本發(fā)明涉及鉆井領(lǐng)域，特別是涉及一種降溫裝置。

背景技術(shù)：

地?zé)崾且环N綠色、低碳且無污染的清潔能源，是可再生能源，并且具有儲(chǔ)量巨大等特點(diǎn)，因此逐漸成為能源開發(fā)的熱點(diǎn)。

在對(duì)高溫地?zé)豳Y源及干熱巖資源進(jìn)行開發(fā)的過程中，一旦進(jìn)入熱資源富集的地層，地層溫度最低一般在150℃左右，普遍能達(dá)到200℃以上的高溫。甚至在具有高品質(zhì)的熱資源的地層中，地層溫度可達(dá)到500℃以上。在對(duì)這些地層進(jìn)行鉆井作業(yè)的過程中，地層會(huì)將熱量傳遞給井內(nèi)的流體(例如，鉆井液)，由此使得該流體的溫度大幅提升。在這種情況下，通過環(huán)空循環(huán)回到井口處的流體可能會(huì)具有超過100℃的高溫，會(huì)對(duì)作業(yè)人員的人身安全造成威脅。另外，這種高溫的流體會(huì)在井口處沸騰、汽化，從而形成大量的高溫蒸汽。這些高溫蒸汽在井口及鉆井平臺(tái)上彌散，更是嚴(yán)重地影響了鉆井的施工環(huán)境，對(duì)作業(yè)人員的人身安全產(chǎn)生非常大的威脅，例如有可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的燙傷事故。

為此，需要一種能為返回到井口處的流體降溫的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種降溫裝置，使用這種降溫裝置能為返回到井口處的流體降溫的裝置。

根據(jù)本發(fā)明，提出了一種降溫裝置，其包括：與井口相連通的容納腔，容納腔用于容納從井口處流出的待冷卻流體；以及換熱器，換熱器設(shè)置為能與容納腔內(nèi)的待冷卻流體相接觸，其中，在換熱器內(nèi)容納有冷卻液，冷卻液能流入換熱器并吸收待冷卻流體的溫度，并在吸收溫度后流出換熱器。

使用本發(fā)明的降溫裝置，井口內(nèi)的待冷卻流體能進(jìn)入到容納腔內(nèi)，并與換熱器相接觸。由外部進(jìn)入到換熱器內(nèi)的冷卻液溫度較低，其能有效吸收換熱器上的 熱量，而使得換熱器上的溫度低于待冷卻流體的溫度，從而換熱器會(huì)吸收待冷卻流體的溫度，并由此為待冷卻流體降溫。另外有低溫的冷卻液進(jìn)入到換熱器內(nèi)，將吸熱后的、溫度較高的冷卻液替換掉，以便于對(duì)容納腔內(nèi)的待冷卻流體進(jìn)行進(jìn)一步降溫。通過上述降溫裝置能起到對(duì)返回到井口處的流體進(jìn)行降溫的作用，從而作業(yè)人員不會(huì)因高溫流體的影響而無法安全、正常的工作。

在一個(gè)實(shí)施例中，降溫裝置包括外殼體，容納腔由外殼體包圍形成，其中，換熱器設(shè)置在容納腔內(nèi)并與外殼體間隔開。通過這種方式，換熱器能以最大的接觸面積與容納腔內(nèi)的待冷卻流體相接觸，從而能更加有效地將待冷卻流體的熱量傳遞給冷卻液。

在一個(gè)實(shí)施例中，容納腔的徑向尺寸大于井口的徑向尺寸。容納腔的徑向尺寸增大，能有效降低待冷卻流體在此處的流速，從而能有效提高為待冷卻流體降溫的效率。

在一個(gè)實(shí)施例中，在外殼體的內(nèi)側(cè)套設(shè)有與井口相連通的、用于容納管柱的保護(hù)管體，在保護(hù)管體的管壁上構(gòu)造有流出口，其中，保護(hù)管體與換熱器間隔開。通過設(shè)置保護(hù)管體，在井口內(nèi)的管柱外環(huán)空中的待冷卻流體能進(jìn)入到保護(hù)管體內(nèi)，并通過保護(hù)管體上的流出口流入到外殼體與保護(hù)管體之間，從而使得待冷卻流體能與那里的換熱器接觸而溫度降低。保護(hù)管體能將換熱器與管柱間隔開，從而在下放管柱的過程中，管柱不會(huì)與換熱器接觸并摩擦，從而有效防止了換熱器受損。

在一個(gè)實(shí)施例中，換熱器構(gòu)造為螺旋形管體，螺旋形管體在其一端處構(gòu)造有冷卻液入口，在其另一端處構(gòu)造有冷卻液出口。這種螺旋形管體形式的換熱器使得冷卻液在換熱器內(nèi)流動(dòng)的路徑被延長了，從而提高了其與待冷卻流體熱量交換的效率，并由此使得待冷卻流體能夠被更加有效地降溫。

在一個(gè)實(shí)施例中，螺旋形管體包括多個(gè)依次連通的圈體單元，相鄰的圈體單元的側(cè)壁間隔開。這種設(shè)置增大了換熱器與待冷卻流體的接觸面積，從而進(jìn)一步提高了冷卻液對(duì)待冷卻流體的冷卻效率。

在一個(gè)實(shí)施例中，降溫裝置還包括設(shè)置于換熱器的背向井口的一側(cè)的噴淋器，噴淋器構(gòu)造有用于在其中容納冷卻液的降溫管路，以及設(shè)置在降溫管路上的噴嘴，噴嘴朝向容納腔內(nèi)以能夠朝向容納腔內(nèi)噴淋冷卻液。通過經(jīng)由噴嘴向容納腔內(nèi)噴淋冷卻液，能進(jìn)一步降低待冷卻流體的溫度。尤其是，在待冷卻流體因沸 騰、汽化而產(chǎn)生高溫蒸汽的情況下，通過噴淋冷卻液能有效為蒸汽降溫，由此防止蒸汽大范圍彌散，進(jìn)而防止了高溫蒸汽燙傷作業(yè)人員，保證了作業(yè)人員的人身安全。

在一個(gè)實(shí)施例中，在噴頭處設(shè)置有溫度傳感器，在溫度傳感器檢測(cè)到溫度高于臨界溫度時(shí)，啟動(dòng)噴淋器以使噴嘴向容納腔內(nèi)噴淋冷卻液。通過這種設(shè)置，如果待冷卻流體在經(jīng)過換熱器后仍舊具備較高的溫度，并由此產(chǎn)生溫度較高、并高達(dá)臨界溫度以上的蒸汽的話，那么將會(huì)開啟噴淋器對(duì)待冷卻流體及其產(chǎn)生的高溫蒸汽降溫。

在一個(gè)實(shí)施例中，降溫裝置包括外殼體，容納腔由外殼體包圍形成，外殼體延伸至圍繞在噴淋器的外側(cè)。通過噴淋而降溫的蒸汽，能夠凝結(jié)并附著在外殼體的內(nèi)壁上，由此起到收集作用，防止冷卻后的流體逸出。

在一個(gè)實(shí)施例中，外殼體在噴淋器的周圍形成錐形殼體，錐形殼體的錐頂朝向井口。錐形殼體的設(shè)置使得凝結(jié)并附著在此處的流體能夠方便地被收集。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)井口內(nèi)的待冷卻流體能進(jìn)入到容納腔內(nèi)，并與換熱器相接觸。由外部進(jìn)入到換熱器內(nèi)的冷卻液溫度較低，其能有效吸收換熱器上的熱量，而使得換熱器上的溫度低于待冷卻流體的溫度，從而換熱器會(huì)吸收待冷卻流體的溫度，并由此為待冷卻流體降溫。(2)另外有低溫的冷卻液進(jìn)入到換熱器內(nèi)，將吸熱后的、溫度較高的冷卻液替換掉，以便于對(duì)容納腔內(nèi)的待冷卻流體進(jìn)行進(jìn)一步降溫。(3)通過上述降溫裝置能起到對(duì)返回到井口處的流體進(jìn)行降溫的作用，從而作業(yè)人員不會(huì)因高溫流體的影響而無法安全、正常的工作。

附圖說明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的降溫裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示了圖1的降溫裝置的實(shí)施例的俯視圖。

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的降溫裝置的工作流程示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例繪制。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1顯示了發(fā)明的降溫裝置100的一個(gè)實(shí)施例。降溫裝置100包括容納腔10，容納腔10與井口200相連通并位于井口200的上方。從井下返回到井口的待冷卻流體能在地層壓力的作用下進(jìn)一步進(jìn)入到容納腔10內(nèi)。降溫裝置100還包括換熱器20(見圖2)，換熱器20能與容納腔10內(nèi)的待冷卻流體相接觸。在換熱器20內(nèi)構(gòu)造有冷卻液腔，在需要對(duì)容納腔10內(nèi)的待冷卻流體進(jìn)行冷卻時(shí)，向換熱器20內(nèi)通入溫度較低的冷卻液。溫度較低的冷卻液能夠吸收換熱器上的溫度，并由此吸收待冷卻流體的溫度。也就是說，待冷卻流體的溫度較高，其溫度將會(huì)傳遞給換熱器20。溫度較高的換熱器20的熱量將會(huì)傳遞給溫度較低的冷卻液，而使得換熱器20的溫度較低。換熱器20的溫度較低而待冷卻流體的溫度較高則會(huì)導(dǎo)致待冷卻流體將熱量繼續(xù)傳遞給換熱器20。由此，冷卻液能夠吸收待冷卻流體的熱量，并為待冷卻流體降溫。使溫度升高后的冷卻液流出換熱器20，并向換熱器20內(nèi)通入新的、溫度較低的冷卻液能夠進(jìn)一步為待冷卻流體降溫。通過這種降溫裝置100，能夠防止此處的流體溫度過高而妨礙作業(yè)人員正常、安全地進(jìn)行作業(yè)。尤其是，降溫后的流體汽化產(chǎn)生的蒸汽較少、溫度較低，從而能有效降低高溫蒸汽彌散而導(dǎo)致的作業(yè)人員燙傷的危險(xiǎn)性。

這里應(yīng)理解的是，在容納腔10與井口200之間還可設(shè)置有其他結(jié)構(gòu)，例如其他的防溢裝置等。

在一個(gè)實(shí)施例中，換熱器20可作為容納腔10的外壁，并起到盛裝待冷卻流體的作用。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示的那樣，降溫裝置100包括外殼體11，容納腔由外殼體包圍形成。在這種情況下，換熱器20設(shè)置在外殼體11的內(nèi)側(cè)以與待冷卻流體相接觸。優(yōu)選地，換熱器20與外殼體11間隔開，從而換熱器能以較大的接觸面積與待冷卻流體接觸，進(jìn)而能為待冷卻流體更加高效率地降溫。

另外，還可將容納腔10構(gòu)造為，其徑向尺寸大于井口的徑向尺寸。在設(shè)置有外殼體11的情況下，就是外殼體11的徑向尺寸大于井口的徑向尺寸。由此，待冷卻流體在進(jìn)入到容納腔10內(nèi)以后流動(dòng)速率降低，從而使得待冷卻流體能夠在容納腔內(nèi)保持更長的時(shí)間，進(jìn)行更加充分的熱量交換，進(jìn)而能進(jìn)一步有效提高為待冷卻流體降溫的效率。

此外，還可在外殼體11內(nèi)套設(shè)保護(hù)管體40。保護(hù)管體與井口相連通，需要下入井中的管柱可從保護(hù)管體內(nèi)下入到井中。保護(hù)管體40與換熱器20間隔開，從而在向井內(nèi)下入管柱的過程中，管柱不會(huì)接觸到換熱器20并與換熱器20發(fā)生摩擦，由此防止換熱器20受到磨損。

這里的保護(hù)管體40可構(gòu)造成網(wǎng)狀的形式，以保證待冷卻流體的流動(dòng)性。優(yōu)選地，保護(hù)管體40為圓筒狀鋼篦。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，換熱器20構(gòu)造為螺旋形管體，螺旋形管體在其一端處構(gòu)造有冷卻液入口，在其另一端處構(gòu)造有冷卻液出口。這種螺旋形管體形式的換熱器延長了冷卻液在換熱器內(nèi)流動(dòng)的路徑，從而使得冷卻液能充分地為待冷卻流體降溫，從而提高了冷卻流體的使用效率。

如圖3所示，在降溫裝置20與井口相連通的情況下，降溫裝置20通常設(shè)置在井口的上方，以如圖1所示的狀態(tài)豎立在井口上。此時(shí)可將冷卻液入口設(shè)置在螺旋形管體的最上端處，而將冷卻液出口設(shè)置在螺旋形管體的最下端處。冷卻液入口和冷卻液出口可通過管路與用于給冷卻液降溫的裝置60(例如，本領(lǐng)域中常用的冷卻塔)相連，以對(duì)冷卻液進(jìn)行循環(huán)、重復(fù)的利用。優(yōu)選地，還可在冷卻液入口與冷卻塔之間設(shè)置促進(jìn)冷卻液流動(dòng)的冷卻液泵61。

此外，可以令螺旋形管體包括多個(gè)依次連通的圈體單元21。一個(gè)圈體單元21形成螺旋體的一匝。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，相鄰的圈體單元21的側(cè)壁間隔開。通過這種螺旋形管體的設(shè)置，進(jìn)一步增大了換熱器20與待冷卻流體的接觸面積，從而能進(jìn)一步快速地為待冷卻流體降溫。

在一個(gè)實(shí)施例中，換熱器20內(nèi)的冷卻液可以是水或工業(yè)用的冷卻液體。

另外，降溫裝置100還包括設(shè)置于換熱器20的背向井口的一側(cè)(即，設(shè)置在換熱器20的上方)的噴淋器。噴淋器構(gòu)造有用于在其中容納冷卻液的降溫管路30，以及設(shè)置在降溫管路30上的噴嘴31，噴嘴31朝向容納腔10以能夠朝向容納腔10內(nèi)噴淋冷卻液。也就是說，當(dāng)高溫的流體汽化而產(chǎn)生高溫蒸汽時(shí)，可以通過噴嘴31向容納腔10內(nèi)噴淋冷卻液而為高溫蒸汽降溫，由此使高溫蒸汽液化而防止高溫蒸汽彌散燙傷作業(yè)人員。噴嘴31可以是一個(gè)或多個(gè)，并且其具體的噴淋速率和噴淋方向可根據(jù)具體使用需要而確定。

在一個(gè)實(shí)施例中，在噴頭31處設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器能夠感應(yīng)到彌散到此處的蒸汽的溫度。在溫度傳感器檢測(cè)到的溫度高于臨界溫度時(shí)，啟動(dòng)噴 淋器以使噴嘴31向容納腔內(nèi)噴淋冷卻液。而如果溫度傳感器檢測(cè)到的溫度低于臨界溫度，那么可以選擇關(guān)閉噴淋器而不通過噴淋冷卻液來降低待冷卻流體及其蒸汽的溫度。這里的臨界溫度為約100℃，或者是待冷卻流體開始大量氣化的其他溫度。應(yīng)理解的是，根據(jù)作業(yè)需要，作業(yè)人員也可通過檢測(cè)空氣濕度或其他方式來確定是否需要打開噴淋器。

優(yōu)選地，降溫裝置100的外殼體11延伸以圍繞在噴淋器的外側(cè)。通過噴淋而降溫的蒸汽，能夠凝結(jié)并附著在外殼體的內(nèi)壁上，由此起到收集作用，防止冷卻后的流體逸出。

更加優(yōu)選地，外殼體11在噴淋器的周圍形成錐形殼體12，錐形殼體12的錐頂朝向井口。錐形殼體的設(shè)置使得凝結(jié)并附著在此處的流體能夠方便地被收集并流回到下方的外殼體內(nèi)。

噴淋器的降溫管路30可通過管路與盛裝有冷卻液的冷卻罐70相連通。在其間可優(yōu)選地連接有冷卻液泵71。

應(yīng)理解的是，噴淋器內(nèi)的冷卻液可以與換熱器20內(nèi)的冷卻液相同或不同。由于噴淋器內(nèi)的冷卻液需要與待冷卻流體或者冷卻后的流體直接接觸，因此其優(yōu)選為水，以防止污染該流體。

在外殼體11的上部連接有出口50，冷卻后的流體能經(jīng)出口50進(jìn)入到固控設(shè)備300中，以實(shí)現(xiàn)流體的循環(huán)。這里的流體包含有鉆井液。這里的固控設(shè)備300為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，在此不加贅述。

通過上述降溫裝置100能有效起到對(duì)返回到井口處的流體進(jìn)行降溫以防止作業(yè)人員的人身安全受到威脅的作用。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。