化學(xué)切割技術(shù)在連續(xù)油管遇卡事故處理中的應(yīng)用

單　勇,張 良,鄧智源,王　琦,李　陪,佘鴻祥

在油氣井進(jìn)行完井及修井等工程作業(yè)中，由于井下工具性能改變或損壞、套管變形等各種因素的影響引起的油管管柱被卡事件常有發(fā)生。當(dāng)被卡油管不能解卡時(shí)，常常需對(duì)油管管柱進(jìn)行切割作業(yè)。常見的切割工藝包括機(jī)械切割、聚能爆炸切割以及化學(xué)切割、機(jī)械切割主要是使用機(jī)械式內(nèi)割刀，用鋁桿固定割刀，下到預(yù)定深度，而后把刀片張開，從地面旋轉(zhuǎn)管柱以切割管柱。聚能爆炸切割是采取聚能效應(yīng)原理，將能量匯集在一個(gè)360°圓平面上向外噴射，射流形態(tài)呈“面狀”分布，從而達(dá)到切割管材的目的?；瘜W(xué)切割技術(shù)是利用化學(xué)反應(yīng)藥劑在高壓作用下，對(duì)管柱對(duì)象進(jìn)行高速腐蝕和快速切割[1-3]。

以X井連續(xù)油管遇卡為研究對(duì)象，結(jié)合基本井況切割技術(shù)特點(diǎn)與工藝的可行性等方面，提出了采用化學(xué)切割技術(shù)進(jìn)行油管切割的處理方法。經(jīng)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)還未見采用化學(xué)切割工藝進(jìn)行連續(xù)油管切割的應(yīng)用與報(bào)道，為此化學(xué)切割在X井的成功應(yīng)用也為類似的小直徑管柱遇卡事故處理提供了參考。

1　基本井況與解決方案

1.1　井況介紹

X井為一口直井，人工井底3 583.0 m，經(jīng)過測(cè)試和綜合評(píng)估后，需對(duì)該井進(jìn)行永久封堵，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)采用連續(xù)油管灌注水泥漿進(jìn)行井底封堵。連續(xù)油管灌漿完成后上提并候凝，水泥凝固后采用了原管串探水泥塞面。由于井筒內(nèi)水泥未完全凝固以及連續(xù)油管進(jìn)入水泥界面時(shí)遇阻不明顯，待管柱有遇阻顯示后上提，發(fā)現(xiàn)懸重增大。隨后進(jìn)行開泵循環(huán)，發(fā)現(xiàn)循環(huán)不通，通過多次上提活動(dòng)連續(xù)油管均不成功，表明連續(xù)油管底部已被水泥塞卡住而遇卡。

1.2　解決方案

根據(jù)測(cè)算的遇卡位置和下行距離，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)分析，推斷連續(xù)油管管柱中的丟手釋放裝置也被固在井內(nèi)，若要起出管柱可采用油管切割技術(shù)。由于連續(xù)油管直徑較小，其外徑為50.8 mm，內(nèi)徑為39.0 mm，常用的爆炸切割器不能滿足油管內(nèi)通徑的要求，只能采用外徑更小的爆炸切割器。為此，首先對(duì)擬采用的外徑32.0 mm，耐壓70.0 MPa的爆炸切割器進(jìn)行了地面切割試驗(yàn)。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)該爆炸切割器未完全切掉油管，且油管變形量較大。分析認(rèn)為由于爆炸切割彈小且所用炸藥量少，加之在偏心狀態(tài)下進(jìn)行切割，導(dǎo)致切割效果欠佳。因此，為了保證切割效果與成功率，保護(hù)井內(nèi)管柱避免再次出現(xiàn)復(fù)雜情況，決定采用外徑35.0 mm的油管化學(xué)切割器進(jìn)行切割處理。

由于化學(xué)切割器需要采用電纜進(jìn)行輸送，而連續(xù)油管為一個(gè)整體且無單獨(dú)的電纜管串送入通道，因此需在長(zhǎng)時(shí)間觀察和確認(rèn)井口無壓的情況下，可對(duì)在井口注入裝置上部的連續(xù)油管進(jìn)行切割。另外，雖然在化學(xué)切割前井內(nèi)油套并未聯(lián)通，為了防止切割瞬間井內(nèi)產(chǎn)生的壓力以及切割完成后油套壓差作用，因此必須在井口連續(xù)油管上部安裝電纜防噴裝置，防止井控風(fēng)險(xiǎn)。電纜防噴裝置因無法直接連接在油管斷口處，為此加工專用的轉(zhuǎn)換接頭以連接，同時(shí)采用吊車控制懸重，避免將防噴裝置的所有重量直接作用在連續(xù)油管轉(zhuǎn)換接頭上，井口安裝示意圖如圖1所示。

圖1　井口安裝示意圖

2　化學(xué)切割器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理

2.1　切割器組成結(jié)構(gòu)

化學(xué)切割器整體長(zhǎng)度為2.87 m，外徑35.0 mm，耐溫204.0℃、耐壓105.0 MPa。其由點(diǎn)火頭、燃燒室、扶正器、火藥筒、催化劑室、切割頭等部分構(gòu)成，如圖2所示。

1）燃燒室：燃燒室內(nèi)含有上下兩部分固體燃料推進(jìn)劑，其燃燒后能迅速地釋放出大量高溫高壓的氣體。

2）扶正器：又稱錨定裝置，用于將切割工具鎖定在被切割管柱中央。

3）火藥筒：用來保存化學(xué)藥劑（BrF3）的鋼筒。

4）催化劑室：含有專用油和鋼絲，在化學(xué)反應(yīng)中可加速反應(yīng)。

5）切割頭：其周圍有一圈緊密排列的小孔，是BrF3的釋放通道。

圖2　化學(xué)切割器組成示意圖

2.2　工作原理

將化學(xué)切割器通過電纜輸送至油管內(nèi)預(yù)定的切割深度，電纜供電至點(diǎn)火頭并點(diǎn)燃推進(jìn)劑，其燃燒釋放出高溫高壓氣體，高壓氣體使得扶正器（錨體）迅速?gòu)堥_并鉗住在管柱內(nèi)壁上。高壓作用剪切掉藥劑筒上、下的破裂盤，推動(dòng)BrF3穿越催化劑到達(dá)切割頭，BrF3通過切割頭上的一圈小孔噴射到被切割管柱內(nèi)壁上，切割示意圖如圖3所示。高溫高壓的氣體促使了迅速的化學(xué)反應(yīng)即3BrF3+3Fe→2FeF3+FeBr3，管柱被強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)所腐蝕，從而切掉油管[4]。

圖3　化學(xué)切割示意圖

2.3　工作特點(diǎn)

1）切割速度快：通常能在125.0～175.0 ms內(nèi)完成切割作業(yè)。

2）耐溫耐壓高：可在額定工作溫度204.0℃工作1 h，承壓105.0 MPa。

3）切割效果好：切割后切割斷口光滑平整、無膨脹變形及喇叭口現(xiàn)象，切割后無固體殘?jiān)脖阌诤罄m(xù)打撈等作業(yè)[5]。

4）污染性：BrF3是一種強(qiáng)烈破壞性、傷害性的化學(xué)藥劑，切割后可能會(huì)存在未完全反應(yīng)的藥劑，造成一定的井內(nèi)污染。

3　現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工藝與應(yīng)用

3.1　工藝流程與管串設(shè)計(jì)

根據(jù)基本井況和化學(xué)切割工藝特點(diǎn)，對(duì)X井切割進(jìn)行了基本工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的流程如下。

1）切割前先過提連續(xù)油管，使整個(gè)管柱處于拉伸狀態(tài)，過提噸位為25.0 t，并采用控制裝置鎖緊并保持該噸位。

2）在井口切割連續(xù)油管，在斷口處安裝轉(zhuǎn)換接頭；地面組裝電纜防噴裝置（內(nèi)通徑76.0 mm，耐壓70.0 MPa）并試壓，采用吊車吊起該裝置與井口轉(zhuǎn)換接頭連接。

3）采用外徑35.0 mm通井規(guī)對(duì)連續(xù)油管管柱進(jìn)行通井作業(yè)（圖4），通井深度為3 200.0 m。其中電纜頭外徑32.0 mm，加重桿外徑35.0 mm，整個(gè)通井管串長(zhǎng)度為4.0 m。

圖4　通井與切割管串示意圖

4）組裝化學(xué)切割管串（圖4），將切割管串連接至電纜后下放入井。切割管串最大外徑35.0 mm，長(zhǎng)度3.17 m。

5）電纜下放管串至3 200.0 m并確認(rèn)深度后，供電點(diǎn)火以激發(fā)化學(xué)切割器。

6）切割完成后上起管串至井口，拆卸井口電纜防噴裝置。

7）確認(rèn)切割成功，連續(xù)油管控制裝置上提并起出井內(nèi)連續(xù)油管。

3.2　切割效果評(píng)價(jià)

化學(xué)切割工具下放到指定切割位置，供電切割后管柱震動(dòng)明顯，隨后連續(xù)油管起出，檢查連續(xù)油管切割端面，發(fā)現(xiàn)其切割后所留下的斷口平整、未見明顯膨脹變形和毛刺，如圖5所示?；瘜W(xué)切割工藝不僅解決了X井連續(xù)油管因在井下遇卡不能正常丟手的復(fù)雜情況，同時(shí)也縮短了該井修井作業(yè)工期，也為今后處理類似工程復(fù)雜情況積累了重要的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

圖5　連續(xù)油管切割斷口

4　結(jié)論

1）針對(duì)X井連續(xù)油管井下遇卡的工程事故，綜合對(duì)比分析后優(yōu)選了化學(xué)切割技術(shù)進(jìn)行油管切割處理，切割后連續(xù)油管斷口整齊，整體切割效果良好。

2）根據(jù)連續(xù)油管特點(diǎn)及實(shí)際井況，創(chuàng)新性地提出了在井口切斷連續(xù)油管，成為電纜切割管串的入口，并加工了專用的轉(zhuǎn)換接頭以連接電纜防噴裝置，防止井控事故。

3）本切割工藝針對(duì)連續(xù)油管遇卡且井口無壓力的情況，如果井口帶壓時(shí)應(yīng)先進(jìn)行壓井后再進(jìn)行切割。如果井口帶壓且無法循環(huán)壓井，則在井口切斷連續(xù)油管，采用作業(yè)機(jī)進(jìn)行后續(xù)打撈處理。

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