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1、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
2、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l 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）
3、 套管 切割工具 断口 断口 小孔l 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：3 BrF3 +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，
4、主要的构件为：l 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。l 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。l 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。l 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。l 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。l 下部推进剂装置：与上部推进剂同样的成份。l 下部推进剂隔离装置：用来装下部推进剂的装置。l 控制阀：控制推进剂燃烧而产生的气体到催化剂和切割头。
5、l 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)。l 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。l 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。l 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。l 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。定位接箍点火头上部推进剂扶
6、正器（居中定位）下部推进剂化学药剂筒催化剂切割头盲堵化学切割工具图：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。l 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10，00020，000Psi(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
7、、碎片在井内。对以后的作业不产生任何负面影响。l 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
8、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Cutter ODPipe SizePipe ODPipe IDPipe Weitht(in.)(mm)(in.)(in.)(mm)(in.)(mm)(lb/ft)(kg/m)0.68817.53/41.05026.70.82420.91.201.790.688
9、17.53/41.05026.70.74218.81.502.240.68817.511.31533.40.95724.32.253.350.719*18.31-1/41.25031.80.90923.11.081.610.750*19.11-1/41.25031.80.95024.10.941.400.750*19.11-1/41.31533.40.97024.62.253.350.813*20.61-1/41.25031.80.98024.90.841.250.813*20.61-1/41.25031.81.03226.21.331.980.87522.211.31533.41.04926
10、.61.802.680.87522.21-1/41.25031.81.07527.31.111.650.938*23.81-1/41.25031.81.07527.31.111.660.938*23.81-1/41.31533.41.04926.61.802.68Cutter ODPipe SizePipe ODPipe IDPipe Weitht(in.)(mm)(in.)(in.)(mm)(in.)(mm)(lb/ft)(kg/m)1.063*27.01-1/41.25031.81.27832.53.024.501.12528.61-1/41.66042.21.27832.53.024.5
11、01.25031.81-1/41.66042.21.38035.12.403.581.25031.81-1/21.90048.31.50038.13.645.431.43836.51-1/21.90048.31.61040.92.904.321.43836.522.00050.81.67042.43.405.071.43836.52-1/162.06252.41.75044.53.405.071.62541.32-3/82.37560.31.86747.45.958.871.68842.92-3/82.37560.31.93949.35.307.901.750*44.42-3/82.37560
12、.31.99550.74.707.011.812*46.02-3/82.37560.32.04151.84.005.962.00050.82-7/82.87573.02.25957.48.7012.972.12554.02-7/82.87573.02.32359.07.9011.782.168*55.62-7/82.87573.02.44162.06.509.692.37560.33-1/23.50088.92.60266.115.5023.112.50063.53-1/23.50088.92.75069.912.9519.312.500*63.53-1/23.50088.92.99276.0
13、9.3013.872.625*66.73-1/23.50088.92.99276.09.3013.872.688*68.33-1/23.50088.92.99276.09.3013.872.75069.93-1/23.50088.93.06877.97.7011.482.75069.93-1/23.50088.92.99276.09.3013.872.75069.93-1/23.50088.92.99276.010.2015.213.12579.444.000101.63.34084.813.4019.983.188*81.044.000101.63.42887.111.6017.303.25
14、0*82.63-3/43.75095.33.49288.75.107.603.250*82.644.000101.63.47688.311.0016.403.312*84.144.000101.63.54890.19.5014.163.500*88.944.000101.63.73294.85.658.423.500*88.94-1/44.250108.03.73094.711.0816.523.62592.14-1/24.5000.03.92099.613.5020.133.62592.14-1/24.500114.33.82697.215.1022.513.62592.14-3/44.75
15、0120.73.85097.821.0031.313.688*93.74-1/24.500114.33.958100.512.7519.013.719*94.54-1/44.250108.03.974100.96.209.243.750*95.34-1/24.500114.34.000101.611.6017.303.750*95.34-3/44.750120.74.000101.618.0026.843.750*95.355.000127.04.000101.624.2036.08Cutter ODPipe SizePipe ODPipe IDPipe Weitht(in.)(mm)(in.
16、)(in.)(mm)(in.)(mm)(lb/ft)(kg/m)3.812*96.84-1/24.500114.34.052102.910.5015.663.844*97.64-1/24.500114.34.090103.99.5014.163.844*97.64-3/44.750120.74.082103.716.0023.863.906*99.255.000127.04.154105.521.0031.314.000101.64-1/24.500114.34.216107.16.7510.064.000101.64-3/44.750120.74.230107.412.4718.594.00
17、0101.655.000127.04.276108.618.0026.844.125*104.84-3/44.750120.74.364110.89.5014.164.156*105.655.000127.04.408112.015.0022.374.188*106.44-3/44.750120.74.460113.37.2510.814.250*108.055.000127.04.494114.113.0019.38*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）Cutter ODPipe SizePipe ODPipe IDPipe Weitht(in.)(mm)(in.)(
18、in.)(mm)(in.)(mm)(lb/ft)(kg/m)4.312*109.555.000127.04.560115.811.5017.14.312*109.55-1/25.500139.74.548115.526.0038.74.344*110.35-1/25.500139.74.580116.325.0037.34.375*111.15-1/45.250133.44.648118.116.0023.84.438112.755.000127.04.696119.38.0011.94.438112.75-1/25.500139.74.670118.623.0034.34.469*113.5
19、5-1/45.250133.44.944125.68.5012.74.500114.35-1/45.250133.44.730120.113.8620.74.500114.35-1/25.500139.74.778121.420.0029.84.625*117.55-1/45.250133.44.886124.110.0014.94.688119.15-1/45.250133.44.944125.68.5012.74.688119.15-1/25.500139.75.044128.113.0019.44.688119.15-1/25.500139.74.892124.317.0025.34.6
20、88119.15-9/165.625142.95.047128.215.0022.4*经过修正的特种切割器直径钻杆切割器相应的尺寸说明Cutter ODPipe SizePipe ODPipe IDPipe Weitht(in.)(mm)(in.)(in.)(mm)(in.)(mm)(lb/ft)(kg/m)1.62541.32-3/82.37560.31.81546.16.659.912.00050.82-7/82.87573.02.15154.610.4015.502.37560.33-1/23.50088.92.60266.115.5023.102.50063.53-1/23.50088
21、.92.76470.213.3019.823.12579.37544.000101.63.36485.412.6018.773.12579.37544.000101.63.34084.814.0020.863.250*82.644.000101.63.47688.311.8517.663.375*85.94-1/24.500114.33.64092.520.0029.803.62592.0754-1/24.500114.33.82697.216.6024.733.688*93.74-1/24.500114.33.958100.513.7520.493.750*95.355.0001274.00
22、0101.625.6038.144.000101.655.0001274.276108.619.5029.064.156*105.655.0001274.408112.016.2524.214.438112.7355.0001274.696119.38.011.924.500114.35-1/25.500139.74.778121.421.9032.634.500114.35-1/25.500139.74.670118.624.7536.88*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
23、 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-20692539.602) 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）1508X52303.6980.85锤入2339.7K5590.7208.43返至井口3177.8N8039.22323.7前置:207428后置:14255) 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)4.463
24、603608584.98746) 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
25、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
26、打开深度相同。关闭放气阀，打开安全阀，环空试压200psi x 5min, 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
27、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左右米。5) 起出电缆通井工具。6) 组装并下入电缆射孔枪，校深后，关闭电缆防喷器及防喷管，电缆点火引爆射孔枪，在过电缆封隔器以下油管本体上射开4个孔。设计射孔弹穿深1/4-3/8英寸，相位180度，孔距20厘米。确认油管已被射开后，起出电缆射孔枪。7) 接管线，用过滤海水反循环洗井。（二） 化学切割油管作业由于化学切割是通过高温高压高浓度的化学药剂射出后，到达被切割的管柱后，强
28、烈的化学腐蚀将其切割，所以切割工具切割前应使管柱处于拉伸状态，这样可以更好的完成切割作业，而且从地面可以感觉的到切割时的强烈颤动，更好的证明管柱已经被切割。可以理解为化学腐蚀后将管柱拉断的过程。化学切割需要将管柱内充满液体，由于化学药剂在发射的一刹那，有可能腐蚀化学切割工具本身的工具串，所以在切割弹底部以下要留下一定的口袋供化学药剂的稀释，作业时应考虑到。另外，由于化学切割工具串是通过电缆下入的，所以要考虑切割完以后电缆及化学切割工具的安全，要考虑油管内外的压差，如果油管内压力太高，而套管内压力太低，油管断开的一刹那，油管内的压力将瞬间释放，将会导致切割工具串相对于油管下移而卡在断口处，由于电
29、缆的拉伸负荷较小，这样将使化学切割工具管串落井，给下步作业造成困难；同样如果套管压力太高而油管压力较低，油管断开的一刹那，套管内的压力将会瞬间释放到油管内，从而导致切割工具管串连同电缆瞬间上穿，电缆就会在油管内缠绕打扭而卡在油管内，使打捞作业问题复杂化了。所以在切割油管前一定要在油管内憋上一定的压力，用来平衡内外压力，使切割作业完后，工具能安全顺利的起出来。下面就是化学切割的详细的作业步骤：1) 将油管上提至30吨（根据井况决定上提负荷，由于该井井斜较大，所以上提负荷较大，）用卡瓦座在井口，将卡瓦固定好。2) 组装电缆防喷器及防喷管。3) 专业人员严格按照操作程序组装化学切割弹，作业时无关人员
30、远离危险区。作业期间要通知平台及平台附近无线电保持沉默，保证作业的安全性。4) 连接化学切割工具管串，电缆下入切割工具。下入速度控制在90米/分钟。5) 工具下到800米处，根据CCL测井的油管接箍和油管下入表校深。6) 根据校深结果，找到切割位置（滑套上面单根油管顶部0.5米处）。7) 关闭电缆防喷器，油管内打压，控制油套压力，点火引爆切割弹。观察油管及钻台有剧烈震动，可确定油管已被切断。8) 起出电缆切割工具。注：在起至距井口70米时，一定要放慢速度，注意安全。直到全部起出电缆切割工具管串后，方可解除警报。9) 拆卸电缆防喷及器防喷管，作业时无关人员远离作业区。以上是对QHD32-6D10井化学切割油管的介绍，此技术的成功应用对下一部的打捞作业奠定了基础，油管光滑平整的断口为打捞作业提供了好的条件，为以后复杂打捞井提供了可靠的依据，此技术值得发扬推广！2002年12月25日
