[发明专利]智能油气井反循环钻井系统

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻探技术领域，具体涉及智能油气井反循环钻井系统。

背景技术

气体钻井技术可大幅提高火山岩、砾石层、碎屑岩、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，171/2″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。

现有一种气举反循环的钻井方法，如专利申请号为CN101929309A专利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。这种钻井工艺提供了一种气举反循环的钻井方法，但是这种钻井工艺不能对井下情况及钻井设备的各个运行参数进行监控，当井下由井喷或者井漏风险时，不能够快速有效的做出应对措施，避免工程损失。

发明内容

本发明的目的主要是为了解决上述技术问题，而提供智能油气井反循环钻井系统。

本发明包括钻杆机构、高压气反循环举升机构、钻井液循环机构和智能控制模块，所述钻杆机构包括龙门机架、多级内外钻杆组件、钻盘、钻头组件和钻杆动力组件，所述龙门机架架设在油气井地面上，所述多级内外钻杆组件的内外钻杆之间形成高压空气通道-，多级内外钻杆组件的内钻杆内设有钻井液通道，多级内外钻杆组件的外壁与油气井内壁间形成钻井液循环空间，所述高压空气通道-与多级内外钻杆组件的钻井液通道相通，多级内外钻杆组件的顶部钻杆段通过钻盘与底部钻杆段活动相连，所述钻头组件安装在多级内外钻杆组件的端部，所述钻杆动力组件通过传动装置驱动多级内外钻杆组件的底部钻杆段转动，所述高压气反循环举升机构包括高压空压机组、高压气管、高压气电磁进气阀、循环钻井液出液电磁阀和循环钻井液出液管，所述高压空压机组安装在油气井地面上，高压空压机组的高压气出气口依次通过高压气管和高压气电磁进气阀与多级内外钻杆组件的高压空气通道-相通，所述循环钻井液出液管通过循环钻井液出液电磁阀与多级内外钻杆组件内钻杆的钻井液通道顶部相通，所述钻井液循环机构包括气液分离器、循环钻井液处理罐和钻井液自动称重配比装置，所述气液分离器的进液口与循环钻井液出液管相通，所述循环钻井液处理罐与气液分离器的出液口相通，所述钻井液自动称重配比装置包括配比罐、一组钻井液配比料斗、一组称重下料阀、进水管和循环钻井液补充管，所述配比罐通过管道与循环钻井液处理罐的出液口相通，所述一组钻井液配比料斗分别通过一组称重下料阀和管道与配比罐相通，所述进水管通过进水电磁阀与配比罐的进水口相通，所述配比罐的出液口通过补充阀门和循环钻井液补充管与钻井液循环空间相通，所述智能控制模块分别监测系统各个环节压力值和温度值，并控制系统各电磁阀的开启和关闭。

所述智能控制模块包括井下压力传感器、井下温度传感器、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器、钻井液循环空间压力传感器、模拟量输入模块、控制计算机和开关量输出模块，所述井下压力传感器和井下温度传感器分别通过安装座安装在钻头组件上，所述井下压力传感器、井下温度传感器、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器和钻井液循环空间压力传感器分别通过模拟量输入模块与控制计算机通讯相连，所述控制计算机通过开关量输出模块分别控制系统各电磁阀的开启和关闭。

所述智能控制模块还有中控室大屏幕，所述中控室大屏幕与控制计算机通讯相连。

所述控制计算机根据各传感器监测值，分别控制一组钻井液配比料斗、一组称重下料阀和进水电磁阀的进料量。

所述智能控制模块还有报警装置，所述控制计算机控制报警装置的开关。

本发明优点是：本发明提供一种能够实现气举反循环钻井的智能化钻井系统，系统结设计合理，操作简捷，智能化程度高，能智能化应对井下及设备异常情况，安全系数高，具有很好的实用价值。

附图说明