阀式连续循环钻井技术在番禺油田大位移井的应用

田志欣李文金张武辇贾银鸽

1.中海石油（中国）有限公司番禺作业公司；2.深圳市远东石油钻采工程有限公司

阀式连续循环钻井技术在番禺油田大位移井的应用

田志欣1李文金1张武辇2贾银鸽2

1.中海石油（中国）有限公司番禺作业公司；2.深圳市远东石油钻采工程有限公司

针对番禺10-8油田大位移井Ø215.9 mm井段钻井液安全密度窗口窄（最小1.30～1.70 g/cm3）、需穿越断层，且上部Ø311.2 mm稳斜井段长（3 508 m）、井斜角大（最大达到80°）、岩屑易堆积等问题，引入阀式连续循环钻井技术，结合实例分析了该技术的现场应用效果，总结了出现的问题及改进措施。通过分析番禺10-8油田PY10-8-A3井Ø215.9 mm井段的钻井技术难点，阐述了引入连续循环钻井技术的必要性，介绍了该技术的工作原理和主要设备，分析了该钻井技术的作业特点及应用效果。结果表明：全井段钻井液循环当量密度（ECD）变化率小于7.6%，井内循环压力稳定，平均机械钻速高达21.7 m/h，井眼清洗效果良好，安全平稳钻过断层，未发生任何漏垮卡等复杂情况。

阀式连续循环钻井；大位移井；ECD控制；番禺油田

阀式连续循环钻井是一项先进的钻井技术［1］，它能在接单根或者立柱期间保持钻井液的连续循环，从而在整个钻进期间减轻或消除压力激动，实现稳定的当量循环密度，不间断地排出钻屑，减少接单根或立柱前的划眼时间，改善钻井液管理和井眼状况，有效避免漏塌卡等复杂情况的发生，提高复杂地层钻井作业的成功率和安全性，是常规钻井钻井液循环方式的一次重大变革［2-4］。

番禺10-8油田距番禺4-2油田5.3 km，属边际油田。为节省成本，计划在番禺4-2B平台钻3口大位移井平均设计井深5 900 m。为了控制Ø215.9 mm井段ECD值，避免发生井漏等井下复杂情况，改善井眼清洁，节省钻进时间，连同番禺10-5油田的4口井深达7 000 m的大位移井，共7口井的Ø215.9 mm井段全部引入阀式连续循环钻井技术，降低大位移井作业风险，顺利完成油田开发。

1 钻井技术难点

Dif fi culties of drilling technology

（1）穿越断层，安全密度窗口较窄，易井漏。番禺10-8构造的断层为番禺4-2油田南断层的一个反向正断层，倾向北东，与本区多数断层倾向相反。在地震剖面上，断层特征清晰可靠。纵向上，向下断至珠海组底界（T70），向上断开万山组地层；断距下大上小，但目的层段基本相同（最大断距约130 m）；平面上，断距中间大，两端小，延伸长度约为7.2 km。

根据PY10-8-A3井三压力剖面预测显示，安全密度窗口最小1.30～1.70 g/cm3，不存在压力系统必封点。该井段采用油基钻井液钻进，油基钻井液黏度高、静切力大。若按照常规钻井方式，频繁开泵停泵可能会对地层造成损害。停止钻井液的循环将对井底产生负压力激动，造成井底压力低于地层孔隙压力而导致井涌、气侵、井壁坍塌和阻卡埋钻等事故。而当接完立柱重新开泵循环时，将引起正压力激动使得井底压力高于正常循环时的压力，甚至超过地层破裂压力而造成压裂漏失和压差卡钻等问题，同时造成井身质量下降，给后续作业特别是下套管固井带来许多潜在困难［5］。

（2）稳斜段长，岩屑易堆积，中断循环带来卡钻风险。PY10-8-A3井Ø311.2 mm井段从1 231～4 908 m，全长3 677 m，稳斜段长度达到3 508 m，稳斜角度达到80°；Ø215.9 mm井段降斜钻进，完钻井深5 568 m，段长660 m，井斜49°。

在Ø215.9 mm井段钻进期间，由于上部稳斜段较长，岩屑易堆积，若接立柱期间停止循环，岩屑下沉与积聚，不规则井眼形成桥塞阻卡，大位移井形成岩屑床，将造成起下钻严重阻卡。井眼清洁不佳使得摩阻增大，严重时卡死顶驱或过热打滑。当井壁上形成很厚的滤饼且井眼和地层之间存在很大的压力差时，若中断循环，则无法保持环空压力和地层孔隙压力的近平衡状态，钻柱容易因嵌入滤饼而造成压差卡钻。在南海东部海域多口大位移井钻进过程中，发生过多起因压差卡钻埋钻具的事故。连续循环钻井技术可以让岩屑保持在悬浮状态，减缓岩屑床的堆积，保持环空压力和地层孔隙压力的近平衡状态，降低了沉砂卡钻和压差卡钻发生的机率。

2 阀式连续循环钻井系统及其原理

Valve-type continuous circulation drilling systems and its principle

阀式连续循环钻井系统包括连续循环阀和地面控制系统（图 1）［6］。

图1 阀式连续循环钻井系统循环示意图Fig. 1 Schematic circulation of valve-type continuous circulation drilling system

地面控制系统包括执行装置、控制装置和管汇系统。在使用该连续循环钻井系统前，需将连续循环阀连接在钻杆立柱上部，在需要连续循环的井段随钻具一起入井，通过地面控制系统来实现流道转换：主循环时，侧循环自动关闭和密封；侧循环时，主循环自动关闭和密封。即通过操控主侧阀开关来实现流道的转换［5］，保持接立柱、起下钻过程中不停泵而使井内钻井液始终处于连续循环状态。

3 现场应用及效果分析

Field application and application effect analysis

3.1 应用实例

Case study

以PY10-8-A3井为例（图2）。阀式连续循环钻井能很好地控制ECD值。在排量34.70 L/s、油基钻井液密度1.21～1.23 g/cm3、平均ROP高达21.7 m/h工况条件下，Ø215.9 mm钻头钻进4 908～5 568 m井段，全段ECD值多控制在1.42～1.58 g/cm3，其ECD波动值都小于0.036 g/cm3，波动值小于2.5%。全井段660 m ECD值都远小于设计值1.62 g/cm3，实际增加仅0.11 g/cm3，变化仅7.6%，十分平稳。特别是连续循环钻井能有效消除作业过程中开、停泵引起的压力激动。在4 960 m处，采用传统停泵、开泵测斜时，开泵瞬间的压力激动使ECD值从1.44 g/cm3突增到1.52 g/cm3，波动值6.3%，超过一般波动值的2倍。后来实施连续循环钻井，采用不停泵测斜，没有出现这样的波动值。

图2 PY10-8-A3井Ø215.9mm井段ECD值分布Fig. 2 ECD distribution of hole section Ø215.9 mm in Well PY10-8-A3

根据PY10-8-A3井设计，Ø215.9 mm井段排量为34.7 L/s情况下，最高泵压至25.52 MPa，实际作业中，该井段最高泵压小于24.14 MPa。在顶驱转速为110 r/min下，实际旋转钻进扭矩24.41～35.26 kN·m（图 3），划眼扭矩为 21.70～28.48 kN·m，均低于设计值。井眼清洁效果良好，在倒划眼起钻的过程中，未出现憋泵遇阻现象，后续下Ø177.8 mm尾管和固井作业均顺利完成，施工井尾管均一下到底，无阻挂现象。整个Ø215.9 mm井段平均机械钻速高达21.7 m/h，接一根立柱时间在10～14 min，总钻进时间67 h，比设计钻进时间节省了49 h。

3.2 实施效果

Application effect

（1）消除了压力波动，很好控制了ECD值。使用连续循环系统钻进或起钻时，井筒内钻井液始终处于循环状态，消除了因停泵和开泵对井底造成的负压力冲击和正压力冲击，实测可减少近6.3%压力激动的冲击，全井段ECD波动值可控制在2.5%以内。立管压力随井深增加平稳递增，ECD值平稳变化，全井段660 m ECD值仅增加0.11 g/cm3。

（2）提高了大位移井井眼清洁的效果。连续循环保持钻井液连续携屑，在平均ROP高达21.7 m/s的钻速下，岩屑运移效率90%以上，岩屑浓度小于0.5%，有效钻井液密度增加值小于0.11 g/cm3，没有岩屑床沉降和堆积，摩阻扭矩稳定，有利于控制井眼轨迹。此外，连续循环还减少短起下钻和倒划眼作业时间，提高作业安全性和作业时效。

图3 PY10-8-A3井Ø215.9 mm井段扭矩值分布Fig. 3 Torque distribution of hole section Ø215.9mm in Well PY10-8-A3

（3）降低了井下复杂情况发生的几率。键槽卡钻和压差卡钻是大位移井最常见的2种卡钻方式。连续循环系统的使用，成功控制了ECD值使其波动值小于0.036 g/cm3，井眼压力稳定，井眼轨迹平滑，安全钻过断层，未出现漏垮卡等井下复杂情况。

（4）提高钻井效率，降低作业成本。连续循环的使用节省了停泵前长时间循环带砂时间和下钻划眼时间，特别是减少许多不必要的短起下时间，各项钻井参数处于正常的范围内，摩阻的降低减轻了设备负荷，提高了钻井效率，降低了作业成本。

3.3 出现的问题及解决措施

Problems and solutions

3.3.1 使用初期 PY10-8-A3井4 908～5 568 m井段，井段使用连续循环钻井系统钻进。作业前期由于对工艺和设备的熟悉度不够，出现了一些问题。连接第1柱带有循环短接的立柱时，立管循环压力约为20.69 MPa，在从侧循环倒到主循环时，倒换阀门瞬间，水龙带跳动严重，钻杆出现轻微弯曲。由于该井段使用连续循环系统，无法实现停泵测斜，前几柱应用MWD不停泵测斜均未成功。应用节流缓冲灌浆系统消除了水击效应，解决了高泵压工况下接/卸立柱对水龙带和钻杆产生的冲击。连接或者拆卸新的立柱后，在进行主循环和侧循环之间的转换时，由于管道内从立管水龙带到新接入的立柱没有钻井液，全是充满气体段，主循环阀打开瞬间，高压流体进入立管空腔冲击管柱内的气体空间，产生水锤效应，造成水龙带跳动，钻杆立柱被压弯。

在控制系统管汇中加装节流缓冲灌浆系统，改善操作程序，确保在流道转换时，先以小排量低压缓冲形式对管内气体段灌满钻井液，再实施闸阀开关的流道转换操作。这样，接立柱时间需增加30～40 s灌浆时间，但很好地消除了水击效应，确保安全作业。该装置完全可在保持原循环压力情况下进行安全操作。如果先把立管循环压力降低到10.34 MPa以下，再实施灌浆和流道转换会更加平稳，但会改变井下的循环压力，对压力敏感地层造成不利影响。

3.3.2 MWD信号传输受干扰 常规钻井作业中，MWD测斜程序为：停泵-开泵-测斜成功-继续钻进。连续循环系统的使用无法进行停泵测斜。通过降低排量至MWD工具测斜排量要求最小值以下，再提高排量进行不停泵测斜。井深的增加会使MWD信号传输的路径变长，信号衰减增大，信噪比随之减小。此外，钻井液性能、钻井液气泡、泵噪等因素都会对MWD信号产生较大影响［7］，在大位移井中尤为突出。通过调整传输信号频带，优化信号接收传感器安装位置，减小泵噪等措施减小信号干扰，解决了连续循环钻进不停泵MWD测斜问题。

3.3.3 循环短节侧阀O型圈刺漏问题 PY10-8-A3井Ø215.9 mm全井段使用油基钻井液钻进，井底温度不高，约70 ℃，但循环泵压高达24.14 MPa，严苛的使用工况造成个别循环短节侧阀O型圈刺漏。研究发现原来使用的GB/T 3452.1—1992的Ø95 mm×3.55 mm密封圈，充满度不够，以内缘密封为主，容易从外缘刺漏。重新设计加工为Ø97.5 mm×4.0 mm的HNBR高质量O型圈，已经十几口井使用证实高压密封效果很好。

4 结论

Conclusions

针对番禺10-8油田大位移井Ø215.9 mm井段的钻井技术难点，引入了深圳远东公司的阀式连续循环钻井技术，克服了前期使用过程中遇到的困难和挑战，逐渐体现出了该技术在ECD控制、连续循环携砂、降低井下复杂情况发生机率、降本增效等方面的优势。总结了现场应用中出现的问题，包括高循环泵压对接/卸立柱的影响、连续循环对MWD测斜和信号传输的干扰、循环短节侧阀O圈刺漏等问题，并提出了应对措施和解决办法。连续循环钻井技术在PY10-8-A3大位移井的成功应用也为其他类似大位移井的作业提供参考和借鉴。

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（修改稿收到日期 2017-03-28）

〔编辑 付丽霞〕

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 Ø215.9 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 Ø311.2 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 Ø215.9 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，张武辇，贾银鸽.阀式连续循环钻井技术在番禺油田大位移井的应用［J］.石油钻采工艺，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年毕业于西南石油大学石油工程专业，现从事海洋石油钻完井作业和研究工作，中海油番禺作业公司钻完井总监。通讯地址：（518067）广东深圳中海石油（中国）有限公司番禺作业公司。E-mail：tzx_009@163.com