本實(shí)用新型涉及鉆井泥漿制冷領(lǐng)域,特別涉及一種鉆井泥漿制冷裝置。
背景技術(shù):
天然氣水合物的開采將有助于緩解化石燃料短缺的危機(jī),獲取天然氣水合物樣品最直接的方法是鉆探,由于天然氣水合物的賦存條件是低溫高壓,因此對(duì)鉆井泥漿進(jìn)行制冷尤為重要,目前現(xiàn)有的鉆井泥漿制冷方法主要是對(duì)鉆井泥漿投入冰塊,加長鉆井泥漿的循環(huán)槽進(jìn)行自然降溫,此方法雖然簡單易行,但是當(dāng)鉆進(jìn)深度較大時(shí)循環(huán)槽的長度不足以降低泥漿的溫度,此外投入冰塊也會(huì)增加運(yùn)行成本、效率低下;專利公告號(hào)為:CN 101787867A的專利,公開了采用制冷機(jī)組利用液體對(duì)液體的制冷方法,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,所使用的附屬設(shè)備繁多,而且深井鉆進(jìn)所采用的設(shè)備較大,經(jīng)濟(jì)成本高,由于陸地凍土區(qū)交通條件較差,設(shè)備運(yùn)輸不方便,該方法附屬設(shè)備繁多,工藝復(fù)雜,此外對(duì)于深井與超深井的石油鉆探和大陸科學(xué)鉆探,在鉆進(jìn)深度增加以后,地層溫度較高,鉆孔沖洗液內(nèi)的有效成分容易受到高溫的影響而導(dǎo)致鉆井液失效,因此探究一種工藝簡單、效率高的鉆井泥漿制冷方法就非常必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有的鉆井泥漿制冷裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,費(fèi)用高,操作復(fù)雜,工作效率低,制冷速度慢,采用制冷機(jī)組利用液體對(duì)液體的制冷,由于高原凍土區(qū)水資源短缺,設(shè)備使用不方便,設(shè)備繁多,工藝復(fù)雜等問題,而提出一種鉆井泥漿制冷裝置。
一種鉆井泥漿制冷裝置,包括制冷裝置、換熱器、載冷劑泵、泥漿池和若干管道,制冷裝置的輸出端與換熱器的冷流體輸入端通過管道連接,制冷裝置的輸入端與換熱器的冷流體輸出端通過管道連接,泥漿池的輸出端與換熱器的熱流體輸入端通過管道連接,載冷劑泵的輸入端與換熱器的熱流體輸出端通過管道連接,載冷劑泵的輸出端與泥漿池的輸入端通過管道連接;所述制冷裝置包括空壓機(jī)和渦流制冷器,空壓機(jī)的輸出端與渦流制冷器的輸入端通過管道連接,渦流制冷器的熱流體輸出端也與渦流制冷器的輸入端通過管道連接,渦流制冷器的冷流體輸出端與換熱器的冷流體輸入端通過管道連接,所述換熱器的冷流體輸出端與渦流制冷器的輸入端通過管道連接;
所述制冷裝置包括空壓機(jī)和多級(jí)渦流制冷器,多級(jí)渦流制冷器包括若干個(gè)渦流制冷器,第一個(gè)渦流制冷器的輸入端作為多級(jí)渦流制冷器的輸入端,并與空壓機(jī)的輸出端通過管道連接,最后一個(gè)渦流制冷器的冷流體輸出端作為多級(jí)渦流制冷器的冷流體輸出端,并與換熱器的冷流體輸入端通過管道連接,其余的渦流制冷器的輸入端均與前一個(gè)渦流制冷器的冷流體輸出端通過管道連接,每一個(gè)渦流制冷器的熱流體輸出端均與第一個(gè)渦流制冷器的輸入端通過管道連接;
所述制冷裝置還包括氣體緩沖罐,氣體緩沖罐的一端與換熱器的冷流體輸出端通過管道連接,另一端與多級(jí)渦流制冷器的輸入端通過管道連接,且氣體緩沖罐側(cè)壁固定安裝有若干個(gè)閥體,閥體的數(shù)量與多級(jí)渦流制冷器中渦流制冷器的數(shù)量相同,且每個(gè)渦流制冷器的熱流體輸出端均通過閥體與氣體緩沖罐內(nèi)腔貫通;
所述換熱器為螺旋板式換熱器。
所述管道為纏有保溫層的高壓膠管,保溫層為聚氨酯泡沫,且聚氨酯泡沫外部纏有錫紙。
該裝置的工作原理如下:
空壓機(jī)將空氣壓縮為高壓氣體并提供給多級(jí)渦流制冷器,高壓氣體首先進(jìn)入多級(jí)渦流制冷器中第一個(gè)渦流制冷器,壓縮氣體在噴嘴內(nèi)膨脹,然后以很高的速度沿切線方向進(jìn)入渦流室,氣流在渦流室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時(shí),經(jīng)過渦流變換后分離成總溫不相等的兩部分氣流,處于中心部位的氣流溫度低,而處于外層部位的氣流溫度高,調(diào)節(jié)冷熱流比例,可以得到最佳制冷效應(yīng)或制熱效應(yīng),然后冷流體通過冷端管進(jìn)入下一個(gè)渦流制冷器的噴嘴內(nèi),重復(fù)渦流制冷器工作,直到從第四個(gè)渦流制冷器冷端管排出,并通過冷流體輸入端進(jìn)入螺旋板式換熱器內(nèi),熱流體通過熱端管進(jìn)入氣體緩沖罐回收,并通過氣體緩沖罐上端的輸出口重新進(jìn)入多級(jí)渦流制冷器進(jìn)行處理,進(jìn)入螺旋板式換熱器內(nèi)的冷流體,在螺旋板式換熱器內(nèi)完成熱交換后,由冷流體輸出端排出,經(jīng)氣體緩沖罐下端的輸入口進(jìn)入氣體緩沖罐內(nèi),待循環(huán);泥漿利用自身的重力經(jīng)泥漿池下部的輸出口,由螺旋板式換熱器的熱流體輸入端進(jìn)入到螺旋板式換熱器內(nèi),進(jìn)行熱交換,在螺旋板式換熱器內(nèi)完成熱交換后,由熱流體輸出端排出,并利用載冷劑泵的抽吸力返回泥漿池中。
本實(shí)用新型的有益效果:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)操作簡單,效率高,采用多級(jí)渦流制冷器利用氣體對(duì)液體制冷方法,操作方法簡單,設(shè)備成本低,解決了高原凍土區(qū)交通條件差、水資源短缺設(shè)備使用不方便的問題,此外本發(fā)明適用范圍廣,不僅可以應(yīng)用于天然氣水合物鉆探取樣的泥漿制冷,還可以應(yīng)用于深井和超深井的石油勘探開發(fā)、深部大陸科學(xué)鉆探等領(lǐng)域,解決了深部鉆探中地層溫度較高,鉆井液有效成分失效的問題,可以根據(jù)地層深度,設(shè)置多級(jí)渦流管數(shù)目,簡化了工藝的復(fù)雜性,同時(shí)解決了以往設(shè)備繁多,操作不便的情況。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型多級(jí)渦流管制冷器的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1和圖2,本實(shí)施例由若干單向閥1、空壓機(jī)2、多級(jí)渦流制冷器3、氣體緩沖罐4、螺旋板式換熱器5、泥漿池6、若干管道7和載冷劑泵8組成,空壓機(jī)2的輸出端與單向閥1的一端螺接,空壓機(jī)2將空氣壓縮為高壓氣體并提供給多級(jí)渦流制冷器3,單向閥1的另一端與管道7的一端法蘭連接,且此管道7上任意位置設(shè)有一個(gè)單向閥1,管道7的另一端與多級(jí)渦流制冷器3的進(jìn)氣口螺接,多級(jí)渦流制冷器3包括四個(gè)由噴嘴31、渦流室32、分離孔板33、冷端管34和熱端管35組成的渦流制冷器,渦流室32焊接有噴嘴31、冷端管34和分離孔板33,且噴嘴31、冷端管34和分離孔板33與渦流室32的內(nèi)腔貫通,分離孔板33的端部焊接有冷端管34,第一個(gè)渦流制冷器的噴嘴31作為多級(jí)渦流制冷器3的進(jìn)氣口,即輸入端,第四個(gè)渦流制冷器的冷端管34作為多級(jí)渦流制冷器3的冷流體排放口,即冷流體輸出端,多級(jí)渦流制冷器3的冷流體排放口法蘭連接于螺旋板式換熱器5的冷流體輸入端51,其余的渦流制冷器的進(jìn)氣口均與前一個(gè)渦流制冷器的冷流體排放口通過螺接的管道7連通,四個(gè)熱端管35,即渦流制冷器的熱流體輸出端均螺接有單向閥1,氣體緩沖罐4上端焊接有輸出口46,且輸出口46通過螺接的管道7與多級(jí)渦流制冷器3的進(jìn)氣口連通,氣體緩沖罐4的側(cè)壁預(yù)留有四個(gè)回收口42、43、44和45,且四個(gè)回收口42、43、44和45分別與四個(gè)熱端管35端部的單向閥1螺接,氣體緩沖罐4下端焊接有輸入口41,輸入口41與管道7的一端螺接,管道7的另一端螺接法蘭連接于螺旋板式換熱器5的冷流體輸出端54,泥漿池6的下端設(shè)有泥漿輸出管61,且泥漿輸出管61上設(shè)有單向閥1,泥漿輸出管61法蘭連接于螺旋板式換熱器5的熱流體輸入端53,泥漿池6的上端設(shè)有泥漿輸入管62,泥漿輸入管62法蘭連接于載冷劑泵8的輸出口,載冷劑泵8的輸入口法蘭連接于螺旋板式換熱器5的熱流體輸出端52;
為了起到更好的保溫效果防止不必要的熱量交換,管道7具體為帶有保溫層的高壓膠管,保溫層為聚氨酯泡沫,且為了將聚氨酯泡沫固定于高壓膠管表面,在聚氨酯泡沫的外部纏上錫紙。
該裝置的具體使用方法為:按照?qǐng)D1連接好若干單向閥1、空壓機(jī)2、多級(jí)渦流制冷器3、氣體緩沖罐4、螺旋板式換熱器5、泥漿池6、若干管道7和載冷劑泵8;開啟泥漿池6下部的單向閥1使泥漿流入螺旋板式換熱器5,然后開啟載冷劑泵8使鉆井泥漿循環(huán);啟動(dòng)空壓機(jī)2,并打開空壓機(jī)2的單向閥1、多級(jí)渦流管制冷器3的單向閥1和啟氣體緩沖罐4下端的單向閥1,使得高壓空氣能夠循環(huán)制冷;持續(xù)適當(dāng)時(shí)間,使螺旋板式換熱器5中充分進(jìn)行泥漿與冷流體的熱交換工作,同時(shí)根據(jù)需要開啟氣體緩沖罐4側(cè)壁的單向閥1,調(diào)節(jié)制冷效果;關(guān)閉空壓機(jī)2,并將空壓機(jī)2與多級(jí)渦流管制冷器3的各級(jí)法蘭盤接口打開,將氣體排出;關(guān)閉載冷劑泵8,然后關(guān)閉泥漿池6下部的輸出口61關(guān)閉,將螺旋板式換熱器5內(nèi)的泥漿抽出后輸入泥漿池6,此外將泥漿池6與螺旋板式換熱器5和載冷劑泵8的法蘭盤接頭打開。
請(qǐng)參閱圖1和圖2,該裝置的工作原理具體為:空壓機(jī)2將空氣壓縮為高壓氣體并提供給多級(jí)渦流制冷器3,高壓氣體首先進(jìn)入多級(jí)渦流制冷器3中第一個(gè)渦流制冷器,壓縮氣體在噴嘴31內(nèi)膨脹,然后以很高的速度沿切線方向進(jìn)入渦流室32,氣流在渦流室32內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時(shí),經(jīng)過渦流變換后分離成總溫不相等的兩部分氣流,處于中心部位的氣流溫度低,而處于外層部位的氣流溫度高,調(diào)節(jié)冷熱流比例,可以得到最佳制冷效應(yīng)或制熱效應(yīng),然后冷流體通過冷端管34進(jìn)入下一個(gè)渦流制冷器的噴嘴31內(nèi),重復(fù)渦流制冷器工作,直到從第四個(gè)渦流制冷器冷端管34排出,并通過冷流體輸入端51進(jìn)入螺旋板式換熱器5內(nèi),熱流體通過熱端管35進(jìn)入氣體緩沖罐4回收,并通過氣體緩沖罐4上端的輸出口46重新進(jìn)入多級(jí)渦流制冷器3進(jìn)行處理,進(jìn)入螺旋板式換熱器5內(nèi)的冷流體,在螺旋板式換熱器5內(nèi)完成熱交換后,由冷流體輸出端54排出,經(jīng)氣體緩沖罐4下端的輸入口41進(jìn)入氣體緩沖罐4內(nèi),待循環(huán);泥漿利用自身的重力經(jīng)泥漿池6下部的輸出口61,由螺旋板式換熱器5的熱流體輸入端53進(jìn)入到螺旋板式換熱器5內(nèi),進(jìn)行熱交換,在螺旋板式換熱器5內(nèi)完成熱交換后,由熱流體輸出端52排出,并利用載冷劑泵8的抽吸力返回泥漿池6中。