冻土区天然气水合物钻井泥浆冷却系统设计及关键参数计算-论文.pdf

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1、2014年第41卷第7期探矿工程(岩土钻掘工程)45冻土区天然气水合物钻井泥浆冷却系统设计及关键参数计算李宽，张永勤，王汉宝，梁健，李鑫淼，吴纪修，李小洋(中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊065000)摘要：泥浆冷却技术是天然气水合物钻探的关键技术之一，低温泥浆可以抑制天然气水合物在钻进和提钻过程中分解，有利于钻获水合物实物样品。新型天然气水合物钻井泥浆冷却系统主要包括载冷剂制冷器、翅片管式换热器、温度监测与记录和防冻装置4部分。制冷机组采用变频启动，减小了野外施工中配套发电机的功率，大幅度降低油料消耗；翅片管式换热器中泥浆

2、与载冷剂对流换热，换热面积大，换热效率高；温度监测与记录装置对4个关键节点的温度进行监测和记录，同时防冻装置可防止泥浆在换热器中结冰堵塞，影响正常使用。运用传热学和流体力学理论对泥浆与载冷剂对流换热过程进行计算，在满足制冷要求的前提下，换热器换热面积是10．58m，管路压力损失为0．34MPa。关键词：天然气水合物；钻探；取心；低温泥浆；泥浆冷却；换热面积；压力损失中图分类号：P634文献标识码：A文章编号：1672—7428(2014)07—0045—04DesignofCoolingSystemforGasHydrateDri

3、llingMudinFrozenSoilRegionandtheCalculationofImportantFactors~L1Kuan，ZHANG一qin，WANGHan—bao，ⅣGJian，LIXin—miao，Ji—xiu，LIXiao-yang(TheInstituteofExplorationTechniques，CAGS，LangfangHebei065000，China)Abstract：Mudcoolingtechnologyisoneofthekeytechnologiesingashydratedrillin

4、g，thelow—temperaturemudwillrestrainthedecompositionofgashydrateintheprocessofdrillinganddrilllifting，whichisfavorablefordiscoveringhydratesamples．Thenewgashydratemudcoolingsystemconsistsoftheethyleneglycolcooler，finnedtubeheatexchanger，temperaturemo—nitoring&recording

5、andanti—frostdevice．Frequencyconversionstartingmodeisusedforthecooler．whichcanreducethegeneratorpowerandthecostoffuelconsumptionissignificantlycutdown．Convectionheattransfermodeisappliedformudandethyleneglycolinthefinnedheatexchangerwithlargeheat—exchangeareaandhighef

6、iciency．Thetemperatureofthese4keypartscanbemonitoredandrecordedbythetemperaturemonitoringandrecordingdeviceandthemudfreezingandic—ingcloggingintheheatexchangercanbepreventedbytheantifreezedevice．Byusingtheheattransfertheoryandfluidme—chanics，thetheoreticalcalculationf

7、orheatconvectionprocessofmudandcoolantismade，theresultsshowthatwithheat—exchangeareaof10．58mandpipepressurelossof0．34MPa，thecoolingrequirementscanbesatisfied．Keywords：gashydrate；drilling；coringdrilling；low—temperaturemud；mudcooling；heat—exchangearea；pressureloss0前言分解，

8、而低温泥浆可以将岩心在钻进和提钻过程中天然气水合物是碳氢分子和水分子在低温、中保持在低温状态(≤5℃)而不发生分解，提高了钻高压条件下形成的笼状结构结晶化合物J，具有探取样的保真度，有利于钻获水合物实物样品。埋藏浅、能量密度大、分布范围广、储量大等