[發明專利]頂部驅動氣體反循環鉆井地面裝備系統

有效

• 申請號: 202010181293.3
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111206876B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 王清巖
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B3/02
• 分類號: E21B3/02;E21B21/14;E21B21/08;E21B15/00;E21B19/02;E21B44/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

頂部驅動氣體反循環鉆井地面裝備系統，以頂部驅動反循環鉆井裝置為核心，頂部驅動反循環鉆井裝置具有多工質配流套、分體式鵝頸管及負壓沖管等主要功能部件。將頂部驅動反循環鉆井裝置安裝在鉆機主體上，圍繞頂部驅動反循環鉆井裝置布置管路，建立地面空壓機、增壓器和水泵等流體動力設備與頂部驅動反循環鉆井裝置之間的流體循環系統，作業時可同時輸入氣相和液相介質并排出巖屑。為確保全井反循環流場的形成，在分體式鵝頸管及排渣立管頂部折彎處設置有旋流噴射式引射器。地面裝備系統具有氣體反循環流場參數的監控功能。本發明可實現進氣增壓，多工質混合進氣、負壓抽吸排氣、射流能量輸入、延長易損件壽命、環形進氣通道自動防噴等功能。

技術領域

本發明涉及深井鉆探技術領域，特別是涉及一種頂部驅動氣體反循環鉆井地面裝備系統。

背景技術

氣體鉆井技術是指以高壓氣體或液體混合物作為動力和沖洗介質進行鉆進的鉆探技術，早在1908～1909年，美國已在石油天然氣鉆井工程中進行了氣體鉆井實驗。氣體鉆井技術分為正循環和反循環兩類鉆探工藝方法，不同的鉆探工藝所采用的地面裝備和井下鉆具均有較大的差別。

復雜地層條件下的深井鉆探施工經常遇到漏失嚴重、易卡鉆、井壁坍塌等困難，氣體反循環鉆井技術則具有在對井壁擾動小、裂隙發育的漏失性地層井漏少、能耗低的優勢。傳統的氣體反循環鉆井技術通常以壓縮空氣為動力，采用雙壁鉆桿、空氣錘和反循環鉆頭組成鉆具系統，較多地應用于地質礦產資源勘探孔、水文水井以及基礎工程樁孔的鉆探作業。近年來，隨著氣體反循環鉆井技術的優點逐步被行業所認識并開始推廣運用，該技術的應用領域得到了拓展，目前已在地熱井、油氣井以及非常規能源如頁巖氣井、煤層氣井等鉆探工程中實際應用，針對氣體反循環鉆井技術的研究也逐步深入。

氣舉反循環鉆進是以泥漿作為循環介質實施反循環鉆井的工藝方法，通常應用于大直徑鉆孔工程，采用雙壁鉆具在特定井深向中心流道注入壓縮空氣，從而在井內形成低密度區域，加速反循環流動過程是較為先進的氣舉反循環鉆井技術。如：氣舉反循環鉆進裝置詳見專利文獻號CN208981989U公開了一種采用氣舉反循環工藝方法的鉆井裝置，采用雙壁鉆具、以泥漿作為鉆井液進行反循環鉆井。在適當井深位置設置有氣舉反循環鉆井用氣液混合器詳見專利文獻號CN207701098U所提出的氣舉反循環鉆井用氣液混合器，通過注氣孔向鉆具中心通道注氣，注氣后芯管內獲得氣液混合低密度流體，提高了鉆井液和巖屑的排出能力。一種氣體反循環鉆井方法專利文獻號CN110029938A公開了一種采用頂驅進行氣體反循環鉆井的方法，提出以鉆井泵組、頂驅和頂驅適配器組成地面裝備，所提及的氣體反循環鉆井方法實際上是基于泥漿循環體系在適當井深注入壓縮空氣，實施氣舉反循環鉆井，故其所提出的頂驅適配器的功能相當于單一通道的旋轉接頭，用于向井下中心通道內的泥漿中注氣。

一種用于油氣鉆井的全井段自吸式反循環氣體鉆井系統專利文獻號CN105178859B提出了用于油氣鉆井的全井反循環氣體鉆井系統，即以空氣作為單一循環介質進行氣體反循環鉆井的工藝方法和系統配置，包括注氣單元、管路系統，并在全井段采用雙壁鉆桿進行反循環鉆進。采用單一工作介質的氣體反循環鉆井技術應用門檻較低，其地面裝備系統配置較為簡單，處理復雜問題的功能也很有限。此外，所提及的“自吸”特指反循環破巖工具對井底有一定的抽吸作用，對于深井反循環氣體鉆井系統而言，該局部抽吸環節對全井反循環流場所起的作用甚微，當中心通道阻力加大，高于外環空間圍壓時，將無法在井底形成反循環流場，于是引起嚴重的漏失，導致蹩鉆和埋鉆的風險大。