[发明专利]一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置

说明书

本发明公开了一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置。目前在石油开采作业中采用高压冷却液对钻具进行冷却，施工和运行难度均较大，无法实现长时间高效运行。本发明包括制冷剂回路和隔热筒。制冷剂回路中的涡轮、压缩机和冷凝器设置在隔热筒外，膨胀机构和蒸发器设置在隔热筒内。涡轮和压缩机设置在抗压筒上方，钻井液驱动涡轮转动，涡轮驱动压缩机工作。冷凝器设置在钻铤与隔热筒之间位置。蒸发器环绕抗压筒外壁设置，对隔热筒内的抗压筒以及内部的随钻电子设备进行冷却。该制冷循环采用正辛烷作为制冷剂。本发明通过制冷循环对是由开采的钻具进行冷却，填补了对石油开采方面的一个技术空缺，满足了如石油钻井随钻仪器等场景的制冷需要。

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，具体是在石油开采作业中的对钻具的冷却，涉及了一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置。

背景技术

在石油开采作业中，需要利用石油钻井设备从地面开始沿设计轨道钻穿多套地层到达地下数千米深的预定油气层。地球的平均地温梯度为3℃/100m，即从地表开始每深入100米，温度会提高约3摄氏度。以7000～8000m的深井为例，井底温度可达200～250℃。在钻井设备运行过程中，钻具中通过的钻井液受地层温度影响，温度往往高达200℃左右。在钻具结构中，外部为内径较大的钻铤，内部为抗压筒，抗压筒外部有隔热涂层，内部为探管，探管支架上放置随钻仪器。钻井液由钻铤和抗压筒之间的间隙自上而下通过，再从钻铤外部向上回流。随钻电子设备一般安装在钻头附近的抗压筒内，钻头正常工作需要大量钻井液润滑钻头，钻井液由钻铤与抗压筒之间流过。由于探管上的随钻仪器工作温度一般不能超过175℃，而钻井液的温度则高达200℃左右。在这种情况下，若不采取一些措施，单凭抗压筒外部的隔热涂层，是不能长时间隔热，会导致钻具中探管等仪器因长期处于过高工作温度下而损坏、无法正常运行。目前，行业中解决此问题的方法主要有两种：一种是定期更换钻具中的探管等随钻电子元器件，但是这种方法成本过高；另一种是利用高压冷却液(一般是高压水)对钻具中的随钻仪器进行冷却，高压冷却液从地面通过管道运输到地下数千米的的钻头附近，施工和运行难度均较大，存在技术上的困难并且运行成本较高，无法实现长时间高效运行。

发明内容

本发明的目的就是提供一种对石油开采钻具进行冷却的制冷循环装置，利用高速流动的钻井液驱动制冷循环装置，实现井下不通电情况下完成制冷。

本发明包括涡轮、压缩机、冷凝器、膨胀机构、蒸发器和隔热筒；其中，涡轮、压缩机和冷凝器设置在隔热筒外，膨胀机构和蒸发器设置在隔热筒内。

所述的涡轮和压缩机设置在抗压筒上方，涡轮的转动平面基本垂直于钻井液的流动方向，涡轮与压缩机同轴设置，高速流动的钻井液驱动涡轮转动，涡轮驱动压缩机工作。

所述的冷凝器环绕隔热筒外壁设置，设置在钻铤与隔热筒之间位置；压缩机的出口连接冷凝器的进口，冷凝器的出口通过穿过隔热筒的管路连接膨胀机构的进口。

所述的蒸发器环绕抗压筒外壁设置，对隔热筒内的抗压筒以及内部的随钻电子设备进行冷却；蒸发器的进口连接膨胀机构的出口，蒸发器的出口通过穿过隔热筒的管路连接压缩机的进口。

压缩机、冷凝器、膨胀机构和蒸发器构成供制冷剂循环的制冷剂回路，该制冷循环采用正辛烷作为制冷剂。

本发明通过制冷循环对是由开采的钻具进行冷却，填补了对石油开采方面的一个技术空缺，满足了如石油钻井随钻仪器等场景的制冷需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述地实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部地实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。