電纜切割懸掛技術(shù)在海上修井作業(yè)中的應(yīng)用

楊春暉，陳繼華，張兆鋒，楊博欽，曲路路

（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

南海西部海上油田在修井過(guò)程中，由于封隔器自身質(zhì)量問(wèn)題、套管變形等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致封隔器無(wú)法解封，無(wú)法將井內(nèi)生產(chǎn)管柱順利起出。為了保證修井作業(yè)的繼續(xù)進(jìn)行，通常采用電纜切割技術(shù)來(lái)處理封隔器無(wú)法解封，管柱遇卡的情況。即通過(guò)電纜切割作業(yè)，將卡點(diǎn)以上生產(chǎn)管柱割斷起出后，下入打撈工具處理封隔器及以下生產(chǎn)管柱。在切割過(guò)程中不排除電纜及工具串會(huì)在生產(chǎn)管柱內(nèi)遇卡，若通過(guò)各種手段嘗試解卡均無(wú)效后可以在不影響后續(xù)作業(yè)的情況下，通過(guò)加工工具將電纜及工具串懸掛在生產(chǎn)管柱中某個(gè)內(nèi)徑較小位置，在后續(xù)起管柱作業(yè)中將電纜及工具串一同帶出。

1 南海西部修井切割方式原理介紹

1.1 鎂粉切割

通過(guò)在地面裝配好RCT 切割工具，用電纜送到管中預(yù)定地點(diǎn)，再利用電纜傳送額定容量到熱發(fā)電，加熱發(fā)電器內(nèi)的金屬混合粉末燃燒生成熱量，產(chǎn)生高溫熔化能等離子流，并使得金屬切割工具內(nèi)的壓力增大。如果氣壓大于豎井液柱氣壓，切削工具噴頭上的滑動(dòng)套筒就會(huì)下降，使噴頭暴露于豎井內(nèi)，，高能等離子體通過(guò)噴嘴噴射離子，就像富含高溫和腐蝕物的原子微粒一樣射向切割區(qū)，對(duì)切割管柱實(shí)施切割[1-2]。切割過(guò)程最快可在25 us 內(nèi)完成。鎂粉切割具有工具串外徑較小，適用于通過(guò)內(nèi)徑較小油管，無(wú)爆炸性，魚(yú)頭較規(guī)則，不變形，可直接進(jìn)行打撈作業(yè)的特點(diǎn)。

1.2 切割彈切割

切割彈切割方式是將由二個(gè)固體炸藥所制造成的三個(gè)角錐體，以與頂部對(duì)齊的方法放置于密閉的鐵質(zhì)器皿內(nèi)，并有電纜下放于切割地點(diǎn)。切割工具串分權(quán)化在預(yù)計(jì)切斷部位時(shí)，由避雷器引爆切割炸彈，利用切割彈在周?chē)纬傻慕饘倬勰車(chē)娏?，進(jìn)而切割井內(nèi)管柱。

切割彈下料時(shí)具有的工具串組合簡(jiǎn)單，且易于操縱；在下入的流程中不受管柱內(nèi)的靜水壓力與井液密度變化限制；可以切削各種材料和不同規(guī)格的管柱;剪切時(shí)一般不需安裝固定用具，也比較安全。但因爆破時(shí)其動(dòng)力很大，且剪切線處經(jīng)常形成喇叭形或不規(guī)則的裂縫，在后續(xù)打撈前仍需下入水磨鞋進(jìn)行魚(yú)頂處理作業(yè)，且在爆破流程中可能會(huì)有碎鐵片掉入其中。另外，若管柱處在固定位置，則爆破剪切時(shí)一般無(wú)法使管柱全部爆破，所以在切割前常保持管柱在過(guò)提狀態(tài)坐卡瓦，以保證管柱完全切開(kāi)。

1.3 化學(xué)切割

化學(xué)切割是把火藥、機(jī)械和化學(xué)有效地結(jié)合在一起，達(dá)到切割的目的。火藥作為初始能源，首先使錨爪運(yùn)動(dòng)，把切割工具固定在管柱內(nèi)壁上，又使化學(xué)藥劑噴出，化學(xué)藥劑在通過(guò)催化劑時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)（3BrF3+4Fe=3FeF3+FeBr3），化學(xué)反應(yīng)中所形成的高溫和高壓促使切削頭內(nèi)的小活塞被推動(dòng)并向下移動(dòng)，同時(shí)開(kāi)啟金屬切削頭孔眼，將化學(xué)藥劑以高溫、高壓的形態(tài)噴向金屬管柱內(nèi)部，管柱被劇烈化工侵蝕而折斷[3]。通常，一根油管大概在125～175 mm 之間被切斷。

水是化學(xué)切割的必備條件之一，切割前，管柱內(nèi)應(yīng)充滿液體?；瘜W(xué)切割割口平整，便于后續(xù)打撈。但同時(shí)屬于?；罚瘜W(xué)腐蝕性強(qiáng)，操作不當(dāng)易傷害到皮膚，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中組裝復(fù)雜，部分管柱切割受最小通徑限制無(wú)法通過(guò)。

1.4 機(jī)械切割

機(jī)械式的管材切割刀是一種在工程作業(yè)中通過(guò)測(cè)井電纜輸送和控制的機(jī)械式的切割工具，利用電動(dòng)刀片的機(jī)械旋轉(zhuǎn)切削方法完成對(duì)油管的切割非爆炸品，主要包括電氣電子設(shè)備部分和機(jī)械工程部分，電氣電子線路部分主要是整個(gè)切割工具的電氣控制部分，而機(jī)械部分主要分為液壓、推動(dòng)、錨定和切割頭。通過(guò)軟件控制，先是驅(qū)動(dòng)液壓電機(jī)，然后開(kāi)啟錨定裝置，使儀器相對(duì)于管壁固定，接著驅(qū)動(dòng)主電機(jī)，使切割頭高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)提高電機(jī)控制刀刃的外展轉(zhuǎn)速，逐漸使刀片接觸管壁，從而完成切割任務(wù)[4]。切割時(shí)間一般在10 mim 以內(nèi)。

機(jī)械切割運(yùn)輸儲(chǔ)存攜帶方便，可空運(yùn)，切割口平整，便于后續(xù)打撈，可一次下井完成多次切割，切割不受管材限制，但成本較高、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜。

2 懸掛工具介紹

在一條無(wú)縫鋼管上鋪焊四個(gè)扶正翼，使其最大外徑為60 mm，大于井下安全閥最小內(nèi)徑54 mm，同時(shí)保證能順利通過(guò)井下安全閥以上管柱內(nèi)徑。在扶正翼上方無(wú)縫鋼管本體兩側(cè)開(kāi)孔，開(kāi)孔大小取決于使用的卸扣大小，能順利穿過(guò)即可，切不可開(kāi)孔過(guò)大，影響無(wú)縫鋼管本體承重。在四個(gè)扶正翼下方合適位置的無(wú)縫鋼管內(nèi)部使用實(shí)心鐵棒焊接橫梁，這個(gè)橫梁的主要用途用于穿越電纜，形成雙股電纜。穿越電纜后，使用外徑較小卸扣將雙股電纜固定于焊接橫梁處。

3 井況介紹

3.1 第一次切割過(guò)程

本次切割為提前交叉作業(yè)，切割管柱為3-1/2″VAM TOP 油管，切割方式為鎂粉切割，切割工具承受壓力小于4 000 psi，所以使用2 000-200 切割矩進(jìn)行切割。下入電纜切割工具串：打撈帽+加重桿+馬龍頭+CCL+錨爪+扶正器+鎂粉筒+電雷管+扶正器+壓力平衡筒+扶正器，下放至2 569 m 遇阻，定位切割深度2 567 m（雙管封隔器以下129 m），通電激發(fā)點(diǎn)火，電流電壓波動(dòng)明顯，鉆臺(tái)、電纜有明顯震感；回收電纜切割工具串至134 m（井下安全閥）時(shí)遇卡，無(wú)法通過(guò)。通過(guò)循環(huán)方式解卡，排量20～60 m3/h，泵壓7～11.5 MPa，多次上提下放活動(dòng)電纜工具串，最大上提至2 700 lbs，仍無(wú)法通過(guò)遇阻點(diǎn)。采用電纜T 型卡將電纜固定在井口電纜防噴管后將電纜T 型卡與拖撬之間的電纜切斷，以保障將井架移至本井口后再進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

3.2 第二次切割過(guò)程

本次切割管柱仍為3-1/2″VAM TOP 油管，切割方式為鎂粉切割，切割工具承受壓力小于4 000 psi，所以使用2 000-200 切割矩進(jìn)行切割。此次作業(yè)在截?cái)嚯娎|處做反向馬龍頭，采用雙向馬龍頭連接上部切割工具串進(jìn)行井下切割作業(yè)，下入電纜切割工具串：打撈頭（0.06 m）+馬龍頭（0.28 m）+CCL（0.44 m）+轉(zhuǎn)接頭（0.12 m）+扶正器（0.78 m）+點(diǎn)火頭（0.125 m）+切割矩（0.515 m）+壓力平衡矛2 根（0.698+0.698 m）+轉(zhuǎn)接頭（0.065 m）+扶正器（0.78 m）+轉(zhuǎn)接頭（0.12 m）+反向馬龍頭（0.28 m）+電纜+打撈頭（0.06 m）+馬龍頭（0.28 m）+CCL（0.44 m）+轉(zhuǎn)接頭（0.12 m）+扶正器（0.78 m）+點(diǎn)火頭（0.125 m）+切割矩（0.515 m）+壓力平衡矛2 根（0.698+0.698 m）+轉(zhuǎn)接頭（0.065 m）+扶正器（0.78 m）+底堵（0.05 m）。割點(diǎn)設(shè)計(jì)為雙管封隔器以上第一根油管單根大約中部的位置，油管切割點(diǎn)2 430.5 m。

4 井口連接工具串

由于第一次進(jìn)行切割工具串及電纜在井內(nèi)并使用旁通接頭接循環(huán)頭進(jìn)行井控，本次作業(yè)需在旁通接頭下方制作反向馬龍頭及連接切割工具串。井口組裝電纜工具串步驟：

1）拆卸循環(huán)頭壓井管線。

2）拆松旁通接頭，并將旁通接頭提至轉(zhuǎn)臺(tái)上空，方便下方進(jìn)行操作。

3）井口采油樹(shù)打好電纜卡，下放旁通接頭直至上方電纜松弛。

4）拆卸旁通接頭上的電纜卡。

5）使用旁通接頭下方電纜制作馬龍頭。

6）絞車(chē)滾筒電纜制作馬龍頭后，從旁通接頭的旁通孔上方穿過(guò)旁通接頭。

7）將鎂粉切割工具串使用變扣與上下兩個(gè)馬龍頭相連接并打緊。

8）使用測(cè)井絞車(chē)上提井口電纜，將電纜帶上張力。

9）拆除采油樹(shù)上方的電纜卡。

10）將工具串放入井口。

11）安裝旁通接頭及循環(huán)頭，壓井管線。

5 鎂粉工具入井作業(yè)

5.1 速度要求

鎂粉切割作業(yè)，因?yàn)闊o(wú)危險(xiǎn)品，無(wú)必須通井的要求。如管柱未通井，要求速度不大于45 m/min，如管柱已通井，要求速度不大于90 m/min，本次作業(yè)儀器下放速度為40 m/min。

5.2 校深

1）確認(rèn)CCL 濾波為0，進(jìn)行上提校深，儀器串零長(zhǎng)：CCL 中部（0.22 m）+轉(zhuǎn)接頭（0.12 m）+扶正器（0.78 m）+點(diǎn)火頭（0.125 m）+切割矩到滑套位置（0.49 m）=1.735 m；

2）以9 m/min、10 m/min、15 m/min 不同速度多次嘗試上提工具串進(jìn)行校深，地面面板顯示信號(hào)仍不明顯。后結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，以滑套深度為準(zhǔn)進(jìn)行校深，將面板上和軟件上的實(shí)時(shí)深度進(jìn)行平移，定位切割深度2 430.5 m。

5.3 點(diǎn)火

加電點(diǎn)火時(shí)，保持電流達(dá)到1.3 A，保持15 s 左右，觀察到電流波動(dòng)，點(diǎn)火成功；鉆臺(tái)、電纜無(wú)明顯震感。

5.4 回收工具串

1）回收電纜切割工具串至134 m（井下安全閥）時(shí)遇卡，調(diào)整排量上提下放活動(dòng)電纜工具串，無(wú)法通過(guò)。

2）拆除循環(huán)頭，拆松旁通接頭并將旁通接頭提出井口。

3）打電纜卡至采油樹(shù)頂部，在井口將電纜剁斷。

4）將電纜穿過(guò)并固定在加工的懸掛工具內(nèi)部焊接的橫杠處（能使工具卡在安全閥縮徑處，而使儀器串無(wú)法下落）并用電纜卡箍進(jìn)行固定。

5）使用1T 尼龍繩連接在懸掛工具上方卸扣處，緩慢下放電纜將懸掛工具連接切割工具串懸掛在井下安全閥縮徑處，退出尼龍繩。

6）拆采油樹(shù)，裝BOP 組，回接油管至油管掛，起切割點(diǎn)以上生產(chǎn)管柱，直至起到井下安全閥，拆開(kāi)井下安全閥與油管之間連接扣，在此處打電纜卡。

7）將井下安全閥上方電纜從懸掛工具處拆除并與電測(cè)絞車(chē)滾筒相連接。

8）使用電測(cè)絞車(chē)將長(zhǎng)達(dá)270 m 遇卡電纜及工具串帶出，完成作業(yè)。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合南海西部海上油田電纜切割過(guò)程中工具串遇卡問(wèn)題，對(duì)使用懸掛工具將電纜及工具串懸掛在生產(chǎn)管柱縮徑處這一技術(shù)做出了具體分析，提出了全新作業(yè)思路，有效避免了復(fù)雜情況的發(fā)生，提高了作業(yè)時(shí)效，降本增效明顯。