橋塞及注灰一體化工藝管柱設計

黃明楊 饒繁 周志勇

摘? 要：橋塞工具在石油行業油氣井開發中應用較為廣泛，特別是在套變井中的應用更多，主要是對此類油井的底部進行封隔，對上部的油氣層進行后續開發。在此過程中要求橋塞外徑不能過大，因此筆者研究了直徑105mm的封隔橋塞及配套的工藝管柱，實現對套變井的封隔，在施工過程中，利用油管串將配套工具下入到預定位置，然后進行打壓，坐封橋塞，最后進行注灰作業。現場應用結果表明，該橋塞及配套管柱成功率較高，有著較好的應用前景。

關鍵詞：橋塞;注灰;一體化;工藝管柱;設計

引言

在油井的開發生產過程中，部分油井套管會發生變形、損毀等現象，根據相關統計結果，套變主要的表現形式為套管變形和直徑減小兩種，為了對油井持續開發，常采用的方式是對下部套變井段封隔，對上部油層開發。為此筆者進行了配套橋塞工具的研制，通過下入配套工具的工藝管柱進行油井封隔，最終實現油井的二次開發。

1、橋塞及配套工具研制

（1）橋塞結構分析

橋塞是油井封層注灰施工過程中較為重要的一種工具，其主要由以下四部分組成，分別是坐封機構、防回彈機構、封隔機構和丟手機構。其最大外徑一般設計為105mm，確保其能夠順利通過套變后的套管內部;在承壓方面一般至少能夠達到35MPa，不僅能夠保證不滲漏，還要求能夠保證后期的防砂需求。耐溫方面要達到130度，確保在常規井中的有效應用。橋塞的主要組成零部件有中心軸桿、底部座、上部卡瓦、下部卡瓦、上部錐體、下部錐體、剪釘、防突裝置、壓縮膠筒、鎖緊環、丟手頭、防松散環等。

橋塞的主體部分為易鉆材料設計，在注灰施工結束后，可以根據需要用鉆頭將其鉆除。同時筆者對橋塞中的鎖緊機構進行優化研究，縮短了鎖緊環的移動距離，避免了鎖緊環在工作過程中發生錯位。設計了膠筒防凸起裝置，有效避免膠筒在壓縮過程中發生流動，確保封隔效果。

（2）配套工具結構分析

配套工具的基本組成系統主要有打壓機構、壓力傳遞機構、液壓開啟機構、壓力轉換機構等。對應的參數指標分別為：整體最大外徑105mm，液壓啟動壓力8MPa，完全坐封壓力25MPa，配套工具耐溫130度、最大工作壓力35MPa，剪釘數量6個。具體的零部件有上部連接裝置、上部活塞、O型密封裝置、上連接環、中心管件、多功能環、下部活塞、連接頭、組合螺帽、下連接環、連接總成等。

2、工藝技術原理研究

該工藝在實施過程中，看首先用油管串將注灰橋塞和配套工具送入到油井中的預定位置，隨后進行深度的校核，確保深度數據準確，下步進行施工作業。首先大排量正循環洗井，直至進出口液體一致，沒有雜質為止，然后投入鋼球，用泵車將鋼球泵送到橋塞和坐封工具位置，此時泵車壓力開始上升，繼續打壓，當壓力上升到一定值后，啟動剪釘開始工作，上部活塞和下部活塞推動配套工具移動，擠壓膠筒和卡瓦，最后膠筒擠壓在套管內壁面上實現封隔，卡瓦咬在套管內壁實現錨定。由于在橋塞中設計了鎖環，所以膠筒和卡瓦均無法回彈。繼續打壓值25MPa，丟手工具開始作用實現丟手，最終泵車壓力降為零。

3、橋塞室內試驗研究

室內試驗研究的主要目的是對橋塞的整體性能進行分析，特別是橋塞坐封后的封隔能力和錨定效果，充分確保小直徑橋塞能夠有效作用在套管內壁上。整套試驗裝置主要由多功能試壓泵、套管、液壓關系、電動開關裝置等組成。

試驗流程：首先將橋塞和配套工具連接好，送入到套管中，然后用打壓接頭將橋塞連接到試壓泵上，對試壓泵放氣，防止打壓過程中出現崩彈，打壓至8MPa，穩壓5分鐘，然后繼續打壓值25MPa，穩壓5分鐘，繼續加壓直至壓力突降為零，說明橋塞丟手成功。起出打壓工具，向套管內注入液體并加壓，直至壓力達到35MPa，觀察橋塞底部是否有液體滲漏，沒有滲漏說明橋塞封隔效果良好，可以進行注灰施工，能夠滿足現場需求。

4.配套工具及管柱現場應用分析

所有的橋塞及配套工具的研究工作最終都要落實到現場應用上，都是為解決現場問題而進行的研究。筆者將研制的橋塞和配套工具在現場進行了應用研究，現場的應用結構表明，所有井次均達到了要求的標準。此處以A井為例進行分析研究，該井是一口油水井，在生產過程中發生了套變，需要采用橋塞進行封隔處理，然后對上部油層開發。施工過程中，首先下入小直徑封隔橋塞和配套工具，工藝管到達預定位置后，大排量洗井至進出口液體一致，隨后從井口的油管中投入鋼球實現密封，在鋼球下落過程中采用泵車泵送的方式進行，充分確保鋼球準確到位，鋼球到位后打壓至一定壓力實現橋塞坐封，然后進行注灰作業，注灰作業施工結束后繼續打壓至壓力突降為零。起出配套工具管柱，侯凝，施工結束。

5、結論

本文通過對橋塞工具及配套管柱進行研究分析和設計，研制了小直徑橋塞工具，實現了對套變井的注灰封隔。同時筆者也針對該工藝的技術原理進行了相應研究，得到了相關的室內試驗結果，現場應用效果良好，形成了橋塞及配套工藝管柱自主工藝技術，為企業的技術進步和發展提供了強大的技術支撐。

參考文獻

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作者簡介：黃明楊? 男 漢 湖北漢川，本科就讀 湖北省武漢市江夏區經濟開發區大橋新區文化大道武漢東湖學院 學生 機械設計制造及其自動化。