论文部分内容阅读
[摘 要]水力式内割刀切割范围大、受内径限制影响小，但现场应用时，面临着无法下入到位及无法正常进行切割作业的问题，本文讨论的改进型水力内割刀具备反循环洗井的能力，能够保证工具的顺利下入、冲洗井筒、实施切割的作业进行。此工具研制加工出之后，经过实验井及现场的应用，达到了良好的使用效果。本文对其工作原理进行了说明，对其现场应用进行了探讨。
[关键词]水力内割刀；反循环；冲砂；防堵；现场应用
中图分类号：TM116 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0307-01
一、问题的提出
原水力式内割刀受到结构限制，在出砂严重的井中应用水力切割时经常出现下钻无法到位、因水眼堵塞无法进行正常切割的情况。例如在渤海油田某区块31#井进行打捞防砂管柱作业时，因套管变形井内出砂严重，数次下入水力内割刀因提前遇阻、到位时水眼已经堵塞导致无法切割。
在大斜度井及水平井中由于低边砂无法完全冲洗干净，使用水力内割刀时，砂子和修井液一同进入管柱内腔沉降后堵塞割刀水眼（图1为砂将水淹堵死的实际情况），低边砂影响无法下入到位。这些问题突出了在处理大斜度井及出砂严重井时，需要一种能够进行循环洗井的水力内割刀，当遇到砂面可循环冲洗至设计深度，再进行切割作业。
二、常规水力割刀的结构特点
目前现场使用的水力割刀结构一般由上接头、本体、滑阀、弹簧、刀体及配件、引锥组成，不同厂商加工的尺寸略有不同，但结构原理相似：正循环修井液，液流通过水力割刀上部的滑阀上的直径5～8mm的水眼，节流效应产生压力推动滑阀向下运动，并推动割刀刀片沿轴销转动，刀头向外伸出达到切割尺寸。
割刀滑阀上的水眼是整个管柱组合的最小内径，也是唯一的循环通道，由于其尺寸小，无法进行正常循环并达到洗井的目的。
三、反洗式水力割刀的特点
3.1 反洗式割刀设计思路
由于水力内割刀通过液体节流压差实现张开刀片进行切割，故只能通过建立反循环来进行循环洗井，即割刀内机构能够在正循环时产生压差，反循环时液流通道变大，实现反循环。经过反复论证，设计结构见图2。
3.2 反洗式割刀工作原理
切割时，开泵正循环时并逐渐加大排量，钻井液通过阀板上喷嘴产生压力差，使活塞管克服弹簧阻力向上运动，推动刀头绕刀片销向外旋转进入切削状态。冲洗时，采用反循环流程，钻井液从环空进入水眼内，推动冲管压缩弹簧向上运动，推开阀板，内割刀的通道打开，水眼变大，实现冲砂洗井。
同时本割刀配有打捞爪盘，可以捞住洗井过程中无法循环出井的落物（如胶皮等），更能防止此类杂物进入割刀堵塞水眼。
四、反洗式割刀应用
4.1 实验井应用
1）反冲砂工艺
在实验井中，进行了反循环实验，在反洗排量20-30m3/h的情况下，能够满足下边两个条件：
（1）反洗冲砂水眼节流压力小于2.5MPa，保证循环时不会将修井液挤入地层，减少对地层的损害；
（2）冲砂上返流速大于0.9m/s，保证了携砂能力。
2）水力切割试验：
针对不同节流喷嘴（7.5-9mm）、在一定排量范围内切割实验（10-16m3/h），记录其切割时间、扭矩转速，实验共计14次，平均切割时间66分钟，有一次未能成功切割，成功率92%。经过室内模拟实验，针对发现的问题做出了如下改进：更改活塞密封结构、改变弹簧强度、改变刀片收回机构、使用对焊合金刀片。
4.2 现场应用
渤海油田某区块11#注水井后期作业过程中，井内出现地层砂，通过捞砂化验，判断为筛管问题。此井防砂管柱内径小、井斜42.8°，难以通过冲砂保证防砂管柱内冲洗干净，井筒低边残留的砂进入割刀将堵塞水眼（参见图1），进而无法实施切割。而使用可反洗式水力内割刀则能够反循环将井筒低边残留的地层砂循环出井，在砂沉降之前进行切割作业，避免了水眼堵塞、刀片无法顺利张开情况的发生。以下为该井的基础数据及施工过程：
4.2.1 基本数据
该11#井基础数据：生产套管：9-5/8"；切割对象：6-5/8″筛盲管；最大狗腿度：4.92°/30m；最大井斜：42.8°。
冲砂作业后使用普通割刀入井，提前10m遇阻，尝试切割未成功。起钻出井口后割刀以上两根短钻杆及一根钻杆堵死，判断主要为井筒低边砂影响，使用可反洗式水力割刀可反循环冲洗至预定深度后，倒正循环进行切割。
4.2.2 施工过程
（1）可反洗式水力割刀试验，反循环实验，40m3/h@1Mpa；正循环实验，排量@泵压：10m3/h@3Mpa；三块刀片张开均为48mm；最大切割范围为200mm满足切割要求；停泵后刀片收回，对刀片进行绑固。
（2）组下冲割捞一体管柱：割刀引鞋+114〞水力割刀+2-7/8"正扣钻杆+120mm可退式捞矛+3-1/2"正扣钻杆+6-1/2〞震击器+3-1/2"正扣钻杆。
（3）下钻至鱼腔内30.52m遇阻，建立反循环，排量@泵压：40m3/[email protected]。返出有地层砂及胶皮。继续冲洗进尺12.61m过切割位置。
（4）测试空转扭矩1.8～2.7Kn.m，起泵正循环切割：排量@泵压@转速@扭矩：14m3/h@4Mpa@[email protected]～4.5Kn.m切割15min，调整切割参数排量@泵压@转速@扭矩：21m3/h@7Mpa@[email protected]～8.1Kn.m，切割20min后参数变化为排量@泵压@转速@扭矩：21m3/h@7Mpa@[email protected]～4.5Kn.m，停泵放压，上提管柱回收刀片，无过提显示。
（5）根据泵压及扭矩变化，判断切割成功，下放管柱进行打捞作业，打捞成功后进行起钻。顺利捞获筛盲管及隔离封隔器共计43m。起钻。在该井使用8次，切割时间40到70分钟，平均60分钟，扭矩波动不超过5KN·m，均切割成功。
4.3 现场应用效果
此水力內割刀在现场实施三口井（11#井、06#井、26#井），切割范围包括5-1/2″、6-5/8″、7″，共使用18次。在施工程序上对比，至少能够节省2次起下钻切割失败并进行冲砂的施工时间。共计节省工期524小时，节省工期百分比为15%至21%。
五、总结与展望
可反洗式水力割刀与普通水力割刀相比，具反循环洗井功能，在5-1/2”--7”筛盲管内均可作业，此水力内割刀的适用范围：
1、井内存在地层砂、水垢、聚合物等需要冲洗才能进行切割的井；
2、施工过程中连续出砂的井；
3、井内存在封隔器胶皮等落物的井；
可反洗式水力割刀经过实验井和现场的应用，也逐渐发现了一些不足之处，正在进行进一步改进：
1、加大打捞爪盘上部空间：反循环时，当落物（封隔器胶皮、电缆卡子等）进入打捞爪盘后，滞留在爪盘之上，当落物堆积多时，将影响继续反循环；
2、提高密封圈材质，减少密封配合过盈量：工具内部有数道密封圈，在现场保养更换时易造成损坏；
3、减少反循环通道的变径，减少能堆积砂的部位：工具内部存在多处变径，在反循环时存在砂沉降堆积。
作者简介
贾双健；助理工程师；2012年毕业于中国石油大学（北京），石油工程专业，本科学历（学士学位），现就职于中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，现任生产作业助理监督，主要从事大修再完井工作。
[关键词]水力内割刀；反循环；冲砂；防堵；现场应用
中图分类号：TM116 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0307-01
一、问题的提出
原水力式内割刀受到结构限制，在出砂严重的井中应用水力切割时经常出现下钻无法到位、因水眼堵塞无法进行正常切割的情况。例如在渤海油田某区块31#井进行打捞防砂管柱作业时，因套管变形井内出砂严重，数次下入水力内割刀因提前遇阻、到位时水眼已经堵塞导致无法切割。
在大斜度井及水平井中由于低边砂无法完全冲洗干净，使用水力内割刀时，砂子和修井液一同进入管柱内腔沉降后堵塞割刀水眼（图1为砂将水淹堵死的实际情况），低边砂影响无法下入到位。这些问题突出了在处理大斜度井及出砂严重井时，需要一种能够进行循环洗井的水力内割刀，当遇到砂面可循环冲洗至设计深度，再进行切割作业。
二、常规水力割刀的结构特点
目前现场使用的水力割刀结构一般由上接头、本体、滑阀、弹簧、刀体及配件、引锥组成，不同厂商加工的尺寸略有不同，但结构原理相似：正循环修井液，液流通过水力割刀上部的滑阀上的直径5～8mm的水眼，节流效应产生压力推动滑阀向下运动，并推动割刀刀片沿轴销转动，刀头向外伸出达到切割尺寸。
割刀滑阀上的水眼是整个管柱组合的最小内径，也是唯一的循环通道，由于其尺寸小，无法进行正常循环并达到洗井的目的。
三、反洗式水力割刀的特点
3.1 反洗式割刀设计思路
由于水力内割刀通过液体节流压差实现张开刀片进行切割，故只能通过建立反循环来进行循环洗井，即割刀内机构能够在正循环时产生压差，反循环时液流通道变大，实现反循环。经过反复论证，设计结构见图2。
3.2 反洗式割刀工作原理
切割时，开泵正循环时并逐渐加大排量，钻井液通过阀板上喷嘴产生压力差，使活塞管克服弹簧阻力向上运动，推动刀头绕刀片销向外旋转进入切削状态。冲洗时，采用反循环流程，钻井液从环空进入水眼内，推动冲管压缩弹簧向上运动，推开阀板，内割刀的通道打开，水眼变大，实现冲砂洗井。
同时本割刀配有打捞爪盘，可以捞住洗井过程中无法循环出井的落物（如胶皮等），更能防止此类杂物进入割刀堵塞水眼。
四、反洗式割刀应用
4.1 实验井应用
1）反冲砂工艺
在实验井中，进行了反循环实验，在反洗排量20-30m3/h的情况下，能够满足下边两个条件：
（1）反洗冲砂水眼节流压力小于2.5MPa，保证循环时不会将修井液挤入地层，减少对地层的损害；
（2）冲砂上返流速大于0.9m/s，保证了携砂能力。
2）水力切割试验：
针对不同节流喷嘴（7.5-9mm）、在一定排量范围内切割实验（10-16m3/h），记录其切割时间、扭矩转速，实验共计14次，平均切割时间66分钟，有一次未能成功切割，成功率92%。经过室内模拟实验，针对发现的问题做出了如下改进：更改活塞密封结构、改变弹簧强度、改变刀片收回机构、使用对焊合金刀片。
4.2 现场应用
渤海油田某区块11#注水井后期作业过程中，井内出现地层砂，通过捞砂化验，判断为筛管问题。此井防砂管柱内径小、井斜42.8°，难以通过冲砂保证防砂管柱内冲洗干净，井筒低边残留的砂进入割刀将堵塞水眼（参见图1），进而无法实施切割。而使用可反洗式水力内割刀则能够反循环将井筒低边残留的地层砂循环出井，在砂沉降之前进行切割作业，避免了水眼堵塞、刀片无法顺利张开情况的发生。以下为该井的基础数据及施工过程：
4.2.1 基本数据
该11#井基础数据：生产套管：9-5/8"；切割对象：6-5/8″筛盲管；最大狗腿度：4.92°/30m；最大井斜：42.8°。
冲砂作业后使用普通割刀入井，提前10m遇阻，尝试切割未成功。起钻出井口后割刀以上两根短钻杆及一根钻杆堵死，判断主要为井筒低边砂影响，使用可反洗式水力割刀可反循环冲洗至预定深度后，倒正循环进行切割。
4.2.2 施工过程
（1）可反洗式水力割刀试验，反循环实验，40m3/h@1Mpa；正循环实验，排量@泵压：10m3/h@3Mpa；三块刀片张开均为48mm；最大切割范围为200mm满足切割要求；停泵后刀片收回，对刀片进行绑固。
（2）组下冲割捞一体管柱：割刀引鞋+114〞水力割刀+2-7/8"正扣钻杆+120mm可退式捞矛+3-1/2"正扣钻杆+6-1/2〞震击器+3-1/2"正扣钻杆。
（3）下钻至鱼腔内30.52m遇阻，建立反循环，排量@泵压：40m3/[email protected]。返出有地层砂及胶皮。继续冲洗进尺12.61m过切割位置。
（4）测试空转扭矩1.8～2.7Kn.m，起泵正循环切割：排量@泵压@转速@扭矩：14m3/h@4Mpa@[email protected]～4.5Kn.m切割15min，调整切割参数排量@泵压@转速@扭矩：21m3/h@7Mpa@[email protected]～8.1Kn.m，切割20min后参数变化为排量@泵压@转速@扭矩：21m3/h@7Mpa@[email protected]～4.5Kn.m，停泵放压，上提管柱回收刀片，无过提显示。
（5）根据泵压及扭矩变化，判断切割成功，下放管柱进行打捞作业，打捞成功后进行起钻。顺利捞获筛盲管及隔离封隔器共计43m。起钻。在该井使用8次，切割时间40到70分钟，平均60分钟，扭矩波动不超过5KN·m，均切割成功。
4.3 现场应用效果
此水力內割刀在现场实施三口井（11#井、06#井、26#井），切割范围包括5-1/2″、6-5/8″、7″，共使用18次。在施工程序上对比，至少能够节省2次起下钻切割失败并进行冲砂的施工时间。共计节省工期524小时，节省工期百分比为15%至21%。
五、总结与展望
可反洗式水力割刀与普通水力割刀相比，具反循环洗井功能，在5-1/2”--7”筛盲管内均可作业，此水力内割刀的适用范围：
1、井内存在地层砂、水垢、聚合物等需要冲洗才能进行切割的井；
2、施工过程中连续出砂的井；
3、井内存在封隔器胶皮等落物的井；
可反洗式水力割刀经过实验井和现场的应用，也逐渐发现了一些不足之处，正在进行进一步改进：
1、加大打捞爪盘上部空间：反循环时，当落物（封隔器胶皮、电缆卡子等）进入打捞爪盘后，滞留在爪盘之上，当落物堆积多时，将影响继续反循环；
2、提高密封圈材质，减少密封配合过盈量：工具内部有数道密封圈，在现场保养更换时易造成损坏；
3、减少反循环通道的变径，减少能堆积砂的部位：工具内部存在多处变径，在反循环时存在砂沉降堆积。
作者简介
贾双健；助理工程师；2012年毕业于中国石油大学（北京），石油工程专业，本科学历（学士学位），现就职于中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，现任生产作业助理监督，主要从事大修再完井工作。