桥塞及注灰一体化工艺管柱设计

黄明杨 饶繁 周志勇

摘  要：桥塞工具在石油行业油气井开发中应用较为广泛，特别是在套变井中的应用更多，主要是对此类油井的底部进行封隔，对上部的油气层进行后续开发。在此过程中要求桥塞外径不能过大，因此笔者研究了直径105mm的封隔桥塞及配套的工艺管柱，实现对套变井的封隔，在施工过程中，利用油管串将配套工具下入到预定位置，然后进行打压，坐封桥塞，最后进行注灰作业。现场应用结果表明，该桥塞及配套管柱成功率较高，有着较好的应用前景。

关键词：桥塞;注灰;一体化;工艺管柱;设计

引言

在油井的开发生产过程中，部分油井套管会发生变形、损毁等现象，根据相关统计结果，套变主要的表现形式为套管变形和直径减小两种，为了对油井持续开发，常采用的方式是对下部套变井段封隔，对上部油层开发。为此笔者进行了配套桥塞工具的研制，通过下入配套工具的工艺管柱进行油井封隔，最终实现油井的二次开发。

1、桥塞及配套工具研制

（1）桥塞结构分析

桥塞是油井封层注灰施工过程中较为重要的一种工具，其主要由以下四部分组成，分别是坐封机构、防回弹机构、封隔机构和丢手机构。其最大外径一般设计为105mm，确保其能够顺利通过套变后的套管内部;在承压方面一般至少能够达到35MPa，不仅能够保证不渗漏，还要求能够保证后期的防砂需求。耐温方面要达到130度，确保在常规井中的有效应用。桥塞的主要组成零部件有中心轴杆、底部座、上部卡瓦、下部卡瓦、上部锥体、下部锥体、剪钉、防突装置、压缩胶筒、锁紧环、丢手头、防松散环等。

桥塞的主体部分为易钻材料设计，在注灰施工结束后，可以根据需要用鉆头将其钻除。同时笔者对桥塞中的锁紧机构进行优化研究，缩短了锁紧环的移动距离，避免了锁紧环在工作过程中发生错位。设计了胶筒防凸起装置，有效避免胶筒在压缩过程中发生流动，确保封隔效果。

（2）配套工具结构分析

配套工具的基本组成系统主要有打压机构、压力传递机构、液压开启机构、压力转换机构等。对应的参数指标分别为：整体最大外径105mm，液压启动压力8MPa，完全坐封压力25MPa，配套工具耐温130度、最大工作压力35MPa，剪钉数量6个。具体的零部件有上部连接装置、上部活塞、O型密封装置、上连接环、中心管件、多功能环、下部活塞、连接头、组合螺帽、下连接环、连接总成等。

2、工艺技术原理研究

该工艺在实施过程中，看首先用油管串将注灰桥塞和配套工具送入到油井中的预定位置，随后进行深度的校核，确保深度数据准确，下步进行施工作业。首先大排量正循环洗井，直至进出口液体一致，没有杂质为止，然后投入钢球，用泵车将钢球泵送到桥塞和坐封工具位置，此时泵车压力开始上升，继续打压，当压力上升到一定值后，启动剪钉开始工作，上部活塞和下部活塞推动配套工具移动，挤压胶筒和卡瓦，最后胶筒挤压在套管内壁面上实现封隔，卡瓦咬在套管内壁实现锚定。由于在桥塞中设计了锁环，所以胶筒和卡瓦均无法回弹。继续打压值25MPa，丢手工具开始作用实现丢手，最终泵车压力降为零。

3、桥塞室内试验研究

室内试验研究的主要目的是对桥塞的整体性能进行分析，特别是桥塞坐封后的封隔能力和锚定效果，充分确保小直径桥塞能够有效作用在套管内壁上。整套试验装置主要由多功能试压泵、套管、液压关系、电动开关装置等组成。

试验流程：首先将桥塞和配套工具连接好，送入到套管中，然后用打压接头将桥塞连接到试压泵上，对试压泵放气，防止打压过程中出现崩弹，打压至8MPa，稳压5分钟，然后继续打压值25MPa，稳压5分钟，继续加压直至压力突降为零，说明桥塞丢手成功。起出打压工具，向套管内注入液体并加压，直至压力达到35MPa，观察桥塞底部是否有液体渗漏，没有渗漏说明桥塞封隔效果良好，可以进行注灰施工，能够满足现场需求。

4.配套工具及管柱现场应用分析

所有的桥塞及配套工具的研究工作最终都要落实到现场应用上，都是为解决现场问题而进行的研究。笔者将研制的桥塞和配套工具在现场进行了应用研究，现场的应用结构表明，所有井次均达到了要求的标准。此处以A井为例进行分析研究，该井是一口油水井，在生产过程中发生了套变，需要采用桥塞进行封隔处理，然后对上部油层开发。施工过程中，首先下入小直径封隔桥塞和配套工具，工艺管到达预定位置后，大排量洗井至进出口液体一致，随后从井口的油管中投入钢球实现密封，在钢球下落过程中采用泵车泵送的方式进行，充分确保钢球准确到位，钢球到位后打压至一定压力实现桥塞坐封，然后进行注灰作业，注灰作业施工结束后继续打压至压力突降为零。起出配套工具管柱，侯凝，施工结束。

5、结论

本文通过对桥塞工具及配套管柱进行研究分析和设计，研制了小直径桥塞工具，实现了对套变井的注灰封隔。同时笔者也针对该工艺的技术原理进行了相应研究，得到了相关的室内试验结果，现场应用效果良好，形成了桥塞及配套工艺管柱自主工艺技术，为企业的技术进步和发展提供了强大的技术支撑。

参考文献

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作者简介：黄明杨  男 汉 湖北汉川，本科就读 湖北省武汉市江夏区经济开发区大桥新区文化大道武汉东湖学院 学生 机械设计制造及其自动化。