Medidas de enfriamiento de lodo a alta temperatura y sistema de enfriamiento
En pozos geotérmicos de temperatura media y alta y en perforación profunda (también conocida como perforación HT/HP), la temperatura del fondo del pozo es alta y la temperatura del lodo que regresa a la superficie también aumentará significativamente. . Por ejemplo, en el pozo geotérmico Yangba Well en el Tíbet, la temperatura del lodo que sale del pozo alcanza un estado de ebullición, y la temperatura del lodo que sale del pozo Moshen 1 también es relativamente alta. Cuando la temperatura del lodo del suelo es superior a 75 °C, no solo quemará a los operadores de la plataforma de perforación, sino que también el sitio del pozo quedará envuelto en niebla, lo que afectará las operaciones de construcción y traerá graves riesgos de seguridad. Por lo tanto, el lodo de perforación que regresa a la superficie debe enfriarse a tiempo para garantizar que el lodo tenga una temperatura más baja cuando ingrese nuevamente al pozo.
2.3.1 Estado actual de la tecnología de enfriamiento de lodo en la perforación HT/HP
En la actualidad, en la perforación HT/HP, generalmente se toman las siguientes medidas para enfriar el lodo a alta temperatura.
1) Enfriamiento evaporativo natural. Dado que la temperatura del lodo en el pozo que regresa al suelo es más alta que la temperatura ambiente, el lodo se evaporará y se enfriará naturalmente a medida que fluye a lo largo del tanque de lodo. Utilice este fenómeno para tomar medidas para alargar la ruta de circulación del lodo. El tanque puede lograr el propósito de enfriar el lodo hasta cierto punto. Este método se utiliza generalmente cuando el flujo de lodo de perforación no es grande, la temperatura del lodo de retorno no es demasiado alta (menos de 55 °C) y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del pozo no es grande (menos de 5 °C). .
2) Refrigeración por conducción sólida a baja temperatura. Coloque sólidos de baja temperatura, como cubitos de hielo, en la piscina de lodo. Los cubitos de hielo enfrían principalmente el lodo mediante conducción de calor. Este método se usa generalmente para enfriar el lodo a base de agua cuando la temperatura del lodo regresa al suelo. no es alto y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida no es grande, úselo.
3) Enfriamiento forzado mediante dispositivo de enfriamiento de lodo. Cuando la temperatura del lodo de retorno es alta y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida es demasiado grande, se debe utilizar un dispositivo de enfriamiento del lodo para el enfriamiento forzado.
2.3.1.1 Estado actual de la tecnología extranjera
Hay dos tipos de dispositivos de enfriamiento comúnmente utilizados en la perforación de campos geotérmicos en Japón: uno es un ventilador de alta potencia instalado junto al vibrador La otra pantalla es utilizar una torre de enfriamiento de lodo, generalmente construida en un estanque de lodo. El principio básico de las torres de enfriamiento y los ventiladores para enfriar el lodo es utilizar el contacto directo entre el aire y el lodo para eliminar el calor del lodo mediante la evaporación. El medio de enfriamiento es el aire, que se ve muy afectado por la temperatura atmosférica. Los sistemas de enfriamiento de lodo diseñados por algunas empresas como los Estados Unidos, los Países Bajos y Singapur también se han utilizado ampliamente en la perforación geotérmica y de petróleo y gas. La Tabla 2.1 enumera varios sistemas típicos de enfriamiento de lodo de perforación.
Tabla 2.1 Sistema típico de enfriamiento de lodo de perforación a alta temperatura
Los principios básicos de varios sistemas típicos de enfriamiento de lodo de perforación son los siguientes.
1) La bomba de lodo bombea el lodo desde la piscina de lodo o el tanque de lodo al intercambiador de calor de placas e intercambia calor con el refrigerante. El refrigerante es agua fría o agua de mar, como COE Limited en. Malasia y Singapur El sistema de enfriamiento del lodo de perforación desarrollado por Lynsk Company (Figura 2.2).
Figura 2.2 Diagrama esquemático del sistema de enfriamiento del lodo de perforación de Lynsk Company y COE Limited Company
2) El lodo se bombea desde la piscina de lodo o el tanque de lodo al intercambiador de calor de aspersión, frío El agua (o agua de mar) rocía directamente el haz de tubos de lodo, el ventilador sopla aire continuamente y la mezcla de aire y agua mejora el efecto de enfriamiento del lodo, como el sistema de enfriamiento de lodo desarrollado por Drillcool, Inc. en los Estados Unidos ( Figura 2.3)
Figura 2.3 Perforación realizada por Drillcool Company en los Estados Unidos Diagrama del principio de enfriamiento del lodo
3) El sistema de enfriamiento del lodo utiliza dos intercambiadores de calor de placas. El lodo se enfría mediante el intercambio de calor. con la solución de etilenglicol/agua en el intercambiador de calor principal. La solución de etilenglicol/agua absorbe el lodo después de que se elimina el calor, se devuelve al segundo intercambiador de calor para transferir el calor al agua de mar, como el lodo de perforación marina. sistema de refrigeración desarrollado por Task Environmental Services en los Países Bajos.
4) El lodo se bombea desde la piscina de lodo o el tanque de lodo al intercambiador de calor de placas, y el calor se intercambia a través de la solución de etilenglicol/agua después de que la solución de etilenglicol/agua absorbe el calor del. barro, ingresa al radiador para enfriar el aire. Por ejemplo, el sistema de refrigeración del lodo de perforación terrestre desarrollado por Task Environmental Services en los Países Bajos.
2.3.1.2 Estado de la tecnología nacional
En la perforación HT/HP de mi país, como la perforación geotérmica en el campo caliente de Yangbajing, la temperatura puede exceder los 140 ~ a una profundidad de 30 ~40 m 160 ℃, la diferencia de temperatura entre el lodo del pozo entrante y saliente puede alcanzar los 5-20 ℃, y el flujo de calor también es alto. El calor generado por el lodo del pozo a cientos de metros de profundidad puede alcanzar 1 millón de kcal/h. Alargar el tanque de circulación de lodo generalmente solo puede reducir la temperatura de 1 a 2°C. Por lo tanto, se utiliza un equipo de enfriamiento de lodo especial cuando la disipación de calor es superior a 1 millón de kcal/h, se puede reducir la temperatura del lodo. de 10 a 20°C, y la temperatura del lodo en la salida del radiador alcanza de 60 a 70°C.
1) En el pozo ZK-2 de Yangbajing en el Tíbet, la temperatura de salida del lodo alcanza un estado de ebullición (el punto de ebullición del agua local es inferior a 90 °C según las medidas técnicas tomadas en el sitio de construcción). son: colocar tuberías de agua fría en el tanque de lodo y enfriar el lodo mediante la circulación de agua. Quizás debido a que hay menos tuberías en hilera, la temperatura del lodo sólo cae entre 8 y 9°C, lo que resulta en un enorme desperdicio de recursos hídricos.
2) Gao Hang et al. (2007) propusieron un concepto de diseño adecuado para el enfriamiento del lodo a alta temperatura en la perforación HT/HP. El principio básico (Figura 2.4) es: el sistema de enfriamiento del lodo consiste principalmente en. Térmico de dos placas Compuesto por un intercambiador, una tubería de enfriamiento y un conjunto de enfriamiento por aire forzado (o enfriamiento por agua), este sistema de enfriamiento de lodo se caracteriza por dos intercambiadores de calor de placas diseñados en ambos lados del tanque de lodo después de que el medio de enfriamiento intercambia calor con el. lodo, regresa al sistema de refrigeración por aire forzado. El conjunto de refrigeración por aire (o refrigeración por agua) logra el enfriamiento del medio de refrigeración mediante refrigeración por aire (o refrigeración por agua).
Figura 2.4 Diagrama principal del sistema de enfriamiento del lodo de perforación
3) Un nuevo sistema de enfriamiento del lodo de perforación estudiado por Zhao Jiangpeng y otros de la Universidad de Jilin. Este sistema de enfriamiento del lodo de perforación puede lograr un enfriamiento rápido. de lodo de perforación.
El principio de funcionamiento del sistema de enfriamiento del lodo de perforación se muestra en la Figura 2.5.
Cuando se utiliza el sistema de enfriamiento del lodo de perforación, el flujo de trabajo principal es el siguiente.
1) Salmuera de refrigeración. Abra las válvulas (3) y (6), encienda la unidad de refrigeración (1) y la bomba de la unidad de refrigeración (2), y enfríe el refrigerante secundario en el tanque de refrigerante secundario (4) a través de la unidad de refrigeración (1) a -15 °C (temperatura específica. El valor depende de la situación real).
2) Enfriar el barro. Abra las válvulas (5) y (8), encienda la bomba de transferencia de lodo (15) y la bomba del tanque de refrigerante (9). El refrigerante y el lodo intercambiarán calor en el intercambiador de calor por convección de lodo coaxial (12) y el lodo. Se enfriará rápidamente, reduciendo así rápidamente la temperatura del lodo en la piscina de lodo (17) y manteniéndola dentro de un rango de temperatura bajo. Al mismo tiempo, se monitorean en tiempo real las temperaturas en varios puntos clave (7), (10), (11), (13), (14), (16), (19) y (20) del sistema. tiempo Según las condiciones de temperatura detectadas, ajuste oportunamente los parámetros relacionados con el sistema para garantizar el funcionamiento normal del sistema.
Figura 2.5 Diagrama esquemático del sistema de enfriamiento del lodo de perforación
El sistema de enfriamiento del lodo de perforación consta principalmente de una parte de enfriamiento de refrigerante, una parte de enfriamiento de lodo y una parte de monitoreo de temperatura, como se muestra en Figura 2.6.
Figura 2.6 Composición del sistema de enfriamiento del lodo de perforación
Entre ellos, la parte de refrigeración del refrigerante secundario consiste principalmente en la unidad de refrigeración, la bomba de la unidad de refrigeración y el tanque de refrigerante secundario; la parte de enfriamiento consiste principalmente en el tanque de refrigerante. Está compuesta por la bomba del tanque de refrigerante, el intercambiador de calor por convección de lodo coaxial y la bomba de transferencia de lodo; la parte de detección de temperatura consiste principalmente en un instrumento de inspección y un sensor de temperatura.
2.3.2 Diseño teórico y cálculo de la estructura de cada parte del equipo de enfriamiento
(1) Potencia efectiva requerida para el equipo de enfriamiento de lodo
Preliminar Plan científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos Informe de logros especiales de investigación (Volumen 1)
En la fórmula: ρ1 es la densidad del lodo; G1 es el caudal del lodo; C1 es el calor específico; el lodo; t1′ es la temperatura antes del enfriamiento del lodo; t1" es la temperatura final del enfriamiento del lodo.
En vista de la inevitable pérdida de calor causada por la eficiencia del intercambio de calor intermedio y las condiciones climáticas en la meseta y otros áreas, se debe seleccionar una unidad de refrigeración de mayor potencia.
(2) Selección y cálculo de diseño del intercambiador de calor
Dado que el lodo que se enfría durante el proceso de perforación es una sustancia sucia, el equipo de intercambio de calor seleccionado debe ser de un tipo que sea no es fácil Para evitar la incrustación o una fácil limpieza y descalcificación, el enfriador adopta un intercambiador de calor tipo manguito. El medio enfriado fluye en el tubo interior y el medio de enfriamiento fluye en el espacio anular entre los tubos. Adopta una forma de conexión de brida. facilitan la limpieza y se utiliza intercambio de calor a contracorriente durante todo el proceso.
Según la ecuación del balance térmico, Q1=Q2, donde Q1 es el calor liberado por el enfriamiento del lodo; Q2 es la capacidad de enfriamiento requerida por el refrigerante para enfriar el lodo.
Informe de logros especiales previos a la investigación del plan tecnológico de perforación de pozos ultraprofundos científicos (Volumen 1)
En la fórmula: G2 es el caudal de refrigerante C2 es el calor específico del; refrigerante; ρ2 es la densidad del refrigerante; t2′ es la temperatura de entrada del refrigerante.
La temperatura de salida del refrigerante t2″ se puede calcular según las ecuaciones (2.2) y (2.3).
2.3.3 Análisis y resumen de la tecnología de refrigeración
A tres Después de analizar los métodos de enfriamiento, se puede encontrar que tanto el enfriamiento por evaporación natural como el enfriamiento por conducción sólida a baja temperatura son adecuados para que el flujo de lodo de perforación no sea grande, la temperatura del lodo de retorno no sea demasiado alta (menos de 55 ℃) y la diferencia de temperatura entre los pozos de entrada y salida no es grande (menos de 5 ℃) En el caso de perforación científica de pozos ultraprofundos, la temperatura de salida del fluido de perforación será relativamente alta y la diferencia de temperatura entre los orificios de entrada y salida puede diferir en docenas de grados, los dos métodos de enfriamiento anteriores solo pueden ser auxiliares, y el método de enfriamiento se basa principalmente en el enfriamiento del refrigerador. Actualmente existen dos métodos de refrigeración forzada. Utilice intercambio de calor, como pulverizadores y placas de intercambio de calor, que utilizarán una gran cantidad de agua de refrigeración. Si el sitio está ubicado en un lugar con abundantes recursos hídricos, se puede utilizar este método. utilizamos refrigeración forzada con refrigerante y podemos diseñar y fabricar salas de congelación de baja temperatura. La Universidad de Jilin ya ha construido un laboratorio de temperatura ultrabaja, que puede usarse como referencia.