Vrtalne naprave s povratnim kroženjem s plinskim dvigalom so zelo učinkovita oprema za vrtanje, ki se pogosto uporablja pri geoloških raziskavah, gradnji vodnih vodnjakov in gradnji temeljev na pilotih. Njihovo osrednje načelo je mešanje stisnjenega zraka z vrtalno tekočino, da se ustvari tekočina z nizko-gostoto, ki ustvari navzgor vzvratni krožni tok znotraj vrtalne cevi, ki učinkovito prenaša ostanke in izboljšuje učinkovitost vrtanja. Zasnova te opreme vključuje več ključnih korakov, ki zahtevajo celovito obravnavo mehanske strukture, pnevmatskega sistema in dinamike tekočin.
Prvič, glavno strukturo vrtalne naprave s povratnim kroženjem plin{0}}dvigala sestavljajo vrtalna cev, sveder, komora za mešanje plin-tekočine in sistem za odstranjevanje žlindre. Vrtalna cev je običajno izdelana iz jekla z visoko-trdnostjo, da se zagotovi stabilnost pod vplivom visoko{4}}tlačnega toka zraka in vrtalne tekočine. Konstrukcijo svedra je treba prilagoditi različnim pogojem oblikovanja, kot je trda kamnina ali rahla zemlja, da se poveča učinkovitost lomljenja kamnine. Komora za mešanje plina-tekočine je osrednja komponenta, njena funkcija pa je temeljito mešanje stisnjenega zraka in vrtalne tekočine, zmanjšanje gostote tekočine in ustvarjanje stabilnega povratnega toka kroženja.
Drugič, zasnova pnevmatskega sistema je ključnega pomena. Stisnjen zrak vstopi v komoro za mešanje plina-tekočine skozi regulacijski ventil in šobo. Njegov tlak in pretok morata biti natančno nadzorovana na podlagi globine vrtanja in značilnosti formacije. Razmerje mešanice-z-vrtalne tekočine neposredno vpliva na učinkovitost obratnega kroženja, zato je treba parametre optimizirati s poskusi ali simulacijami računalniške dinamike tekočin (CFD).
Končno mora zasnova sistema za odstranjevanje žlindre zagotavljati nemoteno odstranjevanje odrezkov. Cevi za odstranjevanje žlindre z velikim-premerom se običajno uporabljajo v kombinaciji s tehnologijo ločevanja ciklonov za zmanjšanje izgube vrtalne tekočine in izboljšanje učinkovitosti ločevanja odpadkov.
Če povzamemo, celostni pristop k vrtalnim-napravam s povratnim kroženjem plinskega dvigala zahteva integracijo mehanskih, pnevmatskih tehnologij in tehnologij za krmiljenje tekočin, ki optimizirajo delovanje vsake komponente za doseganje učinkovitih in stabilnih operacij vrtanja. Ta pristop je bistveno izboljšal učinkovitost vrtanja in zmanjšal porabo energije, zaradi česar je ključna razvojna usmeritev sodobne tehnologije vrtanja.
