MPC机械切割技术在海上高温高压井中的应用

任松涛 魏安超 李祝军 冯雪松 徐 斐

①中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司②中海石油（中国）有限公司湛江分公司

随着国内海上高温高压井的开发已进入实施阶段，为保障生产期间井屏障长期有效，高温高压井普遍采用永久式封隔器，常规的切割回收封隔器方式不能满足精准切割芯轴的要求。本文介绍了一种MPC电缆机械切割技术在海上高温高压井中的应用，通过切割原理介绍、技术特点、现场应用切割方案选择、地面切割模拟到现场准备与作业实施，最终完成封隔器芯轴切割，切割点位置准确、切口完整平滑、效果良好，可在永久封隔器回收、特殊打捞等要求精准切割的工况中推广应用。

南海莺歌海盆地的中深部地层广泛发育高温高压储层，随着近年勘探开发海上高温高压气田开发进入规模化实施阶段。在高温高压气井生产作业过程中，完井管柱所处压力、温度环境变化范围大，管柱往往会产生较大的弯曲应力，为保障生产期间井屏障长期有效，生产管柱采用双永久封隔器管柱结构[1-2]。钻完井作业或生产期间出现工具失效、管柱泄露或后期弃置回收更换管柱时，需对永久封隔器进行回收，永久封隔器的回收方式主要为切割芯轴和套铣，而套铣一方面损伤生产套管，另一方面会产生落物影响下部管柱的回收。目前国内外常见的切割技术主要有切割弹切割、爆炸切割、化学切割、镁粉切割等，但均不能满足精准切割芯轴的要求。本文主要介绍MPC电缆机械切割技术的工艺原理和技术特点，并详尽讲述该切割技术在海上高温高压井中的成功应用情况。

1 MPC工作原理和技术特点

1.1 工作原理

MPC电缆机械切割工具主要由电子线路部分和机械部分组成，其中机械部分由液压部分、推进部分、主监视器、锚定部分和切割头组成，工具结构示意图如图1所示。其工作原理概述为：MPC工具串下至设计深度后，地面通电驱动液压马达→打开锚定装置，使仪器相对于管壁固定→驱动主马达，使切割头高速旋转→带动马达控制刀片的外展速度→刀片接触管壁，进行切割→断电收回刀片、解除锚定，完成切割。当管材被切开并开始分离时，内置在工具内的加速度计会有指示，并停止切割。切断后电流、井口悬重、仪器转速将会有变化，可以准确判断出管材切断情况[3-7]。

图1 MPC（电缆机械切割）示意图

1.2 技术规格及特点

MPC机械割刀可在高温高压井况下作业，温度级别200 ℃，压力等级20000 psi，常用刀片尺寸为50 mm、60 mm和63 mm三种规格，切割范围见表1所示。MPC机械切割技术具有以下优点。

（1）切割过程可视化，可通过地面软件监测切割情况，使用CPU控制切割精度或有难度的切割。

（2）运输方便，可快速动员，无需炸药等火工品和化学危险品，易于运输。

（3）可切钢材和合金管材（镀铬），平均切割时间在20分钟左右。

（4）切割过程产生碎屑较小，不影响后续作业。

（5）可实现一趟切割多个位置。

（6）精准控制，只切割油管而不伤套管。最大切割外径超出设定值1/8″，工具就会停止，同时可调整切割速度（最低0.01 mm/min），可地面实时监控，任何时候均可停止。

表1 MPC刀片切割范围

2 现场应用

南海西部某高温高压定向井压力系数1.92，温度144 ℃，最大井斜32.42°，采用双永久封隔器生产管柱，生产管柱如图2所示。该井生产封隔器坐封后加压未能成功射孔，需回收原管柱重新完井，为避免影响后续作业决定采用切割芯轴实现两个永久封隔器回收。

2.1 切割方式选择

本次作业需要切割的永久封隔器为PREMIER封隔器，设计回收方式为切断芯轴回收，可切割区域长度为0.54 m，切割区域外径为90.93 mm，内径72.90 mm。红色区域为外筒部分，此区域不能割断否则影响后续过提回收，外部推筒内径97.79 mm，外径125.43 mm。

图2 原生产管柱示意图

（1）切割弹切割：用电缆将切割弹下放到预定深度，地面通电，切割弹专用雷管组件发火，输出爆轰波引爆切割弹组件，形成金属射流，切割油管。该方法成本低、组装简单、可靠性较高、破坏性较大、割口变形严重。

（2）爆炸切割：通过使用专用切割组件和药饼，地面供电引爆雷管、导爆索和药饼、切割组件，对油管、钻杆、钻铤切割。该方法成本低、可靠性较高、切割完后需要过提才能拔断，割口极不规则，爆炸后形成几道长长的带破坏性的爆炸口、组装较复杂。

（3）化学切割：利用火药药柱燃烧产生高压，将化学药剂均匀、高速喷射到油管内壁，从而达到切断油管的目的。该方法费用高、可靠性高、组装复杂，要求综合考虑井中的压力、流体性质、油管尺寸和重量等参数设计切割工具、对油管切口的破坏性小，便于打捞。

（4）镁粉切割：通过电缆传输额定电流，形成高能等离子→切割工具内压增加，超过井内液柱压力→切割工具喷嘴上的滑动套筒下滑→喷嘴暴露在井筒中→高能等离子体通过喷嘴喷射离子，射向切割区→对管柱实施切割。该方法操作简捷，安全性能高，不受作业井深度限制，是深井、超深井作业管柱最理想的内切割工具之一；切割管柱尺寸范围广；切割后的鱼头规则，无需修整；无需爆炸性、环境危害和特殊装载许可[8-9]。

通过对比常用切割工艺均无法实现精准切割，仅有MPC机械切割可实现在割断封隔器芯轴的同时而不损伤外部推筒，完成永久封隔器回收作业。通过对比PREMIER永久封隔器芯轴可切割区域尺寸图和MPC工具参数，确定切割方案为53.98 mm MPC切割工具配合50 mm刀片，通过CCL磁定位校深完成封隔器芯轴切割作业。

2.2 地面模拟

为保证切割方案的可行性，在陆地选取与PREMIER永久封隔器芯轴规格类似的外径73.00 mm、磅级7.8ppf油管进行切割模拟，两种材料对比如下表2所示。

表2 油管与永久封隔器芯轴参数对比

当地面设备准备就绪，预先设置好切割范围，使用自来水对切割头进行冷却，在软件屏幕上点击锁紧锚定装置，显示锚定成功后点击开始切割，地面加电压500 V，观察到电流随着刀片切割管材从0.2 A逐渐涨到0.8 A，切割完成后减小至0.2 A即空转电流。切割时间19.5 min，显示切割最大外径77.17 mm（完全割断），由于油管水平放置，切割最大外径比理论大。地面模拟切割油管标明MPC机械切割可实现永久封隔器芯轴的精准切割。

2.3 电缆冲孔

由于切割位置处于两个封隔器之间，温度影响形成圈闭压力，为避免切割过程中造成影响，在切割作业之前下入冲孔抢，对两个封隔器之间的油管进行冲孔，释放两个封隔器之间的圈闭压力，平衡油套环空内外压力，工具串组合为：小马龙头+CCL校深仪+点火头+冲孔枪+偏心加重杆+枪尾。

2.4 模拟通井作业

根据本井的管柱结构图，在井下安全阀与工作筒处存在缩径，为保证切割工具能够下入到位并顺利起出，下入模拟工具串进行模拟通井，工具串组合为：小马龙头+CCL校深仪 +2.15"通井工具。

2.5 切割作业

（1）参数设置：采用50 mm切割刀片，最大切割外径设置为104.14 mm。

（2）校深：MPC工具串下过井下安全阀及工作筒后，上提可通过后再继续下入，根据PREMIER永久封隔器上下油管接箍深度进行校深，校深后调整仪器深度在切割区域中部。

（3）切割作业：切割期间油管及环空加备压500 psi，保持内外压力平衡；锚定装置张开后启动割刀马达，切割电流由0.2 A逐渐增大至0.8 A，16 min后割刀外径增大至94.74 mm时电流快速减小至0.2 A，继续切割电流由0.2 A逐渐增大至0.5 A，割刀外径增大至101.40 mm时停止切割作业，仪器显示切割完成；可明显看到切割电流：小→大→小→大，对应切割位置：逐渐切割封隔器芯轴→芯轴与外筒之间→切割外筒；断电收回割刀、解除锚定，起出检查工具刀片有磨损；管柱起出后检查封隔器芯轴割口平整，丈量割口位置与理论误

3 结论及建议

（1）MPC电缆机械切割工具适宜于结构复杂、内径较小的管柱，可精确控制切割范围，割口平整，切割耗时短。

（2）采用MPC切割工具作业时，需要确保被切割管体内部和外环空压力平衡，若不能保持则需在管内及环空加背压，以减小压力波动瞬间对工具的冲击。

（3）MPC机械切割过程中必须保持管柱处于过提状态，防止切割完成瞬间管柱错位卡工具串，或压断刀片。

（4）机械切割完成收回割刀后，必须先解除锚定再上提工具串，防止过提工具串力量较大使锚定装置变形，卡工具串。

（5）通过MPC机械切割技术在高温高压井中的应用，为后续永久封隔器的回收提供指导意见，可在永久封隔器回收、特殊打捞等要求精准切割的工况中推广应用。