一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法

摘要

本发明公开了一种低温空气泡沫钻进装置及钻进方法，是在常规空气泡沫钻进工艺的基础上，通过制冷系统将泡沫液、空气和空气泡沫进行制冷，形成低温空气泡沫进行钻进。适用于冻土地层和陆地天然气水合物层的钻进。低温空气泡沫钻进系统包括空气泡沫钻进系统和制冷系统，其中制冷系统包括泡沫液制冷系统、空气制冷系统、空气泡沫制冷系统。通过两个阀组的控制，实现对泡沫液、空气和空气泡沫的单独制冷和同时制冷，提高制冷效率。本发明能够降低制冷系统所需功率，减少钻进过程中冲洗介质对地层温度的影响，特别是在缺水地区，能够减小用水量。

主权项

一种低温空气泡沫钻进装置，其特征在于：其是由空气泡沫钻进系统和制冷系统组成，其中空气泡沫钻进系统为现有系统不再赘述，制冷系统包括是泡沫液制冷系统、空气制冷系统、空气泡沫制冷系统；泡沫液制冷系统的结构是：泡沫液制冷换热器（3）的制冷剂出口与制冷机组（1）制冷机组入口阀组（V1）相连，制冷机组入口阀组（V1）与制冷机组水泵（2）的进口相连，制冷机组水泵（2）的出口与制冷机组（1）入口相连，制冷机组（1）出口与制冷机组出口阀组（V2）相连，制冷机组出口阀组（V2）与泡沫液制冷换热器（3）的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；泡沫液箱（5）的泡沫液出口与泡沫液制冷水泵（4）相连，泡沫液制冷水泵（4）与泡沫液制冷换热器（3）的泡沫液进口相连，泡沫液制冷换热器（3）泡沫液出口与泡沫液箱（5）的低温泡沫液入口相连，形成泡沫液的制冷循环；泡沫液箱（5）的泡沫液出口与泡沫液泵（6）的入口相连，泡沫液泵（6）的出口与泡沫发生装置（9）的泡沫液入口相连，实现泡沫液的注入；空气制冷系统的结构是：空气制冷换热器（8）的制冷剂出口与制冷机组入口阀组（V1）相连，制冷机组入口阀组（V1）与制冷机组水泵（2）相连，制冷机组水泵（2）的出口与制冷机组（1）入口相连，制冷机组（1）出口与制冷机组出口阀组（V2）相连，制冷机组出口阀组（V2）与空气制冷换热器（15）的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；空气压缩机（7）的空气出口与空气冷却器（8）的入口相连，空气冷却器（8）的出口与空气制冷换热器（15）的空气入口相连，空气制冷换热器（15）的空气出口与泡沫发生装置（9）的空气入口相连，实现空气的制冷和注入；空气泡沫制冷系统的结构是：空气泡沫制冷换热器（16）的制冷剂出口与制冷机组入口阀组（V1）相连，制冷机组入口阀组（V1）与制冷机组水泵（2）的进口相连，制冷机组水泵（2）的出口与制冷机组（1）入口相连，制冷机组（1）出口与制冷机组出口阀组（V2）相连，制冷机组出口阀组（V2）与空气泡沫制冷换热器（16）的制冷剂入口相连，形成制冷剂的制冷和循环；泡沫发生装置（9）的空气泡沫出口与空气泡沫制冷换热器（16）的空气泡沫入口相连，空气泡沫制冷换热器（16）的空气泡沫出口与钻机（10）的空气泡沫入口相连，实现空气泡沫的制冷和注入；制冷系统中通过制冷机组入口阀组（V1）和制冷机组出口阀组（V2）的控制，泡沫液制冷系统、空气制冷系统和空气泡沫制冷系统可以独立开启和关闭，实现单独制冷和同时制冷；当环境温度较低时，只开启泡沫液制冷系统，随着环境温度的增加，再逐步开启空气制冷系统和空气泡沫制冷系统以满足钻进要求；泡沫发生装置（9）包括泡沫发生器和泡沫增压泵；当孔深较浅时采用泡沫发生器，当孔深较深时采用泡沫增压泵。