三層帶水泥偏心套管一次切割及回收工藝技術(shù)應(yīng)用

李國(guó)林，鄭智文，王 振，周建高，華 禎

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東 湛江 524057）

引言

海上石油開發(fā)利用已臨近尾聲，而按照海上石油的棄井標(biāo)準(zhǔn)要求，海洋石油開發(fā)平臺(tái)在退役后如無其他使用，就必須進(jìn)行拆解。而對(duì)于開發(fā)生產(chǎn)井的永久棄置至少需回收海底泥面以下4 m 的所有套管。受到前期油田開發(fā)過程中水泥返高及固井質(zhì)量影響，常常需要切割帶水泥并一次性多層切割套管，以實(shí)現(xiàn)工序簡(jiǎn)單化、高效、可靠的作業(yè)目的，進(jìn)而完成海上油氣田開發(fā)最后一道工序。而在棄井過程中，受到前期鉆完井開發(fā)過程中水泥返高及固井質(zhì)量影響，常常需要切割帶水泥套管。如何通過一次性切割回收偏心帶水泥套管實(shí)現(xiàn)高效棄井作業(yè)，是整個(gè)棄井作業(yè)中最至關(guān)重要的一步[1]。同時(shí)，三層帶水泥的偏心套管一次性切割和回收工藝，突破了過去采用單層切割回收套管的傳統(tǒng)作業(yè)思路，有效節(jié)約了作業(yè)工期，同時(shí)也避免了套銑作業(yè)流程中產(chǎn)生的高風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)海上部分已開發(fā)生產(chǎn)井的開掘工作逐步臨近尾聲之時(shí)，隨著棄井作業(yè)的頻次逐步提高，這項(xiàng)技術(shù)也會(huì)在棄井作業(yè)中獲得越來越廣泛地運(yùn)用與拓展。

1 割刀選型

水力割刀是通過泥漿泵提供水動(dòng)力來推動(dòng)刀體內(nèi)活塞桿為割刀提供支撐，在管內(nèi)進(jìn)行切割的工具[2]。主要由本體、割刀、彈簧、活塞桿、上接頭等組成，見圖1。利用酸化泵或泥漿泵等將井下工作液（海水或泥漿）泵注進(jìn)水力割刀內(nèi)腔，并通過推動(dòng)內(nèi)腔活塞向下擠壓割刀向外擴(kuò)張至刀尖與管柱內(nèi)壁相互接觸，通過頂驅(qū)或轉(zhuǎn)盤提供旋轉(zhuǎn)力，帶動(dòng)上部鉆具旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)割刀旋轉(zhuǎn)切割套管。

2 井況介紹

潿洲11-4D 平臺(tái)油井應(yīng)用的套管尺寸各不相同，具體的15 口井套管程序詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 潿洲11-4D 平臺(tái)15 口井套管程序數(shù)據(jù)表

3 切割方式選擇

根據(jù)最新海上油田永久棄井規(guī)范要求，潿洲11-4D-11 井在切割13-3/8″套管時(shí)，無法提活套管。使用鉛墜探水泥返高，發(fā)現(xiàn)13-3/8″、20″、30″套管環(huán)空均有水泥存在。

鑒于該平臺(tái)鉆完井固井水泥返高的情況，考慮到現(xiàn)場(chǎng)有大力舉升設(shè)備，可整體打撈多成帶水泥套管，且考慮到時(shí)效和費(fèi)用問題，采用一次性整體切割、打撈回收技術(shù)套管、20″表層套管和30″隔水套管。

4 切割三層套管

4.1 割刀和刀片尺寸的選擇

對(duì)于13-3/8″-30″多層套管，現(xiàn)場(chǎng)所選用的割刀本體外徑為11-3/4″，刀片型號(hào)為C13-8-52（其中：13 代表能夠割開套管的最小外徑尺寸；8 代表的是本體鋼級(jí)；52 代表的是配合使用的切割刀片的長(zhǎng)為520 mm）。

其中對(duì)于刀片尺寸鋼級(jí)的選取，首先基本的前提就是切割條件，這個(gè)條件的極值區(qū)間就是刀尖處于完全張開的狀態(tài)時(shí)，這時(shí)候要確保能將隔水管套完全的隔開并且還可以預(yù)留一定的切割余量。面對(duì)多層套管的切割，具體作業(yè)時(shí)由于固井質(zhì)量影響，會(huì)出現(xiàn)偏心的情況，所以在使用水力割刀順利割開偏心高邊處隔水套管后，割刀刀體同時(shí)也會(huì)慢慢偏向內(nèi)層技術(shù)套管。因此在選擇的合適規(guī)格的刀片時(shí)，必須要達(dá)到在套管極限偏心及割刀在套管內(nèi)極限偏心的時(shí)候，能切割開隔水套管所需要的有效長(zhǎng)度。使用11-3/4″水力割刀，同時(shí)一次性切割開13-3/8″套管、20″技術(shù)套管和30″隔水導(dǎo)管。如果以割刀刀具本身的截面中心為圓心O，則割刀的本體半徑加上所選擇的刀片完全張開長(zhǎng)度之和的有效切割半徑大于切割半徑R，則該刀片的長(zhǎng)度完全符合一次性切割要求。

13-3/8″套管，鋼級(jí)K55，磅級(jí)61 號(hào)的壁厚為10.92 mm，磅級(jí)為94 號(hào)的20″表層套管的壁厚是11.13 mm，30″隔水套管的壁厚為25.4 mm。所需完全割開隔水套管的切割半徑R=（30×25.4-25.4-10.92-11.13）-298.45/2=565.15 mm?，F(xiàn)場(chǎng)使用的520 mm 刀片，在鉆臺(tái)進(jìn)行功能試驗(yàn)的時(shí)候，實(shí)測(cè)刀片最大張開長(zhǎng)度為482.6 mm，因此當(dāng)割刀在套管內(nèi)的處于極限偏心的情況下時(shí)，最大切割尺寸為482.6+298.45/2=631.825 mm，遠(yuǎn)大于所需切割半徑R，完全能夠滿足在極限偏心情況下割開30″隔水導(dǎo)管。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)切割參數(shù)選擇及切割現(xiàn)象判斷

在水力割刀進(jìn)行入井前功能試驗(yàn)的時(shí)候，當(dāng)泵的排量為16 m3/h，泵壓為1.9～2.1 MPa，會(huì)發(fā)現(xiàn)割刀的三個(gè)刀片完全張開?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量三個(gè)刀片完全張開長(zhǎng)度一致均為482.6 mm。在切割管柱下入至預(yù)定切割位置后，接方鉆桿或頂驅(qū)，確定切割位置并做好標(biāo)定后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)，測(cè)量正轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)扭矩4.1～5.3 kN·m@35～65 r/min，待旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，啟泵逐級(jí)提高排量切割，排量24～34 m3/h，泵壓2～6 MPa，轉(zhuǎn)盤扭矩15.2～25 kN·m；在切割1.5～3 h 后，觀察13-3/8″套管內(nèi)返出逐漸減小至無，說明此時(shí)隔水套管偏心邊已經(jīng)割開；泵壓下降至3.5～4.1 MPa，繼續(xù)切割20～30 min 后，扭矩逐漸穩(wěn)定在8～13 kN·m，此時(shí)在切割偏心邊水泥塞，但由于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)欠缺，認(rèn)為已經(jīng)割斷，起出割刀檢查，刀片有明顯磨損，如圖2 所示。更換刀片，重新下至原切割位置，排量30～40m3/h，泵壓5～9MPa，扭矩18～30kN·m，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速60 r/min，切割期間，通過限制扭矩，嘗試往下點(diǎn)放，累計(jì)向下點(diǎn)放38 cm，切割11～13 h 后，觀察指重表懸重增加，同時(shí)扭矩開始陡增至31～36 kN·m，隨后出現(xiàn)轉(zhuǎn)盤憋停現(xiàn)象，觀察隔水套管會(huì)有約3～5 cm 下沉。判斷三層套管完全切開，割口照片如圖3 所示。

4.3 套管回收

確認(rèn)三層套管完全割開后，下一步則需考慮如何回收，首先需要考慮套管環(huán)空所攜帶的水泥重量及三層套管重量，其次還需考慮隔水套管的拔樁力，最后還需考慮平臺(tái)的承載能力是否滿足。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用來看，采用300 t 大力舉升裝置，最大過提至120 t 即可提活管柱。因此選擇合適的切割深度并要滿足棄井規(guī)范，尤為重要。

5 總結(jié)與建議

1）水力切割技術(shù)在打撈或棄井作業(yè)過程中的應(yīng)用，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)井況、井下管柱情況，選用合適的割刀刀體尺寸外徑及刀片長(zhǎng)度型號(hào)，通過合理控制參數(shù)，高效、簡(jiǎn)單、安全的完成切割作業(yè)。

2）一次三層切割套管，相對(duì)于單層切割套管減少了鍛套銑套管及水泥環(huán)的時(shí)間，鍛套銑對(duì)泥漿泵、旋轉(zhuǎn)設(shè)備、工作液處理等設(shè)備要求較高，卡鉆、憋泵的風(fēng)險(xiǎn)性高，同時(shí)縮短工期，實(shí)現(xiàn)降本增效。

3）一次性切割三層套管，切割刀在井下的工作時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)本體磨損強(qiáng)度較大，且切割參數(shù)、泥漿特性等選型要合理，同時(shí)也要避免泵壓、扭矩過高。切削過程中泵壓過高，將會(huì)造成活塞桿對(duì)刀刃和自然本體連接處擠壓過大，有可能會(huì)造成刀刃尾端被壓斷，進(jìn)而造成刀刃無法張開喪失切削功效、刃刃過快接觸管壁刃尖破裂、切削結(jié)束后無法返回;同時(shí)泵壓過高，扭力會(huì)大大增加，而扭力過大，將會(huì)損壞切削刀具自然本體，影響使用時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)也會(huì)造成切削刀具使用時(shí)間減少;同時(shí)銷軸由于處于活動(dòng)，銷軸與銷釘也會(huì)非常容易出現(xiàn)損壞斷裂;如果初始泵壓力過高，也會(huì)造成割刀刃刃在張開瞬間由于撞擊力大而蹦齒，無法有效切斷;如果扭矩過大，則會(huì)對(duì)方鉆桿，滾子補(bǔ)芯、轉(zhuǎn)盤剎帶等裝置都有損傷。所以，在整個(gè)切割機(jī)作業(yè)流程中，需要提前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、井況、井下管柱情況等合理控制切割參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)修井機(jī)參數(shù)，建議泵壓450～1 200 psi（前提必須是割刀活塞、彈簧等保養(yǎng)良好、密封膠圈、銷釘?shù)葻o磨損的情況下），扭矩盡量控制在10～22 kN·m 以內(nèi)。

4）切割三層套管時(shí)，當(dāng)最外層套管全部割開后，最明顯的現(xiàn)象就是外層套管會(huì)出現(xiàn)下沉，下沉高度大約2～18 cm 不等。由于大部分外層套管外部均焊有扶正塊，要想判斷隔開現(xiàn)象，需要提前割開扶正塊。在套管割開后，懸重會(huì)有所增加，扭矩變大至憋停，因此釋放扭矩時(shí)，操作要小心，防止倒扣。

5）在整體回收三層套管時(shí)，需考慮平臺(tái)承載力、套管切割長(zhǎng)度及重量、隔水套管拔樁力、回接撈矛及矛瓦的強(qiáng)度等。在潿洲11-4D 平臺(tái)整體回收三層套管主要依靠300 t 的大力舉升裝置配合支持平臺(tái)吊車進(jìn)行回收，該裝置體積小、安裝方便完全滿足無修井機(jī)平臺(tái)回收套管作業(yè)。