[發明專利]一種基于高速透平膨脹機的井口冷卻裝置

在審

• 申請號: 201811589720.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN111364943A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 彭楠;李金峰;龔領會
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: E21B36/00
• 分類號: E21B36/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供一種基于高速透平膨脹機的井口冷卻裝置，包括壓縮機、換熱器、用戶側恒溫器，所述壓縮機和換熱器之間、所述用戶側恒溫器和換熱器之間均設有純化組件，所述換熱器與用戶側恒溫器之間設有高速透平膨脹機，所述換熱器與高速透平膨脹機之間設置有氣動調節閥，所述高速透平膨脹機與用戶側恒溫器之間設置有支路和流量控制閥，通過監測所述用戶側恒溫器兩端的溫度并根據冷凍需求，調節經過所述用戶側恒溫器內的低溫空氣流量，實現對降溫速度以及冷凍目標溫度的控制。上述裝置安全、高效、精確、冷卻快速。

技術領域

本發明涉及一種管道或井口冷凍暫堵技術領域，特別涉及一種基于高速透平膨脹機的井口冷卻裝置。

背景技術

在化工、石油、天然氣、供水系統等領域，常常需要對管道或者井口進行維修、更換等操作，諸如油井或者氣井的帶壓修井、更換采油采氣井口或者部分閘閥作業。管道內或者井下有一定得壓力，維持井筒內壓力和地層壓力的相對平衡非常重要，因此在作業中需要對管道內流體進行封堵，以隔斷封堵塊兩側空間，控制封堵塊下游的壓力，進而開展更換閥門、管道、管件等的現場作業。

對于油井井口，傳統的機械堵塞方式，工藝復雜，操作時間長，不能同時封堵油管內徑和環空，且密封不可靠，容易發生安全事故。為此，發展了冷凍暫堵技術，將暫堵劑逐層注入各層套管環空和油管內部，并在表層套管周圍進行冷凍作業，經過一定時間的冷凍后，就完成了對多層套管環空和油管內部暫時封堵。基于冷凍暫堵技術的設備可以在更短的時間內完成對帶壓油氣井的封堵，并實現封堵端后側的井口更換和維護等操作，消除隱患、恢復生產。

冷凍暫堵技術已經在化工、石油、天然氣、供水系統等領域取得了大量的應用，核心在于對注入井口內的暫堵劑進行冷凍，實現對管道的封堵，目前常使用的方案有冷凍盒裝置以及基于液氮冷卻得冷凍暫堵裝置，前者需要人工加入冷凍劑，并長時間關注冷凍劑情況，不能保證冷凍溫度均勻以及合適的降溫速度，工作效率低，控制不準確；后者使用液氮或冷氮氣作為冷凍工質，實現了冷凍劑的自動補給，但對冷凍劑的控制還需要進一步提升。

常用的兩種冷凍暫堵方案：1.一種如專利CN106337670A公開的一種適用于油井井口冷凍暫堵工藝的冷凍盒裝置，包括兩個相對接的半圓環盒體，兩個半圓環盒體在徑向一側端通過合頁進行鉸接，所述兩個半圓環盒體在徑向另一側端通過鎖緊裝置進行連接。所述半圓環盒體分為外盒和內盒，所述內盒抽拉式設置在外盒內部，所述內盒上端設置盒蓋。所述外盒內壁設置有用來防止內盒向上脫出的限位臺。所述外盒和內盒上均開設觀察窗。可以很方便的對井口端套管及油管進行冷凍封堵后更換或維修采油、采氣井口裝置。可伸縮的盒體使其可任意控制套管被冷凍區域的長度，進而控制封堵段塞長度。通過觀察窗可隨時監控盒內冷凍劑的剩余量情況。伸縮性使該設備節省空間，便于運輸。該方案冷卻目標溫度可控，可以規避材料改性的風險，但溫度單一，且不夠低，同時需要現場加注，現場操作有凍傷風險，長期工作需要不斷的供應甲醇和干冰，此外，該裝置密封性、保溫性有待加強。2.基于液氮冷卻的冷凍暫堵設備，包括：液氮源模塊、低溫分配模塊及控制模塊，液氮源模塊包括液氮貯槽及與液氮貯槽連接的空溫式換熱器，空溫式換熱器將來自液氮貯槽的液氮氣化為常溫的氮氣，低溫分配模塊包括氮氣兌溫器，空溫式換熱器的一端連接液氮貯槽，另一端與氮氣兌溫器的常溫氮氣入口相連，通過常溫氮氣入口通入的氮氣向上運動與通過液氮入口進入的液氮混合、換熱，得到冷氮氣，并通過冷氮氣出口輸出，控制模塊用于控制管路上的低溫流量控制閥以及檢測所述氮氣兌溫器的溫度檢測裝置，對冷氮氣進行測量與調控，從而實現冷卻目標溫度可控、冷凍速度可控，避免材料改性同時保證井筒安全。此方案在作業出發前需要備好液氮，長期工作需要不斷的液氮供應，井口一般比較偏僻，不利于液氮運輸，液氮的運輸有一定危險，液氮存儲也有泄漏爆炸、窒息等風險，使用過程中在需要到達液氮以上溫度時需要兌溫，兌溫的滯后性大，不易控制，且整套系統龐大、復雜，不利于井口作業快速、準確進行。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種安全、高效、精確、快速的基于高速透平膨脹機的井口冷卻裝置。