气泡沫出口(c9)流出的低温空气泡沫，沿着管路由空气泡沫制冷换热器(16)的空气泡沫入口(a16)流入，低温空气泡沫不被制冷，直接从出口(b16)流出，沿着管路进入钻机(10)的进水口(a10)，完成空气泡沫的注入。当流出的低温空气泡沫不能满足当前钻进要求时，开启制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)中与空气泡沫制冷换热器(16)相连的阀门，空气泡沫制冷换热器(16)中的制冷剂被制冷机组水泵(2)从制冷剂出口(d16)抽出，沿着管路，经过制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组水泵(2)，从制冷机组入口(a1)进入制冷机组进行制冷，制冷后的制冷剂从制冷机组出口(b1)流出，沿着管路经过制冷机组入口阀组(V1)，由制冷剂入口(c16)流入空气泡沫制冷换热器(16)中，完成空气泡沫制冷换热器制冷剂的制冷和循环，从空气泡沫出口(c9)流出的低温空气泡沫，沿着管路由空气泡沫入口(a16)流入空气泡沫制冷换热器(16)，与制冷剂在空气泡沫制冷换热器(16)发生热交换，低温空气泡沫被制冷，制冷后的空气泡沫从空气泡沫出口(b16)流出，沿着管路进入钻机(10)的进水口(a10)。
此时开始钻进，低温空气泡沫液经过钻具(11)和钻头(12)的中心进入孔底，冷却钻头，带走岩屑，然后由环状间隙上返到达地表，通过孔口密封装置(13)，以空气泡沫的形式进入消泡器(14)，在消泡器的作用下空气泡沫变为液体的泡沫液从消泡器出口流出，进入泥浆池17中，进行沉淀，沉淀后的泡沫液由泥浆池水泵(18)抽入泡沫液箱(5)中，开始新一轮的制冷和发泡，以此循环运行直至钻进结束。
Claims (2)
1.一种低温空气泡沫钻进装置，其特征在于：其是由空气泡沫钻进系统和制冷系统组成，制冷系统包括泡沫液制冷系统、空气制冷系统、空气泡沫制冷系统；
泡沫液制冷系统的结构是：泡沫液制冷换热器(3)的制冷剂出口与制冷机组入口阀组(V1)相连，制冷机组入口阀组(V1)与制冷机组水泵(2)的进口相连，制冷机组水泵(2)的出口与制冷机组(1)入口相连，制冷机组(1)出口与制冷机组出口阀组(V2)相连，制冷机组出口阀组(V2)与泡沫液制冷换热器(3)的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；
泡沫液箱(5)的泡沫液出口与泡沫液制冷水泵(4)相连，泡沫液制冷水泵(4)与泡沫液制冷换热器(3)的泡沫液进口相连，泡沫液制冷换热器(3)泡沫液出口与泡沫液箱(5)的低温泡沫液入口相连，形成泡沫液的制冷循环；
泡沫液箱(5)的泡沫液出口与泡沫液泵(6)的入口相连，泡沫液泵(6)的出口与泡沫发生装置(9)的泡沫液入口相连，实现泡沫液的注入；
空气制冷系统的结构是：空气制冷换热器(15)的制冷剂出口与制冷机组入口阀组(V1)相连，制冷机组入口阀组(V1)与制冷机组水泵(2)相连，制冷机组水泵(2)的出口与制冷机组(1)入口相连，制冷机组(1)出口与制冷机组出口阀组(V2)相连，制冷机组出口阀组(V2)与空气制冷换热器(15)的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；
空气压缩机(7)的空气出口与空气冷却器(8)的入口相连，空气冷却器(8)的出口与空气制冷换热器(15)的空气入口相连，空气制冷换热器(15)的空气出口与泡沫发生装置(9)的空气入口相连，实现空气的制冷和注入；
空气泡沫制冷系统的结构是：空气泡沫制冷换热器(16)的制冷剂出口与制冷机组入口阀组(V1)相连，制冷机组入口阀组(V1)与制冷机组水泵(2)的进口相连，制冷机组水泵(2)的出口与制冷机组(1)入口相连，制冷机组(1)出口与制冷机组出口阀组(V2)相连，制冷机组出口阀组(V2)与空气泡沫制冷换热器(16)的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；
泡沫发生装置(9)的空气泡沫出口与空气泡沫制冷换热器(16)的空气泡沫入口相连，空气泡沫制冷换热器(16)的空气泡沫出口与钻机(10)的空气泡沫入口相连，实现空气泡沫的制冷和注入；
制冷系统中通过制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)的控制，泡沫液制冷系统、空气制冷系统和空气泡沫制冷系统能够独立开启和关闭，实现单独制冷和同时制冷；当环境温度较低时，只开启泡沫液制冷系统，随着环境温度的增加，再逐步开启空气制冷系统和空气泡沫制冷系统以满足钻进要求；
泡沫发生装置(9)包括泡沫发生器和泡沫增压泵；当孔深较浅时采用泡沫发生器，当孔深较深时采用泡沫增压泵。
2.一种低温空气泡沫钻进方法，该方法包括以下步骤：
①开启泥浆池水泵(18)，将泥浆池中的泡沫液抽入泡沫液箱(5)；开启制冷机组(1)和制冷机组水泵(2)，同时开启制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)中与泡沫液制冷换热器(3)相连的阀门，将泡沫液制冷换热器(3)中的制冷剂抽入制冷机组(1)中进行冷却；开启泡沫液制冷水泵(4)，将泡沫液抽入泡沫液制冷换热器(3)制冷后返回泡沫液箱(5)；开启泡沫液泵(6)将泡沫液箱(5)中的低温泡沫抽入泡沫发生装置(9)的泡沫液入口(b9)；
②开启制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)中与空气制冷换热器(15)相连的阀门，将空气制冷换热器(15)中的制冷剂抽入制冷机组(1)中进行冷却；开启空气压缩机(7)，抽入的空气先进入空气冷却器(8)进行一级制冷，然后进入空气制冷换热器(15)进行二级制冷，制冷后的低温空气进入泡沫发生装置(9)的空气入口(a9)；
③开启制冷机组入口阀组(V1)和制冷机组出口阀组(V2)中与空气泡沫制冷换热器(16)相连的阀门，将空气泡沫制冷换热器(16)中的制冷剂抽入制冷机组(1)中进行冷却；泡沫发生装置(9)产生的空气泡沫进入空气泡沫制冷换热器(16)中进行制冷，现场的低温空气泡沫进入钻机(10)的进水口；
④钻进时，低温空气泡沫液经过钻具(11)和钻头(12)的中心进入孔底口，由环状间隙上返到达地表，通过孔口密封装置(13)进入消泡器(14)进行消泡后流回泥浆池(17)中，以此循环运行直至钻进结束。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410826833.3A CN104675352B (zh) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | 一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410826833.3A CN104675352B (zh) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | 一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104675352A CN104675352A (zh) | 2015-06-03 |
| CN104675352B true CN104675352B (zh) | 2017-02-22 |
Family
ID=53310882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410826833.3A Expired - Fee Related CN104675352B (zh) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | 一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104675352B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104964845B (zh) * | 2015-07-10 | 2017-06-16 | 吉林大学 | 天然气水合物钻探取样模拟井实验装置及实验方法 |
| CN109538140A (zh) * | 2018-12-01 | 2019-03-29 | 湖南达道新能源开发有限公司 | 一种地热钻井用除砂器 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3774701A (en) * | 1971-05-07 | 1973-11-27 | C Weaver | Method and apparatus for drilling |
| US4215753A (en) * | 1978-12-04 | 1980-08-05 | Elwood Champness | Drilling fluid cooling system |
| CN101560870B (zh) * | 2009-05-27 | 2012-11-28 | 西南石油大学 | 泡沫钻井中泡沫基液循环使用系统 |
| CN201607145U (zh) * | 2009-12-01 | 2010-10-13 | 吉林大学 | 同轴泥浆对流换热器 |
| CN101787867B (zh) * | 2010-01-28 | 2012-09-26 | 吉林大学 | 钻井泥浆强制冷却循环系统 |
| CN202266253U (zh) * | 2011-10-13 | 2012-06-06 | 张成海 | 空气泡沫钻井模拟试验装置 |
| CN104131796A (zh) * | 2014-08-12 | 2014-11-05 | 吉林大学 | 一种井底发泡泡沫钻井方法 |
-
2014
- 2014-12-29 CN CN201410826833.3A patent/CN104675352B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104675352A (zh) | 2015-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104061013B (zh) | 一种利用冻结法提高低透煤层渗透性的方法及装置 | |
| CN106837258B (zh) | 一种天然气水合物开采装置和方法 | |
| CN201589481U (zh) | 利用海水制取流化冰的系统 | |
| CN108678724B (zh) | 利用地热开采海洋水合物藏的回型井结构及方法 | |
| US9803626B1 (en) | Thermosiphoning supercritical CO2 in geothermal energy production | |
| CN104533326B (zh) | 一种低温空气泡沫钻进方法 | |
| CN104675352B (zh) | 一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法 | |
| CN105756648A (zh) | 一种煤储层相变改造方法 | |
| CN109931036A (zh) | 石油或天然气开采中地热与油气共采的方法 | |
| CN201794605U (zh) | 利用地热能的矿井工作面降温装置 | |
| CN102692108B (zh) | 用于食品保鲜的冰蓄冷方法及其冰蓄冷系统 | |
| CN204830645U (zh) | 食品级二次载冷剂冷冻系统 | |
| CN111664611A (zh) | 一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置 | |
| CN108278787B (zh) | 一种基于地热开发井的能源高效利用开采设备及方法 | |
| CN201508088U (zh) | 一种流体冰的制备装置及其流化结晶器 | |
| CN208441886U (zh) | 一种0℃以下的井下局部降温制冷装置 | |
| CN104819530A (zh) | 一种具有热管与抽水同管结构的降温系统 | |
| CN206247681U (zh) | 一种钻井泥浆制冷装置 | |
| CN107083985A (zh) | 一种金矿井下降温系统 | |
| CN209652908U (zh) | 一种循环减压器 | |
| CN205841178U (zh) | 一种用于石油钻井泵的高效冷却装置 | |
| CN203130140U (zh) | 矿用冬季降温及矿热利用系统 | |
| CN207006633U (zh) | 一种基于深层地热井供热系统的制冷装置 | |
| CN206694001U (zh) | 一种利用地层热盐水开采天然气水合物的装置 | |
| CN117536673A (zh) | 一种真空制冰浆的矿井降温系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170222 Termination date: 20171229 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |