修井作業(yè)中使用連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)的研究

1、修井作業(yè)中使用連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)的研究 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水力切割技術(shù)的應(yīng)用開始在各行業(yè)普及，包括工業(yè)、醫(yī)療、食品加工等多個領(lǐng)域，但水 力切割技術(shù)最廣泛的用于油田修井作業(yè)。油田修井作業(yè)經(jīng)常會有定向壓裂、鉆除水泥塞、切割套管、射孔、清 洗井壁等問題，為了解決這些困難，采用連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)進(jìn)行試驗和探索，本文對比了井內(nèi)外管 柱不同的切割效果，提出了改進(jìn)切割技術(shù)的方法，最終達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。1. 連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)1.1 水力噴砂切割技術(shù)工作原理油田在實際開采中會出現(xiàn)各種各樣的問題，卡鉆就是常發(fā)生的故障之一，此時需要采取水力噴砂雙層切割技術(shù)， 在鉆桿下進(jìn)行切割來解決

2、卡鉆，雖然能解一時的故障，但長期下去由于切割的管柱有單層和雙層之分，對于雙 層的管柱，施工難度較大，工作周期長，增加了修井作業(yè)的復(fù)雜性。水力噴砂切割技術(shù)的工作原理是水力學(xué)的動量- 沖量定律和砂粒的沖蝕作用下達(dá)到切割的目的。具體是噴嘴將液流的壓頭轉(zhuǎn)換為動量，帶砂流體通過噴嘴高速沖擊被切割的物體，動量在短時間內(nèi)被轉(zhuǎn)換成沖量，砂粒在沖 擊作用下像砂輪般去切割目標(biāo)物，當(dāng)管柱的耐壓強(qiáng)度承受不住砂粒的沖蝕作用時，管柱在連續(xù)的沖擊力下，目 標(biāo)物即被切斷。水力噴砂切割技術(shù)操作過程相對較快，切割管柱的刺透力強(qiáng)，并且運(yùn)用水力噴砂相比其他處理 方式要環(huán)保。1.2 連續(xù)管水力噴砂雙層切割工作原理連續(xù)管水力噴砂雙層切割

3、技術(shù)和普通的切割技術(shù)有差異，首先要將石油井筒清洗干凈，然后把清洗井筒的水或 者清洗液換為帶砂的流體，高壓泵使攜砂流體通過噴嘴射向需要切割的管柱，在持續(xù)不斷的沖擊下，管柱最終 被切割成功。相對于水力噴砂切割技術(shù)，持續(xù)的雙層切割技術(shù)解決修井作業(yè)更為快捷，提高了工作效率。2. 連續(xù)管水力噴砂雙層切割工具2.1 水力噴砂雙層切割工具 連續(xù)管水力噴砂雙層切割主要是由液壓驅(qū)動錨定裝置、 Hydra-blast 工具、切割頭三部分工具組合去完成操作， 液壓錨定裝置主要是預(yù)防在切割過程中管柱由于噴砂的沖擊而移動，為了保持切割位置固定不變，液壓錨定裝 置對連續(xù)油管管柱起到加固位置的作用。 Hydra-blast

4、 工具主要起到加速作用，當(dāng)泵入連續(xù)油管的液流快速運(yùn)轉(zhuǎn)， 被切割的管柱所受到的沖擊力加大，切割的速度也整體加快。切割頭主要提高帶砂流體的噴射力度，由于切割 頭上附有噴嘴，噴射強(qiáng)度會相應(yīng)加大。2.2 噴嘴的構(gòu)成及對比分析噴嘴在切割技術(shù)的應(yīng)用中占據(jù)重要的地位，它不僅負(fù)責(zé)清洗，還是執(zhí)行切割的首要零件，壓力能轉(zhuǎn)化成高度聚 齊的動能也要通過噴嘴發(fā)揮效力，直接影響切割的效果。噴嘴的水力參數(shù)主要包括流量系數(shù)、射流擴(kuò)散角、射 流等速核長度三個方面，流量系數(shù)指實際流量比上理論流量的數(shù)值，該數(shù)值的平方表示噴嘴能量的轉(zhuǎn)換率，流 量系數(shù)和該數(shù)值平方表示噴嘴對液流阻力的影響，二者呈反比關(guān)系，當(dāng)流量系數(shù)變大，阻力則減小，流

5、量系數(shù) 變小時阻力增加，流量系數(shù)的數(shù)值不是不變的，噴嘴結(jié)構(gòu)有差異，射流擴(kuò)散角和等速核長度也不同。常見的噴砂噴嘴有四種，選擇時流量系數(shù)較大、射流擴(kuò)散角小等速核長的更適合切割工藝的執(zhí)行。第一種是橢 圓噴嘴，流量系數(shù)為 0.985，射流擴(kuò)散角為 12，等速核長度 5.4；第二種是圓弧噴嘴，流量系數(shù)為0.978 ，射流擴(kuò)散角 15，等速核長度 4.8；第三種是錐形噴嘴，流量系數(shù)0.963 ，射流擴(kuò)散角為 8，等速核長度 4.8 ；第四種流線型噴嘴，流量系數(shù)為 0.972，射流擴(kuò)散角為 8，等速核長度 5.9 ，選擇時還需要結(jié)合具體的施工情況進(jìn)行分 析，選擇最適合的噴嘴。3. 連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)

6、實驗及實例分析3.1 水力噴砂切割室內(nèi)試驗對比分析為了保障水力噴砂切割技術(shù)在油田的應(yīng)用達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，首先在室內(nèi)進(jìn)行兩場試驗，對比分析切割的效果。實驗統(tǒng)一選用防砂和生產(chǎn)管柱，石英砂OklahomalOO目，帶砂流體 WG11，砂液濃度為 8lb/m3，泵排量wei35gal/min ，砂比控制在 0.5lb/gal 。實驗一的切割目標(biāo)物是 2-7/8油管和5-1/2 ”盲管組合的雙層管柱，油管僅需10分鐘即被刺透，在切割進(jìn)行到12分鐘時油管割斷，持續(xù)不斷地切割在 37 分鐘時盲管被刺透，繼續(xù)切割 17 分鐘后盲管也被割斷，切割面較為整 齊。實驗二的切割目標(biāo)物為 2-7/8 “油管和 5- 1/2

7、 ”篩管組合的雙層管柱，油管只用了10 分鐘被刺透，在切割進(jìn)行到 13分鐘時被切斷，連續(xù)管水力噴砂的沖擊下，盲管在 30 分鐘時被刺透， 80 分鐘時盲管完全被割斷，切割面較為 光滑。兩個水力噴砂室內(nèi)試驗進(jìn)行對比和分析，利用相同的噴嘴，將實驗參數(shù)控制一致，水力噴砂切割技術(shù)能 完成雙層切割任務(wù)，且施工效果較好。3.2 連續(xù)管水力噴砂雙層切割技術(shù)實例分析某油田的油井最大井斜為32.8 造斜點(diǎn)為320m，該井的生產(chǎn)管柱是2-7/8 ”油管，選用的篩管為 5-1/2 ”繞絲篩管，現(xiàn)在由于地層出砂情況突發(fā)，生產(chǎn)管柱被埋，油井已停止生產(chǎn)工作，為了將生產(chǎn)管柱和防砂管柱取出，總 共實施了四次水力噴砂切割。第一

8、次的切割深度為 1451m，切割油管和繞絲篩管，膠液粘度為14cp,使用量為50方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓是3300psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為3760lbs。切割30分鐘后返岀量減小，切割進(jìn)行 60分 鐘后壓力從3300psi下降到3000psi，總用時長180分鐘。第二次的切割深度為1413.5m，切割油管和繞絲管，膠液粘度為14cp，使用量55.6方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓是3070psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割30分鐘后返岀量減小，壓力下降，此時 判斷油管切割成功，總用時長 150 分鐘。第三次的切割深度為1

9、395.6m，切割油管和盲管，膠液粘度為20cp，使用量37方，泵排量0.83BPM，切割時最大泵壓5750psi，加砂速度為 4.8L/min，用砂量為2500lbs。切割中有大量氣體涌岀返岀口，不能通過返岀量判 斷切割的進(jìn)度，總用時長 140分鐘。第四次的切割深度為1365m，切割油管和盲管，膠液粘度為17cp，使用量為37.5方，泵排量為0.83BPM，切割時最大泵壓為 4000psi，加砂速度為 4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割返岀口氣體阻攔了觀察，無法判斷切割 的效果。通過四次的切割施工，單層切割比雙層切割成功率更高，將雙層切割技術(shù)對管柱偏心、環(huán)空間砂子的影響等進(jìn) 行分析，模擬各種參數(shù)使實驗更靠近實