小尺寸水力內(nèi)割刀在防砂管柱分段切割打撈中的應(yīng)用—以WC19-1-A13井為例

謝夢春，劉若愚，劉云，李曉宇，姜立民

中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司（天津 300451）

0 引言

目前國內(nèi)各大油田對于易出砂的儲層開發(fā)，多采用下入防砂管柱并進(jìn)行礫石充填的機(jī)械防砂方式，此種防砂方式具有防砂效果好，節(jié)約作業(yè)時間，節(jié)約作業(yè)成本,使用穩(wěn)定,開采時間長等優(yōu)點(diǎn)[1]，但同時也給后期防砂管柱的打撈帶來困難，特別是充填后的防砂管柱整體卡死在油層套管中，充填后的防砂管柱解卡打撈是作業(yè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。

針對礫石充填防砂管柱的打撈難點(diǎn)，司念亭等在2012 年申請了一種防砂管柱積木式打撈工藝的專利，該工藝以單層防砂管段為獨(dú)立單元進(jìn)行打撈，增強(qiáng)打撈的針對性，減小非必要性打撈作業(yè)，降低了打撈作業(yè)成本，簡化了打撈作業(yè)步驟，提高了打撈作業(yè)效率，降低了打撈作業(yè)風(fēng)險[3]。補(bǔ)聲軍等在2013年針對不同防砂管柱類型，依次自上而下分層切割，回收封隔器，套銑防砂管柱，打撈出各層防砂管柱，這一系列打撈技術(shù)形成了“積木”打撈工藝[4]。

1 WC19-1-A13井防砂管柱切割打撈工藝

WC19-1-A13井是利用文昌19-1A平臺剩余空井槽鉆井開發(fā)WC19-6油田的一口定向井。完鉆深度3 339 m，垂深2 040.12 m，最大井斜66.6°，完鉆層位為ZH2Ⅵ油組，采用244.475 mm套管懸掛177.8 mm（7"）尾管射孔，一次兩層礫石充填完井（圖1）。

1.1 防砂管柱打撈作業(yè)難點(diǎn)分析

1）防砂管柱管外礫石充填作業(yè)無法直接解封封隔器進(jìn)行解卡。

2）使用常規(guī)套銑+倒扣打撈工藝存在井斜大扭矩傳遞困難、倒扣位置不確定、施工周期不確定性大等問題。

3）使用“積木”式打撈工藝能夠有效避免施工周期不受控的因素，但是不同切割工藝使用效果、施工成本不一，需要綜合進(jìn)行考慮，優(yōu)選切割工藝進(jìn)行打撈作業(yè)。

1.2 防砂管柱切割打撈工藝流程

根據(jù)本井防砂管柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計劃在防砂管柱中進(jìn)行兩次切割作業(yè)，分三段進(jìn)行打撈作業(yè)（圖2）。

圖2 WC19-1-A13井防砂篩管切割打撈流程圖

1.3 防砂管柱切割工藝選擇

近年來多井次防砂管柱的打撈實(shí)踐也證實(shí)了防砂管柱“積木”式打撈工藝有利于提高大修作業(yè)時效，降低作業(yè)風(fēng)險。但是“積木”式打撈工藝對防砂管柱的切割作業(yè)提出了更高的要求，切割工藝受到井身結(jié)構(gòu)、管柱結(jié)構(gòu)、井筒清潔度以及修井設(shè)備能力等因素影響[5-6]。目前比較成熟的管柱切割工藝主要有機(jī)械切割、聚能切割、化學(xué)切割、射流切割及電弧等離子切割[7-10]，其中機(jī)械切割又可以分為機(jī)械式割刀切割、水力式割刀切割、井下馬達(dá)傳動式機(jī)械切割以及電纜傳送式機(jī)械切割等[12-14]。相比而言，水力內(nèi)割刀切割具有適應(yīng)性廣、工具費(fèi)用低的優(yōu)勢，但是使用水力內(nèi)割刀進(jìn)行切割作業(yè)也直接影響打撈防砂管柱的施工難度和作業(yè)周期。

針對以上在各大油氣田應(yīng)用比較成熟的切割工具，從適用井型、適用的作業(yè)內(nèi)容、輸送方式以及作業(yè)成本等方面進(jìn)行對比（表1）。根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的實(shí)際情況、切割工具的資源落實(shí)情況以及施工限制，優(yōu)選了小尺寸水力式內(nèi)割刀來切割防砂管柱，確保了現(xiàn)場作業(yè)的連續(xù)性和成本控制。

表1 目前常用切割工藝對比

1.4 小尺寸水力式內(nèi)割刀

本次切割作業(yè)優(yōu)選小尺寸水力式內(nèi)割刀，外徑為79.375 mm，連接扣型為：60.325 mmREG，配上31.75 mm的刀片，可以實(shí)現(xiàn)切割可以實(shí)現(xiàn)切割101.6 mm（4"）防砂管盲管（圖3）。結(jié)構(gòu)從上到下依次為上接頭、下接頭、活塞及推力桿、螺旋彈簧、限位銷、刀片固定銷、切割刀片組合而成。其中活塞上有2個密封圈，實(shí)現(xiàn)與本體內(nèi)壁的密封，活塞一端伸入彈簧內(nèi)，壓縮彈簧，并作用在刀片根部。刀片有3 個，均分分布在圓周上，相間120°，通過根部固定銷釘與割刀本體相連。

圖3 小尺寸水力式內(nèi)割刀結(jié)構(gòu)圖

2 WC19-1-A13井防砂管柱切割打撈過程分析

由于本井防砂管深度為3 149.921～3 253.368 m，長度為103.447 m。本井生產(chǎn)套管為244.475 mm（9″）套管掛177.8 mm（7"）尾管完井，從405 m 開始造斜，900 m 深處井斜已達(dá)到了60°，900 m 到2 550 m 井斜一直保持在60°～67°，之后到防砂段，井斜慢慢降至44°。考慮到本井井身結(jié)構(gòu)及井眼軌跡，判斷后續(xù)打撈作業(yè)時管柱摩阻大，電纜下入困難的因素，制定了使用101.6 mm（4"）高強(qiáng)度鉆桿+79.375 mm（3"）鉆鋌+79.375 mm（3"）小尺寸水力內(nèi)割刀對防砂管柱進(jìn)行分段切割，然后進(jìn)行套銑打撈的施工方案。

在井口對水力割刀進(jìn)行測試，割刀工作正常。下切割管住到位后，測管柱上提下放懸重，測管柱空轉(zhuǎn)扭矩，調(diào)整割刀深度至3 222 m；啟動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)速為10 r/min，扭矩為10 kN·m，排量為227 L/min，泵壓為3 MPa，緩慢增加轉(zhuǎn)速至40 r/min，排量提至318 L/min，泵 壓 升 至6.3 MPa，扭 矩 為14.9～16.6 kN·m,累計切割120 min，泵壓和扭矩?zé)o明顯變化。

調(diào)整管柱深度至3 169.3 m,測管柱空轉(zhuǎn)扭矩，啟動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)速為10 r/min，扭矩為10.78 kN·m，排量為227 L/min，泵壓為2.5 MPa，緩慢增加轉(zhuǎn)速至40 r/min，排量提至341 L/min，泵壓升至6.2 MPa，扭矩15.1～18 kN·m,累計切割100 min，泵壓和扭矩變化不明顯。起出割刀，檢查割刀僅刀頭部位輕微磨損（圖4）。

圖4 第一次切割起出割刀照片

從起出的割刀進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)割刀僅刀頭部位輕微磨損，說明整個切割過程刀片基本沒有伸出，分析由于井斜大，割刀管柱上面接的鉆鋌重，造成切割管柱貼近防砂管底部，而整個切割過程泵壓偏低，只有6 MPa 左右，經(jīng)過噴嘴產(chǎn)生壓降后，產(chǎn)生的推力有限，使割刀伸出力度不足，不能有效進(jìn)行切割，造成第一次切割失敗。

下切割管柱到位后，測管柱上提下放懸重800 kN/320 kN，測管柱空轉(zhuǎn)扭，調(diào)整割刀深度至3 222 m；啟動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)速為20 r/min，扭矩為12.4 kN·m，啟動泥漿泵，排量為113.8 L/min，泵壓為0.9 MPa，緩慢增加轉(zhuǎn)速至40 r/min，扭矩為16.3 kN·m，排量提至455 L/min，泵壓升至10.9 MPa，累計切割100 min，泵壓由10.9 MPa 降至9.2 MPa，扭矩由16.3 kN·m降至15.9 kN·m，繼續(xù)切割80 min，泵壓扭矩?zé)o明顯變化，停泵，停轉(zhuǎn)盤。

調(diào)整管柱深度至3 169.3 m，測管柱空轉(zhuǎn)扭矩，啟動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)速為13 r/min，扭矩為13.2 kN·m，啟動泥漿泵，排量為113.8 L/min，泵壓為0.8 MPa，緩慢增加轉(zhuǎn)速至43 r/min，最大扭矩為17.3 kN·m，排量提至569 L/min，泵壓升至10.2 MPa，累計切割40 min，泵壓降至9.1 MPa，扭矩降至16.8 kN·m，繼續(xù)切割100 min，泵壓扭矩?zé)o明顯變化，停泵，停轉(zhuǎn)盤，起鉆。起出割刀，檢查割刀磨損痕跡明顯（圖5）。

圖5 第二次切割起出割刀照片

第二次切割時，吸取了第一次切割失敗的教訓(xùn)，提高了切割時的泵壓，整個切割泵壓最高達(dá)到了10.9 MPa，管柱切斷后，壓力下降明顯，扭矩變化不明顯。所以使用水力割刀進(jìn)行切割時，最直觀的現(xiàn)象就是泵壓的變化，由于井深和井斜的影響，扭矩變化可能不太明顯，只能進(jìn)行輔助判斷。

后續(xù)打撈后，對切割深度進(jìn)行比對，理論切割深度為3 169.30 m，實(shí)際切割深度3 169.00 m，切口如圖6 所示；理論切割深度3 222.00 m，實(shí)際切割深度3 221.04 m，切口如圖7 所示。本次切割作業(yè)采用變扣接頭在頂部防砂封隔器頂部進(jìn)行定位，在調(diào)整切割深度，調(diào)整管柱長度，在井深深和井斜大的前提下，有效地控制了切割深度的準(zhǔn)確性，避免切割到接箍或者工具，確保了切割成功。

圖6 3 169.30 m切口

圖7 3 221.04 m切口

從3 169.00 m處的管柱切口，可以看出，切割時此處已完全割斷，從3 221.04 m處管柱切口看，切割時管柱可能還有部分盲管未完全割斷，造成切口這種狀態(tài)的原因?yàn)榍懈顣r未完全隔開，打撈前的套銑作業(yè)轉(zhuǎn)動加壓造成管柱轉(zhuǎn)動并形成圖中顯示的狀態(tài)。

3 結(jié)論及建議

1）使用水力割刀切割管柱時，需確定刀片長度及合金齒類型，提高切割效率同時避免管柱切割后刀片損壞套管；合理優(yōu)化切割管柱組合結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)增加扶正器和鉆鋌等大質(zhì)量鉆具，提高切割時的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)由于偏心切割而不能完全割斷管柱的情況；使用小尺寸水力式割刀進(jìn)行作業(yè)時，需要考慮管柱和接頭的抗扭能力，避免扭矩過大造成接頭漲扣、脫扣。

2）水力割刀入井前要在井口做試驗(yàn)，檢驗(yàn)割刀的可靠性及記錄刀片張開前后的泵壓變化值；水力割刀入井時，可以使用細(xì)麻繩或膠帶將刀片捆好，防止下鉆過程刀片張開，損壞刀尖導(dǎo)致切割作業(yè)的失敗；水力割刀下到切割深度后，先進(jìn)行空負(fù)荷試驗(yàn)，做不同轉(zhuǎn)速下的扭矩試驗(yàn)，為后續(xù)切割時提供依據(jù)；切割時，采取先轉(zhuǎn)動鉆柱后開泵、轉(zhuǎn)速先低后高、排量先小后大的原則，逐漸加大轉(zhuǎn)速與排量，均勻平穩(wěn)切割，保護(hù)刀片不被先期損壞，出現(xiàn)割斷井下管住信號顯示后繼續(xù)切割一段時間，在條件允許的條件下可通過開泵狀態(tài)下上提下放鉆具等操作充分驗(yàn)證是否完全隔斷管柱。

3）切割位置選擇需從防砂管柱的結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑及材質(zhì)、后續(xù)作業(yè)程序的方便難易程度等綜合考慮，確保切割作業(yè)安全、簡單易操作、經(jīng)濟(jì)省時。切割深度定位可采用大直徑工具探頂定位的方法，然后微調(diào)至切割位置，可以保證切割位置的準(zhǔn)確。

4）針對井身結(jié)構(gòu)及井眼軌跡復(fù)雜的井，要充分考慮摩阻對切割及打撈作業(yè)帶來的影響，使用水力內(nèi)割刀進(jìn)行切割分段，然后打撈管柱帶震擊器或者水力激蕩器等可有效進(jìn)行此類型防砂井防砂管的打撈，提高作業(yè)時效，減少作業(yè)周期。