勘查技術與工程專業(yè)概論論文

勘查技術與工程專業(yè)概論課程論文

學院：地質學院

專業(yè)班級：勘查技術與工程201*級1班

姓名：楊琛龍學號：201*01171234

勘查技術與工程專業(yè)概論論文

經(jīng)過半個學期的專業(yè)概論課的學習，我已經(jīng)對勘查技術與工程這門專業(yè)有了初等的認識。對利用地球物理勘探來解決地質問題也有了一定的初步認識，下面就是我對這些星期以來對專業(yè)概論課學習的認識總結：地球物理勘探的主要方法有哪些，能解決的主要地質問題有什么，以及本人在以后的學習中應如何的學好本專業(yè)課。

一，地球物理勘探的主要方法

地理物理勘探所給出的是根據(jù)物理現(xiàn)象對地質體或地質構造做出解釋推斷的

結果因此它是間接的勘探方法。此外用地球物理方法研究或勘查地質體或地質構造是根據(jù)測量數(shù)據(jù)或所觀測的地球物理場求解場源體的問題是地球物理場的反演的問題而反演的結果一般是多解的因此地球物理勘探存在多解性的問題。為了獲得更準確更有效的解釋結果一般盡可能通過多種物探方法配合進行對比研究同時要注重與地質調查和地質理論的研究相結合進行綜合分析判斷。人類居住的地球，表層是由巖石圈組成的地殼，石油和天然氣就埋藏于地殼的巖石中，埋藏可深達數(shù)千米，眼看不到，手摸不著，所以，要找到油氣首先需要搞清地下巖石情況。怎樣才能搞清地下巖石的情況呢？這要從巖石的物理性質談起。巖石物理性質是指巖石的導電性、磁性、密度、地震波傳播等特性，地下巖石情況不同，巖石的物理性質也隨之而變化。各種物理性質都表現(xiàn)為一種或幾種不同的物理現(xiàn)象，如導電性不同的巖石在相同的電壓作用下，具有不同的電流分布；磁性不同的巖石，對同一磁鐵的作用力不同；密度不同的巖石，可以引起重力的差異；振動波在不同巖石中傳播速度不同等。運用現(xiàn)代技術，完全可以記錄到上述物理現(xiàn)象的變化，進而可以了解地下巖石的性質及其分布規(guī)律，達到尋找地下油氣的目的。我們把這種以巖石間物理性質差異為基礎，以物理方法為手段的油氣勘探技術，稱為地球物理勘探技術，簡稱物探技術。古代兵器有刀、槍、劍、戟，當今的油氣地球物理勘探技術又有哪些呢？根據(jù)這幾個星期的學習，我總結了一下的幾個方面：重力勘探

地球物理勘探方法之一。是利用組成地殼的各種巖體、礦體間的密度差異所引起的地表的重力加速度值的變化而進行地質勘探的一種方法。它是以牛頓萬有引力定律為基礎的。只要勘探地質體與其周圍巖體有一定的密度差異，就可以用精密的重力測量儀器（主要為重力儀和扭秤）找出重力異常。然后，結合工作地區(qū)的地質和其他物探資料，對重力異常進行定性解釋和定量解釋，便可以推斷覆蓋層以下密度不同的礦體與巖層埋藏情況，進而找出隱伏礦體存在的位置和地質構造情況。磁法勘探是地球物理勘探方法之一。自然界的巖石和礦石具有不同磁性，可以產生各不相同的磁場，它使地球磁場在局部地區(qū)發(fā)生變化，出現(xiàn)地磁異常。利用儀器發(fā)現(xiàn)和研究這些磁異常，進而尋找磁性礦體和研究地質構造的方法稱為磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁測等。磁法勘探主要用來尋找和勘探有關礦產（如鐵礦、鉛鋅礦、銅錦礦等）；進行地質填圖；研究與油氣有關的地質構造及大地構造等問題。我國建國以來大多數(shù)鐵礦區(qū)、多金屬礦區(qū)及油氣田等都進行了大量的磁法勘探工作，取得了良好的地質效果。磁法勘探也是基本地球物理手段，國家已納入在全國范圍內進行系統(tǒng)測量的計劃，并已基本覆蓋了全國重要地區(qū)。電法勘探

是根據(jù)巖石和礦石電學性質（如導電性、電化學活動性、電磁感應特性和介電性，即所謂“電性差異”）來找礦和研究地質構造的一種地球物理勘探方法。它是通過儀器觀測人工的、天然的電場或交變電磁場，分析、解釋這些場的特點和規(guī)律達到找礦勘探的目的。電法勘探分為兩大類。研究直流電場的，統(tǒng)稱為直流電法，包括有電阻率法、充電法、自然電場法和直流激發(fā)極化法等；研究交變電磁場的，統(tǒng)稱為交流電法，包括有交流激發(fā)極化法、電磁法、大地電磁場法、無線電波透視法和微波法等。按工作場所的差別，電法勘探又分為地面電法、坑道和井中電法、航空電法、海洋電法等。地震勘探

是近代發(fā)展變化最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激發(fā)的地震波在彈性不同的地層內傳播規(guī)律來勘探地下的地質情況。在地面某處激發(fā)的地震波向地下傳播時，遇到不同彈性的地層分界面就會產生反射波或折射波返回地面，用專門的儀器可記錄這些波，分析所得記錄的特點，如波的傳播時間、振動形狀等，通過專門的計算或儀器處理，能較準確地測定這些界面的深度和形態(tài)，判斷地層的巖性，是勘探含油氣構造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、鹽巖礦床、個別的層狀金屬礦床以及解決水文地質工程地質等問題。近年來，應用天然震源的各種地震勘探方法也不斷得到發(fā)展測井

是在鉆孔中使用測量電、聲、熱、放射性等物理性質的儀器，以辨別地下巖石和流體性質的方法，是勘探和開發(fā)油氣田的重要手段。運用物理學的原理和方法,使用專門的儀器設備,沿鉆井（鉆孔）剖面測量巖石的物性參數(shù)，了解井下地質情況，從而發(fā)現(xiàn)油（氣）層、煤層、金屬、非金屬、放射性等礦藏，和地熱、地下水等資源。這是油（氣）田勘探與開發(fā)中一種極為重要的方法，也是煤田、水文勘測以及勘探其他礦藏不可缺少的手段。一般按所探測的巖石物理性質或探測目的可分為電法測井、聲波測井、放射性測井、地層傾角測井、氣測井、地層測試測井、鉆氣測井等。

遙感技術

遙感是指非接觸的，遠距離的探測技術。一般指運用傳感器/遙感器對物體的電磁波的輻射、反射特性的探測，并根據(jù)其特性對物體的性質、特征和狀態(tài)進行分析的理論、方法和應用的科學技術。

地質遙感是綜合應用現(xiàn)代遙感技術來研究地質規(guī)律，進行地質調查和資源勘察的一種方法。它從宏觀的角度，著眼于由空中取得的地質信息，即以各種地質體對電磁輻射的反應作為基本依據(jù)，結合其他各種地質資料及遙感資料的綜合應用，以分析、判斷一定地區(qū)內的地質構造情況。地質遙感工作的基本內容是：地面及航空遙感試驗，發(fā)揮適用于地質找礦、地質環(huán)境的遙感系統(tǒng)，進行圖像、數(shù)字數(shù)據(jù)的處理和地質判釋。地質遙感需要應用電子計算機技術、電磁輻射理論、現(xiàn)代光學和電子技術以及數(shù)學地質的理論與方法，是促進地質工作現(xiàn)代化的一個重要技術領域。

二，地球物理勘探能解決的主要地質問題

地球物理勘探是解決地質問題的一種重要方法，在地質研究中有著廣泛的應用。

1，2，3，

通過對野外地質資料的分析以及計算，研究地質構造，可以勘查地下礦產。

也可以通過對一些地區(qū)進行物理勘探，得出其內部的地質構造，可以有效地預防地質災害的發(fā)生。

可以通過電發(fā)等勘探方法在干旱地區(qū)尋找地下水資源。

三，本人應如何讓學好本專業(yè)課

在大學中不管什么專業(yè)都應當認真學習其專業(yè)基礎課，把不會的問題弄懂弄透，只有把其原理弄明白才能永久的學會。還有就是由于本專業(yè)課對我們的數(shù)學，物理，計算機要求很高，所以我們對這些科目也要學習的很扎實，只有學好了專業(yè)基礎課和我們以后用到的必要工具課，我們才能更好的學習本專業(yè)，才能為以后的就業(yè)打下堅實的專業(yè)基礎。

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勘查技術與工程畢業(yè)論文

勘查技術與工程畢業(yè)論文

摘要

在凍土帶鉆井及天然氣水合物鉆井中,鉆井泥漿冷卻技術是鉆井工藝中的關鍵技術之一。適當?shù)木畠妊�環(huán)泥漿溫度是鉆井作業(yè)安全快速進行的保證。

為滿足天然氣水合物鉆探取樣工藝要求,我校研制了一種天然氣水合物鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)。

由于泥漿在冷卻器內循環(huán)溫度低于泥漿冰點溫度，因此冷卻器內管會出現(xiàn)凍結和卡堵等現(xiàn)象。本論文研究的內管防堵裝置是對我校研制的天然氣水合物鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)進行改進，防止泥漿內管發(fā)生凍結和卡堵。

防堵裝置主要是分析同軸套管式冷卻器內管發(fā)生堵塞時其溫度、流量和壓力的變化過程，確定最佳控制參數(shù)。根據(jù)鉆井工作對泥漿流量的要求，確定流量控制范圍，并設計防堵裝置，確定工作原理、各部件組成和工作流程。

I

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關鍵詞：泥漿冷卻、內管卡堵、防堵裝置

Abstract

Mudcoolingisakeytechnologyofpermafrostdrillingandgashyd-ratedrillingoperation.Propertemperatureofcirculationdrillingmudistheguaranteeforsafeandfastdrillingoperation.

Inviewofthetechnologicalrequirementsofthesamplingofgashydratedrilling,atypeofdrillingmudcoolingsystemforper-mafrostdrillingandgashydratedrillingwasdevelopedbyJilinUniv-ersity.

Thecirculationtemperatureofdrillingmudinthecoolersislowerthanfreezingpointofdrillingmud.sotheinnerofpipewouldbeenfrozenandblocked.

ThepreventblockingequipmentwhichthepaperintroducedistoimprovethegashydratedrillingmudcoolingsystemJilinUniversityresearched.anditisinstalledonthecoolerinthemudcoolingsystem.Themainfunctionofpreventblockingequipmentistoanalysethechangingprocessoftemperature.pressureandflow.andtogetbestcontrolingparameters.Drillingmudflowaccordingtotherequire-mentsof,determinethescopeofflowcontrol,andattemptsto

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preventthedevicedesignedtodeterminetheworkingprinciple,thecomponentsandprocesses.

Keywords：mudcoolinginnerpipefrozenpreventblocking

equipment

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目錄

第1章緒論1

第1節(jié)天然氣水合物的一般特征1第2節(jié)泥漿冷卻技術國內外研究現(xiàn)狀3第3節(jié)本課題主要研究內容5第2章內管防堵裝置機理分析7第1節(jié)天然氣水合物泥漿冷卻系統(tǒng)簡介7第2節(jié)內管壓力影響及分析13第3節(jié)內管溫度影響及分析15第4節(jié)內管流量影響及分析19

本章小結21第3章泥漿冷卻系統(tǒng)防凍裝置設計23

第1節(jié)防堵裝置設計目的與用途23第2節(jié)防堵裝置原理24第3節(jié)防堵裝置主要技術參數(shù)30第4節(jié)防堵裝置組成30第5節(jié)防堵裝置安裝圖38第6節(jié)防堵裝置工作流程圖39本章小結40

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第4章結論與展望41結論41展望42致謝43參考文獻44

V勘查技術與工程畢業(yè)論文

第1章緒論

第1節(jié)天然氣水合物的一般特征

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對能源尤其是煤、石油、天然氣等化石能源的消耗顯著增加。我國作為世界上最大的發(fā)展中國家，能源問題十分緊迫。因此，勘探開發(fā)新型能源變得異常迫切。

天然氣水合物作為一種潛在替代能源，越來越受到重視，成為近年來能源領域的研究熱點。天然氣水合物是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。在這種化合物中，水分子通過氫鍵作用形成具有一定尺寸的晶格主體，小分子則包容在空穴中，從而形成外觀似雪花狀或者松散冰的固態(tài)化合物。如圖1-1、1-2所示，組成天然氣的成分有烴類（CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物）及非烴類（CO2、N2、H2S）等。

圖1-1天然氣水合物的籠式結構

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圖1-2天然氣水合物的類型和結構關系示意圖

天然氣水合物是近二十年來在海洋和凍土層發(fā)現(xiàn)的新型能源，因儲量巨大、能量密度高、分布廣等特點受到各國的普遍重視。

天然氣水合物的主要特點如下：1)儲量巨大

迄今文獻大量報道的天然氣水合物含甲烷資源量為1.0×1016m。這就是說天然氣水合物含甲烷資源量為已知煤、石油和常規(guī)天然氣甲烷當量（約為5×1015m）的兩倍。

2)能量密度高

天然氣水合物的能量密度是煤炭的10倍，常規(guī)天然氣的2-5倍。由于獨特的晶體結構與分子空間構型決定了天然氣水合物獨特的高濃集氣體的能力，表現(xiàn)特點為：高濃度氣體、高儲量。

3）分布范圍廣

天然氣水合物在自然界廣泛分布在內陸、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內陸湖的深水環(huán)境。

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圖1-3天然氣水合物在世界各地分布圖

第2節(jié)天然氣水合物泥漿冷卻技術現(xiàn)狀國內外研究現(xiàn)

狀

在天然氣水合物鉆進中,由于水合物特殊的熱物理性質,鉆井液循環(huán)溫度必須嚴格控制,以防止水合物層在鉆進過程中發(fā)生分解。如果鉆井液循環(huán)溫度高于鉆進水合物層溫度將會引起水合物分解,在凍土帶鉆井和天然氣水合物鉆井中,鉆井泥漿需要冷卻至零度以下或零度左右的低溫狀態(tài),

1998年在加拿大波弗特海近海凍土層鉆井中,為了保持井壁穩(wěn)定采用泥漿冷卻器將泥漿冷卻至-9℃。在天然氣水合物鉆井中,鉆井泥漿也要冷卻至0℃左右,1998年在加拿大馬三角洲永凍層Mallik2L-38中泥漿冷卻天然氣水合物鉆井裝置采用的是平板式換熱器,將泥漿冷卻至2℃。

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201*年,在加拿大馬三角洲Mallik2L-38天然氣水合物試開采項目主井Mallik5L-38鉆井中,將泥漿冷卻至-1℃。

201*年,美國阿拉斯加北部斜坡天然氣水合物試采井熱冰1井鉆井中,泥漿被冷卻保持在-5℃。

201*年，在美國阿拉斯加北坡永凍層天然氣水合物鉆探中采用的是美國Drillcool公司研制的泥漿冷卻裝置,泥漿冷卻溫度是-2℃。

在低溫泥漿冷卻技術領域,最著名的公司是美國Drillcool公司,其泥漿冷卻裝置的原理是使用氨水制冷機組通過板式換熱器制冷乙二醇,冷卻后的乙二醇再通過螺旋換熱器冷卻泥漿,從而達到控制泥漿溫度的目的。

我國201*年在南海北部天然氣水合物取樣鉆探中,鉆探技術采用的是國外技術。

201*年10-11月我國在青海木里盆地天然氣水合物DK-1井進行取樣鉆探時,鉆井泥漿流量保持在100L/min左右,環(huán)境溫度在-20℃以下,返回地面的泥漿在泥漿循環(huán)槽及泥漿池中自然冷卻降溫,進井泥漿溫度維持在4℃左右。但凍土層段鉆孔擴徑現(xiàn)象比較明顯。如果在夏季施工,環(huán)境氣溫高,依靠泥漿自然冷卻法不再適合,必須采用泥漿冷卻系統(tǒng)。

目前我國在泥漿冷卻技術及設備方面的研究,尤其是適用于低溫泥漿的冷卻技術及設備方面的研究處于初期階段,研究一種有效冷卻泥漿的方法及設備對大力開展天然氣水合物鉆探具有迫切而重要的意義。

針對目前我國泥漿冷卻技術的不足情況,我校研制了一套鉆井泥漿冷卻系統(tǒng),特別適合于對低溫泥漿的冷卻。

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該鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)能夠實現(xiàn)的主要功能有:一、實現(xiàn)鉆井泥漿的快速冷卻;二、能夠將泥漿動態(tài)維持在低溫范圍內。

圖1-4鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)原理圖

1-風冷(或水冷)氟利昂制冷機組;2-制冷機組泵;3-閥;4-載冷劑箱;5-閥;6-閥;7-溫度傳感器;8-閥;9-載冷劑箱泵;10-溫度傳感器;11-溫度傳感器;12-同軸泥漿對流換熱器;13-溫度傳感器;14-溫度傳感器;15-泥漿輸送泵;16-溫度傳感器;17-泥漿池;18-鉆機泥漿泵;19-溫度傳感器;20-溫度傳感器;21-鉆井;22-溫度巡檢儀

第3節(jié)本課題主要研究內容

在凍土層鉆井與天然氣水合物鉆井中，鉆頭破碎巖石會產生大量熱量，鉆桿與井壁摩擦也會產生熱量使井底溫度增高。并且隨著鉆井液循環(huán)時間的增長，致使返回地表的鉆井液溫度比凍土層或天然氣水合物儲層溫度高，從而引起凍土層井段擴徑或天然

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氣水合物直接在井底分解，導致無法取心或取心不完整等情況的發(fā)生。

與此同時，如果鉆井液泥漿循環(huán)溫度高于水合物層溫度將會引起水合物分解,會帶來一系列問題,如大量氣體分解,使井口裝置或防噴器失去承載能力而發(fā)生傾斜,將喪失井壓控制手段,可能導致井噴及井塌事故。分解后的氣體可能會破壞周圍環(huán)境,有時還會出現(xiàn)溶洞,使天然氣水合物地層下沉,出現(xiàn)地基沉降事故。所以，必須對鉆井液泥漿進行及時的冷卻。

圖1-5為同軸套管式換熱器工作原理圖。換熱器由內外兩層管組成。內管為鉆井泥漿循環(huán)通道，內外管的環(huán)狀間隙為低溫乙二醇冷卻液循環(huán)通道，通過二者的逆向流動，實現(xiàn)強制對流傳熱，從而致使低溫乙二醇冷卻液制冷泥漿。

低溫乙二醇冷卻液

泥

漿低溫乙二醇冷卻液

圖1-5同軸套管式換熱器原理圖

由于天然氣水合物的特殊的溫壓特性,鉆井一般采用分解抑制法,即通過泥漿冷卻,使泥漿進井溫度保持在低溫范圍內(-4℃-4℃),防止水合物地層和巖心溫度升高,將相平衡狀態(tài)維持在水合物分解抑制狀態(tài),避免水合物發(fā)生分解,維持井壁定。

水合物泥漿冷卻系統(tǒng)設計進井溫度為-1℃，出井溫度為1℃。

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制冷能力（進出井溫差）△T=2℃.而通常情況下，泥漿的冰點為0℃左右。這就意味著當泥漿在冷卻系統(tǒng)內循環(huán)時將會出現(xiàn)局部凍結的甚至全部堵塞同軸套管式冷卻器的內管。并且，在我國首次的青藏高原凍土帶水合物施工現(xiàn)場都曾發(fā)生內管內泥漿局部凍結甚至堵塞內管的現(xiàn)象。

凍結或堵塞將會帶來一系列問題。首先，局部凍結或堵塞將使泥漿的流量減小，這樣泵送的井底的泥漿總量將減少，這將可能出現(xiàn)排粉不利、井底鉆頭冷卻不充分等現(xiàn)象。甚至發(fā)生卡鉆、埋鉆、燒鉆、孔壁坍塌等孔內事故。另外，一旦發(fā)生凍結或堵塞勢必會影響冷卻效率，從而使泥漿無法達到設計溫度。這樣將導致凍土層井段擴徑或天然氣水合物直接在井底分解。導致無法取心或取心不完整等情況的發(fā)生。再有，當凍結或堵塞必將帶來流體流動阻力增加的問題，且對同軸套管式冷卻系統(tǒng)的內管得壓力增加，使冷卻系統(tǒng)的壽命及制冷效率下降。

本課題研究的項目旨在設計一套裝置用來改善和解決冷卻系統(tǒng)在冷卻時發(fā)生局部凍結或堵塞的現(xiàn)象。通過分析同軸套管式換熱器內管發(fā)生堵塞時其溫度、流量和壓力的變化過程，確定最佳控制參數(shù)。根據(jù)鉆井工作中冷卻鉆頭、攜帶巖粉等工作對鉆井液流量的要求確定流量控制范圍，并設計防凍裝置，確定工作原理、各部件組成和工作流程。

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第2章內管防堵裝置機理分析

本課題研究的內管防堵裝置對我校研制的天然氣水合物鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)進行改進，并安裝在系統(tǒng)中的同軸軸套管式冷卻器。第一章中，已經(jīng)定性的闡述了冷卻器的工作原理、存在問題。本章將詳細介紹冷卻器，同時對發(fā)生卡堵對內管內壓力、溫度、流量分別作出計算模擬。

第二節(jié)天然氣水合物泥漿冷卻系統(tǒng)簡介

1.1設計目的與用途：

該套天然氣水合物取樣器制冷系統(tǒng)主要用于制冷從孔中返出并且經(jīng)過地表循環(huán)的而升溫的沖洗液，使沖洗液制冷到一定溫度從而保證天然氣水合物樣品能夠順利并且保真地取出。

1.2技術參數(shù)：

此次鉆進過程中沖洗液采用能耐-5℃的低溫聚合物泥漿，要求沖洗液的流速為160L/min，且進井溫度為-1℃。沖洗液的基本參數(shù)如表1，表2

表1沖洗液的基本組成成分

混合水物體69%積比土4%乙二醇15%聚乙烯醇2%NaCl10%表2沖洗液的性能參數(shù)物質密度比熱g/cm3kJ/kg℃粘度普朗特導熱系流量-6210m/s數(shù)數(shù)L/minw/m.K勘查技術與工程畢業(yè)論文

沖洗1.15773.706410.73液13.670.55160表3乙二醇制冷劑的性能參數(shù)

含量濃度%301.038-5-10-153.67713.65133.620552.8763.50478.225.11756.11057.5130.4710.4680.46415℃的密度(Kg/m3)溫度℃比熱動力粘度(10N.s/m)-42運動粘度(10mPa.s)-6導熱系數(shù)(w/m.K)普朗特數(shù)(Pr=μλ)41.2549.2861.12c/c(kJ/kg.k)1.3制冷系統(tǒng)的結構組成：

綜合考慮了多種制冷系統(tǒng)方案，并考慮海拔4000多米的施工高原現(xiàn)場的復雜氣候因素，設計了此種沖洗液制冷方案，其系統(tǒng)結構如圖2-1所示：

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圖2-1制冷系統(tǒng)結構

1.4工作原理

本系統(tǒng)工作原理大致可以分為兩個回路，和電子檢測系統(tǒng)，以下就逐一介紹:

（1）冷凝機組制冷液回路該回路的原理如圖2-2所示：

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圖2-2制冷機組制冷液回路

用一臺風冷乙二醇制冷機組連續(xù)地對載冷劑（乙二醇溶液）進行制冷，將冷量不斷地輸送到載冷劑箱中，使載冷劑箱中的溫度基本為-5℃左右，載冷劑箱為一保溫箱，其規(guī)格為：2×1.5×1m。載冷劑為30%左右的乙二醇溶液，該回路通過制冷液輸送泵不斷地循環(huán)。

（2）套管式換熱器循環(huán)回路

套管式換熱器是將不同直徑的兩種管子套在一起，形成同心套管，一種流體在管內流動，另一種流體在內管與外管的環(huán)狀間隙流過，通常成逆流流動，有利于熱量的傳遞。每根套管的有效長度一般在4~6m以下。當我們需要較多的傳熱面積時，換熱器可以用多根套管組合而成，其內管與內管間用U型管連接，外管與

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外管與外管間用短管連接。其具體組成如圖2-3：

圖2-3制冷系統(tǒng)換熱器回路

泥漿池中的泥漿通過泥漿泵經(jīng)過泥漿入口進入套管式換熱器的內管中，然后經(jīng)過泥漿出口再返回泥漿池中，中間經(jīng)過一次降溫過程。同時從載冷劑箱中出來的-5℃的乙二醇載冷劑經(jīng)過制冷液輸送泵送入套管式換熱器的環(huán)狀間隙中，與內管中的泥漿形成逆流，同時制冷泥漿，然后返回載冷劑箱中經(jīng)過制冷機組重新降溫反復循環(huán)。套管型熱交換器的長度可以隨著系統(tǒng)參數(shù)的不同而

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調整。制冷液輸送泵采用能耐-5℃低溫的泵。泥漿泵可以從被經(jīng)過制冷的泥漿池中抽出進入井中進行循環(huán)。

（3）電子檢測系統(tǒng)

通過檢測制冷后的載冷劑溫度、載冷劑入口溫度、載冷劑出口溫度、泥漿入口溫度、泥漿出口溫度、泥漿池溫度、進入水龍頭時泥漿溫度，我們可以控制制冷機組的開關，或調整載冷劑的流量等措施來控制泥漿的制冷過程。

第二節(jié)內管壓力影響及分析

發(fā)生卡堵時，循環(huán)的內管的四周會出現(xiàn)結凍現(xiàn)象，并且隨著循環(huán)時間的延長這樣的狀況會更加顯著。內管周圍管壁結凍帶來的影響有以下幾方面：

（1）當泥漿中伴有冰凍物等固體的出現(xiàn)致使泥漿粘度變大，由達西公式：

Lv264Lv2hf==（2-1）

d2gRed2g可知，當管路發(fā)生堵塞時，內管直徑d由于附著有凍結物而變小，這樣沿程阻力hf將增大。

（2）泥漿雜有冰凍物等固體將很容易引起管路堵塞。對于內管而言當泥漿循環(huán)時管內受到的應力可用下列公式表示：

=FxpD=（2-2）2l2其中式中：p-大氣壓強D-內管直徑-管壁壁厚

當管路發(fā)生堵塞時，內管直徑D由于附著有凍結物而變化。循環(huán)

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系統(tǒng)內管壓力也會隨著變化。

為了解決循環(huán)系統(tǒng)結凍或者堵塞問題，可以設計一種以壓力變化作為信息反饋的輸入端。將壓力的變化作為輸入量，通過一寫特定的操作或轉化將壓力信息轉變?yōu)楦�容易識別與控制的電流、電壓、數(shù)字模擬信號作為反饋的輸出端來控制冷卻劑輸送泵運轉、停止的操作信號�？梢允褂脡毫�傳感器與繼電器初步實現(xiàn)這一功能。

在設計前需用仿真模擬軟件分析和模擬泥漿在循環(huán)系統(tǒng)內管循環(huán)時的壓力分布特性，從而確定設計的可行性與合理性。圖2-4、2-5分別為用Fluent流體模擬軟件做出的泥漿在循環(huán)系統(tǒng)

管路中壓力分布云圖和曲線圖。

圖2-4發(fā)生卡堵時管路內泥漿壓力分布云圖

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圖2-5發(fā)生卡堵時管路內泥漿壓力分布曲線圖

結論：仿真模擬管內壓力分布云圖和曲線圖可以得出管內壓力分布極不均勻。首先，在管的徑向分布是中間部分壓力較高，邊緣較低，這樣不利于壓力的測量及后續(xù)的反饋控制。因此不是很適合于用壓力傳感器進行檢測、反饋、控制。

第3節(jié)內管溫度影響及分析

發(fā)生卡堵時，循環(huán)的內管的四周會出現(xiàn)結凍現(xiàn)象，并且隨著循環(huán)時間的延長這樣的狀況會更加顯著。內管周圍管壁結凍帶來的影響有以下幾方面：

（1）泥漿中伴有冰凍物等固體的出現(xiàn)致使泥漿粘度變大。粘度變大必將使泥漿與內管之間的流動阻力增大，阻力增大將導致泥漿的流動速度發(fā)生變化。這樣將使冷卻劑與泥漿之間的換熱效率發(fā)生變化，從而影響泥漿的冷卻效果致使泥漿的溫度發(fā)生變化。

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