化学切割技术在渤中油区大修井中的应用

苑朋飞，唐 佳，王海涛

（中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司，天津 300451）

化学切割技术在渤中油区大修井中的应用

苑朋飞，唐 佳，王海涛

（中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司，天津 300451）

在油井作业过程中，由于套管变形、大直径工具下井等原因，经常造成卡钻事故，因此有时需要切割并取出卡点以上管柱。化学切割技术是一项新技术，在渤中油区BZ34-4-3等五口大修再完井中采用此技术，大大加快了修井进度。文章从化学切割的组成结构及工作原理、BZ34-4-3井的工艺分析及化学切割的应用等方面对该技术进行介绍。与以往切割弹切割技术等相比，该技术具有切割准、效率高等特点。

大修井；化学切割；化学药剂；解卡；打捞

0 引言

化学切割是用电缆起下、电流引爆、使切割工具内的化学药剂相互接触反应，产生的高温高压化学腐蚀剂从工具下部的孔眼中高速径向喷出，腐蚀切割管柱、回收井下被卡管柱的工艺技术，该技术是一种从管柱内部进行切割的专用工具，它可在任意部位切割管柱，化学切割切口整齐，便于后续的打捞作业。

1 化学切割的组成结构及工作原理

1.1 组成结构

化学切割工具结构：由磁定位仪+点火头+推进火药筒+锚体+化学剂药筒+切割头等主要部分组成 （见图 1）。

（1）点火头。这种点火头只可使用欧文公司的发火管，当电缆通电引燃发火管后，发火管引燃下面的推进火药。这种点火头的独特之处是有防压功能。

（2）推进火药筒。由于推进火药筒内的火药可在1 s内产生高压，因此推进火药筒是由无缝钢材料制的，耐压为196 MPa，保证高压环境下可靠安全，且使用寿命长；根据切割位置和井里液体的压力选择火药长度，火药耐温205℃，燃烧后没有生成物。

（3）锚体。锚体上的锚爪是直接伸出并固定在油管内壁上的，它由高精度不锈钢材料制成，防氧化层的保护使之可在任何液体中使用；锚爪硬齿经过热处理，因而具有高强度性能，保证了切割工具的可靠固定。

（4）化学剂药筒。药筒外壳是无缝钢，内承压196 MPa，两端破裂盘最小耐压为42 MPa，制造后30 min后要进行泄漏检测，24 h再检查一次；化学药剂是三氟化溴，沸点为125.8℃ （101.325 kPa），熔点为8.8℃ （101.325 kPa）， 密度为2.51 g/cm3。

（5）切割头。独特的结构设计，高精度的孔眼内径和间距加工，保证了切割时管柱完全切开，没有喇叭口和膨胀现象，延长了使用寿命。

1.2 工作原理

化学切割工具一般通过电缆下井，磁定位仪对管柱进行校深。校深后，切割头对准切割位置，电缆通电引爆点火头，点火头引燃下端的推进火药，推进火药迅速在火药筒内产生高温、高压气体，压力达到172MPa，气体使锚体迅速张开，固定在管柱内壁上。推进火药产生的压力使化学药剂筒上端破裂盘破裂，推动化学药剂向下又使药筒下端破裂盘破裂。化学药剂经过催化剂时产生反应 （3BrF3+4Fe=3FeF3+FeBr3），反应产生的高温、高压推动切割头内的小活塞向下移动，打开切割头孔眼，使化学药剂以高温、高压的形式喷向管柱内壁，管柱被强烈化学腐蚀切断。通常一根油管大概在125～175 ms之间被切断 （见图2）。

1.3 化学切割优势分析

1.3.1 切割工艺对比 （见表1）

1.3.2 化学切割的优势

（1）化学切割速度快、可靠性大。

表1 切割工艺对比

（2）切口端面平齐，没有喇叭口，便于以后打捞作业。

（3）切割后并不伤害套管，没有固体残渣。

（4）更换切割头可以在油管上冲孔作业，使油管内外畅通。

（5）使用的化学药剂不会对井内的液体产生污染。

2 工艺分析及化学切割应用

2.1 BZ34-4-3井工艺分析

BZ34-4-3井位于中海油渤中海域，属海上一口双管生产油气井，于1993年9月11日投产，长管4-3-L生产Es3Ⅱ油层，1998年1月15日因井底积液和地层能量低而停喷；短管4-3-S生产Es3Ⅰ油层，1997年1月6日，因地层能量低而停喷，后一直处于关井状态 （见图3）。

修井目的：双管恢复自喷生产的可能性非常小。为了发挥该井的产能，需大修打捞出目前井内双管，下入 “Y”型分采管柱合采Es3Ⅰ/Es3Ⅱ油层。

由于该井井史资料稀缺，根据双管封隔器资料，长管过提180 kN可解封双管封隔器 （但是查看该区块双管井作业资料都未解封），该井为直径73 mm （2 7/8 in）NK3SB油管，结构强度N80，双管封隔器以上油管自身质量61 t，已接近N80级油管最大强度，无法尝试解封双管封隔器 （长管酸化过），套铣难度非常大，需要通过倒扣、磨铣等措施处理上部双管至双管封隔器顶部，并且套铣可能导致油管严重破坏，形成小件落鱼，对后续作业非常不利。

前期施工工艺讨论认为，该井为直井，最大井斜4.7°，可以应用化学切割技术，选择化学切割对长、短管进行切割，分段打捞处理井下管柱及工具。化学切割长短管方案如下：

（1）模拟工具串 （21/8in）通径长管至3204m。

（2）化学切割长管3 196 m （定位密封上部长油管中上部，其上部有12根防磨短节）。

（3）化学切割长管2 984 m （滑套以下，双管封隔器上部长油管中上部）。

（4）模拟工具串通径短管至2 995.67 m （双管封隔器）。

2.2 施工前准备 （通井、冲孔、洗压井）

（1）连接钢丝作业防喷系统，试压。

（2）连接通井工具串：绳帽+变扣+旋转节+加重杆+加重杆+万向节+振击器+炮栓+变扣+通径规（57mm）=7.41m， 通井至3 200 m （长管)。

（3）起出通井工具串，更换开滑套工具串：绳帽+变扣+旋转节+加重杆+加重杆+万向节+振击器+炮栓+变扣+滑套开关工具+加重杆=8.55 m，下工具串至2 981.67 m（长管上部滑套位置），振击1 h无法打开滑套。

（4）起开滑套工具串，下冲孔管串即化学切割工具+磁校深仪+加重杆+马龙头至冲孔位置 （双管封隔器上部2 993.34～2 993.57 m，下部2 999.48～2 999.71 m），点火，点火后长管井口压力从3 MPa增至5.5 MPa，判断冲孔成功，起工具串。

（5）循环洗压井，清理通道，为下步化学切割做准备。

2.3 化学切割工具的选择

目前海上油气井普遍采用的管柱结构为：直径73 mm （2 7/8 in） 和 89 mm （3 1/2 in） 加厚油管。根据管柱结构和切割要求，各直径的管柱都可能被切割。由于管柱尺寸和切割部位内外径的不同，所选择的化学切割工具尺寸 （见表2）不同。化学切割尺寸的选择依据为，首先工具串最大外径要小于管柱内径；其次当锚体锚爪张开后，可以固定在管柱内壁上。

表2 化学切割工具选择

BZ34-4-3井双管生产管柱结构为直径73 mm（2 7/8 in）的NK3SB油管，所选择的切割工具串为54 mm（2 1/8 in）的化学切割头+化学药剂筒+68 mm （2.66 in）的锚体+推进火药筒+点火头+磁定位仪+加重杆+电缆头 （由下往上）。

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2.4 化学切割的应用

BZ34-4-3井双管生产管柱实施化学切割的操作步骤如下：

（1）无线电静默。（2）安装防喷管。（3）连接化学切割模拟通井工具串 （与切割管串一致，只是不加火药和化学药剂）。

（4）下化学切割模拟通井工具串，顺利通井至设计位置，起出模拟通井工具串。

（5）向化学药剂筒和推进火药筒中分别加入化学药剂和火药，连接工具串，下化学切割工具串。

（6）电缆下入工具串到位校深，校深后上提工具串至切割位置。

（7）点火，切割管柱。

（8）起出化学切割工具串，进行下次切割。

2.5 化学切割注意事项及结果判断

2.5.1 化学切割注意事项

（1）点火时要慢慢增加电流直到工具动作 （一般0.4 A）。切割动作只需要1 s，不要超过1.5 A。

（2）如果管柱环空液体是满的，而管柱内部是空的，当管柱被切开后，管外的液体会冲进管柱内将工具上窜从而导致电缆缠绕。操作人员要警惕这一情况的出现，使用加重杆减小向上的冲力。

（3）切割后工具只能上提不能下放，上提速度不要超过91.44 m/min，否则工具将不可能足够快使内外压力平衡，引起工具遇卡。

2.5.2 切割结果判断

（1）化学切割切断油管后 （见图4）电缆有轻微抖动，张力有轻微波动。

（2）钻台振动明显。

3 结束语

（1）化学切割技术的引进，使复杂井修井作业过程中被卡的油管可以在所需要的任意部位割断而不伤害套管，给解卡打捞工作提供了新的手段。

（2）化学切割具有切口整齐、无扩张现象、切割速度快、成功率高的优点，此技术在大修井中应推广使用。

（3）如果井内是泥浆或井内脏物很多，切割后就会影响切割工具内外压力平衡，使锚爪不能收回，最好是在工具的上部接一个振击器。

[1]周望，赵学昌，何师荣.化学切割和喷射切割工艺[J].石油钻采工艺，1988，（1）：91-95.

[2] 李乐中.新型化学切割仪[J].石油仪器，1993，（2）:120.

[3]张钧.海上油气田钻完井手册[M].北京:石油工业出版社，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

苑朋飞 （1982-），男，辽宁本溪人，助理工程师，2006年毕业于中国石油大学 （北京），从事海上油气井修井、试油测试、酸化压裂等方面工作。

2011-08-10