一种高温钻井液筛分冷却装置的制作方法

1.本实用新型涉及深层高温钻井液进行持续降温技术领域，特别涉及一种高温钻井液筛分冷却装置。


背景技术：

2.随着世界各国浅层油气资源枯竭难以满足对能源的需求和石油钻井技术的不断发展，全球油气钻探开发的重心已经从浅层向深层、超深层转移，深部地热资源(干热岩)与超深油气资源等的勘探开发日益增加，其中，高温已经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增加，若地温梯度视为3℃/100m，则井深达到6000～7000m时，井底温度可达180～210℃或更高。通过实践表明，高温使得油气井钻井工具不再完全满足深井、超深井钻井的需求，在高温环境下，井下动力工具的橡胶密封件失效，限制了井下动力工具的使用，增加了更换的频率，提高了钻井成本；随钻测量系统受高温的影响，其精度和可靠性会发生很大变化，将无法有效控制钻井轨迹；受高温影响，钻井液体系的密度、流变性和稳定性都会遭到严重破坏，最终导致钻井液性能恶化，护壁性和携岩性降低，诱发井下安全事故。因此必须要求泵入温度满足钻井要求的低温钻井液，通过不断循环来降低井底温度。
3.在传统的钻井液冷却过程中，从井底循环出来的高温钻井液要想进行筛分和冷却，大多数都是将这两个过程分开进行的，而且系统结构复杂、冷却效率低、操作复杂、占地空间大，使用时具有局限性，降温效果一般，经常不能满足生产的需要。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型旨在提供一种高温钻井液筛分冷却装置。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种高温钻井液筛分冷却装置，包括箱体、排风扇、进液口、排液口、固相排出口、振动筛网、振动机、冷却集液床、阻挡板、换热器、制冷装置、钻井液循环泵、冷凝液循环泵、钻井液循环管线、冷凝液循环管线一；
7.所述排风扇和所述进液口设置在所述箱体的顶部，所述振动机设置在所述箱体的外侧，所述换热器和所述制冷装置设置在所述箱体的内底部；
8.所述振动筛网倾斜设置在所述箱体的内部，且所述振动筛网较低的一端与所述固相排出口相连；所述振动筛网与所述振动机相连，所述振动机控制所述振动筛网进行振动；所述冷却集液床设置在所述振动筛网的下方，且通过所述阻挡板与所述振动筛网之间形成钻井液暂存区；
9.所述冷却集液床的排液口通过所述钻井液循环管线与钻井液循环泵的输入端相连，所述钻井液循环泵的输出端通过所述钻井液循环管线与所述换热器的热源输入口相连，且相连的钻井液循环管线上设有温度传感器一，所述换热器的热源输出口通过所述钻井液循环管线与所述排液口相连，且相连的钻井液循环管线上设有温度传感器二；
10.所述冷却集液床包括内板、外板、导流片、支撑隔离片，所述内板采用导热合金制成，所述导流片设置在所述内板上表面，所述内板和所述外板通过所述支撑隔离片相连；所述导流片设置多个且长度小于所述箱体前后内壁之间的距离，多个所述导流片分成两组，一组导流片的一端与所述箱体的前内壁相连，另一组导流片的一端与所述箱体的后内壁相连，两组导流片交错设置形成s型导流线路；所述支撑隔离片设置多个，且相邻两个支撑隔离片之间形成冷凝液流通通道；所述冷凝液流通通道的输入端通过冷凝液循环管线二与所述冷凝液循环泵的输出端相连，且所述冷凝液循环管线二上设有流量控制阀一；所述冷凝液流通通道的输出端通过冷凝液循环管线三与所述制冷装置的输入端相连，且所述冷凝液循环管线三上设有温度传感器五和流量控制阀二；所述冷却集液床中的钻井液与冷凝液对流或同方向流动；
11.所述制冷装置的输出端通过所述冷凝液循环管线一与所述冷凝液循环泵的输入端相连，且相连的冷凝液循环管线一上设有温度传感器三，所述冷凝液循环泵的输出端与所述换热器的冷源输入口相连，所述换热器的冷源输出口通过所述冷凝液循环管线一与所述制冷装置的输入端相连，且相连的冷凝液循环管线一上设有温度传感器四。
12.作为优选，所述固相排出口上方的箱体外壁上还设有防飞溅挡板。
13.作为优选，所述外板的下表面设有保温隔热层。
14.作为优选，还包括缓冲分流器，所述缓冲分流器设置在所述进液口与所述振动筛网之间，用于对所述进液口输入的钻井液进行缓冲分流。
15.作为优选，所述缓冲分流器包括半圆锥体和多个分布在所述半圆锥体曲面的三角形扇片，所述半圆锥体的顶点端设置在所述箱体的顶部内表面。
16.作为优选，所述三角形扇片设置21片，且在所述半圆锥体曲面上以所述半圆锥体顶点为中心均匀设置，相邻两个三角形扇片之间的夹角为9
°
。
17.作为优选，所述三角形扇片的最长边为所述半圆锥体的母线，所述三角形扇片的最短边与所述半圆锥体的高平行，且所述最短边的长度为所述半圆锥体高的四分之一。
18.作为优选，所述冷却集液床倾斜设置在所述箱体的内部，且所述冷却集液床与水平面的夹角为25
°
，所述振动筛网与水平面的夹角为15
°
。
19.作为优选，所述导流片与所述箱体内壁之间的夹角呈87
°
。
20.作为优选，所述导流片设置24片，且所述导流片的长度为所述内板宽度的十分之九，所述导流片的高度为5cm。
21.本实用新型的有益效果是：
22.本实用新型将振动筛网与冷却装置组合一体，如此能够便于运输、装卸和维护，提高生产效率；使用时，通过所述振动筛网可先将井下循环出的高温钻井液进行筛分，同时通过所述排风扇和冷却集液床对所述高温钻井液进行初次冷却，然后再通过换热器进行二次冷却，另外，顶部的排风扇在整个过程中会加速箱体内部空气对流换热，综上增强本实用新型装置的冷却效果。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅
是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型高温钻井液筛分冷却装置的结构示意图；
25.图2为本实用新型高温钻井液筛分冷却装置的俯视结构示意图；
26.图3为本实用新型高温钻井液筛分冷却装置的左侧视结构示意图；
27.图4为本实用新型高温钻井液筛分冷却装置冷却集液床的一个实施例结构示意图；
28.图5为本实用新型高温钻井液筛分冷却装置冷却集液床的一个实施例结构示意图；
29.图6为本实用新型高温钻井液筛分冷却装置缓冲分流器的一个实施例结构示意图。
30.图中标号：1-排风扇、2-进液口、3-缓冲分流器、31-半圆锥体、32-三角形扇片、4-冷却集液床、41-冷凝液流通通道的输入端、42-冷凝液流通通道的输出端、43-上层床体、44-下层床体、45-支撑隔离片、46-导流片、5-温度传感器五、6-冷凝液循环管线三、7-冷凝液循环管线二、8-流量控制阀一、9-流量控制阀二、10-箱体、11-温度传感器四、12-制冷装置、13-温度传感器三、14-冷凝液循环泵、15-冷凝液循环管线一、16-换热器、17-温度传感器二、18-钻井液循环泵、19-排液口、20-温度传感器一、21-钻井液循环管线、22-固相排出口、23-防飞溅挡板、24-振动筛网、25-振动机、26-阻挡板。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本实用新型公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
32.在本实用新型中，应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本实用新型。
33.一方面，如图1-6所示，本实用新型提供一种高温钻井液筛分冷却装置，包括箱体10、排风扇1、进液口2、排液口19、固相排出口22、振动筛网24、振动机25、冷却集液床4、阻挡板26、换热器16、制冷装置12、钻井液循环泵18、冷凝液循环泵14、钻井液循环管线21、冷凝液循环管线一15；
34.所述排风扇1和所述进液口2设置在所述箱体10的顶部，所述振动机25设置在所述箱体10的外侧，所述换热器16和所述制冷装置12设置在所述箱体10的内底部；
35.所述振动筛网24倾斜设置在所述箱体10的内部，且所述振动筛网24较低的一端与所述固相排出口22相连；所述振动筛网24与所述振动机25相连，所述振动机25控制所述振动筛网24进行振动；所述冷却集液床4设置在所述振动筛网24的下方，且通过所述阻挡板26
与所述振动筛网24之间形成钻井液暂存区；
36.所述冷却集液床4的排液口通过所述钻井液循环管线21与钻井液循环泵18的输入端相连，所述钻井液循环泵18的输出端通过所述钻井液循环管线21与所述换热器16的热源输入口相连，且相连的钻井液循环管线21上设有温度传感器一20，所述换热器16的热源输出口通过所述钻井液循环管线21与所述排液口19相连，且相连的钻井液循环管线21上设有温度传感器二17；
37.所述冷却集液床4包括内板43、外板44、导流片46、支撑隔离片45，所述内板43采用导热合金制成，所述导流片46设置在所述内板43上表面，所述内板43和所述外板44通过所述支撑隔离片45相连；所述导流片46设置多个且长度小于所述箱体10前后内壁之间的距离，多个所述导流片46分成两组，一组导流片46的一端与所述箱体10的前内壁相连，另一组导流片46的一端与所述箱体10的后内壁相连，两组导流片46交错设置形成s型导流线路；所述支撑隔离片45设置多个，且相邻两个支撑隔离片45之间形成冷凝液流通通道；所述冷凝液流通通道的输入端41通过冷凝液循环管线二7与所述冷凝液循环泵14的输出端相连，且所述冷凝液循环管线二7上设有流量控制阀一8；所述冷凝液流通通道的输出端42通过冷凝液循环管线三6与所述制冷装置12的输入端相连，且所述冷凝液循环管线三6上设有温度传感器五5和流量控制阀二9；所述冷却集液床4中的钻井液与冷凝液对流或同方向流动；
38.所述制冷装置12的输出端通过所述冷凝液循环管线一15与所述冷凝液循环泵14的输入端相连，且相连的冷凝液循环管线一15上设有温度传感器三13，所述冷凝液循环泵14的输出端与所述换热器16的冷源输入口相连，所述换热器16的冷源输出口通过所述冷凝液循环管线一15与所述制冷装置12的输入端相连，且相连的冷凝液循环管线一15上设有温度传感器四11。
39.在本实施例中，本实用新型通过各温度传感器可对流经该处的温度进行实时监测，从而为调节制冷装置12功率、钻井液循环泵18排量、冷凝液循环泵14排量、流量控制阀一8开度、流量控制阀二9开度、排风扇1转速等相关参数提供参考依据。
40.在一个具体的实施例中，所述固相排出口22上方的箱体10外壁上还设有防飞溅挡板23，所述外板44的下表面设有保温隔热层。在本实施例中，内板43上的钻井液热量传递至所述冷凝液流通通道中，通过所述冷凝液流通通道中的冷凝液带走热量，增强钻井液与冷凝液的换热效果。外板44下表面设置保温隔热层，能够防止所述冷凝液流通通道中的冷凝液与外界换热，保持其较低的温度，使其仅与钻井液进行换热。另外，所述内板43上设置的导流片46能够延长钻井液在所述冷却集液床4中的流动路径，增加钻井液与冷凝液的换热时间。综上使得钻井液的冷却效率进一步提高。
41.在一个具体的实施例中，所述高温钻井液筛分冷却装置还包括缓冲分流器3，所述缓冲分流器3设置在所述进液口2与所述振动筛网24之间，用于对所述进液口2输入的钻井液进行缓冲分流。在本实施例中，本实用新型通过在进液口2安装缓冲分流器3，能够有效缓冲钻井液对振动筛网24的冲击破坏，同时将未处理的的钻井液均匀分散在振动筛网24上方，提高筛分效率的同时，提高所述振动筛网24的使用寿命。
42.可选地，所述缓冲分流器3包括半圆锥体31和多个分布在所述半圆锥体31曲面的三角形扇片32，所述半圆锥体31的顶点端设置在所述箱体10的顶部内表面，多个所述三角形扇片32在所述半圆锥体31曲面上以所述半圆锥体31顶点为中心均匀设置，且相邻两个三
角形扇片32之间的夹角为9
°
。
43.需要说明的是，所述三角形扇片32也可直接设置在水平的扇形底片上，只是这样的结构没有上述实施例中半圆锥体曲面的结构缓冲分流效果好。除了上述实施例采用的缓冲分流器外，现有技术中的其他缓冲分流器也可适用于本实用新型。
44.需要说明的是，上述实施例的相邻两个三角形扇片32之间的夹角仅为一个效果更好的优选夹角，其他5
°‑
15
°
等范围内的夹角也适用，其与所述三角形扇片32的个数有关。在一个具体的实施例中，所述三角形扇片32设置了21片，以所述半圆锥体31顶点为中心将曲面平均分为20格，所述三角形扇片32最长边的长度所述半圆锥体31母线长度相同，最短边与所述半圆锥体31的高平行，且所述最短边的长度为所述半圆锥体31高的四分之一。
45.在一个具体的实施例中，所述缓冲分流器3与所述振动筛网24之间最窄的地方间距为5cm，足够未处理的钻井液流动。
46.在一个具体的实施例中，所述振动筛网24与水平面的夹角为15
°
；所述冷却集液床4与水平面的夹角为25
°
。
47.在一个具体的实施例中，所述支撑隔离片45设置13个，等间距分布在所述上层床体43和所述下层床体44之间，形成14个冷凝液流通通道。所述支撑隔离片45与所述上层床体43的长边平行设置，且长度为所述上层床体43长度的十分之九，高度为5cm。
48.在一个具体的实施例中，所述导流片46设置24个，所述导流片46的长度为所述上层床体43宽度的十分之九，高度为5cm，所述导流片46与所述箱体10的内壁呈87
°
夹角，且一块连接前内壁，另一块连接后内壁，如此依次交替分布，形成s型导流线路。需要说明的是，所述导流片46也可采用其他角度进行设置，例如与所述箱体10的前内壁垂直，或者呈85
°
、80
°
等等，不同的角度设置形成s型导流路线的长度不同，可根据冷凝液的换热效率进行调整。
49.在一个具体的实施例中，所述换热器16采用板式换热器；所述排风扇1为变频风扇，可根据温度变化调节风扇转速，合理充分利用能源，降低能源浪费。本实用新型在所述箱体10顶部设置所述排风扇1，能够加强箱体10内部上方的空气流动，增强冷却效果。可选地，所述排风扇1设置4个，呈两行两列等间距设置。
50.在一个具体的实施例中，使用本实用新型所述的高温钻井液筛分冷却装置进行筛分冷却时，包括以下步骤：
51.s1：开启排风扇1，将井下循环出来的未分离高温钻井液从所述进液口2注入箱体10内部，通过所述排风扇1对箱体10内部的钻井液进行初次冷却，钻井液从所述进液口2注入后经过所述缓冲分流器3均匀分布在所述振动筛网24上方；
52.s2：开启振动机25，在振动机25的作用下，未分离的钻井液在振动筛网24上向下流动，最终分离过后的固相颗粒从固相排出口22排出，分离过后的钻井液流动至所述冷却集液床4上；
53.s3：所述冷却集液床4上的钻井液自上而下沿导流片46形成的s型导流线路进行流动，同时，开启制冷装置12，冷却液通过冷却液循环管线二7循环至所述冷凝液流通通道的输入端41，在所述冷却集液床4的内部自下而上流动，冷却液与钻井液对流带走钻井液的热量，实现对钻井液的进一步初次冷却；
54.s4：经过进一步初次冷却的钻井液随钻井液循环管线21流入板式换热器16与冷却
液循环管线一15的冷凝液进行热交换，实现二次冷却，冷却过后的钻井液从排液口19排出到钻井液罐进行井下循环。
55.在上述步骤s3和步骤s4中，温度升高过后的冷凝液返回至所述制冷装置12中进行制冷降温，从而反复循环利用。
56.在上述实施例中，所述冷却集液床的温度控制方程为：
57.q1＝k1·
a1·
(t
f1-t
f2
) (1)
[0058][0059]
式中：q1为冷却集液床中冷凝液吸收或钻井液放出的热量；k1为冷却集液床总传热系数，w/m2·
k；a1为床体上下两侧的侧面面积，m2；t
f1
、t
f2
分别为钻井液、冷凝液的温度，k；h1、h2分别为床体上下两侧表面传热系数，w/m2·
k；δ1为床体厚度，mm；λ1为床体导热系数，w/(m
·
k)。
[0060]
所述板式换热器的温度控制方程为：
[0061][0062]
或为：
[0063]
q2＝k2·
a2·
lmtd (4)
[0064][0065][0066]
式中：q2为板式换热器中冷凝液吸收或钻井液放出的热量，w；mh、mc分别为钻井液、冷凝液的质量流量，kg/s；c
ph
、c
pc
分别为钻井液、冷凝液的比定压热容，kj/(kg
·
k)；t1、t1分别为钻井液、冷凝液的进口温度，k；t2、t2分别为钻井液、冷凝液的出口温度，k；k2为板式换热器总传热系数，w/m2·
k；a2为传热面积，m2；lmtd为对数平均温差；α1、α2分别为钻井液侧、冷凝液侧的换热系数，w/m2·
k；δ2为传热板片的厚度，m；λ2为传热板片的导热系数，w/m
·
k；r1、r2分别为传热板片两侧的污垢系数，m2·
k/w。
[0067]
在本实施例中，若温度传感器20监测到的温度较高，则可通过降低钻井液循环泵18的排量，加大制冷装置12的冷却功率，增加冷凝液循环泵14的排量，增加流量控制阀一8、流量控制阀二9的开度，加快排风扇1的转速等方式中的任意一种或多种提高钻井液在所述冷却集液床4的冷却效果；
[0068]
若温度传感器20监测到的温度较低，则可适当增加钻井液循环泵18的排量，降低制冷装置12的冷却功率，减小流量控制阀一8、流量控制阀二9的开度，降低排风扇1的转速等进行调整；
[0069]
同理，当温度传感器四11和/或温度传感器五5监测到的温度较高时，可加大制冷装置12的冷却功率，降低钻井液循环泵18的排量等进行调节；当温度传感器四11和/或温度传感器五5监测到的温度较低时，可降低制冷装置12的冷却功率，加大钻井液循环泵18的排
量等进行调节；当温度传感器三13监测到的温度较高时，加大制冷装置12的冷却功率。
[0070]
综上所述，本实用新型将钻井液筛分功能与钻井液冷却功能结合为一体，可直接对高温钻井液进行筛分冷却，与现有技术相比，具有显著的进步。
[0071]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。