高 強(qiáng)， 王寶興， 汪長(zhǎng)栓， 劉景陽(yáng)， 霍紅星， 李 凱， 楊曉林

(北方斯倫貝謝油田技術(shù)(西安)有限公司， 西安 710065)

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聚能切割技術(shù)在水平井連續(xù)油管切割中的應(yīng)用

高 強(qiáng)， 王寶興， 汪長(zhǎng)栓， 劉景陽(yáng)， 霍紅星， 李 凱， 楊曉林

(北方斯倫貝謝油田技術(shù)(西安)有限公司， 西安 710065)

摘要：將環(huán)形聚能切割技術(shù)應(yīng)用于水平井連續(xù)油管遇卡事故處理中，可以解決連續(xù)油管在水平井中的遇卡事故。針對(duì)2英寸連續(xù)油管的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種聚能切割彈及連接裝置馬籠頭，主要從切割彈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、藥型罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝藥選擇、馬籠頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工工藝等方面進(jìn)行了研究。通過(guò)地面切割試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，設(shè)計(jì)的聚能切割裝置，及電纜傳輸工藝實(shí)現(xiàn)了水平井中遇卡連續(xù)油管的切割解卡，操作簡(jiǎn)便、施工安全。

關(guān)鍵詞：聚能切割； 連續(xù)油管； 切割彈； 水平井； 炸高； 藥型罩

1引 言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在水平井鉆探技術(shù)方面發(fā)展突飛猛進(jìn)，由于水平井鉆井量的增加及其特殊的開(kāi)采工藝，連續(xù)油管在水平井開(kāi)采過(guò)程中的使用頻率逐步增加。水平井環(huán)境復(fù)雜，且對(duì)連續(xù)油管施工工藝的要求比較高，導(dǎo)致了在水平井施工中連續(xù)油管的遇卡事故逐年上升。采用聚能切割技術(shù)研制的聚能切割彈可以實(shí)現(xiàn)水平井中遇卡連續(xù)油管的切割解卡處理，具有施工工藝簡(jiǎn)單、施工周期短、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

2試驗(yàn)研究

2.1切割機(jī)理

利用炸藥的聚能裝藥理論，將藥型罩做成環(huán)形〔1〕，并裝填高能聚能炸藥，當(dāng)聚能切割彈的裝藥被引爆后，炸藥爆炸，迅速壓垮藥型罩并聚焦形成沿聚能穴法線(xiàn)方向高速運(yùn)動(dòng)的連續(xù)射流，其頭部速度接近4 500m/s，它們之間的碰撞可近似為流體碰撞，射流頭部很容易侵徹到連續(xù)油管中，后續(xù)的射流重復(fù)以上的過(guò)程直至將連續(xù)油管切割開(kāi)。

2.2聚能切割彈方案的選擇

2.2.1切割彈裝藥選擇

炸藥裝藥〔2-3〕是聚能射流的能源，炸藥的種類(lèi)、裝藥量直接影響切割彈的切割效果〔4〕。根據(jù)爆轟理論應(yīng)盡量選擇爆速高、密度大的炸藥，有利于達(dá)到較好的切割效果。在考慮到連續(xù)油管內(nèi)部空間比較小，導(dǎo)致切割彈裝藥直徑比較小的特點(diǎn)，選用了一種爆速高、密度大的以RDX為基礎(chǔ)的混合炸藥X作為切割彈裝藥〔5〕。

2.2.2切割彈裝藥量設(shè)計(jì)

根據(jù)2英寸連續(xù)油管的特點(diǎn)，要求裝藥量既能完全切割開(kāi)連續(xù)油管，又要盡可能的降低裝藥量。裝藥量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致切割作業(yè)后切割彈上接頭及連續(xù)油管切口翻邊過(guò)大，易造成上提電纜時(shí)電纜遇卡事故及切割口過(guò)大不易取出；切割彈藥量過(guò)小則影響切割效果。所以有效裝藥量〔6〕對(duì)切割效果影響比較大。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)不同裝藥量的切割彈并進(jìn)行反復(fù)的地面切割試驗(yàn)，考慮到地面試驗(yàn)是在無(wú)壓力的環(huán)境下進(jìn)行，而井下切割作業(yè)是在有壓力的環(huán)境中進(jìn)行的特點(diǎn)，最終選擇上接頭翻邊小于1mm，而裝藥量相對(duì)大的4號(hào)試驗(yàn)方案作為最終方案進(jìn)行井下試驗(yàn)，裝藥量的選擇如表1所示。

表1　裝藥量選擇

2.2.3切割彈藥型罩角度及壁厚的選擇

根據(jù)聚能效應(yīng)〔7〕，一般選用紫銅藥型罩〔8〕作為切割彈的藥型罩。藥型罩的角度及壁厚直接影響著切割彈的切割效果，藥型罩角度大，則形成的射流粗，但穿深低；藥型罩角度小，形成的射流細(xì)，不穩(wěn)定，但穿深大。通過(guò)對(duì)多種角度的藥型罩進(jìn)行切割試驗(yàn)，最終選擇藥型罩角度為120°。

藥型罩的壁厚與藥型罩的角度具有一定的匹配關(guān)系，即使藥型罩的角度選擇合理，但藥型罩的壁厚過(guò)大或者過(guò)小都將影響切割效果，通過(guò)選擇不同壁厚的藥型罩進(jìn)行切割試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2英寸連續(xù)油管切割彈藥型罩壁厚為1.1mm時(shí)，切割效果最佳，見(jiàn)表2。

表2　藥型罩角度、壁厚的選擇

2.2.4切割彈炸高的選擇

根據(jù)聚能爆破理論，環(huán)形藥型罩的炸高〔9〕對(duì)其切割效果影響比較大，在切割彈的外殼體內(nèi)部正對(duì)環(huán)形藥型罩的位置設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)形的凹槽，從而起到炸高的作用。一般炸高的高度在2mm～15mm〔10〕，根據(jù)連續(xù)油管切割彈藥型罩直徑比較小的特點(diǎn)，可以選擇較小的炸高，通過(guò)設(shè)計(jì)不同高度的炸高進(jìn)行地面切割試驗(yàn)，最終選擇了2mm的炸高作為最終方案進(jìn)行井下切割試驗(yàn)，炸高的選擇如表3所示。

表3　炸高的選擇

2.2.5聚能切割彈總體設(shè)計(jì)

水平井中2英寸連續(xù)油管切割彈主要由殼體、裝藥結(jié)構(gòu)、傳爆裝置和上接頭4部分組成，見(jiàn)圖1。

圖1　聚能切割彈Fig.1　Shaped cutter charge

2.2.6現(xiàn)場(chǎng)施工用電纜馬籠頭設(shè)計(jì)

由于在水平井中施工，井下條件比較復(fù)雜，必須設(shè)計(jì)一種專(zhuān)用的馬籠頭將電纜與切割彈進(jìn)行連接，才可以確保施工過(guò)程中電纜與切割彈連接的可靠性，針對(duì)這一要求設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的馬籠頭，其最大外徑為35mm，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3試 驗(yàn)

3.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)對(duì)水平井中遇卡的連續(xù)油管進(jìn)行切割試驗(yàn)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的2英寸連續(xù)油管切割彈在水平井中的切割效果,切割施工過(guò)程中電纜泵送傳輸切割彈工藝的安全性、可行性。

圖2　馬籠頭示意圖Fig.2　Schematic of cable bridle

3.2試驗(yàn)方法

利用電纜泵送工藝將聚能切割彈下放到切割位置,對(duì)金屬管柱實(shí)現(xiàn)切割作業(yè)，如圖3所示。

圖3　試驗(yàn)方法示意圖Fig.3　Illustration of test

3.3試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)切割管柱為2英寸連續(xù)油管，外徑50.8mm，內(nèi)徑40.8mm，壁厚5mm;聚能切割彈外徑37mm;馬籠頭外徑35mm;切割深度3 330m，垂直深度為2 560m，水平長(zhǎng)度為770m;連續(xù)油管內(nèi)及連續(xù)油管外側(cè)介質(zhì)為清水，連續(xù)油管外側(cè)為5-1/2英寸套管。

3.4試驗(yàn)結(jié)果

切割作業(yè)后，2英寸連續(xù)油管被完全切割斷，如圖4所示。

圖4　切割效果Fig.4　Cutting result

可使用電纜泵送工藝將聚能切割彈順利輸送到切割位置，且切割作業(yè)后使用電纜可以順利將切割彈上端殘留物提出井口，井下無(wú)任何落物。

3.5試驗(yàn)分析

(1)從切割效果可以看出，切割作業(yè)后，2英寸連續(xù)油管被完全切割斷，切口整齊，無(wú)任何粘連。通過(guò)對(duì)切割位置進(jìn)行測(cè)量，切口處最大脹徑為54mm。

(2)專(zhuān)用馬籠頭的工具串在電纜泵送工藝中，安全可行。

(3)采用泵送工藝可以順利將切割彈輸送到指定切割位置。

(4)切割作業(yè)后，切割彈殘留的上端殼體可通過(guò)電纜順利提出井口，井下無(wú)落物。

4結(jié) 論

(1)2英寸連續(xù)油管切割彈直徑小，裝藥量小，可通過(guò)內(nèi)徑比較小的連續(xù)油管，且切割作業(yè)后不會(huì)對(duì)外層套管造成任何損傷。

(2)在水平井中，管柱中液體可循環(huán)的條件下采用的泵送工藝安全、可行。

(3)2英寸連續(xù)油管切割彈為水平井中遇卡的2英寸連續(xù)油管解卡處理提供了一種經(jīng)濟(jì)、快捷、操作簡(jiǎn)單的解決方案及施工工藝。

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Application of the shaped charge cutting technology in cutting coiled-tubing of horizontal wells

GAO Qiang, WANG Bao-xing, WANG Chang-shuan, LIU Jing-yang, HUO Hong-xing, LI Kai, YANG Xiao-lin

(North Schlumberger Oilfield Technologies (Xi′an) Co.,Ltd., Xi′an 710065, China)

ABSTRACT：In order to eliminate the sticking accident of coiled-tubing in horizontal wells, the annular shaped charge cutting technology was applied. In response to the features of 2 inches coiled-tubing, one cumulative cutter and connective device was designed. The structure design of cutter and shaped charge liner, charge selection,the bridle structure design and the connective device with the technique were mainly studied. The cutter has resolved the problem of cutting the sticking coiled-tubing in horizontal wells by the cutting experiments and application.

KEY WORDS:Shaped charge cutting; Coiled-tubing； Cutter； Horizontal well； Height of burst； Shaped charge liner

文章編號(hào)：1006-7051(2016)02-0048-03

收稿日期：2016-01-04

作者簡(jiǎn)介：高 強(qiáng)(1980-)，男，工程師，主要從事油田爆破器材的研制與開(kāi)發(fā)工作。E-mail: gao.qiang@xtc.slbcn.com通訊作者：王寶興(1961-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事特種民爆切割技術(shù)研究。E-mail: wang.baoxing@xtc.slbcn.com

中圖分類(lèi)號(hào)：TD235； TG48

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.010