一種反循環(huán)氣體鉆井鉆具組合結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井技術領域，確切地說涉及一種反循環(huán)氣體鉆井鉆具組合結構。
【背景技術】
[0002]氣體鉆井技術可大幅提高火山巖、礫石層、碎肩巖、碳酸鹽巖等難鉆地層的機械鉆速，在川渝等地區(qū)應用，平均鉆速提高4?15倍。但采用正循環(huán)氣體鉆井時(特別是大直徑井)，設備投資大、占地多、耗氣量大、運行能耗高、成本高，如在26"井眼(500m)氣體鉆井所需氣量500m3/min以上，17 1/2"井眼所需氣量300m3/min ;在井壁穩(wěn)定性較差，或地層出水量較大的情況下，增大氣量進行氣體鉆井加劇了對井壁的沖蝕，增大了井壁失穩(wěn)可能性；同時，處理地層出水問題的能力較差，倘若同時地層裂隙發(fā)育(即井漏失返且地層大量出水)，則很難建立正常循環(huán)，即使采用充氣鉆井，也容易出現(xiàn)漏水不漏砂的情況，難以保證井下安全；這些問題對正循環(huán)氣體鉆井的應用帶來了諸多限制。
[0003]現(xiàn)有一種氣舉反循環(huán)的鉆井方法，如公開號為CN101929309A，公開日為2010年12月29日的中國專利文獻公開了一種氣舉反循環(huán)鉆進工藝，其工藝步驟為:①先卸下雙壁方鉆桿向芯管內注滿液體，然后重新安裝好雙壁方鉆桿，②關閉排渣管出口處的高壓閥門，啟動空壓機供氣，③待進氣壓力上升到5.5-6MPa時，再迅速打開排渣管出口處的高壓閥門。是一種不用全部拔出所有鉆具就能解決鉆頭進水眼堵塞的氣舉反循環(huán)鉆進工藝。
[0004]采用上述專利文獻為代表的現(xiàn)有技術，具體應用時，該方法是將少量(如3~5m3/min)氣體在井內氣水混合接頭處于鉆柱內液體混合，利用鉆柱內、外的鉆井液密度差，實現(xiàn)鉆井液反循環(huán)的鉆井方法。雖然該方法在節(jié)省氣量、節(jié)省設備使用量以及井漏失返有明顯效果，但必須使用泥漿進行循環(huán)。因此在地層漏失嚴重(比如溶洞)、井內泥漿液面過低或者井內缺水的情況下，氣舉反循環(huán)是無法實施的。同時，由于井內需要泥漿循環(huán)，故只能使用牙輪鉆頭或者PDC鉆頭，而且深井鉆井時泥漿的液柱壓力對井底依然有壓持效應，所以深井鉆井提速效果并不顯著，這在石油、天然氣鉆進中有一定的局限性。另外，氣舉反循環(huán)鉆井方法除了使用雙壁鉆具之外還必須使用常規(guī)單壁鉆桿和氣水混合接頭。
[0005]還有一種擴孔用大直徑集束式潛孔錘的反循環(huán)工藝。此類方法是利用井口安裝的密封裝置封住井眼環(huán)空，將氣體憋入雙壁鉆具的中心通道實現(xiàn)反循環(huán)排砂。該工法主要用于煤礦行業(yè)擴孔鉆進，對地層要求較高，倘若地層裂隙發(fā)育，則環(huán)空壓力無法建立，反循環(huán)形成效果也會受到影響。同時，該工法使用的破巖工具是集束式潛孔錘，該工具的結構稍許復雜，維護保養(yǎng)以及更換鉆頭稍顯繁瑣。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明旨在針對上述現(xiàn)有技術所存在的缺陷和不足，提供一種反循環(huán)氣體鉆井鉆具組合結構，將本鉆具組合結構應用于全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井系統(tǒng)中，不需要常規(guī)單壁鉆具、氣水混合接頭等工具的參與，全井段用空氣作為循環(huán)介質，不需要泥漿或者其他鉆井液的參與也可形成反循環(huán)，尤其適用于嚴重缺水、井漏嚴重或者無法實施氣舉反循環(huán)的井段。
[0007]本發(fā)明是通過采用下述技術方案實現(xiàn)的:
一種反循環(huán)氣體鉆井鉆具組合結構，其特征在于:包括水龍頭或頂驅、配氣接頭、雙壁上旋塞、雙壁方鉆桿、雙壁下旋塞、旋轉防噴器、套管、雙壁鉆桿、雙壁鉆鋌、環(huán)形止回閥和氣體反循環(huán)破巖工具，其中:
耐沖蝕鵝頸管與水龍頭或頂驅連接，高壓注氣軟管與配氣接頭相連，正循環(huán)氣體鉆井排砂管線與旋轉防噴器殼體側出口連接；
所述水龍頭的下端通過螺紋與配氣接頭連接，配氣接頭下端通過螺紋與雙壁上旋塞連接，雙壁上旋塞下方連接雙壁方鉆桿，雙壁方鉆桿下方連接雙壁下旋塞和雙壁鉆桿；或者頂驅下端通過正扣直接連接雙壁鉆桿；
雙壁鉆桿下方依次連接雙壁鉆鋌、環(huán)形止回閥和氣體反循環(huán)破巖工具；
所述套管位于井口下方，井口的上方連接旋轉防噴器，旋轉防噴器上端連接雙壁下旋塞。
[0008]所述井口的一側設有節(jié)流管匯。
[0009]正循環(huán)氣體鉆井排砂管線通過閥門F與旋轉防噴器殼體側出口連接。
[0010]所述的高壓是指不低于21 MPa的壓強。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益效果如下:
1、采用地面管匯連接結構和鉆具組合結構結合形成的用于油氣鉆井的全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井系統(tǒng)，全井段采用雙壁鉆具，不需要常規(guī)單壁鉆具、氣水混合接頭等工具的參與；全井段用空氣作為循環(huán)介質，不需要泥漿或者其他鉆井液的參與也可形成反循環(huán)。適用于嚴重缺水、井漏嚴重或者無法實施氣舉反循環(huán)的井段；能提高鉆井效率的同時，節(jié)省氣體鉆井氣量、設備使用量，減少設備占地面積額，節(jié)約綜合成本，同時為克服井下出水、井漏失返提供一種新的鉆探工藝。
[0012]2、本發(fā)明對是否在環(huán)空灌注泥漿沒有特殊要求。在地層漏失嚴重(比如溶洞)、井內缺水或者井內泥漿液面過低的情況下，依然可以實現(xiàn)反循環(huán)鉆井。若井內灌注泥漿，對本發(fā)明實施反循環(huán)鉆井也有積極作用。
[0013]3、本發(fā)明是全井段的氣體反循環(huán)鉆井。即全部采用雙壁鉆具，鉆進時井底巖肩全部從雙壁鉆具中心排砂通道排至地表，避免了氣流在攜帶巖肩上返的過程中對井壁造成沖蝕，有利于防止復雜地層鉆進過程中井壁擾動性坍塌的發(fā)生。
[0014]4、雙壁鉆具中心排砂通道過流斷面積較井壁與鉆柱之間環(huán)狀斷面積小的多。因此，全井段氣體反循環(huán)鉆井所需壓縮空氣體積流量相對較小，特別是在大直徑井段鉆進時，更為明顯。這有利于減少設備投入、減小場地占用面積、降低對動力和鉆井液的需求量、節(jié)省燃油消耗。
[0015]5、處理地層出水能力較正循環(huán)氣體鉆井強。正循環(huán)氣體鉆井時，如果地層出水量達到足以使巖肩粘結成團，則在井內環(huán)狀間隙內聚集、沉降、形成泥餅環(huán)，導致井眼凈化效果差。如不及時加以處理，最終將引發(fā)卡鉆事故，威脅井下安全。全井段反循環(huán)氣體鉆井，巖肩沿鉆具中心通道上返，且中心排砂通道上返氣流速度較高，凈化井眼效果好，有利于減少泥包的發(fā)生。
[0016]6、全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井，鉆具全部為雙壁鉆具，同時采用反循環(huán)破巖工具(反循環(huán)空氣錘、反循環(huán)牙輪鉆頭、反循環(huán)roc鉆頭)，氣體和巖肩基本不會進入環(huán)空，因此在裂隙發(fā)育地層鉆進時，能夠避免和減少嚴重漏失。特別是水層、漏層同時存在的時候，若采用正循環(huán)氣體鉆井或者充氣鉆井，容易出現(xiàn)井漏失返、漏水不漏砂的情況，難以建立正常循環(huán)。而采用全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井，則能有效解決這個問題。同時，本發(fā)明對井口處是否需要對環(huán)空進行密封沒有特別要求，即使不用井口密封裝置密封環(huán)空，在具有自密封作用的反循環(huán)破巖工具的幫助下依然可以形成反循環(huán)。當然，如果對井口實施密封，對本發(fā)明實施反循環(huán)鉆井也有積極作用。
[0017]7、在出現(xiàn)井下復雜時，可以隨時切換為正循環(huán)氣體鉆井和常規(guī)泥漿鉆井。
[0018]8、低壓或欠壓儲層常被常規(guī)泥漿鉆井、泡沫鉆井、高壓空氣鉆井損害。而采用全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井系統(tǒng)，氣體和巖肩不會進入地層，對低壓、低滲透儲層無污染、零傷害。同時，上返氣流流速高，巖肩上返滯后時間短，不會因與井壁地層接觸而被污染，可及時、準確掌握地層信息，發(fā)現(xiàn)低壓、低滲透儲層。因此，采用全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井系統(tǒng)對易傷害、低壓、低滲地層(一些頁巖氣、煤層氣儲層等，也包括某些衰竭性儲層)比正循環(huán)氣體鉆井和常規(guī)泥漿鉆井更具優(yōu)勢。另外，從長遠來看，我國擁有大量的低壓、低滲透石油天然氣資源、煤層甲烷資源，這些資源的勘探開發(fā)為全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井工藝的應用提供了廣闊的空間。
【附圖說明】
[0019]下面將結合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明，其中:
圖1為本發(fā)明應用于全井段自吸式反循環(huán)氣體鉆井系統(tǒng)結構示意圖；
圖2為鉆井氣體循環(huán)路徑圖。
[0020]圖中標記:
1.注氣單元2.泄壓單元3.流量計4.地面注氣管匯5.高壓注氣軟管6.配氣接頭7.雙壁上旋塞8.雙壁方鉆桿9.雙壁下旋塞10.旋轉防噴器11.井口 12.套管13.雙壁鉆桿14.雙壁鉆鋌15.環(huán)形止回閥16.氣體反循環(huán)破巖工具17.水龍頭或頂驅18.耐沖蝕鵝頸管19.高壓反循環(huán)排砂軟管20.地面反循環(huán)排砂管線21.取樣短節(jié)22.降塵水短節(jié)23.正循環(huán)氣體鉆井排砂管線24.泥漿栗25.節(jié)流管匯26.沉砂池27.氣體來自高壓注氣軟管28.氣體排至高壓排砂軟管29.雙壁鉆具外管30.雙壁鉆具內管和外管環(huán)狀間隙31.雙壁鉆具內管32.中心排砂通道。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
作為本發(fā)明的另一較佳實施方式，其包括水龍頭或頂驅17、配氣接頭6、雙壁上旋塞7、雙壁方鉆桿8、雙壁下旋塞9、旋轉防噴器10、套管12、雙壁鉆桿13、雙壁鉆鋌14、環(huán)形止回閥15和氣體反循環(huán)破巖工具16，其中:
耐沖蝕鵝頸管18與水龍頭或頂驅17連接，高壓注氣軟管5與配氣接頭6相連，正循環(huán)氣體鉆井排砂管線23與旋轉防噴器10殼體側出口連接；
所述水龍頭的下端通過螺紋與配氣接頭6連接，配氣接頭6下端通過螺紋與雙壁上旋塞7連接，雙壁上旋塞7下方連接雙壁方鉆桿8，雙壁方