化學切割技術在渤中油區大修井中的應用

苑朋飛，唐 佳，王海濤

（中國石油集團海洋工程有限公司天津分公司，天津 300451）

化學切割技術在渤中油區大修井中的應用

苑朋飛，唐 佳，王海濤

（中國石油集團海洋工程有限公司天津分公司，天津 300451）

在油井作業過程中，由于套管變形、大直徑工具下井等原因，經常造成卡鉆事故，因此有時需要切割并取出卡點以上管柱。化學切割技術是一項新技術，在渤中油區BZ34-4-3等五口大修再完井中采用此技術，大大加快了修井進度。文章從化學切割的組成結構及工作原理、BZ34-4-3井的工藝分析及化學切割的應用等方面對該技術進行介紹。與以往切割彈切割技術等相比，該技術具有切割準、效率高等特點。

大修井；化學切割；化學藥劑；解卡；打撈

0 引言

化學切割是用電纜起下、電流引爆、使切割工具內的化學藥劑相互接觸反應，產生的高溫高壓化學腐蝕劑從工具下部的孔眼中高速徑向噴出，腐蝕切割管柱、回收井下被卡管柱的工藝技術，該技術是一種從管柱內部進行切割的專用工具，它可在任意部位切割管柱，化學切割切口整齊，便于后續的打撈作業。

1 化學切割的組成結構及工作原理

1.1 組成結構

化學切割工具結構：由磁定位儀+點火頭+推進火藥筒+錨體+化學劑藥筒+切割頭等主要部分組成 （見圖 1）。

（1）點火頭。這種點火頭只可使用歐文公司的發火管，當電纜通電引燃發火管后，發火管引燃下面的推進火藥。這種點火頭的獨特之處是有防壓功能。

（2）推進火藥筒。由于推進火藥筒內的火藥可在1 s內產生高壓，因此推進火藥筒是由無縫鋼材料制的，耐壓為196 MPa，保證高壓環境下可靠安全，且使用壽命長；根據切割位置和井里液體的壓力選擇火藥長度，火藥耐溫205℃，燃燒后沒有生成物。

（3）錨體。錨體上的錨爪是直接伸出并固定在油管內壁上的，它由高精度不銹鋼材料制成，防氧化層的保護使之可在任何液體中使用；錨爪硬齒經過熱處理，因而具有高強度性能，保證了切割工具的可靠固定。

（4）化學劑藥筒。藥筒外殼是無縫鋼，內承壓196 MPa，兩端破裂盤最小耐壓為42 MPa，制造后30 min后要進行泄漏檢測，24 h再檢查一次；化學藥劑是三氟化溴，沸點為125.8℃ （101.325 kPa），熔點為8.8℃ （101.325 kPa）， 密度為2.51 g/cm3。

（5）切割頭。獨特的結構設計，高精度的孔眼內徑和間距加工，保證了切割時管柱完全切開，沒有喇叭口和膨脹現象，延長了使用壽命。

1.2 工作原理

化學切割工具一般通過電纜下井，磁定位儀對管柱進行校深。校深后，切割頭對準切割位置，電纜通電引爆點火頭，點火頭引燃下端的推進火藥，推進火藥迅速在火藥筒內產生高溫、高壓氣體，壓力達到172MPa，氣體使錨體迅速張開，固定在管柱內壁上。推進火藥產生的壓力使化學藥劑筒上端破裂盤破裂，推動化學藥劑向下又使藥筒下端破裂盤破裂。化學藥劑經過催化劑時產生反應 （3BrF3+4Fe=3FeF3+FeBr3），反應產生的高溫、高壓推動切割頭內的小活塞向下移動，打開切割頭孔眼，使化學藥劑以高溫、高壓的形式噴向管柱內壁，管柱被強烈化學腐蝕切斷。通常一根油管大概在125～175 ms之間被切斷 （見圖2）。

1.3 化學切割優勢分析

1.3.1 切割工藝對比 （見表1）

1.3.2 化學切割的優勢

（1）化學切割速度快、可靠性大。

表1 切割工藝對比

（2）切口端面平齊，沒有喇叭口，便于以后打撈作業。

（3）切割后并不傷害套管，沒有固體殘渣。

（4）更換切割頭可以在油管上沖孔作業，使油管內外暢通。

（5）使用的化學藥劑不會對井內的液體產生污染。

2 工藝分析及化學切割應用

2.1 BZ34-4-3井工藝分析

BZ34-4-3井位于中海油渤中海域，屬海上一口雙管生產油氣井，于1993年9月11日投產，長管4-3-L生產Es3Ⅱ油層，1998年1月15日因井底積液和地層能量低而停噴；短管4-3-S生產Es3Ⅰ油層，1997年1月6日，因地層能量低而停噴，后一直處于關井狀態 （見圖3）。

修井目的：雙管恢復自噴生產的可能性非常小。為了發揮該井的產能，需大修打撈出目前井內雙管，下入 “Y”型分采管柱合采Es3Ⅰ/Es3Ⅱ油層。

由于該井井史資料稀缺，根據雙管封隔器資料，長管過提180 kN可解封雙管封隔器 （但是查看該區塊雙管井作業資料都未解封），該井為直徑73 mm （2 7/8 in）NK3SB油管，結構強度N80，雙管封隔器以上油管自身質量61 t，已接近N80級油管最大強度，無法嘗試解封雙管封隔器 （長管酸化過），套銑難度非常大，需要通過倒扣、磨銑等措施處理上部雙管至雙管封隔器頂部，并且套銑可能導致油管嚴重破壞，形成小件落魚，對后續作業非常不利。

前期施工工藝討論認為，該井為直井，最大井斜4.7°，可以應用化學切割技術，選擇化學切割對長、短管進行切割，分段打撈處理井下管柱及工具。化學切割長短管方案如下：

（1）模擬工具串 （21/8in）通徑長管至3204m。

（2）化學切割長管3 196 m （定位密封上部長油管中上部，其上部有12根防磨短節）。

（3）化學切割長管2 984 m （滑套以下，雙管封隔器上部長油管中上部）。

（4）模擬工具串通徑短管至2 995.67 m （雙管封隔器）。

2.2 施工前準備 （通井、沖孔、洗壓井）

（1）連接鋼絲作業防噴系統，試壓。

（2）連接通井工具串：繩帽+變扣+旋轉節+加重桿+加重桿+萬向節+振擊器+炮栓+變扣+通徑規（57mm）=7.41m， 通井至3 200 m （長管)。

（3）起出通井工具串，更換開滑套工具串：繩帽+變扣+旋轉節+加重桿+加重桿+萬向節+振擊器+炮栓+變扣+滑套開關工具+加重桿=8.55 m，下工具串至2 981.67 m（長管上部滑套位置），振擊1 h無法打開滑套。

（4）起開滑套工具串，下沖孔管串即化學切割工具+磁校深儀+加重桿+馬龍頭至沖孔位置 （雙管封隔器上部2 993.34～2 993.57 m，下部2 999.48～2 999.71 m），點火，點火后長管井口壓力從3 MPa增至5.5 MPa，判斷沖孔成功，起工具串。

（5）循環洗壓井，清理通道，為下步化學切割做準備。

2.3 化學切割工具的選擇

目前海上油氣井普遍采用的管柱結構為：直徑73 mm （2 7/8 in） 和 89 mm （3 1/2 in） 加厚油管。根據管柱結構和切割要求，各直徑的管柱都可能被切割。由于管柱尺寸和切割部位內外徑的不同，所選擇的化學切割工具尺寸 （見表2）不同。化學切割尺寸的選擇依據為，首先工具串最大外徑要小于管柱內徑；其次當錨體錨爪張開后，可以固定在管柱內壁上。

表2 化學切割工具選擇

BZ34-4-3井雙管生產管柱結構為直徑73 mm（2 7/8 in）的NK3SB油管，所選擇的切割工具串為54 mm（2 1/8 in）的化學切割頭+化學藥劑筒+68 mm （2.66 in）的錨體+推進火藥筒+點火頭+磁定位儀+加重桿+電纜頭 （由下往上）。

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2.4 化學切割的應用

BZ34-4-3井雙管生產管柱實施化學切割的操作步驟如下：

（1）無線電靜默。（2）安裝防噴管。（3）連接化學切割模擬通井工具串 （與切割管串一致，只是不加火藥和化學藥劑）。

（4）下化學切割模擬通井工具串，順利通井至設計位置，起出模擬通井工具串。

（5）向化學藥劑筒和推進火藥筒中分別加入化學藥劑和火藥，連接工具串，下化學切割工具串。

（6）電纜下入工具串到位校深，校深后上提工具串至切割位置。

（7）點火，切割管柱。

（8）起出化學切割工具串，進行下次切割。

2.5 化學切割注意事項及結果判斷

2.5.1 化學切割注意事項

（1）點火時要慢慢增加電流直到工具動作 （一般0.4 A）。切割動作只需要1 s，不要超過1.5 A。

（2）如果管柱環空液體是滿的，而管柱內部是空的，當管柱被切開后，管外的液體會沖進管柱內將工具上竄從而導致電纜纏繞。操作人員要警惕這一情況的出現，使用加重桿減小向上的沖力。

（3）切割后工具只能上提不能下放，上提速度不要超過91.44 m/min，否則工具將不可能足夠快使內外壓力平衡，引起工具遇卡。

2.5.2 切割結果判斷

（1）化學切割切斷油管后 （見圖4）電纜有輕微抖動，張力有輕微波動。

（2）鉆臺振動明顯。

3 結束語

（1）化學切割技術的引進，使復雜井修井作業過程中被卡的油管可以在所需要的任意部位割斷而不傷害套管，給解卡打撈工作提供了新的手段。

（2）化學切割具有切口整齊、無擴張現象、切割速度快、成功率高的優點，此技術在大修井中應推廣使用。

（3）如果井內是泥漿或井內臟物很多，切割后就會影響切割工具內外壓力平衡，使錨爪不能收回，最好是在工具的上部接一個振擊器。

[1]周望，趙學昌，何師榮.化學切割和噴射切割工藝[J].石油鉆采工藝，1988，（1）：91-95.

[2] 李樂中.新型化學切割儀[J].石油儀器，1993，（2）:120.

[3]張鈞.海上油氣田鉆完井手冊[M].北京:石油工業出版社，1998.

Application of Chemical Cutting Technique in Downhole Overhaul Operation of Bozhong Offshore Oil Block

YUAN Peng-fei（Tianjin Branch of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,TANG Jia,WANG Hai-tao

Owing to the reasons such as casing deformation and big diameter downhole tool used in the course of downhole operation,drill pipe sticking accidents often happen.Sometimes it is needed to cut the column above the sticking point and move it out.The downhole chemical cutting technique is a new means to do such work.In the operations of downhole overhaul and well completion of BZ34-4-3 well and other four wells,the chemical cutting technique was used and it expedited workover operation greatly.The configuration and working principle of the chemical cutting technique as well as its application in BZ34-4-3 well are introduced in this paper.Compared with earlier cutting techniques,the chemical cutting technique possesses the characteristics such as precise cutting and high efficiency.

downhole overhaul;chemical cutting;chemical agent;stuck releasing;fishing

TE358.4

B

1001－2206（2011）增刊－0087－04

苑朋飛 （1982-），男，遼寧本溪人，助理工程師，2006年畢業于中國石油大學 （北京），從事海上油氣井修井、試油測試、酸化壓裂等方面工作。

2011-08-10