适用于钻井的水冷式冷却塔的制作方法

1.本实用新型涉及钻井冷却设备技术领域，特别涉及适用于钻井的水冷式冷却塔。


背景技术：

2.在石油天然气钻井过程中，钻井液主要起冷却钻具、从井底携带破碎的岩屑、稳定井壁结构等作用。由于钻井液由化学剂、膨润土或者是其他油品材料组成，其自身都有严格的温度使用范围，钻井液温度过高不仅影响其本身的性能，还影响井下钻具及导向测试工具的环境温度、使用寿命、机械钻速和井壁稳定性等。通常在高温条件下，钻井液中的各种粘土粒子产生絮凝作用、凝胶化、粘度增大，甚至由于钻井液材料的热降解等因素，钻井液的功能显著降低，这样导致钻机动力负荷增大，钻井液返排能力减弱，钻井泵的泵压需求增加，钻机整体功耗增加等这些潜在可能存在的负面因素，同时，随着钻井深度的增加，井底温度也随之增高，高温会引起各种钻井液性能的恶化，甚至加速钻具寿命缩减，严重影响钻井安全及生产进度。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供适用于钻井的水冷式冷却塔。
4.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.适用于钻井的水冷式冷却塔，包括塔体、填料架、水道组件、喷嘴组件、防爆离心水泵、冷却水罐、高温钻井液进入管和冷却后钻井液排出管，所述喷嘴组件设置在所述塔体内部的上端，所述喷嘴组件的输入端穿过所述塔体的壁后与所述高温钻井液进入管相连，所述填料架设置在塔体中部，所述填料架与所述水道组件相连，所述水道组件的输出端与所述冷却水罐上端相连，所述水道组件的输入端与所述防爆离心水泵的输出端相连，所述防爆离心水泵的输入端与所述冷却水罐的底部相连，所述水道组件设置在所述塔体的外壁上，所述冷却水罐与用于冷却所述冷却水罐中的冷却水的水冷机组相连，所述冷却后钻井液排出管设置在所述塔体的底部。
6.进一步地，所述填料架包括若干第一冷却平面和若干第二冷却平面，所述第一冷却平面与所述第二冷却平面相间设置且互相平行，所述第一冷却平面由若干互相平行的第一冷却管组成，所述第二冷却平面由若干互相平行的第二冷却管组成，所述第一冷却管与所述第二冷却管互呈一定角度设置。
7.进一步地，所述水道组件包括第一输入水道、第一输出水道、第二输入水道和第二输出水道，所述第一输入水道与所述第一输出水道相对设置，所述第二输入水道与所述第二输出水道相对设置，所述第一冷却管的两端分别与所述第一输入水道及所述第一输出水道连通，所述第二冷却管的两端分别与所述第二输入水道及所述第二输出水道连通，所述第一输入水道、第一输出水道、第二输入水道和第二输出水道的一端均密封，所述第一输入水道的另一端和所述第二输入水道的另一端均与所述防爆离心水泵的输出端相连，所述第一输出水道的另一端和所述第二输出水道的另一端均与所述冷却水罐的上端相连。
8.进一步地，所述所述第一冷却管与所述第二冷却管互相垂直。
9.进一步地，所述喷嘴组件包括喷头、分流支管、进液主管和分流腔体，所述进液主管的一端与所述高温钻井液进入管相连，其另一端穿过所述塔体的壁后与所述分流腔体的上端相连，所述分流腔体的侧壁与若干所述分流支管的一端相连，所述分流支管与向所述填料架侧喷射钻井液的所述喷头相连。
10.进一步地，所述塔体的顶部设置有与所述塔体内壁配合的收水器，所述喷嘴组件设置在所述填料架与所述收水器之间，所述收水器包括外框和阻挡片，所述外框与所述塔体的内壁配合，所述外框中等间距设置有若干互相平行的所述阻挡片。
11.进一步地，所述阻挡片的截面呈m型。
12.进一步地，所述高温钻井液进入管的输入端与防爆砂泵相连，所述塔体、防爆砂泵、防爆离心水泵和冷却水罐均设置在运输撬上。
13.进一步地，所述运输撬上还设置有防爆电控箱，所述防爆砂泵、防爆离心水泵和水冷机组均与所述防爆电控箱电连接。
14.进一步地，所述防爆砂泵的输入端通过高温钻井液吸入管与固控系统钻井高温液罐相连，所述冷却后钻井液排出管的输出端与固控系统钻井低温液罐相连。
15.本实用新型的有益效果是：
16.1)在本冷却塔中，喷嘴组件在喷出钻井液的过程中，钻井液会散开，这样实现了钻井液的第一次冷却；设置收水器后，部分热量可以从收水器中排出，实现了钻井液的第二次冷却；钻井液作用在填料架上，使得钻井液充分散开，填料架也能吸收一部分热量，在冷却水的循环作用下，冷却水间接的与钻井液进行热交换，实现了钻井液的第三次冷却，因此，本冷却塔充分使得钻井液被冷却，提高了石油天然气钻井的效率、保障钻井作业安全，延长工具及其他设备的使用寿命。
17.2)在本冷却塔中，填料架由多个第一冷却平面和多个第二冷却平面组成，第一冷却平面由多个第一冷却管组成，第二冷却平面由多个第二冷却管组成，这样使得钻井液在填料架的作用下充分散开，填料架在冷却水循环的动作下也能充分带走钻井液中的热量。
18.3)在本冷却塔中，收水器由外框和阻挡片组成，而阻挡片的截面呈m型，在阻挡片的作用下使得钻井液不会从热气排出口排出，而热量可以从阻挡片之间的缝隙中排出。
附图说明
19.图1为本冷却塔的立体连接结构图；
20.图2为本冷却塔的俯视连接结构图；
21.图3为图2的a
‑
a剖面结构图；
22.图4为图3的b处放大结构图；
23.图5为喷嘴组件的俯视结构图；
24.图6为收水器的俯视结构图；
25.图7为图6的c
‑
c剖面结构图；
26.图中，1
‑
塔体，2
‑
防爆离心水泵，3
‑
冷却水罐，4
‑
高温钻井液进入管，5
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冷却后钻井液排出管，6
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第一冷却管，7
‑
第二冷却管，8
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第一输入水道，9
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第一输出水道，10
‑
第二输入水道，11
‑
第二输出水道，12
‑
喷头，13
‑
分流支管，14
‑
进液主管，15
‑
分流腔体，16
‑
收水器，
17
‑
外框，18
‑
阻挡片，19
‑
防爆砂泵，20
‑
运输撬，21
‑
防爆电控箱，22
‑
高温钻井液吸入管。
具体实施方式
27.下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.参阅图1
‑
7，本实用新型提供一种技术方案：
29.适用于钻井的水冷式冷却塔，包括塔体1、填料架、水道组件、喷嘴组件、防爆离心水泵2、冷却水罐3、高温钻井液进入管4和冷却后钻井液排出管5，喷嘴组件设置在塔体1内部的上端，喷嘴组件的输入端穿过塔体1的壁后与高温钻井液进入管4相连，填料架设置在塔体1中部，填料架与水道组件相连，水道组件的输出端与冷却水罐3上端相连，水道组件的输入端与防爆离心水泵2的输出端相连，防爆离心水泵2的输入端与冷却水罐3的底部相连，水道组件设置在塔体1的外壁上，冷却水罐3与用于冷却冷却水罐3中的冷却水的水冷机组相连，冷却后钻井液排出管5设置在塔体1的底部。填料架包括若干第一冷却平面和若干第二冷却平面，第一冷却平面与第二冷却平面相间设置且互相平行，第一冷却平面由若干互相平行的第一冷却管6组成，第二冷却平面由若干互相平行的第二冷却管7组成，第一冷却管6与第二冷却管7互呈一定角度设置。第一冷却管6与第二冷却管7互相垂直。水道组件包括第一输入水道8、第一输出水道9、第二输入水道10和第二输出水道11，第一输入水道8与第一输出水道9相对设置，第二输入水道10与第二输出水道11相对设置，第一冷却管6的两端分别与第一输入水道8及第一输出水道9连通，第二冷却管7的两端分别与第二输入水道10及第二输出水道11连通，第一输入水道8、第一输出水道9、第二输入水道10和第二输出水道11的一端均密封，第一输入水道8的另一端和第二输入水道10的另一端均与防爆离心水泵2的输出端相连，第一输出水道9的另一端和第二输出水道11的另一端均与冷却水罐3的上端相连。在冷却塔中，填料架包括若干第一冷却平面和若干第二冷却平面，这样使得第一输入水道8、第一输出水道9、第二输入水道10和第二输出水道11均呈弓字形，塔体1的截面呈方形，第一输入水道8和第一输出水道9设置在相对的两个面上，第二输入水道10和第二输出水道11设置在另外两个相对的面上，这样可以使得填料架充分实现热交换。第一冷却管6与第二冷却管7互相垂直。其中，第一输出水道9和第二输出水道11的下端是密封的，其上端分别通过管道与冷却水罐3开口部的固定件相连；第一输入水道8和第二输入水道10的上端是密封的，其下端分别与防爆离心水泵2相连，防爆离心水泵2上设置有三通管，其中一个管口与防爆离心水泵2相连，另外两个管口分别与第一输入水道8和第二输入水道10相连。在本冷却塔中，填料架由多个第一冷却平面和多个第二冷却平面组成，第一冷却平面由多个第一冷却管6组成，第二冷却平面由多个第二冷却管7组成，这样使得钻井液在填料架的作用下充分散开，填料架也能充分带走钻井液中的热量。冷却水罐3中有冷却水，冷却水为清水，其水温≤20℃。第一冷却平面12上的两侧第一冷却管6靠近塔体1的内壁，第二冷却平面13上的两侧第二冷却管7也靠近塔体1的内壁。
30.优选的，喷嘴组件包括喷头12、分流支管13、进液主管14和分流腔体15，进液主管14的一端与高温钻井液进入管4相连，其另一端穿过塔体1的壁后与分流腔体15的上端相
连，分流腔体15的侧壁与若干分流支管13的一端相连，分流支管13与向填料架侧喷射钻井液的喷头12相连。其中，喷头12为现有技术，喷头12上有多个孔，这样从喷头12喷出的钻井液是散状的，喷头是向下喷的。分流腔体15呈圆柱状，内部是空心的，进液主管14与圆柱状的分流腔体15上表面相连，进液主管14与塔体1的侧壁是密封连接的，在圆柱状的分流腔体15侧面上均匀分布有多个分流支管13，一般情况下，分流支管13的数量为四个。钻井液通过高温钻井液进入管4进入到进液主管14，然后通过分流腔体15进入到分流支管13中，最后通过喷头12喷出。喷头12采用耐磨、耐腐蚀、大流量的实心锥喷嘴，散射角度90
°
～120
°
。
31.优选的，塔体1的顶部设置有与塔体1内壁配合的收水器16，喷嘴组件设置在填料架与收水器16之间，收水器16包括外框17和阻挡片18，外框17与塔体1的内壁配合，外框17中等间距设置有若干互相平行的阻挡片18。阻挡片18的截面呈m型。在阻挡18片的作用下使得钻井液不会从塔体1的上端排出，而热量可以从阻挡片18之间的缝隙中排出。
32.高温钻井液进入管4的输入端与防爆砂泵19相连，塔体1、防爆砂泵19、防爆离心水泵2和冷却水罐3均设置在运输撬20上。运输撬20上还设置有防爆电控箱21，防爆砂泵19、防爆离心水泵2和水冷机组均与防爆电控箱21电连接。在钻井过程中，油井会产生可燃性气体，所以防爆电控箱21、防爆砂泵19和防爆离心水泵2都为了防止工作过程中可燃性气体被点燃，这些设备都是现有技术，冷却水罐3用来储存冷却水的。在防爆电控箱21中设置有微控制器，在固控系统钻井高温液罐内设置有第一温度传感器，在填料架内设置有第二温度传感器，在冷却水罐3内设置有第三温度传感器，第一温度传感、第二温度传感器、第三温度传感器、防爆砂泵19和防爆离心水泵2均与微控制器电连接，通过微控制器使得本冷却塔实现自动化。防爆电控箱21中的微控制器主要控制冷水机组、防爆砂泵19、防爆离心水泵2、自动化控制系统、照明等。
33.防爆砂泵19的输入端通过高温钻井液吸入管22与固控系统钻井高温液罐相连，冷却后钻井液排出管5的输出端与固控系统钻井低温液罐相连。固控系统钻井高温液罐和固控系统钻井低温液罐都属于现有技术，其连接方式也是现有技术。
34.一般情况下，冷却塔中的冷却水温度控制在20℃以下，冷却水罐里面设置有温度传感器，温度传感器与微控制器电连接，当冷却水罐里面的冷却水温度高于摄氏度时候，冷却水罐中设置的冷却机组自动启动开始降温冷却水作业。
35.在本冷却塔中，喷嘴组件在喷出钻井液的过程中，钻井液会散开，这样实现了钻井液的第一次冷却；设置收水器后，部分热量可以从收水器中排出，实现了钻井液的第二次冷却；钻井液作用在填料架上，使得钻井液充分散开，填料架也能吸收一部分热量，在冷却水的循环作用下，冷却水间接的与钻井液进行热交换，实现了钻井液的第三次冷却，因此，本冷却塔充分使得钻井液被冷却，提高了石油天然气钻井的效率、保障钻井作业安全，延长工具及其他设备的使用寿命。
36.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。