油井大修作业井眼净化研究与探讨

史永杰

摘 要：油气井大修作业与一般常规作业相比，往往成本高、周期長、风险大。因此，对大修作业中的各项工作进行有效的准备和采取科学的技术措施，是保证作业成功率及提高作业效率、降低作业成本的一项重要工作。大修作业中的循环携砂和井眼清洁技术就是其中一项，本文旨在探讨两种连续循环方式的应用，引申探讨该技术在大修作业冲砂洗井以及套磨铣作业过程中的应用，以降低作业中卡钻风险，提高井眼净化能力，提高时效，降低作业成本。

关键词：大斜度井;井眼净化;水平井;连续循环;油井大修

1 井眼净化问题的影响因素

油水井大修作业与一般常规作业相比，往往成本高、周期长、风险大。因此，对大修作业中的各项工作进行有效的准备和采取科学的技术措施，是保证作业成功率及提高作业效率、降低作业成本的一项重要工作。大修作业中，受修井液、工具、循环设备等因素的影响，循环冲砂洗井以及套磨铣作业一直被视为高风险作业，循环携砂和井眼净化问题一直是制约大修成本的重要因素。

随着国际油价的持续低迷，大修作业成本不断压缩，井眼净化问题也逐渐被人们所重视。国内外专家通过室内模拟实验和现场观察，研究了井斜角、环空返速、钻井液性能等因素对井眼净化程度的影响，得出如下结论。

①井斜角的影响：研究发现，当井斜角处在30°～ 70°之间时，极易形成“岩屑床”，井筒很容易形成砂桥;②环空返速的影响：井斜角从0°增到45°时，确保有效拖拽岩屑上返的临界返速增加很快，且其值是直井的几倍。井斜角45°左右的斜井段，井眼净化情况的改善以环空返速0.762～0.914m/s为转折点;③钻井液性能及流态的影响：渤海油田大修作业基本上都是使用地热水作为修井液使用，修井液的性能不能够满足剪切力和粘度的要求，适当的条件下还是应该选用套铣冲砂液来增加悬浮携带砂粒的作用;④钻具与岩屑床的相对状态：大斜度井段，当钻具相对岩屑床处于“准”静止状态，岩屑床不会受到破坏，且厚度可能会增加;因此，在循环冲砂的过程中要时刻保持钻具的活动状态。

2 井眼净化不好的危害

①导致在井眼低边形成砂桥;②增加了井漏的风险;③增加卡钻的风险;④增加了大修作业的成本;⑤此外，井眼净化不充分还会使入井的测试工具、测井仪器受阻，作业成功率下降甚至难以进行，使下套管、固井作业困难，水泥封固质量差。

3 连续循环技术的研究

连续循环技术是指采取适当的工具设备，在接卸单根时保持泥浆连续循环，维持井底压力的一种新型钻井技术。该技术能够提供稳定的循环当量密度，保持井下状态和井底压力稳定，有效降低循环漏失、地层破裂和井涌的机会，同时，不间断钻屑的排出，改善井眼质量，防止形成钻屑床，减少卡钻机会。目前应用较广泛的主要有连续循环阀和连续循环系统两种方式。

3.1 连续循环阀（CCV）

连续循环阀（Continuous Circulation Valve）主要由短节本体、中心盖板阀、侧向盖板阀总成组成，与所使用钻杆扣型相同，配有中心及侧向2个单向盖板阀。

其原理是套铣时预先将连续循环阀连接在旋塞阀下面，正常套铣时反循环阀靠弹簧弹力使顶阀自动关闭，液流从管柱内通过，当需要接单根时，先将可旋转插接管与循环阀连接（丝扣连接），因带有旋塞接头，因此可实现旋转上扣作业;在上扣过程中，顶杆将顶阀逐渐顶开，当丝扣上紧时，顶阀完全打开，循环阀即处于完全打开状态。此时关闭旋塞阀，则液流全部进入了连接管。保持钻井液始终处于连续循环状态，保持井底压力恒定，消除因循环中断造成的井下复杂情况，提高冲洗效率。

3.2 连续循环系统（CCS）

连续循环系统（Continuous Circulation System）是一个可以实现不用停止钻井液在井内的循环来完成钻杆的上卸扣等连接工作的系统，该系统以钻台为基础，适用于任何带有顶驱钻井装置的井架。

3.2.1 系统组成

连续循环系统被设计成5部分，连续循环连接器（连接器）、钻井液分流及输送装置、顶驱连接工具、控制系统和液压动力系统。其中，连接器是连续循环系统的核心。此连接器是一个高效的压力腔，安装在带转盘的钻机平台上，当钻柱通过它时，它将完成接单根和钻杆公扣和母扣的密封等工作。

采用顶部驱动的三重闸板防喷器（BOP），连接器提供了一种通过钻柱连续循环钻井液的连接方式。在钻柱的公扣和母扣已卸开的情况下，连接器可用于密封钻柱和闸板的连接部位，闸板位于最顶部接头处（在钻杆和顶部驱动磨损部件的连接处）的上部和下部。

连接器压力腔底部连接着一个钻杆卡瓦，当上扣时，连接器被提升，钻柱被提到司钻可以看到工具接头的转盘的上部。连接器然后下降，底部的闸板将钻杆卡住，然后再一次升高，提到全封闭闸板合适提起工具接头的位置，卡瓦固定，钻柱下行，使得连接器下行，直到卡瓦达到转盘补心的位置，这就使得接头在连接器内精确定位，卡瓦镶有硬合金齿，可以在横向和纵向抓牢钻杆。

卸扣卸开钻柱后，抗磨部件提升，利用全封闭防喷器闸板使之与钻柱上隔开。卸压后，抗磨部件与连接器脱离，以便接单根或接立根作业。新的立根或单根插入连接器，防喷器上部闸板关闭并用泥浆加压。接着，打开全封闭防喷器闸板，下放立根并将立根接到钻杆上。这样，流向钻柱的钻井液从未停止过，压力和流量一直都在连续控制之下。

3.2.2 控制系统

连续循环控制系统是一个用电控液的电--液压控制系统来控制。该控制系统整个过程很大程度都需要电力和液压部件的协助，司钻通过一个触摸式的显示屏操纵控制系统实现对整个过程的自动化控制，并且对整个过程中传递的数据进行解码，解决了人工带压作业的安全隐患。

3.3 两种方式的对比

项目 优势 劣势连续循环阀（CCV） 应用范围广，适用于各种类型的钻机，结构简单，容易操作 需要多个循环阀入井，增加井下风险;人工带压拆接管线，安全风险大连续循环系统（CCS） 循环转换自动控制，安全性高，无需井下工具，作业风险小;可实现铁钻工、动力卡瓦连续循环多种功能 只适用于带顶驱的钻机，系统复杂，设备较多，对场地面积要求较高

3.4 连续循环技术的优势

①消除了为了接单根停止和开始循环时的压力的波动，利于保持井眼压力稳定，大大降低了循环漏失、地层破裂、井涌、压差卡钻、钻头或底部钻具组合遇卡的风险;②接单根时也保持一定的循环通路，节省了接单根前为了清除井筒内悬浮的砂子、净化井筒的额外循环时间;③连续循环技术消除了井底压力波动，在大修作业期间建立了稳定的循环当量密度，降低了井涌、井漏和其他复杂情况风险;④由于连续循环减小了井涌的可能性，而且即使是发生井涌，也更加易于处理，因而提高了作业井的安全性;⑤在孔隙压力或破裂压力窗口较窄时易于控制井内压力，降低作业，风险;⑥始终保持循环状态，降低了砂子沉降的速度，有利于井眼清洁，尤其是大位移井和水平井，降低了卡钻的风险。

4 结论及建议

①油水井大修冲砂和套磨铣作业中井眼净化问题是保证作业成功率及提高作业效率、降低作业成本的一项重要技术。将连续循环技术应用到大修作业中，理念新颖，是对其功能的一次成功尝试和大胆拓展，核心是利用不间断循环在保证井控安全的前提下有效增加井筒内砂子的返出速度，降低接单根前的循环时间，以此提高作业效率，降低作业成本;②由于连续循环系统所需设备较多，对钻机和场地面积有一定的要求，因此建议首先选择连续循环阀进行作业尝试，根据作业情况总结经验，择机选择合适的平台进行连续循环系统的应用。

参考文献：

[1]陈乐亮.水平井的井眼净化问题[J].钻井液与完井液，1992 （3）.

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