CN112325669A - 一种钻井液冷却循环装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液冷却循环装置及系统，钻井液冷却循环装置包括进液换热管、中间换热管和出液换热管，中间换热管的两端分别与进液换热管和出液换热管连通，且中间换热管的一端与进液换热管之间、中间换热管的另一端与出液换热管之间均连接有汇流装置，汇流装置设有可拆卸结构。本发明特别适合应用在油基钻井液中，汇流装置对钻井液具有汇流和缓冲作用，换热管被堵塞后可拆开汇流装置及时疏通，使油基钻井液的冷却工作可以顺利进行，确保了钻井过程的持续稳定钻进。
Description
技术领域
本发明属于钻探技术领域，具体涉及一种钻井液冷却循环装置及系统。
背景技术
近年来随着能源需求的增加，深部地热资源(干热岩)与油气资源等的钻井工作量日益增加，高温钻井技术已成为钻井行业发展的制约因素。在地热钻井、超深井钻井过程中，地层温度随深度增加而升高，井底温度可达240℃～260℃或更高，地层温度升高将引起钻井液循环温度升高，循环温度可能达到180℃～200℃。钻井液包括油基钻井液和水基钻井液，油基钻井液是以油作为连续相的钻井液，与水基钻井液相比较，油基钻井液的主要特点是能抗高温，具有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力，润滑性能好，并可有效的减轻对油气储层的损害等。因此油基钻井液常用于深井、超深井、大位移井、水平井以及水敏性粘土层等的钻探。
钻井液在钻进过程中持续高温，将导致钻井液出现高温降解、高温交联、高温解吸附等现象。使得钻井液表面活性降低，出现高温钝化现象，钻井液处理剂效能大幅度下降，丧失热稳定性，同时钻井液流动阻力减小，粘度降低，钻井液中化学反应加剧，聚结稳定性降低。因此，如果钻井液不及时冷却，钻井液的性能将遭到严重破坏，容易造成井内事故频发，影响正常钻进。现有技术中通常采用冷却塔对钻井液进行冷却，冷却塔中采用S形的换热管与喷淋水进行热交换，由于油基钻井液的密度较大，其在S形的换热管中冷却时容易出现沉淀并堵塞换热管，换热管被堵塞后只能更换，其影响了油基钻井液的冷却工作。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种钻井液冷却循环装置。
本发明所采用的技术方案为：一种钻井液冷却循环装置，包括进液换热管、中间换热管和出液换热管，所述中间换热管的两端分别与进液换热管和出液换热管连通，且中间换热管的一端与进液换热管之间、中间换热管的另一端与出液换热管之间均连接有汇流装置，所述汇流装置设有可拆卸结构。
作为可选方式，所述汇流装置包括汇流槽，所述汇流槽的设有开口侧，所述开口侧设有密封板，且密封板与汇流槽可拆卸连接。
作为可选方式，所述密封板与汇流槽通过螺栓连接。
作为可选方式，所述中间换热管包括若干层中间管，且每层中间管均具有若干并排分布的中间管，所述中间管为直管，相邻两层的中间管之间连接有汇流装置；靠近进液换热管的一层中间管通过一汇流槽与进液换热管连通，靠近出液换热管的一层中间管通过另一汇流槽与出液换热管连通。
作为可选方式，所述进液换热管包括若干并排分布的进液管，所述进液管与中间换热管通过一汇流槽连通；所述出液换热管包括若干并排分布的出液管，所述出液管与中间换热管通过另一汇流槽连通，所述进液管和出液管均为直管。
作为可选方式，所述进液换热管的入口端和/或出液换热管的出口端设有汇流装置。
本发明的另一个目的在于提供一种钻井液冷却循环系统，包括上述的钻井液冷却循环装置，还包括冷却塔、喷淋装置和排风装置，所述钻井液冷却循环装置设置在冷却塔内，所述喷淋装置设置在钻井液冷却循环装置的顶部，所述排风装置设置在喷淋装置的顶部。
作为可选方式，所述出液换热管、中间换热管和进液换热管从上向下依次设置。
作为可选方式，所述喷淋装置包括连接管路和多个喷淋头，多个喷淋头分布在连接管路上；所述钻井液冷却循环装置的下方设有集水槽，所述集水槽与连接管路之间连接有循环管道，所述循环管道上设有循环泵。
作为可选方式，所述集水槽上方设有散热填料，集水槽连接有软化补水装置。
作为可选方式，所述排风装置包括排气风机，所述排气风机与喷淋装置之间设有收水器。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种钻井液冷却循环装置，包括进液换热管、中间换热管和出液换热管，中间换热管的一端与进液换热管之间、中间换热管的另一端与出液换热管之间均连接有汇流装置，汇流装置设有可拆卸结构。本发明特别适合应用在油基钻井液中，汇流装置对钻井液具有汇流和缓冲作用，换热管被堵塞后可拆开汇流装置及时疏通，使油基钻井液的冷却工作可以顺利进行，确保了钻井过程的持续稳定钻进。本发明还提供了一种钻井液冷却循环系统，其结构简单、维护方便，而且能够对高温钻井液进行快速循环冷却，及时降低钻井液的温度，避免高温对钻井液表面活性、热稳定性及粘度等性能造成破坏。
附图说明
图1是本发明提供的一种钻井液冷却循环装置的结构示意图；
图2是本发明提供的一种钻井液冷却循环装置中汇流装置的结构示意图；
图3是本发明提供的一种钻井液冷却循环系统的结构示意图；
图4是本发明提供的一种钻井液冷却循环系统的侧视图；
图中：1-进液换热管；2-中间换热管；3-出液换热管；4-汇流装置；5-汇流槽；6-密封板；7-中间管；8-进液管；9-出液管；10-冷却塔；11-连接管路；12-喷淋头；13-集水槽；14-循环管道；15-循环泵；16-散热填料；17-软化补水装置；18-排气风机；19-收水器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种钻井液冷却循环装置，包括进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3，所述中间换热管2的两端分别与进液换热管1和出液换热管3连通，且中间换热管2的一端与进液换热管1之间、中间换热管2的另一端与出液换热管3之间均连接有汇流装置4，所述汇流装置4设有可拆卸结构。进液换热管1的入口端输入高温钻井液，进液换热管1的出口端连接一个汇流装置4，该汇流装置4与中间换热管2的入口端连接，中间换热管2的出口端连接另一个汇流装置4，该汇流装置4与出液换热管3的入口端连接，出液换热管3的出口端用于输出低温钻井液。高温钻井液依次穿过进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3，经过冷却后可以得到低温钻井液，由于汇流装置4具有可拆卸结构，汇流装置4具有汇流和缓冲作用，钻井液可以在汇流装置4的位置形成沉淀，通过可拆卸结构拆开汇流装置4对其进行清理。
在高温钻井液冷却过程中出现沉淀，导致进液换热管1、中间换热管2或出液换热管3被堵塞时，可以将汇流装置4拆开，对进液换热管1、中间换热管2或出液换热管3进行清理，如人工疏通或者用水冲洗等，保证钻井液能够顺利的流动。本发明特别适合应用在油基钻井液中，汇流装置4对钻井液具有汇流和缓冲作用，换热管被堵塞后可拆开汇流装置及时疏通，使油基钻井液的冷却工作可以顺利进行，确保了钻井过程的持续稳定钻进。
在一些实施方式中，所述汇流装置4包括汇流槽5，汇流槽5为方形结构，所述汇流槽5的设有开口侧，所述开口侧设有密封板6，且密封板6与汇流槽5可拆卸连接，优选地，所述密封板6与汇流槽5通过螺栓连接。其中，中间换热管2与密封板6相对设置，进液换热管1的出口端和中间换热管2的入口端均与一个汇流槽5连通，中间换热管2的出口端和出液换热管3的入口端均与另一个汇流槽5连通，取下两密封板6后，可以看到进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3的端口，可以对汇流槽5内部进行清理，也可以用水泵对进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3内部进行冲洗，实现对进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3的疏通。
在一些实施方式中，所述中间换热管2包括多层中间管7，且每层中间管7均具有多根并排分布的中间管7，所述中间管7为直管，相邻两层的中间管7的端部之间连接有汇流装置4；靠近进液换热管1的一层中间管7通过一汇流槽5与进液换热管1连通，靠近出液换热管3的一层中间管7通过另一汇流槽5与出液换热管3连通。中间换热管2具有收尾相连的多层结构，进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3连通后，钻井液形成S形的流向，使得钻井液能够进行充分的冷却，而且中间管7为直管，中间管7端部具有汇流槽5和密封板6的结构，其能够快速有效的对进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3进行疏通，而且其能够容纳的钻井液量较大，提高了钻井液的冷却效率。
在一些实施方式中，所述进液换热管1包括若干并排分布的进液管8，所述进液管8与中间换热管2通过一汇流槽5连通；所述出液换热管3包括若干并排分布的出液管9，所述出液管9与中间换热管2通过另一汇流槽5连通，所述进液管8和出液管9均为直管。优选地，所述进液换热管1的入口端和出液换热管3的出口端设有汇流装置4，在进液换热管1入口端的汇流槽5连接钻井液输入管，在出液换热管3出口端的汇流槽5连接钻井液输出管，整个冷却循环装置维护更加方便，能够有效的解决油基钻井液的密度大造成堵塞的问题，保证油基钻井液能够进行正常冷却。
如图3和图4所示，本实施例还提供了一种钻井液冷却循环系统，包括上述的钻井液冷却循环装置，还包括冷却塔10、喷淋装置和排风装置，所述钻井液冷却循环装置设置在冷却塔10内，所述喷淋装置设置在钻井液冷却循环装置的顶部，所述排风装置设置在喷淋装置的顶部。冷却塔10的塔体结构稳定性好、可承受十二级台风的荷载，可抗十级地震强度。塔体墙护、塔体内钢框架结构、所有构件之间的连接拼装组成。塔内梁柱端面设计和空间布置在充分保证设备整体强度和稳定性前提下、考虑到布水均匀、进风低阻力，维护方便。冷却塔10是利用空气同水的接触(直接或间接)来冷却水的设备，以水为循环冷却剂。喷淋装置喷出冷水到出液换热管3、中间换热管2和进液换热管1表面，从而带走钻井液的热量，产生的热蒸汽通过排风装置排出。本发明的钻井液冷却循环系统结构简单、维护方便，而且能够对高温钻井液进行快速循环冷却，及时降低钻井液的温度，避免高温对钻井液表面活性、热稳定性及粘度等性能造成破坏。
在一些实施方式中，所述出液换热管3、中间换热管2和进液换热管1从上向下依次设置，中间换热管2的层数以及中间管7的数量可以根据实际需求进行设置，优选地，出液换热管3、中间换热管2和进液换热管1一共有12层，每层中间换热管2具有65根中间管7,以提高钻井液的冷却量。喷淋装置的冷却水从上向下落下，钻井液沿着进液换热管1、中间换热管2和出液换热管3从下向上呈S形移动，能够有效地降低钻井液的温度。进液管8、中间管7和出液管9均为不锈钢管，其换热效率高、易维护，不锈钢管尺寸
设计压力为3.0Mp、测验压力1.5Mp、工作压力0.3Mp。
在一些实施方式中，所述喷淋装置包括连接管路11和多个喷淋头12，多个喷淋头12分布在连接管路11上；所述钻井液冷却循环装置的下方设有集水槽13，所述集水槽13与连接管路11之间连接有循环管道14，所述循环管道14上设有循环泵15。集水槽13内盛装软水，通过循环泵15对软水进行循环。喷淋头12采用反射2型喷头，该喷头布水均匀，压力适应范围大，布水均匀，不易堵塞，维修方便，可保证喷淋装置长期安全运行。
在一些实施方式中，所述排风装置包括排气风机18，所述排气风机18与喷淋装置之间设有收水器19。排气风机18由电机、铝合金叶片、不锈钢保护网等组成，电机采用浙江明新的轴流式、风叶铝合金板模压成型，此类型风机经平衡校正、运转平衡、噪音低、风量耗电低，叶片角度为可调式，根据季节可以调节风量，发挥最佳排风效果，节能降耗。不锈钢保护网可以防止树叶、塑料袋等杂物的进入，有效保护风机及设备的安全运行。收水器19采用改性PVC材质高效三维蜂窝收水器，机制挤塑工艺成型，在片材中添加了进口碳黑等改性剂。飘水率0.001％、具有极高的收水效率和极低的空气阻力，将漂水损失控制到小于循环水量的0.001％，最大限度地节约水资源，防止军团病菌的传播。PVC片的氧指数≥32，使用寿命10年以上。
在一些实施方式中，所述集水槽13上方设有散热填料16，集水槽13连接有软化补水装置17，软化补水装置17可以补给软水，软化补水装置17的盐耗是再生一次一升树脂耗盐150克，采用900L罐体的设备反洗一次需要耗盐120KG，其具体结构属于现有技术，在此不再详述。散热填料16采用原生料铸片成型，冷却塔10的喷淋水流经出液换热管3、中间换热管2和进液换热管1后温度升高，依靠重力落入散热填料16缝隙后流速减慢；同时由排气风机18负压带来的干冷空气高速流通散热填料16的间隙，将喷淋水中大部分热量以水蒸气的形式排出冷却塔10；喷淋水温得到显著下降，再由循环泵15将喷淋水均匀的播洒在出液换热管3、中间换热管2和进液换热管1表面。加入散热填料16后具有2个显著的特点：1.喷淋水温比无填料的冷却塔10水温低2-5℃；2.有效减缓出液换热管3、中间换热管2和进液换热管1的结垢速度，且大部分水垢附着在散热填料16上面，方便清洗和维护。
采用本发明的钻井液冷却循环系统可以对油基钻井液迅速降温，油基钻井液的冷却流量为每小时120方到150方，油基钻井液的温度可以从80度降低至30度，采用低温油基钻井液辅助钻进，可以有效的避免钻头高温损坏，提高钻进效率。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种钻井液冷却循环装置，其特征在于，包括进液换热管(1)、中间换热管(2)和出液换热管(3)，所述中间换热管(2)的两端分别与进液换热管(1)和出液换热管(3)连通，且中间换热管(2)的一端与进液换热管(1)之间、中间换热管(2)的另一端与出液换热管(3)之间均连接有汇流装置(4)，所述汇流装置(4)设有可拆卸结构。
2.根据权利要求1所述的钻井液冷却循环装置，其特征在于，所述汇流装置(4)包括汇流槽(5)，所述汇流槽(5)的设有开口侧，所述开口侧设有密封板(6)，且密封板(6)与汇流槽(5)可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的钻井液冷却循环装置，其特征在于，所述中间换热管(2)包括若干层中间管(7)，且每层中间管(7)均具有若干并排分布的中间管(7)，所述中间管(7)为直管，相邻两层的中间管(7)之间连接有汇流装置(4)；靠近进液换热管(1)的一层中间管(7)通过一汇流槽(5)与进液换热管(1)连通，靠近出液换热管(3)的一层中间管(7)通过另一汇流槽(5)与出液换热管(3)连通。
4.根据权利要求3所述的钻井液冷却循环装置，其特征在于，所述进液换热管(1)包括若干并排分布的进液管(8)，所述进液管(8)与中间换热管(2)通过一汇流槽(5)连通；所述出液换热管(3)包括若干并排分布的出液管(9)，所述出液管(9)与中间换热管(2)通过另一汇流槽(5)连通，所述进液管(8)和出液管(9)均为直管。
5.根据权利要求1所述的钻井液冷却循环装置，其特征在于，所述进液换热管(1)的入口端和/或出液换热管(3)的出口端设有汇流装置(4)。
6.一种钻井液冷却循环系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的钻井液冷却循环装置，还包括冷却塔(10)、喷淋装置和排风装置，所述钻井液冷却循环装置设置在冷却塔(10)内，所述喷淋装置设置在钻井液冷却循环装置的顶部，所述排风装置设置在喷淋装置的顶部。
7.根据权利要求6所述的钻井液冷却循环系统，其特征在于，所述出液换热管(3)、中间换热管(2)和进液换热管(1)从上向下依次设置。
8.根据权利要求6所述的钻井液冷却循环系统，其特征在于，所述喷淋装置包括连接管路(11)和多个喷淋头(12)，多个喷淋头(12)分布在连接管路(11)上；所述钻井液冷却循环装置的下方设有集水槽(13)，所述集水槽(13)与连接管路(11)之间连接有循环管道(14)，所述循环管道(14)上设有循环泵(15)。
9.根据权利要求8所述的钻井液冷却循环系统，其特征在于，所述集水槽(13)上方设有散热填料(16)，集水槽(13)连接有软化补水装置(17)。
10.根据权利要求6所述的钻井液冷却循环系统，其特征在于，所述排风装置包括排气风机(18)，所述排气风机(18)与喷淋装置之间设有收水器(19)。
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