[发明专利]一种钻井液强制冷却装置及低温循环钻井方法

说明书

本发明公开了一种钻井液强制冷却装置及低温循环钻井方法，一种钻井液强制冷却装置，包括载冷剂冷却系统和对流换热系统组成，载冷剂冷却系统与对流换热系统串联在装置中，一种钻井液强制冷却装置的低温循环钻井方法，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，本发明的钻井技术可解决井下超高温造成的钻井液循环温度超过井下工具的耐温极限的技术瓶颈，通过降低钻井液的入井温度，可有效降低钻井液循环温度，提高井下工具的工作寿命，是高温井安全、高效钻井的有效手段，也是钻井作业往更深发展的关键技术。本发明涉及的工艺与装备可独立运行，不会影响常规钻井作业。

技术领域

本发明涉及勘探钻井领域，特别涉及一种钻井液强制冷却装置及低温循环钻井方法。

背景技术

随着能源需求的增加，深部地热资源(干热岩)与油气资源等的钻井工作量日益增加，高温钻井技术已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升高，井底温度可达240℃～260℃或更高，地层温度升高将引起钻井液循环温度升高，循环温度可能达到180℃～200℃，钻井液中有机添加剂会逐渐降解、失效，同时还引起黏土钝化，造成钻井液性能恶化。高温不但影响钻井液性能，还影响井下工具(螺杆钻具、MWD、自动垂直钻进系统等)的使用寿命，钻井液、钻井机具的耐高温性能面临更为严峻的考验。此外，过高的泥浆温度会烫伤钻井平台操作人员，存在安全隐患。目前采用的技术措施是将耐高温材料应用于钻井液体系与钻具制造材料中，企图突破“高温”瓶颈，相应的研究难度、研发成本呈指数增加。

如图4所示，以干热岩、深部地热等典型高温井来说：在钻井过程中，地层温度随深度增加而升高，如L1所示，4000m处的井底温度可能达到250℃，根据前期施工经验，当井底温度达到250℃时，在常规模式下，钻井液从地表至井底的温度变化曲线如L2所示，地表入井温度约为80℃，钻井液自上而下过程中与环状间隙的钻井液进行热交换，到达井底的温度约为190℃，钻井液从井底沿环状间隙返至地表过程的温度变化如L3所示，返回地表的温度约为90℃，从钻井液循环温度曲线L2和L3可以看出，井下工具工作的最高温度要达到190℃，超过了一般井下工具耐温150℃的极限，造成井下工具无法工作或寿命极短的问题，所以急需一种钻井液强制冷却装置及低温循环钻井方法，从而降低钻井液的入井温度，将入井温度稳定在40℃～50℃，在低温循环模式下，钻井液从地表至井底的温度变化如L4所示，预测到达井底的温度约为140℃～150℃；钻井液从井底沿环状间隙返至地表过程的温度变化如L5所示，返回地表的温度约为60℃；从钻井液循环温度曲线L4和L5可以看出，井下工具工作的最高温度不超过150℃，没有超过井下工具的耐温极限，井下工具可正常安全高效工作，有效的解决了高温钻井技术难题。

发明内容

本发明的目的是要解决上述背景技术中所提出的问题，而提供一种钻井液强制冷却装置及低温循环钻井方法。

一种钻井液强制冷却装置，包括载冷剂冷却系统和对流换热系统组成，载冷剂冷却系统与对流换热系统串联在装置中；

所述载冷剂冷却系统包括冷却塔、冷水机组、载冷剂箱、控制反馈单元、冷却水循环泵和冷冻水循环泵，冷却塔通过冷却水循环泵与载冷剂箱相连通，冷水机组通过冷冻水循环泵与载冷剂箱相连通，控制反馈单元设置在载冷剂箱上；

所述对流换热系统包括换热器、钻井液罐、载冷剂循环泵、钻井液循环泵和钻井泵，换热器通过钻井液循环泵与钻井液罐相连通，换热器通过载冷剂循环泵与载冷剂箱相连通，钻井液罐通过钻井泵与井下相连通；

所述冷却塔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℃；

所述冷水机组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℃；

所述换热器选用双头可拆式不锈钢螺旋板式换热器；