CN114776239A - 一种高温钻井液冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温钻井液冷却系统，属于钻井领域，包括钻井液冷却系统泵、钻井液第一冷却系统、钻井液第二冷却系统以及参数监测与控制系统。参数监测与控制系统通过对高温钻井液冷却系统内阀门的控制，根据钻进过程中冷却需求的不同可在三种冷却方式之间进行切换，三种方式分别为：仅使用钻井液第一冷却系统对高温钻井液进行一级冷却；仅使用钻井液第二冷却系统对高温钻井液进行一级冷却；钻井液第一冷却系统与钻井液第二冷却系统联合进行二级冷却；本发明提出的高温钻井液冷却系统在对高温钻井液进行冷却的过程中不仅降低泥浆冷却过程中所需的能耗，还可满足高温钻井液多种冷却需求，将钻井液降低至室温以下，适应多种钻进作业要求。

Description

一种高温钻井液冷却系统

技术领域

本发明属于钻井领域，具体地，涉及一种高温钻井液冷却系统。

背景技术

随着社会经济的持续发展，能源需求的不断增加，地热钻井、干热岩钻井、超深石油钻井和科学钻井已经成为未来的发展方向。地层的温度随着钻井的深度增加而逐渐升高，这些钻井由于地温梯度较大或者钻井深度较深，井底温度可达到240℃～260℃或更高，而钻井液在地层高温的影响下，每次循环后温度会有一定升高，经过多次循环后温度可能超过180℃。高温会造成钻井液的性能密度、黏度、渗透性、滤失量等发生变化，导致携粉、护壁和润滑等功能失效；影响井下机械钻具及其他导向传动和测量工具的稳定性，使得设备机械性能变差，密封件性能降低，使用寿命缩短；对地面设备造成危害，还容易对钻井液操作人员造成烫伤等。目前主要通过研究耐高温钻井液和耐高温钻具来解决以上问题，但其成本大幅增加，而且无法解决所有问题。

因此，采用钻井液冷却技术，对钻井液每次循环进行冷却，将钻井液温度控制在一定范围内，为安全钻井提供重要保障。目前，在高温钻井液冷却方法内可归纳为自然冷却和强制冷却两类，但都存在一定的局限性，其中自然冷却法降温效率和温度都受环境温度的影响巨大，冷却能力有限；强制冷却法的冷量来源于制冷机，降温能力较强，但能耗巨大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供了一种高温钻井液冷却系统，旨在节能、高效的降低钻井液温度。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：一种高温钻井液冷却系统，其特征在于：所述高温钻井液冷却系统的进口通过管路A与第一钻井液罐连接，高温钻井液冷却系统的出口通过管路B与第二钻井液罐连接，高温钻井液冷却系统包括钻井液冷却系统泵、钻井液第一冷却系统、钻井液第二冷却系统以及参数监测与控制系统；

所述钻井液冷却系统泵的入口连接有管路G，且管路G与管路A连接，钻井液冷却系统泵的出口连接有管路K，同时管路K远离钻井液冷却系统泵的一端并联连接有两个分支管路，分别为管路C和管路H，且管路C远离管路K的一端与钻井液第一冷却系统的入口连接，管路H远离管路K的一端分别与管路J和管路E连接；所述钻井液第一冷却系统的出口连接有管路D，管路D和管路J均与管路I连接，同时所述管路I与管路B连接；所述钻井液第二冷却系统的入口与管路E连接，钻井液第二冷却系统的出口与管路F连接，同时管路F与管路B连接；

其中，钻井液第一冷却系统包括至少两个冷却塔，且至少两个冷却塔采取并联的方式进行布置；钻井液第二冷却系统包括换热器和载冷剂循环系统，换热器数量至少为两个，通过控制设置于换热器之间连接管路上的阀门的开关对所述至少两个换热器之间的连接关系进行调节，使所述至少两个换热器在串联和并联之间进行切换；所述载冷剂循环系统与换热器连接；

其中，管路G、管路C、管路H、管路J、管路E、管路I和管路F上均设置有阀门，并在管路G上还设置有温度传感器和流量计，在管路E上还设置有流量计，在管路F上还设置有温度传感器；

所述参数监测与控制系统与所述高温钻井液冷却系统中的钻井液冷却系统泵以及所有的温度传感器、流量计、阀门连接。

进一步，所述钻井液冷却系统泵为泥浆泵。

进一步，所述钻井液第一冷却系统包括一号冷却塔、二号冷却塔、三号冷却塔和钻井液循环管路，钻井液第一冷却系统中的钻井液循环管路包括管路一、管路二、管路三、管路四、管路五和管路六，钻井液第一冷却系统中的钻井液循环管路布置方式为：管路一和管路二分别连接到一号冷却塔的入口和出口，管路三和管路四分别连接到二号冷却塔的入口和出口，管路五和管路六分别连接到三号冷却塔的入口和出口，且管路一、管路三、管路五和所述管路C连通，管路二、管路四、管路六和管路D联通，并在管路一、管路三和管路五上均设置有阀门、流量计和温度传感器，管路二、管路四和管路六上均设置有冷却塔钻井液泵、温度传感器、流量计和阀门，且所有的阀门、流量计、温度传感器以及冷却塔钻井液泵都和参数监测与控制系统连接。

进一步，所述载冷剂循环系统包括载冷剂箱、载冷剂循环泵、制冷机组和载冷剂循环管路，载冷剂循环泵连接在载冷剂箱和制冷机组之间，载冷剂循环泵和制冷机组均与参数监测与控制系统连接，载冷剂循环管路用于将载冷剂箱、载冷剂循环泵、制冷机组以及钻井液第二冷却系统中的换热器相互连通，形成载冷剂循环回路。

进一步，所述钻井液第二冷却系统包括一号换热器、二号换热器、载冷剂循环系统和钻井液循环管路，一号换热器具有一号换热器壳程A口、一号换热器壳程B口、一号换热器管程A口和一号换热器管程B口，二号换热器具有二号换热器壳程A口、二号换热器壳程B口、二号换热器管程A口和二号换热器管程B口；钻井液第二冷却系统中的钻井液循环管路包括管路七、管路八、管路九、管路十、管路十一、管路十二、管路十三和管路十四，钻井液第二冷却系统中的钻井液循环管路布置方式为：管路七与一号换热器壳程A口连通，管路八与一号换热器壳程B口连通；管路九与二号换热器壳程A口连接，管路十与二号换热器壳程B口连接；管路十一、管路十二和管路九连通，同时管路十二、管路七与所述管路E连通；管路十三的一端与所述管路F连通，管路十三的另一端分别与管路十、管路十四连接；管路八、管路十一和管路十四连通；所述载冷剂循环系统包括载冷剂箱、载冷剂循环泵、制冷机组和载冷剂循环管路，载冷剂循环系统中的载冷剂循环管路包括管路十五、管路十六、管路十七、管路十八、管路十九、管路二十、管路二十一和管路二十二，载冷剂循环系统中的载冷剂循环管路布置方式为：管路十五连接在载冷剂箱和载冷剂循环泵之间，管路十六连接在载冷剂循环泵和制冷机组之间；管路十七的一端与制冷机组连接，另一端分别与管路十八、管路十九连通；管路十八与一号换热器管程A口连通；管路二十与一号换热器管程B口连通；管路十九与二号换热器管程A口连通；管路二十一与二号换热器管程B口连通，管路二十二的一端与载冷剂箱连接，另一端分别与管路二十、管路二十一连通；

其中，管路七、管路十二、管路十八和管路十九上均设置有阀门、温度传感器和流量计；管路十、管路十六、管路二十和管路二十一上均设置有阀门和温度传感器；管路十一和管路十四上均设置阀门；管路八、管路十五和管路二十二上均设置有温度传感器；管路十七上设置有温度传感器和流量计，且所有的阀门、流量计、温度传感器以及载冷剂循环泵都和参数监测与控制系统连接。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明针对地热钻井、石油深井、科学钻井工程中的技术难点，解决由于钻井液温度过高造成的钻井液成本增加，施工安全隐患大的问题，将钻井泥浆维持在一个相对稳定的、较低的温度，以降低泥浆配方的温度要求，将有效减少成本，降低施工人员和设备的安全风险。

2、本发明综合了冷却塔和换热器的优势，在对高温钻井液进行冷却的过程中不仅降低泥浆冷却过程中所需的能耗，还可满足高温钻井液多种冷却需求，将钻井液降低至室温以下，适应多种钻进作业要求。

3、本发明还可通过参数监测与控制系统对所述高温钻井液冷却系统系统内的各个部分实现温度与流量的监测与控制。

附图说明

图1为本发明钻井液循环示意图；

图2为本发明高温钻井液冷却系统示意图；

图3为本发明钻井液第一冷却系统示意图；

图4为本发明钻井液第二冷却系统示意图。

图中各标记如下：1-管路A，2-第一钻井液罐，3-管路B，4-第二钻井液罐，5-钻井液冷却系统泵，6-钻井液第一冷却系统，7-钻井液第二冷却系统，8-参数监测与控制系统，9-管路G，10-管路K，11-管路C，12-管路H，13-管路J，14-管路E，15-管路D，16-管路I，17-管路F，18-一号冷却塔，19-二号冷却塔，20-三号冷却塔，21-管路一，22-管路二，23-管路三，24-管路四，25-管路五，26-管路六，27-一号换热器，28-二号换热器，29-一号换热器壳程A口，30-一号换热器壳程B口，31-一号换热器管程A口，32-一号换热器管程B口，33-二号换热器壳程A口，34-二号换热器壳程B口，35-二号换热器管程A口，36-二号换热器管程B口，37-管路七，38-管路八，39-管路九，40-管路十，41-管路十一，42-管路十二，43-管路十三，44-管路十四，45-管路十五，46-载冷剂箱，47-载冷剂循环泵，48-制冷机组，49-管路十六，50-管路十七，51-管路十八，52-管路十九，53-管路二十，54-管路二十一，55-管路二十二，56-阀门一，57-阀门二，58-阀门三，59-阀门四，60-阀门五，61-阀门六，62-阀门七，63-阀门八，64-阀门九，65-阀门十，66-冷却塔钻井液泵一，67-冷却塔钻井液泵二，68-冷却塔钻井液泵三，69-阀门十一，70-阀门十二，71-阀门十三，72-阀门十四，73-阀门十五，74-阀门十六，75-阀门十七，76-阀门十八，77-阀门十九，78-阀门二十，79-阀门二十一，80-阀门二十二，81-阀门二十三。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“一号”、“二号”和“三号”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提出了一种高温钻井液冷却系统可将钻井过程中排出的80℃～100℃的高温钻井液冷却至30℃以下。

实施例1

图1示出了钻井液循环路径，钻井井口上返的高温钻井液经固控系统处理后进入第一钻井液罐2，并将第一钻井液罐2中储存的高温钻井液泵入本发明所设计的高温钻井液冷却系统，所述高温钻井液冷却系统对高温钻井液进行冷却，钻井液冷却后输送至第二钻井液罐4进行储存，再由钻机的钻井液泵送入钻井中至此完成一个循环。

如图2所示，所述高温钻井液冷却系统的进口通过管路A1与第一钻井液罐2连接，高温钻井液冷却系统的出口通过管路B3与第二钻井液罐4连接，高温钻井液冷却系统包括钻井液冷却系统泵5、钻井液第一冷却系统6、钻井液第二冷却系统7以及参数监测与控制系统8。

继续参见图2，所述第一钻井液罐2用于储存高温钻井液，所述钻井液冷却系统泵5用于将第一钻井液罐2中的高温钻井液输送进本发明提出的高温钻井液冷却系统中，所述第二钻井液罐4用于储存被本发明提出的高温钻井液冷却系统冷却过的钻井液，其中钻井液冷却系统泵5为泥浆泵。

所述钻井液冷却系统泵5的入口连接有管路G9，且管路G9与管路A1连接，钻井液冷却系统泵5的出口连接有管路K10，同时管路K10远离钻井液冷却系统泵5的一端并联连接有两个分支管路，分别为管路C11和管路H12，且管路C11远离管路K10的一端与钻井液第一冷却系统6的入口连接，管路H12远离管路K10的一端分别与管路J13和管路E14连接；所述钻井液第一冷却系统6的出口连接有管路D15，管路D15和管路J13均与管路I16连接，同时所述管路I16与管路B3连接；所述钻井液第二冷却系统7的入口与管路E14连接，钻井液第二冷却系统7的出口与管路F17连接，同时管路F17与管路B3连接；其中，管路G9、管路C11、管路H12、管路J13、管路E14、管路I16和管路F17上均设置有阀门，并在管路G9上还设置有温度传感器和流量计，在管路E14上还设置有流量计，在管路F17上还设置有温度传感器，且所有的阀门、流量计以及温度传感器都和参数监测与控制系统8连接；为了便于描述，需要说明的是，设置在管路G9上的阀门称为阀门一56、设置在管路C11上的阀门称为阀门二57、设置在管路H12上的阀门称为阀门三58、设置在管路J13上的阀门称为阀门四59、设置在管路E14上的阀门称为阀门五60、设置在管路I16上的阀门称为阀门六61以及设置在管路F17上的阀门称为阀门七62，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图3所示，所述钻井液第一冷却系统6包括一号冷却塔18、二号冷却塔19、三号冷却塔20和钻井液循环管路。

继续参见图3，钻井液第一冷却系统6中的钻井液循环管路布置方式为：管路一21和管路二22分别连接到一号冷却塔18的入口和出口，管路三23和管路四24分别连接到二号冷却塔19的入口和出口，管路五25和管路六26分别连接到三号冷却塔20的入口和出口，且管路一21、管路三23、管路五25和所述管路C11连通，管路二22、管路四24、管路六26和管路D15联通，并在管路一21、管路三23和管路五25上均设置有阀门、流量计和温度传感器，管路二22、管路四24和管路六26上均设置有冷却塔钻井液泵、温度传感器、流量计和阀门，且所有的阀门、流量计、温度传感器以及冷却塔钻井液泵都和参数监测与控制系统8连接。为了便于描述，需要说明的是，设置在管路一21、管路三23和管路五25上的阀门分别称为阀门八63、阀门九64和阀门十65，设置在管路二22、管路四24和管路六26上的冷却塔钻井液泵分别称为冷却塔钻井液泵一66、冷却塔钻井液泵二67和冷却塔钻井液泵三68，设置在管路二22、管路四24和管路六26上的阀门分别称为阀门十一69、阀门十二70和阀门十三71，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所述钻井液第一冷却系统6中的冷却塔为钻井液与空气进行换热的场所。

所述钻井液第一冷却系统6中，冷却塔在钻井液循环管路中采取并联的方式进行布置，满足所述高温钻井液冷却系统对不同钻井液冷却流量的要求。

如图4所示，所述钻井液第二冷却系统7包括一号换热器27、二号换热器28、载冷剂循环系统和钻井液循环管路。

继续参见图4，所述钻井液第二冷却系统7中换热器为钻井液与载冷剂进行换热的场所，钻井液进入换热器的壳程，载冷剂进入换热器的管程，换热器壳程中的钻井液与换热器管程中的载冷剂热交换，以达到降温的目的。一号换热器27具有一号换热器壳程A口29、一号换热器壳程B口30、一号换热器管程A口31和一号换热器管程B口32，二号换热器28具有二号换热器壳程A口33、二号换热器壳程B口34、二号换热器管程A口35和二号换热器管程B口36。

继续参见图4，所述钻井液第二冷却系统7中的钻井液循环管路布置方式为：管路七37与一号换热器壳程A口29连通，管路八38与一号换热器壳程B口30连通；管路九39与二号换热器壳程A口33连接，管路十40与二号换热器壳程B口34连接；管路十一41、管路十二42和管路九39连通，管路十二42、管路七37与所述管路E14连通；管路十三43的一端与所述管路F17连通，管路十三43的另一端分别与管路十40、管路十四44连接；管路八38、管路十一41和管路十四44连通。

继续参见图4，所述载冷剂循环系统与换热器连接，载冷剂循环系统包括载冷剂箱46、载冷剂循环泵47、制冷机组48和载冷剂循环管路，载冷剂循环泵47连接在载冷剂箱46和制冷机组48之间，载冷剂箱46用于储存载冷剂，载冷剂循环泵47用于将载冷剂从载冷剂箱46输送至制冷机组48，制冷机组48用于给载冷剂降温。

继续参见图4，所述载冷剂循环系统中的载冷剂循环管路布置如下：管路十五45连接在载冷剂箱46和载冷剂循环泵47之间，管路十六49连接在载冷剂循环泵47和制冷机组48之间；管路十七50的一端与制冷机组48连接，另一端分别与管路十八51、管路十九52连通；管路十八51与一号换热器管程A口31连通；管路二十53与一号换热器管程B口32连通；管路十九52与二号换热器管程A口35连通，管路二十一54与二号换热器管程B口36连通，管路二十二55的一端与载冷剂箱46连接，另一端分别与管路二十53、管路二十一54连通；

其中，管路七37、管路十二42、管路十八51和管路十九52上均设置有阀门、温度传感器和流量计；管路十40、管路十六49、管路二十53和管路二十一54上均设置有阀门和温度传感器；管路十一41和管路十四44上均设置阀门；管路八38、管路十五45和管路二十二55上均设置有温度传感器；管路十七50上设置有温度传感器和流量计，且所有的阀门、流量计、温度传感器以及载冷剂循环泵47都和参数监测与控制系统8连接。为了便于描述，需要说明的是，设置在管路七37、管路十二42、管路十八51、管路十九52、管路十40、管路十六49、管路二十53、管路二十一54、管路十一41和管路十四44上的阀门分别称为阀门十四72、阀门十五73、阀门十六74、阀门十七75、阀门十八76、阀门十九77、阀门二十78、阀门二十一79、阀门二十二80和阀门二十三81，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

继续参见图4，所述换热器在钻井液循环管路中可在串联和并联之间进行切换，满足钻井液冷却流量或温降的要求。

继续参见图2、图3和图4，所述参数监测与控制系统8采用工业控制领域常用的监测与控制系统，比如PLC控制系统，其能够对所述高温钻井液冷却系统内的所有温度传感器、流量计进行实时监测并采集数据，能够根据采集到数据通过分析对所述高温钻井液冷却系统内的所有的阀门进行控制，能够分别控制各个阀门的开启和关闭并实现系统工作状态的调节。所述参数监测与控制系统8还可对制冷机组48的制冷功率、载冷剂循环泵47以及钻井液冷却系统泵5的流量进行控制。本发明中所述的参数监测与控制系统8、载冷剂循环泵47、制冷机组48、钻井液冷却系统泵5以及所有的温度传感器、流量计、阀门均属于现有技术，本发明将上述各个器件有机的集成、整合成一个整体，需要强调的是，上述各个器件就单体而言，其实现各自应实现功能的具体结构在现有技术中已经存在，各个器件进行工作处理时所涉及的协议、软件或程序也在现有技术中已经存在，本领域人员已充分知晓。

实施例2

本发明提出的高温钻井液冷却系统的工作原理，可根据钻井过程中对钻井液温度的需求，通过参数监测与控制系统8控制阀门的开关来切换不同的降温方式：

(一)一级冷却模式

1、仅使用钻井液第一冷却系统6对高温钻井液进行冷却：当井口上返的钻井液温度较高(大于50℃)，且只需要将钻井液温度冷却至高于环境温度时，在参数监测与控制系统8控制下，打开阀门一56、阀门二57和阀门六61，关闭阀门三58、阀门四59、阀门五60和阀门七62，井口上返的高温钻井液在固控系统处理后进入第一钻井液罐2，第一钻井液罐2中的钻井液经过管路A1被钻井液冷却系统泵5输送至所述高温钻井液冷却系统，高温钻井液依次流经管路K10和管路C11至钻井液第一冷却系统6进行冷却，冷却后的钻井液经管路D15、管路I16、管路B3流入第二钻井液罐4，再由钻机的钻井液泵送入钻井中。

2、仅使用钻井液第二冷却系统7对高温钻井液进行冷却：当井口上返的钻井液温度为(30℃～50℃)，且需要将钻井液冷却至低于环境温度时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门一56、阀门三58、阀门五60和阀门七62，关闭阀门二57、阀门四59和阀门六61，第一钻井液罐2中的高温钻井液被钻井液冷却系统泵5输送至所述高温钻井液冷却系统，高温钻井液依次流经管路K10、管路H12和管路E14至钻井液第二冷却系统7进行冷却，冷却后的钻井液依次经过管路F17和管路B3流入第二钻井液罐4，再由钻机的钻井液泵送入钻井中。

(二)二级冷却模式

钻井液第一冷却系统6与钻井液第二冷却系统7串联在钻井液循环管路中对高温钻井液进行二级冷却：当井口上返的钻井液温度较高(大于50℃)，且需要将钻井液冷却到低于环境温度时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门一56、阀门二57、阀门四59、阀门五60和阀门七62，关闭阀门三58和阀门六61，第一钻井液罐2中的高温钻井液首先被钻井液冷却系统泵5输送至钻井液第一冷却系统6进行一级冷却，然后进入钻井液第二冷却系统7进行二级冷却，最后流入第二钻井液罐4，再由钻机的钻井液泵送入钻井中。

实施例3

钻井液第一冷却系统6工作原理，请参见图3，在一级冷却模式和二级冷却模式下使用钻井液第一冷却系统6对高温钻井液进行冷却时，可根据钻井过程中被冷却钻井液的流量需求使用一个或者多个冷却塔对钻井液进行冷却，具体实施方式如下：

1、继续参见图3，当管路G9上的流量计检测出钻井液的流量小于一个冷却塔的允许最大冷却流量时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门八63和阀门十一69，关闭阀门九64、阀门十二70、阀门十65和阀门十三71，打开冷却塔钻井液泵一66，关闭冷却塔钻井液泵二67和冷却塔钻井液泵三68，高温钻井液从管路C11流经管路一21进入一号冷却塔18进行降温，然后通过冷却塔钻井液泵一66将降温后的钻井液从一号冷却塔18抽出，依次通过管路二22和管路D15，最后流出钻井液第一冷却系统6。

2、继续参见图3，当管路G9上的流量计检测出钻井液的流量大于一个冷却塔的允许最大冷却流量并且小于两个冷却塔的允许最大冷却流量时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门八63、阀门十一69、阀门九64和阀门十二70，关闭阀门十65和阀门十三71，打开冷却塔钻井液泵一66和冷却塔钻井液泵二67，关闭冷却塔钻井液泵三68，高温钻井液从管路C11分别流经管路一21和管路三23进入一号冷却塔18和二号冷却塔19进行降温，然后通过冷却塔钻井液泵一66将在一号冷却塔18中冷却后的钻井液抽出，通过管路二22输送，通过冷却塔钻井液泵二67将在二号冷却塔19中冷却后的钻井液抽出，通过管路四24输送，接着管路二22和管路四24中的钻井液汇入管路D15流出钻井液第一冷却系统6。

3、继续参见图3，当管路G9上的流量计检测出钻井液的流量大于两个冷却塔的允许最大冷却流量并且小于三个冷却塔的允许最大冷却流量时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门八63、阀门九64、阀门十65、阀门十一69、阀门十二70和阀门十三71，打开冷却塔钻井液泵一66、冷却塔钻井液泵二67和冷却塔钻井液泵三68，高温钻井液从管路C11分别流经管路一21、管路三23和管路五25进入一号冷却塔18、二号冷却塔19和三号冷却塔20进行降温，然后，通过冷却塔钻井液泵一66将在一号冷却塔18中冷却后的钻井液抽出，通过管路二22输送，通过冷却塔钻井液泵二67将在二号冷却塔19中冷却后的钻井液抽出，通过管路四24输送，通过冷却塔钻井液泵三68将在三号冷却塔20中冷却后的钻井液抽出，通过管路六26输送，接着管路二22、管路四24和管路六26中的钻井液汇入管路D15流出钻井液第一冷却系统6。

实施例4

钻井液第二冷却系统7工作原理，请参见图4，在一级冷却模式和二级冷却模式下使用钻井液第二冷却系统7对高温钻井液进行冷却时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门十九77、启动载冷剂循环泵47和制冷机组48，载冷剂从载冷剂箱46中被载冷剂循环泵47泵入制冷机组48进行冷却，冷却后的载冷剂流入管路十七50。同时可根据钻井过程中被冷却钻井液的流量需求和冷却需求使用一个或者多个换热器对钻井液进行冷却，以及使用多个换热器时在钻井液循环管路中可在串联和并联之间进行切换，具体实施方式如下：

1、继续参见图4，当管路E14上的流量计检测到流经管路E14的钻井液的流量小于一个换热器的允许最大冷却流量且不需要再对钻井液进行进一步冷却时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门十四72、阀门二十三81、阀门十六74和阀门二十78，关闭阀门十五73、阀门十八76、阀门十七75、阀门二十一79和阀门二十二80，同时控制制冷机组48的功率和载冷剂循环泵47的流量，使得载冷剂的温度和流量能够满足一个换热器的工作需求。钻井液从管路E14流经管路七37从一号换热器壳程A口29进入一号换热器27的壳程与载冷剂进行换热，然后从一号换热器壳程B口30流出依次进入管路八38、管路十四44和管路十三43，接着从管路F17流出钻井液第二冷却系统7。载冷剂从管路十七50流经管路十八51从一号换热器管程A口31进入一号换热器27的管程，载冷剂与一号换热器27的壳程内的钻井液进行热交换后，从一号换热器管程B口32流出依次进入管路二十53、管路二十二55后，回到载冷剂箱46。

2、继续参见图4，当管路E14上的流量计检测到流经管路E14的钻井液的流量大于一个换热器的允许最大冷却流量小于两个换热器的允许最大冷却流量时，在参数监测与控制系统8的控制下，打开阀门十四72、阀门二十三81、阀门十六74、阀门二十78、阀门十五73、阀门十八76、阀门十七75和阀门二十一79，关闭阀门二十二80，同时控制制冷机组48的功率和载冷剂循环泵47的功率，使得载冷剂的温度和流量能够满足两个换热器的工作需求，钻井液从管路E14分别进入管路七37和管路十二42，进入管路七37的钻井液从一号换热器壳程A口29进入一号换热器27的壳程与载冷剂进行换热，然后从一号换热器壳程B口30流出依次进入管路八38和管路十四44；进入管路十二42的钻井液流经管路九39，从二号换热器壳程A口33进入二号换热器28的壳程与载冷剂进行换热，然后从二号换热器壳程B口34流出进入管路十40；管路十四44和管路十40流出的钻井液汇入管路十三43后进入管路F17，接着从管路F17流出钻井液第二冷却系统7。载冷剂从管路十七50分别进入管路十八51、管路十九52，管路十八51的载冷剂从一号换热器管程A口31进入一号换热器27的管程，载冷剂与一号换热器27的壳程内的钻井液进行热交换，从一号换热器管程B口32流出进入管路二十53；管路十九52的载冷剂从二号换热器管程A口35进入二号换热器28的管程，载冷剂与二号换热器28的壳程内的钻井液进行热交换，从二号换热器管程B口36流出进入管路二十一54；管路二十53和管路二十一54的钻井液汇入管路二十二55后回到载冷剂箱46。

3、继续参见图4，当管路E14上的流量计检测到流经管路E14的钻井液流量较小且需要快速制冷至更低的温度，打开阀门十四72、阀门十六74、阀门二十78、阀门十八76、阀门十七75、阀门二十一79、阀门二十二80和阀门十九77，关闭阀门二十三81和阀门十五73，同时控制制冷机组48的功率和载冷剂循环泵47的功率，使得载冷剂的温度和流量能够满足两个换热器的工作需求。钻井液从管路E14流经管路七37从一号换热器壳程A口29进入一号换热器27的壳程与载冷剂进行换热，然后从一号换热器壳程B口30流出依次进入管路八38、管路十一41、管路九39后，从二号换热器壳程A口33进入二号换热器28的壳程与载冷剂再次进行换热，然后从二号换热器壳程B口34流出依次进入管路十40、管路十三43和管路F17，接着从管路F17流出钻井液第二冷却系统7。载冷剂从管路十七50分别进入管路十八51、管路十九52，管路十八51的载冷剂从一号换热器管程A口31进入一号换热器27的管程，载冷剂与一号换热器27的壳程内的钻井液进行热交换，从一号换热器管程B口32流出进入管路二十53。管路十九52的载冷剂从二号换热器管程A口35进入二号换热器管程，载冷剂与壳程内的钻井液进行热交换，从二号换热器管程B口36流出进入管路二十一54；管路二十53和管路二十一54的钻井液汇入管路二十二55后回到载冷剂箱46。

实施例5

继续参见图2和图4，本实施例与实施例1、实施例2、实施例4的区别在于，还可通过参数监测与控制系统8对本发明提出的高温钻井液冷却系统系统内的各个部分实现温度与流量的监测与控制。

1、操作人员应当在参数监测与控制系统8中输入高温钻井液降温的预设温度值。当管路F17上的温度传感器检测出管路F17钻井液的温度值高于或低于预设温度值时，参数监测与控制系统8通过调整钻井液冷却系统泵5、载冷剂循环泵47的流量和制冷机组48的功率，使得管路F17上的温度传感器检测出的温度逐渐降低或升高至预设温度值。

2、参照实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的相关部分，参数监测与控制系统8可根据高温钻井液降温的预设温度值与钻井液进入冷却系统的温度与流量调整高温钻井液冷却系统内各个阀门的开启和关闭，切换合适的上述冷却模式以达到降温的需求。

3、参照实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的相关部分，参数监测与控制模块还可对一号冷却塔18、二号冷却塔19、三号冷却塔20的钻井液进出口附近管路的温度和流量进行监测，对一号换热器27、二号换热器28的钻井液进出口、载冷剂进出口附近管路的温度和流量进行监测，给操作人员实时反馈数据。

Claims (5)

1.一种高温钻井液冷却系统，其特征在于：所述高温钻井液冷却系统的进口通过管路A(1)与第一钻井液罐(2)连接，高温钻井液冷却系统的出口通过管路B(3)与第二钻井液罐(4)连接，高温钻井液冷却系统包括钻井液冷却系统泵(5)、钻井液第一冷却系统(6)、钻井液第二冷却系统(7)以及参数监测与控制系统(8)；

所述钻井液冷却系统泵(5)的入口连接有管路G(9)，且管路G(9)与管路A(1)连接，钻井液冷却系统泵(5)的出口连接有管路K(10)，同时管路K(10)远离钻井液冷却系统泵(5)的一端并联连接有两个分支管路，分别为管路C(11)和管路H(12)，且管路C(11)远离管路K(10)的一端与钻井液第一冷却系统(6)的入口连接，管路H(12)远离管路K(10)的一端分别与管路J(13)和管路E(14)连接；所述钻井液第一冷却系统(6)的出口连接有管路D(15)，管路D(15)和管路J(13)均与管路I(16)连接，同时所述管路I(16)与管路B(3)连接；所述钻井液第二冷却系统(7)的入口与管路E(14)连接，钻井液第二冷却系统(7)的出口与管路F(17)连接，同时管路F(17)与管路B(3)、管路I(16)连接；

其中，钻井液第一冷却系统(6)包括至少两个冷却塔，且至少两个冷却塔采取并联的方式进行布置；钻井液第二冷却系统(7)包括换热器和载冷剂循环系统，换热器数量至少为两个，通过控制设置于换热器之间连接管路上的阀门的开关对所述至少两个换热器之间的连接关系进行调节，使所述至少两个换热器在串联和并联之间进行切换；所述载冷剂循环系统与换热器连接；

其中，管路G(9)、管路C(11)、管路H(12)、管路J(13)、管路E(14)、管路I(16)和管路F(17)上均设置有阀门，并在管路G(9)上还设置有温度传感器和流量计，在管路E(14)上还设置有流量计，在管路F(17)上还设置有温度传感器；

所述参数监测与控制系统(8)与所述高温钻井液冷却系统中的钻井液冷却系统泵(5)以及所有的温度传感器、流量计、阀门连接。

2.根据权利要求1所述的高温钻井液冷却系统，其特征在于：所述钻井液冷却系统泵(5)为泥浆泵。

3.根据权利要求1所述的高温钻井液冷却系统，其特征在于：所述钻井液第一冷却系统(6)包括一号冷却塔(18)、二号冷却塔(19)、三号冷却塔(20)和钻井液循环管路，钻井液第一冷却系统(6)中的钻井液循环管路包括管路一(21)、管路二(22)、管路三(23)、管路四(24)、管路五(25)和管路六(26)，钻井液第一冷却系统(6)中的钻井液循环管路布置方式为：管路一(21)和管路二(22)分别连接到一号冷却塔(18)的入口和出口，管路三(23)和管路四(24)分别连接到二号冷却塔(19)的入口和出口，管路五(25)和管路六(26)分别连接到三号冷却塔(20)的入口和出口，且管路一(21)、管路三(23)、管路五(25)和所述管路C(11)连通，管路二(22)、管路四(24)、管路六(26)和管路D(15)联通，并在管路一(21)、管路三(23)和管路五(25)上均设置有阀门、流量计和温度传感器，管路二(22)、管路四(24)和管路六(26)上均设置有冷却塔钻井液泵、温度传感器、流量计和阀门，且所有的阀门、流量计、温度传感器以及冷却塔钻井液泵都和参数监测与控制系统(8)连接。

4.根据权利要求1所述的高温钻井液冷却系统，其特征在于：所述载冷剂循环系统包括载冷剂箱(46)、载冷剂循环泵(47)、制冷机组(48)和载冷剂循环管路，载冷剂循环泵(47)连接在载冷剂箱(46)和制冷机组(48)之间，载冷剂循环泵(47)和制冷机组(48)均与参数监测与控制系统(8)连接，载冷剂循环管路用于将载冷剂箱(46)、载冷剂循环泵(47)、制冷机组(48)以及钻井液第二冷却系统(7)中的换热器相互连通，形成载冷剂循环回路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的高温钻井液冷却系统，其特征在于：所述钻井液第二冷却系统(7)包括一号换热器(27)、二号换热器(28)、载冷剂循环系统和钻井液循环管路，一号换热器(27)具有一号换热器壳程A口(29)、一号换热器壳程B口(30)、一号换热器管程A口(31)和一号换热器管程B口(32)，二号换热器(28)具有二号换热器壳程A口(33)、二号换热器壳程B口(34)、二号换热器管程A口(35)和二号换热器管程B口(36)；钻井液第二冷却系统(7)中的钻井液循环管路包括管路七(37)、管路八(38)、管路九(39)、管路十(40)、管路十一(41)、管路十二(42)、管路十三(43)和管路十四(44)，钻井液第二冷却系统(7)中的钻井液循环管路布置方式为：管路七(37)与一号换热器壳程A口(29)连通，管路八(38)与一号换热器壳程B口(30)连通；管路九(39)与二号换热器壳程A口(33)连接，管路十(40)与二号换热器壳程B口(34)连接；管路十一(41)、管路十二(42)和管路九(39)连通，同时管路十二(42)、管路七(37)与所述管路E(14)连通；管路十三(43)的一端与所述管路F(17)连通，管路十三(43)的另一端分别与管路十(40)、管路十四(44)连接；管路八(38)、管路十一(41)和管路十四(44)连通；所述载冷剂循环系统包括载冷剂箱(46)、载冷剂循环泵(47)、制冷机组(48)和载冷剂循环管路，载冷剂循环系统中的载冷剂循环管路包括管路十五(45)、管路十六(49)、管路十七(50)、管路十八(51)、管路十九(52)、管路二十(53)、管路二十一(54)和管路二十二(55)，载冷剂循环系统中的载冷剂循环管路布置方式为：管路十五(45)连接在载冷剂箱(46)和载冷剂循环泵(47)之间，管路十六(49)连接在载冷剂循环泵(47)和制冷机组(48)之间；管路十七(50)的一端与制冷机组(48)连接，另一端分别与管路十八(51)、管路十九(52)连通；管路十八(51)与一号换热器管程A口(31)连通；管路二十(53)与一号换热器管程B口(32)连通；管路十九(52)与二号换热器管程A口(35)连通；管路二十一(54)与二号换热器管程B口(36)连通，管路二十二(55)的一端与载冷剂箱(46)连接，另一端分别与管路二十(53)、管路二十一(54)连通；

其中，管路七(37)、管路十二(42)、管路十八(51)和管路十九(52)上均设置有阀门、温度传感器和流量计；管路十(40)、管路十六(49)、管路二十(53)和管路二十一(54)上均设置有阀门和温度传感器；管路十一(41)和管路十四(44)上均设置阀门；管路八(38)、管路十五(45)和管路二十二(55)上均设置有温度传感器；管路十七(50)上设置有温度传感器和流量计，且所有的阀门、流量计、温度传感器以及载冷剂循环泵(47)都和参数监测与控制系统(8)连接。

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