橋塞及注灰一體化工藝管柱設(shè)計(jì)

黃明楊 饒繁 周志勇

摘? 要：橋塞工具在石油行業(yè)油氣井開(kāi)發(fā)中應(yīng)用較為廣泛，特別是在套變井中的應(yīng)用更多，主要是對(duì)此類油井的底部進(jìn)行封隔，對(duì)上部的油氣層進(jìn)行后續(xù)開(kāi)發(fā)。在此過(guò)程中要求橋塞外徑不能過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)套變井的封隔，在施工過(guò)程中，利用油管串將配套工具下入到預(yù)定位置，然后進(jìn)行打壓，坐封橋塞，最后進(jìn)行注灰作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該橋塞及配套管柱成功率較高，有著較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：橋塞;注灰;一體化;工藝管柱;設(shè)計(jì)

引言

在油井的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中，部分油井套管會(huì)發(fā)生變形、損毀等現(xiàn)象，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，套變主要的表現(xiàn)形式為套管變形和直徑減小兩種，為了對(duì)油井持續(xù)開(kāi)發(fā)，常采用的方式是對(duì)下部套變井段封隔，對(duì)上部油層開(kāi)發(fā)。為此筆者進(jìn)行了配套橋塞工具的研制，通過(guò)下入配套工具的工藝管柱進(jìn)行油井封隔，最終實(shí)現(xiàn)油井的二次開(kāi)發(fā)。

1、橋塞及配套工具研制

（1）橋塞結(jié)構(gòu)分析

橋塞是油井封層注灰施工過(guò)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(jī)構(gòu)、防回彈機(jī)構(gòu)、封隔機(jī)構(gòu)和丟手機(jī)構(gòu)。其最大外徑一般設(shè)計(jì)為105mm，確保其能夠順利通過(guò)套變后的套管內(nèi)部;在承壓方面一般至少能夠達(dá)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(dá)到130度，確保在常規(guī)井中的有效應(yīng)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(huán)、丟手頭、防松散環(huán)等。

橋塞的主體部分為易鉆材料設(shè)計(jì)，在注灰施工結(jié)束后，可以根據(jù)需要用鉆頭將其鉆除。同時(shí)筆者對(duì)橋塞中的鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究，縮短了鎖緊環(huán)的移動(dòng)距離，避免了鎖緊環(huán)在工作過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)位。設(shè)計(jì)了膠筒防凸起裝置，有效避免膠筒在壓縮過(guò)程中發(fā)生流動(dòng)，確保封隔效果。

（2）配套工具結(jié)構(gòu)分析

配套工具的基本組成系統(tǒng)主要有打壓機(jī)構(gòu)、壓力傳遞機(jī)構(gòu)、液壓開(kāi)啟機(jī)構(gòu)、壓力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)等。對(duì)應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)分別為：整體最大外徑105mm，液壓?jiǎn)?dòng)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(shù)量6個(gè)。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(huán)、中心管件、多功能環(huán)、下部活塞、連接頭、組合螺帽、下連接環(huán)、連接總成等。

2、工藝技術(shù)原理研究

該工藝在實(shí)施過(guò)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(yù)定位置，隨后進(jìn)行深度的校核，確保深度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，下步進(jìn)行施工作業(yè)。首先大排量正循環(huán)洗井，直至進(jìn)出口液體一致，沒(méi)有雜質(zhì)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(shí)泵車壓力開(kāi)始上升，繼續(xù)打壓，當(dāng)壓力上升到一定值后，啟動(dòng)剪釘開(kāi)始工作，上部活塞和下部活塞推動(dòng)配套工具移動(dòng)，擠壓膠筒和卡瓦，最后膠筒擠壓在套管內(nèi)壁面上實(shí)現(xiàn)封隔，卡瓦咬在套管內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)錨定。由于在橋塞中設(shè)計(jì)了鎖環(huán)，所以膠筒和卡瓦均無(wú)法回彈。繼續(xù)打壓值25MPa，丟手工具開(kāi)始作用實(shí)現(xiàn)丟手，最終泵車壓力降為零。

3、橋塞室內(nèi)試驗(yàn)研究

室內(nèi)試驗(yàn)研究的主要目的是對(duì)橋塞的整體性能進(jìn)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(nèi)壁上。整套試驗(yàn)裝置主要由多功能試壓泵、套管、液壓關(guān)系、電動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置等組成。

試驗(yàn)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(duì)試壓泵放氣，防止打壓過(guò)程中出現(xiàn)崩彈，打壓至8MPa，穩(wěn)壓5分鐘，然后繼續(xù)打壓值25MPa，穩(wěn)壓5分鐘，繼續(xù)加壓直至壓力突降為零，說(shuō)明橋塞丟手成功。起出打壓工具，向套管內(nèi)注入液體并加壓，直至壓力達(dá)到35MPa，觀察橋塞底部是否有液體滲漏，沒(méi)有滲漏說(shuō)明橋塞封隔效果良好，可以進(jìn)行注灰施工，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

4.配套工具及管柱現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

所有的橋塞及配套工具的研究工作最終都要落實(shí)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用上，都是為解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題而進(jìn)行的研究。筆者將研制的橋塞和配套工具在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用研究，現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)表明，所有井次均達(dá)到了要求的標(biāo)準(zhǔn)。此處以A井為例進(jìn)行分析研究，該井是一口油水井，在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生了套變，需要采用橋塞進(jìn)行封隔處理，然后對(duì)上部油層開(kāi)發(fā)。施工過(guò)程中，首先下入小直徑封隔橋塞和配套工具，工藝管到達(dá)預(yù)定位置后，大排量洗井至進(jìn)出口液體一致，隨后從井口的油管中投入鋼球?qū)崿F(xiàn)密封，在鋼球下落過(guò)程中采用泵車泵送的方式進(jìn)行，充分確保鋼球準(zhǔn)確到位，鋼球到位后打壓至一定壓力實(shí)現(xiàn)橋塞坐封，然后進(jìn)行注灰作業(yè)，注灰作業(yè)施工結(jié)束后繼續(xù)打壓至壓力突降為零。起出配套工具管柱，侯凝，施工結(jié)束。

5、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)橋塞工具及配套管柱進(jìn)行研究分析和設(shè)計(jì)，研制了小直徑橋塞工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)套變井的注灰封隔。同時(shí)筆者也針對(duì)該工藝的技術(shù)原理進(jìn)行了相應(yīng)研究，得到了相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，形成了橋塞及配套工藝管柱自主工藝技術(shù)，為企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

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作者簡(jiǎn)介：黃明楊? 男 漢 湖北漢川，本科就讀 湖北省武漢市江夏區(qū)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)大橋新區(qū)文化大道武漢東湖學(xué)院 學(xué)生 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。