一种全井段自吸式反循环气体钻井系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及石油天然气钻井技术领域，确切地说涉及一种全井段自吸式反循环气体钻井系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种全井段自吸式反循环气体钻井系统，本实用新型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，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。
[0007]本实用新型是通过采用下述技术方案实现的:
[0008]—种全井段自吸式反循环气体钻井系统，包括地面管汇连接结构和与地面管汇连接结构连接的钻具组合结构，其特征在于:所述的地面管汇连接结构包括:注气单元、泄压单元、流量计、地面注气管汇、高压注气软管、耐冲蚀鹅颈管、高压反循环排砂软管、地面反循环排砂管线和正循环气体钻井排砂管线，
[0009]其中:所述注气单元与泄压单元通过高压管线连接，泄压单元出口安装所述流量计，流量计上游连接泄压单元，下游连接地面注气管汇，地面注气管汇与高压注气软管相连；
[0010]所述耐冲蚀鹅颈管的出口与高压反循环排砂软管连接，高压反循环排砂软管与地面反循环排砂管线连接，在地面反循环排砂管线的中部安装有一个四通，四通的左端连接地面反循环排砂管线，右端连接一个三通，上端连接泥浆栗，下端连接地面注气管汇；所述三通的一个出口与正循环气体钻井排砂管线连接，三通的另一个出口直通到沉砂池；
[0011]所述耐冲蚀鹅颈管、高压注气软管和正循环气体钻井排砂管线均连接在钻具组合结构上。
[0012]在通往沉砂池的反循环排砂管线上，安装有取样短节和降尘水短节。
[0013]注气单元提供高压气体，包括空气压缩机和增压机。
[0014]四通的左端通过阀门C连接地面反循环排砂管线，右端通过阀门E连接一个三通，上端通过阀门D连接泥浆栗，下端通过阀门B连接地面注气管汇，地面注气管汇与高压注气软管相连之间还设置有阀门A。
[0015]所述的钻具组合结构，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，其中:
[0016]所述的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；
[0017]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；
[0018]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；
[0019]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。
[0020]所述井口的一侧设有节流管汇。
[0021]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。
[0022]所述的高压是指不低于21 MPa的压强。
[0023]与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果如下:
[0024]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。
[0025]2、本实用新型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，对本实用新型实施反循环钻井也有积极作用。
[0026]3、本实用新型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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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，本实用新型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，对本实用新型实施反循环钻井也有积极作用。
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