[发明专利]顶部驱动气体反循环钻井地面装备系统

说明书

顶部驱动气体反循环钻井地面装备系统，以顶部驱动反循环钻井装置为核心，顶部驱动反循环钻井装置具有多工质配流套、分体式鹅颈管及负压冲管等主要功能部件。将顶部驱动反循环钻井装置安装在钻机主体上，围绕顶部驱动反循环钻井装置布置管路，建立地面空压机、增压器和水泵等流体动力设备与顶部驱动反循环钻井装置之间的流体循环系统，作业时可同时输入气相和液相介质并排出岩屑。为确保全井反循环流场的形成，在分体式鹅颈管及排渣立管顶部折弯处设置有旋流喷射式引射器。地面装备系统具有气体反循环流场参数的监控功能。本发明可实现进气增压，多工质混合进气、负压抽吸排气、射流能量输入、延长易损件寿命、环形进气通道自动防喷等功能。

技术领域

本发明涉及深井钻探技术领域，特别是涉及一种顶部驱动气体反循环钻井地面装备系统。

背景技术

气体钻井技术是指以高压气体或液体混合物作为动力和冲洗介质进行钻进的钻探技术，早在1908～1909年，美国已在石油天然气钻井工程中进行了气体钻井实验。气体钻井技术分为正循环和反循环两类钻探工艺方法，不同的钻探工艺所采用的地面装备和井下钻具均有较大的差别。

复杂地层条件下的深井钻探施工经常遇到漏失严重、易卡钻、井壁坍塌等困难，气体反循环钻井技术则具有在对井壁扰动小、裂隙发育的漏失性地层井漏少、能耗低的优势。传统的气体反循环钻井技术通常以压缩空气为动力，采用双壁钻杆、空气锤和反循环钻头组成钻具系统，较多地应用于地质矿产资源勘探孔、水文水井以及基础工程桩孔的钻探作业。近年来，随着气体反循环钻井技术的优点逐步被行业所认识并开始推广运用，该技术的应用领域得到了拓展，目前已在地热井、油气井以及非常规能源如页岩气井、煤层气井等钻探工程中实际应用，针对气体反循环钻井技术的研究也逐步深入。

气举反循环钻进是以泥浆作为循环介质实施反循环钻井的工艺方法，通常应用于大直径钻孔工程，采用双壁钻具在特定井深向中心流道注入压缩空气，从而在井内形成低密度区域，加速反循环流动过程是较为先进的气举反循环钻井技术。如：气举反循环钻进装置详见专利文献号CN208981989U公开了一种采用气举反循环工艺方法的钻井装置，采用双壁钻具、以泥浆作为钻井液进行反循环钻井。在适当井深位置设置有气举反循环钻井用气液混合器详见专利文献号CN207701098U所提出的气举反循环钻井用气液混合器，通过注气孔向钻具中心通道注气，注气后芯管内获得气液混合低密度流体，提高了钻井液和岩屑的排出能力。一种气体反循环钻井方法专利文献号CN110029938A公开了一种采用顶驱进行气体反循环钻井的方法，提出以钻井泵组、顶驱和顶驱适配器组成地面装备，所提及的气体反循环钻井方法实际上是基于泥浆循环体系在适当井深注入压缩空气，实施气举反循环钻井，故其所提出的顶驱适配器的功能相当于单一通道的旋转接头，用于向井下中心通道内的泥浆中注气。

一种用于油气钻井的全井段自吸式反循环气体钻井系统专利文献号CN105178859B提出了用于油气钻井的全井反循环气体钻井系统，即以空气作为单一循环介质进行气体反循环钻井的工艺方法和系统配置，包括注气单元、管路系统，并在全井段采用双壁钻杆进行反循环钻进。采用单一工作介质的气体反循环钻井技术应用门槛较低，其地面装备系统配置较为简单，处理复杂问题的功能也很有限。此外，所提及的“自吸”特指反循环破岩工具对井底有一定的抽吸作用，对于深井反循环气体钻井系统而言，该局部抽吸环节对全井反循环流场所起的作用甚微，当中心通道阻力加大，高于外环空间围压时，将无法在井底形成反循环流场，于是引起严重的漏失，导致蹩钻和埋钻的风险大。