閥式連續循環鉆井技術在番禺油田大位移井的應用

田志欣李文金張武輦賈銀鴿

1.中海石油（中國）有限公司番禺作業公司；2.深圳市遠東石油鉆采工程有限公司

閥式連續循環鉆井技術在番禺油田大位移井的應用

田志欣1李文金1張武輦2賈銀鴿2

1.中海石油（中國）有限公司番禺作業公司；2.深圳市遠東石油鉆采工程有限公司

針對番禺10-8油田大位移井?215.9 mm井段鉆井液安全密度窗口窄（最小1.30～1.70 g/cm3）、需穿越斷層，且上部?311.2 mm穩斜井段長（3 508 m）、井斜角大（最大達到80°）、巖屑易堆積等問題，引入閥式連續循環鉆井技術，結合實例分析了該技術的現場應用效果，總結了出現的問題及改進措施。通過分析番禺10-8油田PY10-8-A3井?215.9 mm井段的鉆井技術難點，闡述了引入連續循環鉆井技術的必要性，介紹了該技術的工作原理和主要設備，分析了該鉆井技術的作業特點及應用效果。結果表明：全井段鉆井液循環當量密度（ECD）變化率小于7.6%，井內循環壓力穩定，平均機械鉆速高達21.7 m/h，井眼清洗效果良好，安全平穩鉆過斷層，未發生任何漏垮卡等復雜情況。

閥式連續循環鉆井；大位移井；ECD控制；番禺油田

閥式連續循環鉆井是一項先進的鉆井技術［1］，它能在接單根或者立柱期間保持鉆井液的連續循環，從而在整個鉆進期間減輕或消除壓力激動，實現穩定的當量循環密度，不間斷地排出鉆屑，減少接單根或立柱前的劃眼時間，改善鉆井液管理和井眼狀況，有效避免漏塌卡等復雜情況的發生，提高復雜地層鉆井作業的成功率和安全性，是常規鉆井鉆井液循環方式的一次重大變革［2-4］。

番禺10-8油田距番禺4-2油田5.3 km，屬邊際油田。為節省成本，計劃在番禺4-2B平臺鉆3口大位移井平均設計井深5 900 m。為了控制?215.9 mm井段ECD值，避免發生井漏等井下復雜情況，改善井眼清潔，節省鉆進時間，連同番禺10-5油田的4口井深達7 000 m的大位移井，共7口井的?215.9 mm井段全部引入閥式連續循環鉆井技術，降低大位移井作業風險，順利完成油田開發。

1 鉆井技術難點

Dif fi culties of drilling technology

（1）穿越斷層，安全密度窗口較窄，易井漏。番禺10-8構造的斷層為番禺4-2油田南斷層的一個反向正斷層，傾向北東，與本區多數斷層傾向相反。在地震剖面上，斷層特征清晰可靠。縱向上，向下斷至珠海組底界（T70），向上斷開萬山組地層；斷距下大上小，但目的層段基本相同（最大斷距約130 m）；平面上，斷距中間大，兩端小，延伸長度約為7.2 km。

根據PY10-8-A3井三壓力剖面預測顯示，安全密度窗口最小1.30～1.70 g/cm3，不存在壓力系統必封點。該井段采用油基鉆井液鉆進，油基鉆井液黏度高、靜切力大。若按照常規鉆井方式，頻繁開泵停泵可能會對地層造成損害。停止鉆井液的循環將對井底產生負壓力激動，造成井底壓力低于地層孔隙壓力而導致井涌、氣侵、井壁坍塌和阻卡埋鉆等事故。而當接完立柱重新開泵循環時，將引起正壓力激動使得井底壓力高于正常循環時的壓力，甚至超過地層破裂壓力而造成壓裂漏失和壓差卡鉆等問題，同時造成井身質量下降，給后續作業特別是下套管固井帶來許多潛在困難［5］。

（2）穩斜段長，巖屑易堆積，中斷循環帶來卡鉆風險。PY10-8-A3井?311.2 mm井段從1 231～4 908 m，全長3 677 m，穩斜段長度達到3 508 m，穩斜角度達到80°；?215.9 mm井段降斜鉆進，完鉆井深5 568 m，段長660 m，井斜49°。

在?215.9 mm井段鉆進期間，由于上部穩斜段較長，巖屑易堆積，若接立柱期間停止循環，巖屑下沉與積聚，不規則井眼形成橋塞阻卡，大位移井形成巖屑床，將造成起下鉆嚴重阻卡。井眼清潔不佳使得摩阻增大，嚴重時卡死頂驅或過熱打滑。當井壁上形成很厚的濾餅且井眼和地層之間存在很大的壓力差時，若中斷循環，則無法保持環空壓力和地層孔隙壓力的近平衡狀態，鉆柱容易因嵌入濾餅而造成壓差卡鉆。在南海東部海域多口大位移井鉆進過程中，發生過多起因壓差卡鉆埋鉆具的事故。連續循環鉆井技術可以讓巖屑保持在懸浮狀態，減緩巖屑床的堆積，保持環空壓力和地層孔隙壓力的近平衡狀態，降低了沉砂卡鉆和壓差卡鉆發生的機率。

2 閥式連續循環鉆井系統及其原理

Valve-type continuous circulation drilling systems and its principle

閥式連續循環鉆井系統包括連續循環閥和地面控制系統（圖 1）［6］。

圖1 閥式連續循環鉆井系統循環示意圖Fig. 1 Schematic circulation of valve-type continuous circulation drilling system

地面控制系統包括執行裝置、控制裝置和管匯系統。在使用該連續循環鉆井系統前，需將連續循環閥連接在鉆桿立柱上部，在需要連續循環的井段隨鉆具一起入井，通過地面控制系統來實現流道轉換：主循環時，側循環自動關閉和密封；側循環時，主循環自動關閉和密封。即通過操控主側閥開關來實現流道的轉換［5］，保持接立柱、起下鉆過程中不停泵而使井內鉆井液始終處于連續循環狀態。

3 現場應用及效果分析

Field application and application effect analysis

3.1 應用實例

Case study

以PY10-8-A3井為例（圖2）。閥式連續循環鉆井能很好地控制ECD值。在排量34.70 L/s、油基鉆井液密度1.21～1.23 g/cm3、平均ROP高達21.7 m/h工況條件下，?215.9 mm鉆頭鉆進4 908～5 568 m井段，全段ECD值多控制在1.42～1.58 g/cm3，其ECD波動值都小于0.036 g/cm3，波動值小于2.5%。全井段660 m ECD值都遠小于設計值1.62 g/cm3，實際增加僅0.11 g/cm3，變化僅7.6%，十分平穩。特別是連續循環鉆井能有效消除作業過程中開、停泵引起的壓力激動。在4 960 m處，采用傳統停泵、開泵測斜時，開泵瞬間的壓力激動使ECD值從1.44 g/cm3突增到1.52 g/cm3，波動值6.3%，超過一般波動值的2倍。后來實施連續循環鉆井，采用不停泵測斜，沒有出現這樣的波動值。

圖2 PY10-8-A3井?215.9mm井段ECD值分布Fig. 2 ECD distribution of hole section ?215.9 mm in Well PY10-8-A3

根據PY10-8-A3井設計，?215.9 mm井段排量為34.7 L/s情況下，最高泵壓至25.52 MPa，實際作業中，該井段最高泵壓小于24.14 MPa。在頂驅轉速為110 r/min下，實際旋轉鉆進扭矩24.41～35.26 kN·m（圖 3），劃眼扭矩為 21.70～28.48 kN·m，均低于設計值。井眼清潔效果良好，在倒劃眼起鉆的過程中，未出現憋泵遇阻現象，后續下?177.8 mm尾管和固井作業均順利完成，施工井尾管均一下到底，無阻掛現象。整個?215.9 mm井段平均機械鉆速高達21.7 m/h，接一根立柱時間在10～14 min，總鉆進時間67 h，比設計鉆進時間節省了49 h。

3.2 實施效果

Application effect

（1）消除了壓力波動，很好控制了ECD值。使用連續循環系統鉆進或起鉆時，井筒內鉆井液始終處于循環狀態，消除了因停泵和開泵對井底造成的負壓力沖擊和正壓力沖擊，實測可減少近6.3%壓力激動的沖擊，全井段ECD波動值可控制在2.5%以內。立管壓力隨井深增加平穩遞增，ECD值平穩變化，全井段660 m ECD值僅增加0.11 g/cm3。

（2）提高了大位移井井眼清潔的效果。連續循環保持鉆井液連續攜屑，在平均ROP高達21.7 m/s的鉆速下，巖屑運移效率90%以上，巖屑濃度小于0.5%，有效鉆井液密度增加值小于0.11 g/cm3，沒有巖屑床沉降和堆積，摩阻扭矩穩定，有利于控制井眼軌跡。此外，連續循環還減少短起下鉆和倒劃眼作業時間，提高作業安全性和作業時效。

圖3 PY10-8-A3井?215.9 mm井段扭矩值分布Fig. 3 Torque distribution of hole section ?215.9mm in Well PY10-8-A3

（3）降低了井下復雜情況發生的幾率。鍵槽卡鉆和壓差卡鉆是大位移井最常見的2種卡鉆方式。連續循環系統的使用，成功控制了ECD值使其波動值小于0.036 g/cm3，井眼壓力穩定，井眼軌跡平滑，安全鉆過斷層，未出現漏垮卡等井下復雜情況。

（4）提高鉆井效率，降低作業成本。連續循環的使用節省了停泵前長時間循環帶砂時間和下鉆劃眼時間，特別是減少許多不必要的短起下時間，各項鉆井參數處于正常的范圍內，摩阻的降低減輕了設備負荷，提高了鉆井效率，降低了作業成本。

3.3 出現的問題及解決措施

Problems and solutions

3.3.1 使用初期 PY10-8-A3井4 908～5 568 m井段，井段使用連續循環鉆井系統鉆進。作業前期由于對工藝和設備的熟悉度不夠，出現了一些問題。連接第1柱帶有循環短接的立柱時，立管循環壓力約為20.69 MPa，在從側循環倒到主循環時，倒換閥門瞬間，水龍帶跳動嚴重，鉆桿出現輕微彎曲。由于該井段使用連續循環系統，無法實現停泵測斜，前幾柱應用MWD不停泵測斜均未成功。應用節流緩沖灌漿系統消除了水擊效應，解決了高泵壓工況下接/卸立柱對水龍帶和鉆桿產生的沖擊。連接或者拆卸新的立柱后，在進行主循環和側循環之間的轉換時，由于管道內從立管水龍帶到新接入的立柱沒有鉆井液，全是充滿氣體段，主循環閥打開瞬間，高壓流體進入立管空腔沖擊管柱內的氣體空間，產生水錘效應，造成水龍帶跳動，鉆桿立柱被壓彎。

在控制系統管匯中加裝節流緩沖灌漿系統，改善操作程序，確保在流道轉換時，先以小排量低壓緩沖形式對管內氣體段灌滿鉆井液，再實施閘閥開關的流道轉換操作。這樣，接立柱時間需增加30～40 s灌漿時間，但很好地消除了水擊效應，確保安全作業。該裝置完全可在保持原循環壓力情況下進行安全操作。如果先把立管循環壓力降低到10.34 MPa以下，再實施灌漿和流道轉換會更加平穩，但會改變井下的循環壓力，對壓力敏感地層造成不利影響。

3.3.2 MWD信號傳輸受干擾 常規鉆井作業中，MWD測斜程序為：停泵-開泵-測斜成功-繼續鉆進。連續循環系統的使用無法進行停泵測斜。通過降低排量至MWD工具測斜排量要求最小值以下，再提高排量進行不停泵測斜。井深的增加會使MWD信號傳輸的路徑變長，信號衰減增大，信噪比隨之減小。此外，鉆井液性能、鉆井液氣泡、泵噪等因素都會對MWD信號產生較大影響［7］，在大位移井中尤為突出。通過調整傳輸信號頻帶，優化信號接收傳感器安裝位置，減小泵噪等措施減小信號干擾，解決了連續循環鉆進不停泵MWD測斜問題。

3.3.3 循環短節側閥O型圈刺漏問題 PY10-8-A3井?215.9 mm全井段使用油基鉆井液鉆進，井底溫度不高，約70 ℃，但循環泵壓高達24.14 MPa，嚴苛的使用工況造成個別循環短節側閥O型圈刺漏。研究發現原來使用的GB/T 3452.1—1992的?95 mm×3.55 mm密封圈，充滿度不夠，以內緣密封為主，容易從外緣刺漏。重新設計加工為?97.5 mm×4.0 mm的HNBR高質量O型圈，已經十幾口井使用證實高壓密封效果很好。

4 結論

Conclusions

針對番禺10-8油田大位移井?215.9 mm井段的鉆井技術難點，引入了深圳遠東公司的閥式連續循環鉆井技術，克服了前期使用過程中遇到的困難和挑戰，逐漸體現出了該技術在ECD控制、連續循環攜砂、降低井下復雜情況發生機率、降本增效等方面的優勢?？偨Y了現場應用中出現的問題，包括高循環泵壓對接/卸立柱的影響、連續循環對MWD測斜和信號傳輸的干擾、循環短節側閥O圈刺漏等問題，并提出了應對措施和解決辦法。連續循環鉆井技術在PY10-8-A3大位移井的成功應用也為其他類似大位移井的作業提供參考和借鑒。

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（修改稿收到日期 2017-03-28）

〔編輯 付麗霞〕

Application of valve-type continuous circulation drilling technology to the extended reach wells in Panyu Oil field

TIAN Zhixin1, LI Wenjin1, ZHANG Wunian2, JIA Yin’ge2
1. CNOOC Panyu Operating Company, Shenzhen 518067, Guangdong, China;2. Shenzhen Yuandong Petroleum Drilling and Production Engineering Company Limited, Shenzhen 518068, Guangdong, China

In Panyu 10-8 Oilfeld, the hole section of ?215.9 mm in an extended reach well has to run through faults and its safety density window of drilling fuid is narrow (minimum 1.30～1.70 g/cm3). Besides, its angle holding section of ?311.2 mm in the upper part is long (3 508 m) with high deviation angle (maximum 80°), and cutting tends to accumulate easily. The valve-type continuous circulation drilling technology was introduced in this paper. Its fled application results were analyzed based on case study, and the problems and improvement measures were summarized. The necessity to introduce the valve-type continuous circulation drilling technology was illustrated by analyzing the technological diffculties which were encountered during the drilling of ?215.9 mm hole section of Well PY10-8-A3 in Panyu 10-8 Oilfeld. Then, the working principles and main equipments involved in this technology were introduced, and its operational characteristics and application effects were analyzed. It is indicated that the variance ratio of drilling fuid ECD (Equivalent circulation density) in the whole well is less than 7.6%, borehole circulation pressure is stable and average ROP is up to 21.7 m/h.Furthermore, borehole is well cleaned and faults are drilled through safely and smoothly without any leak, collapse or sticking.

valve-type continuous circulation drilling; extended reach well; ECD control; Panyu Oilfeld

田志欣，李文金，張武輦，賈銀鴿.閥式連續循環鉆井技術在番禺油田大位移井的應用［J］.石油鉆采工藝，2017，39（4）：413-416.

TE52

B

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0413 – 04

10.13639/j.odpt.2017.04.004

:TIAN Zhixin, LI Wenjin, ZHANG Wunian, JIA Yin’ge. Application of valve-type continuous circulation drilling technology to the extended reach wells in Panyu Oilfeld［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4): 413-416.

田志欣，2005年畢業于西南石油大學石油工程專業，現從事海洋石油鉆完井作業和研究工作，中海油番禺作業公司鉆完井總監。通訊地址：（518067）廣東深圳中海石油（中國）有限公司番禺作業公司。E-mail：tzx_009@163.com