淺析可取式橋塞機(jī)械的結(jié)構(gòu)及設(shè)計

劉志成

（大慶油田裝備制造集團(tuán)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(zhǔn)確的井下封堵工具，廣泛應(yīng)用于井下作業(yè)施工，是油層改造的一項有效技術(shù)。我國橋塞的應(yīng)用開始于20世紀(jì)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(fā)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(shè)計也在慢慢的開發(fā)和進(jìn)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(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、錨定機(jī)構(gòu)等幾大機(jī)構(gòu)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(yīng)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)

橋塞的坐封機(jī)構(gòu)為了方便作業(yè)，一般采取與橋塞本體獨立設(shè)計的結(jié)構(gòu)。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(guān)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(yù)防中間坐封?，F(xiàn)在主要有著液壓坐封、電纜坐封、機(jī)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(yōu)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(jī)構(gòu)，采用油管或鉆桿下入，過程中容易產(chǎn)生流體壓力差造成橋塞產(chǎn)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(zhǔn)確等優(yōu)點。一般采用電纜輸送，坐封工具內(nèi)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(yè)時需要電纜車配合，程序復(fù)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(jī)械坐封方式

機(jī)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(zhuǎn)動。一般應(yīng)用于直井，對斜度大的井適應(yīng)性較差。

2 橋塞密封機(jī)構(gòu)

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(kuò)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(xiàn)在主要的一種密封方式，這種坐封方式工藝現(xiàn)在比較成熟，有著結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定等特點。有很好的適應(yīng)性，適用于高壓差下長期封層作業(yè)。

2.2 擴(kuò)張式膠筒密封

擴(kuò)張式膠筒密封與常規(guī)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(guī)則的裸眼井和套管變形井，其特點就是采用擴(kuò)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(jìn)油套環(huán)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(dá)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(yōu)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(huán)空。解封時候，通過打撈和加熱的方法可以解封?；厥蘸辖鹈芊怏w，該密封優(yōu)點為簡化工具結(jié)構(gòu)，增大工具內(nèi)通經(jīng)，現(xiàn)在為止，這種金屬材料還在處于開發(fā)的初期階段，工藝環(huán)節(jié)和抗壓的性能都還得繼續(xù)提高。

3 橋塞錨定機(jī)構(gòu)

油井的生產(chǎn)安全和橋塞的密封是否可靠，都受到橋塞錨定機(jī)構(gòu)的影響。橋塞在設(shè)計中一個重要的步驟就是錨定機(jī)構(gòu)的選擇，一般在現(xiàn)在工作中有分辨卡瓦錨定機(jī)構(gòu)和整體卡瓦錨定機(jī)構(gòu)兩種。

3.1 分瓣卡瓦錨定機(jī)構(gòu)

分辨卡瓦錨定機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)優(yōu)點是錨定可靠，無論是受壓、受拉或者中間狀態(tài)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jī)構(gòu)

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

4 防中途坐封、防碰撞機(jī)構(gòu)

在井下工作中經(jīng)常會產(chǎn)生流體壓力和套管發(fā)生接觸碰撞，會對橋塞在下井的時候發(fā)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(jīng)常發(fā)生在斜度大的井和水平井中。因此防中途坐封機(jī)構(gòu)在橋塞設(shè)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(jī)構(gòu)的設(shè)計。

（1）液壓坐封橋塞。

（2）擴(kuò)張式橋塞。

（3）雙錐體整體卡瓦錨定機(jī)構(gòu)橋塞。

5 雙向承高壓結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在在施工過程中，我們對現(xiàn)場的質(zhì)量要求，施工的進(jìn)度，施工結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，材料的使用壽命都有著嚴(yán)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(xiàn)在雙向承高壓也逐漸變成衡量橋塞的一個重要的環(huán)節(jié)。其中鎖緊機(jī)構(gòu)和承壓平衡在設(shè)計橋塞的時候也要研究考慮。

6 結(jié)語

因為橋塞是一種現(xiàn)場使用要求十分嚴(yán)格，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的井下封層工具。所以設(shè)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(guān)系是設(shè)計橋塞時候的重要因素。

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