海上修井常用切割技術綜述

阮剛，胡江權，陳志德，馬鵬杰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術深圳分公司，廣東 深圳 518064)

1 各種切割技術綜述

1.1 電纜化學切割技術

化學切割工具采用電纜下入，是一種簡便快捷的切割工具，目前在油井處理卡鉆事故中頻繁的應用。切割工具由校深儀器、點火頭、推進火藥筒、錨體、化學藥劑筒、切割頭組成，校深儀器通過對套管接箍或者地層GR進行校深，確定切割深度，由于切割油管或者鉆桿，通常采用接箍校深。點火頭是電纜點火頭，通電激發(fā)，然后引燃火藥筒內的火藥，使得錨體張開，抓住套管內壁。水力錨的材質的硬度高于切割管柱的硬度，能夠緊緊的咬緊套管，使化學切割工具居中?；鹚幃a生的高壓氣體推動化學藥劑筒內的三氟化溴通過切割頭噴向切割的管柱。切割頭四周均勻分布噴射孔，使得化學藥劑均勻的噴向切割的管柱，保障管柱能夠順利的切開。

目前大部分油氣井普遍采用的管柱結構為2-7/8in至5-1/2in的油管，根據結構和切割要求，各直徑和各種材料的管柱都可以被切割，由于管柱尺寸和切割部位內外徑不同，化學切割尺寸選擇依據為：工具串最大外徑小于管柱內徑，其次點火切割錨體的錨爪張開后，可能正常的固定在管柱內壁上。

南海某平臺應用該技術進行油管切割打撈，修井過程中，解封封隔器起油管至1 600 m遇阻，為了解決卡鉆的問題，現(xiàn)場決定切割上部的油管，回收上部的油管，然后下入震擊打撈鉆具，靠震擊器震擊解卡，這是目前海上油田，解決生產管柱起鉆的常規(guī)方案。現(xiàn)場在4-1/2in油管內下入電纜化學切割工具，工具串組合：電纜頭+CCL+加重桿+點火頭+二級火藥室+推進劑室+錨體+化學藥劑筒+催化劑室+切割頭+尾堵，作業(yè)步驟如下：

(1)測井絞車及設備就位，連接絞車動力，電力并啟動；

(2)組裝井口防噴裝置，制作馬籠頭，掛天地滑輪，連接井口工具；

(3)無線電靜默后，連接鎂粉切割工具串，井口試壓；

(4)儀器下井，200 m后拉補償，解除無線電靜默；

(5)下放至預定深度，進行校深，確認深度后點火，觀察電纜張力，電流變化確認點火是否成功；

(6)上提電纜到200 m松補償，無線電靜默；

(7)拆除工具串后，解除無線電靜默；

(8)切割完，起出上部的油管，發(fā)現(xiàn)端口平整，內部無殘留物，方便后續(xù)的切割打撈作業(yè)。

1.2 電纜機械切割技術(簡稱MPC)

電纜機械切割工具是一種新型的利用電纜的切割技術，可以實現(xiàn)下入一趟電纜完成多次切割作業(yè)。切割工具分別由電纜連接裝置、定位裝置、電動機裝置、扶正裝置、切割裝置五部分組成。定位裝置采用磁定位，通過對管柱的接箍校深，確定切割位置，可靠性高。電動機裝置將電纜傳輸?shù)碾娔苻D換為旋轉的機械能。扶正裝置主要支撐臂組成，通過電纜傳遞信號控制收放，支撐臂上下安裝錨定片能夠很好的固定在切割管柱內壁上，扶正切割工具。如圖1所示，切割裝置由刀片和控制芯軸組成，控制芯軸偏離中心，使得刀片接觸管柱內壁，開始切割作業(yè)。

圖1 電纜機械割刀

機械切割工具一般由電纜送入井內，通過工具串上的CCL來進行管柱校深。該儀器分為電子線路及機械兩部分。儀器工作時，通過地面計算機輸入指令將信號通過電纜傳到電子線路，經過內部處理后，再傳到下部的馬達部分，打開支撐臂，使工具串在油管內居中。計算機輸入相關管柱尺寸后，機械部分內的液壓馬達開始工作，驅動刀片轉動做工，開始切割油管。該工具比傳統(tǒng)切割工具有著輕便，方便運輸，一次下井可進行多次切割的優(yōu)勢。

在南海某平臺起管柱時，由于油管內部腐蝕嚴重，為防止油管被拔斷，采用電纜機械切割工具切割油管，工具串組合：護罩+割刀+機械部分+電子線路部分+馬龍頭。作業(yè)步驟如下：

(1)就位鋼絲設備，鋼絲作業(yè)，采用2.5″通徑規(guī)通徑，如果通徑不過，換2.28″通徑規(guī)通徑；

(2)油技設備就位，安裝電纜天、地滑輪，連接通井工具串，模擬通井，計劃通井至設計深度；

(3)地面連接機械切割工具，檢查馬籠頭通斷、絕緣情況，檢查機械切割工具支撐臂，刀片工作狀態(tài)是否良好；

(4)工具串入井，通過CCL進行校深，確定切割位置，地面輸入指令，進行切割；

(6)切割完成后，起出管柱檢查割口平滑完整，無外卷和內卷的碎屑，給后續(xù)的修井打撈作業(yè)提供良好的窗口，可以選擇下入打撈的內撈和外撈的工具，回收切割點以下的管柱。

1.3 水力切割技術

水力切割技術主要工具為水力割刀，水力內割刀內部結構從上到下依次裝有指示器、活塞(裝有噴嘴)、彈簧及3個刀片。水力內割刀是利用切割鉆具內部的液體的壓力進行切割作業(yè)，切割鉆具下到位后，現(xiàn)場通過開泥漿泵，鉆具內的流體通過噴嘴，形成的壓差推動活塞和指示器下行，進而推動割刀的刀片張開。依靠鉆具的旋轉切割油管或者套管，當管柱被切開時，指示器與活塞分離，流體通過這個間隙產生一個壓降，給地面切割工程師一個信號，管柱切割完成。水力內割刀有3個刀片，在割刀圓周上成120°分布。刀片采用硬質合金鋪焊而成，刀片具有很強的切割能力，幾乎可以切割所有的管材，現(xiàn)場的工程師根據刀片的尺寸與對應的最大切割管柱表，進行割刀和切割刀片的選型，保障能夠將管柱順利切割。水力切割技術主要依靠切割鉆具的長度進行校深，如果鉆具的長度誤差較大，切割的精度會受到的影響?，F(xiàn)場作業(yè)時，通過采用在切割鉆具上加上一個大外徑的變扣，無法通過頂部防砂封隔器，進行鉆具長度校深。

水力切割技術是海上油氣田處理復雜情況，常用的切割技術，能夠在井斜較大的井段進行切割作業(yè)，南海東部油田某平臺利用水力切割工具切割處于水平段的管柱，由于地層出砂，中心小篩管腐蝕嚴重，無法滿足當初設計時的防砂要求。地層中出來的砂子，堵住油管，導致電泵無法正常開啟。為了恢復生產，決定打撈出小篩管，下入新的優(yōu)質篩管完井?？紤]舊篩管腐蝕，整體打撈，阻力大，易將篩管拉斷等因素。因此采用將篩管切割分段，再依次打撈的方法。切割管柱采用常規(guī)鉆桿送入，管柱組合：3-1/8″水力割刀(配45 mm刀片，2A30) +扶正接頭+變扣+5根2-7/8″PAC鉆桿+變扣(2-7/8″PAC P×310) +變扣(311×410) +雙公接頭(411×431) +浮閥接頭+變扣(411×HT55 B)+5-1/2″短鉆桿+ 5-1/2″鉆桿。作業(yè)步驟如下：

(1)在井口對割刀工具進行功能試驗：將割刀連接在一根鉆具上，并連接循環(huán)頭和管線，用修井機將割刀提起放在井口，緩慢開泵正循環(huán)，記錄割刀完全張開時的泵壓及泵速，并測量每個刀片的伸長量37 mm/37 mm/37 mm，刀尖張開后距割刀底部0.44 m，計算最大切割外徑6″；

(2)做完試驗后，使刀片處于收縮狀態(tài)，用膠帶纏繞捆綁刀片，將刀片保護起來，防止下鉆時刀片張開，導致無法進入防砂管柱內，或者用一段細繩或布條將刀片擠壓到刀槽內，也可以防止刀片張開；

(3)下放鉆具至2 668 m，上提鉆具至切割點2 666 m，測空轉扭矩：70 r/min@18981N.M；

(4)扭矩限位23049N.M，轉速70 r/min @18981N.M，開泵，排量436 L/min@ 16.55 MPa，進行切割作業(yè)；

由于內部審計涉及的營銷、財務等多個業(yè)務，所以本文針對以紅河建水居民用電量為例子使用R語言實現(xiàn)k-means算法進行分析，來體現(xiàn)聚類算法在內部審計中的應用。具體實現(xiàn)流程如下。

(5)切割參數(shù)：轉速70 r/min @18981～23049ft-lbs，排量436 L/min，泵壓由16.55 MPa逐漸降至8.96 MPa，扭矩穩(wěn)定在70 r/min@21693N.M，判斷篩管已經切斷，累計切割1h；

(6)起鉆至井口，檢查各刀片狀況，測量各刀片伸長量；

(7)發(fā)現(xiàn)刀片磨損嚴重，刀片的長度因磨損，也明顯縮短；

(8)后續(xù)下入打撈工具撈出切割后的篩管，篩管的端面整齊和平滑，說明本次完井切割取得成功，可以選擇下入打撈的內撈和外撈的工具進行下部的打撈和回收工作。

2 切割技術適用性分析

2.1 電纜化學切割優(yōu)劣勢分析

電纜化學切割在海上是一種比較成熟的技術，為海上需要切割作業(yè)時的首選的方案，其該種技術的優(yōu)點如下：

(1)采用電纜下入，電纜下入速度，高達60 m/min，較鉆桿下入的方案，能夠明顯節(jié)約整個切割作業(yè)時間；

(2)切割儀器帶有自動校深的儀器，能夠準確找到切割點，切割精度高，避免誤操作；

(3)化學切割切口端平齊，沒有喇叭口，方便后續(xù)的打撈工具的下入；

(4)合理設計化學切割藥劑的數(shù)量，切割作業(yè)，不會損傷外層的套管；

(5)切割作業(yè)完成后，沒有固體殘渣，造成雜質落井，給后續(xù)作業(yè)帶來影響。

該種技術的缺點有：

(1)本種切割方案，依靠化學藥劑與金屬管材發(fā)生反應，若油管內部結垢嚴重，阻擋化學藥劑與管柱內壁的接觸，會導致切割失?。?/p>

(2)電纜切割涉及到火工器材等?；返倪\輸，國家對火工器材管控較嚴，器材運輸存在一定困難；

(3)由于采用電纜進行作業(yè)，如果遇到井下復雜情況，遇阻或者遇卡，過提和下壓范圍受限；

(4)在井斜超過55°的井段，管柱內摩擦力大，電纜工具受到限制，無法下到位，影響切割作業(yè)；

(5)切割工具串帶有雷管，出現(xiàn)強電信號，容易引爆，作業(yè)時需要無線電靜默，溝通使用的對講機無法使用，會對海上平臺的其他作業(yè)的溝通造成影響。

2.2 電纜機械切割優(yōu)劣勢分析

電纜機械切割是一種新引進的技術，目前正在大量推廣使用，簡便快捷，能夠在化學切割技術無法使用的狀況下試用貼，其優(yōu)點有：

(1)采用電纜下入，電纜下入速度，高達60 m/min，較鉆桿下入的方案，能夠明顯節(jié)約整個切割作業(yè)時間；

(2)切割儀器帶有自動校深的儀器，能夠準確找到切割點，切割精度高，避免誤操作；

(3)電纜機械切割的端口齊整，方便后續(xù)的打撈；

(4)切割工具屬于機械切割，不涉及到?；闷返氖褂茫ＷC海上作業(yè)安全；

(5)針對結垢嚴重的井，特別是注水井，油管內覆蓋一層水垢，金屬刀片可以輕松切割垢層，然后切割油管，給注水井電纜切割提供解決方案；

(6)電纜機械切割的刀片材質堅硬，一次入井可以完成多次管柱的切割，大大提高切割作業(yè)的時效。

該種技術的缺點有：

(1)油管變形嚴重，切割工具不能順利下放到切割深度進行切割作業(yè)；

(2)切割過程中，要保證管柱處于拉伸狀態(tài)，因為壓縮狀態(tài)下管材被切割后，刀片會被卡在管材的割口中間，很容易造成電纜工具串遇卡、刀片斷裂的情況，這也限制電纜機械切割工具的使用；

(3)目前切割技術只能切割小尺寸的油管，無法切割5-1/2in及以上的管柱及鉆桿，應用范圍較其他兩種方案較小；

(4)在井斜大于過55°的井段，管柱內摩擦力大，切割工具無法順利下到位，影響切割。

2.3 水力切割技術優(yōu)劣勢分析

水力切割技術在海上打撈作業(yè)中使用頻率高，是一種常用的技術，能夠切割多種管柱，可靠性高，該種技術的優(yōu)點有：

(1)工具組合簡單，采用鉆桿送入，遇阻和遇卡后可以活動通過；

(2)切割過程中，切割完管柱后，指示明顯，現(xiàn)場工程師通過現(xiàn)場泵壓判斷切割是否成功；

(3)水力割刀可以根據實際的井況，在割刀上安裝適合管柱的刀片，能夠切割各種尺寸的油管、鉆桿、套管、隔水管，應用范圍廣；

(4)切割工具上部可以接打撈工具，實現(xiàn)切割打撈一體化，切割完成后，下放鉆具，立即進行打撈作業(yè)，提高修井作業(yè)時效。

該種技術的缺點有：

(1)依靠現(xiàn)場丈量的鉆具長度或者采用現(xiàn)場管柱的臺階，進行粗略的定位，無法進行精準的定位；

(2)切割過程中，泵壓變化較大，切割鉆具的伸縮量發(fā)生變化，導致切口成喇叭狀，影響后續(xù)的打撈作業(yè)；

(3)采用鉆桿下入，目前海上平臺的鉆桿下入速度約為500 m/h，下入速度明顯低于電纜，并且切割作業(yè)過程中，需要開泵和頂驅旋轉，切割作業(yè)的時間較上述兩種方案長。

3 結語

三種切割技術在海上都有一定程度上的運用，對于生產管柱狀態(tài)較好的井，內壁干凈，井斜小，可以采用電纜化學切割方式進行切割，作業(yè)程序簡單，但是采用電雷管引爆，現(xiàn)場要做好安全工作。對于結垢嚴重的井，可以采用電纜機械切割，這種切割方式需要保證管柱處于上提狀態(tài)，不然容易斷刀片，導致切割作業(yè)失敗。水力切割技術能夠在大井斜的井段進行切割作業(yè)，對井筒環(huán)境的要求不高，現(xiàn)場可以根據泵壓顯示判斷是否切割成功，但是采用鉆桿送入，作業(yè)時間相比前2種方法，作業(yè)時間較長，對于小尺寸的油管，目前也缺乏相應尺寸的工具。針對不同的井況，合理選擇切割工具，能夠加快打撈作業(yè)的進度，節(jié)約修井作業(yè)成本。