MPC機械切割技術在海上高溫高壓井中的應用

任松濤 魏安超 李祝軍 馮雪松 徐 斐

①中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術湛江分公司②中海石油（中國）有限公司湛江分公司

隨著國內(nèi)海上高溫高壓井的開發(fā)已進入實施階段，為保障生產(chǎn)期間井屏障長期有效，高溫高壓井普遍采用永久式封隔器，常規(guī)的切割回收封隔器方式不能滿足精準切割芯軸的要求。本文介紹了一種MPC電纜機械切割技術在海上高溫高壓井中的應用，通過切割原理介紹、技術特點、現(xiàn)場應用切割方案選擇、地面切割模擬到現(xiàn)場準備與作業(yè)實施，最終完成封隔器芯軸切割，切割點位置準確、切口完整平滑、效果良好，可在永久封隔器回收、特殊打撈等要求精準切割的工況中推廣應用。

南海鶯歌海盆地的中深部地層廣泛發(fā)育高溫高壓儲層，隨著近年勘探開發(fā)海上高溫高壓氣田開發(fā)進入規(guī)模化實施階段。在高溫高壓氣井生產(chǎn)作業(yè)過程中，完井管柱所處壓力、溫度環(huán)境變化范圍大，管柱往往會產(chǎn)生較大的彎曲應力，為保障生產(chǎn)期間井屏障長期有效，生產(chǎn)管柱采用雙永久封隔器管柱結構[1-2]。鉆完井作業(yè)或生產(chǎn)期間出現(xiàn)工具失效、管柱泄露或后期棄置回收更換管柱時，需對永久封隔器進行回收，永久封隔器的回收方式主要為切割芯軸和套銑，而套銑一方面損傷生產(chǎn)套管，另一方面會產(chǎn)生落物影響下部管柱的回收。目前國內(nèi)外常見的切割技術主要有切割彈切割、爆炸切割、化學切割、鎂粉切割等，但均不能滿足精準切割芯軸的要求。本文主要介紹MPC電纜機械切割技術的工藝原理和技術特點，并詳盡講述該切割技術在海上高溫高壓井中的成功應用情況。

1 MPC工作原理和技術特點

1.1 工作原理

MPC電纜機械切割工具主要由電子線路部分和機械部分組成，其中機械部分由液壓部分、推進部分、主監(jiān)視器、錨定部分和切割頭組成，工具結構示意圖如圖1所示。其工作原理概述為：MPC工具串下至設計深度后，地面通電驅(qū)動液壓馬達→打開錨定裝置，使儀器相對于管壁固定→驅(qū)動主馬達，使切割頭高速旋轉(zhuǎn)→帶動馬達控制刀片的外展速度→刀片接觸管壁，進行切割→斷電收回刀片、解除錨定，完成切割。當管材被切開并開始分離時，內(nèi)置在工具內(nèi)的加速度計會有指示，并停止切割。切斷后電流、井口懸重、儀器轉(zhuǎn)速將會有變化，可以準確判斷出管材切斷情況[3-7]。

圖1 MPC（電纜機械切割）示意圖

1.2 技術規(guī)格及特點

MPC機械割刀可在高溫高壓井況下作業(yè)，溫度級別200 ℃，壓力等級20000 psi，常用刀片尺寸為50 mm、60 mm和63 mm三種規(guī)格，切割范圍見表1所示。MPC機械切割技術具有以下優(yōu)點。

（1）切割過程可視化，可通過地面軟件監(jiān)測切割情況，使用CPU控制切割精度或有難度的切割。

（2）運輸方便，可快速動員，無需炸藥等火工品和化學危險品，易于運輸。

（3）可切鋼材和合金管材（鍍鉻），平均切割時間在20分鐘左右。

（4）切割過程產(chǎn)生碎屑較小，不影響后續(xù)作業(yè)。

（5）可實現(xiàn)一趟切割多個位置。

（6）精準控制，只切割油管而不傷套管。最大切割外徑超出設定值1/8″，工具就會停止，同時可調(diào)整切割速度（最低0.01 mm/min），可地面實時監(jiān)控，任何時候均可停止。

表1 MPC刀片切割范圍

2 現(xiàn)場應用

南海西部某高溫高壓定向井壓力系數(shù)1.92，溫度144 ℃，最大井斜32.42°，采用雙永久封隔器生產(chǎn)管柱，生產(chǎn)管柱如圖2所示。該井生產(chǎn)封隔器坐封后加壓未能成功射孔，需回收原管柱重新完井，為避免影響后續(xù)作業(yè)決定采用切割芯軸實現(xiàn)兩個永久封隔器回收。

2.1 切割方式選擇

本次作業(yè)需要切割的永久封隔器為PREMIER封隔器，設計回收方式為切斷芯軸回收，可切割區(qū)域長度為0.54 m，切割區(qū)域外徑為90.93 mm，內(nèi)徑72.90 mm。紅色區(qū)域為外筒部分，此區(qū)域不能割斷否則影響后續(xù)過提回收，外部推筒內(nèi)徑97.79 mm，外徑125.43 mm。

圖2 原生產(chǎn)管柱示意圖

（1）切割彈切割：用電纜將切割彈下放到預定深度，地面通電，切割彈專用雷管組件發(fā)火，輸出爆轟波引爆切割彈組件，形成金屬射流，切割油管。該方法成本低、組裝簡單、可靠性較高、破壞性較大、割口變形嚴重。

（2）爆炸切割：通過使用專用切割組件和藥餅，地面供電引爆雷管、導爆索和藥餅、切割組件，對油管、鉆桿、鉆鋌切割。該方法成本低、可靠性較高、切割完后需要過提才能拔斷，割口極不規(guī)則，爆炸后形成幾道長長的帶破壞性的爆炸口、組裝較復雜。

（3）化學切割：利用火藥藥柱燃燒產(chǎn)生高壓，將化學藥劑均勻、高速噴射到油管內(nèi)壁，從而達到切斷油管的目的。該方法費用高、可靠性高、組裝復雜，要求綜合考慮井中的壓力、流體性質(zhì)、油管尺寸和重量等參數(shù)設計切割工具、對油管切口的破壞性小，便于打撈。

（4）鎂粉切割：通過電纜傳輸額定電流，形成高能等離子→切割工具內(nèi)壓增加，超過井內(nèi)液柱壓力→切割工具噴嘴上的滑動套筒下滑→噴嘴暴露在井筒中→高能等離子體通過噴嘴噴射離子，射向切割區(qū)→對管柱實施切割。該方法操作簡捷，安全性能高，不受作業(yè)井深度限制，是深井、超深井作業(yè)管柱最理想的內(nèi)切割工具之一；切割管柱尺寸范圍廣；切割后的魚頭規(guī)則，無需修整；無需爆炸性、環(huán)境危害和特殊裝載許可[8-9]。

通過對比常用切割工藝均無法實現(xiàn)精準切割，僅有MPC機械切割可實現(xiàn)在割斷封隔器芯軸的同時而不損傷外部推筒，完成永久封隔器回收作業(yè)。通過對比PREMIER永久封隔器芯軸可切割區(qū)域尺寸圖和MPC工具參數(shù)，確定切割方案為53.98 mm MPC切割工具配合50 mm刀片，通過CCL磁定位校深完成封隔器芯軸切割作業(yè)。

2.2 地面模擬

為保證切割方案的可行性，在陸地選取與PREMIER永久封隔器芯軸規(guī)格類似的外徑73.00 mm、磅級7.8ppf油管進行切割模擬，兩種材料對比如下表2所示。

表2 油管與永久封隔器芯軸參數(shù)對比

當?shù)孛嬖O備準備就緒，預先設置好切割范圍，使用自來水對切割頭進行冷卻，在軟件屏幕上點擊鎖緊錨定裝置，顯示錨定成功后點擊開始切割，地面加電壓500 V，觀察到電流隨著刀片切割管材從0.2 A逐漸漲到0.8 A，切割完成后減小至0.2 A即空轉(zhuǎn)電流。切割時間19.5 min，顯示切割最大外徑77.17 mm（完全割斷），由于油管水平放置，切割最大外徑比理論大。地面模擬切割油管標明MPC機械切割可實現(xiàn)永久封隔器芯軸的精準切割。

2.3 電纜沖孔

由于切割位置處于兩個封隔器之間，溫度影響形成圈閉壓力，為避免切割過程中造成影響，在切割作業(yè)之前下入沖孔搶，對兩個封隔器之間的油管進行沖孔，釋放兩個封隔器之間的圈閉壓力，平衡油套環(huán)空內(nèi)外壓力，工具串組合為：小馬龍頭+CCL校深儀+點火頭+沖孔槍+偏心加重桿+槍尾。

2.4 模擬通井作業(yè)

根據(jù)本井的管柱結構圖，在井下安全閥與工作筒處存在縮徑，為保證切割工具能夠下入到位并順利起出，下入模擬工具串進行模擬通井，工具串組合為：小馬龍頭+CCL校深儀 +2.15"通井工具。

2.5 切割作業(yè)

（1）參數(shù)設置：采用50 mm切割刀片，最大切割外徑設置為104.14 mm。

（2）校深：MPC工具串下過井下安全閥及工作筒后，上提可通過后再繼續(xù)下入，根據(jù)PREMIER永久封隔器上下油管接箍深度進行校深，校深后調(diào)整儀器深度在切割區(qū)域中部。

（3）切割作業(yè)：切割期間油管及環(huán)空加備壓500 psi，保持內(nèi)外壓力平衡；錨定裝置張開后啟動割刀馬達，切割電流由0.2 A逐漸增大至0.8 A，16 min后割刀外徑增大至94.74 mm時電流快速減小至0.2 A，繼續(xù)切割電流由0.2 A逐漸增大至0.5 A，割刀外徑增大至101.40 mm時停止切割作業(yè)，儀器顯示切割完成；可明顯看到切割電流：小→大→小→大，對應切割位置：逐漸切割封隔器芯軸→芯軸與外筒之間→切割外筒；斷電收回割刀、解除錨定，起出檢查工具刀片有磨損；管柱起出后檢查封隔器芯軸割口平整，丈量割口位置與理論誤

3 結論及建議

（1）MPC電纜機械切割工具適宜于結構復雜、內(nèi)徑較小的管柱，可精確控制切割范圍，割口平整，切割耗時短。

（2）采用MPC切割工具作業(yè)時，需要確保被切割管體內(nèi)部和外環(huán)空壓力平衡，若不能保持則需在管內(nèi)及環(huán)空加背壓，以減小壓力波動瞬間對工具的沖擊。

（3）MPC機械切割過程中必須保持管柱處于過提狀態(tài)，防止切割完成瞬間管柱錯位卡工具串，或壓斷刀片。

（4）機械切割完成收回割刀后，必須先解除錨定再上提工具串，防止過提工具串力量較大使錨定裝置變形，卡工具串。

（5）通過MPC機械切割技術在高溫高壓井中的應用，為后續(xù)永久封隔器的回收提供指導意見，可在永久封隔器回收、特殊打撈等要求精準切割的工況中推廣應用。