連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)在渤海油田中的應(yīng)用

陳佳寶

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 （天津 300452）

渤海油田錦州區(qū)塊，在淺部表層存在大約60 m厚鵝卵石層，膠結(jié)疏松。在鉆進(jìn)過程中，因井眼尺寸大攜帶不徹底，或者井壁鵝卵石剝落，在接立柱時經(jīng)常發(fā)生卡鉆事故。后改變井身結(jié)構(gòu)，表層套管下至鵝卵石層頂部，再使用311.15 mm鉆頭，鉆穿鵝卵石層，但又因表層套管下深不夠，管鞋處承壓能力低，不能滿足井控要求。所以引進(jìn)了連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)，解決表層大井眼鉆進(jìn)、鵝卵石沉砂卡鉆問題[1-5]。

雖然不停泵連續(xù)循環(huán)技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)研究并實(shí)驗(yàn)了一段時間，但真正實(shí)際應(yīng)用卻很少，筆者主要介紹中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司研制的CCV連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)在渤海油田錦州區(qū)塊的應(yīng)用實(shí)例。

1 連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)組成部分及工藝流程

連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)主要由循環(huán)管匯、控制系統(tǒng)及循環(huán)短節(jié)3部分組成[6-7]：①循環(huán)管匯。循環(huán)管匯主要是實(shí)現(xiàn)高壓鉆井液通路的轉(zhuǎn)換及泄流功能，由主通道、旁通通道和泄壓通道，以及相關(guān)球閥和控制管線組成（圖1）。②液壓控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制循環(huán)管匯的開關(guān)、通道變化及泄壓功能。由液壓執(zhí)行器、管線連接和遙控臺組成。③循環(huán)短節(jié)。循環(huán)短節(jié)預(yù)先接在立柱之上，能實(shí)現(xiàn)鉆井液在主通道（從頂驅(qū)至鉆桿內(nèi)）和旁通道（循環(huán)短節(jié)本體旁通至鉆桿內(nèi)）之間切換。主要由短節(jié)本體、閥板、主通道閥座、旁通孔閥座及旁通孔插入頭組成，如圖2所示。④連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)連接如圖3所示。

圖1 運(yùn)行頻率與電網(wǎng)諧波電壓變化曲線

圖2 循環(huán)短節(jié)示意圖

工藝流程及基本原理：①接一柱帶循環(huán)短節(jié)的立柱，開泵，泥漿從連續(xù)循環(huán)管匯主通道進(jìn)入立管，通過水龍帶、頂驅(qū)、連續(xù)循環(huán)短節(jié)，進(jìn)入鉆具中，實(shí)現(xiàn)正常鉆進(jìn)。此時，循環(huán)短節(jié)旁通孔道處于關(guān)閉狀態(tài)。②鉆完1個立柱，循環(huán)短節(jié)接近鉆盤面，座入鉆桿卡瓦。插入旁通孔插入頭及管線。③通過遙控裝置，打開旁通孔通道，泥漿同時通過主通道和旁通孔通道進(jìn)入鉆具。④通過遙控裝置關(guān)閉主通道，然后用手柄扳手關(guān)閉連續(xù)循環(huán)短節(jié)上的球閥，同時從泄壓閥卸掉水龍帶中的壓力。⑤卸掉頂驅(qū)，接一柱帶連續(xù)循環(huán)短節(jié)立柱。⑥從遙控裝置打開循環(huán)管匯上的主通路，然后用手柄扳手打開循環(huán)短節(jié)上的球閥，實(shí)現(xiàn)主通道和旁通孔通道同時流動泥漿，進(jìn)入到鉆具中。⑦通過遙控裝置，關(guān)閉旁通孔通道，同時從泄壓閥卸掉管線中的壓力。此時，閥板在壓力作用下關(guān)閉旁通，卸掉旁通孔上的插入頭，并上緊堵頭。⑧繼續(xù)鉆進(jìn)作業(yè)。

圖3 連續(xù)循環(huán)閥系統(tǒng)流程圖

2 連續(xù)循環(huán)閥鉆井工藝的現(xiàn)場應(yīng)用

錦州X井是一口定向井，最大井斜35.15°，設(shè)計Φ609.6 mm隔水管入泥50 m，一開Φ444.5 mm井眼鉆進(jìn)至402 m，下入Φ339.7 mm表層套管；二開Φ 311.15 mm井眼至2 332 m，下入Φ244.5 mm套管完鉆。一開鉆具組合：Φ444.5mmPDC鉆頭+Φ244.5 mm馬達(dá)（1.5°）+Φ203.2 mm浮閥+Φ203.2 mmSTB+Φ203.2 mm非磁鉆鋌+Φ203.2 mmMWD+Φ203.2 mm短非磁鉆鋌+Φ203.2 mm震擊器+X/O+Φ127 mm加重鉆桿×14根。

根據(jù)鄰井資料得知，該井在平原組下部330～390 m處將鉆遇垂厚約60 m鵝卵石層，以往該區(qū)塊在Φ444.5 mm井眼鉆進(jìn)過程中，經(jīng)常發(fā)生卡鉆事故。為了保證鉆井作業(yè)順利完成，經(jīng)過論證分析，決定使用連續(xù)循環(huán)閥不停泵鉆井工藝。

2.1 作業(yè)準(zhǔn)備與設(shè)備安裝

1）鉆臺提前于4柱鉆桿之上接好循環(huán)短節(jié)，并立在鉆根盒里，以備鉆進(jìn)至鵝卵石層使用。

2）安放連續(xù)循環(huán)管匯位置。連續(xù)循環(huán)管匯需要連接泥漿管匯，因此宜放置于泥漿管線路徑之間，液壓控制系統(tǒng)放置于相鄰的位置。確定安放位置時主要考慮3點(diǎn)：管線長度；液壓控制管線較短，因此要放于連續(xù)循環(huán)管匯附近；同時還要考慮到遠(yuǎn)程控制的管線需要。

3）管匯連接。連續(xù)循環(huán)管匯包括2條101.6 mm（4"）高壓管匯、1條76.2 mm（3"）高壓管匯和2條76.2 mm（3"）泄壓管匯。2條101.6 mm（4"）高壓管匯一進(jìn)一出，為原鉆井管匯，砸開由壬直接連接。76.2 mm(3")高壓管匯為固井管匯，連接到鉆臺，用于接立柱時使用連續(xù)循環(huán)短節(jié)循環(huán)。2條放壓管線，通到泥漿罐。

4)液控管線連接及控制系統(tǒng)測試：總計有8根液壓管線連接到液壓控制系統(tǒng)，接通電源后，進(jìn)行控制測試，確保旋鈕與閥門開關(guān)指示相符，閥門開關(guān)指示與實(shí)際閥門開關(guān)相符。對遠(yuǎn)程控制通電后，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制測試，保證遠(yuǎn)程控制有效、準(zhǔn)確、動作迅速。

2.2 現(xiàn)場作業(yè)程序

1）一開鉆進(jìn)至318.2 m后，接帶有循環(huán)短節(jié)的立柱，繼續(xù)鉆完整立柱至346.7 m。

2）座卡瓦，降低排量至原排量的三分之二，打開觀察孔（泄壓頭不需全部打開，旋開半扣到一口即可確定是否泄漏），觀察是否泄漏；拆掉泄壓堵頭，插入連接旁通短節(jié)，連接50.8 mm（2"）管線，旁通短節(jié)拴好安全繩。

3）通過遙控裝置，打開3#球閥（旁通孔通道）；手動關(guān)閉循環(huán)短節(jié)球閥，遙控關(guān)閉4#球閥（主通道），并進(jìn)行確認(rèn)。

4）遙控打開4#輔球閥（主通道）泄壓，卸掉管線內(nèi)的壓力，并觀察泵壓的變化，待管線內(nèi)泄壓完畢（觀察泄壓口無液體流出后），關(guān)閉4#輔球閥（主通道）。

5）卸掉頂驅(qū)，接立柱，連接頂驅(qū)。

6）遙控打開4#球閥（主通道），手動打開短節(jié)球閥（必須保證開到位）；遙控關(guān)閉3#球閥（旁通孔通道）；遙控開啟3#輔球閥（旁通孔通道），卸掉管線內(nèi)的壓力，觀察壓力的變化，觀察渤十泄壓口無液體流出后，關(guān)閉3#輔球閥（旁通孔通道）；卸掉50.8 mm(2")旁通孔管線及旁通孔上的旁通短節(jié)。將旁通孔及絲扣擦拭干凈，上緊堵頭；堵頭的扣比較脆弱需要妥善保管，防止磕碰；在擦拭旁通孔及絲扣時不得觸碰板閥，否則會造成泥漿噴出。

7）將排量提升到正常鉆井排量，繼續(xù)鉆進(jìn)，重復(fù)以上步驟經(jīng)過4 h直至鉆進(jìn)至中完井深402 m。

2.3 應(yīng)用情況分析

1）使用該連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)從318.2至402 m，約84 m厚的鵝卵石層中鉆進(jìn)，過程中一直處在循環(huán)狀態(tài)，巖屑能及時有效攜帶出井口，沒有任何憋卡等復(fù)雜情況發(fā)生。

2）每次拆接立柱大約需要15～20 min，主要原因在于需要不斷進(jìn)行閥門關(guān)閉、開啟與放壓的人工再次確認(rèn)，驗(yàn)證各部件工作正常、安全，延長了作業(yè)時間，后續(xù)可省略人工復(fù)檢，大大提高時效。

3）鉆臺操作人員安全問題，主要是循環(huán)短節(jié)的的承壓密封問題。在打開旁通閥時人員必須側(cè)面站位，建議通過試驗(yàn)獲取循環(huán)短節(jié)的最高承壓和最低承壓能力。

4）每柱鉆桿需要連接一只或者兩只循環(huán)短節(jié)，導(dǎo)致立柱過高，給人員操作帶來一定影響，需要考慮每柱鉆桿長度不能過長。此外，循環(huán)短節(jié)上接頂驅(qū)，部分循環(huán)短節(jié)球閥開關(guān)孔與頂驅(qū)喇叭口較近，有一定沖突。

3 結(jié)論及建議

1）連續(xù)循環(huán)閥鉆井工藝可以實(shí)現(xiàn)不間斷循環(huán)，適用壓力窗口窄、易沉砂卡鉆及大位移易形成巖屑床等復(fù)雜情況的井。它可以極大程度上降低事故的發(fā)生概率，保證作業(yè)順利進(jìn)行。

2）連續(xù)循環(huán)閥鉆井系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制循環(huán)管匯，實(shí)現(xiàn)循環(huán)狀態(tài)下的通道快速切換。建議泄壓管線上添加壓力表，防止不易觀察的情況發(fā)生，保證作業(yè)安全。

3）板閥式結(jié)構(gòu)。這也是連續(xù)循環(huán)短節(jié)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)存在中心閥閥板易受沖蝕而導(dǎo)致的密封失效、扭簧長期受力而損壞和無法在鉆柱內(nèi)下入隨鉆測斜工具等問題。

4）根據(jù)流道壓力和鉆井液流向變化研發(fā)自動開啟或關(guān)閉鉆井液循環(huán)通道。目前未見可靠的解決方案，因此在當(dāng)前這種狀況下，改進(jìn)辦法是扭簧壽命和密封面的密封性能，可多做試驗(yàn)、加強(qiáng)人員培訓(xùn)，進(jìn)行全面的風(fēng)險分析。