连续循环钻井技术在渤海油田中的应用

陈佳宝

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 （天津 300452）

渤海油田锦州区块，在浅部表层存在大约60 m厚鹅卵石层，胶结疏松。在钻进过程中，因井眼尺寸大携带不彻底，或者井壁鹅卵石剥落，在接立柱时经常发生卡钻事故。后改变井身结构，表层套管下至鹅卵石层顶部，再使用311.15 mm钻头，钻穿鹅卵石层，但又因表层套管下深不够，管鞋处承压能力低，不能满足井控要求。所以引进了连续循环钻井技术，解决表层大井眼钻进、鹅卵石沉砂卡钻问题[1-5]。

虽然不停泵连续循环技术在国内外已经研究并实验了一段时间，但真正实际应用却很少，笔者主要介绍中海油能源发展工程技术分公司研制的CCV连续循环钻井技术在渤海油田锦州区块的应用实例。

1 连续循环阀系统组成部分及工艺流程

连续循环阀系统主要由循环管汇、控制系统及循环短节3部分组成[6-7]：①循环管汇。循环管汇主要是实现高压钻井液通路的转换及泄流功能，由主通道、旁通通道和泄压通道，以及相关球阀和控制管线组成（图1）。②液压控制系统。液压控制系统可以实现远程控制循环管汇的开关、通道变化及泄压功能。由液压执行器、管线连接和遥控台组成。③循环短节。循环短节预先接在立柱之上，能实现钻井液在主通道（从顶驱至钻杆内）和旁通道（循环短节本体旁通至钻杆内）之间切换。主要由短节本体、阀板、主通道阀座、旁通孔阀座及旁通孔插入头组成，如图2所示。④连续循环阀系统连接如图3所示。

图1 运行频率与电网谐波电压变化曲线

图2 循环短节示意图

工艺流程及基本原理：①接一柱带循环短节的立柱，开泵，泥浆从连续循环管汇主通道进入立管，通过水龙带、顶驱、连续循环短节，进入钻具中，实现正常钻进。此时，循环短节旁通孔道处于关闭状态。②钻完1个立柱，循环短节接近钻盘面，座入钻杆卡瓦。插入旁通孔插入头及管线。③通过遥控装置，打开旁通孔通道，泥浆同时通过主通道和旁通孔通道进入钻具。④通过遥控装置关闭主通道，然后用手柄扳手关闭连续循环短节上的球阀，同时从泄压阀卸掉水龙带中的压力。⑤卸掉顶驱，接一柱带连续循环短节立柱。⑥从遥控装置打开循环管汇上的主通路，然后用手柄扳手打开循环短节上的球阀，实现主通道和旁通孔通道同时流动泥浆，进入到钻具中。⑦通过遥控装置，关闭旁通孔通道，同时从泄压阀卸掉管线中的压力。此时，阀板在压力作用下关闭旁通，卸掉旁通孔上的插入头，并上紧堵头。⑧继续钻进作业。

图3 连续循环阀系统流程图

2 连续循环阀钻井工艺的现场应用

锦州X井是一口定向井，最大井斜35.15°，设计Φ609.6 mm隔水管入泥50 m，一开Φ444.5 mm井眼钻进至402 m，下入Φ339.7 mm表层套管；二开Φ 311.15 mm井眼至2 332 m，下入Φ244.5 mm套管完钻。一开钻具组合：Φ444.5mmPDC钻头+Φ244.5 mm马达（1.5°）+Φ203.2 mm浮阀+Φ203.2 mmSTB+Φ203.2 mm非磁钻铤+Φ203.2 mmMWD+Φ203.2 mm短非磁钻铤+Φ203.2 mm震击器+X/O+Φ127 mm加重钻杆×14根。

根据邻井资料得知，该井在平原组下部330～390 m处将钻遇垂厚约60 m鹅卵石层，以往该区块在Φ444.5 mm井眼钻进过程中，经常发生卡钻事故。为了保证钻井作业顺利完成，经过论证分析，决定使用连续循环阀不停泵钻井工艺。

2.1 作业准备与设备安装

1）钻台提前于4柱钻杆之上接好循环短节，并立在钻根盒里，以备钻进至鹅卵石层使用。

2）安放连续循环管汇位置。连续循环管汇需要连接泥浆管汇，因此宜放置于泥浆管线路径之间，液压控制系统放置于相邻的位置。确定安放位置时主要考虑3点：管线长度；液压控制管线较短，因此要放于连续循环管汇附近；同时还要考虑到远程控制的管线需要。

3）管汇连接。连续循环管汇包括2条101.6 mm（4"）高压管汇、1条76.2 mm（3"）高压管汇和2条76.2 mm（3"）泄压管汇。2条101.6 mm（4"）高压管汇一进一出，为原钻井管汇，砸开由壬直接连接。76.2 mm(3")高压管汇为固井管汇，连接到钻台，用于接立柱时使用连续循环短节循环。2条放压管线，通到泥浆罐。

4)液控管线连接及控制系统测试：总计有8根液压管线连接到液压控制系统，接通电源后，进行控制测试，确保旋钮与阀门开关指示相符，阀门开关指示与实际阀门开关相符。对远程控制通电后，进行远程控制测试，保证远程控制有效、准确、动作迅速。

2.2 现场作业程序

1）一开钻进至318.2 m后，接带有循环短节的立柱，继续钻完整立柱至346.7 m。

2）座卡瓦，降低排量至原排量的三分之二，打开观察孔（泄压头不需全部打开，旋开半扣到一口即可确定是否泄漏），观察是否泄漏；拆掉泄压堵头，插入连接旁通短节，连接50.8 mm（2"）管线，旁通短节拴好安全绳。

3）通过遥控装置，打开3#球阀（旁通孔通道）；手动关闭循环短节球阀，遥控关闭4#球阀（主通道），并进行确认。

4）遥控打开4#辅球阀（主通道）泄压，卸掉管线内的压力，并观察泵压的变化，待管线内泄压完毕（观察泄压口无液体流出后），关闭4#辅球阀（主通道）。

5）卸掉顶驱，接立柱，连接顶驱。

6）遥控打开4#球阀（主通道），手动打开短节球阀（必须保证开到位）；遥控关闭3#球阀（旁通孔通道）；遥控开启3#辅球阀（旁通孔通道），卸掉管线内的压力，观察压力的变化，观察渤十泄压口无液体流出后，关闭3#辅球阀（旁通孔通道）；卸掉50.8 mm(2")旁通孔管线及旁通孔上的旁通短节。将旁通孔及丝扣擦拭干净，上紧堵头；堵头的扣比较脆弱需要妥善保管，防止磕碰；在擦拭旁通孔及丝扣时不得触碰板阀，否则会造成泥浆喷出。

7）将排量提升到正常钻井排量，继续钻进，重复以上步骤经过4 h直至钻进至中完井深402 m。

2.3 应用情况分析

1）使用该连续循环系统从318.2至402 m，约84 m厚的鹅卵石层中钻进，过程中一直处在循环状态，岩屑能及时有效携带出井口，没有任何憋卡等复杂情况发生。

2）每次拆接立柱大约需要15～20 min，主要原因在于需要不断进行阀门关闭、开启与放压的人工再次确认，验证各部件工作正常、安全，延长了作业时间，后续可省略人工复检，大大提高时效。

3）钻台操作人员安全问题，主要是循环短节的的承压密封问题。在打开旁通阀时人员必须侧面站位，建议通过试验获取循环短节的最高承压和最低承压能力。

4）每柱钻杆需要连接一只或者两只循环短节，导致立柱过高，给人员操作带来一定影响，需要考虑每柱钻杆长度不能过长。此外，循环短节上接顶驱，部分循环短节球阀开关孔与顶驱喇叭口较近，有一定冲突。

3 结论及建议

1）连续循环阀钻井工艺可以实现不间断循环，适用压力窗口窄、易沉砂卡钻及大位移易形成岩屑床等复杂情况的井。它可以极大程度上降低事故的发生概率，保证作业顺利进行。

2）连续循环阀钻井系统中，远程控制装置能够实现远程控制循环管汇，实现循环状态下的通道快速切换。建议泄压管线上添加压力表，防止不易观察的情况发生，保证作业安全。

3）板阀式结构。这也是连续循环短节结构，这种结构存在中心阀阀板易受冲蚀而导致的密封失效、扭簧长期受力而损坏和无法在钻柱内下入随钻测斜工具等问题。

4）根据流道压力和钻井液流向变化研发自动开启或关闭钻井液循环通道。目前未见可靠的解决方案，因此在当前这种状况下，改进办法是扭簧寿命和密封面的密封性能，可多做试验、加强人员培训，进行全面的风险分析。