中海油田服务股份有限公司 天津 300459
摘要：常规旋转钻井在卸扣或上扣时，因停止泥浆循环给钻井带来了许多井下问题，给钻井工作带来了很多安全隐患。连续循环系统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。连续循环系统是最近几年发展起来的新技术，不但有效解决了上述钻井问题，而且为高效、经济、安全的钻井作业奠定了基础。
关键词：钻井；泥浆循环；连续循环；防喷器；连接器
1 钻井中遇到的问题
常规的钻井泥浆循环方式，当接单根或立柱时，需要关闭泥浆循环系统，接完单根后再重新启动建立循环。在这个过程中，会引起井内压力波动，造成地层破裂、井壁坍塌、漏失、井涌等风险，停止循环后钻屑失去上返力，产生沉降，容易形成岩屑床，造成卡钻等井下事故。当卸扣或上扣时，中断循环引起的不利影响包括如下几项：
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环空中的动态压差导致泥浆循环漏失。
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井底压力下降，有时会引起井涌。
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当中断的循环恢复时，井底压力骤增会使敏感性地层的压力增加，可能引起循环漏失。
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在大位移井（ERD）和水平井的大倾度井段，钻屑降落到井眼的较低井段，减小了有效井径并增加了钻柱的扭矩和阻力。
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泥浆温度升高，改变泥浆的特性。
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在负压钻井（UBD）情况下，气体连续循环，导致环空内的压力极不稳定。
上述影响及其它因素会产生诸如井眼不稳定和井壁坍塌、卡钻或井底钻具（BHA）被卡、工具失灵、钻柱脱扣、地层形成裂缝以及循环液漏失之类的钻井问题。
2 连续循环钻井技术
连续循环钻井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。
连续循环钻井技术分为连续循环钻井系统（CCS）和阀式连续循环钻井装置（CCV）。
2.1 阀式连续循环钻井装置（CCV）
阀式连续循环钻井装置（CCV）的主要工具是连续循环阀，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，如图1所示。
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图1 连续循环阀结构示意图
其原理是预先将连续循环阀接在立柱或单根的顶端，在接单根（立柱）时连接一条循环管线至循环阀的旁通阀，通过地面循环通道切换装置对主循环通道和侧循环通道进行切换，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，提高钻井效率。
该装置结构简单，易于操作，但是需要在每一个单根上预先接上一个连续循环阀，多个连续循环阀随钻具入井，增加了井下隐患，在钻台上需要人工带压完成循环管线的连接工作，增加了安全隐患。因此，现在基本不再使用该装置进行连续循环钻井施工，本文主要介绍另外一种连续循环钻井系统（CCS）。
2.2 连续循环系统（CCS）
连续循环系统（CCS）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。
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。
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。
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图2 连续循环系统（CCS）原理示意图
2.3 连续循环钻井技术的优势
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、在连接后钻凿新的地层前，无需钻头再钻通岩屑。节省了接单根前为了清除下部钻具组合的岩屑的停钻时间。
3、改进了钻井液的管理，改善了循环液体的等密度控制。
4、在孔隙压力或破裂压力窗口较窄时易于导向。
5、始终保持循环状态，降低了钻屑沉降的速度，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。
6、消除了为了循环出高压高温井内的连接处气体的停工时间。
7、在负压情况下钻井时，流体保持平衡并阻止不得不排出井外的气体累积。
三、应用前景
1、负压钻井（UBD）
2、高压/ 高温（HP/ HT）钻井
3、大位移钻井（ERD）
4、无梯度或双梯度钻井
5、窄密度窗口井
6、压力敏感井
四、结论
1、连续循环钻井技术提高机械钻速理念新颖，是对其功能的一次成功尝试和大胆拓展，核心是利用循环压耗在保证井控安全的前提下有效降低钻开液密度，降低地层围压，以此提高机械钻速和效率。
2、连续循环钻井技术消除了井底压力波动，在钻井期间建立了稳定的循环当量密度，降低了井涌、井漏和其它复杂情况风险。
3、连续循环系统适用于各种压力窗口窄的井，应用前景广阔。
4、连续循环钻井技术节省了非生产性时间，对海上油井来说，节省钻井时间可平均降低成本高达数百万美元。
5、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。
参考文献：
[1]海洋钻井手册[M].1996
[2]周守为，张均.大位移井钻井技术及其在渤海油田的应用[M].北京：石油工业出版社，2002
[3]石俊江.连续循环系统综述[J].钻采工艺，2008，31（1）
[4]杨刚，陈平，郭昭学，等.连续循环钻井系统的发展与应用[J].钻采工艺，2008，30（3）
[5]马青芳.不间断循环钻井系统[J].石油机械，2008，36（9）
[6]胡志坚，马青芳，邵强，等.连续循环钻井技术的发展与研究[J].石油钻采工艺，2011，33（1）
作者简介：史永杰，男，钻井工程师，2008年7月毕业于大庆石油学院石油工程专业，现在中海油田服务股份有限公司从事钻修井工艺技术工作。