修井作業(yè)中使用連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)的研究

蘭潔　高偉偉

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水力切割技術(shù)的應(yīng)用開始在各行業(yè)普及，包括工業(yè)、醫(yī)療、食品加工等多個領(lǐng)域，但水力切割技術(shù)最廣泛的用于油田修井作業(yè)。油田修井作業(yè)經(jīng)常會有定向壓裂、鉆除水泥塞、切割套管、射孔、清洗井壁等問題，為了解決這些困難，采用連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)進行試驗和探索，本文對比了井內(nèi)外管柱不同的切割效果，提出了改進切割技術(shù)的方法，最終達到提高生產(chǎn)效率的目的。

關(guān)鍵字：雙層切割；水力噴砂；修井作業(yè)

1.連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)

1.1水力噴砂切割技術(shù)工作原理

油田在實際開采中會出現(xiàn)各種各樣的問題，卡鉆就是常發(fā)生的故障之一，此時需要采取水力噴砂雙層切割技術(shù)，在鉆桿下進行切割來解決卡鉆，雖然能解一時的故障，但長期下去由于切割的管柱有單層和雙層之分，對于雙層的管柱，施工難度較大，工作周期長，增加了修井作業(yè)的復(fù)雜性。

水力噴砂切割技術(shù)的工作原理是水力學(xué)的動量-沖量定律和砂粒的沖蝕作用下達到切割的目的。具體是噴嘴將液流的壓頭轉(zhuǎn)換為動量，帶砂流體通過噴嘴高速沖擊被切割的物體，動量在短時間內(nèi)被轉(zhuǎn)換成沖量，砂粒在沖擊作用下像砂輪般去切割目標物，當管柱的耐壓強度承受不住砂粒的沖蝕作用時，管柱在連續(xù)的沖擊力下，目標物即被切斷。水力噴砂切割技術(shù)操作過程相對較快，切割管柱的刺透力強，并且運用水力噴砂相比其他處理方式要環(huán)保。

1.2連續(xù)管水力噴砂雙層切割工作原理

連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)和普通的切割技術(shù)有差異，首先要將石油井筒清洗干凈，然后把清洗井筒的水或者清洗液換為帶砂的流體，高壓泵使攜砂流體通過噴嘴射向需要切割的管柱，在持續(xù)不斷的沖擊下，管柱最終被切割成功。相對于水力噴砂切割技術(shù)，持續(xù)的雙層切割技術(shù)解決修井作業(yè)更為快捷，提高了工作效率。

2.連續(xù)管水力噴砂雙層切割工具

2.1水力噴砂雙層切割工具

連續(xù)管水力噴砂雙層切割主要是由液壓驅(qū)動錨定裝置、Hydra-blast工具、切割頭三部分工具組合去完成操作，液壓錨定裝置主要是預(yù)防在切割過程中管柱由于噴砂的沖擊而移動，為了保持切割位置固定不變，液壓錨定裝置對連續(xù)油管管柱起到加固位置的作用。Hydra-blast工具主要起到加速作用，當泵入連續(xù)油管的液流快速運轉(zhuǎn)，被切割的管柱所受到的沖擊力加大，切割的速度也整體加快。切割頭主要提高帶砂流體的噴射力度，由于切割頭上附有噴嘴，噴射強度會相應(yīng)加大。

2.2噴嘴的構(gòu)成及對比分析

噴嘴在切割技術(shù)的應(yīng)用中占據(jù)重要的地位，它不僅負責(zé)清洗，還是執(zhí)行切割的首要零件，壓力能轉(zhuǎn)化成高度聚齊的動能也要通過噴嘴發(fā)揮效力，直接影響切割的效果。噴嘴的水力參數(shù)主要包括流量系數(shù)、射流擴散角、射流等速核長度三個方面，流量系數(shù)指實際流量比上理論流量的數(shù)值，該數(shù)值的平方表示噴嘴能量的轉(zhuǎn)換率，流量系數(shù)和該數(shù)值平方表示噴嘴對液流阻力的影響，二者呈反比關(guān)系，當流量系數(shù)變大，阻力則減小，流量系數(shù)變小時阻力增加，流量系數(shù)的數(shù)值不是不變的，噴嘴結(jié)構(gòu)有差異，射流擴散角和等速核長度也不同。

常見的噴砂噴嘴有四種，選擇時流量系數(shù)較大、射流擴散角小等速核長的更適合切割工藝的執(zhí)行。第一種是橢圓噴嘴，流量系數(shù)為0.985，射流擴散角為12°，等速核長度5.4；第二種是圓弧噴嘴，流量系數(shù)為0.978，射流擴散角15°，等速核長度4.8；第三種是錐形噴嘴，流量系數(shù)0.963，射流擴散角為8°，等速核長度4.8；第四種流線型噴嘴，流量系數(shù)為0.972，射流擴散角為8°，等速核長度5.9，選擇時還需要結(jié)合具體的施工情況進行分析，選擇最適合的噴嘴。

3.連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)實驗及實例分析

3.1水力噴砂切割室內(nèi)試驗對比分析

為了保障水力噴砂切割技術(shù)在油田的應(yīng)用達到預(yù)期目標，首先在室內(nèi)進行兩場試驗，對比分析切割的效果。實驗統(tǒng)一選用防砂和生產(chǎn)管柱，石英砂Oklahoma100目，帶砂流體WG11，砂液濃度為8lb/m?，泵排量wei35gal/min，砂比控制在0.5lb/gal。

實驗一的切割目標物是2-7/8“油管和5-1/2”盲管組合的雙層管柱，油管僅需10分鐘即被刺透，在切割進行到12分鐘時油管割斷，持續(xù)不斷地切割在37分鐘時盲管被刺透，繼續(xù)切割17分鐘后盲管也被割斷，切割面較為整齊。

實驗二的切割目標物為2-7/8“油管和5-1/2”篩管組合的雙層管柱，油管只用了10分鐘被刺透，在切割進行到13分鐘時被切斷，連續(xù)管水力噴砂的沖擊下，盲管在30分鐘時被刺透，80分鐘時盲管完全被割斷，切割面較為光滑。兩個水力噴砂室內(nèi)試驗進行對比和分析，利用相同的噴嘴，將實驗參數(shù)控制一致，水力噴砂切割技術(shù)能完成雙層切割任務(wù)，且施工效果較好。

3.2連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)實例分析

某油田的油井最大井斜為32.8°，造斜點為320m，該井的生產(chǎn)管柱是2-7/8”油管，選用的篩管為5-1/2”繞絲篩管，現(xiàn)在由于地層出砂情況突發(fā)，生產(chǎn)管柱被埋，油井已停止生產(chǎn)工作，為了將生產(chǎn)管柱和防砂管柱取出，總共實施了四次水力噴砂切割。

第一次的切割深度為1451m，切割油管和繞絲篩管，膠液粘度為14cp，使用量為50方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓是3300psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為3760lbs。切割30分鐘后返出量減小，切割進行60分鐘后壓力從3300psi下降到3000psi，總用時長180分鐘。

第二次的切割深度為1413.5m，切割油管和繞絲管，膠液粘度為14cp，使用量55.6方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓是3070psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割30分鐘后返出量減小，壓力下降，此時判斷油管切割成功，總用時長150分鐘。

第三次的切割深度為1395.6m，切割油管和盲管，膠液粘度為20cp，使用量37方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓5750psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2500lbs。切割中有大量氣體涌出返出口，不能通過返出量判斷切割的進度，總用時長140分鐘。

第四次的切割深度為1365m，切割油管和盲管，膠液粘度為17cp，使用量為37.5方，泵排量為0.83BPM，切割時最大泵壓為4000psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割返出口氣體阻攔了觀察，無法判斷切割的效果。

通過四次的切割施工，單層切割比雙層切割成功率更高，將雙層切割技術(shù)對管柱偏心、環(huán)空間砂子的影響等進行分析，模擬各種參數(shù)使實驗更靠近實際修井作業(yè)。針對于埋砂的狀況，進行測卡點作業(yè)，避免切割后的管柱發(fā)生移動情況，也可降低施工成本，同時減少對管柱的切割次數(shù)。

4.結(jié)束語

總的來說，內(nèi)層油管的連續(xù)水力噴砂切割比雙層切割更為成功，為了提高雙層切割技術(shù)需要進一步的改進和革新，提高施工的效率，需要在應(yīng)用中不斷的實驗，創(chuàng)新和改進并駕齊驅(qū)。

5.參考文獻

[1]劉東明，胡偉杰，高偉.連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)在修井中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（31）

[2]陳樹杰，趙薇等.國外連續(xù)管技術(shù)最新研究進展[J].油田工程，2010（11）

[3]杜冰，巴特，朗海濤.水力噴砂切割技術(shù)在井下作業(yè)中的應(yīng)用[J].新疆石油科技，2011（1）