摘 要：随着石油天然气钻井开采技术的不断发展，高温高压井开采需求也日益增加，海水泥浆冷却器已经成为石油钻井设备的一项新装备。本文在充分考虑高温井钻井实际生产情况的基础上，对海水泥浆冷却器的工作机理进行研究，并对现场实际应用进行分析，以解决现场作业实际需求。
关键词：海水泥浆冷却器；工作机理；现场应用
在高温井钻井作业中，海水泥浆冷却器能够降低出口钻井液温度，对解决高温井返出钻井液温度过高引起的一系列问题效果显著。泥浆冷却器能够减少高温恶化钻井液性能和稳定性、降低高温对设备密封件性能影响、减少高温钻井液挥发损失量大的问题、减轻高温钻井液恶化作业环境等方面的影响。
本文主要对海水泥浆冷却器的工作机理进行分析，以解决现场高温井作业中的实际需求，目前该类型装置已在我国南海西部多个油田高温井钻井作业中成功应用，具有较好的推广应用价值。
1 工作原理
泥浆冷却器专门针对海洋钻井平台冷却处理高温钻井液而开发设计，它采用海水作为。
冷却介质，具有处理成本低，冷却效果好的特点。采用双交换器冷却单元对称结构布置，通过中间管汇实现对左右两侧的交换器进行分配的控制。并配置两组泥浆过滤器对进入前的泥浆进行大颗粒过滤。交换器采用板式散热器结构，使泥浆和海水进行充分的热交换，独特的流道结构设计具有较高的散热效率；叠片式结构方便维护检修和清垢，并可以根据现场需要进行增加和减少散热片的数量。散热片采用钛板材料，具有极强的抗海水腐蚀能力，超长寿命。
2 技术特性
2.1 环境参数
①海水平均温度：30℃；
②环境温度：-30℃～+65℃；
③周围空气相对湿度：≤95%；
④腐蚀性环境：无破坏金属和绝缘的腐蚀性气体或蒸汽；
⑤环境条件：适用于海洋作业环境；
⑥防爆等级：Ex dⅡBT4 GT；
⑦電气防护等级：IP55。
2.2 技术参数
3 结构组成
3.1 设备组成及总体布置
泥浆冷却器系统由泥浆冷却器主橇体、管汇撬体、泥浆过滤撬体、砂泵、泥浆和海水连接软管等部分组成。通过两台砂泵作为动力，分别将泥浆和海水泵入冷却器主橇体内进行热交换，达到对泥浆进行冷却降温的效果。
3.2 泥浆冷却器主体设备结构
泥浆冷却器主体由主橇、管汇撬和泥浆过滤橇组成。主橇一般采用对称式结构，左右分别是两个对称式冷却单元，中间是管汇单元。
3.3 配管及附件
硬管部分：一般采用DN150标准管线，316L材质；软管部分：6寸高压软管，单根长6米，耐酸碱、腐蚀，耐温要求不得低于130℃；仪表部分：采用防爆数显温度计、防爆电磁流量计。
4 换热器选型及参数
4.1 换热器选型
泥浆冷却器的核心部分在于换热器，换热器有管式和板式等种类。板式换热器具备其它种类换热器不具备的独特优点：
①板片式结构，散热面积大，使泥浆和海水充分进行热交换；
②独特的流道结构设计具有较高的散热效率；
③叠片式结构便于维护检修和清垢；
④可以根据需要增减散热片的数量。
板式换热器由D、A、B及E型板组合而成，由各型板和密封条构成独自的流道，海水和泥浆分别按腔的奇偶性进入到散热板的两侧面，板上的瓦楞形流道使流体能均匀地布置在板面上，最大限度地在散热片进行热交换，E板是末端板。板式散热器以其独特的结构，较其它类型相比，具有高效热交换的优点，在同体积条件下，散热效率高2～3倍。
4.2 换热片及密封垫选型
4.2.1 换热片材质
采用钛合金材料，具有极强的抗海水腐蚀能力，超长设计寿命。TA1-A钛板的密度约
为4.6g/mm3，具备高导热性和抗腐蚀性能。考虑到南海实际海水氯离子含量约为16000以上，最终选纯钛板TAI-1。（注：在钛板与哈氏合金的性能比较上，哈氏合金适合用于强酸强碱环境，钛具有耐磨性和比重上的优势）。
4.2.2 密封垫材质
换热片之间的密封圈考虑到设计最高工作温度达到120C°和长寿命设计的使用要求，选用氟橡胶2605-270B（氟橡胶原料牌号：G902）。
4.2.3换热片的结构与成形
换热板片压制成型，它上面开有4个流道孔，中部压成人字形波纹，四周压有密封槽。密封槽内粘有密封胶垫。换热板片通过两导杆定位对齐，两夹紧板通过夹紧螺栓将各板片压紧，从而形成换热器内腔换热流道。
4.2.4 换热片的槽形通道形式
换热板片的槽形通道形式有大角度板形（H形）和小角度板形（V形）两种形式。H形板流动速度慢，压降大，热传导高；V形板流动速度快，压降小，热传导低。
由H和V形槽组合，形成三种通道：
H+H=H 通道 H形 特点：高湍流 高压降 较大的热传导 ；
V+V=V 通道 V形 特点：低湍流 低压降 较小的热传导 ；
V+H=M 通道 M形 特点：有效传导 结构强度高抗震性好高壁面剪切力，不易结垢。最终选择M型槽组合。
5 现场应用
5.1 现场安装
2018年4月，该类型泥浆冷却器在南海西部W平台高温高压井项目中现场安装，为便于泥浆回流，冷却器安装位置考虑在沉砂池高度以上的甲板面安装，为保障一定的冷却海水量，冷却海水采用平台的6寸海水管接入，考虑到沉砂池沉沙影响，泥浆上水口从进入循环池的最后一个沉砂池接入。现场安装图如下：
5.2 现场应用
2018年4月，该类型泥浆冷却器在南海西部W平台高温高压井作业中现场应用，井底最高温度190℃左右，使用冷却器对返出泥浆进行降温后，效果明显，满足了该井对钻井液进行降温的目标，降低了因高温对设备密封件的影响、更换频率，对现场钻井作业的顺利进行起到了一定的保障作用。应用报表如上图。
6 结论
泥浆冷却器是一种专门针对高温井钻井作业中，因钻井液温度过高引起的一系列问题而研制的特定装置，本文对泥浆冷却器的工作原理、结构组成及主要技术参数进行了深入分析。
通过在南海西部多个平台的高温井现场作业实际应用，该类型泥浆冷却器降温效果明显，有效解决了因钻井液温度过高影响了现场钻井设备密封件使用寿命等方面的问题，促进了现场钻井作业的高效进行，具有较好的推广应用价值。
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