徑向切割技術(shù)在海上氣田修井作業(yè)中的應(yīng)用

徐太保，肖澤蔚

中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部湛江作業(yè)公司（廣東湛江 524057）

大修井起管柱過(guò)程中經(jīng)常遇到由于多個(gè)封隔器無(wú)法一次性解封、永久封隔器、油管抗拉有限、管柱下部沙埋等原因造成管柱無(wú)法正常起出，此時(shí)只有采取切割油管的方法來(lái)解決[1-2]。通過(guò)先起出上部油管，再對(duì)下部管柱采用磨、套銑及震擊打撈等措施起出[3-5]。2019年南海某高溫高壓氣田WCX-X井在進(jìn)行環(huán)空帶壓重大隱患治理大修作業(yè)中，由于井下Φ244.5 mm 生產(chǎn)封隔器采用了卡瓦式永久封隔器，無(wú)法進(jìn)行解封。因此需要在4 002 m（垂深3 568.5 m）深度對(duì)封隔器以上第一根89 mm 外徑的長(zhǎng)油管進(jìn)行切割作業(yè)，通過(guò)切割起出上部管柱，對(duì)井筒進(jìn)行二次固井及二次完井，以達(dá)到治理隱患的目的。為保證切割成功，選擇合適的切割方式成為重中之重。

1 常用切割方式

在海上氣田修井作業(yè)中，常用的切割方式有：爆炸切割、化學(xué)切割和機(jī)械切割，3種切割方式的工藝原理及優(yōu)、劣勢(shì)對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 常用切割方式對(duì)比

2 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)難點(diǎn)分析

南海某高溫高壓氣田WCX-X 井，若采用常規(guī)的爆炸切割、化學(xué)切割，對(duì)于該井隱患治理存在一定的局限性，具體表現(xiàn)在：①為了后續(xù)二次完井的順利進(jìn)行，要求切割之后油管切口平整，而常規(guī)爆炸切割后割口外翻（帶“喇叭口”），不能滿足后續(xù)打撈作業(yè)需求；②切割之后不允許有落物堵塞管柱內(nèi)通孔，而常規(guī)爆炸切割存在井下落物的問(wèn)題；③此管柱最小內(nèi)徑58.8 mm，切割89 mm 油管的化學(xué)切割工具外徑60.1 mm，無(wú)法通過(guò)此最小內(nèi)徑，且化學(xué)藥劑存在一定的腐蝕性。因此，需要尋找更有效的切割方法。

3 徑向切割炬工藝介紹

3.1 切割原理

徑向切割炬（Radial Cutting Torch，RCT）是通過(guò)電纜將RCT 工具送達(dá)管內(nèi)預(yù)定位置,地面供電，通過(guò)工具內(nèi)混合粉末（氧化鐵粉和鋁粉）釋放的高溫高壓等離子態(tài)硬顆粒的機(jī)械研磨及燒蝕作用，瞬間將管柱切斷（25 ms以內(nèi)）。它的切割能力是噴砂設(shè)備的6 000 倍,就像富含高溫和腐蝕物的原子微粒一樣射向切割區(qū)，完成對(duì)管體的切割（圖1）。這種腐蝕物使得RCT 切割工具即使在遠(yuǎn)離管壁的情況下仍有較高的效率。它可以通過(guò)小通徑去切割大管材，可切鋼質(zhì)和合金管材（鍍鉻），割口平整無(wú)喇叭口，無(wú)井下落物。工具本身具備非爆、無(wú)毒、無(wú)害等特點(diǎn)。

圖1 徑向切割炬

3.2 規(guī)格型號(hào)及可切割范圍

徑向切割炬規(guī)格型號(hào)及可切割范圍見(jiàn)表2。通過(guò)表2 可知，切割89 mm 油管可采用型號(hào)為RCT-SP-2000-200 的50.8 mm 外徑RCT 切割工具，可通過(guò)絕大部分管柱，因此WCX-X 井使用徑向切割炬能很好地解決切割難題。

表2 徑向切割炬規(guī)格型號(hào)及切割范圍

3.3 工藝流程

1）采用CCL 接箍測(cè)量?jī)x器對(duì)切割工具串進(jìn)行校深定位，確保切割深度精準(zhǔn)（圖2）。

圖2 CCL校深磁定位儀器

2）在工具校深定位后，采用電動(dòng)機(jī)械錨定儀器（EMA），通過(guò)加正直流電開(kāi)腿，將工具串錨定于管壁上；然后加負(fù)直流電點(diǎn)火切割；點(diǎn)火后，重新加正電收腿，回收工具。EMA內(nèi)部電路設(shè)計(jì)使得正電向下不導(dǎo)通，避免開(kāi)關(guān)腿時(shí)激發(fā)RCT。EMA作為輔助工具，在切割點(diǎn)以下無(wú)循環(huán)通道時(shí)，用于防止工具串向上竄動(dòng)，確保切割同一位置，如圖3所示。

圖3 電動(dòng)機(jī)械錨

3）采用熱發(fā)生器（THG），其內(nèi)部有電發(fā)熱線圈，地面供電加1 A以上持續(xù)（15 s內(nèi)）穩(wěn)定電流引爆，用于激發(fā)下部RCT工具（圖4）。

圖4 熱發(fā)生器

4）徑向切割炬（RCT）。熱發(fā)生器引爆并激發(fā)RCT 后，在RCT 內(nèi)部發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)（3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3）釋放熱量，俗稱鋁熱反應(yīng)。該過(guò)程將釋放大量能量，并產(chǎn)生高溫高壓等離子態(tài)的反應(yīng)產(chǎn)物，推開(kāi)滑套，從石墨噴嘴高速噴出。同時(shí)由于反應(yīng)產(chǎn)物的硬顆粒屬性（Al2O3），高溫高壓等離子態(tài)硬顆粒通過(guò)機(jī)械研磨及燒蝕作用，可瞬間將管柱切斷（25 ms以內(nèi)）。徑向切割炬的壓力范圍見(jiàn)表3。

表3 徑向切割炬壓力范圍

5）壓力平衡錨（PBA）。通孔的空心管結(jié)構(gòu)，連接在工具串底部，通過(guò)壓力平衡的方式緩沖切割瞬間的能量釋放，避免工具串向上竄動(dòng)，確保切割同一位置。

6）扶正器、加重桿、萬(wàn)向節(jié)等輔助工具。其中，扶正器用于使錨定或RCT居中，保證錨定和切割效果；加重桿用于配重；萬(wàn)向節(jié)可使工具在大井斜或狗腿井段順利通過(guò)，同時(shí)能抵消扶正器的影響，使得CCL 磁定位儀器貼邊測(cè)量，增強(qiáng)接箍信號(hào)，還能避免其他工具重量將扶正器壓變形，保證更好的居中效果。一種典型的RCT 切割工具串組合如圖5所示。

圖5 RCT（帶錨定EMA）切割工具串組合

4 徑向切割炬的優(yōu)勢(shì)

RCT 徑向切割技術(shù)具備以下優(yōu)勢(shì)：①雖然RCT切割工具在井下被激發(fā)后會(huì)發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生巨大能量，但是產(chǎn)品本身使用的材料非爆、無(wú)毒無(wú)害，均不屬于危險(xiǎn)品，在采購(gòu)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用時(shí)無(wú)需任何資質(zhì)，可按普通貨物運(yùn)輸，應(yīng)急作業(yè)動(dòng)員時(shí)方便快捷（可空運(yùn)）；②不受射頻、靜電、雜散電壓等影響，操作人員安全有保障，作業(yè)時(shí)無(wú)需“無(wú)線電靜默”；③產(chǎn)品為一次性消耗品，穩(wěn)定可靠，操作便捷；④切口規(guī)整，不存在膨脹變形，方便后續(xù)打撈；⑤不受被切割管壁材質(zhì)影響，可對(duì)任何金屬材質(zhì)進(jìn)行切割，切割后無(wú)落物；⑥RCT 耐溫260 ℃（EMA耐溫175 ℃），基本不必考慮井溫影響；⑦工具外徑相對(duì)較小，可通過(guò)小通徑切割大管材，如切割89 mm 外徑油管時(shí)使用50.8 mm 的RCT 工具，切割73 mm外徑油管時(shí)使用42.86 mm的RCT工具；⑧成本較低。

5 徑向切割技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在南海氣田WCX-X 井89 mm外徑油管切割作業(yè)中，考慮到爆炸切割在切割之后切口會(huì)膨脹為“喇叭口”，且存在大塊落物；而化學(xué)切割無(wú)法通過(guò)WCX-X 井管柱最小內(nèi)徑，無(wú)法滿足井切割要求。最終選擇了使用50.8 mm 的RCT 切割工具進(jìn)行作業(yè)。

5.1 工具串組合

因切割點(diǎn)以下無(wú)循環(huán)通道，需配合使用EMA錨定儀器以防止切割瞬間工具串上竄。EMA 錨定臂尺寸規(guī)格見(jiàn)表4、表5。由表4、表5可知，針對(duì)89 mm油管，其內(nèi)徑76 mm，選擇ARM-1500-345 錨定臂。實(shí)際入井工具串組合：打撈頸+空心加重桿1 根（42.93 mm）+單芯電纜頭（35 mm）+CCL（43 mm）+萬(wàn)向節(jié)（43 mm）+1#可調(diào)式彈簧扶正器（75.95 mm）+44.45 mm 錨定儀器+2#可調(diào)式彈簧扶正器（75.95 mm）+熱發(fā)生器接頭+50.8 mm 徑向切割炬+50.8 mm 壓力平衡錨2根。

表4 44.45 mm錨定臂的規(guī)格

表5 44.45 mm錨定工具規(guī)格

5.2 施工過(guò)程

具體施工過(guò)程：①拆采油樹(shù)帽，立防噴管，連接68.95 MPa（10 000 psi）電纜防噴系統(tǒng)，立管試壓20.68 MPa（3 000 psi）合格；②連接RCT 切割工具串入井，重新安裝電纜防噴系統(tǒng)；③開(kāi)主閥、清蠟閥，下放RCT 切割工具串至4 015 m，上測(cè)校深定位，將RCT 工具切割噴嘴對(duì)準(zhǔn)4 002 m 位置；④加正電142 V/0.68 A 直流開(kāi)EMA錨定儀器腿，開(kāi)腿完畢，電流自動(dòng)掉為零，下電；⑤緩慢上提電纜絞車，注意張力變化，將電纜張力過(guò)提45.36 kg，確保EMA錨定合格，停車；⑥加負(fù)電220 V/1.2 A 直流，保持約6 s（一般15 s以內(nèi)），電流明顯跳變，電纜張力由1 070.496 kg變至1 032.394 kg，確認(rèn)點(diǎn)火成功；⑦3 min后，下放電纜1.5 m，放松電纜張力；⑧再次加正電142 V/0.65 A 直流收EMA錨定儀器腿，收腿完畢，電流自動(dòng)掉為零，下電；⑨上提回收切割工具串，注意張力變化；⑩關(guān)采油樹(shù)主閥、清蠟閥，拆電纜防噴系統(tǒng)，作業(yè)完成。

5.3 切割效果

對(duì)89 mm 油管切割作業(yè)完成后，循環(huán)壓井液至安全狀態(tài)，拆采油樹(shù)、起出管柱后，確認(rèn)切割深度精準(zhǔn)，切口規(guī)整，落魚完好，不影響后續(xù)油管補(bǔ)接及二次完井工作（圖6）。

圖6 89 mm油管RCT徑向切割效果

6 結(jié)束語(yǔ)

1）RCT 工具既可切割油管，也可切割鉆桿，不受管柱材質(zhì)影響，260 ℃超高耐溫，工具外徑相對(duì)較小，操作便捷，應(yīng)用范圍廣泛。

2）RCT 切割管柱切口規(guī)整，切割效果優(yōu)于爆炸切割，可以媲美化學(xué)切割和機(jī)械切割。在海上油氣田應(yīng)用，其成本優(yōu)勢(shì)明顯，可以創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3）RCT 切割工具非爆、無(wú)毒無(wú)害的特點(diǎn)，作業(yè)時(shí)也無(wú)需“無(wú)線電靜默”，適合海上油氣田作業(yè)環(huán)境，可以做到快速部署，尤其在應(yīng)急作業(yè)動(dòng)員時(shí)具備很大優(yōu)勢(shì)，是爆炸切割和化學(xué)切割無(wú)法比擬的。

4）海上油氣田勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域安全形勢(shì)嚴(yán)峻，安全成本高昂，建議逐步減少甚至淘汰爆炸品、危險(xiǎn)化學(xué)品的使用，用RCT 切割技術(shù)替代爆炸切割、化學(xué)切割等技術(shù)。