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化学切割技术
化学切割技术介绍及应用
摘要
本文将对贝克阿特拉斯公司一项化学切割技术进行介绍,此项新技术在国内各大油田也时有应用,比较成功,它是用标准电缆输送入井的,通过电测校深,当切割工具已经到达预计的设计深度时,通过电缆点火来达到将管柱切割的目的。
本文除简要介绍此项技术外,还捎带就其在渤海油田中的成功应用作一阐述。
关键词:
化学切割通井测卡点校深电缆点火
前言
在油田作业过程中,特殊情况时有发生,而管柱被卡于井内的情况最为复杂,处理起来比较困难,有时就需要在卡点以上将管柱切割,起出能自由活动的管柱,以便下步的处理,化学切割则是一个比较理想的方法。
如此项化学切割技术在QHD32-6-D平台的D10井以及JZ9-3西区的W8-3井中的应用,都是非常成功的。
一、技术介绍部分
1、概述
●化学切割工具工作过程简述
化学切割工具主要是应用于被卡在井内的管柱上,它是通过标准电缆输送井的,此工具主要包含点火器(引爆装置),固体推进剂,液体BrF3和催化剂,地面连接好工具串后,电缆下入井内,LCC校深确定切割头所处位置与所需切割管柱设计深度相同,电缆点火后,推进剂燃烧释放出高温高压的气体,推动BrF3穿越催化剂到达切割头,BrF3就从切割头上的一圈小孔射到被切割管柱内壁上,高温高压的气体促使化学反应非常迅速,管柱就将被化学反应强烈腐蚀,通常一根油管大概在125-175毫秒之间被切断。
(具体过程如下图所示)
●化学原理
当点火头被电缆中的电流引爆后,产生的高达(172Mpa)高压的气体就将装着化学药剂(BrF3)的药剂筒上的破裂盘剪切掉,从而推动BrF3打破药剂筒下部的破裂盘并通过催化剂与被切割的管柱发生化学反应,很快就将其切断。
下面是化学反应的方程式:
3BrF3+3Fe)))))))))))))))))))))))))>2FeF3+FeBr3
此化学反应产生的盐就溶于井液之中,切割完以后不会对井眼产生任何污染,化学药剂一旦从工具内到达井眼内,就被井液稀释掉了,不会对套管产生任何影响。
同样,化学射孔及化学打孔也具有同样的原理。
2、工具串详细构成及说明
对化学切割来说,所有尺寸设计的化学切割工具都有一样的构成,主要的构件为:
●点火装置:
电点火头,38式手枪弹药筒,装有一克黑火药和一个54欧姆的电阻器。
●上部推进剂:
固体火箭燃料,用大约75%的高氯酸铵和25%聚乙烯氯化物(做为包扎工具)。
它的燃烧能非常迅速的释放出大量高温高压的气体。
●上部推进剂间隔装置:
装着顶部推进剂且与点火装置接近的带孔的钢管。
●单流阀:
控制推进剂燃烧而产生的高温高压的气流不到达点火装置。
●居中锚定装置:
包括一些圆弧状的滑块支撑在工具的周围用来将切割工具锁定被切割管柱的中央。
●下部推进剂装置:
与上部推进剂同样的成份。
●下部推进剂隔离装置:
用来装下部推进剂的装置。
●控制阀:
控制推进剂燃烧而产生的气体到催化剂和切割头。
●化学药剂筒:
用来保存化学药剂(BrF3)的钢筒,它两头各有一个高压破裂盘,破裂盘的破裂压力为4500Psi(31Mpa)。
●BrF3:
一种非常活跃的化学药剂,从切割头被高温高压的释放出来,腐蚀切割管柱。
●催化剂:
用来引起BrF3在工具内发生化学反应的一种标准的2#钢丝绒和一种非洁净的油。
虽然叫做催化剂,但在反应过程中油和钢丝绒将会消失。
●切割头:
用退火铜制造,在周围有一圈紧挨着的小孔用来作为BrF3释放的通道,由于铜是热的良导体以及它与不发生任何化学反应,所以用铜作为切割头。
●盲堵:
密封着切割头的底部。
以上是化学切割工具管串的简要介绍,下面是工具串的附图。
化学切割工具图:
3、化学切割的优缺点
化学切割作为一项比较新的技术有其先进的一面和不足的地方,下面就简要的作一说明。
●优点、先进性
化学切割为切割管状工具提供一个快速可靠的技术,其切割完所留下的断口光滑平整、不会膨胀变形,没有毛刺及其它杂物,便于以后进一步的打捞作业。
切割完断口图
此方法不会破坏邻近的管串,即便它们与被切割的管柱相连。
此工具可在额定温度400℉(204℃)下工作一小时以上,最大可承10,000—20,000Psi(69-138Mpa)的静液柱压力,具体取决于切割工具的尺寸。
切割位置准,切割速度快,现象明显。
化学切割不留下任何残渣、碎片在井内。
对以后的作业不产生任何负面影响。
●缺点、不足。
到目前为止,此工具还无法用来切割内径大于5"(12.7cm)的管柱,由于切割头外径与管柱内壁之间的最小距离受限制,所以可用的切割头的尺寸将受到一定的限制.
由于BrF3是一种强烈破坏性、伤害性的化学药剂,所以不管是在生产以及运用中对人及设备都是具有非常大的伤害性,所以在接触、储备以及运输中必须遵从相关的操作规程。
当工具在下入过程中遇到重泥浆时会出现问题,重泥浆会堵塞切割头上的小直径的眼。
这种类型的切割工具无法对空心的管柱进行切割,要进行切割时,切割头以上至少必须有100ft(30米)充满液体,否则必须让流体始终流通在管柱内。
完整的化学切割总成比同等意义上的爆炸切割的工具总成要长,较高的静液柱压力将会降低切割的成功的机会,而且切割的瞬间管柱的震颤会更加剧烈。
4、相关尺寸及数据
每种化学切割工具都有其相对应的尺寸,而每个尺寸的切割头都有其相对应的油管、套管以及钻杆的尺寸范围。
在这种情况下,切割头的外径的选择就显得尤为重要了。
下面就列表进行说明。
油管及套管切割器相应的尺寸说明
CutterOD
PipeSize
PipeOD
PipeID
PipeWeitht
(in.)
(mm)
(in.)
(in.)
(mm)
(in.)
(mm)
(lb/ft)
(kg/m)
0.688
17.5
3/4
1.050
26.7
0.824
20.9
1.20
1.79
0.688
17.5
3/4
1.050
26.7
0.742
18.8
1.50
2.24
0.688
17.5
1
1.315
33.4
0.957
24.3
2.25
3.35
0.719*
18.3
1-1/4
1.250
31.8
0.909
23.1
1.08
1.61
0.750*
19.1
1-1/4
1.250
31.8
0.950
24.1
0.94
1.40
0.750*
19.1
1-1/4
1.315
33.4
0.970
24.6
2.25
3.35
0.813*
20.6
1-1/4
1.250
31.8
0.980
24.9
0.84
1.25
0.813*
20.6
1-1/4
1.250
31.8
1.032
26.2
1.33
1.98
0.875
22.2
1
1.315
33.4
1.049
26.6
1.80
2.68
0.875
22.2
1-1/4
1.250
31.8
1.075
27.3
1.11
1.65
0.938*
23.8
1-1/4
1.250
31.8
1.075
27.3
1.11
1.66
0.938*
23.8
1-1/4
1.315
33.4
1.049
26.6
1.80
2.68
CutterOD
PipeSize
PipeOD
PipeID
PipeWeitht
(in.)
(mm)
(in.)
(in.)
(mm)
(in.)
(mm)
(lb/ft)
(kg/m)
1.063*
27.0
1-1/4
1.250
31.8
1.278
32.5
3.02
4.50
1.125
28.6
1-1/4
1.660
42.2
1.278
32.5
3.02
4.50
1.250
31.8
1-1/4
1.660
42.2
1.380
35.1
2.40
3.58
1.250
31.8
1-1/2
1.900
48.3
1.500
38.1
3.64
5.43
1.438
36.5
1-1/2
1.900
48.3
1.610
40.9
2.90
4.32
1.438
36.5
2
2.000
50.8
1.670
42.4
3.40
5.07
1.438
36.5
2-1/16
2.062
52.4
1.750
44.5
3.40
5.07
1.625
41.3
2-3/8
2.375
60.3
1.867
47.4
5.95
8.87
1.688
42.9
2-3/8
2.375
60.3
1.939
49.3
5.30
7.90
1.750*
44.4
2-3/8
2.375
60.3
1.995
50.7
4.70
7.01
1.812*
46.0
2-3/8
2.375
60.3
2.041
51.8
4.00
5.96
2.000
50.8
2-7/8
2.875
73.0
2.259
57.4
8.70
12.97
2.125
54.0
2-7/8
2.875
73.0
2.323
59.0
7.90
11.78
2.168*
55.6
2-7/8
2.875
73.0
2.441
62.0
6.50
9.69
2.375
60.3
3-1/2
3.500
88.9
2.602
66.1
15.50
23.11
2.500
63.5
3-1/2
3.500
88.9
2.750
69.9
12.95
19.31
2.500*
63.5
3-1/2
3.500
88.9
2.992
76.0
9.30
13.87
2.625*
66.7
3-1/2
3.500
88.9
2.992
76.0
9.30
13.87
2.688*
68.3
3-1/2
3.500
88.9
2.992
76.0
9.30
13.87
2.750
69.9
3-1/2
3.500
88.9
3.068
77.9
7.70
11.48
2.750
69.9
3-1/2
3.500
88.9
2.992
76.0
9.30
13.87
2.750
69.9
3-1/2
3.500
88.9
2.992
76.0
10.20
15.21
3.125
79.4
4
4.000
101.6
3.340
84.8
13.40
19.98
3.188*
81.0
4
4.000
101.6
3.428
87.1
11.60
17.30
3.250*
82.6
3-3/4
3.750
95.3
3.492
88.7
5.10
7.60
3.250*
82.6
4
4.000
101.6
3.476
88.3
11.00
16.40
3.312*
84.1
4
4.000
101.6
3.548
90.1
9.50
14.16
3.500*
88.9
4
4.000
101.6
3.732
94.8
5.65
8.42
3.500*
88.9
4-1/4
4.250
108.0
3.730
94.7
11.08
16.52
3.625
92.1
4-1/2
4.500
0.0
3.920
99.6
13.50
20.13
3.625
92.1
4-1/2
4.500
114.3
3.826
97.2
15.10
22.51
3.625
92.1
4-3/4
4.750
120.7
3.850
97.8
21.00
31.31
3.688*
93.7
4-1/2
4.500
114.3
3.958
100.5
12.75
19.01
3.719*
94.5
4-1/4
4.250
108.0
3.974
100.9
6.20
9.24
3.750*
95.3
4-1/2
4.500
114.3
4.000
101.6
11.60
17.30
3.750*
95.3
4-3/4
4.750
120.7
4.000
101.6
18.00
26.84
3.750*
95.3
5
5.000
127.0
4.000
101.6
24.20
36.08
CutterOD
PipeSize
PipeOD
PipeID
PipeWeitht
(in.)
(mm)
(in.)
(in.)
(mm)
(in.)
(mm)
(lb/ft)
(kg/m)
3.812*
96.8
4-1/2
4.500
114.3
4.052
102.9
10.50
15.66
3.844*
97.6
4-1/2
4.500
114.3
4.090
103.9
9.50
14.16
3.844*
97.6
4-3/4
4.750
120.7
4.082
103.7
16.00
23.86
3.906*
99.2
5
5.000
127.0
4.154
105.5
21.00
31.31
4.000
101.6
4-1/2
4.500
114.3
4.216
107.1
6.75
10.06
4.000
101.6
4-3/4
4.750
120.7
4.230
107.4
12.47
18.59
4.000
101.6
5
5.000
127.0
4.276
108.6
18.00
26.84
4.125*
104.8
4-3/4
4.750
120.7
4.364
110.8
9.50
14.16
4.156*
105.6
5
5.000
127.0
4.408
112.0
15.00
22.37
4.188*
106.4
4-3/4
4.750
120.7
4.460
113.3
7.25
10.81
4.250*
108.0
5
5.000
127.0
4.494
114.1
13.00
19.38
*经过修正的特种切割器直径
油管及套管切割器相应的尺寸说明(续)
CutterOD
PipeSize
PipeOD
PipeID
PipeWeitht
(in.)
(mm)
(in.)
(in.)
(mm)
(in.)
(mm)
(lb/ft)
(kg/m)
4.312*
109.5
5
5.000
127.0
4.560
115.8
11.50
17.1
4.312*
109.5
5-1/2
5.500
139.7
4.548
115.5
26.00
38.7
4.344*
110.3
5-1/2
5.500
139.7
4.580
116.3
25.00
37.3
4.375*
111.1
5-1/4
5.250
133.4
4.648
118.1
16.00
23.8
4.438
112.7
5
5.000
127.0
4.696
119.3
8.00
11.9
4.438
112.7
5-1/2
5.500
139.7
4.670
118.6
23.00
34.3
4.469*
113.5
5-1/4
5.250
133.4
4.944
125.6
8.50
12.7
4.500
114.3
5-1/4
5.250
133.4
4.730
120.1
13.86
20.7
4.500
114.3
5-1/2
5.500
139.7
4.778
121.4
20.00
29.8
4.625*
117.5
5-1/4
5.250
133.4
4.886
124.1
10.00
14.9
4.688
119.1
5-1/4
5.250
133.4
4.944
125.6
8.50
12.7
4.688
119.1
5-1/2
5.500
139.7
5.044
128.1
13.00
19.4
4.688
119.1
5-1/2
5.500
139.7
4.892
124.3
17.00
25.3
4.688
119.1
5-9/16
5.625
142.9
5.047
128.2
15.00
22.4
*经过修正的特种切割器直径
钻杆切割器相应的尺寸说明
CutterOD
PipeSize
PipeOD
PipeID
PipeWeitht
(in.)
(mm)
(in.)
(in.)
(mm)
(in.)
(mm)
(lb/ft)
(kg/m)
1.625
41.3
2-3/8
2.375
60.3
1.815
46.1
6.65
9.91
2.000
50.8
2-7/8
2.875
73.0
2.151
54.6
10.40
15.50
2.375
60.3
3-1/2
3.500
88.9
2.602
66.1
15.50
23.10
2.500
63.5
3-1/2
3.500
88.9
2.764
70.2
13.30
19.82
3.125
79.375
4
4.000
101.6
3.364
85.4
12.60
18.77
3.125
79.375
4
4.000
101.6
3.340
84.8
14.00
20.86
3.250*
82.6
4
4.000
101.6
3.476
88.3
11.85
17.66
3.375*
85.9
4-1/2
4.500
114.3
3.640
92.5
20.00
29.80
3.625
92.075
4-1/2
4.500
114.3
3.826
97.2
16.60
24.73
3.688*
93.7
4-1/2
4.500
114.3
3.958
100.5
13.75
20.49
3.750*
95.3
5
5.000
127
4.000
101.6
25.60
38.14
4.000
101.6
5
5.000
127
4.276
108.6
19.50
29.06
4.156*
105.6
5
5.000
127
4.408
112.0
16.25
24.21
4.438
112.73
5
5.000
127
4.696
119.3
8.0
11.92
4.500
114.3
5-1/2
5.500
139.7
4.778
121.4
21.90
32.63
4.500
114.3
5-1/2
5.500
139.7
4.670
118.6
24.75
36.88
*经过修正的特种切割器直径
二、化学切割技术的应用部分
前面就化学切割技术进行了一个简要的介绍,下面就其应用部分以及相关的作业程序举例进行阐述。
QHD32-6平台的D10井就是一个很好的例子,化学切割及化学打孔的成功应用为顺利解决此事故井起了决定性作用。
1、井况介绍
1)地理位置:
X-4333110.83Y-20692539.60
2)井别:
生产井
3)人工井底:
斜深:
2301米,垂深:
1197.32米
4)套管程序
套管尺寸(毫米)
钢级
磅级(ppf)
套管鞋深度(米)
水泥返高(米)
1
508
X52
303.69
80.85
锤入
2
339.7
K55
90.7
208.43
返至井口
3
177.8
N80
39.2
2323.7
前置:
207~428
后置:
1425
5)测斜数据
造斜率(0/30m)
造斜点(m)
造斜段(m)
最大狗腿度(0/30m)
最大井斜(0)
4.46
360
360~858
4.98
74
6)事故原因及基本状况
D10井于2002年7月电泵机组烧坏而停止运行,需要恢复生产,于是于2002年7月3日进行检泵作业,拆D10井采油树,装防喷器组,万能试压。
回接油管挂,上提至80KLBS不能解封,继续上提,在80KLBS-100KLBS之间活动2Hrs,仍不能解封,最后上提管柱至150KLBS-160KLBS,管柱缓慢上移,卸掉一个单根,电缆从油管挂上脱落,井口可见电缆护罩,电缆及绑带仍在下一根油管上。
量起出的2-7/8”EU油管单根5个点,外径在69.9-71.5mm(2-7/8”油管本体外径为73mm)。
上提至80KLBS,悬吊座卡瓦,安装循环头小排量反循环。
在40KLBS-80KLBS之间活动管柱。
用凉水反循环。
在40KLBS-80KLBS之间活动管柱。
反挤地热水15方,泵压7MPa,泵冲40SPM。
在40KLBS-80KLBS之间活动管柱。
组装钢丝作业工具串(最大38.1mm),通径至848m遇阻(滑套以下未能洗井)。
替柴油,浸泡。
在0-95KLBS之间活动管柱,测卡点;上提至36T,下放至17T,油管拉伸67cm;再次上提至41T,下放至17T,重复2次,油管拉伸86cm。
钢丝通井至1059米遇阻,与解封前探泵头深度1057米基本吻合,确定已探到泵头,封隔器没有位移,起钢丝作业工具串。
钢丝作业关闭SSD滑套,深度798米与解封前打开深度相同。
关闭放气阀,打开安全阀,环空试压200psix5min,压力不降。
油管内正挤4方水环空没有返出,说明封隔器仍没有解封。
钢丝开关滑套,投堵塞器和平衡杆,油管打压,在60-100KLBS之间反复活动,仍不能解封。
下放至中和点,井口安装考克。
正挤地热水5方,泵压小于5MPa。
捞出平衡杆和堵塞器。
关井。
2、施工目的
打捞、解封过电缆封隔器,重新下入新的电泵生产管柱,恢复油井生产。
3、施工程序
(一)化学切割前期准备
由于此井是一口投产不久的生产井,为了保证油井安全,作业前需先进行洗压井作业,但是由于无法建立循环,所以无法洗井,故需决定在过电缆封隔器以下油管上进行电缆打孔作业,以便可以进行洗井作业。
下面就是电缆打孔的详细的作业步骤:
1)控制管线打压3000psi,打开井下安全阀。
2)为了保证钢丝作业的安全进行,需组装电缆防喷器及防喷管。
3)化学切割人员现场组装电缆通井工具。
4)电缆通井至900左
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