一种反循环气体钻井钻具组合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种反循环气体钻井钻具组合结构，包括水龙头或顶驱、配气接头、双壁上旋塞、双壁方钻杆、双壁下旋塞、旋转防喷器、套管、双壁钻杆、双壁钻铤、环形止回阀和气体反循环破岩工具，将本钻具组合结构应用于全井段自吸式反循环气体钻井系统中，不需要常规单壁钻具、气水混合接头等工具的参与，全井段用空气作为循环介质，不需要泥浆或者其他钻井液的参与也可形成反循环，尤其适用于严重缺水、井漏严重或者无法实施气举反循环的井段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油天然气钻井
，确切地说涉及一种反循环气体钻井钻具组合结构。
技术介绍
气体钻井技术可大幅提高火山岩、砾石层、碎肩岩、碳酸盐岩等难钻地层的机械钻速，在川渝等地区应用，平均钻速提高4?15倍。但采用正循环气体钻井时(特别是大直径井)，设备投资大、占地多、耗气量大、运行能耗高、成本高，如在26"井眼(500m)气体钻井所需气量500m3/min以上，17 1/2"井眼所需气量300m3/min ;在井壁稳定性较差，或地层出水量较大的情况下，增大气量进行气体钻井加剧了对井壁的冲蚀，增大了井壁失稳可能性；同时，处理地层出水问题的能力较差，倘若同时地层裂隙发育(即井漏失返且地层大量出水)，则很难建立正常循环，即使采用充气钻井，也容易出现漏水不漏砂的情况，难以保证井下安全；这些问题对正循环气体钻井的应用带来了诸多限制。现有一种气举反循环的钻井方法，如公开号为CN101929309A，公开日为2010年12月29日的中国专利文献公开了一种气举反循环钻进工艺，其工艺步骤为:①先卸下双壁方钻杆向芯管内注满液体，然后重新安装好双壁方钻杆，②关闭排渣管出口处的高压阀门，启动空压机供气，③待进气压力上升到5.5-6MPa时，再迅速打开排渣管出口处的高压阀门。是一种不用全部拔出所有钻具就能解决钻头进水眼堵塞的气举反循环钻进工艺。采用上述专利文献为代表的现有技术，具体应用时，该方法是将少量(如3~5m3/min)气体在井内气水混合接头处于钻柱内液体混合，利用钻柱内、外的钻井液密度差，实现钻井液反循环的钻井方法。虽然该方法在节省气量、节省设备使用量以及井漏失返有明显效果，但必须使用泥浆进行循环。因此在地层漏失严重(比如溶洞)、井内泥浆液面过低或者井内缺水的情况下，气举反循环是无法实施的。同时，由于井内需要泥浆循环，故只能使用牙轮钻头或者PDC钻头，而且深井钻井时泥浆的液柱压力对井底依然有压持效应，所以深井钻井提速效果并不显著，这在石油、天然气钻进中有一定的局限性。另外，气举反循环钻井方法除了使用双壁钻具之外还必须使用常规单壁钻杆和气水混合接头。还有一种扩孔用大直径集束式潜孔锤的反循环工艺。此类方法是利用井口安装的密封装置封住井眼环空，将气体憋入双壁钻具的中心通道实现反循环排砂。该工法主要用于煤矿行业扩孔钻进，对地层要求较高，倘若地层裂隙发育，则环空压力无法建立，反循环形成效果也会受到影响。同时，该工法使用的破岩工具是集束式潜孔锤，该工具的结构稍许复杂，维护保养以及更换钻头稍显繁琐。
技术实现思路
本专利技术旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种反循环气体钻井钻具组合结构，将本钻具组合结构应用于全井段自吸式反循环气体钻井系统中，不需要常规单壁钻具、气水混合接头等工具的参与，全井段用空气作为循环介质，不需要泥浆或者其他钻井液的参与也可形成反循环，尤其适用于严重缺水、井漏严重或者无法实施气举反循环的井段。本专利技术是通过采用下述技术方案实现的: 一种反循环气体钻井钻具组合结构，其特征在于:包括水龙头或顶驱、配气接头、双壁上旋塞、双壁方钻杆、双壁下旋塞、旋转防喷器、套管、双壁钻杆、双壁钻铤、环形止回阀和气体反循环破岩工具，其中: 耐冲蚀鹅颈管与水龙头或顶驱连接，高压注气软管与配气接头相连，正循环气体钻井排砂管线与旋转防喷器壳体侧出口连接； 所述水龙头的下端通过螺纹与配气接头连接，配气接头下端通过螺纹与双壁上旋塞连接，双壁上旋塞下方连接双壁方钻杆，双壁方钻杆下方连接双壁下旋塞和双壁钻杆；或者顶驱下端通过正扣直接连接双壁钻杆； 双壁钻杆下方依次连接双壁钻铤、环形止回阀和气体反循环破岩工具； 所述套管位于井口下方，井口的上方连接旋转防喷器，旋转防喷器上端连接双壁下旋塞。所述井口的一侧设有节流管汇。正循环气体钻井排砂管线通过阀门F与旋转防喷器壳体侧出口连接。所述的高压是指不低于21 MPa的压强。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果如下: 1、采用地面管汇连接结构和钻具组合结构结合形成的用于油气钻井的全井段自吸式反循环气体钻井系统，全井段采用双壁钻具，不需要常规单壁钻具、气水混合接头等工具的参与；全井段用空气作为循环介质，不需要泥浆或者其他钻井液的参与也可形成反循环。适用于严重缺水、井漏严重或者无法实施气举反循环的井段；能提高钻井效率的同时，节省气体钻井气量、设备使用量，减少设备占地面积额，节约综合成本，同时为克服井下出水、井漏失返提供一种新的钻探工艺。2、本专利技术对是否在环空灌注泥浆没有特殊要求。在地层漏失严重(比如溶洞)、井内缺水或者井内泥浆液面过低的情况下，依然可以实现反循环钻井。若井内灌注泥浆，对本专利技术实施反循环钻井也有积极作用。3、本专利技术是全井段的气体反循环钻井。即全部采用双壁钻具，钻进时井底岩肩全部从双壁钻具中心排砂通道排至地表，避免了气流在携带岩肩上返的过程中对井壁造成冲蚀，有利于防止复杂地层钻进过程中井壁扰动性坍塌的发生。4、双壁钻具中心排砂通道过流断面积较井壁与钻柱之间环状断面积小的多。因此，全井段气体反循环钻井所需压缩空气体积流量相对较小，特别是在大直径井段钻进时，更为明显。这有利于减少设备投入、减小场地占用面积、降低对动力和钻井液的需求量、节省燃油消耗。5、处理地层出水能力较正循环气体钻井强。正循环气体钻井时，如果地层出水量达到足以使岩肩粘结成团，则在井内环状间隙内聚集、沉降、形成泥饼环，导致井眼净化效果差。如不及时加以处理，最终将引发卡钻事故，威胁井下安全。全井段反循环气体钻井，岩肩沿钻具中心通道上返，且中心排砂通道上返气流速度较高，净化井眼效果好，有利于减少泥包的发生。6、全井段自吸式反循环气体钻井，钻具全部为双壁钻具，同时采用反循环破岩工具(反循环空气锤、反循环牙轮钻头、反循环roc钻头)，气体和岩肩基本不会进入环空，因此在裂隙发育地层钻进时，能够避免和减少严重漏失。特别是水层、漏层同时存在的时候，若采用正循环气体钻井或者充气钻井，容易出现井漏失返、漏水不漏砂的情况，难以建立正常循环。而采用全井段自吸式反循环气体钻井，则能有效解决这个问题。同时，本专利技术对井口处是否需要对环空进行密封没有特别要求，即使不用井口密封装置密封环空，在具有自密封作用的反循环破岩工具的帮助下依然可以形成反循环。当然，如果对井口实施密封，对本专利技术实施反循环钻井也有积极作用。7、在出现井下复杂时，可以随时切换为正循环气体钻井和常规泥浆钻井。8、低压或欠压储层常被常规泥浆钻井、泡沫钻井、高压空气钻井损害。而采用全井段自吸式反循环气体钻井系统，气体和岩肩不会进入地层，对低压、低渗透储层无污染、零伤害。同时，上返气流流速高，岩肩上返滞后时间短，不会因与井壁地层接触而被污染，可及时、准确掌握地层信息，发现低压、低渗透储层。因此，采用全井段自吸式反循环气体钻井系统对易伤害、低压、低渗地层(一些页岩气、煤层气储层等，也包括某些衰竭性储层)比正循环气体钻井和常规泥浆钻井更具优势。另外，从长远来看，我国拥有大量的低压、低渗透石油天然气资源、煤层甲烷资源，这些资源的勘探开发为全井段自吸式反循环气体钻井工艺的应用提供了广阔的空间。【附图说明】下面将结合说明书附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步的详细说明，其中: 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反循环气体钻井钻具组合结构，其特征在于：包括水龙头或顶驱(17)、配气接头(6)、双壁上旋塞(7)、双壁方钻杆(8)、双壁下旋塞(9)、旋转防喷器(10)、套管(12)、双壁钻杆(13)、双壁钻铤(14)、环形止回阀(15)和气体反循环破岩工具(16)，其中：耐冲蚀鹅颈管(18)与水龙头或顶驱(17)连接，高压注气软管(5)与配气接头(6)相连，正循环气体钻井排砂管线(23)与旋转防喷器(10)壳体侧出口连接；所述水龙头的下端通过螺纹与配气接头(6)连接，配气接头(6)下端通过螺纹与双壁上旋塞(7)连接，双壁上旋塞(7)下方连接双壁方钻杆(8)，双壁方钻杆(8)下方连接双壁下旋塞(9)和双壁钻杆(13)；或者顶驱下端通过正扣直接连接双壁钻杆(13)；双壁钻杆(13)下方依次连接双壁钻铤(14)、环形止回阀(15)和气体反循环破岩工具(16)；所述套管（12）位于井口（11）下方，井口（11）的上方连接旋转防喷器（10），旋转防喷器（10）上端连接双壁下旋塞（9）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范黎明，曾绍清，周长虹，王虎，李宬晓，吴俊，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51