径向切割技术在海上气田修井作业中的应用

徐太保，肖泽蔚

中海油田服务股份有限公司油田技术事业部湛江作业公司（广东湛江 524057）

大修井起管柱过程中经常遇到由于多个封隔器无法一次性解封、永久封隔器、油管抗拉有限、管柱下部沙埋等原因造成管柱无法正常起出，此时只有采取切割油管的方法来解决[1-2]。通过先起出上部油管，再对下部管柱采用磨、套铣及震击打捞等措施起出[3-5]。2019年南海某高温高压气田WCX-X井在进行环空带压重大隐患治理大修作业中，由于井下Φ244.5 mm 生产封隔器采用了卡瓦式永久封隔器，无法进行解封。因此需要在4 002 m（垂深3 568.5 m）深度对封隔器以上第一根89 mm 外径的长油管进行切割作业，通过切割起出上部管柱，对井筒进行二次固井及二次完井，以达到治理隐患的目的。为保证切割成功，选择合适的切割方式成为重中之重。

1 常用切割方式

在海上气田修井作业中，常用的切割方式有：爆炸切割、化学切割和机械切割，3种切割方式的工艺原理及优、劣势对比分析见表1。

表1 常用切割方式对比

2 现场作业难点分析

南海某高温高压气田WCX-X 井，若采用常规的爆炸切割、化学切割，对于该井隐患治理存在一定的局限性，具体表现在：①为了后续二次完井的顺利进行，要求切割之后油管切口平整，而常规爆炸切割后割口外翻（带“喇叭口”），不能满足后续打捞作业需求；②切割之后不允许有落物堵塞管柱内通孔，而常规爆炸切割存在井下落物的问题；③此管柱最小内径58.8 mm，切割89 mm 油管的化学切割工具外径60.1 mm，无法通过此最小内径，且化学药剂存在一定的腐蚀性。因此，需要寻找更有效的切割方法。

3 径向切割炬工艺介绍

3.1 切割原理

径向切割炬（Radial Cutting Torch，RCT）是通过电缆将RCT 工具送达管内预定位置,地面供电，通过工具内混合粉末（氧化铁粉和铝粉）释放的高温高压等离子态硬颗粒的机械研磨及烧蚀作用，瞬间将管柱切断（25 ms以内）。它的切割能力是喷砂设备的6 000 倍,就像富含高温和腐蚀物的原子微粒一样射向切割区，完成对管体的切割（图1）。这种腐蚀物使得RCT 切割工具即使在远离管壁的情况下仍有较高的效率。它可以通过小通径去切割大管材，可切钢质和合金管材（镀铬），割口平整无喇叭口，无井下落物。工具本身具备非爆、无毒、无害等特点。

图1 径向切割炬

3.2 规格型号及可切割范围

径向切割炬规格型号及可切割范围见表2。通过表2 可知，切割89 mm 油管可采用型号为RCT-SP-2000-200 的50.8 mm 外径RCT 切割工具，可通过绝大部分管柱，因此WCX-X 井使用径向切割炬能很好地解决切割难题。

表2 径向切割炬规格型号及切割范围

3.3 工艺流程

1）采用CCL 接箍测量仪器对切割工具串进行校深定位，确保切割深度精准（图2）。

图2 CCL校深磁定位仪器

2）在工具校深定位后，采用电动机械锚定仪器（EMA），通过加正直流电开腿，将工具串锚定于管壁上；然后加负直流电点火切割；点火后，重新加正电收腿，回收工具。EMA内部电路设计使得正电向下不导通，避免开关腿时激发RCT。EMA作为辅助工具，在切割点以下无循环通道时，用于防止工具串向上窜动，确保切割同一位置，如图3所示。

图3 电动机械锚

3）采用热发生器（THG），其内部有电发热线圈，地面供电加1 A以上持续（15 s内）稳定电流引爆，用于激发下部RCT工具（图4）。

图4 热发生器

4）径向切割炬（RCT）。热发生器引爆并激发RCT 后，在RCT 内部发生剧烈的化学反应（3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3）释放热量，俗称铝热反应。该过程将释放大量能量，并产生高温高压等离子态的反应产物，推开滑套，从石墨喷嘴高速喷出。同时由于反应产物的硬颗粒属性（Al2O3），高温高压等离子态硬颗粒通过机械研磨及烧蚀作用，可瞬间将管柱切断（25 ms以内）。径向切割炬的压力范围见表3。

表3 径向切割炬压力范围

5）压力平衡锚（PBA）。通孔的空心管结构，连接在工具串底部，通过压力平衡的方式缓冲切割瞬间的能量释放，避免工具串向上窜动，确保切割同一位置。

6）扶正器、加重杆、万向节等辅助工具。其中，扶正器用于使锚定或RCT居中，保证锚定和切割效果；加重杆用于配重；万向节可使工具在大井斜或狗腿井段顺利通过，同时能抵消扶正器的影响，使得CCL 磁定位仪器贴边测量，增强接箍信号，还能避免其他工具重量将扶正器压变形，保证更好的居中效果。一种典型的RCT 切割工具串组合如图5所示。

图5 RCT（带锚定EMA）切割工具串组合

4 径向切割炬的优势

RCT 径向切割技术具备以下优势：①虽然RCT切割工具在井下被激发后会发生剧烈化学反应并产生巨大能量，但是产品本身使用的材料非爆、无毒无害，均不属于危险品，在采购、储存、运输、使用时无需任何资质，可按普通货物运输，应急作业动员时方便快捷（可空运）；②不受射频、静电、杂散电压等影响，操作人员安全有保障，作业时无需“无线电静默”；③产品为一次性消耗品，稳定可靠，操作便捷；④切口规整，不存在膨胀变形，方便后续打捞；⑤不受被切割管壁材质影响，可对任何金属材质进行切割，切割后无落物；⑥RCT 耐温260 ℃（EMA耐温175 ℃），基本不必考虑井温影响；⑦工具外径相对较小，可通过小通径切割大管材，如切割89 mm 外径油管时使用50.8 mm 的RCT 工具，切割73 mm外径油管时使用42.86 mm的RCT工具；⑧成本较低。

5 径向切割技术的现场应用

在南海气田WCX-X 井89 mm外径油管切割作业中，考虑到爆炸切割在切割之后切口会膨胀为“喇叭口”，且存在大块落物；而化学切割无法通过WCX-X 井管柱最小内径，无法满足井切割要求。最终选择了使用50.8 mm 的RCT 切割工具进行作业。

5.1 工具串组合

因切割点以下无循环通道，需配合使用EMA锚定仪器以防止切割瞬间工具串上窜。EMA 锚定臂尺寸规格见表4、表5。由表4、表5可知，针对89 mm油管，其内径76 mm，选择ARM-1500-345 锚定臂。实际入井工具串组合：打捞颈+空心加重杆1 根（42.93 mm）+单芯电缆头（35 mm）+CCL（43 mm）+万向节（43 mm）+1#可调式弹簧扶正器（75.95 mm）+44.45 mm 锚定仪器+2#可调式弹簧扶正器（75.95 mm）+热发生器接头+50.8 mm 径向切割炬+50.8 mm 压力平衡锚2根。

表4 44.45 mm锚定臂的规格

表5 44.45 mm锚定工具规格

5.2 施工过程

具体施工过程：①拆采油树帽，立防喷管，连接68.95 MPa（10 000 psi）电缆防喷系统，立管试压20.68 MPa（3 000 psi）合格；②连接RCT 切割工具串入井，重新安装电缆防喷系统；③开主阀、清蜡阀，下放RCT 切割工具串至4 015 m，上测校深定位，将RCT 工具切割喷嘴对准4 002 m 位置；④加正电142 V/0.68 A 直流开EMA锚定仪器腿，开腿完毕，电流自动掉为零，下电；⑤缓慢上提电缆绞车，注意张力变化，将电缆张力过提45.36 kg，确保EMA锚定合格，停车；⑥加负电220 V/1.2 A 直流，保持约6 s（一般15 s以内），电流明显跳变，电缆张力由1 070.496 kg变至1 032.394 kg，确认点火成功；⑦3 min后，下放电缆1.5 m，放松电缆张力；⑧再次加正电142 V/0.65 A 直流收EMA锚定仪器腿，收腿完毕，电流自动掉为零，下电；⑨上提回收切割工具串，注意张力变化；⑩关采油树主阀、清蜡阀，拆电缆防喷系统，作业完成。

5.3 切割效果

对89 mm 油管切割作业完成后，循环压井液至安全状态，拆采油树、起出管柱后，确认切割深度精准，切口规整，落鱼完好，不影响后续油管补接及二次完井工作（图6）。

图6 89 mm油管RCT径向切割效果

6 结束语

1）RCT 工具既可切割油管，也可切割钻杆，不受管柱材质影响，260 ℃超高耐温，工具外径相对较小，操作便捷，应用范围广泛。

2）RCT 切割管柱切口规整，切割效果优于爆炸切割，可以媲美化学切割和机械切割。在海上油气田应用，其成本优势明显，可以创造良好的经济效益。

3）RCT 切割工具非爆、无毒无害的特点，作业时也无需“无线电静默”，适合海上油气田作业环境，可以做到快速部署，尤其在应急作业动员时具备很大优势，是爆炸切割和化学切割无法比拟的。

4）海上油气田勘探开发领域安全形势严峻，安全成本高昂，建议逐步减少甚至淘汰爆炸品、危险化学品的使用，用RCT 切割技术替代爆炸切割、化学切割等技术。