小直徑管內水力切割器研制與應用

杜丙國，馬清明

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東 青島266580；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營257001）①

油水井作業時，經常遇到管柱遇卡現象，在解卡無效的情況下［1］采取管柱倒扣或管柱切割作業。對于大斜度井特別是水平井，常規旋轉倒扣和機械切割效果均不理想。國內目前普遍采用的油管切割方式有許多不足之處：油管內徑小，只能進行化學切割和聚能切割，化學切割殘留切割液容易造成套管損傷［2］；聚能切割后魚頂不規整，給后續打撈處理帶來不便。因此，研制了小直徑管內水力切割器，解決遇卡油管切割問題。采用水動力學原理，從遇卡油管內部切割，可以在任意井深位置切割油管，操作過程簡單方便，配合連續油管施工效率更高。

1 技術分析

1.1 結構原理

小直徑管內水力切割器結構如圖1所示，主要由上接頭、彈簧、心軸、活塞、切割刀片、錐體、噴嘴、引鞋等組成。其特征是切割刀片與動力活塞通過錐體連接在一起，設計新穎，結構簡單，切割操作快捷、方便、準確。

圖1 小直徑管內水力切割器結構

其工作原理為：通過地面水泥車提供動力，使活塞上移，推動心軸，壓縮彈簧使錐體上移，將切割刀片以45°角推出，水泥車持續以額定排量注入液體，切割刀片保持被鎖狀態（有3個切割刀片），能夠保持自身穩定，同時工具配有可更換的噴嘴，可通過調節噴嘴來改變流量和激活速度，工具由井下動力馬達帶動旋轉，在井下管柱內進行切割，當地面泵壓有下降時，油管切割完成。

1.2 主要技術參數

本體長度 660.0mm

外徑 44.5mm

最小內徑 7.9mm

連接螺紋 AMMT Pin

刀片伸出最大外徑 90mm

工作壓力 15～45MPa

1.3 液壓驅動扶正器

油管的剩余彎曲在斜井或水平井中產生的橫向力，會降低油管內切割作業的成功率［3－4］。在小直徑管內水力切割器和井下修井馬達之間安裝1個內心軸可旋轉的液壓驅動扶正器，有助于在割管過程中進一步穩定并扶正割刀；使3個刀片各點的載荷盡量保持相同，減少液壓馬達的停轉并改善切割質量。液壓驅動扶正器帶有弓形彈簧，它可以縮回，使扶正器能夠容易地通過井眼中直徑小的部位。液壓驅動扶正器可使彈簧伸開并接觸管壁，從而使井眼里的切割組件居中。

1.4 水力機械錨

當進行切割時，水力機械錨消除連續油管的移動［5］。該錨用1個錐體和錨爪把工具錨定在油管上。錨爪與液壓活塞連在一起。切割時，通過油管下放載荷產生的向下機械力把油管錨控制在適當的位置上。

2 操作要領

1） 根據被切割管柱的內徑和材質來確定切割刀片材質和尺寸。

2） 地面校核底部噴嘴。

3） 連接工具，擰緊工具各部件螺紋、銷釘和接頭。

4） 下小直徑管內水力切割器工具至預定切割位置，下鉆過程平穩，速度均勻。

5） 工具到達預定位置后剎好剎把。

6） 在切割作業中應注意控制泵壓，逐步調高施工壓力，不可一次性泵至最高壓力。

3 應用效果

自2011－05—2012－04，小直徑管內水力切割器共現場試驗處理遇卡管柱4口井，施工一次成功率100%，統計數據如表1。例如：STT142X60井，電泵生產，泵深2 051.5m，欠載停機。2011年作業時上提管柱遇卡，生產管柱為62mm N80油管，計算卡點為2 032.2m，判斷砂垢卡機組。為不使解卡打撈施工復雜化，采用小直徑管內水力切割工藝將卡點以上油管切割，然后再進行打撈處理。自下而上下入切割管柱順序為：小直徑管內水力切割工具＋液壓扶正器＋小直徑液壓馬達＋水力機械錨＋安全接頭＋過濾器＋小直徑油管至井口，下水力切割器至2 021.3m，裝防噴井口裝置，采用700型水泥車正加壓泵注清水作為動力源，排量0.12m3／min，泵壓由0逐步穩定在22～25MPa，泵注14min后壓力突降至17MPa，顯示切割完畢，可以提出切割管柱。共提出遇卡管柱210根，從第211根中上部切割開，提出油管切割端面平整，為后續套銑打撈奠定了基礎。

表1 小直徑管內水力切割的現場試驗數據

4 結論

1） 小直徑管內切割器采用高壓水作為動力源，不受井斜的限制，可以進行水平井管柱切割作業。

2） 切割時刀片運動平穩，與聚能切割相比切割后魚頂面規則，便于后續打撈作業。

3） 切割器刀片采用鑲焊硬質合金，切削速度高、使用壽命長。

4） 刀片可根據切割油管材質進行調整，滿足切割62mm和76mm等不同材質油管的要求。

［1］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.

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［5］董合健，呂宗高，龔偉民，等.ND－S114型套管內割刀的研究與應用［J］.石油機械，1999，27（3）：34－35.