徑向切割技術在海上氣田修井作業中的應用

徐太保，肖澤蔚

中海油田服務股份有限公司油田技術事業部湛江作業公司（廣東湛江 524057）

大修井起管柱過程中經常遇到由于多個封隔器無法一次性解封、永久封隔器、油管抗拉有限、管柱下部沙埋等原因造成管柱無法正常起出，此時只有采取切割油管的方法來解決[1-2]。通過先起出上部油管，再對下部管柱采用磨、套銑及震擊打撈等措施起出[3-5]。2019年南海某高溫高壓氣田WCX-X井在進行環空帶壓重大隱患治理大修作業中，由于井下Φ244.5 mm 生產封隔器采用了卡瓦式永久封隔器，無法進行解封。因此需要在4 002 m（垂深3 568.5 m）深度對封隔器以上第一根89 mm 外徑的長油管進行切割作業，通過切割起出上部管柱，對井筒進行二次固井及二次完井，以達到治理隱患的目的。為保證切割成功，選擇合適的切割方式成為重中之重。

1 常用切割方式

在海上氣田修井作業中，常用的切割方式有：爆炸切割、化學切割和機械切割，3種切割方式的工藝原理及優、劣勢對比分析見表1。

表1 常用切割方式對比

2 現場作業難點分析

南海某高溫高壓氣田WCX-X 井，若采用常規的爆炸切割、化學切割，對于該井隱患治理存在一定的局限性，具體表現在：①為了后續二次完井的順利進行，要求切割之后油管切口平整，而常規爆炸切割后割口外翻（帶“喇叭口”），不能滿足后續打撈作業需求；②切割之后不允許有落物堵塞管柱內通孔，而常規爆炸切割存在井下落物的問題；③此管柱最小內徑58.8 mm，切割89 mm 油管的化學切割工具外徑60.1 mm，無法通過此最小內徑，且化學藥劑存在一定的腐蝕性。因此，需要尋找更有效的切割方法。

3 徑向切割炬工藝介紹

3.1 切割原理

徑向切割炬（Radial Cutting Torch，RCT）是通過電纜將RCT 工具送達管內預定位置,地面供電，通過工具內混合粉末（氧化鐵粉和鋁粉）釋放的高溫高壓等離子態硬顆粒的機械研磨及燒蝕作用，瞬間將管柱切斷（25 ms以內）。它的切割能力是噴砂設備的6 000 倍,就像富含高溫和腐蝕物的原子微粒一樣射向切割區，完成對管體的切割（圖1）。這種腐蝕物使得RCT 切割工具即使在遠離管壁的情況下仍有較高的效率。它可以通過小通徑去切割大管材，可切鋼質和合金管材（鍍鉻），割口平整無喇叭口，無井下落物。工具本身具備非爆、無毒、無害等特點。

圖1 徑向切割炬

3.2 規格型號及可切割范圍

徑向切割炬規格型號及可切割范圍見表2。通過表2 可知，切割89 mm 油管可采用型號為RCT-SP-2000-200 的50.8 mm 外徑RCT 切割工具，可通過絕大部分管柱，因此WCX-X 井使用徑向切割炬能很好地解決切割難題。

表2 徑向切割炬規格型號及切割范圍

3.3 工藝流程

1）采用CCL 接箍測量儀器對切割工具串進行校深定位，確保切割深度精準（圖2）。

圖2 CCL校深磁定位儀器

2）在工具校深定位后，采用電動機械錨定儀器（EMA），通過加正直流電開腿，將工具串錨定于管壁上；然后加負直流電點火切割；點火后，重新加正電收腿，回收工具。EMA內部電路設計使得正電向下不導通，避免開關腿時激發RCT。EMA作為輔助工具，在切割點以下無循環通道時，用于防止工具串向上竄動，確保切割同一位置，如圖3所示。

圖3 電動機械錨

3）采用熱發生器（THG），其內部有電發熱線圈，地面供電加1 A以上持續（15 s內）穩定電流引爆，用于激發下部RCT工具（圖4）。

圖4 熱發生器

4）徑向切割炬（RCT）。熱發生器引爆并激發RCT 后，在RCT 內部發生劇烈的化學反應（3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3）釋放熱量，俗稱鋁熱反應。該過程將釋放大量能量，并產生高溫高壓等離子態的反應產物，推開滑套，從石墨噴嘴高速噴出。同時由于反應產物的硬顆粒屬性（Al2O3），高溫高壓等離子態硬顆粒通過機械研磨及燒蝕作用，可瞬間將管柱切斷（25 ms以內）。徑向切割炬的壓力范圍見表3。

表3 徑向切割炬壓力范圍

5）壓力平衡錨（PBA）。通孔的空心管結構，連接在工具串底部，通過壓力平衡的方式緩沖切割瞬間的能量釋放，避免工具串向上竄動，確保切割同一位置。

6）扶正器、加重桿、萬向節等輔助工具。其中，扶正器用于使錨定或RCT居中，保證錨定和切割效果；加重桿用于配重；萬向節可使工具在大井斜或狗腿井段順利通過，同時能抵消扶正器的影響，使得CCL 磁定位儀器貼邊測量，增強接箍信號，還能避免其他工具重量將扶正器壓變形，保證更好的居中效果。一種典型的RCT 切割工具串組合如圖5所示。

圖5 RCT（帶錨定EMA）切割工具串組合

4 徑向切割炬的優勢

RCT 徑向切割技術具備以下優勢：①雖然RCT切割工具在井下被激發后會發生劇烈化學反應并產生巨大能量，但是產品本身使用的材料非爆、無毒無害，均不屬于危險品，在采購、儲存、運輸、使用時無需任何資質，可按普通貨物運輸，應急作業動員時方便快捷（可空運）；②不受射頻、靜電、雜散電壓等影響，操作人員安全有保障，作業時無需“無線電靜默”；③產品為一次性消耗品，穩定可靠，操作便捷；④切口規整，不存在膨脹變形，方便后續打撈；⑤不受被切割管壁材質影響，可對任何金屬材質進行切割，切割后無落物；⑥RCT 耐溫260 ℃（EMA耐溫175 ℃），基本不必考慮井溫影響；⑦工具外徑相對較小，可通過小通徑切割大管材，如切割89 mm 外徑油管時使用50.8 mm 的RCT 工具，切割73 mm外徑油管時使用42.86 mm的RCT工具；⑧成本較低。

5 徑向切割技術的現場應用

在南海氣田WCX-X 井89 mm外徑油管切割作業中，考慮到爆炸切割在切割之后切口會膨脹為“喇叭口”，且存在大塊落物；而化學切割無法通過WCX-X 井管柱最小內徑，無法滿足井切割要求。最終選擇了使用50.8 mm 的RCT 切割工具進行作業。

5.1 工具串組合

因切割點以下無循環通道，需配合使用EMA錨定儀器以防止切割瞬間工具串上竄。EMA 錨定臂尺寸規格見表4、表5。由表4、表5可知，針對89 mm油管，其內徑76 mm，選擇ARM-1500-345 錨定臂。實際入井工具串組合：打撈頸+空心加重桿1 根（42.93 mm）+單芯電纜頭（35 mm）+CCL（43 mm）+萬向節（43 mm）+1#可調式彈簧扶正器（75.95 mm）+44.45 mm 錨定儀器+2#可調式彈簧扶正器（75.95 mm）+熱發生器接頭+50.8 mm 徑向切割炬+50.8 mm 壓力平衡錨2根。

表4 44.45 mm錨定臂的規格

表5 44.45 mm錨定工具規格

5.2 施工過程

具體施工過程：①拆采油樹帽，立防噴管，連接68.95 MPa（10 000 psi）電纜防噴系統，立管試壓20.68 MPa（3 000 psi）合格；②連接RCT 切割工具串入井，重新安裝電纜防噴系統；③開主閥、清蠟閥，下放RCT 切割工具串至4 015 m，上測校深定位，將RCT 工具切割噴嘴對準4 002 m 位置；④加正電142 V/0.68 A 直流開EMA錨定儀器腿，開腿完畢，電流自動掉為零，下電；⑤緩慢上提電纜絞車，注意張力變化，將電纜張力過提45.36 kg，確保EMA錨定合格，停車；⑥加負電220 V/1.2 A 直流，保持約6 s（一般15 s以內），電流明顯跳變，電纜張力由1 070.496 kg變至1 032.394 kg，確認點火成功；⑦3 min后，下放電纜1.5 m，放松電纜張力；⑧再次加正電142 V/0.65 A 直流收EMA錨定儀器腿，收腿完畢，電流自動掉為零，下電；⑨上提回收切割工具串，注意張力變化；⑩關采油樹主閥、清蠟閥，拆電纜防噴系統，作業完成。

5.3 切割效果

對89 mm 油管切割作業完成后，循環壓井液至安全狀態，拆采油樹、起出管柱后，確認切割深度精準，切口規整，落魚完好，不影響后續油管補接及二次完井工作（圖6）。

圖6 89 mm油管RCT徑向切割效果

6 結束語

1）RCT 工具既可切割油管，也可切割鉆桿，不受管柱材質影響，260 ℃超高耐溫，工具外徑相對較小，操作便捷，應用范圍廣泛。

2）RCT 切割管柱切口規整，切割效果優于爆炸切割，可以媲美化學切割和機械切割。在海上油氣田應用，其成本優勢明顯，可以創造良好的經濟效益。

3）RCT 切割工具非爆、無毒無害的特點，作業時也無需“無線電靜默”，適合海上油氣田作業環境，可以做到快速部署，尤其在應急作業動員時具備很大優勢，是爆炸切割和化學切割無法比擬的。

4）海上油氣田勘探開發領域安全形勢嚴峻，安全成本高昂，建議逐步減少甚至淘汰爆炸品、危險化學品的使用，用RCT 切割技術替代爆炸切割、化學切割等技術。