海上修井常用切割技术综述

阮刚，胡江权，陈志德，马鹏杰

(中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司，广东 深圳 518064)

1 各种切割技术综述

1.1 电缆化学切割技术

化学切割工具采用电缆下入，是一种简便快捷的切割工具，目前在油井处理卡钻事故中频繁的应用。切割工具由校深仪器、点火头、推进火药筒、锚体、化学药剂筒、切割头组成，校深仪器通过对套管接箍或者地层GR进行校深，确定切割深度，由于切割油管或者钻杆，通常采用接箍校深。点火头是电缆点火头，通电激发，然后引燃火药筒内的火药，使得锚体张开，抓住套管内壁。水力锚的材质的硬度高于切割管柱的硬度，能够紧紧的咬紧套管，使化学切割工具居中。火药产生的高压气体推动化学药剂筒内的三氟化溴通过切割头喷向切割的管柱。切割头四周均匀分布喷射孔，使得化学药剂均匀的喷向切割的管柱，保障管柱能够顺利的切开。

目前大部分油气井普遍采用的管柱结构为2-7/8in至5-1/2in的油管，根据结构和切割要求，各直径和各种材料的管柱都可以被切割，由于管柱尺寸和切割部位内外径不同，化学切割尺寸选择依据为：工具串最大外径小于管柱内径，其次点火切割锚体的锚爪张开后，可能正常的固定在管柱内壁上。

南海某平台应用该技术进行油管切割打捞，修井过程中，解封封隔器起油管至1 600 m遇阻，为了解决卡钻的问题，现场决定切割上部的油管，回收上部的油管，然后下入震击打捞钻具，靠震击器震击解卡，这是目前海上油田，解决生产管柱起钻的常规方案。现场在4-1/2in油管内下入电缆化学切割工具，工具串组合：电缆头+CCL+加重杆+点火头+二级火药室+推进剂室+锚体+化学药剂筒+催化剂室+切割头+尾堵，作业步骤如下：

(1)测井绞车及设备就位，连接绞车动力，电力并启动；

(2)组装井口防喷装置，制作马笼头，挂天地滑轮，连接井口工具；

(3)无线电静默后，连接镁粉切割工具串，井口试压；

(4)仪器下井，200 m后拉补偿，解除无线电静默；

(5)下放至预定深度，进行校深，确认深度后点火，观察电缆张力，电流变化确认点火是否成功；

(6)上提电缆到200 m松补偿，无线电静默；

(7)拆除工具串后，解除无线电静默；

(8)切割完，起出上部的油管，发现端口平整，内部无残留物，方便后续的切割打捞作业。

1.2 电缆机械切割技术(简称MPC)

电缆机械切割工具是一种新型的利用电缆的切割技术，可以实现下入一趟电缆完成多次切割作业。切割工具分别由电缆连接装置、定位装置、电动机装置、扶正装置、切割装置五部分组成。定位装置采用磁定位，通过对管柱的接箍校深，确定切割位置，可靠性高。电动机装置将电缆传输的电能转换为旋转的机械能。扶正装置主要支撑臂组成，通过电缆传递信号控制收放，支撑臂上下安装锚定片能够很好的固定在切割管柱内壁上，扶正切割工具。如图1所示，切割装置由刀片和控制芯轴组成，控制芯轴偏离中心，使得刀片接触管柱内壁，开始切割作业。

图1 电缆机械割刀

机械切割工具一般由电缆送入井内，通过工具串上的CCL来进行管柱校深。该仪器分为电子线路及机械两部分。仪器工作时，通过地面计算机输入指令将信号通过电缆传到电子线路，经过内部处理后，再传到下部的马达部分，打开支撑臂，使工具串在油管内居中。计算机输入相关管柱尺寸后，机械部分内的液压马达开始工作，驱动刀片转动做工，开始切割油管。该工具比传统切割工具有着轻便，方便运输，一次下井可进行多次切割的优势。

在南海某平台起管柱时，由于油管内部腐蚀严重，为防止油管被拔断，采用电缆机械切割工具切割油管，工具串组合：护罩+割刀+机械部分+电子线路部分+马龙头。作业步骤如下：

(1)就位钢丝设备，钢丝作业，采用2.5″通径规通径，如果通径不过，换2.28″通径规通径；

(2)油技设备就位，安装电缆天、地滑轮，连接通井工具串，模拟通井，计划通井至设计深度；

(3)地面连接机械切割工具，检查马笼头通断、绝缘情况，检查机械切割工具支撑臂，刀片工作状态是否良好；

(4)工具串入井，通过CCL进行校深，确定切割位置，地面输入指令，进行切割；

(6)切割完成后，起出管柱检查割口平滑完整，无外卷和内卷的碎屑，给后续的修井打捞作业提供良好的窗口，可以选择下入打捞的内捞和外捞的工具，回收切割点以下的管柱。

1.3 水力切割技术

水力切割技术主要工具为水力割刀，水力内割刀内部结构从上到下依次装有指示器、活塞(装有喷嘴)、弹簧及3个刀片。水力内割刀是利用切割钻具内部的液体的压力进行切割作业，切割钻具下到位后，现场通过开泥浆泵，钻具内的流体通过喷嘴，形成的压差推动活塞和指示器下行，进而推动割刀的刀片张开。依靠钻具的旋转切割油管或者套管，当管柱被切开时，指示器与活塞分离，流体通过这个间隙产生一个压降，给地面切割工程师一个信号，管柱切割完成。水力内割刀有3个刀片，在割刀圆周上成120°分布。刀片采用硬质合金铺焊而成，刀片具有很强的切割能力，几乎可以切割所有的管材，现场的工程师根据刀片的尺寸与对应的最大切割管柱表，进行割刀和切割刀片的选型，保障能够将管柱顺利切割。水力切割技术主要依靠切割钻具的长度进行校深，如果钻具的长度误差较大，切割的精度会受到的影响。现场作业时，通过采用在切割钻具上加上一个大外径的变扣，无法通过顶部防砂封隔器，进行钻具长度校深。

水力切割技术是海上油气田处理复杂情况，常用的切割技术，能够在井斜较大的井段进行切割作业，南海东部油田某平台利用水力切割工具切割处于水平段的管柱，由于地层出砂，中心小筛管腐蚀严重，无法满足当初设计时的防砂要求。地层中出来的砂子，堵住油管，导致电泵无法正常开启。为了恢复生产，决定打捞出小筛管，下入新的优质筛管完井。考虑旧筛管腐蚀，整体打捞，阻力大，易将筛管拉断等因素。因此采用将筛管切割分段，再依次打捞的方法。切割管柱采用常规钻杆送入，管柱组合：3-1/8″水力割刀(配45 mm刀片，2A30) +扶正接头+变扣+5根2-7/8″PAC钻杆+变扣(2-7/8″PAC P×310) +变扣(311×410) +双公接头(411×431) +浮阀接头+变扣(411×HT55 B)+5-1/2″短钻杆+ 5-1/2″钻杆。作业步骤如下：

(1)在井口对割刀工具进行功能试验：将割刀连接在一根钻具上，并连接循环头和管线，用修井机将割刀提起放在井口，缓慢开泵正循环，记录割刀完全张开时的泵压及泵速，并测量每个刀片的伸长量37 mm/37 mm/37 mm，刀尖张开后距割刀底部0.44 m，计算最大切割外径6″；

(2)做完试验后，使刀片处于收缩状态，用胶带缠绕捆绑刀片，将刀片保护起来，防止下钻时刀片张开，导致无法进入防砂管柱内，或者用一段细绳或布条将刀片挤压到刀槽内，也可以防止刀片张开；

(3)下放钻具至2 668 m，上提钻具至切割点2 666 m，测空转扭矩：70 r/min@18981N.M；

(4)扭矩限位23049N.M，转速70 r/min @18981N.M，开泵，排量436 L/min@ 16.55 MPa，进行切割作业；

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(5)切割参数：转速70 r/min @18981～23049ft-lbs，排量436 L/min，泵压由16.55 MPa逐渐降至8.96 MPa，扭矩稳定在70 r/min@21693N.M，判断筛管已经切断，累计切割1h；

(6)起钻至井口，检查各刀片状况，测量各刀片伸长量；

(7)发现刀片磨损严重，刀片的长度因磨损，也明显缩短；

(8)后续下入打捞工具捞出切割后的筛管，筛管的端面整齐和平滑，说明本次完井切割取得成功，可以选择下入打捞的内捞和外捞的工具进行下部的打捞和回收工作。

2 切割技术适用性分析

2.1 电缆化学切割优劣势分析

电缆化学切割在海上是一种比较成熟的技术，为海上需要切割作业时的首选的方案，其该种技术的优点如下：

(1)采用电缆下入，电缆下入速度，高达60 m/min，较钻杆下入的方案，能够明显节约整个切割作业时间；

(2)切割仪器带有自动校深的仪器，能够准确找到切割点，切割精度高，避免误操作；

(3)化学切割切口端平齐，没有喇叭口，方便后续的打捞工具的下入；

(4)合理设计化学切割药剂的数量，切割作业，不会损伤外层的套管；

(5)切割作业完成后，没有固体残渣，造成杂质落井，给后续作业带来影响。

该种技术的缺点有：

(1)本种切割方案，依靠化学药剂与金属管材发生反应，若油管内部结垢严重，阻挡化学药剂与管柱内壁的接触，会导致切割失败；

(2)电缆切割涉及到火工器材等危化品的运输，国家对火工器材管控较严，器材运输存在一定困难；

(3)由于采用电缆进行作业，如果遇到井下复杂情况，遇阻或者遇卡，过提和下压范围受限；

(4)在井斜超过55°的井段，管柱内摩擦力大，电缆工具受到限制，无法下到位，影响切割作业；

(5)切割工具串带有雷管，出现强电信号，容易引爆，作业时需要无线电静默，沟通使用的对讲机无法使用，会对海上平台的其他作业的沟通造成影响。

2.2 电缆机械切割优劣势分析

电缆机械切割是一种新引进的技术，目前正在大量推广使用，简便快捷，能够在化学切割技术无法使用的状况下试用贴，其优点有：

(1)采用电缆下入，电缆下入速度，高达60 m/min，较钻杆下入的方案，能够明显节约整个切割作业时间；

(2)切割仪器带有自动校深的仪器，能够准确找到切割点，切割精度高，避免误操作；

(3)电缆机械切割的端口齐整，方便后续的打捞；

(4)切割工具属于机械切割，不涉及到危化用品的使用，保证海上作业安全；

(5)针对结垢严重的井，特别是注水井，油管内覆盖一层水垢，金属刀片可以轻松切割垢层，然后切割油管，给注水井电缆切割提供解决方案；

(6)电缆机械切割的刀片材质坚硬，一次入井可以完成多次管柱的切割，大大提高切割作业的时效。

该种技术的缺点有：

(1)油管变形严重，切割工具不能顺利下放到切割深度进行切割作业；

(2)切割过程中，要保证管柱处于拉伸状态，因为压缩状态下管材被切割后，刀片会被卡在管材的割口中间，很容易造成电缆工具串遇卡、刀片断裂的情况，这也限制电缆机械切割工具的使用；

(3)目前切割技术只能切割小尺寸的油管，无法切割5-1/2in及以上的管柱及钻杆，应用范围较其他两种方案较小；

(4)在井斜大于过55°的井段，管柱内摩擦力大，切割工具无法顺利下到位，影响切割。

2.3 水力切割技术优劣势分析

水力切割技术在海上打捞作业中使用频率高，是一种常用的技术，能够切割多种管柱，可靠性高，该种技术的优点有：

(1)工具组合简单，采用钻杆送入，遇阻和遇卡后可以活动通过；

(2)切割过程中，切割完管柱后，指示明显，现场工程师通过现场泵压判断切割是否成功；

(3)水力割刀可以根据实际的井况，在割刀上安装适合管柱的刀片，能够切割各种尺寸的油管、钻杆、套管、隔水管，应用范围广；

(4)切割工具上部可以接打捞工具，实现切割打捞一体化，切割完成后，下放钻具，立即进行打捞作业，提高修井作业时效。

该种技术的缺点有：

(1)依靠现场丈量的钻具长度或者采用现场管柱的台阶，进行粗略的定位，无法进行精准的定位；

(2)切割过程中，泵压变化较大，切割钻具的伸缩量发生变化，导致切口成喇叭状，影响后续的打捞作业；

(3)采用钻杆下入，目前海上平台的钻杆下入速度约为500 m/h，下入速度明显低于电缆，并且切割作业过程中，需要开泵和顶驱旋转，切割作业的时间较上述两种方案长。

3 结语

三种切割技术在海上都有一定程度上的运用，对于生产管柱状态较好的井，内壁干净，井斜小，可以采用电缆化学切割方式进行切割，作业程序简单，但是采用电雷管引爆，现场要做好安全工作。对于结垢严重的井，可以采用电缆机械切割，这种切割方式需要保证管柱处于上提状态，不然容易断刀片，导致切割作业失败。水力切割技术能够在大井斜的井段进行切割作业，对井筒环境的要求不高，现场可以根据泵压显示判断是否切割成功，但是采用钻杆送入，作业时间相比前2种方法，作业时间较长，对于小尺寸的油管，目前也缺乏相应尺寸的工具。针对不同的井况，合理选择切割工具，能够加快打捞作业的进度，节约修井作业成本。