[发明专利]一种基于高速透平膨胀机的井口冷却装置

说明书

本发明提供一种基于高速透平膨胀机的井口冷却装置，包括压缩机、换热器、用户侧恒温器，所述压缩机和换热器之间、所述用户侧恒温器和换热器之间均设有纯化组件，所述换热器与用户侧恒温器之间设有高速透平膨胀机，所述换热器与高速透平膨胀机之间设置有气动调节阀，所述高速透平膨胀机与用户侧恒温器之间设置有支路和流量控制阀，通过监测所述用户侧恒温器两端的温度并根据冷冻需求，调节经过所述用户侧恒温器内的低温空气流量，实现对降温速度以及冷冻目标温度的控制。上述装置安全、高效、精确、冷却快速。

技术领域

本发明涉及一种管道或井口冷冻暂堵技术领域，特别涉及一种基于高速透平膨胀机的井口冷却装置。

背景技术

在化工、石油、天然气、供水系统等领域，常常需要对管道或者井口进行维修、更换等操作，诸如油井或者气井的带压修井、更换采油采气井口或者部分闸阀作业。管道内或者井下有一定得压力，维持井筒内压力和地层压力的相对平衡非常重要，因此在作业中需要对管道内流体进行封堵，以隔断封堵块两侧空间，控制封堵块下游的压力，进而开展更换阀门、管道、管件等的现场作业。

对于油井井口，传统的机械堵塞方式，工艺复杂，操作时间长，不能同时封堵油管内径和环空，且密封不可靠，容易发生安全事故。为此，发展了冷冻暂堵技术，将暂堵剂逐层注入各层套管环空和油管内部，并在表层套管周围进行冷冻作业，经过一定时间的冷冻后，就完成了对多层套管环空和油管内部暂时封堵。基于冷冻暂堵技术的设备可以在更短的时间内完成对带压油气井的封堵，并实现封堵端后侧的井口更换和维护等操作，消除隐患、恢复生产。

冷冻暂堵技术已经在化工、石油、天然气、供水系统等领域取得了大量的应用，核心在于对注入井口内的暂堵剂进行冷冻，实现对管道的封堵，目前常使用的方案有冷冻盒装置以及基于液氮冷却得冷冻暂堵装置，前者需要人工加入冷冻剂，并长时间关注冷冻剂情况，不能保证冷冻温度均匀以及合适的降温速度，工作效率低，控制不准确；后者使用液氮或冷氮气作为冷冻工质，实现了冷冻剂的自动补给，但对冷冻剂的控制还需要进一步提升。

常用的两种冷冻暂堵方案：1.一种如专利CN106337670A公开的一种适用于油井井口冷冻暂堵工艺的冷冻盒装置，包括两个相对接的半圆环盒体，两个半圆环盒体在径向一侧端通过合页进行铰接，所述两个半圆环盒体在径向另一侧端通过锁紧装置进行连接。所述半圆环盒体分为外盒和内盒，所述内盒抽拉式设置在外盒内部，所述内盒上端设置盒盖。所述外盒内壁设置有用来防止内盒向上脱出的限位台。所述外盒和内盒上均开设观察窗。可以很方便的对井口端套管及油管进行冷冻封堵后更换或维修采油、采气井口装置。可伸缩的盒体使其可任意控制套管被冷冻区域的长度，进而控制封堵段塞长度。通过观察窗可随时监控盒内冷冻剂的剩余量情况。伸缩性使该设备节省空间，便于运输。该方案冷却目标温度可控，可以规避材料改性的风险，但温度单一，且不够低，同时需要现场加注，现场操作有冻伤风险，长期工作需要不断的供应甲醇和干冰，此外，该装置密封性、保温性有待加强。2.基于液氮冷却的冷冻暂堵设备，包括：液氮源模块、低温分配模块及控制模块，液氮源模块包括液氮贮槽及与液氮贮槽连接的空温式换热器，空温式换热器将来自液氮贮槽的液氮气化为常温的氮气，低温分配模块包括氮气兑温器，空温式换热器的一端连接液氮贮槽，另一端与氮气兑温器的常温氮气入口相连，通过常温氮气入口通入的氮气向上运动与通过液氮入口进入的液氮混合、换热，得到冷氮气，并通过冷氮气出口输出，控制模块用于控制管路上的低温流量控制阀以及检测所述氮气兑温器的温度检测装置，对冷氮气进行测量与调控，从而实现冷却目标温度可控、冷冻速度可控，避免材料改性同时保证井筒安全。此方案在作业出发前需要备好液氮，长期工作需要不断的液氮供应，井口一般比较偏僻，不利于液氮运输，液氮的运输有一定危险，液氮存储也有泄漏爆炸、窒息等风险，使用过程中在需要到达液氮以上温度时需要兑温，兑温的滞后性大，不易控制，且整套系统庞大、复杂，不利于井口作业快速、准确进行。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种安全、高效、精确、快速的基于高速透平膨胀机的井口冷却装置。