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新型可取式桥塞的研究与应用
来源:鑫源石化 时间:2017-8-14 点击:1000
 新型可取式桥塞主要是为满足油田油水井封堵作业需要而设计开发出的一种桥塞。它具备结构简单,造价低廉,性能稳定,可取性好等优点,具有双向卡瓦锚定、液压坐封以及配套丢手打捞工具打捞等特点,是油井作业中卡堵水和分层采油较为理想的配套工具。可同其他井下设备工具相互配合以开展油田临时性封堵或永久性封堵等作业。
  一、 机械封层存在的问题
  机械封层最大的优势在于它结构简单,使用方便以及施工速度较快,但传统的机械封层技术工艺中所使用到的桥塞目前尚存有一些不足,比如:a、可钻式桥塞在作业中很容易出现中途坐封,同时桥塞在经受上下交变载荷时又很容易失效,高压高温井的封堵性能不理想不可靠;b、可回收桥塞因为受到结构限制,在某些大斜度定向井及水平井中并不能满足安全使用的要求,解封作业困难;c、挤灰桥塞(水泥承留器)在进行下返调层时则需要用到钻磨,且钻磨作业开展比较困难。
  二、 新型可取式桥塞的设计思路
  依据目前现存桥塞封层工艺在油田生产作业中遇到的诸多问题,设计开发出新型可取式桥塞。新型可取式桥塞主要应用于井下堵底水和分层采油工艺技术,它随着油管下入到油井内的预定位置,经过加压及坐卡坐封过程,实现丢手;收回时便可下入设计制造好的打捞工具以对其进行对接打捞,可循环使用;该可取式桥塞结构设计简单,加工方便,造价低廉。设计开发时,坐封解封部分采用的是特殊的锁定结构;密封部分则采用一个胶筒来替代常规桥塞的一组胶筒(包含三个),同时优选胶筒材质;锚定部分是运用双向卡瓦,可有效完成双向承压功能;防砂部分则是采用皮碗防砂,以便增加井下作业工具的可取性;丢手和打捞部分都采用的是特定的作业配套工具。
  三、新型可取式桥塞的基本结构
  新型可取式桥塞(包括其配套工具)主要由坐封工具、可取式桥塞以及解封工具三部分组成。
  1、坐封工具
  坐封工具是用来完成桥塞的坐封和丢手动作,同时出现地面显示的,包括电缆坐封工具及液压坐封工具。
  电缆坐封工具可应用BAKER、GEARHAT等型号的电缆来完成坐封,操作简便,只须更换专用的连接杆就能和可取式桥塞相连接。
  液压坐封工具的上接头接在油管(钻杆)柱下端,中心管下端和可取式桥塞相连接。坐封桥塞时,通过泵车往油管内不断打压,推动3个活塞下行直到作用于桥塞上,以促使其完成桥塞坐封和丢手。丢手后的压力降为0MPa,如果井筒内充满液体,井口出现外溢,则说明桥塞已和坐封工具相互脱离。
  2、可取式桥塞
  可取式桥塞由锚定部分、解封部分、密封部分、防砂部分以及坐封坐卡部分组成。
  a、锚定、解封部分主要是由上下椎体、锁定接头、锁环、锁块、锁套、解封头、剪销、卡瓦锥体、卡瓦、卡瓦套、卡瓦筒、连接头、张力棒(环)以及压环等组成。坐封时,桥塞中的卡瓦会在锥体的作用下撑开,然后锚定于套管壁上,同时内部结构发生自锁;解封时,自锁解除,锚定部分则会恢复原位。
  b、密封部分主要是由上下胶筒座、胶筒心轴、胶筒、隔环等组成,坐封时,胶筒因受压而膨胀,密封油套的环形空间;解封时,胶筒会在自身弹性作用下发生收缩。
  c、防砂部分主要是由皮碗和皮碗压盖等组成。这便能有效增加井下作业工具的可取性。
  d、坐封坐卡部分主要是由丢手接头、承压接头、锁紧套、打捞接头、解封剪钉、阀球、内压环、卡块以及联接套等组成。
  3、解封工具
  解封工具主要包括内打捞和外打捞两种,较类似于分瓣捞锚以及卡瓦捞筒。
  四、新型可取式桥塞的基本工作原理
  1、常规封堵作业
  把可取式桥塞连接到液压坐封工具的下端,用油管(钻杆)柱把桥塞下放到预定位置。坐封时,用泵车往管柱内加压,压力便会通过液压坐封工具中的活塞推动桥塞锥体不断下行,同时撑开卡瓦以便卡到套管壁上;如此,可取式桥塞中心管总成上行,压缩胶筒发生膨胀,密封油套管的环形空间,锁套和锁环啮合,在锁块作用下胶筒心轴和锁定接头就会紧密相连,桥塞内部结构自锁;当泵车压力上升到一定值时,可取式桥塞中的张力棒(环)就会被拉断,这样可取式桥塞就和坐封工具相分离,完成坐封、丢手作业动作;最后,起出液压坐封工具。新型桥塞还可通过电缆坐封工具把坐封送进。
  2、坐卡坐封过程
  新型可取式桥塞下井之前要和水力坐封工具相联接在一起,跟随着油管一块下放到油井预定位置。通过油管加液压,液压就会经过水力坐封工具的下接头上分布的孔眼作用于液缸之上,当压力上升到一定值时,剪断剪钉,液缸则推动桥塞承压接头一块下行,从而使得卡瓦坐卡,压缩胶筒就会密封油套的环行空间。随着压力的不断升高,桥塞丢手接头的薄弱环节就会被拉断,油管便会泄压,完成丢手作业。在坐卡坐封的过程中,锁紧套也会随着下行,锁紧套内齿和打捞接头外齿相啮合在一起,有止退效果,这样当油管内压力泄掉以后,胶筒便始终处在封隔油及套管环行空间的状态。当皮碗保持张开状态时,可防止井下落物掉入以造成卡瓦受卡,影响井下解封打捞作业。
  3、解封桥塞
  通过油管将桥塞解封工具下入,在解封工具抓到桥塞解封头以后,上提管柱,解封头将销钉剪断,解封头则会上行,锁块因失去约束则退出锁块槽,心轴和锁定接头相分开,胶筒收缩,然后锥体上行,卡瓦收回至卡瓦筒内,卡瓦解卡,桥塞解封,并会随管柱的上提被起出。
  五、现场应用
  新型可取式桥塞试验成功后,广泛应用于国内多所油田,施工作业有千余井次,效果显著,工艺成功率高。应用领域主要包括常规封堵、高温井封堵、水平井封堵、水平井分段压裂、挤灰封窜、分层开采等。
  新型桥塞不管从设备加工费用还是施工成本都优于传统桥塞。并且下井成功后,封堵底水明显。施工前油田产液量很高,产油量却很低,施工后油田产液量明显降低,产油量大幅升高,这有力地说明了井下底部水层被封住,完成施工初衷。可见,新型桥塞为油田带来明显的增油效益。
  六、总结
  现场应用表明,新型可取式桥塞的各项技术指标均满足井下作业需求,是理想的井下作业封堵工具,应用前景广阔。该新型桥塞能效克服传统桥塞在应用中所存在的难题,具有坐封方式灵活、坐封控制准确、承受正反向高压差、解封力小且可靠等优势。同时,该桥塞操作简单,封堵底水明显,是一种安全可靠、性能稳定、结构简单的井下封堵工具。
 
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