小直径管内水力切割器研制与应用

杜丙国，马清明

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛266580；2.中国石化胜利油田分公司，山东 东营257001）①

油水井作业时，经常遇到管柱遇卡现象，在解卡无效的情况下［1］采取管柱倒扣或管柱切割作业。对于大斜度井特别是水平井，常规旋转倒扣和机械切割效果均不理想。国内目前普遍采用的油管切割方式有许多不足之处：油管内径小，只能进行化学切割和聚能切割，化学切割残留切割液容易造成套管损伤［2］；聚能切割后鱼顶不规整，给后续打捞处理带来不便。因此，研制了小直径管内水力切割器，解决遇卡油管切割问题。采用水动力学原理，从遇卡油管内部切割，可以在任意井深位置切割油管，操作过程简单方便，配合连续油管施工效率更高。

1 技术分析

1.1 结构原理

小直径管内水力切割器结构如图1所示，主要由上接头、弹簧、心轴、活塞、切割刀片、锥体、喷嘴、引鞋等组成。其特征是切割刀片与动力活塞通过锥体连接在一起，设计新颖，结构简单，切割操作快捷、方便、准确。

图1 小直径管内水力切割器结构

其工作原理为：通过地面水泥车提供动力，使活塞上移，推动心轴，压缩弹簧使锥体上移，将切割刀片以45°角推出，水泥车持续以额定排量注入液体，切割刀片保持被锁状态（有3个切割刀片），能够保持自身稳定，同时工具配有可更换的喷嘴，可通过调节喷嘴来改变流量和激活速度，工具由井下动力马达带动旋转，在井下管柱内进行切割，当地面泵压有下降时，油管切割完成。

1.2 主要技术参数

本体长度 660.0mm

外径 44.5mm

最小内径 7.9mm

连接螺纹 AMMT Pin

刀片伸出最大外径 90mm

工作压力 15～45MPa

1.3 液压驱动扶正器

油管的剩余弯曲在斜井或水平井中产生的横向力，会降低油管内切割作业的成功率［3－4］。在小直径管内水力切割器和井下修井马达之间安装1个内心轴可旋转的液压驱动扶正器，有助于在割管过程中进一步稳定并扶正割刀；使3个刀片各点的载荷尽量保持相同，减少液压马达的停转并改善切割质量。液压驱动扶正器带有弓形弹簧，它可以缩回，使扶正器能够容易地通过井眼中直径小的部位。液压驱动扶正器可使弹簧伸开并接触管壁，从而使井眼里的切割组件居中。

1.4 水力机械锚

当进行切割时，水力机械锚消除连续油管的移动［5］。该锚用1个锥体和锚爪把工具锚定在油管上。锚爪与液压活塞连在一起。切割时，通过油管下放载荷产生的向下机械力把油管锚控制在适当的位置上。

2 操作要领

1） 根据被切割管柱的内径和材质来确定切割刀片材质和尺寸。

2） 地面校核底部喷嘴。

3） 连接工具，拧紧工具各部件螺纹、销钉和接头。

4） 下小直径管内水力切割器工具至预定切割位置，下钻过程平稳，速度均匀。

5） 工具到达预定位置后刹好刹把。

6） 在切割作业中应注意控制泵压，逐步调高施工压力，不可一次性泵至最高压力。

3 应用效果

自2011－05—2012－04，小直径管内水力切割器共现场试验处理遇卡管柱4口井，施工一次成功率100%，统计数据如表1。例如：STT142X60井，电泵生产，泵深2 051.5m，欠载停机。2011年作业时上提管柱遇卡，生产管柱为62mm N80油管，计算卡点为2 032.2m，判断砂垢卡机组。为不使解卡打捞施工复杂化，采用小直径管内水力切割工艺将卡点以上油管切割，然后再进行打捞处理。自下而上下入切割管柱顺序为：小直径管内水力切割工具＋液压扶正器＋小直径液压马达＋水力机械锚＋安全接头＋过滤器＋小直径油管至井口，下水力切割器至2 021.3m，装防喷井口装置，采用700型水泥车正加压泵注清水作为动力源，排量0.12m3／min，泵压由0逐步稳定在22～25MPa，泵注14min后压力突降至17MPa，显示切割完毕，可以提出切割管柱。共提出遇卡管柱210根，从第211根中上部切割开，提出油管切割端面平整，为后续套铣打捞奠定了基础。

表1 小直径管内水力切割的现场试验数据

4 结论

1） 小直径管内切割器采用高压水作为动力源，不受井斜的限制，可以进行水平井管柱切割作业。

2） 切割时刀片运动平稳，与聚能切割相比切割后鱼顶面规则，便于后续打捞作业。

3） 切割器刀片采用镶焊硬质合金，切削速度高、使用寿命长。

4） 刀片可根据切割油管材质进行调整，满足切割62mm和76mm等不同材质油管的要求。

［1］张秋梅，程志信.油气田中被卡管柱回收方法概述［J］.石油仪器，2007，21（6）：85－86.

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［5］董合健，吕宗高，龚伟民，等.ND－S114型套管内割刀的研究与应用［J］.石油机械，1999，27（3）：34－35.