[发明专利]一种钻井液强制冷却装置及低温循环钻井方法

权利要求书

1.一种钻井液强制冷却装置，其特征在于：包括载冷剂冷却系统(1)和对流换热系统(2)组成，载冷剂冷却系统(1)与对流换热系统(2)串联在装置中；

所述载冷剂冷却系统(1)包括冷却塔(11)、冷水机组(12)、载冷剂箱(13)、控制反馈单元(14)、冷却水循环泵(111)和冷冻水循环泵(121)，冷却塔(11)通过冷却水循环泵(111)与载冷剂箱(13)相连通，冷水机组(12)通过冷冻水循环泵(121)与载冷剂箱(13)相连通，控制反馈单元(14)设置在载冷剂箱(13)上；

所述对流换热系统(2)包括换热器(21)、钻井液罐(22)、载冷剂循环泵(211)、钻井液循环泵(221)和钻井泵(222)，换热器(21)通过钻井液循环泵(221)与钻井液罐(22)相连通，换热器(21)通过载冷剂循环泵(211)与载冷剂箱(13)相连通，钻井液罐(22)通过钻井泵(222)与井下相连通。

2.根据权利要求1所述一种钻井液强制冷却装置，其特征在于：所述冷却塔(11)采用逆流封闭式循环，运行过程中不需要补充冷却水，冷却水不与空气直接接触，冷却水出水温度25℃～30℃。

3.根据权利要求1所述一种钻井液强制冷却装置，其特征在于：所述冷水机组(12)选用风冷式冷水机组，采用空气作为冷媒，机组运行不受环境温度与水源条件的影响，冷冻水出水温度8℃～12℃。

4.根据权利要求1所述一种钻井液强制冷却装置，其特征在于：所述换热器(21)选用双头可拆式不锈钢螺旋板式换热器。

5.一种钻井液强制冷却装置的低温循环钻井方法，其特征在于：采用了上述钻井液强制冷却装置将钻井液的入井温度控制在40℃～50℃之间，包括钻井液冷却循环和载冷剂冷却循环两大步骤：

一、钻井液冷却循环

1)将钻井泵钻井泵(222)与钻杆内冷却管连接，构成冷却回路；

2)开启钻井液循环，使钻井液在钻机的冷却循环系统中循环开来；

3)开启钻机，钻机开始钻探，随着钻机的运行，钻井液温度升高，高温钻井液循环回，钻井液罐(22)内，钻井液罐(22)内的钻井液温度升高，当钻井液罐(22)内的钻井液温度高于50℃时，控制反馈单元(14)启动钻井液循环泵(221)和载冷剂循环泵(211)；

4)高温钻井液经钻井液循环泵(221)泵出，进入换热器(21)内，与载冷剂进行热交换，所用载冷剂为20％～30％的乙二醇水溶液，然后经热交换后的钻井液回到钻井液罐(22)内，继续进入井下冷却循环；

5)载冷剂首先由载冷剂循环泵(211)从载冷剂箱(13)内泵出，载冷剂进入换热器(21)内与钻井液进行热交换，然后回到载冷剂箱(13)内；

6)当钻井液罐(22)内的钻井液温度低于40℃时，控制反馈单元(14)关闭钻井液循环泵(221)与载冷剂循环泵(211)；

二、载冷剂冷却循环

1)升温后的载冷剂从换热器(21)回到载冷剂箱(13)内；

2)控制反馈单元(14)对外界温度、内部载冷剂的温度和钻井液温度进行监测，当载冷剂箱(13)内的载冷剂温度高于40℃时，控制反馈单元(14)启动冷却水循环泵(111)，冷却水在冷却水循环泵(111)的作用下由冷却塔(11)进入载冷剂箱(13)内，与载冷剂进行热交换，然后高温冷却水再回到冷却塔(11)内进行降温，继续循环；

3)当控制反馈单元(14)测得外界环境温度高于25℃时，单靠冷却塔(11)的冷却水循环无法满足对载冷剂的冷却时，控制反馈单元(14)启动冷冻水循环泵(121)，冷水机组(12)内的冷冻水在冷冻水循环泵(121)的作用下进入载冷剂箱(13)内与载冷剂进行热交换，对载冷剂进行二级降温，然后高温冷却水再回到冷水机组(12)内进行降温，继续循环，这样就增强了对载冷剂的冷却效果；

4)当控制反馈单元(14)测得载冷剂的温度低于30℃时，控制反馈单元(14)关闭冷却水循环泵(111)和冷冻水循环泵(121)。