CN114427796A - 一种用于泥浆冷却的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于泥浆冷却的系统及方法，其中该系统包括泥浆冷却罐，泥浆冷却罐内设有隔板，隔板上设有热管，隔板将泥浆冷却罐分隔成冷却腔和加热腔，热管的蒸发段位于冷却腔内，热管的冷凝段位于加热腔内。冷却腔的其中一侧设有便于泥浆流入的泥浆进口，冷却腔的另一侧设有便于泥浆流出的泥浆出口。加热腔上与泥浆出口相同的一侧设有便于冷却水流入的冷却水进口，加热腔的另一侧设有便于冷却水流出的冷却水出口。本发明提供的系统及方法，以模块化运输和组装的方式，灵活与井场钻井液循环系统配套使用，通过尺寸运转，达到持续有效降低泥浆入井温度的效果，从而改善井底高温，提高井眼稳定性，避免井底高温对井下测量工具造成的不良影响。

Description

一种用于泥浆冷却的系统及方法

技术领域

本发明属于油气井钻井技术领域，具体涉及一种用于泥浆的冷却系统及方法。

背景技术

随着石油钻井技术的发展，深井、超深井、高温高压井技术已成为石油钻井行业的重要发展趋势，然而由于深度的增加，在钻井过程中也面临着新的问题。据实测，当井深超过7000m时，井底温度可达到200℃，同时钻具切屑岩石、钻杆与井壁摩擦也会产生大量的热，这些热量会不断的传递给泥浆，使井内泥浆温度过高。泥浆大幅度的升温不仅影响了泥浆性能，而且降低了井下工具的使用寿命，影响测量仪器的正常使用，另一方面，返回地面的钻井泥浆温度过高也对钻井作业的安全性带来了威胁。目前在钻井施工作业中，对泥浆降温的手段通常为在施工时中延长泥浆槽路径，使泥浆在循环中自然冷却，这种方式受场地条件和环境影响大，冷却效果差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于泥浆的冷却系统及方法，用于深井、高温井中，通过将高温泥浆冷却系统与井场钻井液循环系统配套使用，通过泥浆冷却罐中的热管，快速高效地将高温泥浆中的热量传递至冷却水中，从而实现高温泥浆的降温作用。泥浆冷却罐内部冷却水与高温泥浆流动方向相反，能够进一步提高换热效率。同时通过使用蒸发冷却技术的冷却塔，持续对吸热升温后的冷却水进行降温。高温泥浆冷却循环与冷却水循环系统同步运转，达到对高温泥浆的持续降温效果，大幅降低泥浆入井温度，从而降低井筒及井底温度，满足深井、高温井条件下井下测量工具安全工作的需求。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于泥浆冷却的系统，包括泥浆冷却罐。其中，泥浆冷却罐内设有隔板，隔板上设有均匀间隔布置的热管，隔板将泥浆冷却罐分隔成冷却腔和加热腔，热管的蒸发段位于冷却腔内，热管的冷凝段位于加热腔内。冷却腔的其中一侧设有便于泥浆流入的泥浆进口，冷却腔的另一侧设有便于泥浆流出的泥浆出口。加热腔上与泥浆出口相同的一侧设有便于冷却水流入的冷却水进口，加热腔的另一侧设有便于冷却水流出的冷却水出口。

根据本发明的用于泥浆冷却的系统，通过将高温泥浆冷却系统连接在井场钻井液循环系统中，高温泥浆通过泥浆循环管线从泥浆进口进入泥浆冷却罐的冷却腔内，经泥浆冷却罐内热管吸热后将至目标温度并排出泥浆冷却罐外，通过泥浆循环管线进入井筒内。低温冷却水从与泥浆出口相同的一侧进入泥浆冷却罐的加热腔内，是内部冷却水与泥浆流动方向相反，通过热管的蒸发段进行换热提取热量后温度升高，从冷却水出口流出，达到持续降低泥浆入井温度的效果。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步地改进。

根据本发明的用于泥浆冷却的系统，在一个优选的实施方式中，冷却腔上设有自循环装置，自循环装置包括两端分别与冷却腔连接的自循环管，自循环管上设有自循环泵。

通过设置自循环装置，自循环泵能够为泥浆自循环提供动力，能够实现泥浆内部自循环，改善流态，促使高温泥浆与热管充分接触从而进一步提高换热效率。

具体地，在一个优选的实施方式中，自循环装置还包括孔板，孔板位于冷却腔内并将冷却腔分割成大小不同的两个腔体，自循环管的两端分别与两个腔体连接。

通过设置孔板，能够进一步改善流态和流速，从而进一步促使高温泥浆与热管充分接触。

具体地，在另一个优选的实施方式中，自循环管的其中一端设有喷口，喷口方向朝上且均匀布置在泥浆冷却罐的底部。

自循环管进口插入泥浆内，用于吸入泥浆实现自循环，自循环管出口采用喷口组形式，在泥浆冷却罐的底部均匀排布，喷口方向朝上，并在底部将泥浆喷出，由此实现泥浆内部自循环，改善流态，优化传热。

进一步地，在一个优选的实施方式中，冷却腔底部设有沉砂装置，沉砂装置包括沉砂板，沉砂板的顶面呈倾角的方式布置，冷却腔上与沉砂板厚度小的一侧对应的外侧面上靠近底部的位置设有除砂孔。

通过设置沉砂装和除砂口配合，能够有效收集和排放冷却腔内的泥砂，提高系统的可靠性和使用寿命。

进一步地，在一个优选的实施方式中，泥浆出口和冷却水出口处均设有循环泵。

通过设置循环泵，能够为泥浆和冷却水的循环提供动力，有效增加冷却效率。

进一步地，在一个优选的实施方式中，冷却水进口和冷却水出口之间在泥浆冷却罐外通过冷却水循环管线互相连接，并且冷却水循环管线上设有散热装置。

升温后的冷却水输送至散热装置，在空气中经蒸发冷却过程，待冷却水降温后再次输送进入泥浆冷却罐的加热腔内，以此循环，从而达到持续降低泥浆入井温度的效果。

进一步地，在一个优选的实施方式中，散热装置包括冷却塔。

散热装置采用蒸发冷却技术的冷却塔，以最节能环保的方式实现末端散热，在气候干燥地区有良好的应用效果和经济效益。

进一步地，在一个优选的实施方式中，泥浆冷却罐的顶部为活动式顶板结构。

将泥浆冷却罐设置为开式结构，顶部为活动式顶板，可轻松拆卸，从而便于整个系统的安装和维护。

具体地，在一个优选的实施方式中，泥浆进口和泥浆出口处分别与互不相连的泥浆循环管线连接。

通过设置泥浆循环管线，能够有效实现泥浆的循环流动。

根据本发明第二方面的用于泥浆冷却的方法，采用上述所述的系统实施，具体包括如下步骤：S01、安装上述所述的系统。S02、将高温泥浆通过泥浆进口送至冷却腔内，与热管的蒸发段接触，将热量传递给从冷却水进口流入加热腔与热管的冷凝段接触的低温冷却水进行降温，降温后的泥浆通过泥浆出口流出，进入井场钻井液循环系统中。S03、升温后的冷却水经冷却水出口流出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)将用于泥浆冷却的系统与井场钻井液循环系统配套使用，可有效降低泥浆入井温度，从而改善井底高温，提高井眼稳定性，避免井底高温对井下测量工具造成的不良影响。(2)用于泥浆冷却的系统的核心换热单元，利用热管作为高温泥浆和冷却水的热传递介质，实现高效快速泥浆冷却，提供一套适用于高温泥浆的非单一、宽流道冷却装置，具有热传导迅速、热交换效率高、便于维护的特点。(3)用于泥浆冷却的系统采用模块化设计，可依据需求灵活接入现场钻井工艺中，在有限路径下实现高温泥浆的快速冷却，同时对钻井流程无任何影响。(4)散热装置采用蒸发冷却技术的冷却塔，以最节能环保的方式实现末端散热，在气候干燥地区有良好的应用效果和经济效益。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例的用于泥浆冷却柱的系统的整体框架结构；

图2示意性显示了本发明实施例的冷却罐的整体结构；

图3示意性显示了本发明实施例的冷却罐的自循环装置的其中一种结构；

图4示意性显示了本发明实施例的冷却罐的自循环装置的另一种结构。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例的用于泥浆冷却柱的系统的整体框架结构。图2示意性显示了本发明实施例的冷却罐的整体结构。图3示意性显示了本发明实施例的冷却罐的自循环装置的其中一种结构。图4示意性显示了本发明实施例的冷却罐的自循环装置的另一种结构。

实施例1

如图1所示，本发明实施例的用于泥浆冷却的系统10，包括泥浆冷却罐1。其中，泥浆冷却罐1内设有隔板2，隔板2上设有均匀间隔布置的热管3，隔板2将泥浆冷却罐1分隔成冷却腔11和加热腔12，热管3的蒸发段31位于冷却腔11内，热管3的冷凝段32位于加热腔12内。冷却腔11的其中一侧设有便于泥浆流入的泥浆进口111，冷却腔11的另一侧设有便于泥浆流出的泥浆出口112。加热腔12上与泥浆出口112相同的一侧设有便于冷却水流入的冷却水进口121，加热腔12的另一侧设有便于冷却水流出的冷却水出口122。

根据本发明实施例的用于泥浆冷却的系统，通过将高温泥浆冷却系统连接在井场钻井液循环系统中，高温泥浆通过泥浆循环管线从泥浆进口进入泥浆冷却罐的冷却腔内，经泥浆冷却罐内热管吸热后将至目标温度并排出泥浆冷却罐外，通过泥浆循环管线进入井筒内。低温冷却水从与泥浆出口相同的一侧进入泥浆冷却罐的加热腔内，是内部冷却水与泥浆流动方向相反，通过热管的蒸发段进行换热提取热量后温度升高，从冷却水出口流出，达到持续降低泥浆入井温度的效果。

进一步地，如图1所示，在本实施例中，泥浆出口112和冷却水出口122处均设有循环泵13。通过设置循环泵，能够为泥浆和冷却水的循环提供动力，有效增加冷却效率。具体地，在本实施例中，泥浆进口111和泥浆出口112处分别与互不相连的泥浆循环管线14连接。通过设置泥浆循环管线，能够有效实现泥浆的循环流动。

如图1所示，具体地，在本实施例中，冷却水进口121和冷却水出口122之间在泥浆冷却罐1外通过冷却水循环管线15互相连接，并且冷却水循环管线15上设有散热装置4。升温后的冷却水输送至散热装置，在空气中经蒸发冷却过程，待冷却水降温后再次输送进入泥浆冷却罐的加热腔内，以此循环，从而达到持续降低泥浆入井温度的效果。进一步地，在本实施例中，散热装置4包括冷却塔。散热装置采用蒸发冷却技术的冷却塔，以最节能环保的方式实现末端散热，在气候干燥地区有良好的应用效果和经济效益。

进一步地，在本实施例中，泥浆冷却罐1的顶部为活动式顶板结构，顶板由钢材质制成。将泥浆冷却罐设置为开式结构，顶部为活动式顶板，可轻松拆卸，从而便于整个系统的安装和维护。具体地，在本实施例中，隔板为钢板，垂直于泥浆冷却罐1底面及内壁面上。

如图3和图4所示，本发明实施例的用于泥浆冷却的系统10，冷却腔11上设有自循环装置5，自循环装置5包括两端分别与冷却腔11连接的自循环管51，自循环管51上设有自循环泵52。通过设置自循环装置，自循环泵能够为泥浆自循环提供动力，能够实现泥浆内部自循环，改善流态，促使高温泥浆与热管充分接触从而进一步提高换热效率。

具体地，如图3所示，在一个优选的实施方式中，自循环装置5还包括孔板53，孔板53位于冷却腔11内并将冷却腔11分割成大小不同的两个腔体，自循环管51的两端分别与两个腔体连接。通过设置孔板，能够进一步改善流态和流速，从而进一步促使高温泥浆与热管充分接触。孔板53与泥浆冷却罐1的两侧面平行设置，且靠近泥浆进口111的位置并固定在冷却腔11的底部。孔板53与冷却腔11等宽、高度略小于冷却腔11的深度。

具体地，如图4所示，在另一个优选的实施方式中，自循环管51的其中一端设有喷口54，喷口54方向朝上且均匀布置在泥浆冷却罐1的底部。自循环管进口插入泥浆内，用于吸入泥浆实现自循环，自循环管出口采用喷口组形式，在泥浆冷却罐的底部均匀排布，喷口方向朝上，并在底部将泥浆喷出，由此实现泥浆内部自循环，改善流态，优化传热。

进一步地，在本实施例中，如图2所示，冷却腔11底部设有沉砂装置6，沉砂装置6包括沉砂板61，沉砂板61的顶面呈倾角的方式布置，冷却腔11上与沉砂板61厚度小的一侧对应的外侧面上靠近底部的位置设有除砂孔62。通过设置沉砂装和除砂口配合，能够有效收集和排放冷却腔内的泥砂，提高系统的可靠性和使用寿命。具体对，沉砂板61为钢结构，垂直截面呈“W”字结构，且整体朝冷却罐的内壁倾斜布置。除砂口62的位置与沉砂板61厚度小的一侧对应，并带有密封盖，使用时打开密封盖并配合螺杆泵及除砂管将泥砂抽出，除砂口尺寸大于除砂管直径，便于收集并排放泥砂。

实施例2

根据本发明实施例的用于泥浆冷却的方法，采用上述所述的系统10实施，具体包括如下步骤：S01、安装上述所述的系统。S02、将高温泥浆通过泥浆进口送至冷却腔内，与热管的蒸发段接触，将热量传递给从冷却水进口流入加热腔与热管的冷凝段接触的低温冷却水进行降温，降温后的泥浆通过泥浆出口流出，进入井场钻井液循环系统中。S03、升温后的冷却水经冷却水出口流出，并由循环泵井冷却水管线输送至散热装置，完成蒸发冷却后，回流至泥浆冷却罐的加热腔内。S04、与步骤S02同步开启自循环装置。S05、通过沉砂装置收集并排放泥砂。

显然，由于采用了上述系统实施，从而使得本发明实施例的用于泥浆冷却的方法可有效降低泥浆入井温度，从而改善井底高温，提高井眼稳定性，避免井底高温对井下测量工具造成的不良影响。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的用于泥浆冷却的系统及方法，以模块化运输和组装的方式，灵活与井场钻井液循环系统配套使用，通过尺寸运转，达到持续有效降低泥浆入井温度的效果，从而改善井底高温，提高井眼稳定性，避免井底高温对井下测量工具造成的不良影响。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于泥浆冷却的系统，其特征在于，包括泥浆冷却罐；其中，

所述泥浆冷却罐内设有隔板，所述隔板上设有均匀间隔布置的热管，所述隔板将泥浆冷却罐分隔成冷却腔和加热腔，所述热管的蒸发段位于所述冷却腔内，所述热管的冷凝段位于所述加热腔内；

所述冷却腔的其中一侧设有便于泥浆流入的泥浆进口，所述冷却腔的另一侧设有便于泥浆流出的泥浆出口；

所述加热腔上与所述泥浆出口相同的一侧设有便于冷却水流入的冷却水进口，所述加热腔的另一侧设有便于冷却水流出的冷却水出口。

2.根据权利要求1所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述冷却腔上设有自循环装置，所述自循环装置包括两端分别与所述冷却腔连接的自循环管，所述自循环管上设有自循环泵。

3.根据权利要求2所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述自循环装置还包括孔板，所述孔板位于所述冷却腔内并将所述冷却腔分割成大小不同的两个腔体，所述自循环管的两端分别与两个腔体连接。

4.根据权利要求2所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述自循环管的其中一端设有喷口，所述喷口方向朝上且均匀布置在所述泥浆冷却罐的底部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述冷却腔底部设有沉砂装置，所述沉砂装置包括沉砂板，所述沉砂板的顶面呈倾角的方式布置，所述冷却腔上与所述沉砂板厚度小的一侧对应的外侧面上靠近底部的位置设有除砂孔。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述泥浆出口和所述冷却水出口处均设有循环泵。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述冷却水进口和所述冷却水出口之间在所述泥浆冷却罐外通过冷却水循环管线互相连接，并且所述冷却水循环管线上设有散热装置。

8.根据权利要求7所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述散热装置包括冷却塔。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的用于泥浆冷却的系统，其特征在于，所述泥浆冷却罐的顶部为活动式顶板结构。

10.一种用于泥浆冷却的方法，采用权利要求1至9中任一项所述的系统实施，其特征在于，具体包括如下步骤：

S01、安装上述权利要求1至9中任一项所述的系统；

S02、将高温泥浆通过泥浆进口送至冷却腔内，与热管的蒸发段接触，将热量传递给从冷却水进口流入加热腔与热管的冷凝段接触的低温冷却水进行降温，降温后的泥浆通过泥浆出口流出，进入钻井循环中；

S03、升温后的冷却水经冷却水出口流出。

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