机械工程师
MECHANICALENGINEER
钻并用不停泵循环阀设计及现场试验
刘景超，黄毓样，张俊，关贺坤
（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）
摘要：钻井过程中钻井液不间断循环，可保证在上、卸钻杆操作过程中井下压力的稳定，解决井壁塌、溢流、沉砂卡钻系列问题。为实现钻井过程中钻并液的连续循环，设计一种钻并用不停泵连续环阀，应用有限元软件ANSYS对所设计的体结构进行分析，计算阀体在不同工况下的应力。结果表明，连续循环阀阀体结构的最大应力小于材料的屈服应力，强度
满足要求。现场试验证明不停泵循环阀工作可靠，可实现钻并过程中钻并液连续循环。关键调：钻井：连续：循环阀：设计：现场试验
中图分类号：TE933.303
文献标志码：B
文章编号：1002-2333(2016)10-0160-03
Design and Field Tests of Continuous Circulation Vale for Drilling LIU Jingchao, HUANG Yuxiang, ZHANG Jun, GUAN Hekun
(Engineering Technics Branch, CNOOC Energy Technology & Services Limited, Tianjin 300452, China)
Abstract: The drlling fluid continuous circulation during drilling can ensure the downhole pressure stable while connecting or disconnecting the drill pipe and resolve a series of drilling problems caused by circulation break, such as the lower wall caving, overflow and the drill tools sticking, etc, In order to achieve a continuous cycle of drilling fluid during the drilling process, the continuous circulation vale (CCV) for drilling is put forward. The structure of CCV is analyzed by using ANSYS software. The stress of vale body structure is calculated. The results show that the maximum stress of valve body structure is less than the material yield stress and meets the strength requirements. The field test proves that CCV is
reliable in performance and can achieve continuous circulation ofdrilling fluid during the drlling process. Key words: drilling; continuous; circulation valve; design; field tests
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常规钻井作业中，连接单根或者立柱的过程中需要暂时停泵3~5min，导致钻井液循环会停止相同时间，这种作业模式存在井眼净化不足和安全隐患风险，泥浆的短暂停止会导致岩屑床的形成，甚至造成大块地岩屑较快地下落埋住钻头，很可能会构成卡钻事故。在钻井液密度窗口很牵的井和大位移井钻井作业中，开关停泵作业会造成循环当量密度很大变化，容易引发井漏风险。在大修井的套铣作业中能够不间断循环节立柱或单根，防止发生沉砂卡钻-"。
近年来，不停泵连续循环系统开始用于油田开发作业中。不停泵连续循环系统可提供一种快速连接在每一柱钻杆顶部的不停泵连续循环短节，通过在钻台上构建循环装置，远程遥控切换泥浆流通路径，利用连续循环短节上的球阀、板阀达到工具上的旁通通道和顶驱连接的主通道之间的转换，使在微过平衡钻井过程中不停泵循环，维持循环当量密度，防止停泵引起的井壁塌、溢流、沉砂卡钻等事故4-9。
本文根据连续循环钻井技术的原理，设计一种不停泵钻井作业连续循环阀，并进行强度计算及现场试验研究，为复杂井尤其是窄钻井液密度窗口井钻井提供了一
种有效的解决方法。 1不停泵循环阀设计 1.1工作原理
钻井用不停泵连续循环阀设计有两路通道，分别是
顶驱与不停泵循环阀上端循环口连接以及循环管线与不停泵循环阀旁通循环口连接，形成一套能够连续循环系统。利用不停泵循环阀上的球阀、板阀达到工具上的旁通通道和顶驱连接的主通道之间的转换，可以在低密度平衡钻井过程中不停泵循环，维持循环当量密度，防止停泵
引起的井壁塌、溢流、沉砂卡钻等事故。 1.2
设计方案
根据循环阅工作原理，从技术和可操作性方面考虑，设计出一种新的循环阀，其结构如图1所示。阅上下均为钻杆扣，上端为母扣连接在每柱钻杆的下端，下端为公扣连接在每柱钻杆上端；阀工具通过旁通短节以由壬扣与循环装置连接，共同构成连续循环系统。阀主要是依靠上部的球阀及旁通开关阀板来实现连续循环系统中两个流动通道间的切换。上部球阀通过限位套2、支撑环3、支撑座4、定位环6和旋钮7实现在阀体1上定位，依靠上阀座5，下阀座9在阀体8上实现密封。限位套2的上部设计有导向口，这样既可提高钻井液循环流动的有效性，又可保证其它作业时需钻杆内投人工具的顺利入井。旁通阀11有阀板密封机构，密封座上设计有橡胶垫，密封短节与阀板接触面处设计有斜槽，这样可降低对该密封结构加工和装配的难度，又可提高密封的效果。
可见，设计的循环阀是一种快速连接在每一柱（根）钻杆项部的不停泵连续循环阀，通过在钻台上构建循环装置，远程遥控切换泥浆流通路径，利用连续循环短节上的球阀、板阀达到工具上的旁通通道和顶驱连接的主通
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2016年第10期
万方数据