阅读说明：本技术 一种钻井液冷却系统 (Drilling fluid cooling system ) 是由 张建军 唐浩 唐伟 黄杰 冷茂田 宋国平 张燕 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及石油及天然气钻探技术领域,具体涉及一种钻井液冷却系统,包括连接井口的井口溢流管、连接井口溢流管的分流箱、连接分流箱的振动筛和连接振动筛的泥浆罐,井口溢流管和/或分流箱的外壁套设有换热隔层,振动筛配套有风机,泥浆罐连接有冷却装置；换热隔层用于冷却井口溢流管和/或分流箱中的钻井液,风机用于冷却所述振动筛中的钻井液,冷却装置用于冷却泥浆罐中的钻井液以及用于向换热隔层中循环注入冷却液。本发明使钻井液在进入净化处理设备之前就被冷却至安全温度,使用同一个冷却装置对高温液体统一进行冷却处理,有利于对各个管路的流量进行统一控制,避免浪费和误操作,降低了生产成本。(The invention relates to the technical field of oil and natural gas drilling, in particular to a drilling fluid cooling system, which comprises a wellhead overflow pipe connected with a wellhead, a flow distribution box connected with the wellhead overflow pipe, a vibrating screen connected with the flow distribution box and a mud tank connected with the vibrating screen, wherein a heat exchange interlayer is sleeved on the outer wall of the wellhead overflow pipe and/or the flow distribution box, a fan is sleeved on the vibrating screen, and the mud tank is connected with a cooling device; the heat exchange interlayer is used for cooling drilling fluid in a wellhead overflow pipe and/or a flow distribution box, the fan is used for cooling the drilling fluid in the vibrating screen, and the cooling device is used for cooling the drilling fluid in the mud tank and circularly injecting cooling liquid into the heat exchange interlayer. The invention cools the drilling fluid to the safe temperature before entering the purification treatment equipment, and uniformly cools the high-temperature liquid by using the same cooling device, thereby being beneficial to uniformly controlling the flow of each pipeline, avoiding waste and misoperation and reducing the production cost.)

一种钻井液冷却系统

技术领域

本发明涉及石油及天然气钻探技术领域，特别涉及一种钻井液冷却系统。

背景技术

随着能源需求的增加和石油钻井技术发展，深井、超深井、高温高压井已成为钻井工业发展的重要方向；在深井、超深井钻井过程中，每100m地温梯度为3℃左右，以6000-7000m井深为例，井底温度可达180-210℃或更高，而当井深超过10000m时，井底温度在300℃以上。地层温度升高会使钻井液出现高温降解、高温交联、高温解吸附等现象，如果不及时冷却，将严重影响钻井液性能和井下工具使用寿命，甚至造成井内事故，威胁钻井作业安全和人员安全。

目前，钻井液冷却设备一般设置在钻井液净化处理(筛分、除气、除砂、除泥)之后，即钻井液净化设备需要处理刚从井口返出的高温钻井液，高温钻井液会对钻井液净化设备的使用寿命产生不利影响，还会对操作人员造成安全威胁；因此，需要一种设置在钻井液净化设备之前的冷却系统，使钻井液在进入净化处理设备之前就被冷却至安全温度，以保障净化设备的使用寿命和操作人员的作业安全。

发明内容

本发明针对现有钻井液冷却设备设置在钻井液净化处理设备之后，无法解决高温钻井液对净化设备使用寿命和操作人员作业安全产生不利影响的技术缺陷，提供一种钻井液冷却系统。本发明设置在钻井液净化处理设备前端，通过四级冷却达到快速冷却钻井液的效果，使钻井液在进入净化处理设备之前就被冷却至安全温度；本发明能够延长净化设备的使用寿命，提高操作人员的作业安全。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种钻井液冷却系统，包括连接井口的井口溢流管、连接所述井口溢流管的分流箱、连接所述分流箱的振动筛和连接所述振动筛的泥浆罐，所述井口溢流管和/或分流箱的外壁套设有换热隔层，所述振动筛配套有风机，所述泥浆罐连接有冷却装置；所述换热隔层用于冷却所述井口溢流管和/或分流箱中的钻井液，所述风机用于冷却所述振动筛中的钻井液，所述冷却装置用于冷却所述泥浆罐中的钻井液以及用于向所述换热隔层中循环注入冷却液。

常规井口对于从井底返出的钻井液一般均采用井口溢流管-分流箱-振动筛-泥浆罐的设备连接方式，本发明针对常见的井口连接方式，适用范围广，即从钻井液溢出井口起即进入三级或四级冷却流程，当井口溢流管或分流箱的外壁均套设有换热隔层时，为三级冷却，当井口溢流管和分流箱的外壁均套设有换热隔层时，为四级冷却。

以四级冷却为例，一级冷却：井口溢流管外壁套设的换热隔层通过换热原理带走井口溢流管内高温钻井液的热量，实现一级冷却；二级冷却：分流箱外壁套设的换热隔层二通过换热原理带走分流箱内高温钻井液的热量，实现二级冷却；三级冷却：使用风机对振动筛的筛面吹风，带走筛面上高温钻井液的热量，实现三级冷却；四级冷却：冷却装置带走泥浆罐中钻井液的热量，实现四级冷却。

本发明中一级冷却和二级冷却设置在钻井液净化处理设备(振动筛)前端，使钻井液在进入净化处理设备之前就被冷却至安全温度，有利于振动筛、泥浆罐和其他钻井液处理设备的使用寿命和操作人员的作业安全；同时通过三级冷却和四级冷却对钻井液进行进一步冷却，有利于钻井液的后续处理效率和循环利用效果。

优选地，所述冷却装置包括降温单元和换热器，所述降温单元用于降低所述冷却液的温度，并将降温后的所述冷却液循环输送给所述换热隔层和换热器。

冷却装置把降温单元和换热器集成为一体，便于运输、装卸和维护，提高了生产效率；其中，降温单元用于将回流的冷却液降温和将冷却后的冷却液输出，达到循环冷却换热隔层和换热器的效果；换热器和泥浆罐相连，其使用降温单元中的循环冷却液冷却泥浆罐中的高温钻井液，进一步提高冷却效果。

优选地，所述降温单元的入口端和出口端分别设有阀门一和阀门二，所述阀门一和阀门二均用于连通或截断所述冷却装置连接所述换热隔层的管路。

钻井液的温度因井深和井底压力的不同而不同，如果钻井液温度高，需要使用换热隔层冷却钻井液，则打开阀门一和阀门二，连通降温单元流向换热隔层的管路；如果钻井液温度低，不需要使用换热隔层冷却钻井液，则关闭阀门一和阀门二，截断降温单元流向换热隔层的管路；避免浪费、降低成本。

优选地，所述泥浆罐配套有阀门三，所述阀门三用于调节从所述冷却装置流向所述泥浆罐的钻井液流量。

如果泥浆罐中的钻井液温度较高、需要冷却，则打开阀门三，连通泥浆罐流向冷却装置的管路；如果泥浆罐中的钻井液温度低、不需要冷却，则关闭阀门三，截断泥浆罐流向冷却装置的管路；避免浪费、降低成本。

优选地，所述分流箱的底部连接有辅助冷却管，所述辅助冷却管的另一端连接所述冷却装置，其用于将冷却后的钻井液注入所述分流箱，以降低所述分流箱中的钻井液温度。

在需要提高冷却速度时，辅助冷却管能够起到一定的辅助冷却作用；辅助冷却管一端连接分流箱，另一端连接冷却装置，将冷却装置中经过降温的钻井液注入分流箱，和分流箱中的高温钻井液混合，达到降低钻井液温度的作用

优选地，所述辅助冷却管路配套有阀门四，所述阀门四用于调节从所述冷却装置流向所述分流箱的钻井液流量。

经冷却装置冷却的低温钻井液分别经阀门三和阀门四流向泥浆罐和分流箱，如果分流箱需要的低温钻井液流量增大，则调小阀门三，减少注入泥浆罐的低温钻井液，同时配合调大阀门四，使流向分流箱的低温钻井液流量增加；如果分流箱需要的低温钻井液流量减小，则调大阀门三，增加注入泥浆罐的低温钻井液流量，配合调小阀门四，使流向分流箱的低温钻井液流量减少，避免浪费、降低成本。

优选地，所述冷却液从所述换热隔层的底部注入，从所述换热隔层的顶部返出并回流至所述冷却装置。

冷却液从换热隔层的底部注入，向上流动到换热隔层的顶部后返回冷却装置；由于重力的作用，冷却液向上流动的速度低且平稳、流动形态稳定、与对应设备外壁接触全面，冷却效果好；如果从换热隔层的顶部注入，冷却液会由于重力作用快速向下流动，与对应设备外壁接触面积小、换热时间不充分，冷却效果差。

优选地，所述冷却液为水或冷凝剂。

水的使用成本低，当钻井液温度较低或对冷却速率要求较低时，可使用水作为冷却液；当钻井液温度较高或对冷却速率要求较高时，可使用冷凝剂作为冷却液，以提高冷却效率，确保钻井液净化设备的使用寿命和操作人员的安全。

本发明的有益效果是：

本发明中一级冷却和二级冷却设置在钻井液净化处理设备(振动筛)前端，使钻井液在进入净化处理设备之前就被冷却至安全温度，有利于振动筛和泥浆罐的使用寿命和操作人员的作业安全；同时通过三级冷却和四级冷却对钻井液进行进一步冷却，有利于钻井液的后续处理效率和循环利用效果；使用同一个冷却装置对高温液体统一进行冷却处理，同时设置阀门控制冷却液和低温钻井液的流量，提高了处理效率，有利于对各个管路的流量进行统一控制，避免浪费和误操作，降低了生产成本。

附图说明：

图1为实施例1中一种钻井液冷却系统的结构示意图。

图2为实施例1中冷却装置的结构示意图。

图3为实施例2中一种钻井液冷却系统的结构示意图。

图4为实施例3中一种钻井液冷却系统的结构示意图。

其中附图标记为：

1-井口溢流管，11-换热隔层，2-分流箱，21-辅助冷却管，22-阀门四，3-振动筛，31-风机，4-泥浆罐，41-阀门三，5-冷却装置，51-冷却液，52-降温单元，521-阀门一，522-阀门二，53-散热器，54-阀门五，55-泵二，56-换热器，6-泵一，7-喇叭口。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种钻井液冷却系统，包括连接井口7的井口溢流管1、连接井口溢流管1的分流箱2、连接分流箱2的振动筛3和连接振动筛3的泥浆罐4，井口溢流管1和分流箱2的外壁套均设有换热隔层11，振动筛配套有风机31，泥浆罐4连接有冷却装置5；换热隔层11用于冷却井口溢流管1和分流箱2中的钻井液，风机31用于冷却振动筛3中的钻井液，冷却装置5用于冷却泥浆罐4中的钻井液以及用于向换热隔层11中循环注入冷却液51。

泥浆罐4配套有阀门三41，阀门三41用于调节从冷却装置5流向泥浆罐4的钻井液流量。

分流箱2的底部连接有辅助冷却管21，辅助冷却管21的另一端连接冷却装置5，其用于将冷却后的钻井液注入分流箱2，以降低分流箱2中的钻井液温度；辅助冷却管路21配套有阀门四22，阀门四22用于调节从冷却装置5流向分流箱2的钻井液流量。

如图2所示，冷却装置5包括降温单元52和换热器56，降温单元52用于降低冷却液51的温度，并将降温后的冷却液51循环输送给换热隔层11和换热器56；降温单元52的入口端和出口端分别设有阀门一521和阀门二522，阀门一521和阀门二522均用于连通或截断冷却装置5连接换热隔层11的管路。

冷却液51从换热隔层11的底部注入，从换热隔层11的顶部返出并回流至冷却装置5；冷却液51为水或冷凝剂。

本实施例实现四级冷却，一级冷却：井口溢流管1外壁套设的换热隔层11通过换热原理带走井口溢流管1内高温钻井液的热量，实现一级冷却；二级冷却：分流箱2外壁套设的换热隔层11通过换热原理带走分流箱2内高温钻井液的热量，实现二级冷却；三级冷却：使用风机31对振动筛3的筛面吹风，带走筛面上高温钻井液的热量，实现三级冷却；四级冷却：冷却装置5带走泥浆罐4中钻井液的热量，实现四级冷却。

冷却装置5工作时，泵二55将冷却液51吸入，冷却液51先通过散热器53进行散热，经过降温的冷却液51分别经阀门二522、阀门五54流向换热隔层11和换热器56，经过换热器56冷却的钻井液分别经阀门四22和阀门三41流向分流箱2和泥浆罐4；与此同时，泵一6将泥浆罐4中的钻井液吸入管道，向冷却装置5中的换热器56输送。

本发明中一级冷却和二级冷却设置在钻井液净化处理设备(振动筛3)前端，使钻井液在进入净化处理设备之前就被冷却至安全温度，有利于振动筛3、泥浆罐4和其他钻井液处理设备的使用寿命和操作人员的作业安全；同时通过三级冷却和四级冷却对钻井液进行进一步冷却，有利于钻井液的后续处理效率和循环利用效果。

本发明使用的冷却液热交换降温是工业上的常用降温方法，相关设备比较成熟、可靠性强、安装方便、成本低，能够较好地适应钻井现场的操作特点；本发明使用同一个冷却装置5对换热隔层11和换热器41中的高温液体统一进行冷却处理，提高了处理效率，有利于对各个管路的流量进行统一控制，避免浪费和误操作，降低了生产成本。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中仅在井口溢流管1的外壁套设有换热隔层11，分流箱2的外壁未设置换热隔层11。

钻井液的温度因井深和井底压力的不同而不同，如果钻井液温度低，在井口溢流管1的外壁套设换热隔层11即可达到冷却目的，以避免浪费、降低成本。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中仅在分流箱2的外壁套设有换热隔层11，井口溢流管1的外壁未设置换热隔层11。

钻井液的温度因井深和井底压力的不同而不同，如果钻井液温度低，在分流箱2的外壁套设换热隔层11即可达到冷却目的，以避免浪费、降低成本。

以上公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。