一种气举反循环钻井系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种气举反循环钻井系统，它包括井口装置、井内钻具、返出管线、注气管线、钻井液注入管线和自动控制系统。井内钻具包括钻头、井下电磁PWD、钻铤、下单壁钻杆、气水混合器、双壁钻杆、注气阀和上单壁钻杆。注气、注钻井液管线上装有自动节流阀、压力表、流量计、自动泄压阀。自动控制系统包括信号接收器、计算机、显示器、PLC控制器、参数输入模块，气举反循环钻井过程中，通过自动控制系统实时监测井底压力，调整注气量参数、注钻井液参数，实现井底压力自动、精确控制。本实用新型专利技术的有益效果是：匹配常规井口井控装备，减小井控风险；精确控制井底压力，防止发生井漏和溢流。

A gas lift reverse circulation drilling system

【技术实现步骤摘要】
一种气举反循环钻井系统
本技术涉及油气钻探
，特别是一种气举反循环钻井系统。
技术介绍
在钻井过程中，由于地下压力系统不明、地质条件复杂等原因，井漏时有发生，严重的甚至发生井漏失返，由此引发溢流、卡钻、井壁垮塌等井下复杂情况，造成大量经济损失的同时还可能会污染环境。防漏治漏钻井技术较多，包括气体钻井技术、泡沫钻井技术、清水强钻、泥浆帽钻井技术等，这些技术都存在一定的局限性：气体钻井技术由于其本身的特点，在出水量大、易垮塌地层应用受限；泡沫钻井技术泡沫钻井液回收难，易造成环境污染；清水强钻、泥浆帽钻井技术难以保证钻进产生的岩屑全部漏入地层，卡钻风险高。气举反循环钻井技术是防漏治漏钻井技术的一种，在处理裂缝、溶洞发育的低压地层严重井漏问题方面具有独特优势，主要优点有：能在失返的条件下建立循环；消除环空压耗；携砂效率高。目前，该技术已应用于水井、地热井、矿井、瓦斯排放井等钻井领域，但常规气举反循环钻井技术钻井过程中井口敞开，存在一定的井控风险，且该技术涉及的关键施工参数确定尚停留在工程总结阶段，井底压力控制不精确，施工过程存在井漏、溢流风险，且在压力过大或流道堵塞时缺乏风险控制措施。
技术实现思路
本技术的目的在于解决漏失性地层钻井难的问题，提供一种减少井漏和溢流、减小井控风险、特别适用于裂缝及溶洞发育的漏失性地层的气举反循环钻井系统。本技术的目的通过以下技术方案来实现：一种气举反循环钻井系统，它包括井口装置、返出管线、井内钻具、注气管线、钻井液注入管线和自动控制系统；所述井口装置包括设置于井口顶部的钻井四通，钻井四通的顶部顺次设置有升高短节、闸板防喷器和旋转防喷器，所述旋转防喷器右侧旁通阀上设置有环空液面监测回声仪，所述升高短节内设置有气水隔离管，气水隔离管的上端部向外翻边且固设于升高短节的内壁上，气水隔离管的下端部贯穿钻井四通且延伸于井内；所述返出管线包括顶驱、水龙带、立管、排砂管线和振动筛，顶驱的出液口与振动筛的入口端之间依次连接有水龙带、立管和排砂管线；所述井内钻具包括设置于井内且由下往上依次连接的钻头、井下电磁PWD、钻铤、下单壁钻杆、气水混合器、双壁钻杆、注气阀和上单壁钻杆，上单壁钻杆延伸于钻台上且与顶驱连接；所述双壁钻杆包括外管和内管，内管沿轴向设置于外管内；所述注气阀包括注气阀内管、注气阀外管和隔板A，所述隔板A焊接于注气阀外管内，隔板A中心开设有通孔A，通孔A内焊接有注气阀内管，注气阀内管的上端部向上延伸且与上单壁钻杆的下端部螺纹连接，注气阀内管的下端部与内管的上端部螺纹连接，注气阀外管上开设有多个位于隔板A下方的侧孔A，注气阀外管与外管的上端部螺纹连接，注气阀工作时在气水隔离管范围内活动；所述气水混合器包括气水混合器内管、气水混合器外管和隔板B，所述隔板B焊接于气水混合器外管内，隔板B中心开设有通孔B，通孔B内焊接有气水混合器内管，气水混合器内管上开设有多个位于隔板B上方的侧孔B，气水混合器内管的上端部向上延伸且与内管的下端部螺纹连接，气水混合器内管下端部向下延伸且与下单壁钻杆的上端部螺纹连接，所述气水混合器外管螺纹连接于外管的下端部，气水混合器工作时沉没在环空液面之下；所述注气管线包括空压机、增压机、旋转防喷器，增压机的出气口与旋转防喷器左侧旁通阀之间顺次连接有自动节流阀I、压力表I、流量计I和自动泄压阀I；所述钻井液注入管线包括泥浆罐、泥浆泵、压井管汇、钻井四通，所述泥浆泵与压井管汇入口端之间顺次连接有自动泄压阀II、自动节流阀II、压力表II和流量计II，所述泥浆泵与泥浆罐经管道连通；所述自动控制系统包括信号接收器、显示器、参数输入模块、PLC控制器和计算机，所述信号接收器、显示器、参数输入模块、PLC控制器分别与计算机有线连接；所述信号接收器与井下电磁PWD、环空液面监测回声仪之间通过无线电信号连接，信号接收器与压力表I、流量计I、压力表II、流量计II之间通过有线电信号连接；所述PLC控制器与自动节流阀I、自动泄压阀I、自动节流阀II、自动泄压阀II之间通过有线电信号连接。所述注气阀上端和气水混合器下端与单壁钻杆等径，注气阀下端和气水混合器上端与双壁钻杆等径。所述旋转防喷器的左右侧均设置有旁通阀。所述压井管汇与钻井四通左侧的平板阀连接。所述井下电磁PWD、环空液面监测回声仪具有无线电信号发射功能。所述信号接收器具有无线、有线信号接收功能。本技术具有以下优点：1、所需设备均可在现有设备的基础上进行改造，现场操作简单，工艺转换方便，采用气举反循环原理进行钻井，适用于裂缝、溶洞发育的漏失性地层。2、通过旋转防喷器和注气阀向双壁钻杆外管注气，井口使用单壁钻杆，完全匹配常规井口井控装备，减小井控风险。3、钻井过程中，由井下电磁PWD实时监测井底压力，通过自动控制系统调节注气参数和注钻井液参数，可以实现井底压力自动、精确控制，防止发生井漏和溢流。附图说明图1为本技术的气举反循环钻井自动控制方法一实施例流程图；图2为注气阀、双壁钻杆和气水混合器的连接示意图；图3为流体在井内钻具内的流动示意图；图4为隔板的结构示意图；图5为气水隔离管的结构示意图；图中，1-钻井四通，2-升高短节，3-闸板防喷器，4-旋转防喷器，5-顶驱，6-水龙带，7-立管，8-振动筛，9-钻头，10-井下电磁PWD，11-钻铤，12-下单壁钻杆，13-气水混合器，14-双壁钻杆，15-注气阀，16-上单壁钻杆，17-注气阀内管，18-注气阀外管，19-侧孔A，20-隔板A，21-内管，22-外管，23-气水混合器内管，24-侧孔B，25-气水混合器外管，26隔板B，27-空压机，28-增压机，29-自动节流阀I，30-压力表I，31-流量计I，32-自动泄压阀Ⅰ，33-泥浆罐，34-自动泄压阀II，35-自动节流阀II，36-压力表II，37-流量计II，38-压井管汇，39-自动控制系统，40-显式器，41-计算机，42-PLC控制器，43-信号接收器，44-参数输入模块，45-气水隔离管，46-泥浆泵，47-旁通阀，48-回声仪，49-排砂管线，50-平板阀，51-井。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的描述，保护范围不局限于以下所述：如图1~5所示，一种气举反循环钻井系统，它包括井口装置、返出管线、井内钻具、注气管线、钻井液注入管线和自动控制系统39；所述井口装置包括设置于井口顶部的钻井四通1，钻井四通1的顶部顺次设置有升高短节2、闸板防喷器3和旋转防喷器4，所述旋转防喷器4右侧旁通阀上设置有环空液面监测回声仪48，所述升高短节2内设置有气水隔离管45，气水隔离管45的上端部向外翻边且固设于升高短节2的内壁上，气水隔离管45的下端部贯穿钻井四通1且延伸于井内51。所述返出管线包括顶驱5、水龙带6、立管7、排砂管线49和振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气举反循环钻井系统，其特征在于：它包括井口装置、返出管线、井内钻具、注气管线、钻井液注入管线和自动控制系统（39）；/n所述井口装置包括设置于井口顶部的钻井四通（1），钻井四通（1）的顶部顺次设置有升高短节（2）、闸板防喷器（3）和旋转防喷器（4），所述旋转防喷器（4）右侧旁通阀上设置有环空液面监测回声仪（48），所述升高短节（2）内设置有气水隔离管（45），气水隔离管（45）的上端部向外翻边且固设于升高短节（2）的内壁上，气水隔离管（45）的下端部贯穿钻井四通（1）且延伸于井内（51）；/n所述返出管线包括顶驱（5）、水龙带（6）、立管（7）、排砂管线（49）和振动筛（8），顶驱（5）的出液口与振动筛（8）的入口端之间依次连接有水龙带（6）、立管（7）和排砂管线（49）；/n所述井内钻具包括设置于井（51）内且由下往上依次连接的钻头（9）、井下电磁PWD（10）、钻铤（11）、下单壁钻杆（12）、气水混合器（13）、双壁钻杆（14）、注气阀（15）和上单壁钻杆（16），上单壁钻杆（16）延伸于钻台上且与顶驱（5）连接；/n所述双壁钻杆（14）包括外管（22）和内管（21），内管（21）沿轴向设置于外管（22）内；/n所述注气阀（15）包括注气阀内管（17）、注气阀外管（18）和隔板A（20），所述隔板A（20）焊接于注气阀外管（18）内，隔板A（20）中心开设有通孔A，通孔A内焊接有注气阀内管（17），注气阀内管（17）的上端部向上延伸且与上单壁钻杆（16）的下端部螺纹连接，注气阀内管（17）的下端部与内管（21）的上端部螺纹连接，注气阀外管（18）上开设有多个位于隔板A（20）下方的侧孔A（19），注气阀外管（18）与外管（22）的上端部螺纹连接，注气阀（15）工作时在气水隔离管（45）范围内活动；/n所述气水混合器（13）包括气水混合器内管（23）、气水混合器外管（25）和隔板B（26），所述隔板B（26）焊接于气水混合器外管（25）内，隔板B（26）中心开设有通孔B，通孔B内焊接有气水混合器内管（23），气水混合器内管（23）上开设有多个位于隔板B（26）上方的侧孔B（24），气水混合器内管（23）的上端部向上延伸且与内管（21）的下端部螺纹连接，气水混合器内管（23）下端部向下延伸且与下单壁钻杆（12）的上端部螺纹连接，所述气水混合器外管（25）螺纹连接于外管（22）的下端部，气水混合器（13）工作时沉没在环空液面之下；/n所述注气管线包括空压机（27）、增压机（28）、旋转防喷器（4），增压机（28）的出气口与旋转防喷器（4）左侧旁通阀之间顺次连接有自动节流阀I（29）、压力表I（30）、流量计I（31）和自动泄压阀I（32）；/n所述钻井液注入管线包括泥浆罐（33）、泥浆泵（46）、压井管汇（38）、钻井四通（1），所述泥浆泵（46）与压井管汇（38）入口端之间顺次连接有自动泄压阀II（34）、自动节流阀II（35）、压力表II（36）和流量计II（37），所述泥浆泵（46）与泥浆罐（33）经管道连通；/n所述自动控制系统（39）包括信号接收器（43）、显示器（40）、参数输入模块（44）、PLC控制器（42）和计算机（41），所述信号接收器（43）、显示器（40）、参数输入模块（44）、PLC控制器（42）分别与计算机（41）有线连接；/n所述信号接收器（43）与井下电磁PWD（10）、环空液面监测回声仪（48）之间通过无线电信号连接，信号接收器（43）与压力表I（30）、流量计I（31）、压力表II（36）、流量计II（37）之间通过有线电信号连接；/n所述PLC控制器（42）与自动节流阀I（29）、自动泄压阀I（32）、自动节流阀II（35）、自动泄压阀II（34）之间通过有线电信号连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种气举反循环钻井系统，其特征在于：它包括井口装置、返出管线、井内钻具、注气管线、钻井液注入管线和自动控制系统（39）；
所述井口装置包括设置于井口顶部的钻井四通（1），钻井四通（1）的顶部顺次设置有升高短节（2）、闸板防喷器（3）和旋转防喷器（4），所述旋转防喷器（4）右侧旁通阀上设置有环空液面监测回声仪（48），所述升高短节（2）内设置有气水隔离管（45），气水隔离管（45）的上端部向外翻边且固设于升高短节（2）的内壁上，气水隔离管（45）的下端部贯穿钻井四通（1）且延伸于井内（51）；
所述返出管线包括顶驱（5）、水龙带（6）、立管（7）、排砂管线（49）和振动筛（8），顶驱（5）的出液口与振动筛（8）的入口端之间依次连接有水龙带（6）、立管（7）和排砂管线（49）；
所述井内钻具包括设置于井（51）内且由下往上依次连接的钻头（9）、井下电磁PWD（10）、钻铤（11）、下单壁钻杆（12）、气水混合器（13）、双壁钻杆（14）、注气阀（15）和上单壁钻杆（16），上单壁钻杆（16）延伸于钻台上且与顶驱（5）连接；
所述双壁钻杆（14）包括外管（22）和内管（21），内管（21）沿轴向设置于外管（22）内；
所述注气阀（15）包括注气阀内管（17）、注气阀外管（18）和隔板A（20），所述隔板A（20）焊接于注气阀外管（18）内，隔板A（20）中心开设有通孔A，通孔A内焊接有注气阀内管（17），注气阀内管（17）的上端部向上延伸且与上单壁钻杆（16）的下端部螺纹连接，注气阀内管（17）的下端部与内管（21）的上端部螺纹连接，注气阀外管（18）上开设有多个位于隔板A（20）下方的侧孔A（19），注气阀外管（18）与外管（22）的上端部螺纹连接，注气阀（15）工作时在气水隔离管（45）范围内活动；
所述气水混合器（13）包括气水混合器内管（23）、气水混合器外管（25）和隔板B（26），所述隔板B（26）焊接于气水混合器外管（25）内，隔板B（26）中心开设有通孔B，通孔B内焊接有气水混合器内管（23），气水混合器内管（23）上开设有多个位于隔板B（26）上方的侧孔B（24），气水混合器内管（23）的上端部向上延伸且与内管（21）的下端部螺纹连接，气水混合器内管（23）下端部向下延伸且与下单壁钻杆（12）的上端部螺纹连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黔，张小林，尹虎，尹文锋，杨帆，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川;51