油井大修作業井眼凈化研究與探討

史永杰

摘 要：油氣井大修作業與一般常規作業相比，往往成本高、周期長、風險大。因此，對大修作業中的各項工作進行有效的準備和采取科學的技術措施，是保證作業成功率及提高作業效率、降低作業成本的一項重要工作。大修作業中的循環攜砂和井眼清潔技術就是其中一項，本文旨在探討兩種連續循環方式的應用，引申探討該技術在大修作業沖砂洗井以及套磨銑作業過程中的應用，以降低作業中卡鉆風險，提高井眼凈化能力，提高時效，降低作業成本。

關鍵詞：大斜度井;井眼凈化;水平井;連續循環;油井大修

1 井眼凈化問題的影響因素

油水井大修作業與一般常規作業相比，往往成本高、周期長、風險大。因此，對大修作業中的各項工作進行有效的準備和采取科學的技術措施，是保證作業成功率及提高作業效率、降低作業成本的一項重要工作。大修作業中，受修井液、工具、循環設備等因素的影響，循環沖砂洗井以及套磨銑作業一直被視為高風險作業，循環攜砂和井眼凈化問題一直是制約大修成本的重要因素。

隨著國際油價的持續低迷，大修作業成本不斷壓縮，井眼凈化問題也逐漸被人們所重視。國內外專家通過室內模擬實驗和現場觀察，研究了井斜角、環空返速、鉆井液性能等因素對井眼凈化程度的影響，得出如下結論。

①井斜角的影響：研究發現，當井斜角處在30°～ 70°之間時，極易形成“巖屑床”，井筒很容易形成砂橋;②環空返速的影響：井斜角從0°增到45°時，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空返速0.762～0.914m/s為轉折點;③鉆井液性能及流態的影響：渤海油田大修作業基本上都是使用地熱水作為修井液使用，修井液的性能不能夠滿足剪切力和粘度的要求，適當的條件下還是應該選用套銑沖砂液來增加懸浮攜帶砂粒的作用;④鉆具與巖屑床的相對狀態：大斜度井段，當鉆具相對巖屑床處于“準”靜止狀態，巖屑床不會受到破壞，且厚度可能會增加;因此，在循環沖砂的過程中要時刻保持鉆具的活動狀態。

2 井眼凈化不好的危害

①導致在井眼低邊形成砂橋;②增加了井漏的風險;③增加卡鉆的風險;④增加了大修作業的成本;⑤此外，井眼凈化不充分還會使入井的測試工具、測井儀器受阻，作業成功率下降甚至難以進行，使下套管、固井作業困難，水泥封固質量差。

3 連續循環技術的研究

連續循環技術是指采取適當的工具設備，在接卸單根時保持泥漿連續循環，維持井底壓力的一種新型鉆井技術。該技術能夠提供穩定的循環當量密度，保持井下狀態和井底壓力穩定，有效降低循環漏失、地層破裂和井涌的機會，同時，不間斷鉆屑的排出，改善井眼質量，防止形成鉆屑床，減少卡鉆機會。目前應用較廣泛的主要有連續循環閥和連續循環系統兩種方式。

3.1 連續循環閥（CCV）

連續循環閥（Continuous Circulation Valve）主要由短節本體、中心蓋板閥、側向蓋板閥總成組成，與所使用鉆桿扣型相同，配有中心及側向2個單向蓋板閥。

其原理是套銑時預先將連續循環閥連接在旋塞閥下面，正常套銑時反循環閥靠彈簧彈力使頂閥自動關閉，液流從管柱內通過，當需要接單根時，先將可旋轉插接管與循環閥連接（絲扣連接），因帶有旋塞接頭，因此可實現旋轉上扣作業;在上扣過程中，頂桿將頂閥逐漸頂開，當絲扣上緊時，頂閥完全打開，循環閥即處于完全打開狀態。此時關閉旋塞閥，則液流全部進入了連接管。保持鉆井液始終處于連續循環狀態，保持井底壓力恒定，消除因循環中斷造成的井下復雜情況，提高沖洗效率。

3.2 連續循環系統（CCS）

連續循環系統（Continuous Circulation System）是一個可以實現不用停止鉆井液在井內的循環來完成鉆桿的上卸扣等連接工作的系統，該系統以鉆臺為基礎，適用于任何帶有頂驅鉆井裝置的井架。

3.2.1 系統組成

連續循環系統被設計成5部分，連續循環連接器（連接器）、鉆井液分流及輸送裝置、頂驅連接工具、控制系統和液壓動力系統。其中，連接器是連續循環系統的核心。此連接器是一個高效的壓力腔，安裝在帶轉盤的鉆機平臺上，當鉆柱通過它時，它將完成接單根和鉆桿公扣和母扣的密封等工作。

采用頂部驅動的三重閘板防噴器（BOP），連接器提供了一種通過鉆柱連續循環鉆井液的連接方式。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（在鉆桿和頂部驅動磨損部件的連接處）的上部和下部。

連接器壓力腔底部連接著一個鉆桿卡瓦，當上扣時，連接器被提升，鉆柱被提到司鉆可以看到工具接頭的轉盤的上部。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，直到卡瓦達到轉盤補心的位置，這就使得接頭在連接器內精確定位，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。新的立根或單根插入連接器，防噴器上部閘板關閉并用泥漿加壓。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控制之下。

3.2.2 控制系統

連續循環控制系統是一個用電控液的電--液壓控制系統來控制。該控制系統整個過程很大程度都需要電力和液壓部件的協助，司鉆通過一個觸摸式的顯示屏操縱控制系統實現對整個過程的自動化控制，并且對整個過程中傳遞的數據進行解碼，解決了人工帶壓作業的安全隱患。

3.3 兩種方式的對比

項目 優勢 劣勢連續循環閥（CCV） 應用范圍廣，適用于各種類型的鉆機，結構簡單，容易操作 需要多個循環閥入井，增加井下風險;人工帶壓拆接管線，安全風險大連續循環系統（CCS） 循環轉換自動控制，安全性高，無需井下工具，作業風險小;可實現鐵鉆工、動力卡瓦連續循環多種功能 只適用于帶頂驅的鉆機，系統復雜，設備較多，對場地面積要求較高

3.4 連續循環技術的優勢

①消除了為了接單根停止和開始循環時的壓力的波動，利于保持井眼壓力穩定，大大降低了循環漏失、地層破裂、井涌、壓差卡鉆、鉆頭或底部鉆具組合遇卡的風險;②接單根時也保持一定的循環通路，節省了接單根前為了清除井筒內懸浮的砂子、凈化井筒的額外循環時間;③連續循環技術消除了井底壓力波動，在大修作業期間建立了穩定的循環當量密度，降低了井涌、井漏和其他復雜情況風險;④由于連續循環減小了井涌的可能性，而且即使是發生井涌，也更加易于處理，因而提高了作業井的安全性;⑤在孔隙壓力或破裂壓力窗口較窄時易于控制井內壓力，降低作業，風險;⑥始終保持循環狀態，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，降低了卡鉆的風險。

4 結論及建議

①油水井大修沖砂和套磨銑作業中井眼凈化問題是保證作業成功率及提高作業效率、降低作業成本的一項重要技術。將連續循環技術應用到大修作業中，理念新穎，是對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在保證井控安全的前提下有效增加井筒內砂子的返出速度，降低接單根前的循環時間，以此提高作業效率，降低作業成本;②由于連續循環系統所需設備較多，對鉆機和場地面積有一定的要求，因此建議首先選擇連續循環閥進行作業嘗試，根據作業情況總結經驗，擇機選擇合適的平臺進行連續循環系統的應用。

參考文獻：

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