一种钻井泥浆制冷装置的制作方法

本实用新型涉及钻井泥浆制冷领域，特别涉及一种钻井泥浆制冷装置。

背景技术：

天然气水合物的开采将有助于缓解化石燃料短缺的危机，获取天然气水合物样品最直接的方法是钻探，由于天然气水合物的赋存条件是低温高压，因此对钻井泥浆进行制冷尤为重要，目前现有的钻井泥浆制冷方法主要是对钻井泥浆投入冰块，加长钻井泥浆的循环槽进行自然降温，此方法虽然简单易行，但是当钻进深度较大时循环槽的长度不足以降低泥浆的温度，此外投入冰块也会增加运行成本、效率低下；专利公告号为：CN 101787867A的专利，公开了采用制冷机组利用液体对液体的制冷方法，结构复杂，所使用的附属设备繁多，而且深井钻进所采用的设备较大，经济成本高，由于陆地冻土区交通条件较差，设备运输不方便，该方法附属设备繁多，工艺复杂，此外对于深井与超深井的石油钻探和大陆科学钻探，在钻进深度增加以后，地层温度较高，钻孔冲洗液内的有效成分容易受到高温的影响而导致钻井液失效，因此探究一种工艺简单、效率高的钻井泥浆制冷方法就非常必要。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有的钻井泥浆制冷装置结构复杂，费用高，操作复杂，工作效率低，制冷速度慢，采用制冷机组利用液体对液体的制冷，由于高原冻土区水资源短缺，设备使用不方便，设备繁多，工艺复杂等问题，而提出一种钻井泥浆制冷装置。

一种钻井泥浆制冷装置，包括制冷装置、换热器、载冷剂泵、泥浆池和若干管道，制冷装置的输出端与换热器的冷流体输入端通过管道连接，制冷装置的输入端与换热器的冷流体输出端通过管道连接，泥浆池的输出端与换热器的热流体输入端通过管道连接，载冷剂泵的输入端与换热器的热流体输出端通过管道连接，载冷剂泵的输出端与泥浆池的输入端通过管道连接；所述制冷装置包括空压机和涡流制冷器，空压机的输出端与涡流制冷器的输入端通过管道连接，涡流制冷器的热流体输出端也与涡流制冷器的输入端通过管道连接，涡流制冷器的冷流体输出端与换热器的冷流体输入端通过管道连接，所述换热器的冷流体输出端与涡流制冷器的输入端通过管道连接；

所述制冷装置包括空压机和多级涡流制冷器，多级涡流制冷器包括若干个涡流制冷器，第一个涡流制冷器的输入端作为多级涡流制冷器的输入端，并与空压机的输出端通过管道连接，最后一个涡流制冷器的冷流体输出端作为多级涡流制冷器的冷流体输出端，并与换热器的冷流体输入端通过管道连接，其余的涡流制冷器的输入端均与前一个涡流制冷器的冷流体输出端通过管道连接，每一个涡流制冷器的热流体输出端均与第一个涡流制冷器的输入端通过管道连接；

所述制冷装置还包括气体缓冲罐，气体缓冲罐的一端与换热器的冷流体输出端通过管道连接，另一端与多级涡流制冷器的输入端通过管道连接，且气体缓冲罐侧壁固定安装有若干个阀体，阀体的数量与多级涡流制冷器中涡流制冷器的数量相同，且每个涡流制冷器的热流体输出端均通过阀体与气体缓冲罐内腔贯通；

所述换热器为螺旋板式换热器。

所述管道为缠有保温层的高压胶管，保温层为聚氨酯泡沫，且聚氨酯泡沫外部缠有锡纸。

该装置的工作原理如下：

空压机将空气压缩为高压气体并提供给多级涡流制冷器，高压气体首先进入多级涡流制冷器中第一个涡流制冷器，压缩气体在喷嘴内膨胀，然后以很高的速度沿切线方向进入涡流室，气流在涡流室内高速旋转时，经过涡流变换后分离成总温不相等的两部分气流，处于中心部位的气流温度低，而处于外层部位的气流温度高，调节冷热流比例，可以得到最佳制冷效应或制热效应，然后冷流体通过冷端管进入下一个涡流制冷器的喷嘴内，重复涡流制冷器工作，直到从第四个涡流制冷器冷端管排出，并通过冷流体输入端进入螺旋板式换热器内，热流体通过热端管进入气体缓冲罐回收，并通过气体缓冲罐上端的输出口重新进入多级涡流制冷器进行处理，进入螺旋板式换热器内的冷流体，在螺旋板式换热器内完成热交换后，由冷流体输出端排出，经气体缓冲罐下端的输入口进入气体缓冲罐内，待循环；泥浆利用自身的重力经泥浆池下部的输出口，由螺旋板式换热器的热流体输入端进入到螺旋板式换热器内，进行热交换，在螺旋板式换热器内完成热交换后，由热流体输出端排出，并利用载冷剂泵的抽吸力返回泥浆池中。

本实用新型的有益效果：

本发明结构操作简单，效率高，采用多级涡流制冷器利用气体对液体制冷方法，操作方法简单，设备成本低，解决了高原冻土区交通条件差、水资源短缺设备使用不方便的问题，此外本发明适用范围广，不仅可以应用于天然气水合物钻探取样的泥浆制冷，还可以应用于深井和超深井的石油勘探开发、深部大陆科学钻探等领域，解决了深部钻探中地层温度较高，钻井液有效成分失效的问题，可以根据地层深度，设置多级涡流管数目，简化了工艺的复杂性，同时解决了以往设备繁多，操作不便的情况。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型多级涡流管制冷器的工作原理示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，本实施例由若干单向阀1、空压机2、多级涡流制冷器3、气体缓冲罐4、螺旋板式换热器5、泥浆池6、若干管道7和载冷剂泵8组成，空压机2的输出端与单向阀1的一端螺接，空压机2将空气压缩为高压气体并提供给多级涡流制冷器3，单向阀1的另一端与管道7的一端法兰连接，且此管道7上任意位置设有一个单向阀1，管道7的另一端与多级涡流制冷器3的进气口螺接，多级涡流制冷器3包括四个由喷嘴31、涡流室32、分离孔板33、冷端管34和热端管35组成的涡流制冷器，涡流室32焊接有喷嘴31、冷端管34和分离孔板33，且喷嘴31、冷端管34和分离孔板33与涡流室32的内腔贯通，分离孔板33的端部焊接有冷端管34，第一个涡流制冷器的喷嘴31作为多级涡流制冷器3的进气口，即输入端，第四个涡流制冷器的冷端管34作为多级涡流制冷器3的冷流体排放口，即冷流体输出端，多级涡流制冷器3的冷流体排放口法兰连接于螺旋板式换热器5的冷流体输入端51，其余的涡流制冷器的进气口均与前一个涡流制冷器的冷流体排放口通过螺接的管道7连通，四个热端管35，即涡流制冷器的热流体输出端均螺接有单向阀1，气体缓冲罐4上端焊接有输出口46，且输出口46通过螺接的管道7与多级涡流制冷器3的进气口连通，气体缓冲罐4的侧壁预留有四个回收口42、43、44和45，且四个回收口42、43、44和45分别与四个热端管35端部的单向阀1螺接，气体缓冲罐4下端焊接有输入口41，输入口41与管道7的一端螺接，管道7的另一端螺接法兰连接于螺旋板式换热器5的冷流体输出端54，泥浆池6的下端设有泥浆输出管61，且泥浆输出管61上设有单向阀1，泥浆输出管61法兰连接于螺旋板式换热器5的热流体输入端53，泥浆池6的上端设有泥浆输入管62，泥浆输入管62法兰连接于载冷剂泵8的输出口，载冷剂泵8的输入口法兰连接于螺旋板式换热器5的热流体输出端52；

为了起到更好的保温效果防止不必要的热量交换，管道7具体为带有保温层的高压胶管，保温层为聚氨酯泡沫，且为了将聚氨酯泡沫固定于高压胶管表面，在聚氨酯泡沫的外部缠上锡纸。

该装置的具体使用方法为：按照图1连接好若干单向阀1、空压机2、多级涡流制冷器3、气体缓冲罐4、螺旋板式换热器5、泥浆池6、若干管道7和载冷剂泵8；开启泥浆池6下部的单向阀1使泥浆流入螺旋板式换热器5，然后开启载冷剂泵8使钻井泥浆循环；启动空压机2，并打开空压机2的单向阀1、多级涡流管制冷器3的单向阀1和启气体缓冲罐4下端的单向阀1，使得高压空气能够循环制冷；持续适当时间，使螺旋板式换热器5中充分进行泥浆与冷流体的热交换工作，同时根据需要开启气体缓冲罐4侧壁的单向阀1，调节制冷效果；关闭空压机2，并将空压机2与多级涡流管制冷器3的各级法兰盘接口打开，将气体排出；关闭载冷剂泵8，然后关闭泥浆池6下部的输出口61关闭，将螺旋板式换热器5内的泥浆抽出后输入泥浆池6，此外将泥浆池6与螺旋板式换热器5和载冷剂泵8的法兰盘接头打开。

请参阅图1和图2，该装置的工作原理具体为：空压机2将空气压缩为高压气体并提供给多级涡流制冷器3，高压气体首先进入多级涡流制冷器3中第一个涡流制冷器，压缩气体在喷嘴31内膨胀，然后以很高的速度沿切线方向进入涡流室32，气流在涡流室32内高速旋转时，经过涡流变换后分离成总温不相等的两部分气流，处于中心部位的气流温度低，而处于外层部位的气流温度高，调节冷热流比例，可以得到最佳制冷效应或制热效应，然后冷流体通过冷端管34进入下一个涡流制冷器的喷嘴31内，重复涡流制冷器工作，直到从第四个涡流制冷器冷端管34排出，并通过冷流体输入端51进入螺旋板式换热器5内，热流体通过热端管35进入气体缓冲罐4回收，并通过气体缓冲罐4上端的输出口46重新进入多级涡流制冷器3进行处理，进入螺旋板式换热器5内的冷流体，在螺旋板式换热器5内完成热交换后，由冷流体输出端54排出，经气体缓冲罐4下端的输入口41进入气体缓冲罐4内，待循环；泥浆利用自身的重力经泥浆池6下部的输出口61，由螺旋板式换热器5的热流体输入端53进入到螺旋板式换热器5内，进行热交换，在螺旋板式换热器5内完成热交换后，由热流体输出端52排出，并利用载冷剂泵8的抽吸力返回泥浆池6中。