連續管水力噴砂雙層切割技術在修井中的應用

摘 要：水力切割是油田修井作業常用的工藝技術。文章結合高速、高壓水射流可產生穿刺的功效，提出了連續油管水力噴砂切割雙層管柱的方法，并進行現場切割實驗應用，對比分析了實例井內外管柱的四次切割效果。結果表明，內層管柱連續油管切割能順利完成作業，外管柱切割成功受內管柱居中情況和內外管柱間砂埋嚴重程度等因素影響，提出了相應的工藝技術改進措施，為油氣井大修作業中，不斷進行工藝技術革新和應用，進一步提高施工質量和效率提供了技術借鑒。

關鍵詞：連續油管；水力噴砂；雙層切割；砂埋

卡鉆是井下故障中常見的問題。油田在處理這類事故時，主要是通過鉆桿下入切割工具進行切割來實現。這種技術方法盡管十分有效，但作業周期較長。對于生產層段較長，且有兩層或兩層以上管柱的，其施工難度和周期則會成倍增長。在此背景下，利用連續油管進行水力噴砂切割的技術被提出并逐步在油田修井作業中使用。筆者從水力噴砂切割工具和噴嘴結構分析入手，多方面探討了連續管水力噴砂雙層切割技術在解決海上套管卡鉆中的應用可行性及現場試驗。

1 連續管水力噴砂雙層切割技術方法

水力噴砂切割技術的原理是基于水力學的動量-沖量定律及砂粒的沖蝕作用。當帶砂流體通過噴嘴時，液流的壓頭被噴嘴轉換為動量，并高速沖擊目的物。此時動量在瞬時被轉換成沖量，砂粒在沖擊力的作用下猶如砂輪一樣連續不斷地沖蝕目的物。當該沖擊力超過管柱的耐壓強度時，在持續沖蝕作用下，管柱即會被切斷。

水力噴砂切割技術具有施工速度快、切割和破碎能力強、污染少的特點。

連續油管水力噴砂雙層切割技術主要分兩步：第一步，井筒清洗。第二步，將水或清洗液改成攜砂液，利用高壓泵將攜有沙粒的攜砂液通過噴嘴向管柱噴射，進而達到噴砂切割的目的。

2 水力噴砂雙層切割工具

2.1 切割工具結構組成

連續油管水力噴砂切割工具主要有三個部分：液壓驅動錨定裝置、Hydra-blast工具和切割頭。

液壓錨定裝置的作用是對連續油管管柱進行固定，確保切割期間切割位置保持不變。Hydra-blast工具則是對泵入連續油管的液流加速，提高液流對被切割管柱的沖銑力度。切割頭是一個側面帶有水眼的噴嘴，提高液流的噴射強度。

2.2 噴嘴設計

2.2.1 噴嘴結構

噴嘴是清洗、切割工藝的執行元件，射流通過噴嘴將壓力能轉變為高度聚集的動能。噴嘴的好壞直接影響到切割效果。因此，對噴嘴的分析研究極其重要。

噴嘴的水力參數主要包括：流量系數、射流擴散角及射流等速核長度。流量系數是實際流量與理論流量的比值，其平方表示噴嘴能量的轉換率。二者反映的是噴嘴對液流阻力的大小。流量系數越大，阻力越小。噴嘴結構不同，流量系數的值不同，射流擴散角和等速核的長度也不同。表1是幾種噴嘴的水力特性表（其中d0是噴嘴出口直徑）。

選擇噴嘴時，一般選用流量系數大、射流擴散角小、等速核長的噴嘴。

2.2.2 噴嘴內部參數的確定

本次切割時間為：油管刺透用時10分鐘，第13分鐘油管切斷；第30分鐘時篩管刺透，第80分鐘篩管被切斷。切割后的端面很平滑。

由室內實驗結果可以看出，在噴嘴的結構和施工參數被確定后，水力噴砂切割技術完全能夠實現多層管柱的良好切割。

3 連續管水力噴砂雙層切割技術應用實例分析

3.1 B油田A16井基本數據

A16井為Y管合采管柱井，最大井斜：32.8°，造斜點：320m，生產管柱為2-7/8“油管，篩管為5-1/2”繞絲篩管。該井因出砂致停產，生產管柱也因地層出砂被埋。修井目的是打撈出砂埋的生產管柱和防砂管柱，重新進行防砂。

3.2 四次切割作業工藝過程

（1）第一次切割

切割深度為1451m，切割2-7/8”油管和5-1/2”繞絲篩管。膠液粘度14cp，選用3個0.089in的噴嘴。 施工參數：泵排量0.83BPM，加砂速度4.8L/min，切割時最大泵壓為3300psi。切割時間180分鐘，用膠液50方，用砂量3760lbs。（見圖1）。

在切割30分鐘后返出量有一段時間明顯減少，在切割60分鐘后壓力從3300psi緩慢降至3000psi左右。起出工具檢查噴嘴磨損很小，可繼續使用。

（2）第二次切割作業

切割深度為1413.5m，切割2-7/8”油管和5-1/2” 繞絲篩管。膠液粘度14cp，仍使用第一次切割時使用的噴嘴。施工參數：泵排量0.83BPM，加砂速度4.8L/min，切割時最大泵壓為3070psi。切割時間150分鐘，用膠液55.6方，累計用砂量2600lbs。（見圖2）。

數據顯示在切割30分鐘后返出有一段時間明顯減少，判斷此段時間油管被切斷。壓力曲線顯示壓力在下降。起出連續油管檢查噴嘴有明顯破損，不能繼續使用。

（3）第三次切割作業

切割深度為1395.6m，切割2-7/8”油管和5-1/2”盲管。膠液粘度為20cp，使用3個0.089in的新噴嘴。施工參數：泵排量0.83BPM，加砂速度4.8L/min，切割時最大泵壓5750psi。切割時間140分鐘，用膠液37方，累計用砂量2500lbs，施工期間返出口有大量的氣體，返出數據不能在數采中顯示，無法通過返出判斷切割情況。（見圖3）。

（4）第四次切割作業

第四刀切割深度為1365m，切割2-7/8”油管和5-1/2”盲。膠液粘度為17cp，使用3個0.089in的新噴嘴。施工參數：泵排量0.83BPM，加砂速度4.8L/min，切割時最大泵壓4000psi。切割時間150分鐘，用膠液37.5方，累計用砂量2600lbs。本次切割返出口仍有氣體，無法通過觀察返出判斷切割情況。（見圖4）。

3.3 連續管水力噴砂雙層切割技術效果分析

3.3.1起出后的管柱端面分析

起出切割后管柱，檢查發現：四次切割中油管全部被切斷，油管的斷口不齊整，但都有均勻分布的三點明顯內凹。篩管和盲管均沒有完全割斷，其中第一刀、第三刀和第四刀的切割處均出現了部分刺透。

3.3.2切割管柱內壁效果分析

地面切割開篩、盲管上的切割點后發現第一刀篩管內部有很淺的一段割痕，并有三個比較深的點成120°均勻分布在篩管內壁上，其中有一點被刺透。由此可以判斷：

（1）切割油管時工具串比較居中，沒有發生偏心現象。

（2）油管斷裂后，油管上下發生側移，使切割工具頭卡在了斷口處，導致切割工具失速，發生了定點沖蝕現象。

（3）篩管上的割痕很小，且不均勻，說明油管被切斷后噴射工具偏心。

第二刀切割后篩管內壁上有一小半有很深的割痕，另一半無切割痕跡；也無切割工具失速所形成的三個點。可以判斷：

（1）油管被切斷后未發生側移，切割工具也未被卡而失速，這說明此處的篩管和油管間的砂埋比較嚴重；

（2）切割篩管時切割工具先將其近端處的砂子沖開而后才沖蝕篩管，而其遠端處的砂子則未被完全沖開，進而使得射流未能有效作用到遠端的篩管壁上。

第三刀切割厚盲管的內壁和第二刀大致相同，內壁有一段很深的割痕。有一段割痕被割出一條縫隙，另一半沒有切割痕跡第四刀的切割情況和第一刀基本相同。盲管上只有一小段很淺的割痕，在割痕中間有一點被刺透。還有2個點有輕微凹陷，與刺透點成120°均勻分布。

4 結論與建議

（1）通過對A16井連續油管水力噴砂雙層切割效果的分析可知，單層管切割的成功率很高。但雙層切割技術的成功率不高。建議通過進一步的實驗來完善雙層切割技術。對包括管柱偏心、環空間砂子的影響等進行綜合評估，并通過模擬以取得接近于實際井況的施工參數。

（2）在切割前期進行測卡點作業，測出砂埋嚴重的位置。以減少切割次數和成本；也可有效避免管柱被切斷后發生側移，造成切割工具失速。

（3）將沖砂和切割作業連續進行，以能更準確的校核深度，確認切割點位置。

（4）改進切割工具串。使工具頭在內層管被切斷后仍能保持居中。

參考文獻

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