一种钻井循环流体温度调控系统、方法及应用与流程

本发明涉及钻井工程，特别涉及一种钻井循环流体温度调控系统、方法及应用。

背景技术：

1、深井、超深井和陆地冻土带水合物储层段的钻井过程中存在相应的安全风险、环境风险和地质风险，特别是超深层井段和陆地冻土带水合物储层段，其地质条件复杂，对钻井的工程技术要求极高，如何在钻井过程中保证井筒安全与井壁稳定是一大难题。

2、钻井过程中，钻头旋转切削地层以及井筒内流体流动的过程均会产生大量的热，从而引发井筒温度升高。井筒温度升高易造成井下危险事故发生，如井壁失稳、井喷等，因此，需要对井筒温度进行及时调控，以保护井筒安全。通过降低钻井循环流体的温度，可以达到井筒降温的目的。常规的钻井循环流体降温方法是通过降温设备在井口对返出的钻井循环流体进行即时的温度调控，具有一定的局限性。

技术实现思路

1、为了丰富钻井循环流体降温系统的种类，增加钻井循环流体降温方法的选择空间，提高井筒温度控制的效率，本发明提出一种钻井循环流体温度调控系统、方法及应用。

2、第一方面，本发明实施例提供一种钻井循环流体温度调控系统，与井筒连接，包括泥浆池、常温储罐、低温储罐、降温装置、混合阀、缓冲罐、第一节流阀和第二节流阀；

3、所述泥浆池连通井筒环空，以使井筒环空的钻井循环流体能够通入所述泥浆池；

4、所述泥浆池分别连接所述常温储罐和所述低温储罐；所述降温装置设置于所述泥浆池与所述低温储罐之间；

5、所述常温储罐和所述低温储罐分别经过所述混合阀与所述缓冲罐连接；所述混合阀适于将所述常温储罐流出的钻井循环流体与所述低温储罐流出的钻井循环流体混合；

6、所述缓冲罐连通井筒内的钻柱，适于存储从所述混合阀流出的目标温度的钻井循环流体；

7、所述第一节流阀设置于所述常温储罐与所述混合阀之间，适于调节所述常温储罐与所述混合阀之间钻井循环流体的流量；

8、所述第二节流阀设置于所述低温储罐与所述混合阀之间，适于调节所述低温储罐与所述混合阀之间钻井循环流体的流量。

9、在一个或一些可选实施例中，所述降温装置包括依次连接的制冷器、冷却液箱和换热器；

10、所述制冷器适于循环冷却所述冷却液箱中的冷却液，所述冷却液箱中的冷却液能够流经所述换热器后回到所述冷却液箱；

11、所述换热器分别连接所述泥浆池和所述低温储罐，以使所述泥浆池内的钻井循环流体流经所述换热器后通入所述低温储罐储存。

12、在一个或一些可选实施例中，所述钻井循环流体温度调控系统还包括第一截断阀、第二截断阀、第三截断阀、第四截断阀和第五截断阀；

13、所述第一截断阀设置于所述常温储罐与钻柱之间；

14、所述第二截断阀设置于所述常温储罐与所述混合阀之间；

15、所述第三截断阀设置于所述泥浆池与所述低温储罐之间；

16、所述第四截断阀设置于所述低温储罐与所述混合阀之间；

17、所述第五截断阀设置于所述缓冲罐与钻柱之间。

18、在一个或一些可选实施例中，所述常温储罐设置有第一温度计；

19、和/或，所述低温储罐设置有第二温度计；

20、和/或，所述缓冲罐设置有第三温度计；

21、和/或，所述混合阀的出口设置有第四温度计。

22、在一个或一些可选实施例中，所述常温储罐与所述混合阀之间设置有第一流量计；

23、所述低温储罐与所述混合阀之间设置有第二流量计。

24、在一个或一些可选实施例中，所述常温储罐连接所述钻柱。

25、第二方面，本发明实施例提供一种钻井循环流体温度调控方法，使用第一方面所述的钻井循环流体温度调控系统，包括：

26、获取预先设定的第一预设温度，所述第一预设温度为钻井作业需要的钻井循环流体的入井温度；

27、判断常温储罐内的钻井循环流体的温度是否小于所述第一预设温度；

28、若是，将所述常温储罐内的钻井循环流体通入钻柱；

29、若否，判断低温储罐内钻井循环流体的温度是否小于第一预设温度；

30、若是，将所述低温储罐内的钻井循环流体和所述常温储罐内的钻井循环流体通入混合阀，经所述混合阀混合后通入缓冲罐；

31、若否，通过降温装置对将要进入所述低温储罐内的钻井循环流体进行降温，将低温储罐内的降温后钻井循环流体和常温储罐内的钻井循环流体通入所述混合阀，经所述混合阀混合后通入所述缓冲罐；

32、调节第一节流阀和第二节流阀的开度，使得所述混合阀出口的钻井循环流体的温度和所述缓冲罐内钻井循环流体的温度均等于第一预设温度；

33、将所述缓冲罐内的钻井循环流体通入所述钻柱内。

34、在一个或一些可选实施例中，在调节第一节流阀和第二节流阀的开度，使得混合阀出口循环流体的温度和缓冲罐内钻井循环流体的温度均等于第一预设温度之前，还包括：

35、计算低温储罐流出的钻井循环流体与常温储罐流出的钻井循环流体的混合比例；

36、根据低温储罐流出的钻井循环流体与常温储罐流出的钻井循环流体的混合比例，确定第一节流阀和第二节流阀的开度调节大小。

37、在一个或一些可选实施例中，所述计算低温储罐流出的钻井循环流体与常温储罐流出的钻井循环流体的混合比例，包括：

38、根据常温储罐流出的钻井循环流体的温度、低温储罐流出的钻井循环流体的温度和混合阀流出的钻井循环流体温度，基于下述公式1计算得到所述低温储罐流出的钻井循环流体与常温储罐流出的钻井循环流体的混合比例：

39、

40、式中，th为常温储罐流出的钻井循环流体的温度，qvh为常温储罐流出的钻井循环流体的体积流量，tl为低温储罐流出的钻井循环流体的温度，qvl为低温储罐流出的钻井循环流体的体积流量，tmix为混合阀流出的钻井循环流体的温度。

41、在一个或一些可选实施例中，所述调节第一节流阀和第二节流阀的开度，使得混合阀出口钻井循环流体的温度和缓冲罐内钻井循环流体的温度均等于第一预设温度，包括：

42、判断缓冲罐内的钻井循环流体的温度是否等于第一预设温度；

43、若是，则不调节所述第一节流阀和所述第二节流阀的开度；

44、若否，判断缓冲罐内的钻井循环流体的温度是否大于第一预设温度；

45、若是，增大所述第二节流阀的开度，和/或，减小所述第一节流阀的开度，直至缓冲罐内的钻井循环流体的温度等于第一预设温度；

46、若否，增大所述第一节流阀的开度，和/或，减小所述第二节流阀的开度，直至缓冲罐内的钻井循环流体的温度等于第一预设温度。

47、在一个或一些可选实施例中，在增大所述第二节流阀的开度，和/或，减小所述第一节流阀的开度，直至缓冲罐内的钻井循环流体的温度等于第一预设温度之后，还包括：

48、减小所述第二节流阀的开度，和/或，增大所述第一节流阀的开度，直至混合阀出口的钻井循环流体的温度等于第一预设温度。

49、在一个或一些可选实施例中，在增大所述第一节流阀的开度，和/或，减小所述第二节流阀的开度，直至缓冲罐内的钻井循环流体的温度等于第一预设温度之后，还包括：

50、减小所述第一节流阀的开度，和/或，增大所述第二节流阀的开度，直至混合阀出口的钻井循环流体的温度等于第一预设温度。

51、第三方面，本发明实施例提供一种第一方面所述的钻井循环流体温度调控系统在钻井循环流体温度调控中的应用。

52、本发明实施例中提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

53、本发明实施例提供的钻井循环流体温度调控系统，通过混合阀对常温储罐内流出的钻井循环流体和低温储罐内流出的钻井循环流体进行混合，得到混合钻井循环流体，并通过设置第一节流阀和第二节流阀实现缓冲罐内混合钻井循环流体的温度调节，从而能够快速得到目标温度的钻井循环流体，并将目标温度的钻井循环流体储存于缓冲罐中，提高了温度调控的精度；通过将缓冲罐连接到井筒，使得缓冲罐内的目标温度的钻井循环流体能够直接通入井筒内，而无需等待井筒环空返出的钻井循环流体降温，大幅缩短了钻井循环流体温度调控的响应时间，实现钻井循环流体温度的快速调节，温度调控后的钻井循环流体直接送入井筒，有效保障了井筒稳定。

54、本发明实施例提供的钻井循环流体温度调控系统，通过在井筒周围布设泥浆池、常温储罐、降温装置、低温储罐和缓冲罐这五个主要装置，并将五个主要装置连接，其连接关系简单明了，使得整个钻井循环流体温度调控系统的结构简单，便于实施应用，并且，降低了整个钻井循环流体温度调控系统的造价成本，提高了的经济效益，有助于广泛推广和应用。

55、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

56、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。