고온 진흙 냉각 대책 및 냉각 시스템

중온 및 고온 지열정과 깊은 시추(HT/HP 시추라고도 함)에서는 구멍 바닥 온도가 높고 표면으로 되돌아오는 진흙의 온도도 크게 증가합니다. . 예를 들어, 티베트의 양바 우물 지열 우물에서는 구멍에서 나오는 진흙의 온도가 끓는 상태에 도달하고 우물 Moshen 1의 구멍에서 나오는 진흙의 온도도 상대적으로 높습니다. 토양 진흙 온도가 75°C보다 높으면 시추 플랫폼 작업자가 화상을 입을 뿐만 아니라 유정 현장도 안개로 뒤덮여 건설 작업에 영향을 미치고 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 표면으로 돌아온 드릴링 머드는 시간에 맞춰 냉각되어 머드가 다시 구멍에 들어갈 때 온도가 낮아지도록 해야 합니다.

2.3.1 HT/HP 시추의 이수 냉각 기술 현황

현재 HT/HP 시추에서는 고온 진흙을 냉각하기 위해 일반적으로 다음과 같은 조치를 취합니다.

1) 자연 증발 냉각. 땅으로 돌아가는 우물 안의 진흙 온도가 주변 온도보다 높기 때문에 진흙이 진흙 탱크를 따라 흐르면서 자연적으로 증발하고 냉각됩니다. 이러한 현상을 이용하여 진흙 순환 경로를 연장하는 조치를 취합니다. 탱크는 어느 정도 진흙을 냉각시키는 목적을 달성할 수 있습니다. 이 방법은 일반적으로 굴착 이수 유량이 크지 않고, 복귀 이수 온도가 너무 높지 않을 때(55°C 미만), 입구와 출구 우물 사이의 온도 차이가 크지 않을 때(5°C 미만) 사용됩니다. .

2) 저온 고체 전도 냉각. 얼음 조각과 같은 저온 고체를 진흙 웅덩이에 넣으십시오. 얼음 조각은 주로 열 전도를 통해 진흙을 냉각시킵니다. 이 방법은 일반적으로 진흙의 온도가 땅으로 되돌아갈 때 사용됩니다. 높지 않고 입구와 출구 사이의 온도차도 크지 않아 사용하세요.

3) 진흙냉각장치를 이용한 강제냉각. 반환 머드 온도가 높고 입구와 출구 우물 사이의 온도 차이가 너무 큰 경우 강제 냉각을 위해 머드 냉각 장치를 사용해야 합니다.

2.3.1.1 외국 기술 현황

일본에서 지열 시추에 일반적으로 사용되는 냉각 장치에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 진동 장치 옆에 설치되는 고출력 팬입니다. 스크린; 다른 하나는 일반적으로 진흙 연못에 세워지는 진흙 냉각탑을 사용하는 것입니다. 머드 냉각용 냉각탑 및 팬의 기본 원리는 공기와 머드 사이의 직접적인 접촉을 사용하여 증발을 통해 머드의 열을 제거하는 것입니다. 냉각 매체는 대기 온도의 영향을 크게 받습니다. 미국, 네덜란드, 싱가포르 등 일부 회사에서 설계한 진흙 냉각 시스템은 지열, 석유 및 가스 시추에도 널리 사용되었습니다. 표 2.1에는 몇 가지 일반적인 시추 진흙 냉각 시스템이 나열되어 있습니다.

표 2.1 일반적인 고온 드릴링 이수 냉각 시스템

몇 가지 일반적인 드릴링 이수 냉각 시스템의 기본 원리는 다음과 같습니다.

1) 머드 펌프에 의해 머드 풀이나 머드 탱크에서 판형 열교환기로 머드가 펌핑되고 ​​냉각수와 열교환됩니다. 냉각수는 COE Limited와 같은 냉수 또는 해수입니다. 말레이시아 및 싱가포르 Lynsk Company가 개발한 시추 이수 냉각 시스템(그림 2.2).

그림 2.2 Lynsk Company 및 COE Limited Company의 시추 이수 냉각 시스템의 개략도

2) 진흙은 진흙 웅덩이 또는 진흙 탱크에서 스프레이 열 교환기로 펌핑되어 냉각됩니다. 물(또는 해수)이 머드 튜브 다발에 직접 분사되어 팬이 지속적으로 공기를 불어넣고, 공기-물 혼합물이 머드의 냉각 효과를 높여주는 방식으로 미국 드릴쿨(Drillcool, Inc.)이 개발한 머드 냉각 시스템( 그림 2.3)

그림 2.3 미국 Drillcool Company의 드릴링 진흙 냉각 원리 다이어그램

3) 진흙 냉각 시스템은 두 개의 판형 열 교환기를 사용하여 열 교환을 통해 진흙을 냉각시킵니다. 에틸렌 글리콜/물 용액은 주 열 교환기에서 진흙을 흡수합니다. 열이 제거된 후 두 번째 열 교환기로 반환되어 해양 시추 진흙과 같은 해수로 전달됩니다. 네덜란드 Task Environmental Services에서 개발한 냉각 시스템입니다.

4) 진흙은 진흙 풀이나 진흙 탱크에서 판형 열교환기로 펌핑되어 에틸렌 글리콜/물 용액을 통해 열을 교환합니다. 에틸렌 글리콜/물 용액이 진흙의 열을 흡수한 후, 공기 냉각을 위해 라디에이터로 들어갑니다. 예를 들어 네덜란드의 Task Environmental Services에서 개발한 육상 굴착 진흙 냉각 시스템이 있습니다.

2.3.1.2 국내 기술현황

양바징 열전 지열시추 등 우리나라의 HT/HP 시추에서는 수심 30도에서 온도가 140~140도를 넘을 수 있다. ~40m, 들어오는 우물 진흙과 나가는 우물 진흙 사이의 온도 차이는 5-20℃에 달할 수 있으며, 수백 미터 깊이의 우물 진흙에서 나오는 열은 시간당 100만 kcal에 달할 수 있습니다. 머드 순환 탱크를 연장하면 일반적으로 온도가 1~2°C만 낮아질 수 있으므로 열 방출이 100만 kcal/h 이상인 경우 라디에이터를 통한 머드 온도를 낮출 수 있습니다. 10~20°C 정도 올라가고 라디에이터 출구의 진흙 온도는 60~70°C에 도달합니다.

1) 티베트 양바징 우물 ZK-2에서는 진흙 출구 온도가 끓는점에 도달합니다(현지 물의 끓는점은 90°C 미만). 건설 현장에서 취한 기술적 조치. 진흙 탱크에 냉수관을 배치하고 물 순환을 통해 진흙을 냉각시키는 것입니다. 아마도 열관 수가 적기 때문에 진흙 온도가 8~9°C만 떨어져서 엄청난 양의 수자원이 낭비되는 것입니다.

2) Gao Hang et al.(2007)은 HT/HP 시추에서 고온 이수 냉각에 적합한 설계 개념을 제안했습니다. 기본 원리(그림 2.4)는 다음과 같습니다. 이수 냉각 시스템은 주로 다음과 같이 구성됩니다. 2개의 플레이트 열 교환기, 냉각기 파이프라인 및 강제 공기 냉각(또는 수냉식) 어셈블리로 구성된 이 머드 냉각 시스템은 냉각 매체가 머드 탱크와 열을 교환한 후 머드 탱크의 양쪽에 설계된 2개의 플레이트 열교환기가 특징입니다. 진흙이 있으면 강제 공냉식 시스템으로 돌아갑니다. 공냉식(또는 수냉식) 어셈블리는 공냉식(또는 수냉식)을 통해 냉각 매체를 냉각시킵니다.

그림 2.4 굴착 이수 냉각 시스템의 원리 다이어그램

3) Zhao Jiangpeng 등이 연구한 새로운 굴착 이수 냉각 시스템 이 굴착 이수 냉각 시스템은 급속 냉각을 달성할 수 있습니다. 드릴링 진흙.

굴착 이수 냉각 시스템의 작동 원리는 그림 2.5에 나와 있습니다.

시추이수 냉각 시스템을 사용할 때 주요 작업 흐름은 다음과 같습니다.

1) 냉장 소금물. 밸브(3),(6)을 열고 냉동기(1)와 냉동기 펌프(2)를 시동하여 2차 냉매탱크(4)의 2차 냉매를 냉동기(1)를 통해 -15까지 냉각시킨다. °C(특정 온도 값은 실제 상황에 따라 다릅니다).

2) 진흙을 식혀주세요. 밸브(5)와 (8)을 열고 머드 이송 펌프(15)와 냉매 탱크 펌프(9)를 시동하십시오. 냉매와 머드는 동축 머드 대류 열 교환기(12)에서 열을 교환하고 머드는 급속 냉각하여 머드 풀(17) 내 머드의 온도를 급격하게 낮추어 낮은 온도 범위 내에서 유지하게 됩니다. 동시에 시스템의 여러 핵심 지점 (7), (10), (11), (13), (14), (16), (19) 및 (20)의 온도가 실시간으로 모니터링됩니다. 감지된 온도 조건에 따라 적시에 시스템 관련 매개변수를 조정하여 시스템이 정상적으로 작동하도록 합니다.

그림 2.5 시추 이수 냉각 시스템의 개략도

시추 이수 냉각 시스템은 다음과 같이 주로 냉매 냉각 부분, 이수 냉각 부분 및 온도 모니터링 부분으로 구성됩니다. 그림 2.6.

그림 2.6 드릴링 머드 냉각 시스템의 구성

그 중 2차 냉매 냉동 부분은 주로 냉동 장치, 냉동 장치 펌프 및 2차 냉매 탱크로 구성됩니다. 냉각 부분은 주로 냉매 탱크 펌프, 동축 이수 대류 열 교환기 및 이수 이송 펌프로 구성됩니다. 온도 감지 부분은 주로 검사 장비와 온도 센서로 구성됩니다.

2.3.2 냉각 장비 각 부분의 구조에 대한 이론적 설계 및 계산

(1) 머드 냉각 장비에 필요한 유효 동력

예비 과학적 초심정 시추 기술 계획 연구 특별 성과 보고서(1권)

공식에서 ρ1은 진흙의 밀도이고 C1은 진흙의 비열입니다. 진흙; t1'은 진흙 냉각 전 온도이고, t1"은 진흙 냉각 최종 온도입니다.

고원 및 기타 기후 조건과 중간 열 교환 효율로 인해 발생하는 불가피한 열 손실을 고려한 것입니다. 지역에서는 더 큰 전력 냉동 장치를 선택해야 합니다.

(2) 열교환기 선정 및 설계계산

시추 과정에서 냉각되는 진흙은 불결한 물질이므로 선정된 열교환 장비는 다음과 같은 종류이어야 한다. 스케일링을 방지하거나 청소 및 스케일 제거가 용이하도록 냉각기는 슬리브형 열 교환기를 채택하고 냉각 매체는 내부 튜브로 흐르고 냉각 매체는 튜브 사이의 환형 간격으로 흐릅니다. 세척을 용이하게 하며 공정 전반에 걸쳐 역류 열 교환이 사용됩니다.

열 균형 방정식에 따르면 Q1=Q2입니다. 여기서 Q1은 진흙 냉각에 의해 방출되는 열이고, Q2는 냉매가 진흙을 냉각시키는 데 필요한 냉각 용량입니다.

과학적인 초심공 시추 기술 계획 사전 연구 특별 성과 보고서(1권)

공식에서 G2는 냉매 유량이고 C2는 비열입니다. ρ2는 냉매의 밀도이고, t2'는 냉매 입구 온도입니다.

냉각수 출구 온도 t2″는 방정식 (2.2)와 (2.3)에 따라 계산할 수 있습니다.

2.3.3 냉각 기술 분석 및 요약

세 가지 냉각 방법을 분석한 결과, 자연 증발 냉각과 저온 고체 전도 냉각 모두 시추 이수 흐름이 크지 않고 반환 이수 온도가 너무 높지 않은(55℃ 미만) 데 적합하다는 것을 알 수 있습니다. 입구와 출구 우물 사이의 온도 차이가 크지 않습니다 (5 ℃ 미만). 초심공 우물의 과학적인 시추의 경우 시추 유체 출구 온도가 상대적으로 높으며 입구와 출구 구멍 사이의 온도차 이 경우 위의 두 가지 냉각 방법은 보조적인 방법일 뿐이며, 냉각 방법은 주로 냉장고의 냉각에 의존합니다. 냉각수를 많이 사용하는 분무기, 판형 열교환 등의 열교환 방식을 사용하며, 현장이 수자원이 풍부한 곳에 위치한 경우에는 이 방법을 사용하는 것이 가장 좋다고 생각합니다. 냉매강제냉동을 사용하며, 저온냉동실을 설계, 제작할 수 있습니다. 길림대학교에는 이미 참고자료로 사용할 수 있는 초저온 실험실을 구축했습니다.