深水棄井套管切割技術(shù)

陽文學(xué)　姜清兆　汪順文　張春杰（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳　518067）

深水棄井套管切割技術(shù)

陽文學(xué)姜清兆汪順文張春杰
（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067）

深水水下井口尺寸大、強(qiáng)度高，由于水深增加導(dǎo)致切割過程中管柱受力復(fù)雜，加上切割工具的不成熟和作業(yè)經(jīng)驗缺乏，導(dǎo)致我國前期自營深水井在套管及水下井口切割棄井時遇到了很大的技術(shù)挑戰(zhàn)，在作業(yè)時出現(xiàn)了不同程度的復(fù)雜情況。針對自營深水井及國外深水棄井施工案例，深入分析了深水棄井套管切割的風(fēng)險點和技術(shù)難點，總結(jié)了作業(yè)失敗的原因，從技術(shù)方案、棄井工具和施工參數(shù)等方面提出了針對性的改進(jìn)方法，全面分析了深水棄井作業(yè)的風(fēng)險點，并給出了相應(yīng)預(yù)防控制措施，并在第2批深水井實施中得到了成功應(yīng)用，提高了深水作業(yè)的安全性和時效性，證實了之前的改進(jìn)思路的正確性，解決了深水棄井技術(shù)難題。

深水；棄井；套管切割；水下井口；技術(shù)對策

隨著我國深水油氣開發(fā)步伐的加快，深水鉆井?dāng)?shù)量迅速增長。按照國家海洋局要求，水深800 m以內(nèi)的井在永久棄井時必須切割回收水下井口。國外在深水棄井套管切割技術(shù)方面具有成熟的工具、技術(shù)及豐富的作業(yè)經(jīng)驗［1］。國內(nèi)僅有少量的文獻(xiàn)論述了棄井套管切割的方法和工藝原理［2-4］。深水套管切割及水下井口回收工藝技術(shù)薄弱，棄井工具作業(yè)穩(wěn)定性差，使得自營深水井在前期棄井套管切割及水下井口回收作業(yè)時遇到了較大的困難。通過分析深水棄井套管切割的技術(shù)難點，總結(jié)了前期作業(yè)失利的原因，從技術(shù)方案、施工參數(shù)及棄井工具等方面提出了針對性的改進(jìn)措施，保證了后續(xù)深水井棄井切割套管及回收水下井口的作業(yè)成功，為深水棄井套管切割作業(yè)提供了一種可行的技術(shù)思路。

1　深水棄井套管切割的困難和挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)半潛式平臺棄井套管切割采用坐壓井口的方式，靠鉆具轉(zhuǎn)動傳遞切割扭矩［5］。而隨著水深的增加，采用傳統(tǒng)壓井方式已不能滿足深水作業(yè)需要，鉆具的下壓及自轉(zhuǎn)使鉆具在開眼海水中形成公轉(zhuǎn)，鉆具風(fēng)險大，井下事故頻繁。具體困難如下。

（1）水深大幅增加，采用傳統(tǒng)坐壓旋轉(zhuǎn)方式將會使管柱在海水中形成公轉(zhuǎn)，極易發(fā)生鉆具倒扣、工具折斷等井下事故。

（2）井口大多采用尺寸較大的導(dǎo)管，如?914.4 mm的導(dǎo)管，使切割行程增加，切割扭矩變大，對割刀及工具長時間工作的可靠性等要求提高。

（3）井口及套管力學(xué)性能高，通常深水井口和套管壁厚較大，壁厚可達(dá)50.8 mm；材質(zhì)良好，如X56鋼級），韌性和強(qiáng)度高，切割難度大，割刀材料、工具可靠性要求高。

（4）切割?914.4 mm套管缺乏現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗，傳統(tǒng)淺水的井口割斷、導(dǎo)向基板及導(dǎo)向繩打扭等現(xiàn)象已不適用于判斷深水作業(yè)情況。

2　前期深水棄井工具的選擇

前期深水井采用的棄井套管切割工具為國產(chǎn)某深水坐壓式井口頭切割棄井工具，主要由旋轉(zhuǎn)頭、打撈矛、割刀體和割刀片等組成，采用下壓式切割工具。

流花某深水井采用該棄井工具切割?508.0 mm+?914.4 mm套管24 h后最大過提1 500 kN，并向四周移平臺50 m，未能提活套管。退撈矛起鉆，三幅割刀刀尖磨損嚴(yán)重，棄井套管切割作業(yè)失敗。

白云某深水采用該棄井工具切割?508.0 mm+?914.4 mm套管，作業(yè)過程中工具無法解鎖，鉆具刺斷，棄井套管切割作業(yè)失敗。

3　技術(shù)對策

3.1改進(jìn)思路

（1）優(yōu)選工具，盡可能使用高效提拉套管切割工具，減少切割時長，降低鉆具在開放式水中的工作時間。如果必須下入坐壓套管切割工具組合，則應(yīng)盡量加大水下井口以下的鉆具重量并加強(qiáng)水下井口以上的鉆具剛性（如采用大尺寸鉆鋌），以避免水下井口以上部分鉆具出現(xiàn)弓形受力，防止工具出現(xiàn)大幅度公轉(zhuǎn)，降低鉆具疲勞折斷、倒扣的風(fēng)險。

（2）進(jìn)一步改進(jìn)國產(chǎn)外撈工具的可靠性，工具力學(xué)性能應(yīng)滿足芯軸抗拉力不小于2 500 kN，抗扭矩不小于54.22 kN·m；卡爪上提拉力大于1 000 kN ；嚴(yán)格審核入井切割工具抗扭能力，尤其是工具薄弱點，必須考慮橫向擺動與疲勞折斷。

（3）優(yōu)化作業(yè)程序和施工參數(shù)，降低作業(yè)風(fēng)險，標(biāo)準(zhǔn)化國產(chǎn)工具操作程序，加大監(jiān)督及工程師的培訓(xùn)力度，減少人為失誤。

（4）進(jìn)一步改進(jìn)和完善棄井套管切割工具系統(tǒng)，深水切割回收井口工具的國產(chǎn)化。

3.2提拉式螺桿馬達(dá)棄井工具創(chuàng)新設(shè)計

（1）馬達(dá)驅(qū)動下部割刀轉(zhuǎn)動，無需頂驅(qū)驅(qū)動。針對深水無隔水管狀態(tài)下的棄井切割作業(yè)，鉆柱無須自轉(zhuǎn)，同時也減少了鉆柱在海水中的公轉(zhuǎn)，受力狀況優(yōu)化，提高了鉆柱作業(yè)穩(wěn)定性和安全性。

（2）馬達(dá)結(jié)合井口外懸掛工具，可以保持切割作業(yè)在井口上提狀態(tài)下完成。這樣既可以實現(xiàn)井口在割斷后第一時間上行，又可以保證鉆柱在作業(yè)過程中保持受拉狀態(tài)，減小了鉆柱的事故風(fēng)險。

（3）針對提拉切割可能會造成高壓井口頭割斷后轉(zhuǎn)動并跳出低壓井口頭的情況，外懸掛組合工具設(shè)計了提拉下壓雙向選擇功能，當(dāng)高壓井口轉(zhuǎn)動，可以轉(zhuǎn)換下壓式切割方式，有效避免高壓井口彈跳出低壓井口頭的情況。

（4）針對棄井切割過程中可能會出現(xiàn)的卡刀現(xiàn)象，重新設(shè)計制作了高強(qiáng)度的伸縮節(jié)，安裝在割刀之上，如果割刀在即將割斷套管時出現(xiàn)割刀卡入刀縫的情況，伸縮節(jié)上的伸縮空間足以使刀片彈出縫隙，避免卡刀事故的發(fā)生。

工具結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　提拉式螺桿馬達(dá)棄井工具

4　現(xiàn)場應(yīng)用效果

南海8號深水鉆井平臺在流花某井棄井作業(yè)時采用了提拉式螺桿馬達(dá)工具，在作業(yè)之前對工具進(jìn)行了割刀及螺桿馬達(dá)的井口功能測試，排量達(dá)到580 L/min時，割刀正常張開，測試合格。螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，泵壓波動較大，更換備用馬達(dá)，重新測試工作正常，排量轉(zhuǎn)速比與預(yù)期一致，運(yùn)行期間泵壓平穩(wěn)，馬達(dá)在排量小于2 000 L/min時，震動較小，穩(wěn)定性較好；排量到達(dá)2 500 L/min時，震動明顯加大；排量達(dá)到3 000 L/min時，震動較大。根據(jù)測試結(jié)果初步設(shè)定切割排量控制在3 000 L/min以下。井口外懸掛工具鎖緊與解鎖功能試驗，合格。井口馬達(dá)割刀組合測試結(jié)果如表1所示。

表1　井口馬達(dá)割刀組合測試結(jié)果

流花某井套管切割及水下井口回收一次性取得了成功，實際作業(yè)中整體切割過程泵壓平穩(wěn)，?508.0 mm套管及?762 mm套管割斷時未見明顯壓力波動，割刀狀況良好，無明顯磨損痕跡，套管斷面正常，棄井套管切割作業(yè)成功。在后續(xù)流花和荔灣深水區(qū)塊的深水棄井套管切割作業(yè)也取得了良好的效果。

5　結(jié)論及建議

（1）深水無隔水管段棄井套管切割難度大，工具性能及操作要求高，常規(guī)淺水坐壓式棄井切割工具和工藝已無法滿足作業(yè)要求，需要采用高效的提拉式螺桿馬達(dá)套管切割工具。

（2）提拉式螺桿馬達(dá)套管切割工具可以有效簡化鉆柱在深水環(huán)境下的復(fù)雜受力狀況，降低了深水棄井切割作業(yè)風(fēng)險，作業(yè)成功率高，可進(jìn)一步推廣使用。

（3）需從工具作業(yè)穩(wěn)定性和操作簡捷性方面進(jìn)一步改進(jìn)套管切割工具，從施工程序標(biāo)準(zhǔn)化和施工參數(shù)優(yōu)化等方面提高現(xiàn)場作業(yè)效率。

［1］田曉潔，劉永紅，林榮桔，等.深海套管切割工具的研究和發(fā)展現(xiàn)狀［J］.石油機(jī)械，2011，39（11）：67-71.

［2］海洋鉆井手冊編寫組.海洋鉆井手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011-02：593-629.

［3］李羅鵬，王瑞和，周衛(wèi)東，等.海洋廢棄井口切割裝置配套扶正器［J］.石油機(jī)械，2009，37（11）：82-83.

［4］董合健，呂宗高，龔偉，等.ND-S114型套管內(nèi)割刀的研究與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，1999，27（3）：34-35.

（修改稿受到日期2014-12-28）

〔編輯胡志強(qiáng)〕

Casing cutting technology for abandoned deepwater wells

YANG Wenxue, JIANG Qingzhao, WANG Shunwen, ZHANG Chunjie
（Shenzhen Branch of CNOOC, Shenzhen 518067, China）

The deepwater subsea wellhead is of large size and high strength. The increasing water depth results in complexity of string stress during the cutting process. Plus immaturity of cutting tools and lack of experience, there is a great technical challenge to earlier self-support deepwater wells in China, when the abandoned wells’ of casing and subsea wellhead is cutting, which may result in complex conditions of varying degrees in the operation. Considering the construction cases of self-support deepwater wells and foreign deepwater abandoned wells, the risks and technical difficulties in casing cutting of deepwater abandoned wells are deeply analyzed, and the causes for failed operations are summarized. Methods to improve the technical solutions, abandoned well tools, and construction parameters are proposed. The risks in the operations of deepwater abandoned wells are fully analyzed and appropriate preventive and control measures are provided, which successfully applied in the second batch of deepwater wells to improve the safety and timeliness of deepwater operations. That confirms the correctness of the previous improvement ideas and solves the technical problems about deepwater abandoned wells.

deepwater; abandoned well; casing cutting; subsea wellhead; technical countermeasures

TP601

B

1000 – 7393（2015） 01 – 0132 – 03

10.13639/j.odpt.2015.01.034

“十二五”國家科技重大專項“深水鉆完井及其救援井應(yīng)用技術(shù)研究”（編號：2011ZX05026-001）。

陽文學(xué)，1980年生。2004年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程專業(yè)，主要從事深水鉆完井技術(shù)研究及現(xiàn)場管理工作，工程師，深水鉆完井總監(jiān)。E-mail：yangwx@cnooc.com.cn。

2014-11-30）

引用格式：陽文學(xué)，姜清兆，汪順文，等. 深水棄井套管切割技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（1）：132-134.