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新型可取式橋塞的研究與應用
來源:鑫源石化 時間:2017-8-14 點擊:1229
 新型可取式橋塞主要是為滿足油田油水井封堵作業需要而設計開發出的一種橋塞。它具備結構簡單,造價低廉,性能穩定,可取性好等優點,具有雙向卡瓦錨定、液壓坐封以及配套丟手打撈工具打撈等特點,是油井作業中卡堵水和分層采油較為理想的配套工具。可同其他井下設備工具相互配合以開展油田臨時性封堵或永久性封堵等作業。
  一、 機械封層存在的問題
  機械封層最大的優勢在于它結構簡單,使用方便以及施工速度較快,但傳統的機械封層技術工藝中所使用到的橋塞目前尚存有一些不足,比如:a、可鉆式橋塞在作業中很容易出現中途坐封,同時橋塞在經受上下交變載荷時又很容易失效,高壓高溫井的封堵性能不理想不可靠;b、可回收橋塞因為受到結構限制,在某些大斜度定向井及水平井中并不能滿足安全使用的要求,解封作業困難;c、擠灰橋塞(水泥承留器)在進行下返調層時則需要用到鉆磨,且鉆磨作業開展比較困難。
  二、 新型可取式橋塞的設計思路
  依據目前現存橋塞封層工藝在油田生產作業中遇到的諸多問題,設計開發出新型可取式橋塞。新型可取式橋塞主要應用于井下堵底水和分層采油工藝技術,它隨著油管下入到油井內的預定位置,經過加壓及坐卡坐封過程,實現丟手;收回時便可下入設計制造好的打撈工具以對其進行對接打撈,可循環使用;該可取式橋塞結構設計簡單,加工方便,造價低廉。設計開發時,坐封解封部分采用的是特殊的鎖定結構;密封部分則采用一個膠筒來替代常規橋塞的一組膠筒(包含三個),同時優選膠筒材質;錨定部分是運用雙向卡瓦,可有效完成雙向承壓功能;防砂部分則是采用皮碗防砂,以便增加井下作業工具的可取性;丟手和打撈部分都采用的是特定的作業配套工具。
  三、新型可取式橋塞的基本結構
  新型可取式橋塞(包括其配套工具)主要由坐封工具、可取式橋塞以及解封工具三部分組成。
  1、坐封工具
  坐封工具是用來完成橋塞的坐封和丟手動作,同時出現地面顯示的,包括電纜坐封工具及液壓坐封工具。
  電纜坐封工具可應用BAKER、GEARHAT等型號的電纜來完成坐封,操作簡便,只須更換專用的連接桿就能和可取式橋塞相連接。
  液壓坐封工具的上接頭接在油管(鉆桿)柱下端,中心管下端和可取式橋塞相連接。坐封橋塞時,通過泵車往油管內不斷打壓,推動3個活塞下行直到作用于橋塞上,以促使其完成橋塞坐封和丟手。丟手后的壓力降為0MPa,如果井筒內充滿液體,井口出現外溢,則說明橋塞已和坐封工具相互脫離。
  2、可取式橋塞
  可取式橋塞由錨定部分、解封部分、密封部分、防砂部分以及坐封坐卡部分組成。
  a、錨定、解封部分主要是由上下椎體、鎖定接頭、鎖環、鎖塊、鎖套、解封頭、剪銷、卡瓦錐體、卡瓦、卡瓦套、卡瓦筒、連接頭、張力棒(環)以及壓環等組成。坐封時,橋塞中的卡瓦會在錐體的作用下撐開,然后錨定于套管壁上,同時內部結構發生自鎖;解封時,自鎖解除,錨定部分則會恢復原位。
  b、密封部分主要是由上下膠筒座、膠筒心軸、膠筒、隔環等組成,坐封時,膠筒因受壓而膨脹,密封油套的環形空間;解封時,膠筒會在自身彈性作用下發生收縮。
  c、防砂部分主要是由皮碗和皮碗壓蓋等組成。這便能有效增加井下作業工具的可取性。
  d、坐封坐卡部分主要是由丟手接頭、承壓接頭、鎖緊套、打撈接頭、解封剪釘、閥球、內壓環、卡塊以及聯接套等組成。
  3、解封工具
  解封工具主要包括內打撈和外打撈兩種,較類似于分瓣撈錨以及卡瓦撈筒。
  四、新型可取式橋塞的基本工作原理
  1、常規封堵作業
  把可取式橋塞連接到液壓坐封工具的下端,用油管(鉆桿)柱把橋塞下放到預定位置。坐封時,用泵車往管柱內加壓,壓力便會通過液壓坐封工具中的活塞推動橋塞錐體不斷下行,同時撐開卡瓦以便卡到套管壁上;如此,可取式橋塞中心管總成上行,壓縮膠筒發生膨脹,密封油套管的環形空間,鎖套和鎖環嚙合,在鎖塊作用下膠筒心軸和鎖定接頭就會緊密相連,橋塞內部結構自鎖;當泵車壓力上升到一定值時,可取式橋塞中的張力棒(環)就會被拉斷,這樣可取式橋塞就和坐封工具相分離,完成坐封、丟手作業動作;最后,起出液壓坐封工具。新型橋塞還可通過電纜坐封工具把坐封送進。
  2、坐卡坐封過程
  新型可取式橋塞下井之前要和水力坐封工具相聯接在一起,跟隨著油管一塊下放到油井預定位置。通過油管加液壓,液壓就會經過水力坐封工具的下接頭上分布的孔眼作用于液缸之上,當壓力上升到一定值時,剪斷剪釘,液缸則推動橋塞承壓接頭一塊下行,從而使得卡瓦坐卡,壓縮膠筒就會密封油套的環行空間。隨著壓力的不斷升高,橋塞丟手接頭的薄弱環節就會被拉斷,油管便會泄壓,完成丟手作業。在坐卡坐封的過程中,鎖緊套也會隨著下行,鎖緊套內齒和打撈接頭外齒相嚙合在一起,有止退效果,這樣當油管內壓力泄掉以后,膠筒便始終處在封隔油及套管環行空間的狀態。當皮碗保持張開狀態時,可防止井下落物掉入以造成卡瓦受卡,影響井下解封打撈作業。
  3、解封橋塞
  通過油管將橋塞解封工具下入,在解封工具抓到橋塞解封頭以后,上提管柱,解封頭將銷釘剪斷,解封頭則會上行,鎖塊因失去約束則退出鎖塊槽,心軸和鎖定接頭相分開,膠筒收縮,然后錐體上行,卡瓦收回至卡瓦筒內,卡瓦解卡,橋塞解封,并會隨管柱的上提被起出。
  五、現場應用
  新型可取式橋塞試驗成功后,廣泛應用于國內多所油田,施工作業有千余井次,效果顯著,工藝成功率高。應用領域主要包括常規封堵、高溫井封堵、水平井封堵、水平井分段壓裂、擠灰封竄、分層開采等。
  新型橋塞不管從設備加工費用還是施工成本都優于傳統橋塞。并且下井成功后,封堵底水明顯。施工前油田產液量很高,產油量卻很低,施工后油田產液量明顯降低,產油量大幅升高,這有力地說明了井下底部水層被封住,完成施工初衷。可見,新型橋塞為油田帶來明顯的增油效益。
  六、總結
  現場應用表明,新型可取式橋塞的各項技術指標均滿足井下作業需求,是理想的井下作業封堵工具,應用前景廣闊。該新型橋塞能效克服傳統橋塞在應用中所存在的難題,具有坐封方式靈活、坐封控制準確、承受正反向高壓差、解封力小且可靠等優勢。同時,該橋塞操作簡單,封堵底水明顯,是一種安全可靠、性能穩定、結構簡單的井下封堵工具。
 
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