连续油管旋转喷砂切割工艺研究

袁得芳 陈微熙 焦士杰 师成灿

摘要：随着井下作业设备的不断发展，连续油管车在井下作业中的引进，为井下作业提速、高效生产提供了设备依据。但受到配套工具和工艺技术的制约，发展相对较慢，利用率低下。鉴于此引进旋转喷砂切割工艺和连续油管车配套，应用在油水井管柱被卡无法取出，需要将管柱卡点以上部分割断取出后，再实施打捞作业中，来提高连续油管车的使用率和加快油水井大修作业效率。

关键词：连续油管车；旋转喷砂切割；喷嘴

中图分类号： U464 文献标识码： A 文章编号：

一、 旋转喷砂切割技术背景

在常规的油水井大修作业中，遇到管柱被卡，较为普遍的做法是利用机械切割工具切割或者采用倒扣打捞的方式，这种施工作业方式耗时费力，成功率低下，占井周期长，成本高。其次是连续油管车多是应用在诸如冲砂、排液、通井刮削等简单的施工作业中，未能充分发挥连续油管作业机的功能。旋转喷砂切割工艺的提出就是基于上述原因，使喷砂射孔的喷射器旋转起来和连续油管作业机相配套使用，以此来提高管柱切割成功率，加快油水井大修作业效率。

二、 旋转喷砂切割机理

基于喷砂射孔机理，利用高速射流粒子的冲蚀作用射穿油管。在井下水力喷砂切割初期，水射流夹带石英砂颗粒，旋转冲击油管表面，在沙粒入射能量大到足以使油管表面产生塑性变形的情况下，油管内表面冲蚀典型的形状是唇形压坑，石英砂一般具有负前角，冲击难以一次切削材料，只能推挤或犁削材料而使材料变形，产生凸起或唇缘，当沙粒一次或多次冲击使材料变形，且变形程度超过材料允许的延伸极限后，便会在材料表面产生裂纹，同时在冲蚀坑内，旋转飞溅的砂粒反复以冲击角切削形成犁沟，最终实现切割。

连续油管车下入旋转喷砂切割工具至井内预定位置，混砂车把80~100目石英砂按比例混合，压裂车泵入混砂液驱动喷射头高速旋转，高速射流石英砂的冲砂作用下实现管柱切割。

图2-1旋转喷砂切割井内示意图

三、 旋转喷砂切割工具

工具组合：连接器+扶正器+可限速旋转接头+旋转切割喷射器。

图3-1 旋转喷砂切割工具组合

旋转射流喷射器喷嘴采用60度设计，避免含砂射流损伤套管。为增强通过性、减少阻卡几率，连接器采用焊接式接头形式，不妨碍连接器连接，焊接式接头可穿过连续油管车注入头和防喷盒，也允许外卡瓦式连接器的正常连接与使用，扶正器最大直径为52mm。旋转喷砂切割器喷头有2种可以选择，如表3-2：

表3-2 旋转喷嘴参数选择

喷嘴

方案 切割流量（L/min） 射流速度(m/s) 切割喷嘴压降

(MPa) 系统理论压力（MPa） 旋转扭矩(Nm) 工具转速(rpm)

2×3.5 200 173 15 21 5.00 10-20

2×4.0 270 179 17.25 27 6.98 15-30

四、 旋转喷砂切割工艺试验

4.1 施工设备

4.1.1 切割对象：￠73mm油管

4.1.2 连续管作业车，连续管规格38.1mm*3.175mm；

4.1.3 高压泵组：压裂车、混砂车、仪表车、管汇车、配液罐、废液回收罐等；

4.1.4 洗井通井工具串：连接器+高压旋转喷头，工具外径不超过56mm，主要用于油管内壁清洗除垢。

4.1.5旋转喷射工具连接

图4-1旋转喷砂切割工具连接

4.1.6其他参数

喷射用砂：80~100目石英砂

砂浓度：100kg/m3左右

基液：胍胶浓度0.4%，不加添加剂(或采用相应浓度的增黏剂，交联剂)

切割时间：8~12min

4.2 现场作业过程控制

4.2.1按正常程序安装连续管作业车及其井口装置，将焊有焊接接头的连续管穿过注入头、防喷盒后，先校直（不短于2m长）。

4.2.3除垢通井，安装连接器和高压旋转喷头；

4.2.4下旋转切割工具；

4.2.5旋转喷射切割泵注程序（以2×Ф4.0mm喷嘴配制方案为例），第一步泵入计算好数量的前置液，第二步泵入经混砂车混合的混砂液，同步进行喷砂切割作业，第三步泵入洗井液充分循环洗井，替出井内喷砂切割的石英砂。

表4-2-1旋转喷射切割泵注程序

图4-2-2旋转喷射切割压力与时间曲线图

4.3 套管损伤测试及切割效果

4.3.1套管损伤测试是在井口￠127mm短套管内进行的，￠73mm油管为切割对象，切割后的套管内壁无损伤。

图4-3-1 喷砂切割套管损害试验--切割前套管

图4-3-2 喷砂切割套管损害试验--切割后套管损害

4.3.2切割效果试验在1300m井深的管柱内进行，￠73mm油管为切割对象。实测油管切割效果如图5所示，切割后油管切口平整规则，利于下步打捞工具的选择。

图4-3-3喷砂切割￠73mm油管切口

图4-3-4喷砂切割￠73mm油管切口

五、 结论和建议

5.1旋转喷砂切割工艺利用连续油管车，二者配合效果良好，协同作业能力强；

5.2对被切割管柱伤害较小，同时不对套管造成伤害；

5.3旋转喷砂工具串简单，和连续油管车连接可靠；

5.4旋转喷砂工具串最大外径不超过56mm，通过注入头以及管柱内的通过性强；

5.5需配备相适应的泵车，满足需求的小排量泵组，工作排量270L/min，实时监控压力排量，控制喷射头旋转速度防止失速；

5.6需配备小型的混砂设备，能够连续的提供满足切割需求的砂比；

5.7磨料粒径与携砂液要求：磨料粒径综合考虑切割效率和喷嘴寿命选80目左右为佳，携砂液以实现减摩降阻和高效携砂为目标，不对类型做特殊规定。

参考文献：

[1] 《油水井常规修井作业水力喷砂射孔作业规程》 石油天然气行业标准 SY-T 5587.10-199 石油工业出版社

[2] 《最新石油修井工艺作业规程与机械设备操作运行检修技术及新标准规范实用手册》 苏学斌 当代中国文化音像出版社 2005年

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。