淺析可取式橋塞機械的結構及設計

劉志成

（大慶油田裝備制造集團采油裝備制造分公司，黑龍江 大慶 163411）

橋塞是一種施工簡單、耐壓差高、密封時間長、定位準確的井下封堵工具，廣泛應用于井下作業施工，是油層改造的一項有效技術。我國橋塞的應用開始于20世紀80年代，比國外起步晚20年左右，國外的橋塞在這些年的開發和研究中，選用新型材料、可以回收再利用、塑性強、耐溫、耐壓方面有了顯著提升。我國的橋塞研究和設計也在慢慢的開發和進步中，一步步形成了可鉆式橋塞和可取式橋塞兩大種類。一般都由坐封機構、密封機構、錨定機構等幾大機構組成。前者橋塞解封時候只能鉆銑從而對套管造成破壞，后者解封時候不需要鉆銑，還可以回收再利用，而且對套管破壞很小，應用范圍廣泛。但目前我國研制的可取式橋塞還存在著容易中途坐封、解封、解卡機構不靈活，可靠性差，使用壽命短，雙向承壓能力低等問題。

1 橋塞坐封機構

橋塞的坐封機構為了方便作業，一般采取與橋塞本體獨立設計的結構。是橋塞的重要組成部分。橋塞的膠筒坐封動作和卡瓦坐卡動作能否完成，關鍵在于橋塞的坐封性能好與壞，以及在工作過程中，橋塞正確的丟手和預防中間坐封。現在主要有著液壓坐封、電纜坐封、機械坐封三種主要的坐封方式。

1.1 液壓坐封方式

液壓坐封橋塞具有施工安全、坐封力大等優點，連接銷釘、反扣螺紋以及彈簧鎖止通過連接將橋塞本體和液壓坐封工具連接在一起，一般帶有1到3級活塞液缸機構，采用油管或鉆桿下入，過程中容易產生流體壓力差造成橋塞產生中途坐封或提前丟手的問題。

1.2 電纜坐封方式

電纜坐封橋塞具有施工速度快、定位準確等優點。一般采用電纜輸送，坐封工具內裝有動力火藥，用連接銷釘和橋塞本體連接。電纜坐封橋塞作業時需要電纜車配合，程序復雜，具有一定的危險性。尤其對斜度井和深井使用效果一般。

1.3 機械坐封方式

機械坐封橋塞施工時無需泵車和電纜車配合，成本低，一般采用油管或鉆桿下入，由上提油管坐封和丟手橋塞的轉動。一般應用于直井，對斜度大的井適應性較差。

2 橋塞密封機構

橋塞的主要部件之一就是密封原件，它直接對橋塞的密封效果、使用范圍、綜合的性能起到了直接的效果。目前的橋塞有著壓縮式膠筒、擴張式膠筒和金屬密封3種主要的方式。

2.1 壓縮式膠筒密封

由壓縮式膠筒作為密封原件的密封稱為壓縮式膠桶密封，這種密封方式為現在主要的一種密封方式，這種坐封方式工藝現在比較成熟，有著結構緊湊、性能穩定等特點。有很好的適應性，適用于高壓差下長期封層作業。

2.2 擴張式膠筒密封

擴張式膠筒密封與常規壓縮式膠筒密封相比，有著密封長度較長，可以適用于井壁不規則的裸眼井和套管變形井，其特點就是采用擴張式膠筒作為密封件。

2.3 金屬密封

焊接式的金屬密封方式為易熔金屬密封，膨脹式的金屬密封方式為超彈性金屬密封。易熔金屬密封是利用金屬在高溫下融化的原理，在加熱器下放到井下橋塞位置處，加熱易熔密封件融化填充進油套環空，焊接橋塞外殼和套管壁，使其固定和密封。解封時候，融化密封部件，達到解封目的。該種密封具有耐高溫、耐高壓、不受套管變形影響等優點。焊接點不容易老化和腐蝕，密封時間長。

超彈性金屬密封為合金密封，原理為利用合金密封體軸向運動使密封體膨脹，密封油套環空。解封時候，通過打撈和加熱的方法可以解封。回收合金密封體，該密封優點為簡化工具結構，增大工具內通經，現在為止，這種金屬材料還在處于開發的初期階段，工藝環節和抗壓的性能都還得繼續提高。

3 橋塞錨定機構

油井的生產安全和橋塞的密封是否可靠，都受到橋塞錨定機構的影響。橋塞在設計中一個重要的步驟就是錨定機構的選擇，一般在現在工作中有分辨卡瓦錨定機構和整體卡瓦錨定機構兩種。

3.1 分瓣卡瓦錨定機構

分辨卡瓦錨定機構采用雙錐體、一套卡瓦組成。在上壓時候，上椎體向下推動卡瓦，在下壓得時候，下椎體向上推動卡瓦。該貓卡機構優點是錨定可靠，無論是受壓、受拉或者中間狀態保持上方和下方的壓力以及防止膠筒蠕動，容易加工。但是在橋塞結構設計上，卡瓦椎體容易脫卡是一大難題，容易造成卡封事故。

3.2 整體卡瓦錨定機構

整體卡瓦采用雙向卡瓦錨定結構，外圓表面上有齒槽環形，為筒形結構。其特點為克服了普通卡瓦應力分布不合理的缺點，使卡瓦受力均勻的分布在套管內壁上，很好的改善了套管的周向應力分布，結構緊湊，對套管損傷小的特點。但是其有著加工難度大、可重復使用性能低的缺點。

4 防中途坐封、防碰撞機構

在井下工作中經常會產生流體壓力和套管發生接觸碰撞，會對橋塞在下井的時候發生橋塞中途就坐封的情況，會對施工工作造成影響。這種情況經常發生在斜度大的井和水平井中。因此防中途坐封機構在橋塞設計中尤為重要。目前有有幾種形式可以防止中途坐封、防碰撞機構的設計。

（1）液壓坐封橋塞。

（2）擴張式橋塞。

（3）雙錐體整體卡瓦錨定機構橋塞。

5 雙向承高壓結構

現在在施工過程中，我們對現場的質量要求，施工的進度，施工結構的復雜性，材料的使用壽命都有著嚴格的要求，無法滿足要求的橋塞就會慢慢被市場所淘汰。所以現在雙向承高壓也逐漸變成衡量橋塞的一個重要的環節。其中鎖緊機構和承壓平衡在設計橋塞的時候也要研究考慮。

6 結語

因為橋塞是一種現場使用要求十分嚴格，結構復雜的井下封層工具。所以設計出防止中途坐封和雙向承高壓的橋塞，處理好坐封、密封、錨定之間的關系是設計橋塞時候的重要因素。

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