CN111664611A - 一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置 - Google Patents

一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111664611A
CN111664611A CN202010372890.4A CN202010372890A CN111664611A CN 111664611 A CN111664611 A CN 111664611A CN 202010372890 A CN202010372890 A CN 202010372890A CN 111664611 A CN111664611 A CN 111664611A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compressor
condenser
turbine
evaporator
cylinder
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.)
Granted
Application number
CN202010372890.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111664611B (zh
Inventor
周文杰
文磊
甘智华
方心骑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN202010372890.4A priority Critical patent/CN111664611B/zh
Publication of CN111664611A publication Critical patent/CN111664611A/zh
Priority to PCT/CN2020/124356 priority patent/WO2021223379A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111664611B publication Critical patent/CN111664611B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

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)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置。目前在石油开采作业中采用高压冷却液对钻具进行冷却，施工和运行难度均较大，无法实现长时间高效运行。本发明包括制冷剂回路和隔热筒。制冷剂回路中的涡轮、压缩机和冷凝器设置在隔热筒外，膨胀机构和蒸发器设置在隔热筒内。涡轮和压缩机设置在抗压筒上方，钻井液驱动涡轮转动，涡轮驱动压缩机工作。冷凝器设置在钻铤与隔热筒之间位置。蒸发器环绕抗压筒外壁设置，对隔热筒内的抗压筒以及内部的随钻电子设备进行冷却。该制冷循环采用正辛烷作为制冷剂。本发明通过制冷循环对是由开采的钻具进行冷却，填补了对石油开采方面的一个技术空缺，满足了如石油钻井随钻仪器等场景的制冷需要。

Description

一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，具体是在石油开采作业中的对钻具的冷却，涉及了一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置。
背景技术
在石油开采作业中，需要利用石油钻井设备从地面开始沿设计轨道钻穿多套地层到达地下数千米深的预定油气层。地球的平均地温梯度为3℃/100m，即从地表开始每深入100米，温度会提高约3摄氏度。以7000～8000m的深井为例，井底温度可达200～250℃。在钻井设备运行过程中，钻具中通过的钻井液受地层温度影响，温度往往高达200℃左右。在钻具结构中，外部为内径较大的钻铤，内部为抗压筒，抗压筒外部有隔热涂层，内部为探管，探管支架上放置随钻仪器。钻井液由钻铤和抗压筒之间的间隙自上而下通过，再从钻铤外部向上回流。随钻电子设备一般安装在钻头附近的抗压筒内，钻头正常工作需要大量钻井液润滑钻头，钻井液由钻铤与抗压筒之间流过。由于探管上的随钻仪器工作温度一般不能超过175℃，而钻井液的温度则高达200℃左右。在这种情况下，若不采取一些措施，单凭抗压筒外部的隔热涂层，是不能长时间隔热，会导致钻具中探管等仪器因长期处于过高工作温度下而损坏、无法正常运行。目前，行业中解决此问题的方法主要有两种：一种是定期更换钻具中的探管等随钻电子元器件，但是这种方法成本过高；另一种是利用高压冷却液(一般是高压水)对钻具中的随钻仪器进行冷却，高压冷却液从地面通过管道运输到地下数千米的的钻头附近，施工和运行难度均较大，存在技术上的困难并且运行成本较高，无法实现长时间高效运行。
发明内容
本发明的目的就是提供一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置，利用高速流动的钻井液驱动制冷循环装置，实现井下不通电情况下完成制冷。
本发明包括涡轮、压缩机、冷凝器、膨胀机构、蒸发器和隔热筒；其中，涡轮、压缩机和冷凝器设置在隔热筒外，膨胀机构和蒸发器设置在隔热筒内。
所述的涡轮和压缩机设置在抗压筒上方，涡轮的转动平面基本垂直于钻井液的流动方向，涡轮与压缩机同轴设置，高速流动的钻井液驱动涡轮转动，涡轮驱动压缩机工作。
所述的冷凝器环绕隔热筒外壁设置，设置在钻铤与隔热筒之间位置；压缩机的出口连接冷凝器的进口，冷凝器的出口通过穿过隔热筒的管路连接膨胀机构的进口。
所述的蒸发器环绕抗压筒外壁设置，对隔热筒内的抗压筒以及内部的随钻电子设备进行冷却；蒸发器的进口连接膨胀机构的出口，蒸发器的出口通过穿过隔热筒的管路连接压缩机的进口。
压缩机、冷凝器、膨胀机构和蒸发器构成供制冷剂循环的制冷剂回路，该制冷循环采用正辛烷作为制冷剂。
本发明通过制冷循环对是由开采的钻具进行冷却，填补了对石油开采方面的一个技术空缺，满足了如石油钻井随钻仪器等场景的制冷需要。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述地实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部地实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，石油开采钻具包括钻铤1和抗压筒2，抗压筒2设置在钻铤1内，抗压筒2内设置有随钻电子设备3。钻井液由地面向下灌入，到达抗压筒2位置，由钻铤1与抗压筒2之间的间隙流过。钻井液通过泥浆泵维持循环，从泥浆泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑，然后再沿钻柱与井壁或套管形成的环形空间向上流动，在到达地面后流入泥浆池，最后进行泥浆泵循环使用。如图1中空心箭头即为钻井液的流向。钻井液在钻铤1内的流速与钻井液的稠度、密度，以及钻井速度有关，工作中钻井液流速极快。
对钻具(尤其是随钻电子设备3)进行冷却的制冷循环装置包括涡轮4、压缩机5、冷凝器6、膨胀机构7、蒸发器8和隔热筒9。其中，涡轮4、压缩机5和冷凝器6设置在隔热筒9外，膨胀机构7和蒸发器8设置在隔热筒6内。
涡轮4和压缩机5设置在抗压筒2上方，涡轮4的转动平面基本垂直于钻井液的流动方向，涡轮4与压缩机5同轴设置，高速流动的钻井液驱动涡轮4转动，涡轮4驱动压缩机5工作。
冷凝器6采用板式冷凝器或管式冷凝器，环绕隔热筒9设置，设置在钻铤1与隔热筒9之间位置。压缩机5的出口连接冷凝器6的进口，冷凝器6的出口通过穿过隔热筒9的管路连接膨胀机构3的进口，膨胀机构3采用膨胀阀或毛细管。
蒸发器8采用盘管式蒸发器，环绕抗压筒2外壁设置，对隔热筒9内的抗压筒2以及内部的随钻电子设备3进行冷却。蒸发器8的进口连接膨胀机构3的出口，蒸发器8的出口通过穿过隔热筒9的管路连接压缩机5的进口。
压缩机5、冷凝器6、膨胀机构7、蒸发器8构成供制冷剂循环的制冷剂回路，该制冷循环采用正辛烷作为制冷循环工质。
图1中制冷剂回路的箭头表示制冷剂正辛烷的走向。压缩机对吸入的制冷剂蒸汽进行压缩，使制冷剂蒸汽成为高温高压的气体的状态并排出。冷凝器作为制冷剂与钻井液进行热交换的液体热交换器。冷凝器将压缩机排出的高温气体制冷剂的热量释放到钻井液中，制冷剂在冷凝器的出口达到高压液体状态。膨胀机构使得流出冷凝器的制冷剂膨胀减压变为低温低压的气体液体混合状态。蒸发器为了获得冷却对象与制冷剂的热交换而维持在设定温度，而使在系统回路中流动的液态制冷剂蒸发而成为气体状的制冷剂。蒸发器中制冷剂吸热蒸发而气化。在蒸发器中，冷却对象(抗压筒2以及内部的随钻电子设备3)通过与制冷剂的热交换而被冷却。
作为制冷剂的正辛烷(n-Octane，分子式C8H18)，为无色透明液体，在常压下沸点为125.6℃，在150℃～250℃下处于过热蒸汽状态，并且正辛烷为有机高分子，具有无极性，无导电性和腐蚀性，用作制冷循环工质能够使系统长时间高效运行。另外，正辛烷绝热膨胀后的焓差值较高，达到100000J/kg，适合做此高温循环的制冷剂。

Claims (5)

1.一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置，其特征在于：包括涡轮、压缩机、冷凝器、膨胀机构、蒸发器和隔热筒；其中，涡轮、压缩机和冷凝器设置在隔热筒外，膨胀机构和蒸发器设置在隔热筒内；
所述的涡轮和压缩机设置在抗压筒上方，涡轮的转动平面基本垂直于钻井液的流动方向，涡轮与压缩机同轴设置，高速流动的钻井液驱动涡轮转动，涡轮驱动压缩机工作；
所述的冷凝器环绕隔热筒外壁设置，设置在钻铤与隔热筒之间位置；压缩机的出口连接冷凝器的进口，冷凝器的出口通过穿过隔热筒的管路连接膨胀机构的进口；
所述的蒸发器环绕抗压筒外壁设置，对隔热筒内的抗压筒以及内部的随钻电子设备进行冷却；蒸发器的进口连接膨胀机构的出口，蒸发器的出口通过穿过隔热筒的管路连接压缩机的进口；
压缩机、冷凝器、膨胀机构和蒸发器构成供制冷剂循环的制冷剂回路。
2.如权利要求1所述的一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置，其特征在于：所述的冷凝器采用板式冷凝器或管式冷凝器。
3.如权利要求1所述的一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置，其特征在于：所述的蒸发器采用盘管式蒸发器。
4.如权利要求1所述的一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置，其特征在于：所述的膨胀机构采用膨胀阀或毛细管。
5.如权利要求1所述的一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置，其特征在于：所述的制冷循环采用正辛烷作为制冷剂。
CN202010372890.4A 2020-05-06 2020-05-06 一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置 Active CN111664611B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010372890.4A CN111664611B (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置
PCT/CN2020/124356 WO2021223379A1 (zh) 2020-05-06 2020-10-28 石油开采钻具循环冷却装置及正辛烷作为制冷剂的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010372890.4A CN111664611B (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111664611A true CN111664611A (zh) 2020-09-15
CN111664611B CN111664611B (zh) 2023-05-09

Family

ID=72383295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010372890.4A Active CN111664611B (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111664611B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112523747A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 中国石油大学(华东) 超高温井随钻仪器电路的无源式冷却设备、仪器及系统
WO2021223379A1 (zh) * 2020-05-06 2021-11-11 杭州电子科技大学 石油开采钻具循环冷却装置及正辛烷作为制冷剂的应用

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2544376A1 (fr) * 1983-04-13 1984-10-19 Inst Francais Du Petrole Methode et dispositif pour effectuer des operations telles que des mesures dans un lieu ou regne une temperature elevee
US5239837A (en) * 1990-10-16 1993-08-31 Northeastern University Hydrocarbon fluid, ejector refrigeration system
CN2464925Y (zh) * 2000-09-01 2001-12-12 天津景宝科技有限公司 一种以涡轮为动力的井下高压喷射钻具
US20020104328A1 (en) * 2001-01-08 2002-08-08 Baker Hughes, Inc. Downhole sorption cooling and heating in wireline logging and monitoring while drilling
WO2003067018A2 (en) * 2002-02-01 2003-08-14 Halliburton Energy Services, Inc. Well system
CN102494428A (zh) * 2011-12-06 2012-06-13 吉林大学 液动潜孔制冷机
CN104338982A (zh) * 2013-08-01 2015-02-11 江苏天工工具有限公司 一种带冷却液通道的钻头
CN104832107A (zh) * 2015-04-29 2015-08-12 成都大漠石油机械有限公司 钻头冷却设备
CN106285463A (zh) * 2016-08-22 2017-01-04 张萍 一种用于地质勘探的智能凿岩设备
CN107339853A (zh) * 2013-12-26 2017-11-10 千代田化工建设株式会社 天然气液化系统和方法
CN107542408A (zh) * 2017-09-18 2018-01-05 杨龙飞 井下液驱动聚能钻具及使用方法
CN208152966U (zh) * 2017-12-01 2018-11-27 中石化石油工程技术服务有限公司 一种钻井系统
CN208845103U (zh) * 2018-08-20 2019-05-10 江苏华展石油机械有限公司 一种石油钻头自冷却装置
CN110344812A (zh) * 2019-06-21 2019-10-18 浙江陆特能源科技股份有限公司 超临界水热多功能中深层油田回注井

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2544376A1 (fr) * 1983-04-13 1984-10-19 Inst Francais Du Petrole Methode et dispositif pour effectuer des operations telles que des mesures dans un lieu ou regne une temperature elevee
US5239837A (en) * 1990-10-16 1993-08-31 Northeastern University Hydrocarbon fluid, ejector refrigeration system
CN2464925Y (zh) * 2000-09-01 2001-12-12 天津景宝科技有限公司 一种以涡轮为动力的井下高压喷射钻具
US20020104328A1 (en) * 2001-01-08 2002-08-08 Baker Hughes, Inc. Downhole sorption cooling and heating in wireline logging and monitoring while drilling
WO2003067018A2 (en) * 2002-02-01 2003-08-14 Halliburton Energy Services, Inc. Well system
CN1628207A (zh) * 2002-02-01 2005-06-15 哈利伯顿能源服务公司 钻井系统
CN102494428A (zh) * 2011-12-06 2012-06-13 吉林大学 液动潜孔制冷机
CN104338982A (zh) * 2013-08-01 2015-02-11 江苏天工工具有限公司 一种带冷却液通道的钻头
CN107339853A (zh) * 2013-12-26 2017-11-10 千代田化工建设株式会社 天然气液化系统和方法
CN104832107A (zh) * 2015-04-29 2015-08-12 成都大漠石油机械有限公司 钻头冷却设备
CN106285463A (zh) * 2016-08-22 2017-01-04 张萍 一种用于地质勘探的智能凿岩设备
CN107542408A (zh) * 2017-09-18 2018-01-05 杨龙飞 井下液驱动聚能钻具及使用方法
CN208152966U (zh) * 2017-12-01 2018-11-27 中石化石油工程技术服务有限公司 一种钻井系统
CN208845103U (zh) * 2018-08-20 2019-05-10 江苏华展石油机械有限公司 一种石油钻头自冷却装置
CN110344812A (zh) * 2019-06-21 2019-10-18 浙江陆特能源科技股份有限公司 超临界水热多功能中深层油田回注井

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.A.雷伊: "《热泵的设计和应用》", 31 December 1985 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021223379A1 (zh) * 2020-05-06 2021-11-11 杭州电子科技大学 石油开采钻具循环冷却装置及正辛烷作为制冷剂的应用
CN112523747A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 中国石油大学(华东) 超高温井随钻仪器电路的无源式冷却设备、仪器及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111664611B (zh) 2023-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101787867B (zh) 钻井泥浆强制冷却循环系统
RU2421666C2 (ru) Труба и система для использования низкотемпературной энергии
CN103306705B (zh) 矿井降温用制冷系统
CN111664611B (zh) 一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置
CN101892964B (zh) 万米单深井重力真空辅助热管循环干热岩发电方法及装置
US11493029B2 (en) Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11905934B2 (en) Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US5509462A (en) Ground source cooling system
CN108150137A (zh) 天然气水合物钻井液冷却装置
US20220316453A1 (en) Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US20090321040A1 (en) Methods and systems for hole reclamation for power generation via geo-saturation of secondary working fluids
Akhmadullin et al. Design and analysis of electric power production unit for low enthalpy geothermal reservoir applications
CN115307384A (zh) 一种用于极地钻井的钻井液智能冷却系统及其工作方法
CN201607145U (zh) 同轴泥浆对流换热器
CN207934862U (zh) 天然气水合物钻井液冷却装置
CN116583072A (zh) 对石油开采随钻电子元器件进行冷却的斯特林制冷装置
CN201858096U (zh) 万米单深井重力真空辅助热管循环干热岩发电装置
CN116489961A (zh) 对石油开采随钻电子元器件进行冷却的脉动热管制冷装置
CN116659110A (zh) 对石油开采钻具电子元器件冷却的逆布雷顿循环制冷装置
CN109577914A (zh) 一种井下高温环境中的主动冷却系统及方法
CN201522138U (zh) 一种以冻结管为地下换热器的热泵装置
CN111692781A (zh) 正辛烷在对钻具进行冷却的制冷循环中作为制冷剂的应用
WO2021223379A1 (zh) 石油开采钻具循环冷却装置及正辛烷作为制冷剂的应用
CN112523747B (zh) 超高温井随钻仪器电路的无源式冷却设备、仪器及系统
CN111964286A (zh) 超长重力循环管地热供暖装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant