修井作业中使用连续管水力喷砂双层切割技术的研究

兰洁　高伟伟

摘要：随着科学技术的发展，水力切割技术的应用开始在各行业普及，包括工业、医疗、食品加工等多个领域，但水力切割技术最广泛的用于油田修井作业。油田修井作业经常会有定向压裂、钻除水泥塞、切割套管、射孔、清洗井壁等问题，为了解决这些困难，采用连续管水力喷砂双层切割技术进行试验和探索，本文对比了井内外管柱不同的切割效果，提出了改进切割技术的方法，最终达到提高生产效率的目的。

关键字：双层切割；水力喷砂；修井作业

1.连续管水力喷砂双层切割技术

1.1水力喷砂切割技术工作原理

油田在实际开采中会出现各种各样的问题，卡钻就是常发生的故障之一，此时需要采取水力喷砂双层切割技术，在钻杆下进行切割来解决卡钻，虽然能解一时的故障，但长期下去由于切割的管柱有单层和双层之分，对于双层的管柱，施工难度较大，工作周期长，增加了修井作业的复杂性。

水力喷砂切割技术的工作原理是水力学的动量-冲量定律和砂粒的冲蚀作用下达到切割的目的。具体是喷嘴将液流的压头转换为动量，带砂流体通过喷嘴高速冲击被切割的物体，动量在短时间内被转换成冲量，砂粒在冲击作用下像砂轮般去切割目标物，当管柱的耐压强度承受不住砂粒的冲蚀作用时，管柱在连续的冲击力下，目标物即被切断。水力喷砂切割技术操作过程相对较快，切割管柱的刺透力强，并且运用水力喷砂相比其他处理方式要环保。

1.2连续管水力喷砂双层切割工作原理

连续管水力喷砂双层切割技术和普通的切割技术有差异，首先要将石油井筒清洗干净，然后把清洗井筒的水或者清洗液换为带砂的流体，高压泵使携砂流体通过喷嘴射向需要切割的管柱，在持续不断的冲击下，管柱最终被切割成功。相对于水力喷砂切割技术，持续的双层切割技术解决修井作业更为快捷，提高了工作效率。

2.连续管水力喷砂双层切割工具

2.1水力喷砂双层切割工具

连续管水力喷砂双层切割主要是由液压驱动锚定装置、Hydra-blast工具、切割头三部分工具组合去完成操作，液压锚定装置主要是预防在切割过程中管柱由于喷砂的冲击而移动，为了保持切割位置固定不变，液压锚定装置对连续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，当泵入连续油管的液流快速运转，被切割的管柱所受到的冲击力加大，切割的速度也整体加快。切割头主要提高带砂流体的喷射力度，由于切割头上附有喷嘴，喷射强度会相应加大。

2.2喷嘴的构成及对比分析

喷嘴在切割技术的应用中占据重要的地位，它不仅负责清洗，还是执行切割的首要零件，压力能转化成高度聚齐的动能也要通过喷嘴发挥效力，直接影响切割的效果。喷嘴的水力参数主要包括流量系数、射流扩散角、射流等速核长度三个方面，流量系数指实际流量比上理论流量的数值，该数值的平方表示喷嘴能量的转换率，流量系数和该数值平方表示喷嘴对液流阻力的影响，二者呈反比关系，当流量系数变大，阻力则减小，流量系数变小时阻力增加，流量系数的数值不是不变的，喷嘴结构有差异，射流扩散角和等速核长度也不同。

常见的喷砂喷嘴有四种，选择时流量系数较大、射流扩散角小等速核长的更适合切割工艺的执行。第一种是椭圆喷嘴，流量系数为0.985，射流扩散角为12°，等速核长度5.4；第二种是圆弧喷嘴，流量系数为0.978，射流扩散角15°，等速核长度4.8；第三种是锥形喷嘴，流量系数0.963，射流扩散角为8°，等速核长度4.8；第四种流线型喷嘴，流量系数为0.972，射流扩散角为8°，等速核长度5.9，选择时还需要结合具体的施工情况进行分析，选择最适合的喷嘴。

3.连续管水力喷砂双层切割技术实验及实例分析

3.1水力喷砂切割室内试验对比分析

为了保障水力喷砂切割技术在油田的应用达到预期目标，首先在室内进行两场试验，对比分析切割的效果。实验统一选用防砂和生产管柱，石英砂Oklahoma100目，带砂流体WG11，砂液浓度为8lb/m?，泵排量wei35gal/min，砂比控制在0.5lb/gal。

实验一的切割目标物是2-7/8“油管和5-1/2”盲管组合的双层管柱，油管仅需10分钟即被刺透，在切割进行到12分钟时油管割断，持续不断地切割在37分钟时盲管被刺透，继续切割17分钟后盲管也被割断，切割面较为整齐。

实验二的切割目标物为2-7/8“油管和5-1/2”筛管组合的双层管柱，油管只用了10分钟被刺透，在切割进行到13分钟时被切断，连续管水力喷砂的冲击下，盲管在30分钟时被刺透，80分钟时盲管完全被割断，切割面较为光滑。两个水力喷砂室内试验进行对比和分析，利用相同的喷嘴，将实验参数控制一致，水力喷砂切割技术能完成双层切割任务，且施工效果较好。

3.2连续管水力喷砂双层切割技术实例分析

某油田的油井最大井斜为32.8°，造斜点为320m，该井的生产管柱是2-7/8”油管，选用的筛管为5-1/2”绕丝筛管，现在由于地层出砂情况突发，生产管柱被埋，油井已停止生产工作，为了将生产管柱和防砂管柱取出，总共实施了四次水力喷砂切割。

第一次的切割深度为1451m，切割油管和绕丝筛管，胶液粘度为14cp，使用量为50方，泵排量0.83BPM，切割时最大泵压是3300psi，加砂速度为4.8L/min，用砂量为3760lbs。切割30分钟后返出量减小，切割进行60分钟后压力从3300psi下降到3000psi，总用时长180分钟。

第二次的切割深度为1413.5m，切割油管和绕丝管，胶液粘度为14cp，使用量55.6方，泵排量0.83BPM，切割时最大泵压是3070psi，加砂速度为4.8L/min，用砂量为2600lbs。切割30分钟后返出量减小，压力下降，此时判断油管切割成功，总用时长150分钟。

第三次的切割深度为1395.6m，切割油管和盲管，胶液粘度为20cp，使用量37方，泵排量0.83BPM，切割时最大泵压5750psi，加砂速度为4.8L/min，用砂量为2500lbs。切割中有大量气体涌出返出口，不能通过返出量判断切割的进度，总用时长140分钟。

第四次的切割深度为1365m，切割油管和盲管，胶液粘度为17cp，使用量为37.5方，泵排量为0.83BPM，切割时最大泵压为4000psi，加砂速度为4.8L/min，用砂量为2600lbs。切割返出口气体阻拦了观察，无法判断切割的效果。

通过四次的切割施工，单层切割比双层切割成功率更高，将双层切割技术对管柱偏心、环空间砂子的影响等进行分析，模拟各种参数使实验更靠近实际修井作业。针对于埋砂的状况，进行测卡点作业，避免切割后的管柱发生移动情况，也可降低施工成本，同时减少对管柱的切割次数。

4.结束语

总的来说，内层油管的连续水力喷砂切割比双层切割更为成功，为了提高双层切割技术需要进一步的改进和革新，提高施工的效率，需要在应用中不断的实验，创新和改进并驾齐驱。

5.参考文献

[1]刘东明，胡伟杰，高伟.连续管水力喷砂双层切割技术在修井中的应用[J].科技创新与应用，2013（31）

[2]陈树杰，赵薇等.国外连续管技术最新研究进展[J].油田工程，2010（11）

[3]杜冰，巴特，朗海涛.水力喷砂切割技术在井下作业中的应用[J].新疆石油科技，2011（1）