[發明專利]一種對高溫鉆井液進行井下持續降溫的循環系統及方法

有效

• 申請號: 202010800147.4
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111927394B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 張杰;李鑫;趙在鵬;杜肖瀟;漆琪;王瑤;李榮鑫;劉旭
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B36/00
• 分類號: E21B36/00
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 唐亭

本發明公開了一種對高溫鉆井液進行井下持續降溫的循環系統及方法，包括冷卻水儲存罐、冷卻水注入泵、若干個U型管、液氮降溫罐、螺旋管、冷卻水返回泵和返回管線，所述U型管固定在外層套管、內層套管之間固井水泥未封固的間隙中，且兩端分別與冷卻水注入泵的輸出端、螺旋管連通，所述螺旋管置于所述液氮降溫罐內，所述冷卻水返回泵的輸入、輸出端分別與螺旋管、返回管線連通，所述返回管線的末端置于所述冷卻水儲存罐內，所述冷卻水注入泵的輸入端通過管線與所述冷卻水儲存罐連通。本發明充分利用兩層套管間固井水泥未封固的間隙，采用向井下注入冷卻水的方法，可直接對處于循環過程中的高溫鉆井液進行井下持續循環降溫。

技術領域

本發明涉及一種對高溫鉆井液進行井下持續降溫的循環系統及方法，屬于高溫鉆井液井下持續降溫技術領域。

背景技術

隨著世界經濟的不斷發展，人們對能源的需求也在日益增加。除了對油氣資源進行勘探開發外，對地熱、干熱巖和可燃冰等新能源的開采也正在逐步加大力度。但是，無論是對油氣資源，還是對新能源進行開發，鉆井液的高溫問題一直是影響建井安全和效率的關鍵問題。在油氣鉆探的深井和超深井領域，部分地區的井底溫度可高達180℃以上。在地熱和干熱巖的鉆探領域，井底溫度可高達150～200℃以上。鉆井液溫度過高會對其本身的性能、井下作業工具和測量儀器的使用壽命以及井筒的安全性造成嚴重影響，對建井的安全性、經濟性和高效性造成嚴重威脅。

目前，用于高溫鉆井液降溫的相關技術及設備多采用地面降溫的方法，即通過降低鉆井液的注入溫度來對井筒內的鉆井液進行降溫。但是，通過相關理論模型的計算結果和現場的實際應用情況發現，采用地面降溫的方法僅能降低井筒上部鉆井液的溫度，而井筒中下部的鉆井液仍處于高溫狀態。因此，高溫鉆井液地面降溫方法的應用效果仍不夠理想。

發明內容

本發明主要是克服現有技術中的不足之處，提出一種對高溫鉆井液進行井下持續降溫的循環系統及方法。

本發明解決上述技術問題所提供的技術方案是：一種對高溫鉆井液進行井下持續降溫的循環系統，包括冷卻水儲存罐、冷卻水注入泵、若干個U型管、液氮降溫罐、螺旋管、冷卻水返回泵和返回管線，所述U型管固定在外層套管、內層套管之間固井水泥未封固的間隙中，且兩端分別與冷卻水注入泵的輸出端、螺旋管連通，所述螺旋管置于所述液氮降溫罐內，所述冷卻水返回泵的輸入、輸出端分別與螺旋管、返回管線連通，所述返回管線的末端置于所述冷卻水儲存罐內，所述冷卻水注入泵的輸入端通過管線與所述冷卻水儲存罐連通。

其中冷卻水儲存罐的容積為所有冷卻水保溫管的容積之和的2倍，保證冷卻水的注入量充足。冷卻水注入泵的型號與鉆井作業時所使用的鉆井泵相同。

進一步的技術方案是，所述U型管包括與冷卻水注入泵的輸出端連通的冷卻水保溫管、與螺旋管連通的冷卻水攜熱管。

進一步的技術方案是，所述冷卻水保溫管由保溫材料制造而成。

進一步的技術方案是，所述U型管的下入長度為內層套管的長度減去固井水泥的返高，直徑為外層套管的半徑減去內層套管的半徑。

進一步的技術方案是，所述U型管的個數為8，其相鄰兩組U型管的夾角為45°。

進一步的技術方案是，所述冷卻水注入泵、冷卻水返回泵均為葉片圓盤泵機。

一種利用上述循環系統對鉆井液進行井下持續降溫的方法，包括以下步驟：

A、獲取目標井的作業參數、環境參數、井身結構參數、熱力參數；

B、將U型管下放到外層套管、內層套管之間固井水泥未封固的間隙中；

C、同時打開冷卻水注入泵和冷卻水返回泵，使冷卻水在從井口流向井底，冷卻水再沿著冷卻水攜熱管上返，其會通過強迫對流換熱和熱傳導的作用不斷地從環空內的高溫鉆井液中吸收熱量，從而實現環空內高溫鉆井液的井下持續循環降溫；