一种反循环钻井系统技术方案

本发明专利技术为克服现有技术为提高机械钻速，降低钻井液密度而带来井壁垮塌风险的问题，公开了反循环钻井系统，包括井筒、钻井四通、旋转防喷器、顶驱、振动筛、泥浆罐、泥浆泵、空压机、钻杆、钻铤、循环阀；钻杆多级串连；循环阀具有阀体和阀芯；所述阀体其内为流道，侧壁上具安装孔；所述阀体两端与钻杆和钻铤连接，其内部与钻杆和钻铤内部贯通，并随钻杆和钻铤同步转动；所述阀芯可在其内外压差下开启，使得所述阀芯两端连接的所述阀体内外区域导通。本发明专利技术提供一种反循环钻井系统，可以有效降低井底岩石围压和钻井液对井底岩石的压持效应，提高机械钻速。同时该系统还具有井底压力低，建立循环容易，环空无岩屑，卡钻风险低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种反循环钻井系统
本专利技术涉及油气钻探
，尤其涉及一种反循环钻井系统。
技术介绍
在钻井中，钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面，冷却和润滑钻头及钻柱，降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命，同时起平衡井壁岩石侧压力，稳定井壁作用。在钻井中一般指地层中作用于岩石四周受到的液压力称为围压。围压增大，岩石的强度和塑性增大，机械钻速降低。压持效应是由于井底过大的正压差产生，使井底岩屑难以离开井底上返，岩屑滞留在井底，造成重复破碎、影响机械钻速。在众多钻井提速手段中，欠平衡和气体钻井技术在深井提速中发挥着不可替代的作用，主要是由于欠平衡和气体钻井技术大幅度降低了井底压力，减小了井底岩石围压和压持效应，从而提高了机械钻速。然而，欠平衡和气体钻井技术提高了机械钻速，但由于钻井液密度的降低，但同时也降低了对井壁岩石侧压力和稳定井壁的作用，增加了井壁垮塌的风险。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术为提高机械钻速，降低钻井液密度而带来井壁垮塌风险的问题，提供一种反循环钻井系统，可以有效降低井底岩石围压和钻井液对井底岩石的压持效应，提高机械钻速。同时该系统还具有井底压力低，建立循环容易，环空无岩屑，卡钻风险低等特点。本专利技术采用的技术方案是：反循环钻井系统，包括井筒，安装在竖井中；钻井四通，安装在所述井筒顶部；旋转防喷器，安装在所述钻井四通顶部；顶驱，位于所述旋转防喷器上方；振动筛，其进口端与所述顶驱液体出口端连通；泥浆罐，与所述振动筛液体出口端连通；泥浆泵，其进口端与所述泥浆罐连通，其出口端与所述钻井四通连通；空压机，其出口端与所述钻井四通连通；钻杆，多级串连设置，其延伸穿过所述井筒、所述钻井四通和所述旋转防喷器，与所述顶驱连接；钻铤，具有钻头；以及若干循环阀，具有阀体和阀芯,设置在所述钻杆和所述钻铤之间以及位于井内多级串连的所述钻杆之间；所述阀体其内为流道，侧壁上具安装孔；所述阀芯安装在所述安装孔内；其中，所述阀体两端与钻杆和钻铤或者相邻的所述钻杆连接，其内部与钻杆或钻铤内部贯通，并随所述钻杆和所述钻铤同步转动；所述阀体外内区域压差可使得所述阀芯动作，使得所述阀体内外区域导通或者关闭。进一步地，所述循环阀亦可设置在多级串连的钻杆之间或者同时设置。进一步地，所述阀体呈类似企口管结构。进一步地，所述阀芯包括阀座，具有工作腔、进气孔和出气孔；所述进气孔与所述出气孔进、出方向不重合；所述进气孔进、出两端分别与所述阀体外部区域以及所述工作腔连通；所述出气孔进、出两端分别与所述工作腔以及所述流道连通；以及顶杆，活动设置在安装腔内，其外周壁与所述工作腔内壁之间存在一定的间隙；其中，所述顶杆在所述工作腔内的位移变化导致所述工作腔与所述阀体外部区域以及所述流道导通或者封堵。进一步地，在所述工作腔内还安装有的弹簧，所述弹簧位于所述工作腔内远离所述进气孔的一侧，两端抵住所述工作腔内壁和所述顶杆，其伸缩方向与所述顶杆移动方向一致。进一步地，所述阀座包括进气座，其外径与所述安装孔的直径一致，并安装在所述安装孔内；沿所述进气座轴向中心方向，自所述进气座端面向另一端面依次开设有贯通的进气柱形腔、进气锥形腔和所述进气孔；所述进气锥形腔大端直径小于所述进气柱形腔的直径，小端与所述进气孔直径一致；以及出气座，其外径与所述进气柱形腔直径一致，一端插入式安装在所述进气柱形腔内；沿所述出气座轴向中心方向，自所述出气座邻近所述进气座一端开始有贯通的第一出气柱形腔、出气锥形腔和第二出气柱形腔；所述第一出气柱形腔的直径与所述进气锥形腔大端直径一致；所述出气锥形腔大端直径与所述第一出气柱形腔直径一致，小端直径与所述第二出气柱形腔直径一致；所述第二出气柱形腔的一端与所述出气锥形腔贯通，另一端封闭；所述出气孔沿开设于所述第二出气柱形腔对应所述出气座侧壁上；其中，所述出气座与所述进气座连接后，所述进气锥形腔、所述第一出气柱形腔、所述出气锥形腔和所述第二出气柱形腔合拢构成所述工作腔。进一步地，所述进气座朝向所述阀体外侧的一端表面与所述阀体外侧壁弧面齐平；所述出气座朝向所述阀体内侧一端端面与所述阀体内壁齐平。进一步地，在所述出气座上开设柱形滑动腔，所述柱形滑动腔的直径小于所述第二出气柱形腔的直径，一端与所述第二出气柱形腔连通，另一端封闭；所述弹簧位于在所述柱形滑动腔内；所述顶杆的一端插入到所述柱形滑动腔内与所述弹簧接触，并可沿着所述柱形滑动腔内壁滑动。进一步地，所述顶杆包括球头，直径介于所述进气锥形腔大端直径和小端直径之间；以及杆部，其直径与所述柱形滑动腔直径一致，一端与所述球头连接，另一端插入所述柱形滑动腔内。进一步地，自所述杆部自由端端面沿其轴长中心方向开设有盲孔，所述弹簧的一端插入到所述盲孔内。本专利技术的有益效果是：本专利技术为克服现有技术中正循环难建立、容易卡钻的问题，提供一种反循环钻井系统，该系统包括井筒、钻井四通、旋转防喷器、顶驱、振动筛、泥浆罐、泥浆泵、空压机、钻杆、钻铤和循环阀。钻井时，钻井液由泥浆泵注入到钻杆外部环空区域内，同时压缩气体亦经空压机注入到钻杆外部环空区域内。随着钻杆外部环空区域内压力增加，钻杆内外产生压差，自井口而下，循环阀逐个开启。循环阀开启时，钻杆外部环空区域内钻井液以及气体会进入到钻杆内部，致使钻杆内部钻井液密度降低，液面高度上升，从井口流出，经振动筛分离后重新流回井内。通过钻杆外部环空区域内压力进一步增加时，自井口而下，上方循环阀逐个关闭。在钻杆外部环空区域压力下，循环阀逐个打开，再逐个关闭，实现自井口而下串连设置的转杆内，从上到下，替换为低密度的液体。最终，在井底处，钻杆外部环空区域内钻井液以、气体以及岩屑经过钻头进入到钻杆内，上升溢出地面，建立循环。本专利技术中的反循环钻井系统，可以解决严重漏失、失返性漏失地层无法建立循环的难题。反循环钻井系统中，岩屑上返速度快，排量要求低，不容易卡钻，可以解决大口径井钻井岩屑返排难的问题。反循环钻井系统中，井眼可以减少低压易漏地层的钻井井漏，减少钻井液消耗、降低地表水污染风险，减小环保压力。反循环钻井系统中，气体注入压力更低，更安全。反循环钻井系统与空气钻井技术相比，使用注气设备更少，能耗更低，噪音更小。反循环钻井系统中，循环阀结构简单，工作效率高，其于空压机配合构成钻杆内外钻井液密度调节结构，盖结构进行了简化，且使用寿命长。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例中，反循环钻井系统的结构示意图。图2为实施例中，循环阀的结构示意图一。图3为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.反循环钻井系统，其特征在于：包括/n井筒，安装在竖井中；/n钻井四通，安装在所述井筒顶部；/n旋转防喷器，安装在所述钻井四通顶部；/n顶驱，位于所述旋转防喷器上方；/n振动筛，其进口端与所述顶驱液体出口端连通；/n泥浆罐，与所述振动筛液体出口端连通；/n泥浆泵，其进口端与所述泥浆罐连通，其出口端与所述钻井四通连通；/n空压机，其出口端与所述钻井四通连通；/n钻杆，多级串连设置，其延伸穿过所述井筒、所述钻井四通和所述旋转防喷器，与所述顶驱连接；/n钻铤，具有钻头；以及/n若干循环阀，具有阀体和阀芯,设置在所述钻杆和所述钻铤之间以及位于井内多级串连的所述钻杆之间；所述阀体其内为流道，侧壁上具安装孔；所述阀芯安装在所述安装孔内；/n其中，所述阀体两端与钻杆和钻铤或者相邻的所述钻杆连接，其内部与钻杆或钻铤内部贯通，并随所述钻杆和所述钻铤同步转动；所述阀体外内区域压差可使得所述阀芯动作，使得所述阀体内外区域导通或者关闭。/n

【技术特征摘要】
1.反循环钻井系统，其特征在于：包括
井筒，安装在竖井中；
钻井四通，安装在所述井筒顶部；
旋转防喷器，安装在所述钻井四通顶部；
顶驱，位于所述旋转防喷器上方；
振动筛，其进口端与所述顶驱液体出口端连通；
泥浆罐，与所述振动筛液体出口端连通；
泥浆泵，其进口端与所述泥浆罐连通，其出口端与所述钻井四通连通；
空压机，其出口端与所述钻井四通连通；
钻杆，多级串连设置，其延伸穿过所述井筒、所述钻井四通和所述旋转防喷器，与所述顶驱连接；
钻铤，具有钻头；以及
若干循环阀，具有阀体和阀芯,设置在所述钻杆和所述钻铤之间以及位于井内多级串连的所述钻杆之间；所述阀体其内为流道，侧壁上具安装孔；所述阀芯安装在所述安装孔内；
其中，所述阀体两端与钻杆和钻铤或者相邻的所述钻杆连接，其内部与钻杆或钻铤内部贯通，并随所述钻杆和所述钻铤同步转动；所述阀体外内区域压差可使得所述阀芯动作，使得所述阀体内外区域导通或者关闭。


2.根据权利要求1所述的反循环钻井系统，其特征在于：所述阀体呈类似企口管结构。


3.根据权利要求1所述的反循环钻井系统，其特征在于：所述阀芯包括
阀座，具有工作腔、进气孔和出气孔；所述进气孔与所述出气孔进、出方向不重合；所述进气孔进、出两端分别与所述阀体外部区域以及所述工作腔连通；所述出气孔进、出两端分别与所述工作腔以及所述流道连通；以及
顶杆，活动设置在安装腔内，其外周壁与所述工作腔内壁之间存在一定的间隙；
其中，所述顶杆在所述工作腔内的位移变化导致所述工作腔与所述阀体外部区域以及所述流道导通或者封堵。


4.根据权利要求3所述的反循环钻井系统，其特征在于：在所述工作腔内还安装有的弹簧，所述弹簧位于所述工作腔内远离所述进气孔的一侧，两端抵住所述工作腔内壁和所述顶杆，其伸缩方向与所述顶杆移动方向一致。


5.根据权利要求4所述的反循环钻井系统，其特征在于：所述阀座包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涪杰，喻建祥，
申请(专利权)人：成都西南石大石油工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51