SCY-FYQSF型可鉆橋塞整體卡瓦結構試驗研究

田浩然(勝利油田石油工程技術研究院， 山東 東營 257000)

SCY-FYQSF型可鉆橋塞整體卡瓦結構試驗研究

田浩然(勝利油田石油工程技術研究院， 山東 東營 257000)

橋塞的卡瓦在管柱坐封時起到支撐橋塞、鎖定膠筒的作用，卡瓦結構設計合理與否影響著橋塞坐封力和錨定效果的好壞，常規的整體式卡瓦在實際現場應用中常不能均勻裂開，從而影響了橋塞的坐封和錨定效果，以適用于Φ139.7mm套管的整體式卡瓦為例進行研究，通過對其結構的優化，將常規卡瓦應力槽均布的方式，優化為應力槽深淺相間的分布方式。試驗結果表明，在溫度120℃工況下，密封壓力可達60MPa，整體卡瓦均勻裂開，錨定力690KN，滿足油田的現場施工要求。

可鉆橋塞；整體式卡瓦；應力槽；試驗研究；結構優化

隨著勘探技術的進步，低滲透油藏是今后勘探開發的主要方向之一，我國低滲透油田儲量豐富，但現階段仍存在采油速度低、采收率低、儲量動用率低，能量補充困難等難題，而分段壓裂技術因其具有壓裂層段針對性強，壓裂過程連續，壓裂后增大了泄油面積、提高驅油效率，返排及時，能有效保護儲層等技術優勢，是實現低滲透、薄互油藏有效動用的重要手段之一。近年來，隨著分段壓裂技術在勝利油田的大規模應用，在低滲透油藏壓裂改造技術方面取得了重大突破，目前形成了以管內分層壓裂技術、裸眼封隔器分段壓裂完井技術、泵送橋塞多級分段壓裂完井技術、連續油管拖動封隔器水力噴砂射孔分段壓裂技術等一系列的水平井多級分段壓裂工藝技術。

在頁巖氣井測試過程中，需要進行分層測試，分層進行增產措施，生產井進行多層完井和暫時性分層等都需要使用橋塞等分層工具。目前常用的金屬橋塞普遍存在易卡鉆、鉆銑困難等缺點。用復合材料制成的橋塞易鉆銑，鉆后碎屑比重低，較易沖出井筒，可防止卡鉆，特別適用于斜井、水平井的分層壓裂、酸化及封堵水等作業[1-2]。因此，利用復合材料制造的易鉆橋塞迅速的發展，其中橋塞的卡瓦在管柱坐封時起到支撐橋塞、鎖定膠筒的作用，其性能好壞直接影響油氣井的生產安全和產量，對其結構的優化就顯得非常重要。

1 復合材料可鉆橋塞卡瓦的結構

整體式卡瓦具有載荷均布性好、坐封力大和防止下管柱中途誤坐的優點，所以SCY-FYQSF型復合材料可鉆橋塞(下文簡稱為SCY型橋塞)卡瓦采用了整體式的卡瓦結構。該橋塞卡瓦采用10個應力槽均布的形式，適用于Φ139.7mm套管內分段壓裂。橋塞工作過程為：由油管加壓，產生軸向坐封力，推動錐體錐面擠壓整體式卡瓦內錐面，使整體式卡瓦沿預制應力槽發生開裂，開裂后的卡瓦卡入套管壁一定深度，錨定在套管上[3]，支撐橋塞，鎖定膠筒。SCY型橋塞的整體式卡瓦初始結構三維實體模型如圖1所示。

2 未優化的SCY型橋塞卡瓦性能試驗

2.1 卡瓦材質

卡瓦材質選用球墨鑄鐵，便于后期鉆除，卡瓦牙表面進行淬火處理，硬度達到62HRC。

2.2 卡瓦性能試驗

2.2.1 錨定、坐封試驗

將組裝好的SCY型橋塞放入專用試驗裝置中并置于拉壓試驗機上，用拉壓試驗機模擬油田現場施工時丟手、坐封的壓力。當拉壓試驗機加壓至83KN時，聽到第一次聲響，繼續加壓至151KN時，工具丟手，期間有多次聲響。將試驗裝置從拉壓試驗機中取下，投入配套壓裂密封球后，接試壓接頭，利用試壓泵試驗膠桶環空密封性能。向試驗裝置打壓，無明顯滲漏，繼續加壓，起壓至10MPa左右，聽到聲響，試驗裝置下端開始漏失，壓力降為0，繼續打壓，不再起壓，停止打壓，將試驗裝置拆開，將橋塞從中拉出觀察，卡瓦不均勻分為3瓣(如圖2所示)，并未按設計均勻分為10瓣。

圖1 整體式卡瓦初始結構三維實體模型

圖2 坐封試驗后橋塞卡瓦裂開情況

3 優化的SCY型橋塞卡瓦試驗

3.1 優化后卡瓦結構

通過實驗分析，應力槽均布形式的整體卡瓦，由于材質、加工等多方面的原因，在實際的現場操作中，當加壓至工具丟手的拉力時，整體卡瓦并不一定能按預先計算的那樣均勻分瓣，而整體式卡瓦裂開不均勻，將會影響橋塞的坐封力和錨定效果。為此，我們將整體式卡瓦的結構進行了優化，優化卡瓦的三維實體模型如圖3所示。卡瓦本體的應力槽為10個，槽型分為深槽及淺槽，均勻相間排布，卡瓦材質選用球墨鑄鐵，表面進行淬火處理，硬度達到62HRC。

圖3 優化橋塞卡瓦結構三維實體模型

3.2 優化后卡瓦的錨定、坐封試驗

將優化后的SCY型橋塞組裝好，放入實驗套管中，置于拉壓試驗機上。使用拉壓試驗機加壓，當加壓至10KN左右時，出現第一次聲響，持續加壓至150KN左右時停止，期間多次出現斷裂的響聲。停止加壓后，將試驗裝置從拉壓試驗機中取下，與試壓泵的試壓接頭連接，進行密封性能試驗。啟動試壓泵，打壓至30MPa，穩壓10min后，實驗裝置無滲漏現象，壓力不降，此后以5MPa為一個臺階繼續打壓，每次穩壓10min，加壓至60MPa，觀察實驗裝置無明顯滲漏現象，壓力基本不降，該步驟重復打壓5次，無明顯滲漏，說明膠筒的密封性及卡瓦的坐封性能良好。

實驗結束后將實驗套管割開，觀察卡瓦均勻分為5瓣(如圖4所示)，套管壁有明顯的咬合痕跡。

圖4 結構優化卡瓦實驗后分瓣情況

4 結論

整體式卡瓦的結構設計不合理會影響橋塞的坐封力和錨定效果，試驗結果表明，對SCY型橋塞封隔器的卡瓦結構進行優化，在溫度120℃工況下，密封壓力可達60MPa，整體卡瓦在深槽處裂開，均勻分為5瓣，咬合在套管內壁上，錨定力達到690KN，滿足油田的現場施工要求。

[1]汪于博，陳遠林，李明，等.可鉆式復合橋塞多層段壓裂技術的現場應用[J].鉆采工藝，2013,36(3)：45-48.

[2]孫海成，湯達禎，羅勇，等.壓裂改造技術在頁巖氣儲層中的應用[J].石油鉆采工藝，2011,33(4)：75-80.

[3]張俊亮，劉汝福，李麗云，等.整體式卡瓦牙型結構優化及試驗研究[J].石油機械，2012,40(6)：83-86.