連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)在南海東部大位移井中應(yīng)用

張 強(qiáng)，許傳波

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

連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)在南海東部大位移井中應(yīng)用

張 強(qiáng)，許傳波

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

鉆井；連續(xù)循環(huán)閥；大位移井；鉆井時(shí)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(fā)邊際油田的最有效手段之一。由于大位移井具有長(zhǎng)的裸眼穩(wěn)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(fā)生，鉆井液應(yīng)保持連續(xù)循環(huán)狀態(tài)。南海東部油田常規(guī)頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中，需要停泵接立柱(或者單根)，開泵恢復(fù)循環(huán)。頻繁地開泵、停泵一方面造成巖屑的沉積，導(dǎo)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(dòng)壓力易造成井漏井塌等復(fù)雜狀況。因此，大位移井鉆進(jìn)過程中保證鉆井液處于連續(xù)不間斷循環(huán)狀態(tài)十分重要。

南海東部油田某區(qū)塊采用新型鉆井工藝——連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)(CCV，Continuous Circulation Valve)開發(fā)了3口大位移井。

1 連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)簡(jiǎn)介

連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)(CCD，Continuous Circulation Drilling)是指整個(gè)鉆進(jìn)期間鉆井液連續(xù)流動(dòng)，有效地保證井底穩(wěn)定的當(dāng)量循環(huán)密度ECD和充分?jǐn)y巖及清洗井眼的一種鉆井技術(shù)。連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)分成連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)鉆井技術(shù)(CCS，Continuous Circulation System)和連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)(CCV)[1-2]。

1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Laurie Ayling在1995年首次提出了連續(xù)循環(huán)鉆井的概念。2000年，連續(xù)循環(huán)鉆井聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目開始運(yùn)行，2003年取得現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的成功，隨后開始了工程樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造并在2005年連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。Statoil 公司利用連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)在北海油田成功完鉆6口井，標(biāo)志著該技術(shù)的巨大應(yīng)用潛力[3-6]。

連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)設(shè)備密封、強(qiáng)度、耐用性等性能與操作標(biāo)準(zhǔn)均提出了很高的要求，限制了連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)的發(fā)展。為了簡(jiǎn)化該技術(shù)，意大利ENI集團(tuán)首次開發(fā)了E-CD系統(tǒng)[7]，即連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)。首臺(tái)樣機(jī)在位于挪威的全尺寸試驗(yàn)鉆機(jī)“ Ullrigg”上的測(cè)試結(jié)果表明，連續(xù)循環(huán)閥可以大幅提高鉆井時(shí)效。隨后該公司利用連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)開發(fā)7口復(fù)雜井，均取得成功[8]。2011年開始，深圳遠(yuǎn)東石油鉆采工程有限公司聯(lián)合川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院展開了連續(xù)循環(huán)閥的技術(shù)攻關(guān)，并將該技術(shù)成功應(yīng)用在四川、新疆等7口井的鉆探工作中。經(jīng)過近10 a的發(fā)展，連續(xù)循環(huán)閥鉆井系統(tǒng)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段，國(guó)內(nèi)主要的石油公司也在嘗試使用此項(xiàng)技術(shù)。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1) 保持井眼清潔。鉆井液長(zhǎng)時(shí)間的靜止會(huì)導(dǎo)致巖屑的沉積，連續(xù)循環(huán)閥鉆井可以保證鉆井液的不間斷循環(huán)，有效地清除井內(nèi)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(fā)生，同時(shí)，連續(xù)清洗井壁提升了井壁泥餅致密度，減少漏失的同時(shí)降低了井壁泥餅?zāi)Σ烈驍?shù)，摩阻降低，從而減少鉆進(jìn)轉(zhuǎn)矩，提升作業(yè)時(shí)效。

2) 消除井內(nèi)波動(dòng)壓力的影響[9]。大位移井鉆進(jìn)過程中穩(wěn)定的井內(nèi)壓力可以降低鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度的波動(dòng)，降低井壁不穩(wěn)定坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)接立柱時(shí)不用頻繁地開泵停泵，消除了開泵停泵造成的激動(dòng)或者抽汲壓力，降低井漏或井涌風(fēng)險(xiǎn)。

3) 減少鉆井非生產(chǎn)時(shí)間，增加鉆井時(shí)效，節(jié)約成本。常規(guī)鉆井在卸接立柱或單根后需要一定的時(shí)間重新建立循環(huán)，建立平衡，連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)不需要這段非生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)鉆井液的連續(xù)循環(huán)可以有效降低倒劃眼的時(shí)間和次數(shù)，降低倒劃眼的轉(zhuǎn)矩與難度，工作效率大幅度提升[10]。

4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。連續(xù)循環(huán)閥鉆井系統(tǒng)相對(duì)其他連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定性高，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性強(qiáng)。同時(shí)常規(guī)鉆井如果設(shè)備出現(xiàn)故障，需將井內(nèi)鉆具短起到套管鞋，連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)可以隨時(shí)進(jìn)行設(shè)備維修，從而節(jié)省作業(yè)時(shí)間。

2 連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)主要由連續(xù)循環(huán)閥、控制分流系統(tǒng)、管匯系統(tǒng)組成?？刂品至飨到y(tǒng)接入泥漿泵和立管管匯系統(tǒng)，通過控制面板上平板閥的操作實(shí)現(xiàn)立管和連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換?？刂品至飨到y(tǒng)由電液控制，安全防爆，對(duì)承壓能力和密封性能要求較高。每次作業(yè)前應(yīng)對(duì)其首先進(jìn)行低壓試驗(yàn)(2.1 MPa/5 min)，然后進(jìn)行高壓試驗(yàn)(49 MPa/15 min)，試壓期間壓降不大于2%或者1 MPa才能進(jìn)行下一步作業(yè)。

連續(xù)循環(huán)閥是連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，由旁通閥、側(cè)閥座、中心單向閥、循環(huán)閥本體等組成。連續(xù)循環(huán)閥連接在鉆柱上，在鉆進(jìn)過程中作為鉆柱的一部分下入井中，接立柱或者單根時(shí)與控制系統(tǒng)配合，通過改變鉆井液的流向?qū)崿F(xiàn)鉆井液連續(xù)循環(huán)。使用循環(huán)閥時(shí)一方面保證與常規(guī)鉆井設(shè)備的兼容性與匹配性，不影響電纜測(cè)斜等儀器的順利下入，另一方面，保證旁通閥與管匯系統(tǒng)密封良好，滿足低壓及高壓試壓標(biāo)準(zhǔn)。

管匯系統(tǒng)連接連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)各部件，要有一定的高壓承壓能力，為鉆井液的循環(huán)提供流通通道。

2.2 作業(yè)流程

連續(xù)循環(huán)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(jìn)。正常鉆進(jìn)過程中鉆井液經(jīng)由立管管匯循環(huán)，連續(xù)循環(huán)閥的旁通閥關(guān)閉。如圖1所示。

圖1 立管管匯循環(huán)系統(tǒng)

2) 旁通閥接入控制分流系統(tǒng)。使用頂驅(qū)上提鉆柱，保證連續(xù)循環(huán)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(xù)循環(huán)閥的旁通閥，并保證其強(qiáng)度和密封性能良好，此時(shí)連續(xù)循環(huán)閥與控制分流系統(tǒng)連接。

3) 循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。使用控制系統(tǒng)將高壓軟管內(nèi)充滿鉆井液，并當(dāng)管匯壓力達(dá)到與立管壓力相當(dāng)時(shí)，關(guān)閉立管管匯系統(tǒng)，并卸掉立管壓力，此時(shí)立管管匯和連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，鉆井液不通過立管管匯，直接流經(jīng)連續(xù)循環(huán)閥實(shí)現(xiàn)立柱過程中的連續(xù)循環(huán)。如圖2所示。

4) 接立柱，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。接立柱后，打開立管循環(huán)系統(tǒng)，將立管管匯內(nèi)充滿鉆井液并達(dá)到循環(huán)壓力，此時(shí)使用控制系統(tǒng)關(guān)閉連續(xù)循環(huán)閥的旁通閥，卸掉旁通軟管及管匯內(nèi)的剩余壓力，提起卡瓦，從而恢復(fù)正常鉆井過程。

圖2 連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)

3 連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)使用評(píng)價(jià)

3.1 南海東部油田大位移井概況

南海東部油田某區(qū)塊位于南海珠江口盆地，油田所在海域水深100 m，主要目標(biāo)層位于中新統(tǒng)，屬于正常的溫度及壓力系統(tǒng)，前期主力油層的采出程度超過60%，已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)后期。為了進(jìn)一步開發(fā)深部潛力較大的油藏，2015-04開始在預(yù)探井PY10-8-1井的基礎(chǔ)上開始3口大位移調(diào)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(shù)如表1所示。

表1 南海東部3口井基本參數(shù)

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

不穩(wěn)定的工況易造成井下復(fù)雜事故的發(fā)生，為了保證井下安全，決定在4 892～5 568 m使用連續(xù)循環(huán)閥鉆井系統(tǒng)，保證鉆井液的連續(xù)循環(huán)。該井段共使用連續(xù)循環(huán)閥短節(jié)24個(gè)，泵壓、排量、鉆壓較為穩(wěn)定，鉆進(jìn)過程中當(dāng)量循環(huán)鉆井液密度ECD變化率小于2.4%，機(jī)械鉆速ROP相比常規(guī)鉆井速度有所增加，比設(shè)計(jì)完鉆時(shí)間提前10%以上，順利完成鉆井。如圖3。實(shí)踐表明：使用連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)順利通過斷層，到達(dá)完鉆井深，沒有發(fā)生垮塌漏失等現(xiàn)象，同時(shí)倒劃眼起鉆過程非常順利，表明該段井眼較為規(guī)則，井壁光滑，井眼清洗效果較好。連續(xù)循環(huán)閥鉆井工藝在該井的使用是成功的。

圖3 連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)在PY10-8-A3井的應(yīng)用

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

表2 連續(xù)循環(huán)閥在3口井的使用情況

4 結(jié)論

1) 連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鉆井過程中鉆井液的不間斷循環(huán)，降低井底當(dāng)量循環(huán)鉆井液密度ECD的波動(dòng)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(fù)雜井在接立柱過程中停泵、開泵造成的系列難題。

2) 連續(xù)循環(huán)閥鉆井技術(shù)在南海東部油田3口大位移井中的成功應(yīng)用是該技術(shù)在海上油田的又一成功突破，為未來海上大位移井等復(fù)雜井的開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持，為復(fù)雜井的鉆進(jìn)提供了一個(gè)新的思路和解決方法。

3) 連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)仍有許多技術(shù)瓶頸需要攻關(guān)。例如旁通閥與高壓軟管的密封性能、連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)與立管系統(tǒng)的無時(shí)間間隙轉(zhuǎn)換、高壓管匯與控制系統(tǒng)的強(qiáng)度與耐壓性能、兩種循環(huán)系統(tǒng)的部件匹配性問題等。

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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(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題“深水鉆完井工程技術(shù)”(2016ZX05028001-008)

張 強(qiáng)(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