電纜機械切割技術在處理大斜度井油管卡鉆中的應用

劉嘯峰,蘇 鏢，丁 潔,郭科佑,周胤男

1中石化西南油氣分公司石油工程技術研究院 2中國石油集團渤海鉆探有限公司工程技術研究院鉆井技術服務中心 3中國石油青海油田井下作業公司試油測試大隊

1 基本情況

PZ4-2D井是部署在川西坳陷龍門山前構造帶的一口超深大斜度井，完鉆井深6 573.77 m，完鉆最大井斜79.89°，采用裸眼完井。該井在前期測試過程中采用?88.9 mm×9.52 mm+?88.9 mm×6.45 mm組合油管帶裸眼封隔器進行測試，測試后裸眼封隔器管柱遇卡，經多次上提下放后無法起出管柱，為不影響后續的開發作業，決定在該井套管段內(水力錨之上)進行爆炸切割，設計切割深度5 810 m，井斜52°。

由于該井采用上小下大的管柱結構，井口段的管柱內徑69.86 mm，與常規?88.9 mm×6.45 mm油管匹配的聚能切割彈(UQ68 mm)無法通過，故施工中采用UQ64 mm聚能切割彈進行作業，分別在井深5 810 m、5 807 m、5 789 m切割3次，經反復上提、下壓、旋轉后均無法起出管柱。

2 原因及難點分析

(1)受管柱通徑限制，聚能切割彈與切割套管不匹配，導致切割不完整、切割效率低。地面實驗表明，UQ64 mm聚能切割彈無法對?88.9 mm×6.45 mm油管進行有效切割，約1/3～1/4圓周無法形成斷面。

(2)切割點位于大斜度井段，井內油管存在貼邊情況導致切割彈不居中，切割后形成的豁口無法在限定懸重及扭矩情況下完成管柱起出。

(3)爆炸切割炸開的油管切口外翻，附近存留有殘渣，同時若斜井段存在鉆井液沉淀，加劇了切割后的上提難度[1]。

3 電纜切割技術應用

3.1 切割方法選擇

油管切割目前主要有聚能切割、機械切割和化學切割三種類型，其中聚能切割是油氣田應用最廣泛的切割方式。但從本井前期的應用情況看，聚能切割在大斜度井段和不匹配管柱中仍存在局限性。本文對機械切割和化學切割方案進行了選擇[2]。

3.1.1 機械切割

主要是使用機械內切割刀，下至預定深度，通過地面旋轉管柱或井下液壓馬達帶動刀片轉動，實現油管柱的切割。機械切割成功率高，切口整齊且無殘留物，便于打撈[3]。

3.1.2 化學切割

一般是用電流引燃炸藥包，使化學藥劑和催化劑混合并反應，從而產生強烈的腐蝕性液體，然后向周圍噴出，從而達到切割管材的目的。但噴出的液體一般帶壓有強烈的毒性，限制了其使用。

為了達到快速、安全切割的目的，減少井下的復雜情況，本井選擇了機械切割方式進行油管切割。

3.2 機械切割方式選擇

3.2.1 傳統機械切割

采用抽油桿將割刀下至預切割位置，在地面正轉抽油桿，帶動井下割刀進行中心軸轉動，靠滑牙片與滑牙套嚙合作用上移，卡瓦錐體撐開實現錨定。下放抽油桿，刀具張開，旋轉鉆具進行切割[4]。

該技術需依靠地面旋轉抽油桿，切割過程中要求逐漸加壓，實際操作難以精準控制，成功率低，且不適用于超深和大斜度井作業。

3.2.2 水力機械切割

依靠連續油管帶驅動工具下入，應用井下液壓馬達作為旋轉動力工具，為割刀提供動力[5]。

該技術需依靠連續油管進行作業，連續油管在超深及大斜度井中存在誤差，切割位置難以準確判斷。同時，連續油管施工增加作業成本。

3.2.3 電纜電力機械切割

依靠電纜將切割工具送至預切割點，通過電纜測井準確定位后，依靠電流作用驅動控制部分對工具內的液壓油進行循環推動，從而帶動割刀的旋轉，實現井下切割。

該技術依靠電纜下入，相對于連續油管水力切割工藝，可實現切割點位置的準確控制，通過電纜傳輸可在地面實時監控切割情況和調整切割參數，實現全程錨定和切割的可視化作業。

通過方案的對比分析,該井選擇了電纜電力機械切割方式(見表1)。

表1 各種機械切割方案對比分析

3.3 電纜機械切割技術方案

3.3.1 作業管柱結構及工作原理

根據PZ4-2D井的具體情況，進行了切割管柱設計[6]，包括電纜連接裝置、定位裝置、電動機裝置、扶正裝置和切割裝置5部分，如圖1。

圖1 切割作業管柱示意圖

工作原理：①電子線路部分。通過單芯電纜傳遞電流，通過CCL進行接箍磁性定位，確保作業深度精確;②機械部分。通過電纜傳輸電信號使錨定部分工作，輸送指令使電機裝置內部馬達轉動，帶動切割裝置內刀片旋轉切割[7]。

3.3.2 切割工具參數

該井切割點上部管柱內徑69.86 mm，所需切割點內徑76 mm，為保證切割管柱的順利到位且不損傷外層套管，選擇?54 mm切割工具帶50 mm刀片進行作業[8]，可切割范圍?73 mm～?102 mm油管(見表2)。

表2 切割工具參數

3.4 現場應用

3.4.1 井筒準備

電纜組下?58 mm通井規進行通井，確保切割工具可順利達到指定位置。

3.4.2 組下切割工具

組下切割工具到位后，通過電纜校深，準確判斷切割點位置，輸入切割參數，發送電信號使錨定裝置和切割工具按順序工作[9]。

3.4.3 切割施工

機械切割工具串到位后開始切割，切割深度5 519.5 m，刀片轉速6 000 r/min，進刀速度0.75 mm/min，切割至86.3 mm時，用時12.5 min，刀片自動收回，電纜張力變化明顯，判斷井下油管已切開。重復切割一次，刀片未探測到管柱，判斷油管切割成功，試提管柱解卡[10],成功取出切割點以上管柱。

4 認識及建議

(1)與常規切割工藝相比，電纜機械切割工藝采用電力驅動，具有操作簡單、切割效率高等優勢。

(2)電纜機械切割工藝切割范圍可隨井下管柱的變化調整，切割作業可實現實時監控，切割成功率大幅度提升，可作為超深井、大斜度井油管卡鉆處理作業的一種新的技術手段。