降温装置的制作方法

本发明涉及钻井领域，特别是涉及一种降温装置。

背景技术：

地热是一种绿色、低碳且无污染的清洁能源，是可再生能源，并且具有储量巨大等特点，因此逐渐成为能源开发的热点。

在对高温地热资源及干热岩资源进行开发的过程中，一旦进入热资源富集的地层，地层温度最低一般在150℃左右，普遍能达到200℃以上的高温。甚至在具有高品质的热资源的地层中，地层温度可达到500℃以上。在对这些地层进行钻井作业的过程中，地层会将热量传递给井内的流体(例如，钻井液)，由此使得该流体的温度大幅提升。在这种情况下，通过环空循环回到井口处的流体可能会具有超过100℃的高温，会对作业人员的人身安全造成威胁。另外，这种高温的流体会在井口处沸腾、汽化，从而形成大量的高温蒸汽。这些高温蒸汽在井口及钻井平台上弥散，更是严重地影响了钻井的施工环境，对作业人员的人身安全产生非常大的威胁，例如有可能会发生严重的烫伤事故。

为此，需要一种能为返回到井口处的流体降温的装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种降温装置，使用这种降温装置能为返回到井口处的流体降温的装置。

根据本发明，提出了一种降温装置，其包括：与井口相连通的容纳腔，容纳腔用于容纳从井口处流出的待冷却流体；以及换热器，换热器设置为能与容纳腔内的待冷却流体相接触，其中，在换热器内容纳有冷却液，冷却液能流入换热器并吸收待冷却流体的温度，并在吸收温度后流出换热器。

使用本发明的降温装置，井口内的待冷却流体能进入到容纳腔内，并与换热器相接触。由外部进入到换热器内的冷却液温度较低，其能有效吸收换热器上的 热量，而使得换热器上的温度低于待冷却流体的温度，从而换热器会吸收待冷却流体的温度，并由此为待冷却流体降温。另外有低温的冷却液进入到换热器内，将吸热后的、温度较高的冷却液替换掉，以便于对容纳腔内的待冷却流体进行进一步降温。通过上述降温装置能起到对返回到井口处的流体进行降温的作用，从而作业人员不会因高温流体的影响而无法安全、正常的工作。

在一个实施例中，降温装置包括外壳体，容纳腔由外壳体包围形成，其中，换热器设置在容纳腔内并与外壳体间隔开。通过这种方式，换热器能以最大的接触面积与容纳腔内的待冷却流体相接触，从而能更加有效地将待冷却流体的热量传递给冷却液。

在一个实施例中，容纳腔的径向尺寸大于井口的径向尺寸。容纳腔的径向尺寸增大，能有效降低待冷却流体在此处的流速，从而能有效提高为待冷却流体降温的效率。

在一个实施例中，在外壳体的内侧套设有与井口相连通的、用于容纳管柱的保护管体，在保护管体的管壁上构造有流出口，其中，保护管体与换热器间隔开。通过设置保护管体，在井口内的管柱外环空中的待冷却流体能进入到保护管体内，并通过保护管体上的流出口流入到外壳体与保护管体之间，从而使得待冷却流体能与那里的换热器接触而温度降低。保护管体能将换热器与管柱间隔开，从而在下放管柱的过程中，管柱不会与换热器接触并摩擦，从而有效防止了换热器受损。

在一个实施例中，换热器构造为螺旋形管体，螺旋形管体在其一端处构造有冷却液入口，在其另一端处构造有冷却液出口。这种螺旋形管体形式的换热器使得冷却液在换热器内流动的路径被延长了，从而提高了其与待冷却流体热量交换的效率，并由此使得待冷却流体能够被更加有效地降温。

在一个实施例中，螺旋形管体包括多个依次连通的圈体单元，相邻的圈体单元的侧壁间隔开。这种设置增大了换热器与待冷却流体的接触面积，从而进一步提高了冷却液对待冷却流体的冷却效率。

在一个实施例中，降温装置还包括设置于换热器的背向井口的一侧的喷淋器，喷淋器构造有用于在其中容纳冷却液的降温管路，以及设置在降温管路上的喷嘴，喷嘴朝向容纳腔内以能够朝向容纳腔内喷淋冷却液。通过经由喷嘴向容纳腔内喷淋冷却液，能进一步降低待冷却流体的温度。尤其是，在待冷却流体因沸 腾、汽化而产生高温蒸汽的情况下，通过喷淋冷却液能有效为蒸汽降温，由此防止蒸汽大范围弥散，进而防止了高温蒸汽烫伤作业人员，保证了作业人员的人身安全。

在一个实施例中，在喷头处设置有温度传感器，在温度传感器检测到温度高于临界温度时，启动喷淋器以使喷嘴向容纳腔内喷淋冷却液。通过这种设置，如果待冷却流体在经过换热器后仍旧具备较高的温度，并由此产生温度较高、并高达临界温度以上的蒸汽的话，那么将会开启喷淋器对待冷却流体及其产生的高温蒸汽降温。

在一个实施例中，降温装置包括外壳体，容纳腔由外壳体包围形成，外壳体延伸至围绕在喷淋器的外侧。通过喷淋而降温的蒸汽，能够凝结并附着在外壳体的内壁上，由此起到收集作用，防止冷却后的流体逸出。

在一个实施例中，外壳体在喷淋器的周围形成锥形壳体，锥形壳体的锥顶朝向井口。锥形壳体的设置使得凝结并附着在此处的流体能够方便地被收集。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)井口内的待冷却流体能进入到容纳腔内，并与换热器相接触。由外部进入到换热器内的冷却液温度较低，其能有效吸收换热器上的热量，而使得换热器上的温度低于待冷却流体的温度，从而换热器会吸收待冷却流体的温度，并由此为待冷却流体降温。(2)另外有低温的冷却液进入到换热器内，将吸热后的、温度较高的冷却液替换掉，以便于对容纳腔内的待冷却流体进行进一步降温。(3)通过上述降温装置能起到对返回到井口处的流体进行降温的作用，从而作业人员不会因高温流体的影响而无法安全、正常的工作。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的降温装置的一个实施例的结构示意图。

图2显示了图1的降温装置的实施例的俯视图。

图3显示了根据本发明的降温装置的工作流程示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了发明的降温装置100的一个实施例。降温装置100包括容纳腔10，容纳腔10与井口200相连通并位于井口200的上方。从井下返回到井口的待冷却流体能在地层压力的作用下进一步进入到容纳腔10内。降温装置100还包括换热器20(见图2)，换热器20能与容纳腔10内的待冷却流体相接触。在换热器20内构造有冷却液腔，在需要对容纳腔10内的待冷却流体进行冷却时，向换热器20内通入温度较低的冷却液。温度较低的冷却液能够吸收换热器上的温度，并由此吸收待冷却流体的温度。也就是说，待冷却流体的温度较高，其温度将会传递给换热器20。温度较高的换热器20的热量将会传递给温度较低的冷却液，而使得换热器20的温度较低。换热器20的温度较低而待冷却流体的温度较高则会导致待冷却流体将热量继续传递给换热器20。由此，冷却液能够吸收待冷却流体的热量，并为待冷却流体降温。使温度升高后的冷却液流出换热器20，并向换热器20内通入新的、温度较低的冷却液能够进一步为待冷却流体降温。通过这种降温装置100，能够防止此处的流体温度过高而妨碍作业人员正常、安全地进行作业。尤其是，降温后的流体汽化产生的蒸汽较少、温度较低，从而能有效降低高温蒸汽弥散而导致的作业人员烫伤的危险性。

这里应理解的是，在容纳腔10与井口200之间还可设置有其他结构，例如其他的防溢装置等。

在一个实施例中，换热器20可作为容纳腔10的外壁，并起到盛装待冷却流体的作用。

在一个优选的实施例中，如图1所示的那样，降温装置100包括外壳体11，容纳腔由外壳体包围形成。在这种情况下，换热器20设置在外壳体11的内侧以与待冷却流体相接触。优选地，换热器20与外壳体11间隔开，从而换热器能以较大的接触面积与待冷却流体接触，进而能为待冷却流体更加高效率地降温。

另外，还可将容纳腔10构造为，其径向尺寸大于井口的径向尺寸。在设置有外壳体11的情况下，就是外壳体11的径向尺寸大于井口的径向尺寸。由此，待冷却流体在进入到容纳腔10内以后流动速率降低，从而使得待冷却流体能够在容纳腔内保持更长的时间，进行更加充分的热量交换，进而能进一步有效提高为待冷却流体降温的效率。

此外，还可在外壳体11内套设保护管体40。保护管体与井口相连通，需要下入井中的管柱可从保护管体内下入到井中。保护管体40与换热器20间隔开，从而在向井内下入管柱的过程中，管柱不会接触到换热器20并与换热器20发生摩擦，由此防止换热器20受到磨损。

这里的保护管体40可构造成网状的形式，以保证待冷却流体的流动性。优选地，保护管体40为圆筒状钢篦。

在一个优选的实施例中，如图1所示，换热器20构造为螺旋形管体，螺旋形管体在其一端处构造有冷却液入口，在其另一端处构造有冷却液出口。这种螺旋形管体形式的换热器延长了冷却液在换热器内流动的路径，从而使得冷却液能充分地为待冷却流体降温，从而提高了冷却流体的使用效率。

如图3所示，在降温装置20与井口相连通的情况下，降温装置20通常设置在井口的上方，以如图1所示的状态竖立在井口上。此时可将冷却液入口设置在螺旋形管体的最上端处，而将冷却液出口设置在螺旋形管体的最下端处。冷却液入口和冷却液出口可通过管路与用于给冷却液降温的装置60(例如，本领域中常用的冷却塔)相连，以对冷却液进行循环、重复的利用。优选地，还可在冷却液入口与冷却塔之间设置促进冷却液流动的冷却液泵61。

此外，可以令螺旋形管体包括多个依次连通的圈体单元21。一个圈体单元21形成螺旋体的一匝。在一个优选的实施例中，如图1所示，相邻的圈体单元21的侧壁间隔开。通过这种螺旋形管体的设置，进一步增大了换热器20与待冷却流体的接触面积，从而能进一步快速地为待冷却流体降温。

在一个实施例中，换热器20内的冷却液可以是水或工业用的冷却液体。

另外，降温装置100还包括设置于换热器20的背向井口的一侧(即，设置在换热器20的上方)的喷淋器。喷淋器构造有用于在其中容纳冷却液的降温管路30，以及设置在降温管路30上的喷嘴31，喷嘴31朝向容纳腔10以能够朝向容纳腔10内喷淋冷却液。也就是说，当高温的流体汽化而产生高温蒸汽时，可以通过喷嘴31向容纳腔10内喷淋冷却液而为高温蒸汽降温，由此使高温蒸汽液化而防止高温蒸汽弥散烫伤作业人员。喷嘴31可以是一个或多个，并且其具体的喷淋速率和喷淋方向可根据具体使用需要而确定。

在一个实施例中，在喷头31处设置有温度传感器，温度传感器能够感应到弥散到此处的蒸汽的温度。在温度传感器检测到的温度高于临界温度时，启动喷 淋器以使喷嘴31向容纳腔内喷淋冷却液。而如果温度传感器检测到的温度低于临界温度，那么可以选择关闭喷淋器而不通过喷淋冷却液来降低待冷却流体及其蒸汽的温度。这里的临界温度为约100℃，或者是待冷却流体开始大量气化的其他温度。应理解的是，根据作业需要，作业人员也可通过检测空气湿度或其他方式来确定是否需要打开喷淋器。

优选地，降温装置100的外壳体11延伸以围绕在喷淋器的外侧。通过喷淋而降温的蒸汽，能够凝结并附着在外壳体的内壁上，由此起到收集作用，防止冷却后的流体逸出。

更加优选地，外壳体11在喷淋器的周围形成锥形壳体12，锥形壳体12的锥顶朝向井口。锥形壳体的设置使得凝结并附着在此处的流体能够方便地被收集并流回到下方的外壳体内。

喷淋器的降温管路30可通过管路与盛装有冷却液的冷却罐70相连通。在其间可优选地连接有冷却液泵71。

应理解的是，喷淋器内的冷却液可以与换热器20内的冷却液相同或不同。由于喷淋器内的冷却液需要与待冷却流体或者冷却后的流体直接接触，因此其优选为水，以防止污染该流体。

在外壳体11的上部连接有出口50，冷却后的流体能经出口50进入到固控设备300中，以实现流体的循环。这里的流体包含有钻井液。这里的固控设备300为本领域技术人员所熟知的，在此不加赘述。

通过上述降温装置100能有效起到对返回到井口处的流体进行降温以防止作业人员的人身安全受到威胁的作用。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。