连续油管液压切割：一种安全，有效的替代化学爆破切断的切割方法
Coiled-Tubing-Conveyed Hydromechanical Pipe Cutting: A Safe, Effective Alternative to Chemical and Explosive Severing Methods
作者：Dean J. Fanguy, SPE, Baker Oil Tools
摘 要
在过去的一段时间，在化学和爆炸性切割工具无法有效地切断管道的地方，管道，套管和钻杆回收已经被大量使用。
当传统的切割系统无效时，连续油管输送的液压机械管道切割系统被证明是管道回收的可行替代方案。该系统不含有或需要任何有害物质，因此比常规系统更安全。
管道切割系统结合了模块化稳定装置，减少了连续油管力的危险性和井眼偏离干扰切割操作。管道切割机构使用几种独特的刀片配置，专门设计用于解决各种冶金性能和尺寸。切割刀片包含先进的切削刀片，其先前已经在地下井内的各种金属铣削和切削应用中得到证实。
本文讨论了连续油管的液压机械管道切割系统的详细描述，其操作功能和各种情况。
引言
目前，电缆输送的爆炸射流和化学切割机是细孔井眼切割管道的首选。
爆炸式喷射切割机用于切断生产管道，钻杆和套管的常规尺寸。 切割动作由圆形电荷产生。 通常，这种类型的切割器在切断的管柱上留下耀斑。为了执行后续的管道恢复操作，有必要使用通常用过冲运行的内部铣刀插入件将留在井筒中的管道的顶端保持平滑。
化学切割机被设计成切割一根管子，而不会损坏相邻的线。它们产生无耀斑和不变形的切口。切断的管道的顶部可以与一个过冲接合，而不用磨机1进行敷料。
与使用螺旋管和螺纹管相比，电缆输送操作提供了几个优点。有线设备可以快速调动和拆卸;电缆可以进出更快的孔;有线操作的成本通常低于其他方法。
然而，当电缆输送的切割工具用于异种应用（例如切割塑料涂层或耐腐蚀合金）时，可以降低成功率。高密度井眼流体，管壁厚度大于管壁和切割器与管内壁之间的距离也降低了有线输送系统的有效性。另一个缺点是，有线系统被设计成每次操作只切割一串管道。因此，需要进入井眼的几次往返内部分离多个相邻的柱。
通过利用经过验证的井下金属切削技术的液压机械管道切割系统（HPCS），可以克服上述具体应用中有线输送切割机的局限性。 HPCS通过重量或液压激活。它可以通过井下修井马达或使用旋转钻机或动力回转从表面旋转。 HPCS提供了在井下清洁单管或多排管道所需的电力。当需要回收粘在露天孔2中的管道时，这种非变形的管道切割是特别有益的。
时间是成功管道恢复操作的关键因素。可以采用更快的钓鱼竿组件，成功地进行管道恢复操作。 HPCS留下的切断的钻杆的干净的顶部提高了使用钓鱼组件的效率。
历史
直到20世纪90年代初，尝试使用连续油管作为输送装置进行很少的切管操作。
当有线方法不适合时，修井或钻机和接头管道工作系统的组合是输送机械和液压活动管道切割工具的主要选择。这应用于高度偏差或水平井应用。
连续油管技术的发展已经在更具挑战性的应用中更频繁地使用，包括切割单根和多根管道。
许多技术开发和改进有助于连续油管的可靠性和增加的使用。这些包括管道制造技术和机械强度属性，实时管道完整性监测，管道力建模软件，基于应用的井下工具和作业设计软件。另外，连续油管与连接管相比具有几个竞争优势。它可以比管道更快地进出井，可以更快地调动和复员单位和船员，在生活井间干预中使用更安全，而且操作成本通常较低。
在1992年的修井作业中，一串重型钻杆（HWDP）意外地凝结在套管井筒内。在尝试恢复HWDP时，内径受到限制。希望通过HWDP内的限制区域并在其下方进行切割，以便管道恢复操作可以继续。由于捕鱼程序要求在切割之后重新连接到管道上，并且钓鱼后，切割必须顺利。在对内部管道切割工具进行彻底的搜索之后，实现了该应用所需的切割装置不存在。这项调查还确定，在管道切割机（IPC）内部没有输送管道，设计用于干净地穿透在细小井筒中使用的某些尺寸和类型的钻杆，套管和管道。在有限切割刀扫描设计的情况下可用的IPC。这使得它们不适合切割大多数厚壁，重型钻杆，生产管道和套管。
管道输送，内部管道切割机
输送管道的管道通常分为两类：（1）机械和（2）液压。
机械驱动的IPC被设计为通过从工具上方施加旋转和精确量的向下运动来激活。内部机械管道切割机（IMPC）将管道从内部切割到外部。当要切割的管道的内径可以访问时使用。它被设计用于管道或钻杆。旋转运动和动力由旋转台或动力转台提供。
建议在将IMPC放入井中时避免右旋，因为右旋转会使切割器处于工作位置。这使得IMPC不适用于连续油管和井下电机，因为如果传输足够的液压或流量，电动机的转子和驱动轴将旋转
通过电机的动力部分进入井6。
内部液压管道切割机（IHPC）使用液压将活塞和刀具组件移动到切割位置。可以使用钻机的旋转动力回转或井下电机来提供允许刀穿过管壁所需的旋转力。这种管道切割机适用于螺纹管或连续（卷管）管。与IMPC不同，IHPC可以用于直线和偏斜的井筒，因为横向摩擦力不太可能限制其运行7。在开发本文所述的液压机械管道切割机之前，只有有限数量的IHPC可用于狭缝和管道操作。 IHPC的每个尺寸提供了有限的切割深度或刀扫距离。这需要一个服务提供商来构建和存储许多不同大小的IHPC，以应对广泛的应用。
液压机械切管机开发
开发液压机械管道切割机（HPC）的主要驱动因素是基于现有IMPC和IHPC设计的限制。还有人指出，通过设计一种新工具，可以改进用IPCC切割单管和多管管道的整体成功率。
HPC可以通过重量和液压来启动。这使HPC能够应对最广泛的应用。 HPC由井下修井电机或钻机的旋转或动力回转旋转驱动，并在螺纹管或连续油管上输送。刀架，切割刀和外壳设计为提供比IHPC更好的稳定性。 HPC设计有三个切割刀，以增加表面接触面积并提供稳定性。该特征使得在高度偏离的井眼中遇到的侧向应力的影响最小化。
三刀设计还使得HPC能够被用作自我稳定的深喉器。专门开发和测试了特殊刀片，以解决管道，套管和露天孔内的清洁操作。用作隔音器时，HPC已经去除了水泥，包装砂，树脂涂层砂，形成和其他形式的障碍物。 HPC已经被更频繁地用于消除不必要的障碍物，而不是管道切割，因为给定年份的流通要求数量超过管道切断应用。
液压机械管道切割系统
当已经在连续油管上输送到管道上时，HPC运行在井下修井马达下方（图1-4）。 与井下钻井马达相比，修井马达提供更高的扭矩与速比。 这是一个好处，因为较慢的旋转速度和适当的马力维持旋转动力保护切割刀。
HPC由两个主要组件组成（图6）。内部组件连接到字符串。它由顶部的子芯，心轴，喷嘴支架和刀组成。外部组件包括驱动套筒，上部主体，下部主体和底部插头。两个组件互锁，彼此滑动，通过驱动销8转矩锁定。
当重量或内部液压被施加到工具时，压力作用在内部压力腔上，以将外部组件向上推动，其中钻头上的重量物理地推动其并且内部组件向下。有一个正面回报的春天。下部装有一个踢出斜面，当刀具起作用时，刀具以45度角推出。只要将钻孔重量或内部压力施加到刀具上，刀具保持在锁定位置。由于HPC包含三个刀片，它是自稳定的。这在严重偏离的井况下尤其重要。为了多功能性，该工具配有可更换的喷嘴，可以根据特定的井条件定制流量和活化率。 HPC还包含一个球和探头，为操作员提供一个正压力指示。
HPC采用几种独特的切割刀片配置，专门设计用于通过管道平滑切割，物理尺寸和非标准的冶金成分以及通常使用的材料（图5）。切割刀片包含可再生切削刀片，通常用于机床应用2。每个切削刀片被放置成特定的图案，以确保当先前刀片消失时，新的切削元件暴露于管壁。叶片需要较小的施加重量和较小的扭矩。他们持续时间更长切屑小，均匀，容易流通。
集中和稳定方法
虽然HPC是自稳定的，但连续油管的残余弯曲和在偏斜或水平井筒中产生的侧向力可能对成功的管道切割操作的结果产生负面影响。剩余的
弯管发生在连续油管中，因为连续油管卷绕在卷轴和鹅颈管9,10上。
液压驱动型扶正器。在大多数应用中，当连续油管用于输送HPCS时，液压致动的扶正器位于双重活化的循环副井下修井电机之间（图1,2和4）。这提供了HPCS上部的横向支撑。在几个应用中，第二液压致动的扶正器放置在井下修井马达和HPC之间（图1）。这有助于在激活期间和管道切割顺序期间集中和稳定HPC。另外，使用较低放置的扶正器确保切割刀持续等量的点加载。这可以帮助减少电机档位并提高使用寿命。
下液压致动的扶正器具有内心轴，自内侧心轴自由旋转通过弓形弹簧
轴承位于心轴和弓形弹簧保持器组件之间。
液压致动的扶正器在孔中延伸，弓形弹簧处于缩回位置，因此允许容易地通过井筒11内的小内径。当泵送通过扶正器时，弹簧延伸以接触管壁并将HPC系统放置在井眼的中心。
改变扼流圈尺寸可以定制扶正器启动压力。这样可以调节扶正器，使弓弹簧在激活HPC之前膨胀。每个扶正器可以在表面上进行调整，以扩大到特定的直径范围。
液压油管。当生产管道切割时，液压油管锚杆已被用于应用。液压油管锚杆与管壁充分接触以支撑HPC系统，并有助于隔离侧向力和轴向力。当压力释放到工具内部时，液压油管锚杆使用弹簧支承的滑动件缩回锚固体。
液压机械油管。作为卷管输送管道冲压系统的一部分开发的液压机械锚杆已被用于多个管道切割应用中。液压机械管道锚杆使用锥形和夹头抓钩将工具锚定到管道上。抓斗连接到活塞上，液压用于激活工具。施加到顶端的重量在切割顺序期间保持锚固。
压缩旋转，非旋转稳定剂和改良纺丝洗涤工具。当在要切割的管道内部设置限制或桥塞时，压缩式旋转管和牛颈管已被用于管道切割应用中。压缩旋转头的顶端安装在HPC的下方。公牛鼻子附着在压缩旋转器的下端。 HPC系统下降到井中，桥塞或限制被标记。将CT置于轻微压缩模式后，HPCS将被激活。 HPC可自由旋转并完成切割，无需管道干扰切割顺序。
案例历史（下文）描述了一种类似的方法，其中将旋转洗涤工具和改进的喷射头放置在HPC的下方，并将桥塞设置在钻杆内部（图3）。
在另一个应用中，具有大鼻子的非旋转稳定器被安装在HPC的下面。 HP系统进入井，将公牛鼻放置在井筒内部的内径限制之上。将连续油管置于轻微的压缩状态，HPC被激活并完成切割。
软件支持
一个软件程序可以在每个作业和现场操作之前对HPC的流量和运行特性进行建模。 该程序有助于确定最合适的孔尺寸以最大化效率
允许液压动力来操作HPC。 该软件还用于将要切割的管道的最佳表面切割速度与井下修复电机或其他旋转装置的RPM输出相关联。
案例历史
HPC用于卷管。
英国北海。两个分开计划的切割（4,683英尺和727英尺）完成使用2.88英寸。 HPC内置5.5升，17磅/ L-80级-13 CR生产管（图1）。切割组件包含3.13英寸液压扶正器高于和低于2.88英寸。井下修井电机，以保持稳定，并在切割操作过程中尽量减少盘管的运动。
中国。双串切割完成了2.88英寸。空管和4.88英寸砾石包装屏幕（图2）。 A 2.13-in HPC的运行速度低于2.130英寸。液压扶正器和2.13英寸井下修井马达并以1.25英寸的速度输送。连续油管。包括液压扶正器以提供电动机和切割机上方的侧向支撑，因为井筒角度在切割深度为7,474英尺时为56度。在中国，同样的井底组件配置证明在切割3.5英寸，13.3磅/ ft P-105级钻杆，角度为53度，深度为7,440英尺。
加利福尼亚。在具有内部塑料涂层的3-1 / 2-in。，13.3lb / ft S-135钻杆内完成切割（图3）。先前已将桥塞设置在钻杆联接器内部，以提供在切割操作期间和之后控制压力的手段。一个8.5英尺的延伸关节和一个带有改进的喷头的旋转洗涤工具连接到2-1 / 4-in的底部。 HPC和2.13英寸井下修井电机。延长接头确保在已经设置了桥塞的钻杆联轴器上方完成切割。电机采用高温定子弹性体，因为井底温度高于400 oF。该组件以1-1 / 2-in进行传送。连续油管并运行到12,975英尺的深度。旋转清洗工具在HPC和桥塞之间创建了一个旋转接头。这使得工具专家能够将连续油管柱放置在低压缩状态，从而防止连续油管随后的移动妨碍切割。
南美洲。在4.5英寸12.75磅/英尺的管道中完成了五个切割，其中压力传感器线夹在其外部（图4）。其中两次砍伐是在一次单程进入井内完成的。以前曾尝试用化学切割机切割管道。进行多次切割是因为管道卡在9.56英寸内。套管和沙子填充了管道和套管之间的环空。因为在管道外面有电线和电线夹，并且因为气体提升心轴被包括在完成中，所以管道操作是不可行的。虽然五个切口中的一个已经渗透到管道中的90％，但是每次切割被成功地拉出，并且在用钓鱼竿锁定之前不需要上衣。
HPC与螺纹管道一起使用。
墨西哥湾，美国。一个2.25英寸HPC成功切割3 -1 / 2英寸，10.2磅/英尺。 22％CR生产管道，同时使用18lb / gal泥浆。井底温度为370°F，切割时间为11分钟。切割组件运行在1.660英寸。螺纹工作绳，无任何额外的稳定装置。
西弗吉尼亚州，美国。通过3.5英寸，9.3lb / ft管道，在5.5升，17lb / ft管道内偏心地胶合双线切割。 HPC在1.660英寸内传达。 CS Hydril工作绳，通过使用电动旋转旋转。
剖面铣削应用
HPC已被用于切割和铣削一个12英尺的4.5英寸，11.6磅/英尺的套管低于20,000的部分。 HPC在钻杆和钻铤之下运行。
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