海洋棄井套管回收輔助工具

1.目的

隨著油氣資源的持續開采，進入生產中后期的老井或死井需進行臨時棄井，便于后續開窗側鉆以達到增產增效的目的。《石油天然氣鉆井海洋棄井作業規程（2021）》要求：在鄰海以內的棄井中所涉及的所有套管、樁、井口等裝置的切割位置必須深于海底泥面4 m，并將生產套管逐段切割、拉拔，最終回收至平臺，以利于技術套管開窗側鉆作業。由于2010年以后的海上固井作業中水泥漿基本都返高至井口處，這造成水泥環膠結力將套管完全“抱死”，加大了套管的拉拔難度。傳統的切割磨銑工藝一次僅能拔動3 m以內的套管，需多次起下鉆，進行反復的切割打撈套管作業，才能完成預期套管回收作業目標，導致作業效率低下、周期長且安全性得不到保障。為降低套管拉拔難度，筆者團隊研制了一種用于破碎水泥環膠結力的套管回收輔助工具——水泥環破碎器（圖1），可在不損壞生產套管、技術套管的情況下，通過偏心滾動擠壓對水泥環產生物理性破壞、使水泥環與內層套管脫粘，從根本上破壞或大幅降低水泥環膠結力，顯著降低拔套管過提噸位。使用水泥環破碎器時，單趟作業即能輔助回收較長套管，提高作業效率。

圖1 水泥環破碎器作業原理示意圖

2.方法

該工具主要由主軸、動滾輪、靜滾輪三個部分構成（圖2），使用高壓流體作為工作驅動力，靜滾輪排布在動輪兩端，其內部均安裝有徑向、推力軸承組件及密封組件，圓柱形活塞組件均布在動滾輪內部，其在高壓流體作用下可以將動滾輪推至偏心工作狀態。進行擠壓破碎水泥環時，先開啟鉆機使工具處于旋轉狀態，隨后注入高壓流體使工具進入偏心狀態，最后緩慢勻速上提工具擴大作業面積，直至完成預期段水泥環破碎作業。隨后起出水泥環破碎器，依次下入切割、打撈設備，根據水泥環膠結破碎后計算的一次性可拉動套管長度，進行分段切割打撈，完成整個套管回收作業。

圖2 水泥環破碎器結構示意圖

3.作用和效果

基于水泥環破碎器方案試制?244.5 mm套管規格工具并進行室內測試（圖3）。室內樣機實驗表明：該工具具有良好的密封性能且在套管內可以正常開啟偏心狀態，關閉壓力后，上提工具時產生的徑向作用力可以使工具順利解除偏心狀態。動滾輪偏心滾動擠壓作業可以有效降低膠結力，工具最佳作業速度為30～40 r/min、上提速度0.5 m/min，使用工具后可以將膠結力降低56%左右，大幅降低了含水泥環工況的套管回收難度，一次性可拔出套管長度可增長至直接進行拉拔的兩倍，即可將套管回收作業周期減少50%左右。水泥環破碎器結合套管切割打撈工具在油氣井棄井領域有巨大的應用空間和廣闊的發展前景。

圖3 水泥環破碎器性能測試實驗圖