1、連續循環鉆井技術馬馬青芳青芳中石油鉆井院20142014年年0909月月連續循環鉆井系統一概述二連續循環鉆井系統（CCS）三閥式連續循環鉆井裝置（CCV）四兩種裝置的比較一、概述復雜地層下的安全鉆井問題，已成為制約我國油氣勘探開發發展的重要壁壘如何解決復雜地層下的安全鉆井問題，成為當前鉆井工程技術發展的主攻方向。連續循環鉆井系統（Continuous Circulation System-CCS）正是為了解決復雜情況下的安全鉆井問題，世界鉆井界近年來出現的一項新技術、新裝備。隨著石油天然氣勘探開發的不斷深入，復雜井、特殊工藝井、欠平衡井的作業越來越多。在接單根時關閉泥漿循環系統，接完單根后，再

2、重新建立泥漿循環常規鉆井泥漿循環方式在接單根時保持泥漿的連續循環接單根時可引起的激動壓力，形成壓力波動，造成地層破裂，循環漏失，形成井涌；由于停滯循環造成巖屑沉降，容易形成巖屑床，造成卡鉆等事故。穩定的當量循環密度，保持井下狀態和壓力的穩定，有效降低循環漏失、地層破裂和井涌的機會；不間斷鉆屑的排出，改善井眼質量，防止形成鉆屑床，減少卡鉆現象。縮短建井周期，節約鉆井成本。連續循環鉆井系統泥漿循環方式一、概述穩定的當量循環密度消除了接單根引起的壓力變化和壓力波動整個鉆進期間建立了穩定的當量循環密度可以有效解決窄密度窗口安全鉆井問題不間斷鉆屑的排出減少接單根時卡鉆的機會在大位移井和水平井中，可有效防

3、止井眼底邊形成鉆屑床全面改善井眼條件和鉆井安全性提高總的機械鉆速，節約鉆井成本。據國外報道，每口井可節約成本100萬美元。連續循環鉆井系統實現了接單根期間泥漿的不間斷循環。主主要要優優點點一、概述窄泥漿密度窗口井高溫高壓井欠平衡井大位移/水平井深海鉆井天然氣水合物開一、概述主要應用范圍連續循環鉆井系統（Continuous Circulation System-CCS）閥式連續循環鉆井裝置（Continuous Circulation Valve-CCV）分類一、概述1.國內外技術發展現狀1995申請了第一項專利最初Laurie Ayling設計Maris 公司管理現在：NOV公司設計和供應2

4、000由5家公司和3家設備制造商聯合研制 得到“工業技術聯合組織”支持$19,950,0002002.12進行了先導性試驗 5 鉆桿接單根35次，壓力波動2.8 MPa 2003.7進行了現場試驗并取得成功 4-1/2 鉆桿接單根72次，接單根13-20 min，壓力波動1.4-2.1 MPa 國外技術發展現狀2005.6商業應用截至2011.6已應用16口井二、連續循環鉆井系統（CCS）國外使用情況一覽表二、連續循環鉆井系統（CCS）1.國內外技術發展現狀2009.12第一次方案評審2008.4國家重大專項（2008）中石油鉆井院2010.01第二次方案評審2011.7完成廠內試驗2012.

5、3第一次模擬現場試驗并取得成功 5”鉆桿，10MPa，9根國內技術發展現狀2012.10第二次模擬現場試驗并取得成功 5”鉆桿，20MPa，16根二、連續循環鉆井系統（CCS）分流管匯分流管匯Mud Diverter SkidMud Diverter Skid頂頂 驅驅Top Driver主機主機Main UnitMain Unit動力鉗腔體總成鉆桿導引機構專用動力卡瓦中中國國石石油油鉆鉆井井工工程程技技術術研研究究院院E EX XI IT TC CC CS SM MY Y T TO OO OL LS SD DA AT TA AS SKN.m動動力力鉗鉗扭扭矩矩井井底底壓壓力力psi閘閘板板密

6、密封封psi泥泥漿漿流流量量L/min大大鉤鉤載載荷荷kN閥閥2 2閥閥1 1閥閥8 8閥閥5 5閥閥6 6閥閥4 4閥閥3 3閥閥7 7單單向向閥閥離離心心泵泵接接立立管管泥泥漿漿儲儲罐罐泥泥漿漿泵泵單單向向閥閥啟 動停 止停 止選選項項狀狀態態手手動動自自動動緊緊急急操操作作選選項項主主機機分分流流裝裝置置液液壓壓站站控控制制系系統統數數據據采采集集顯顯示示窗窗口口X cm立立管管壓壓力力psi動動力力卡卡瓦瓦上上腔腔壓壓力力psi下下腔腔壓壓力力psi操作臺操作臺Control Panel 動力控制裝置動力控制裝置HPU & Container連續循環鉆井系統為機、電、液及管匯于

7、一體的新型鉆井裝備。2.結構組成二、連續循環鉆井系統（CCS） 接單根時鉆井液不間斷循環 密閉腔室內自動上卸扣功能（鐵鉆工） 懸持鉆柱重量（動力卡瓦） 驅動：全液壓驅動 控制：工控機手動/自動程序3.主要功能二、連續循環鉆井系統（CCS）通過控制腔體總稱上的上下半封閘板和中間的全封閘板的開合，形成和控制上下密封腔室的連通與隔離，與泥漿分流管匯配合，完成泥漿主通道和側通道分流切換，實現接單根過程中井下鉆井液的不間斷循環。利用動力鉗、平衡補償裝置和背鉗的協同動作，實現在防噴器密封腔室內鉆桿的自動上卸扣操作。4.工作原理部件名稱安裝位置安裝方式安裝時間主機鉆臺面井口位置分體吊裝2-3h2-3h分流管

8、匯井場立管側吊裝動力與控制單元鉆機MCC房旁吊裝填充泵泥漿罐旁吊裝四通管匯泥漿泵到立管中間吊裝1h1h5.設備安裝二、連續循環鉆井系統（CCS） 試驗設施：鉆井科學試驗井中石油鉆井院和渤鉆技服聯合建造。地點：渤鉆技服培訓中心試驗井場。配置：ZJ30DB鉆機（一臺1300泥漿泵）； 北石新型DQ40Y全液壓頂驅； 井深320米。試驗情況：二次全工況實際操作試驗6. 連續循環鉆井系統試驗情況不是油田現場的現場試驗。二、連續循環鉆井系統（CCS） （1）第一次試驗試驗時間：2012.3.30-4.1接單根數量：9 根試驗壓力：10 MPa接單根用時：50-60 min上卸扣力矩：2530 kNm沒有

9、采取交叉作業，完全按步操作。l系統運轉正常，控制程序運行正常，系統功能達到設計要求。二、連續循環鉆井系統（CCS）（2）第二次試驗試驗時間：2012.10.25-26接單根數量：16 根試驗壓力：20 Mpa排量：27 l/s在接單根用時：14-18 min上卸扣力矩：2530 kNml 試驗結果：設備運轉正常，控制程序運行正常。密封良好，密封耐磨性能較好。沒有出現打滑，沒有對鉆桿本體造成損傷。試驗過程順利，未出現任何異常情況。（26日14:30-16:50接了8個單根包括下放單根過程每個單根平均17.5min）二、連續循環鉆井系統（CCS）7. 國內技術與國外技術的對比二、連續循環鉆井系統（

10、CCS）二、連續循環鉆井系統（CCS）7. 國內技術與國外技術的對比對比性能國外產品研制產品結構形式優缺點結構形式優缺點上卸扣背鉗動力卡瓦作為背鉗，夾持鉆桿本體。容易損傷鉆桿本體單獨背鉗，夾持鉆桿接頭。不損傷鉆桿本體動力卡瓦同時作為背鉗,承受懸重和上卸扣扭矩；上頂力作用于動力鉗牙板。需采用特殊牙板；泥漿上頂力影響卡瓦對鉆柱的夾持能力。懸持鉆柱重量；上頂力作用于動力鉗殼體。牙板可采用常規形式，已驗證可靠性；泥漿上頂力使夾持更可靠。接頭定位方式通過接頭與閘板碰觸進行定位。容易損傷上下密封閘板。利用傳感器和控制技術。 非接觸定位方式，定位精確。主機安裝方式整體吊裝（包括動力卡瓦）安裝時需先用卡瓦夾持

11、鉆桿柱，安裝后再移開卡瓦。分體吊裝，先安裝專用動力卡瓦，夾持鉆柱。可只部分拆裝，裝拆方便。可借助專用裝置平移安裝。主機尺寸1.64m*1.97m*2.98m1.73m*1.99m*3.60m主機重量15.42t18t作業方式只能打單根只能打單根1.國內外技術情況國內川慶鉆探和渤鉆技服也研制了閥式連續循環并進行了現場試驗。公司名稱產品名稱結構特點使用情況Eni公司E-CD System由短接（E-CD Sub）和管匯（E-CD Manifold）組成。短接即連續循環閥，閥體內用兩個單向閥（Check Valve）從2006年開始，Eni公司利用E-CD系統鉆成了十多口井，包括1口5650m的大位

12、移水平井，2口高溫高壓井和1口復雜側鉆深井。到2011年，已制造出3000多根安裝有E-CD短接的鉆桿。Managed Pressure Operations 公司NON STOP DRILLER（NSD） System該系統主要由NSD球閥、NSD旁通閥及NSD控制管匯等組成2009年8月在利用該系統在巴布亞新幾內亞ADD-5探井現場試驗，用17-1/2”鉆桿，泡沫做循環介質從200m不間斷循環打到1500m。三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV)頂驅連接分流管匯鉆柱接頭 連續循環閥泥漿泵2. 結構組成三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV) 連續循環閥快速接頭分流管匯和操作臺 旁通閥軸向閥 旁通閥：

13、錐閥或蝶閥壓力自動開關 軸向閥：球閥手動開關（NSD）蝶閥壓力自動開關E-CD）泥漿管線三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV)頂驅頂驅連接分流管匯連接鉆柱快速接頭連接閥 連續循環閥閥帽三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV)三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV)3. 工作原理預先將連續循環閥配在立柱（單根）頂端；在接單根（立柱）、起下鉆時連接一條循環管線至連續循環閥的旁通閥，通過地面循環通道切換裝置對主循環通道和側循環通道進行切換，保持鉆井介質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，提高鉆井效率。頂驅連接分流管匯鉆柱接頭 連續循環閥泥漿泵三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV)每接一

14、個單根/立根上均需事先接一個連續循環閥；多個連續循環閥隨鉆具下井；在鉆臺上人工帶壓完成泥漿管線和兩虛循環法的連接工作；可以實現井下連續循環。結構簡單4. 功能特點：三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV)5. 國內閥式連續循環試驗情況川慶進行了三口井的試驗：井號循環介質 循環壓力排量井深接單跟情況 接單跟時間壓力波動寧211井氮氣3.4 MPa120m3/min1482m3次單根14min/次0.07MPa月005-H1井 氣液混合7.0 MPa氣60 m3/min液45 L/s910m910.21927.15 m15min/次0.3 Mpa博孜101井氣體3 Mpa2502m25023602m26天0.03Mpa三、閥式連續循環鉆井裝置(CCV)5. 國內閥式連續循環試驗情況2013年，渤海鉆探鉆井技術服務分公