[发明专利]一种气举反循环钻井系统及自动控制方法

说明书

本发明公开了一种气举反循环钻井系统及自动控制方法，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。本发明的有益效果是：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。

技术领域

本发明涉及油气钻探技术领域，特别是一种气举反循环钻井系统及自动控制方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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及自动控制方法。

本发明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；