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(gè)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(huì)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(yàn)和探索，本文對(duì)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(shí)際開采中會(huì)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(shí)需要采取水力噴砂雙層切割技術(shù)，在鉆桿下進(jìn)行切割來解決卡鉆，雖然能解一時(shí)的故障，但長(zhǎng)期下去由于切割的管柱有單層和雙層之分，對(duì)于雙層的管柱，施工難度較大，工作周期長(zhǎng)，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(dòng)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(dòng)量，帶砂流體通過噴嘴高速?zèng)_擊被切割的物體，動(dòng)量在短時(shí)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(shí)，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(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)，為了保持切割位置固定不變，液壓錨定裝置對(duì)連續(xù)油管管柱起到加固位置的作用。Hydra-blast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(huì)相應(yīng)加大。
2.2噴嘴的構(gòu)成及對(duì)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(dòng)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(zhǎng)度三個(gè)方面，流量系數(shù)指實(shí)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(duì)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，流量系數(shù)變小時(shí)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(zhǎng)度也不同。
常見的噴砂噴嘴有四種，選擇時(shí)流量系數(shù)較大、射流擴(kuò)散角小等速核長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度5.9，選擇時(shí)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)實(shí)驗(yàn)及實(shí)例分析
3.1水力噴砂切割室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)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(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)比分析切割的效果。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一選用防砂和生產(chǎn)管柱，石英砂Oklahoma100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(shí)驗(yàn)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(shí)油管割斷，持續(xù)不斷地切割在37分鐘時(shí)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(shí)驗(yàn)二的切割目標(biāo)物為2-7/8“油管和5-1/2”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(shí)被切斷，連續(xù)管水力噴砂的沖擊下，盲管在30分鐘時(shí)被刺透，80分鐘時(shí)盲管完全被割斷，切割面較為光滑。兩個(gè)水力噴砂室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比和分析，利用相同的噴嘴，將實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)施了四次水力噴砂切割。
第一次的切割深度為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(shí)最大泵壓是3300psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為3760lbs。切割30分鐘后返出量減小，切割進(jìn)行60分鐘后壓力從3300psi下降到3000psi，總用時(shí)長(zhǎng)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(shí)最大泵壓是3070psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割30分鐘后返出量減小，壓力下降，此時(shí)判斷油管切割成功，總用時(shí)長(zhǎng)150分鐘。
第三次的切割深度為1395.6m，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(shí)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出返出口，不能通過返出量判斷切割的進(jìn)度，總用時(shí)長(zhǎng)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(shí)最大泵壓為4000psi，加砂速度為4.8L/min，用砂量為2600lbs。切割返出口氣體阻攔了觀察，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(duì)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(shí)驗(yàn)更靠近實(shí)際修井作業(yè)。針對(duì)于埋砂的狀況，進(jìn)行測(cè)卡點(diǎn)作業(yè)，避免切割后的管柱發(fā)生移動(dòng)情況，也可降低施工成本，同時(shí)減少對(duì)管柱的切割次數(shù)。
總的來說，內(nèi)層油管的連續(xù)水力噴砂切割比雙層切割更為成功，為了提高雙層切割技術(shù)需要進(jìn)一步的改進(jìn)和革新，提高施工的效率，需要在應(yīng)用中不斷的實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新和改進(jìn)并駕齊驅(qū)。