修井作業中使用連續管水力噴砂雙層切割技術的研究

蘭潔　高偉偉

摘要：隨著科學技術的發展，水力切割技術的應用開始在各行業普及，包括工業、醫療、食品加工等多個領域，但水力切割技術最廣泛的用于油田修井作業。油田修井作業經常會有定向壓裂、鉆除水泥塞、切割套管、射孔、清洗井壁等問題，為了解決這些困難，采用連續管水力噴砂雙層切割技術進行試驗和探索，本文對比了井內外管柱不同的切割效果，提出了改進切割技術的方法，最終達到提高生產效率的目的。

關鍵字：雙層切割；水力噴砂；修井作業

1.連續管水力噴砂雙層切割技術

1.1水力噴砂切割技術工作原理

油田在實際開采中會出現各種各樣的問題，卡鉆就是常發生的故障之一，此時需要采取水力噴砂雙層切割技術，在鉆桿下進行切割來解決卡鉆，雖然能解一時的故障，但長期下去由于切割的管柱有單層和雙層之分，對于雙層的管柱，施工難度較大，工作周期長，增加了修井作業的復雜性。

水力噴砂切割技術的工作原理是水力學的動量-沖量定律和砂粒的沖蝕作用下達到切割的目的。具體是噴嘴將液流的壓頭轉換為動量，帶砂流體通過噴嘴高速沖擊被切割的物體，動量在短時間內被轉換成沖量，砂粒在沖擊作用下像砂輪般去切割目標物，當管柱的耐壓強度承受不住砂粒的沖蝕作用時，管柱在連續的沖擊力下，目標物即被切斷。水力噴砂切割技術操作過程相對較快，切割管柱的刺透力強，并且運用水力噴砂相比其他處理方式要環保。

1.2連續管水力噴砂雙層切割工作原理

連續管水力噴砂雙層切割技術和普通的切割技術有差異，首先要將石油井筒清洗干凈，然后把清洗井筒的水或者清洗液換為帶砂的流體，高壓泵使攜砂流體通過噴嘴射向需要切割的管柱，在持續不斷的沖擊下，管柱最終被切割成功。相對于水力噴砂切割技術，持續的雙層切割技術解決修井作業更為快捷，提高了工作效率。

2.連續管水力噴砂雙層切割工具

2.1水力噴砂雙層切割工具

連續管水力噴砂雙層切割主要是由液壓驅動錨定裝置、Hydra-blast工具、切割頭三部分工具組合去完成操作，液壓錨定裝置主要是預防在切割過程中管柱由于噴砂的沖擊而移動，為了保持切割位置固定不變，液壓錨定裝置對連續油管管柱起到加固位置的作用。Hydra-blast工具主要起到加速作用，當泵入連續油管的液流快速運轉，被切割的管柱所受到的沖擊力加大，切割的速度也整體加快。切割頭主要提高帶砂流體的噴射力度，由于切割頭上附有噴嘴，噴射強度會相應加大。

2.2噴嘴的構成及對比分析

噴嘴在切割技術的應用中占據重要的地位，它不僅負責清洗，還是執行切割的首要零件，壓力能轉化成高度聚齊的動能也要通過噴嘴發揮效力，直接影響切割的效果。噴嘴的水力參數主要包括流量系數、射流擴散角、射流等速核長度三個方面，流量系數指實際流量比上理論流量的數值，該數值的平方表示噴嘴能量的轉換率，流量系數和該數值平方表示噴嘴對液流阻力的影響，二者呈反比關系，當流量系數變大，阻力則減小，流量系數變小時阻力增加，流量系數的數值不是不變的，噴嘴結構有差異，射流擴散角和等速核長度也不同。

常見的噴砂噴嘴有四種，選擇時流量系數較大、射流擴散角小等速核長的更適合切割工藝的執行。第一種是橢圓噴嘴，流量系數為0.985，射流擴散角為12°，等速核長度5.4；第二種是圓弧噴嘴，流量系數為0.978，射流擴散角15°，等速核長度4.8；第三種是錐形噴嘴，流量系數0.963，射流擴散角為8°，等速核長度4.8；第四種流線型噴嘴，流量系數為0.972，射流擴散角為8°，等速核長度5.9，選擇時還需要結合具體的施工情況進行分析，選擇最適合的噴嘴。

3.連續管水力噴砂雙層切割技術實驗及實例分析

3.1水力噴砂切割室內試驗對比分析

為了保障水力噴砂切割技術在油田的應用達到預期目標，首先在室內進行兩場試驗，對比分析切割的效果。實驗統一選用防砂和生產管柱，石英砂Oklahoma100目，帶砂流體WG11，砂液濃度為8lb/m?，泵排量wei35gal/min，砂比控制在0.5lb/gal。

實驗一的切割目標物是2-7/8“油管和5-1/2”盲管組合的雙層管柱，油管僅需10分鐘即被刺透，在切割進行到12分鐘時油管割斷，持續不斷地切割在37分鐘時盲管被刺透，繼續切割17分鐘后盲管也被割斷，切割面較為整齊。

實驗二的切割目標物為2-7/8“油管和5-1/2”篩管組合的雙層管柱，油管只用了10分鐘被刺透，在切割進行到13分鐘時被切斷，連續管水力噴砂的沖擊下，盲管在30分鐘時被刺透，80分鐘時盲管完全被割斷，切割面較為光滑。兩個水力噴砂室內試驗進行對比和分析，利用相同的噴嘴，將實驗參數控制一致，水力噴砂切割技術能完成雙層切割任務，且施工效果較好。

3.2連續管水力噴砂雙層切割技術實例分析

某油田的油井最大井斜為32.8°，造斜點為320m，該井的生產管柱是2-7/8”油管，選用的篩管為5-1/2”繞絲篩管，現在由于地層出砂情況突發，生產管柱被埋，油井已停止生產工作，為了將生產管柱和防砂管柱取出，總共實施了四次水力噴砂切割。

第一次的切割深度為1451m，切割油管和繞絲篩管，膠液粘度為14cp，使用量為50方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓是3300psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為3760lbs。切割30分鐘后返出量減小，切割進行60分鐘后壓力從3300psi下降到3000psi，總用時長180分鐘。

第二次的切割深度為1413.5m，切割油管和繞絲管，膠液粘度為14cp，使用量55.6方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓是3070psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割30分鐘后返出量減小，壓力下降，此時判斷油管切割成功，總用時長150分鐘。

第三次的切割深度為1395.6m，切割油管和盲管，膠液粘度為20cp，使用量37方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓5750psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2500lbs。切割中有大量氣體涌出返出口，不能通過返出量判斷切割的進度，總用時長140分鐘。

第四次的切割深度為1365m，切割油管和盲管，膠液粘度為17cp，使用量為37.5方，泵排量為0.83BPM，切割時最大泵壓為4000psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割返出口氣體阻攔了觀察，無法判斷切割的效果。

通過四次的切割施工，單層切割比雙層切割成功率更高，將雙層切割技術對管柱偏心、環空間砂子的影響等進行分析，模擬各種參數使實驗更靠近實際修井作業。針對于埋砂的狀況，進行測卡點作業，避免切割后的管柱發生移動情況，也可降低施工成本，同時減少對管柱的切割次數。

4.結束語

總的來說，內層油管的連續水力噴砂切割比雙層切割更為成功，為了提高雙層切割技術需要進一步的改進和革新，提高施工的效率，需要在應用中不斷的實驗，創新和改進并駕齊驅。

5.參考文獻

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