阅读说明：本技术 钻井平台热量供应系统 (Heat supply system of drilling platform ) 是由 王雪瑞 孙宝江 王志远 高永海 李�昊 于 2020-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种钻井平台热量供应系统,包括水箱,固控设备,以及钻井泵,所述水箱内设有盘管,所述盘管包括进口管线和出口管线,所述进口管线与所述固控设备连接,所述出口管线与所述钻井泵连接。本发明所述的钻井平台热量供应系统,在钻井液循环体系中加入了一个可以进行换热的盘管,并将盘管放置于水箱内,使得水箱内的液体通过所述盘管与钻井液进行热交换,充分利用钻井过程中的地热能对水箱内的液体进行加热,有效的缓解了极地钻井后勤保障的困难,降低了极地钻井后勤保障的成本,且仅需增加盘管和相应的水箱即可,占用空间小,且热量来源于地热能,节能环保。(The invention provides a drilling platform heat supply system which comprises a water tank, a solid control device and a drilling pump, wherein a coil is arranged in the water tank, the coil comprises an inlet pipeline and an outlet pipeline, the inlet pipeline is connected with the solid control device, and the outlet pipeline is connected with the drilling pump. According to the heat supply system of the drilling platform, the coil pipe capable of exchanging heat is added into the drilling fluid circulation system, and the coil pipe is placed in the water tank, so that the liquid in the water tank exchanges heat with the drilling fluid through the coil pipe, the geothermal energy in the drilling process is fully utilized to heat the liquid in the water tank, the difficulty of the logistics support of polar region drilling is effectively relieved, the cost of the logistics support of polar region drilling is reduced, only the coil pipe and the corresponding water tank need to be added, the occupied space is small, the heat is derived from the geothermal energy, and the heat supply system is energy-saving and environment-friendly.)

钻井平台热量供应系统

技术领域

本发明涉及海洋油气开发技术领域，尤其涉及一种钻井平台热量供应系统。

背景技术

据美国地质调查局2009年5月公布的最新调查显示：北极地区拥有120×108m³的原油储量，石油储量占全球未开采石油的13％，天然气资源为47×1014m³，占全球30％，而这些油气储量的84％都分布在海底。目前越来越多的国家和石油公司开始把目光投向北极地区，随着科学与工程技术的不断发展以及北极冰川的不断消融，使北极油气开采变成可能，并逐渐成为油气勘探开发的热点。

然而相比于常规海洋钻井，极地钻井面临的技术难题更多。北极气候寒冷，冬季温度为-20到-40℃，八月份的平均气温最高也仅有-8℃，所以在北极进行钻井作业首先要做好防寒措施以保证人员的生命安全。此外北极地方偏远，人迹罕，缺少基础设施。大型设备难以运输，后勤保障困难。后勤保障出现问题付出的代价将远高于其他任何地方，可能导致钻井工期大大延长甚至钻完井工程失败。

常规海洋钻井系统是在后勤保障充足的前提下设计的，并没有考虑到常年极端寒冷气候，因此并不适用于极地寒冷地区的钻井。

发明内容

本发明针对现有技术存的问题，提出一种适用于极地寒冷地区钻井的钻井平台热量供应系统，充分利用钻井过程中返回钻井液所携带的地热能，对钻井平台生活区进行供暖，有效缓解后勤保障的困难。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钻井平台热量供应系统，包括水箱，固控设备，以及钻井泵，所述水箱内设有盘管，所述盘管包括进口管线和出口管线，所述进口管线与所述固控设备连接，所述出口管线与所述钻井泵连接。

作为本发明的进一步优化，所述水箱内还设有用于加热的电热件，以及设于平台上的发电机，所述发电机与所述电热件连接。

作为本发明的进一步优化，还包括两端分别与所述进口管线与所述出口管线连接的循环管线，所述进口管线上设有第一阀门，所述循环管线上设有第二阀门，所述循环管线与所述进口管线连接的一端设于所述第一阀门远离所述水箱的一侧。

作为本发明的进一步优化，还包括与所述发电机连接的处理器，以及与所述处理器连接的计算机可读介质，所述处理器与所述钻井泵连接，所述计算机可读介质中存有预设程序，该预设程序被所述处理器执行时能够实现以下步骤：检测所述钻井泵的状态，若所述钻井泵未工作，则启动所述发电机。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述处理器执行时进一步能够实现以下步骤：计算最小钻井液排量，根据最小钻井液排量和最大钻井液排量，将该排量范围内以预设排量为步长分为N个节点，计算每个节点的钻井液出口温度。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述处理器执行时进一步能够实现以下步骤：选取最大的钻井液出口温度与第一预设温度进行比对，若最大的钻井液出口温度小于第一预设温度，则关闭所述第一阀门，开启所述第二阀门，并启动所述发电机。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述处理器执行时进一步能够实现以下步骤：若最大的钻井液出口温度大于第一预设温度，则开启所述第一阀门，关闭所述第二阀门。

作为本发明的进一步优化，还包括设于所述水箱内的温度检测件，所述温度检测件与所述处理器连接，该预设程序被所述处理器执行时进一步能够实现以下步骤：若在预设时间内水温小于第二预设温度，则启动所述发电机。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述处理器执行时进一步能够实现以下步骤：根据环空截面积A_a、钻杆直径D_pipe、井眼直径D_hole和机械钻速R_p，计算出最小钻井液排量

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明所述的钻井平台热量供应系统，在钻井液循环体系中加入了一个可以进行换热的盘管，并将盘管放置于水箱内，使得水箱内的液体通过所述盘管与钻井液进行热交换，充分利用钻井过程中的地热能对水箱内的液体进行加热，有效的缓解了极地钻井后勤保障的困难，降低了极地钻井后勤保障的成本，且仅需增加盘管和相应的水箱即可，占用空间小，且热量来源于地热能，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明钻井平台供热系统的结构示意图；

图2为水箱的结构示意图。

以上各图中，1、平台主体；11、上甲板；12、下甲板；2、钻架；3、钻台；4、飞机甲板；5、生活区；6、水箱；61、水箱主体；62、保温层；63、温度传感器；701、钻柱；702、钻头；703、环空；704、井口出口管线；705、固控设备；706、进口管线；707、第一阀门；708、第二阀门；709、出口管线；710、钻井泵；711、立管；712、盘管；713、循环管线；81、水箱入口管线；82、水箱出口管线；83、供暖循环泵；84、供暖循环泵出口管线；91、发电机；92、电缆；93、电热件。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1-2，本发明提出一种钻井平台热量供应系统，包括水箱6，固控设备705，以及钻井泵710，所述水箱6内设有盘管712，所述盘管712包括进口管线706和出口管线709，所述进口管线706与所述固控设备705连接，所述出口管线709与所述钻井泵710连接。

本发明所述的钻井平台热量供应系统，在钻井液循环体系中加入了一个可以进行换热的盘管712，并将盘管712放置于水箱6内，使得水箱6内的液体通过所述盘管712与钻井液进行热交换，充分利用钻井过程中的地热能对水箱6内的液体进行加热，有效的缓解了极地钻井后勤保障的困难，降低了极地钻井后勤保障的成本，且仅需增加盘管712和相应的水箱6即可，占用空间小，且热量来源于地热能，节能环保。

如图1所示，本实施例中，海洋平台包括：平台主体1、上甲板11、下甲板12、钻架2、钻台3、飞机甲板4、生活区5、水箱6，其中，平台主体1为平台的下部，主要用来给平台提供浮力维持平台在海面的平衡，平台主体1分为两层，上表面为上甲板11，下一层为下甲板12；钻台3位于上甲板11，是钻井工作的主要区域，其上面安装有钻井需要的各种设备；钻架2安装在钻台3上，用来悬挂钻柱701；生活区5位于上甲板11一端，是钻井工人工作休息的区域同时也是需要进行供暖的主要区域；飞机甲板4位于生活区5顶部用来停放直升飞机；水箱6位于下甲板12，其内部存储生活区供暖系统的传热工质，该传热工质可以为水或防冻液。

进一步的参考图2，所述水箱6内还设有用于加热的电热件93，以及设于平台上的发电机91，所述发电机91与所述电热件93连接，从而在所述盘管712温度较低或未进行钻井液循环时提供相应的后勤保障。

进一步的，还包括两端分别与所述进口管线706与所述出口管线709连接的循环管线713，所述进口管线706上设有第一阀门707，所述循环管线713上设有第二阀门708，所述循环管线713与所述进口管线706连接的一端设于所述第一阀门707远离所述水箱6的一侧，从而在钻井液循环但是钻井液温度较低时，可以通过打开所述第二阀门708，关闭所述第一阀门707使得钻井液的循环不经过所述盘管712，避免钻井液温度过低时浪费所述电热件93的产生的热量。

本实施例中，钻井液循环系统包括钻柱701、钻头702、环空703、井口出口管线704、固控设备705、进口管线706、出口管线709、循环管线713、第一阀门707、第二阀门708、钻井泵710、立管711、盘管712，其中：钻柱701上端悬挂在钻架2顶部，下部一直延伸到井筒内部，钻柱701为空心结构，钻井液在钻柱701内部向下流动；钻头702安装在钻柱701下端部，钻井液在钻头702喷出产生的射流力来将岩石破碎；环空703是钻柱701与井壁之间形成的环形空间，从钻头702喷出的钻井液在环空703内向上返出，钻井液在环空703内向上返出的过程中受地层高温影响而不断增温，从而携带地热能返回到钻井平台；井口出口管线704连接环空703与固控设备705，从环空703上返的钻井液通过井口出口管线704流入到固控设备705；固控设备705位于下甲板12，钻井液在该位置处经过固控设备705的处理将岩屑等固体颗粒排除；进口管线706连接固控设备705与水箱6，其上设有第一阀门707，所述循环管线713与所述进口管线706连接于所述第一阀门707靠近所述固控设备705的一侧，所述循环管线713上设有第二阀门，通过控制所述第一阀门707和所述第二阀门708的开关从而控制钻井液在该处的流向，常规工况下所述第一阀门707开启，所述第二阀门708关闭，钻井液流入水箱6内部的盘管712从而将地热能转移到生活区供暖系统中，当尚未钻入到深部高温地层时导致返回的钻井液无法携带足够的地热能来供暖，此时所述第一阀门707关闭，所述第二阀门708开启，钻井液直接越过水箱6通过所述循环管线713进入到所述出口管线709，并打开发电机91将供暖方式转为传统的电力取暖；所述盘管712位于水箱6内，钻井液流经该位置时通过与水箱6内的传热工质进行换热而将地热能传递到生活区供暖系统中，所述盘管712两头分别所述进口管线706和所述出口管线709相连；所述出口管线709连接水箱6与所述钻井泵710；所述钻井泵710位于钻台3上，为钻井液的循环提供动力；立管711连接钻井泵710与钻柱701。整个钻井液循环供热系统形成一个闭合的回路，钻井液在其内部循环流动，不断的将地热能传递给生活区供暖系统，该系统中所有管线外侧均安装有保温层来防止热量的损失。

进一步的，还包括与所述发电机91连接的处理器，以及与所述处理器连接的计算机可读介质，所述处理器与所述钻井泵710连接，所述计算机可读介质中存有预设程序，该预设程序被所述处理器执行时能够实现以下步骤：检测所述钻井泵710的状态，若所述钻井泵710未工作，则启动所述发电机91，从而使得钻井液未进行循环时，自动启动所述发电机91，防止因钻井状态切换导致后勤保障无法及时供应。

此外，参考图1，本实施例中，生活区供暖部分包括：水箱入口管线81、水箱出口管线82、供暖循环泵83、供暖循环泵出口管线84，其中：水箱入口管线81连接生活区5与水箱6；水箱出口管线82连接水箱6与供暖循环泵83；供暖循环泵83为生活区供暖系统内的传热工质提供循环动力；供暖循环泵出口管线84连接供暖循环泵83与生活区5，整个生活区供暖系统形成一个闭合的回路，传热工质在其内部循环流动，在水箱内接受钻井液循环系统传递过来的地热能，在生活区5内通过供暖管线来给生活区5供暖，该系统中所有管线外侧均安装有保温层来防止热量的损失。

参考图1，本实施例中，电力取暖部分包括：发电机91、电缆92、电热件93，其中：发电机91位于上甲板，通过燃烧柴油而发电；电缆92连接发电机91与电热件93；电热件93位于水箱6的内部，接通电源后将电能转化为热能并传递给生活区供暖系统，电力取暖系统作为地热能取暖的一种有效补充，只有当钻井系统停止工作或尚未钻入到深部高温地层时，才将取暖方式转换为传统的电力取暖。

参考图2，本实施例中，所述水箱6包括：水箱主体61、保温层62、温度传感器63，其中：水箱主体61用来存储生活区供暖系统的传热工质，该传热工质可以为水或防冻液；保温层62覆盖在水箱主体61四周，用来防止水箱内的传热工质热量传递到周围环境中造成损失；温度传感器63感应部位置于水箱内部，其表盘置于水箱外部方便读取数据。

进一步的，该预设程序被所述处理器执行时进一步能够实现以下步骤：计算最小钻井液排量，根据最小钻井液排量和最大钻井液排量，将该排量范围内以预设排量为步长分为N个节点，计算每个节点的钻井液出口温度。

本实施例中，最小钻井液排量是根据钻井的基础数据进行计算，所述处理器根据输入或者相应传感器检测的数据进行计算，本实施例中的基础数据包括：井身结构、井眼轨迹、机械钻速、钻柱结构、钻井液的组成、钻井液入口温度、地层的温度梯度、海水表面温度、海水深度等，最小钻井液排量应满足井眼清洁的要求，能够将岩屑举升至平台，最小钻井液排量的计算方法如下：

式中：

Q_min-最低钻井液排量；

A_a-环空截面积；

D_pipe-钻杆直径；

D_hole-井眼直径；

R_p-机械钻速。

最大钻井液排量受钻井泵的限制，钻井平台上的钻井泵型号确认时，最大钻井液排量Q_max即确定了。

本实施例中，在钻井液排量范围内以0.01m³/min为步长平均分为N个节点，分别计算各节点对应排量的钻井液出口温度，不同排量喜爱井筒温度场计算模型如公式(2)、(3)所示：

式中：

v-钻井液流速；

T_p-钻杆内温度；

T_a-环空内温度；

T_ei-周围环境温度；

t-时间；

z-与井口的距离；

r_p-钻杆直径；

r_a-环空直径；

U_p-钻杆内总传热系数

U_a-环空内总传热系数

c_f-钻井液比热；

w-钻井液质量流量；

k_e-地层导热系数；

T_D-无量纲时间。

根据公式(2)、(3)可以获取当排量下井筒内温度场的分布，进而获取井口钻井液出口温度，分别计算得到Q_min,Q₁,Q₂Q₃......Q_max对应的钻井液出口温度T_min,T₁,T₂T₃......T_max。

进一步的，该预设程序被所述处理器执行时进一步能够实现以下步骤：将计算出的最高的钻井液出口温度与第一预设温度进行比对，若最大的钻井液出口温度小于第一预设温度，则关闭所述第一阀门707和所述第二阀门708，并启动所述发电机91，若最大钻井液温度大于第一预设温度，则控制所述钻井泵710以其中较为适宜温度的排量进行钻井液循环，本实施例中，所述第一预设温度选为40℃，该温度为较为适宜的保暖温度，当最大钻井液出口温度大于40℃时，选取最适宜的温度，如45℃等，并打开所述第一阀门707，关闭所述第二阀门708，此外，若在钻井液循环一定时间后，若所述水箱6内的温度小于第二预设温度，则启动所述发电机91，使用所述电热件93辅助加热，从而快速达到想要的温度，若达到一定温度后，钻井液温度仍大于第一预设温度，所述处理器控制所述发电机91停止，更充分的利用地热能量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。