化学切割技术在油管柱遇卡中的应用

李超，刘燕辉

(大庆钻探工程公司测井公司　黑龙江　大庆　163412)



化学切割技术在油管柱遇卡中的应用

李超，刘燕辉

(大庆钻探工程公司测井公司黑龙江大庆163412)

摘要:为了节省成本，提高产量，在油田的后期开发中，需要对那些产量低，甚至枯竭的井重新开发。在开发过程中，拔出采油管柱以及封隔器是必不可少的，由于油气井开采时间长，导致套管变形，油管柱和封隔器无法拔出，造成卡钻事故，因此需要切割并取出卡点以上油管柱。化学切割是一项新的技术，在修井作业中得到广泛应用，采用该项技术，大大加快了油井作业进度。通过对化学切割的工作原理、仪器的组成结构、现场施工流程以及注意事项的介绍，并结合NORTH GERAGAI－31井的施工过程，讲解了化学切割技术在解决油管柱遇卡中的应用过程。

关键词:化学切割;封隔器;施工流程

0　引言

在油水井大修作业中，解卡是主要施工项目之一，处理被卡管柱一般不宜硬拔，而是先处理卡点以上自由部分，然后解卡，下打捞工具捞出卡点下部分，为解决各类被卡管柱的处理问题，引进了化学切割技术［1］，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切割头的孔眼中高速径向喷出，腐蚀切割油管柱、回收井下被卡的工艺技术，该技术是一种从油管柱内部进行切割的专用工具，它可以在任意部位切割油管柱，化学切割切口整齐，便于后续的打捞作业，能大大缩短施工进度［2］。

1　化学切割的工作原理

化学切割工具一般通过电缆下井，磁定位仪对油管柱进行校深。校深后，切割头对准切割位置，电缆通电引爆点火头内的雷管，雷管引燃下端的气体推进火药，推进火药按一定速率燃烧，迅速在火药仓内产生高温、高压气体，压力瞬间可达到170 MPa，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柱下端破裂盘破裂，化学药剂经过催化剂时产生反应。其化学反应方程是3BrF3 + 4Fe = 3FeF3 + FeBr3，过程反应产生的高温、高压推进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，继而形成弱点，在施加给油管柱上提力的作用下，油管柱从弱点处断裂。随着仓内压力等于井内流体静压力时，锚会自动收回，使仪器脱离井壁。

2　化学切割仪器的组成结构

化学切割仪器是由专用电缆头、前磁定位仪、加重杆、点火头、雷管护帽、雷管火药仓、锚体、化学药柱、切割头、扶正器组成。

2.1前磁定位仪

采用模拟信号、无需供电、提高了作业的安全性;外壳为铜制材料，耐压强度高，磁性强的特点;正负电都可以通过引爆雷管。

2.2点火头

内芯为单芯结构，上头为伸缩弹簧，下头是单芯为针状机构，能很好和雷管接触，保证了良好的通断。

2.3雷管火药仓

2.4锚体

锚体上的锚爪是直接伸出并固定在有关内壁上的，它由高精度不锈钢材料制成，可以在任何液体中使用，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。

2.5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42 MPa，制造后30 min后要进行泄露检测，每次使用之前也必须用pH试纸进行检测。化学药剂三氟化溴，沸点为125℃、熔点8.8℃、密度为2.52 g/cm3。

2.6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，能多次使用，如图1所示。

图1　化学切割仪器示意图

3　化学切割工具的选择

表1　化学切割工具的选择［3］

4　化学切割工艺分析和现场应用

4.1化学切割工艺分析

NORTH GERAGAI–31井位于某区块，于2004年6月开始投产。长管为主要采油层，短管为采气层，该井因井底积液和底层能量低而停喷后一直处于关井状态，如图2所示。

图2　NG－31井管柱图

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，需要打捞出目前井内双管，将产能低的油气层封闭，开发其他的油层段，重新下入单油管柱。

由于该井时间较长，如果采用直接上提解封双管封隔器，可能超过油管最大强度，无法解封双管封隔器，套铣难度也非常大，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，对后续作业造成困难，甚至整个井报废。

前期施工工艺讨论认为，该井为斜井，井斜34°，可以采用化学切割技术，选择化学切割对长、短管进行切割，分段打捞处理井下管柱以及工具。化学切割作业设计如下:

2)化学切割长管4 440 ft，切割位置为常规油管中部。油管上下都是防磨短接。

3)化学切割长管3 410 ft，切割位置为上部长油管中上部。

5)化学切割长管3 410 ft，切割位置为上部短油管中上部。

4.2化学切割现场应用

1)开始化学切割作业前，要注意天气变化，雷雨、沙尘暴等恶劣天气禁止作业。开始安装，连接好地线和压差表，操作工程师必须亲自检查连接情况和压差表的读数(用万用表量压差表两根线通断良好并与井架及采油树连接良好)，如果压差表读数等于或大于0.25 V，在找到并消除漏电根源前禁止作业。

2)召开安全会。要求化学切割作业期间禁止吸烟、禁止电焊、关掉所有的手机和无线电设备，禁止其它作业，无关人员远离钻台和坡道，任何人不能乱动电源开关。

3)开始安装防喷管、化学切割的安装顺序自下而上依次是:扶正器、切割头、化学药柱、锚、气体发生器仓、雷管仓和点火头。在安装化学药柱前，安装人员必须穿戴好防护用品(防化服、手套、工鞋、防毒面具)，在打开化学药柱时，必须先用pH试纸测试，确保无泄漏现象。

4)下井前再次检查电缆头和模拟前磁，启动地面再次检查仪器确保工作正常。

5)操作工程师关掉测井计算机，关掉测井车上所有的电源开关，拔掉安全钥匙，关掉发电机，将安全钥匙交给装火药人员，装火药人员在拿到安全钥匙后方可进行操作。

6)将连接好化学切割仪器搬运到井队坡道下面，装好安全袖筒。两个位置都需要安全袖筒，一个是锚身，一个是切割头。

7)安装雷管。将雷管放入雷管舱内，用活口扳手轻轻将雷管仓帽带上。

8)吊装仪器，去掉安全袖筒，然后慢慢将仪器下入井中，停车对零，平稳下放电缆，仪器下至地面以下200 ft后，绞车司机停车，火药安装人员将钥匙交给操作工程师，启动计算机，打开地面系统相应面板，观察仪器状态。

9)下井速度控制在100 ft/min以内(井斜大及新电缆应降低下井速度)，注意张力。

10)用磁定位器确定切割位置后停车。确保钻台电缆附近无人，点火，确定雷管已经引爆，并作业成功。慢慢下放仪器1～2 ft，再慢慢上提仪器，并注意张力变化。稳定后起出仪器。

11)当仪器离地面200 ft时，提醒绞车司机注意并放慢速度，当仪器起出到钻台上时立即给化学切割仪器戴上安全袖筒。

12)将化学切割仪器斜放在坡道上，打开泄压阀，千万不能将泄压孔对着人。

5　化学切割仪器的保养

每次作业以后，要在井场最短的时间内将化学切割仪器进行保养、维护、防止生锈，为下次作业作好准备。清洗时，注意各密封面的腐蚀情况，腐蚀严重的立即更换。切割头有损坏的严禁再次使用。

6　化学切割注意事项

1)到达井场一定要对井队情况和管柱参数有一个详细的了解，制定和选取最佳切割方案。

2)强腐蚀性的化学药剂，作业人员必须戴好防护设备。

3)如果发现化学药柱泄露，不能使用，告诉厂家处理，漏出药液立即用干沙中和，然后用水冲洗。

4)化学药液不慎沾到皮肤上，立即用清水冲洗15 min，涂烧伤药膏，如果起水泡不要弄破他们。如不慎溅入眼睛中，请立即用专用洗眼液清洗，最好用流动的清水冲洗15 min;有必要可翻开眼帘。

5)连接仪器时一点要把锚和切割头处的安全套袖安装好，仪器提出井口时也是如此。

6)化学切割仪器下井不能超过100 ft/min。

7)化学切割仪器下井前让井队以油管重量110％的力上提。

8)作业时，切割头下至少有15 ft的液体空间。井内必须有5％的水，在干井及纯油、气井中不能进行化学切割，必须注水。不管是安装还是拆除化学切割仪器，只要有药柱在，始终保持药柱底部高于水平面12 in以上或者垂直。

7　化学切割结果判断

1)化学切割切断油管后，电缆有明显的抖动，张力有明显的波动。

2)钻台振动明显。

8　结论

1)化学切割是迄今为止最有效的切割方法，它具有独特的设计［4］。在复杂修井作业中，被卡的油管柱可以在所需要的任意部位割断而不伤害管柱，没有固体残渣。给解卡打捞工作提供了新的手段［5］。

2)化学切割切口整齐，没有喇叭口，便于以后打捞。

3)切割速度快，成功率高的特点。

4)使用的化学药剂不会对井内的液体产生污染。

参考文献

［1］Frank Henry.技术手册.2002: 15.(资料)

［2］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): 4.

［3］李乐中.新型化学切割仪［J］.石油仪器，1993，7(2): 5.

［4］张秋梅，程志信.油气由中被卡管柱回收方法概述［J］.石油仪器，2007，21(6): 5.

［5］冯耀忠.新型化学切割器［J］.石油机械，2007，11(2): 7.

·专利技术·

专利名称:一种用于评价气体钻井过程中井壁稳定性的测试装置

专利申请号: CN201320175203.5公开号: CN203271733U

申请日:2013.04.10公开日:2013.11.06

申请人:西南石油大学

本实用新型涉及一种用于评价气体钻井过程中井壁稳定性的测试装置，它由循环介质供给系统、自动加砂装置和测试系统三部分构成。所述循环介质供给系统由基液罐、截止阀、计量泵、流量计依序安装，并与由空压机、放空阀、贮气罐、截止阀、流量计、截止阀依序连接成的供气装置组成，产生的气液混合流体进入泡沫发生器;所述自动加砂装置与泡沫发生器之间连接有压力表和截止阀;所述测试系统由人造岩心和岩心夹持器组成;岩心夹持器下端进口管线上安装有截止阀，岩心夹持器上端出口管线上安装有压力表和循环泵。本实用新型可测试各种气体钻井循环介质在钻井过程中对井壁岩石强度和井径的影响，并观察井壁形貌;结构简单，便于拆装，操作方便。

(杭州王元荪提供)

The Application of Chemical Cutting Technology When Tubing Stuck

LI Chao，LIU Yanhui
(The Wireline Logging Company of Daqing Drilling and Engineering Company，Daqing，Heilingjiang 163412，China)

Abstract:During the late stage of oil field development，in order to save the cost and increase the production，it's necessary to redevelop those wells with the low production and even drying up wells.It's essential to pull out the tubing strings and the packer in the process.Because the long time well development would lead to the deformation of the well casing，so the tubing string and the packer can not be pull out smoothly，and even be stuck，and so the tubing need to be cut and then pull out the tubing string above the stuck point.Chemical cutting is one new technology widely used，which greatly accelerates the progress of well operation.The principle of chemical cutting，structure of the cutter，the operation procedure and attention maters were introduced，and then explained the chemical cutting process in the application by the example of that in NORTH GERAGAI-31 well.

Key words:chemical cutting; packer; construction process

(收稿日期:2015－04－29编辑:韩德林)

第一作者简介:李超，男，1980年生，工程师，2004年毕业于长江大学电子与信息工程专业，现在大庆钻探工程公司测井公司长期从事测井作业。E-mail: 106793084@ qq.com

中图法分类号:TE358

文献标识码:A

文章编号:2096－0077(2016)01－0064－04