化學切割技術在連續油管遇卡事故處理中的應用

單　勇,張 良,鄧智源,王　琦,李　陪,佘鴻祥

在油氣井進行完井及修井等工程作業中，由于井下工具性能改變或損壞、套管變形等各種因素的影響引起的油管管柱被卡事件常有發生。當被卡油管不能解卡時，常常需對油管管柱進行切割作業。常見的切割工藝包括機械切割、聚能爆炸切割以及化學切割、機械切割主要是使用機械式內割刀，用鋁桿固定割刀，下到預定深度，而后把刀片張開，從地面旋轉管柱以切割管柱。聚能爆炸切割是采取聚能效應原理，將能量匯集在一個360°圓平面上向外噴射，射流形態呈“面狀”分布，從而達到切割管材的目的。化學切割技術是利用化學反應藥劑在高壓作用下，對管柱對象進行高速腐蝕和快速切割[1-3]。

以X井連續油管遇卡為研究對象，結合基本井況切割技術特點與工藝的可行性等方面，提出了采用化學切割技術進行油管切割的處理方法。經調研，目前國內還未見采用化學切割工藝進行連續油管切割的應用與報道，為此化學切割在X井的成功應用也為類似的小直徑管柱遇卡事故處理提供了參考。

1　基本井況與解決方案

1.1　井況介紹

X井為一口直井，人工井底3 583.0 m，經過測試和綜合評估后，需對該井進行永久封堵，現場作業時采用連續油管灌注水泥漿進行井底封堵。連續油管灌漿完成后上提并候凝，水泥凝固后采用了原管串探水泥塞面。由于井筒內水泥未完全凝固以及連續油管進入水泥界面時遇阻不明顯，待管柱有遇阻顯示后上提，發現懸重增大。隨后進行開泵循環，發現循環不通，通過多次上提活動連續油管均不成功，表明連續油管底部已被水泥塞卡住而遇卡。

1.2　解決方案

根據測算的遇卡位置和下行距離，結合現場分析，推斷連續油管管柱中的丟手釋放裝置也被固在井內，若要起出管柱可采用油管切割技術。由于連續油管直徑較小，其外徑為50.8 mm，內徑為39.0 mm，常用的爆炸切割器不能滿足油管內通徑的要求，只能采用外徑更小的爆炸切割器。為此，首先對擬采用的外徑32.0 mm，耐壓70.0 MPa的爆炸切割器進行了地面切割試驗。試驗后發現該爆炸切割器未完全切掉油管，且油管變形量較大。分析認為由于爆炸切割彈小且所用炸藥量少，加之在偏心狀態下進行切割，導致切割效果欠佳。因此，為了保證切割效果與成功率，保護井內管柱避免再次出現復雜情況，決定采用外徑35.0 mm的油管化學切割器進行切割處理。

由于化學切割器需要采用電纜進行輸送，而連續油管為一個整體且無單獨的電纜管串送入通道，因此需在長時間觀察和確認井口無壓的情況下，可對在井口注入裝置上部的連續油管進行切割。另外，雖然在化學切割前井內油套并未聯通，為了防止切割瞬間井內產生的壓力以及切割完成后油套壓差作用，因此必須在井口連續油管上部安裝電纜防噴裝置，防止井控風險。電纜防噴裝置因無法直接連接在油管斷口處，為此加工專用的轉換接頭以連接，同時采用吊車控制懸重，避免將防噴裝置的所有重量直接作用在連續油管轉換接頭上，井口安裝示意圖如圖1所示。

圖1　井口安裝示意圖

2　化學切割器結構特點與工作原理

2.1　切割器組成結構

化學切割器整體長度為2.87 m，外徑35.0 mm，耐溫204.0℃、耐壓105.0 MPa。其由點火頭、燃燒室、扶正器、火藥筒、催化劑室、切割頭等部分構成，如圖2所示。

1）燃燒室：燃燒室內含有上下兩部分固體燃料推進劑，其燃燒后能迅速地釋放出大量高溫高壓的氣體。

2）扶正器：又稱錨定裝置，用于將切割工具鎖定在被切割管柱中央。

3）火藥筒：用來保存化學藥劑（BrF3）的鋼筒。

4）催化劑室：含有專用油和鋼絲，在化學反應中可加速反應。

5）切割頭：其周圍有一圈緊密排列的小孔，是BrF3的釋放通道。

圖2　化學切割器組成示意圖

2.2　工作原理

將化學切割器通過電纜輸送至油管內預定的切割深度，電纜供電至點火頭并點燃推進劑，其燃燒釋放出高溫高壓氣體，高壓氣體使得扶正器（錨體）迅速張開并鉗住在管柱內壁上。高壓作用剪切掉藥劑筒上、下的破裂盤，推動BrF3穿越催化劑到達切割頭，BrF3通過切割頭上的一圈小孔噴射到被切割管柱內壁上，切割示意圖如圖3所示。高溫高壓的氣體促使了迅速的化學反應即3BrF3+3Fe→2FeF3+FeBr3，管柱被強烈的化學反應所腐蝕，從而切掉油管[4]。

圖3　化學切割示意圖

2.3　工作特點

1）切割速度快：通常能在125.0～175.0 ms內完成切割作業。

2）耐溫耐壓高：可在額定工作溫度204.0℃工作1 h，承壓105.0 MPa。

3）切割效果好：切割后切割斷口光滑平整、無膨脹變形及喇叭口現象，切割后無固體殘渣，也便于后續打撈等作業[5]。

4）污染性：BrF3是一種強烈破壞性、傷害性的化學藥劑，切割后可能會存在未完全反應的藥劑，造成一定的井內污染。

3　現場作業工藝與應用

3.1　工藝流程與管串設計

根據基本井況和化學切割工藝特點，對X井切割進行了基本工藝設計，設計的流程如下。

1）切割前先過提連續油管，使整個管柱處于拉伸狀態，過提噸位為25.0 t，并采用控制裝置鎖緊并保持該噸位。

2）在井口切割連續油管，在斷口處安裝轉換接頭；地面組裝電纜防噴裝置（內通徑76.0 mm，耐壓70.0 MPa）并試壓，采用吊車吊起該裝置與井口轉換接頭連接。

3）采用外徑35.0 mm通井規對連續油管管柱進行通井作業（圖4），通井深度為3 200.0 m。其中電纜頭外徑32.0 mm，加重桿外徑35.0 mm，整個通井管串長度為4.0 m。

圖4　通井與切割管串示意圖

4）組裝化學切割管串（圖4），將切割管串連接至電纜后下放入井。切割管串最大外徑35.0 mm，長度3.17 m。

5）電纜下放管串至3 200.0 m并確認深度后，供電點火以激發化學切割器。

6）切割完成后上起管串至井口，拆卸井口電纜防噴裝置。

7）確認切割成功，連續油管控制裝置上提并起出井內連續油管。

3.2　切割效果評價

化學切割工具下放到指定切割位置，供電切割后管柱震動明顯，隨后連續油管起出，檢查連續油管切割端面，發現其切割后所留下的斷口平整、未見明顯膨脹變形和毛刺，如圖5所示。化學切割工藝不僅解決了X井連續油管因在井下遇卡不能正常丟手的復雜情況，同時也縮短了該井修井作業工期，也為今后處理類似工程復雜情況積累了重要的作業經驗。

圖5　連續油管切割斷口

4　結論

1）針對X井連續油管井下遇卡的工程事故，綜合對比分析后優選了化學切割技術進行油管切割處理，切割后連續油管斷口整齊，整體切割效果良好。

2）根據連續油管特點及實際井況，創新性地提出了在井口切斷連續油管，成為電纜切割管串的入口，并加工了專用的轉換接頭以連接電纜防噴裝置，防止井控事故。

3）本切割工藝針對連續油管遇卡且井口無壓力的情況，如果井口帶壓時應先進行壓井后再進行切割。如果井口帶壓且無法循環壓井，則在井口切斷連續油管，采用作業機進行后續打撈處理。

參考文獻:

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[3]張秋梅,程志信.油氣田中被卡管柱回收方法概述[J].石油儀器,2007,21(6):85-86.

[4]李 超,劉燕輝.化學切割技術在油管柱遇卡中的應用[J].石油管材與儀器,2016,2(1):64-67.

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