钻杆8下方连接双壁下旋塞9和双壁钻杆13 ;或者顶驱下端通过正扣直接连接双壁钻杆13 ;
双壁钻杆13下方依次连接双壁钻铤14、环形止回阀15和气体反循环破岩工具16 ;
所述套管12位于井口 11下方，井口 11的上方连接旋转防喷器10，旋转防喷器10上端连接双壁下旋塞9。
[0022]气体反循环破岩工具采用常规反循环工具即可。
[0023]实施例2
在上述实施例的基础上，所述井口 11的一侧设有节流管汇25。正循环气体钻井排砂管线23通过阀门F与旋转防喷器10壳体侧出口连接。所述的高压是指不低于21 MPa的压强。
[0024]实施例3
本发明的具体应用实例:一种全井段自吸式反循环气体钻井系统由以下设备和工具构成:注气单元1、泄压单元2、流量计3、地面注气管汇4、高压注气软管5、配气接头6、双壁上旋塞7、双壁方钻杆8、双壁下旋塞9、双壁钻杆10、双壁钻铤11、环形止回阀12、反循环破岩工具(反循环空气锤、反循环牙轮钻头或者反循环PDC钻头)13、双壁钻杆14、井口装置15、旋转防喷器16、水龙头(或顶驱)17、耐冲蚀鹅颈管18、高压反循环排砂软管19、地面反循环排砂管线20、取样短节21、降尘水短节22、正循环气体钻井排砂管线23、至泥浆栗24、至节流管汇25，同时还包括一系列相配套的阀门和短节。
[0025]注气单元I由空压机和增压机组成，具体多少设备应当根据工程实际来定。通常444.5mm井眼100m以内需要2台空压机并备用I台增压机。注气单元I提供钻井必需的压缩气体。注气单元I与泄压单元2通过高压管线(通常不低于21MPa)连接。泄压单元2由一系列阀门、消声设备、压力仪表等组成，属于安全装置，用于释放系统压力和调节进入系统的气量。泄压单元2出口设置流量计3，用于计量进入系统内的实际气量。地面注气管汇4为高压管汇(通常不低于21MPa)，由一系列的高压硬管线、高压软管线、转换接头等通过由壬连接形成。高压注气管线在井架上的部分可采用软管线，也可采用硬管线，这由现场实际情况而定。与配气接头6相连接的高压注气软管5压力级别通常不低于21MPa，二者通过由壬连接。配气接头6为双壁结构，其上端与水龙头(或顶驱)相连，下端与双壁方钻杆(或双壁钻杆)相连。配气接头6的作用是将来自高压注气软管5的高压气体分配到双壁钻具的内管和外管的环状间隙中。配气接头6上部连接水龙头(或者顶驱)17，若连接水龙头17，则为反扣连接；若连接顶驱，则为正扣连接。水龙头(或顶驱)17上面的鹅颈管为耐冲蚀鹅颈管18，该鹅颈管转弯处有缓冲区域，可有效降低高速流体对鹅颈管的冲蚀，且该耐冲蚀鹅颈管18属于可更换部件。配气接头6下部连接双壁上旋塞7，该上旋塞为双壁结构，可以对双壁钻具环空实现密封。双壁上旋塞7下面连接双壁方钻杆8，双壁方钻杆8通常为六棱双壁方钻杆。双壁方钻杆8下端连接双壁下旋塞9。双壁下旋塞9为正扣，双壁上旋塞7为反扣。若使用顶驱，则可以不使用双壁上旋塞7、双壁方钻杆8和双壁下旋塞9。A井钻具组合从上至下为:双壁钻杆13、双壁钻铤14、环形止回阀15和气体反循环破岩工具16。双壁钻杆13、双壁钻铤14的外管为常规钻杆，内部通过创新设计加入内管。双壁钻杆13和双壁钻铤14的规格尺寸与常规钻杆相同。环形止回阀15为近钻头的内防喷工具，可有效防止井内流体回灌进入双壁钻具的内、外管环状间隙中。气体反循环破岩工具16包括反循环空气锤、反循环牙轮钻头和反循环PDC钻头。本发明所设计的反循环破岩工具具有自密封环空功能。在自密封的作用下，高压气体经过该反循环破岩工具16后直接进入到中心排砂通道(图2所示)，同时反循环破岩工具16对井底有一定的抽吸作用(即形成自吸)，对反循环的形成有积极的作用。本发明涉及到的井口装置11由单四通、双四通、升高短节、单闸板防喷器、双闸板防喷器、环形防喷器等装置构成。该井口装置11的具体要求应当根据钻井设计来定。本发明所涉及的全井段自吸式反循环气体钻井系统及工艺方法对井口装置11没有特别要求。对于旋转防喷器10，安装在常规井口装置11之上，一方面可密封环空，在反循环钻井需要密封环空的时候提供帮助；另一方面，在转换为正循环气体钻井的时候，旋转防喷器10是必不可少的装置。高压反循环排砂软管19与耐冲蚀鹅颈管18通过由壬连接，且压力级别不应低于35MPa，长度也应当根据井架高度合理选择。地面反循环排砂管线20压力级别也不能低于35MPa，且远端与正循环气体钻井排砂管线23并在一根排砂通道上，一同接出至沉砂池。正循环气体钻井排砂管线23的压力级别不低于7MPa，通常为10"管线。
[0026]全井段自吸式反循环气体钻井的实施过程如下:关闭D、B、F阀门，打开A、C、E阀门。压缩气体由注气单元I产生，流经泄压单元2、流量计3、地面注气管汇4、高压注气软管5到达配气接头6。在配气接头6的作用下，压缩气体进入到双壁钻具(双壁方钻杆8、双壁钻杆13、双壁钻铤)的内、外管环状间隙中并顺着环状间隙下行，通过环形止回阀15后到达气体反循环破岩工具16处。在气体反循环破岩工具16的破岩、自密封环空、反循环排砂三大作用下，压缩气体携带岩肩顺着双壁钻具内管的中心排砂通道上返，经过水龙头(或顶驱)17、耐冲蚀鹅颈管18、高压反循环排砂软管19、地面反循环排砂管线20、取样短节21和降尘水短节22，最终排至沉砂池。
[0027]当井下出现复杂，需要用正循环气体钻井处理复杂或转换为正循环气体钻井工艺实施钻井时:关闭A、D、E阀门，打开B、C、F阀门。注气单元I产生高压气体后，气体经过泄压单元2和流量计3，通过B阀门进入到地面反循环排砂管线20中。压缩气体经过地面反循环排砂管线20、高压反循环排砂软管19、耐冲蚀鹅颈管18、水龙头(或顶驱)17，直接进入到配气接头6、双壁钻具(双壁方钻杆8、双壁钻杆13、双壁钻铤14、气体反循环破岩工具16 )的中心排砂通道中，并顺着中心排砂通道下行至井底，携带井底岩肩沿双壁钻具与井壁之间的环空上返，在旋转防喷器10的作用下，通过阀门F、正循环地面排砂管线23、取样短节21、降尘水短节22，最终排至沉砂池。
[0028]当井下出现复杂，需要用常规泥浆钻井处理复杂或转换为常规泥浆钻井工艺实施钻井时:关闭A、B、E、F阀门，打开D、C阀门。来自泥浆栗24的泥浆(或其它钻井液)，通过D阀门、C阀门、地面反循环排砂管线20、高压反循环排砂软管19、耐冲蚀鹅颈管18、水龙头(或顶驱)17，直接进入到配气接头6、双壁钻具(双壁方钻杆8、双壁钻杆13、双壁钻铤14、气体反循环破岩工具16 )的中心排砂通道中，并顺着中心排砂通道下行至井底，携带井底岩肩沿双壁钻具与井壁之间的环空上返到井口，由于旋转防喷器10处的F阀门关闭，从井底上返到井口的泥浆将进入节流管汇25，最终回收至泥浆循环系统中。
【主权项】
1.一种反循环气体钻井钻具组合结构，其特征在于:包括水龙头或顶驱(17)、配气接头(6)、双壁上旋塞(7)、双壁方钻杆(8)、双壁下旋塞(9)、旋转防喷器(10)、套管(12)、双壁钻杆(13)、双壁钻铤(14)、环形止回阀(15)和气体反循环破岩工具(16)，其中: 耐冲蚀鹅颈管(18)与水龙头或顶驱(17)连接，高压注气软管(5)与配气接头(6)相连，正循环气体钻井排砂管线(23)与旋转防喷器(10)壳体侧出口连接； 所述水龙头的下端通过螺纹与配气接头(6)连接，配气接头(6)下端通过螺纹与双壁上旋塞(7)连接，双壁上旋塞(7)下方连接双壁方钻杆(8)，双壁方钻杆(8)下方连接双壁下旋塞(9)和双壁钻杆(13);或者顶驱下端通过正扣直接连接双壁钻杆(13); 双壁钻杆(13)下方依次连接双壁钻铤(14)、环形止回阀(15)和气体反循环破岩工具(16)； 所述套管(12)位于井口(11)下方，井口(11)的上方连接旋转防喷器(1 )，旋转防喷器(10)上端连接双壁下旋塞(9)。2.根据权利要求1所述的一种反循环气体钻井钻具组合结构，其特征在于:所述井口(11)的一侧设有节流管汇(25)。3.根据权利要求1所述的一种反循环气体钻井钻具组合结构，其特征在于:正循环气体钻井排砂管线(23)通过阀门F与旋转防喷器(10)壳体侧出口连接。4.根据权利要求1所述的一种反循环气体钻井钻具组合结构，其特征在于:所述的高压是指不低于21 MPa的压强。
【专利摘要】本发明公开了一种反循环气体钻井钻具组合结构，包括水龙头或顶驱、配气接头、双壁上旋塞、双壁方钻杆、双壁下旋塞、旋转防喷器、套管、双壁钻杆、双壁钻铤、环形止回阀和气体反循环破岩工具，将本钻具组合结构应用于全井段自吸式反循环气体钻井系统中，不需要常规单壁钻具、气水混合接头等工具的参与，全井段用空气作为循环介质，不需要泥浆或者其他钻井液的参与也可形成反循环，尤其适用于严重缺水、井漏严重或者无法实施气举反循环的井段。
【IPC分类】E21B21/16
【公开号】CN105134114
【申请号】CN201510653001
【发明人】范黎明, 曾绍清, 周长虹, 王虎, 李宬晓, 吴俊
【申请人】中国石油集团川庆钻探工程有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年10月10日