連續循環閥鉆井技術在南海東部大位移井中應用

張 強，許傳波

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 深水工程技術中心，廣東 深圳 518067)①

連續循環閥鉆井技術在南海東部大位移井中應用

張 強，許傳波

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 深水工程技術中心，廣東 深圳 518067)①

鉆井；連續循環閥；大位移井；鉆井時效

大位移井是指井眼的水平位移與垂直深度比值等于或者大于2的定向井，它是開發邊際油田的最有效手段之一。由于大位移井具有長的裸眼穩斜段，巖屑易于沉積形成巖屑床，為了有效提升攜巖石性能，防止卡鉆事故發生，鉆井液應保持連續循環狀態。南海東部油田常規頂驅旋轉鉆進過程中，需要停泵接立柱(或者單根)，開泵恢復循環。頻繁地開泵、停泵一方面造成巖屑的沉積，導致沉砂卡鉆等事故，另一方面由于大位移井壓力窗口窄，漏失壓力和坍塌壓力相差不大，停泵、開泵造成的激動壓力易造成井漏井塌等復雜狀況。因此，大位移井鉆進過程中保證鉆井液處于連續不間斷循環狀態十分重要。

南海東部油田某區塊采用新型鉆井工藝——連續循環閥鉆井技術(CCV，Continuous Circulation Valve)開發了3口大位移井。

1 連續循環閥鉆井技術簡介

連續循環鉆井技術(CCD，Continuous Circulation Drilling)是指整個鉆進期間鉆井液連續流動，有效地保證井底穩定的當量循環密度ECD和充分攜巖及清洗井眼的一種鉆井技術。連續循環鉆井技術分成連續循環系統鉆井技術(CCS，Continuous Circulation System)和連續循環閥鉆井技術(CCV)[1-2]。

1.1 國內外研究現狀

Laurie Ayling在1995年首次提出了連續循環鉆井的概念。2000年，連續循環鉆井聯合工業項目開始運行，2003年取得現場測試的成功，隨后開始了工程樣機的設計和制造并在2005年連續循環系統實現商業化應用。Statoil 公司利用連續循環鉆井技術在北海油田成功完鉆6口井，標志著該技術的巨大應用潛力[3-6]。

連續循環系統結構復雜，對設備密封、強度、耐用性等性能與操作標準均提出了很高的要求，限制了連續循環鉆井技術的發展。為了簡化該技術，意大利ENI集團首次開發了E-CD系統[7]，即連續循環閥系統。首臺樣機在位于挪威的全尺寸試驗鉆機“ Ullrigg”上的測試結果表明，連續循環閥可以大幅提高鉆井時效。隨后該公司利用連續循環閥鉆井技術開發7口復雜井，均取得成功[8]。2011年開始，深圳遠東石油鉆采工程有限公司聯合川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院展開了連續循環閥的技術攻關，并將該技術成功應用在四川、新疆等7口井的鉆探工作中。經過近10 a的發展，連續循環閥鉆井系統已進入推廣應用階段，國內主要的石油公司也在嘗試使用此項技術。

1.2 技術優勢

1) 保持井眼清潔。鉆井液長時間的靜止會導致巖屑的沉積，連續循環閥鉆井可以保證鉆井液的不間斷循環，有效地清除井內巖屑，防止造成壓差卡鉆、砂橋卡鉆、沉砂卡鉆等鉆井事故的發生，同時，連續清洗井壁提升了井壁泥餅致密度，減少漏失的同時降低了井壁泥餅摩擦因數，摩阻降低，從而減少鉆進轉矩，提升作業時效。

2) 消除井內波動壓力的影響[9]。大位移井鉆進過程中穩定的井內壓力可以降低鉆井液當量循環密度的波動，降低井壁不穩定坍塌的風險，連續循環閥鉆井技術接立柱時不用頻繁地開泵停泵，消除了開泵停泵造成的激動或者抽汲壓力，降低井漏或井涌風險。

3) 減少鉆井非生產時間，增加鉆井時效，節約成本。常規鉆井在卸接立柱或單根后需要一定的時間重新建立循環，建立平衡，連續循環閥系統不需要這段非生產時間，同時鉆井液的連續循環可以有效降低倒劃眼的時間和次數，降低倒劃眼的轉矩與難度，工作效率大幅度提升[10]。

4) 結構簡單，性能可靠。連續循環閥鉆井系統相對其他連續循環系統設備穩定性高，操作簡單，現場實用性強。同時常規鉆井如果設備出現故障，需將井內鉆具短起到套管鞋，連續循環閥系統可以隨時進行設備維修，從而節省作業時間。

2 連續循環閥系統工作原理

2.1 結構組成

連續循環閥系統主要由連續循環閥、控制分流系統、管匯系統組成。控制分流系統接入泥漿泵和立管管匯系統，通過控制面板上平板閥的操作實現立管和連續循環系統間的轉換。控制分流系統由電液控制，安全防爆，對承壓能力和密封性能要求較高。每次作業前應對其首先進行低壓試驗(2.1 MPa/5 min)，然后進行高壓試驗(49 MPa/15 min)，試壓期間壓降不大于2%或者1 MPa才能進行下一步作業。

連續循環閥是連續循環閥系統的主體結構，由旁通閥、側閥座、中心單向閥、循環閥本體等組成。連續循環閥連接在鉆柱上，在鉆進過程中作為鉆柱的一部分下入井中，接立柱或者單根時與控制系統配合，通過改變鉆井液的流向實現鉆井液連續循環。使用循環閥時一方面保證與常規鉆井設備的兼容性與匹配性，不影響電纜測斜等儀器的順利下入，另一方面，保證旁通閥與管匯系統密封良好，滿足低壓及高壓試壓標準。

管匯系統連接連續循環閥系統各部件，要有一定的高壓承壓能力，為鉆井液的循環提供流通通道。

2.2 作業流程

連續循環閥鉆井在接立柱過程中的具體操作步驟主要分成4步[11]。

1) 正常鉆進。正常鉆進過程中鉆井液經由立管管匯循環，連續循環閥的旁通閥關閉。如圖1所示。

圖1 立管管匯循環系統

2) 旁通閥接入控制分流系統。使用頂驅上提鉆柱，保證連續循環閥的旁通閥處于方便接入旁通軟管高度，坐上卡瓦，固定鉆柱，將高壓軟管接入連續循環閥的旁通閥，并保證其強度和密封性能良好，此時連續循環閥與控制分流系統連接。

3) 循環系統轉換。使用控制系統將高壓軟管內充滿鉆井液，并當管匯壓力達到與立管壓力相當時，關閉立管管匯系統，并卸掉立管壓力，此時立管管匯和連續循環系統實現轉換，鉆井液不通過立管管匯，直接流經連續循環閥實現立柱過程中的連續循環。如圖2所示。

4) 接立柱，恢復正常鉆進。接立柱后，打開立管循環系統，將立管管匯內充滿鉆井液并達到循環壓力，此時使用控制系統關閉連續循環閥的旁通閥，卸掉旁通軟管及管匯內的剩余壓力，提起卡瓦，從而恢復正常鉆井過程。

圖2 連續循環閥系統

3 連續循環閥鉆井技術現場使用評價

3.1 南海東部油田大位移井概況

南海東部油田某區塊位于南海珠江口盆地，油田所在海域水深100 m，主要目標層位于中新統，屬于正常的溫度及壓力系統，前期主力油層的采出程度超過60%，已經進入開發后期。為了進一步開發深部潛力較大的油藏，2015-04開始在預探井PY10-8-1井的基礎上開始3口大位移調整井的鉆探，以求增加采出程度，挖掘剩余潛力。3口井的基本參數如表1所示。

表1 南海東部3口井基本參數

3.2 現場應用

不穩定的工況易造成井下復雜事故的發生，為了保證井下安全，決定在4 892～5 568 m使用連續循環閥鉆井系統，保證鉆井液的連續循環。該井段共使用連續循環閥短節24個，泵壓、排量、鉆壓較為穩定，鉆進過程中當量循環鉆井液密度ECD變化率小于2.4%，機械鉆速ROP相比常規鉆井速度有所增加，比設計完鉆時間提前10%以上，順利完成鉆井。如圖3。實踐表明：使用連續循環閥系統順利通過斷層，到達完鉆井深，沒有發生垮塌漏失等現象，同時倒劃眼起鉆過程非常順利，表明該段井眼較為規則，井壁光滑，井眼清洗效果較好。連續循環閥鉆井工藝在該井的使用是成功的。

圖3 連續循環閥系統在PY10-8-A3井的應用

連續循環閥鉆井工藝在PY10-8-A3井中的成功應用為該區塊后續大位移井的鉆井積累了寶貴的經驗，隨后開鉆的2口大位移井PY10-8-A1井和PY10-8-A1H井在復雜井段均采用了連續循環閥鉆井工藝并順利完鉆。連續循環閥在3口井的使用情況如表2所示。

表2 連續循環閥在3口井的使用情況

4 結論

1) 連續循環閥鉆井技術實現了鉆井過程中鉆井液的不間斷循環，降低井底當量循環鉆井液密度ECD的波動范圍，提升井眼清洗效果，有效地解決了窄壓力窗口井、高溫高壓井、大位移井等復雜井在接立柱過程中停泵、開泵造成的系列難題。

2) 連續循環閥鉆井技術在南海東部油田3口大位移井中的成功應用是該技術在海上油田的又一成功突破，為未來海上大位移井等復雜井的開發提供了有力的技術支持，為復雜井的鉆進提供了一個新的思路和解決方法。

3) 連續循環閥系統仍有許多技術瓶頸需要攻關。例如旁通閥與高壓軟管的密封性能、連續循環系統與立管系統的無時間間隙轉換、高壓管匯與控制系統的強度與耐壓性能、兩種循環系統的部件匹配性問題等。

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[2] Brugman J D，Vogel R E，Jenner J W.The continuous circulation system-from prototype to commerciall tool[R].SPE 102851，2006.

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[4] 王瑜，丁偉.連續循環鉆井技術及其應用前景[J].石油礦場機械,2008，37(11)：94-97.

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[8] 陳香潤，邱亞玲，劉清友，等.連續循環系統工作原理分析及方案設計[J].西南石油大學學報,2007，29(1)：110-112.

[9] 王錫洲，王洪兵，肖利君，等.連續循環系統工作原理分析及方案設計[J].石油礦場機械,2009，38(10)：35-39.

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Application of Continuous Circulation Calve Drilling Technology in Nanhai East Large Displacement Wells

ZHANG Qiang，XU Chuanbo

(Deepwater Well Engineering & Operating Center，Shenzhen Branch，CNOOC Ltd.，Shenzhen 518067，China)

drilling；continuous circulation calve；large displacement well；drilling time-efficiency

1001-3482(2016)12-0079-04

2016-06-01

“十三五”國家科技重大專項子課題“深水鉆完井工程技術”(2016ZX05028001-008)

張 強(1986-)，男，安徽宿州人，碩士，主要從事海洋鉆井研究，E-mail：zq1988_upc@163.com。

TE951

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.021