油井大修作業(yè)井眼凈化研究與探討

史永杰

摘 要：油氣井大修作業(yè)與一般常規(guī)作業(yè)相比，往往成本高、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大。因此，對(duì)大修作業(yè)中的各項(xiàng)工作進(jìn)行有效的準(zhǔn)備和采取科學(xué)的技術(shù)措施，是保證作業(yè)成功率及提高作業(yè)效率、降低作業(yè)成本的一項(xiàng)重要工作。大修作業(yè)中的循環(huán)攜砂和井眼清潔技術(shù)就是其中一項(xiàng)，本文旨在探討兩種連續(xù)循環(huán)方式的應(yīng)用，引申探討該技術(shù)在大修作業(yè)沖砂洗井以及套磨銑作業(yè)過程中的應(yīng)用，以降低作業(yè)中卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，提高井眼凈化能力，提高時(shí)效，降低作業(yè)成本。

關(guān)鍵詞：大斜度井;井眼凈化;水平井;連續(xù)循環(huán);油井大修

1 井眼凈化問題的影響因素

油水井大修作業(yè)與一般常規(guī)作業(yè)相比，往往成本高、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大。因此，對(duì)大修作業(yè)中的各項(xiàng)工作進(jìn)行有效的準(zhǔn)備和采取科學(xué)的技術(shù)措施，是保證作業(yè)成功率及提高作業(yè)效率、降低作業(yè)成本的一項(xiàng)重要工作。大修作業(yè)中，受修井液、工具、循環(huán)設(shè)備等因素的影響，循環(huán)沖砂洗井以及套磨銑作業(yè)一直被視為高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，循環(huán)攜砂和井眼凈化問題一直是制約大修成本的重要因素。

隨著國(guó)際油價(jià)的持續(xù)低迷，大修作業(yè)成本不斷壓縮，井眼凈化問題也逐漸被人們所重視。國(guó)內(nèi)外專家通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀察，研究了井斜角、環(huán)空返速、鉆井液性能等因素對(duì)井眼凈化程度的影響，得出如下結(jié)論。

①井斜角的影響：研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)井斜角處在30°～ 70°之間時(shí)，極易形成“巖屑床”，井筒很容易形成砂橋;②環(huán)空返速的影響：井斜角從0°增到45°時(shí)，確保有效拖拽巖屑上返的臨界返速增加很快，且其值是直井的幾倍。井斜角45°左右的斜井段，井眼凈化情況的改善以環(huán)空返速0.762～0.914m/s為轉(zhuǎn)折點(diǎn);③鉆井液性能及流態(tài)的影響：渤海油田大修作業(yè)基本上都是使用地?zé)崴鳛樾蘧菏褂茫蘧旱男阅懿荒軌驖M足剪切力和粘度的要求，適當(dāng)?shù)臈l件下還是應(yīng)該選用套銑沖砂液來(lái)增加懸浮攜帶砂粒的作用;④鉆具與巖屑床的相對(duì)狀態(tài)：大斜度井段，當(dāng)鉆具相對(duì)巖屑床處于“準(zhǔn)”靜止?fàn)顟B(tài)，巖屑床不會(huì)受到破壞，且厚度可能會(huì)增加;因此，在循環(huán)沖砂的過程中要時(shí)刻保持鉆具的活動(dòng)狀態(tài)。

2 井眼凈化不好的危害

①導(dǎo)致在井眼低邊形成砂橋;②增加了井漏的風(fēng)險(xiǎn);③增加卡鉆的風(fēng)險(xiǎn);④增加了大修作業(yè)的成本;⑤此外，井眼凈化不充分還會(huì)使入井的測(cè)試工具、測(cè)井儀器受阻，作業(yè)成功率下降甚至難以進(jìn)行，使下套管、固井作業(yè)困難，水泥封固質(zhì)量差。

3 連續(xù)循環(huán)技術(shù)的研究

連續(xù)循環(huán)技術(shù)是指采取適當(dāng)?shù)墓ぞ咴O(shè)備，在接卸單根時(shí)保持泥漿連續(xù)循環(huán)，維持井底壓力的一種新型鉆井技術(shù)。該技術(shù)能夠提供穩(wěn)定的循環(huán)當(dāng)量密度，保持井下狀態(tài)和井底壓力穩(wěn)定，有效降低循環(huán)漏失、地層破裂和井涌的機(jī)會(huì)，同時(shí)，不間斷鉆屑的排出，改善井眼質(zhì)量，防止形成鉆屑床，減少卡鉆機(jī)會(huì)。目前應(yīng)用較廣泛的主要有連續(xù)循環(huán)閥和連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)兩種方式。

3.1 連續(xù)循環(huán)閥（CCV）

連續(xù)循環(huán)閥（Continuous Circulation Valve）主要由短節(jié)本體、中心蓋板閥、側(cè)向蓋板閥總成組成，與所使用鉆桿扣型相同，配有中心及側(cè)向2個(gè)單向蓋板閥。

其原理是套銑時(shí)預(yù)先將連續(xù)循環(huán)閥連接在旋塞閥下面，正常套銑時(shí)反循環(huán)閥靠彈簧彈力使頂閥自動(dòng)關(guān)閉，液流從管柱內(nèi)通過，當(dāng)需要接單根時(shí)，先將可旋轉(zhuǎn)插接管與循環(huán)閥連接（絲扣連接），因帶有旋塞接頭，因此可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)上扣作業(yè);在上扣過程中，頂桿將頂閥逐漸頂開，當(dāng)絲扣上緊時(shí)，頂閥完全打開，循環(huán)閥即處于完全打開狀態(tài)。此時(shí)關(guān)閉旋塞閥，則液流全部進(jìn)入了連接管。保持鉆井液始終處于連續(xù)循環(huán)狀態(tài)，保持井底壓力恒定，消除因循環(huán)中斷造成的井下復(fù)雜情況，提高沖洗效率。

3.2 連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)（CCS）

連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)（Continuous Circulation System）是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)不用停止鉆井液在井內(nèi)的循環(huán)來(lái)完成鉆桿的上卸扣等連接工作的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以鉆臺(tái)為基礎(chǔ)，適用于任何帶有頂驅(qū)鉆井裝置的井架。

3.2.1 系統(tǒng)組成

連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成5部分，連續(xù)循環(huán)連接器（連接器）、鉆井液分流及輸送裝置、頂驅(qū)連接工具、控制系統(tǒng)和液壓動(dòng)力系統(tǒng)。其中，連接器是連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)的核心。此連接器是一個(gè)高效的壓力腔，安裝在帶轉(zhuǎn)盤的鉆機(jī)平臺(tái)上，當(dāng)鉆柱通過它時(shí)，它將完成接單根和鉆桿公扣和母扣的密封等工作。

采用頂部驅(qū)動(dòng)的三重閘板防噴器（BOP），連接器提供了一種通過鉆柱連續(xù)循環(huán)鉆井液的連接方式。在鉆柱的公扣和母扣已卸開的情況下，連接器可用于密封鉆柱和閘板的連接部位，閘板位于最頂部接頭處（在鉆桿和頂部驅(qū)動(dòng)磨損部件的連接處）的上部和下部。

連接器壓力腔底部連接著一個(gè)鉆桿卡瓦，當(dāng)上扣時(shí)，連接器被提升，鉆柱被提到司鉆可以看到工具接頭的轉(zhuǎn)盤的上部。連接器然后下降，底部的閘板將鉆桿卡住，然后再一次升高，提到全封閉閘板合適提起工具接頭的位置，卡瓦固定，鉆柱下行，使得連接器下行，直到卡瓦達(dá)到轉(zhuǎn)盤補(bǔ)心的位置，這就使得接頭在連接器內(nèi)精確定位，卡瓦鑲有硬合金齒，可以在橫向和縱向抓牢鉆桿。

卸扣卸開鉆柱后，抗磨部件提升，利用全封閉防噴器閘板使之與鉆柱上隔開。卸壓后，抗磨部件與連接器脫離，以便接單根或接立根作業(yè)。新的立根或單根插入連接器，防噴器上部閘板關(guān)閉并用泥漿加壓。接著，打開全封閉防噴器閘板，下放立根并將立根接到鉆桿上。這樣，流向鉆柱的鉆井液從未停止過，壓力和流量一直都在連續(xù)控制之下。

3.2.2 控制系統(tǒng)

連續(xù)循環(huán)控制系統(tǒng)是一個(gè)用電控液的電--液壓控制系統(tǒng)來(lái)控制。該控制系統(tǒng)整個(gè)過程很大程度都需要電力和液壓部件的協(xié)助，司鉆通過一個(gè)觸摸式的顯示屏操縱控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過程的自動(dòng)化控制，并且對(duì)整個(gè)過程中傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解決了人工帶壓作業(yè)的安全隱患。

3.3 兩種方式的對(duì)比

項(xiàng)目 優(yōu)勢(shì) 劣勢(shì)連續(xù)循環(huán)閥（CCV） 應(yīng)用范圍廣，適用于各種類型的鉆機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作 需要多個(gè)循環(huán)閥入井，增加井下風(fēng)險(xiǎn);人工帶壓拆接管線，安全風(fēng)險(xiǎn)大連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)（CCS） 循環(huán)轉(zhuǎn)換自動(dòng)控制，安全性高，無(wú)需井下工具，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)小;可實(shí)現(xiàn)鐵鉆工、動(dòng)力卡瓦連續(xù)循環(huán)多種功能 只適用于帶頂驅(qū)的鉆機(jī)，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備較多，對(duì)場(chǎng)地面積要求較高

3.4 連續(xù)循環(huán)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

①消除了為了接單根停止和開始循環(huán)時(shí)的壓力的波動(dòng)，利于保持井眼壓力穩(wěn)定，大大降低了循環(huán)漏失、地層破裂、井涌、壓差卡鉆、鉆頭或底部鉆具組合遇卡的風(fēng)險(xiǎn);②接單根時(shí)也保持一定的循環(huán)通路，節(jié)省了接單根前為了清除井筒內(nèi)懸浮的砂子、凈化井筒的額外循環(huán)時(shí)間;③連續(xù)循環(huán)技術(shù)消除了井底壓力波動(dòng)，在大修作業(yè)期間建立了穩(wěn)定的循環(huán)當(dāng)量密度，降低了井涌、井漏和其他復(fù)雜情況風(fēng)險(xiǎn);④由于連續(xù)循環(huán)減小了井涌的可能性，而且即使是發(fā)生井涌，也更加易于處理，因而提高了作業(yè)井的安全性;⑤在孔隙壓力或破裂壓力窗口較窄時(shí)易于控制井內(nèi)壓力，降低作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn);⑥始終保持循環(huán)狀態(tài)，降低了砂子沉降的速度，有利于井眼清潔，尤其是大位移井和水平井，降低了卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論及建議

①油水井大修沖砂和套磨銑作業(yè)中井眼凈化問題是保證作業(yè)成功率及提高作業(yè)效率、降低作業(yè)成本的一項(xiàng)重要技術(shù)。將連續(xù)循環(huán)技術(shù)應(yīng)用到大修作業(yè)中，理念新穎，是對(duì)其功能的一次成功嘗試和大膽拓展，核心是利用不間斷循環(huán)在保證井控安全的前提下有效增加井筒內(nèi)砂子的返出速度，降低接單根前的循環(huán)時(shí)間，以此提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本;②由于連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)所需設(shè)備較多，對(duì)鉆機(jī)和場(chǎng)地面積有一定的要求，因此建議首先選擇連續(xù)循環(huán)閥進(jìn)行作業(yè)嘗試，根據(jù)作業(yè)情況總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，擇機(jī)選擇合適的平臺(tái)進(jìn)行連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳樂亮.水平井的井眼凈化問題[J].鉆井液與完井液，1992 （3）.

[2]胡景榮.再論大斜度定向井的井眼凈化問題[J].鉆采工藝，2001.

[3]胡志堅(jiān)，馬青芳，邵強(qiáng)，等.連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)的發(fā)展與研究[J].石油鉆采工藝，2011，33（1）.