SCY-FYQSF型可鉆橋塞整體卡瓦結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究

田浩然(勝利油田石油工程技術(shù)研究院， 山東 東營(yíng) 257000)

SCY-FYQSF型可鉆橋塞整體卡瓦結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究

田浩然(勝利油田石油工程技術(shù)研究院， 山東 東營(yíng) 257000)

橋塞的卡瓦在管柱坐封時(shí)起到支撐橋塞、鎖定膠筒的作用，卡瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否影響著橋塞坐封力和錨定效果的好壞，常規(guī)的整體式卡瓦在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，將常規(guī)卡瓦應(yīng)力槽均布的方式，優(yōu)化為應(yīng)力槽深淺相間的分布方式。試驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度120℃工況下，密封壓力可達(dá)60MPa，整體卡瓦均勻裂開，錨定力690KN，滿足油田的現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

可鉆橋塞；整體式卡瓦；應(yīng)力槽；試驗(yàn)研究；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步，低滲透油藏是今后勘探開發(fā)的主要方向之一，我國(guó)低滲透油田儲(chǔ)量豐富，但現(xiàn)階段仍存在采油速度低、采收率低、儲(chǔ)量動(dòng)用率低，能量補(bǔ)充困難等難題，而分段壓裂技術(shù)因其具有壓裂層段針對(duì)性強(qiáng)，壓裂過(guò)程連續(xù)，壓裂后增大了泄油面積、提高驅(qū)油效率，返排及時(shí)，能有效保護(hù)儲(chǔ)層等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)低滲透、薄互油藏有效動(dòng)用的重要手段之一。近年來(lái)，隨著分段壓裂技術(shù)在勝利油田的大規(guī)模應(yīng)用，在低滲透油藏壓裂改造技術(shù)方面取得了重大突破，目前形成了以管內(nèi)分層壓裂技術(shù)、裸眼封隔器分段壓裂完井技術(shù)、泵送橋塞多級(jí)分段壓裂完井技術(shù)、連續(xù)油管拖動(dòng)封隔器水力噴砂射孔分段壓裂技術(shù)等一系列的水平井多級(jí)分段壓裂工藝技術(shù)。

在頁(yè)巖氣井測(cè)試過(guò)程中，需要進(jìn)行分層測(cè)試，分層進(jìn)行增產(chǎn)措施，生產(chǎn)井進(jìn)行多層完井和暫時(shí)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(diǎn)。用復(fù)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(yè)[1-2]。因此，利用復(fù)合材料制造的易鉆橋塞迅速的發(fā)展，其中橋塞的卡瓦在管柱坐封時(shí)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(chǎn)安全和產(chǎn)量，對(duì)其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化就顯得非常重要。

1 復(fù)合材料可鉆橋塞卡瓦的結(jié)構(gòu)

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(yōu)點(diǎn)，所以SCY-FYQSF型復(fù)合材料可鉆橋塞(下文簡(jiǎn)稱為SCY型橋塞)卡瓦采用了整體式的卡瓦結(jié)構(gòu)。該橋塞卡瓦采用10個(gè)應(yīng)力槽均布的形式，適用于Φ139.7mm套管內(nèi)分段壓裂。橋塞工作過(guò)程為：由油管加壓，產(chǎn)生軸向坐封力，推動(dòng)錐體錐面擠壓整體式卡瓦內(nèi)錐面，使整體式卡瓦沿預(yù)制應(yīng)力槽發(fā)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(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型如圖1所示。

2 未優(yōu)化的SCY型橋塞卡瓦性能試驗(yàn)

2.1 卡瓦材質(zhì)

卡瓦材質(zhì)選用球墨鑄鐵，便于后期鉆除，卡瓦牙表面進(jìn)行淬火處理，硬度達(dá)到62HRC。

2.2 卡瓦性能試驗(yàn)

2.2.1 錨定、坐封試驗(yàn)

將組裝好的SCY型橋塞放入專用試驗(yàn)裝置中并置于拉壓試驗(yàn)機(jī)上，用拉壓試驗(yàn)機(jī)模擬油田現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)丟手、坐封的壓力。當(dāng)拉壓試驗(yàn)機(jī)加壓至83KN時(shí)，聽到第一次聲響，繼續(xù)加壓至151KN時(shí)，工具丟手，期間有多次聲響。將試驗(yàn)裝置從拉壓試驗(yàn)機(jī)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(yàn)?zāi)z桶環(huán)空密封性能。向試驗(yàn)裝置打壓，無(wú)明顯滲漏，繼續(xù)加壓，起壓至10MPa左右，聽到聲響，試驗(yàn)裝置下端開始漏失，壓力降為0，繼續(xù)打壓，不再起壓，停止打壓，將試驗(yàn)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(shè)計(jì)均勻分為10瓣。

圖1 整體式卡瓦初始結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型

圖2 坐封試驗(yàn)后橋塞卡瓦裂開情況

3 優(yōu)化的SCY型橋塞卡瓦試驗(yàn)

3.1 優(yōu)化后卡瓦結(jié)構(gòu)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，應(yīng)力槽均布形式的整體卡瓦，由于材質(zhì)、加工等多方面的原因，在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)操作中，當(dāng)加壓至工具丟手的拉力時(shí)，整體卡瓦并不一定能按預(yù)先計(jì)算的那樣均勻分瓣，而整體式卡瓦裂開不均勻，將會(huì)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化卡瓦的三維實(shí)體模型如圖3所示?？ㄍ弑倔w的應(yīng)力槽為10個(gè)，槽型分為深槽及淺槽，均勻相間排布，卡瓦材質(zhì)選用球墨鑄鐵，表面進(jìn)行淬火處理，硬度達(dá)到62HRC。

圖3 優(yōu)化橋塞卡瓦結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型

3.2 優(yōu)化后卡瓦的錨定、坐封試驗(yàn)

將優(yōu)化后的SCY型橋塞組裝好，放入實(shí)驗(yàn)套管中，置于拉壓試驗(yàn)機(jī)上。使用拉壓試驗(yàn)機(jī)加壓，當(dāng)加壓至10KN左右時(shí)，出現(xiàn)第一次聲響，持續(xù)加壓至150KN左右時(shí)停止，期間多次出現(xiàn)斷裂的響聲。停止加壓后，將試驗(yàn)裝置從拉壓試驗(yàn)機(jī)中取下，與試壓泵的試壓接頭連接，進(jìn)行密封性能試驗(yàn)。啟動(dòng)試壓泵，打壓至30MPa，穩(wěn)壓10min后，實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)滲漏現(xiàn)象，壓力不降，此后以5MPa為一個(gè)臺(tái)階繼續(xù)打壓，每次穩(wěn)壓10min，加壓至60MPa，觀察實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)明顯滲漏現(xiàn)象，壓力基本不降，該步驟重復(fù)打壓5次，無(wú)明顯滲漏，說(shuō)明膠筒的密封性及卡瓦的坐封性能良好。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)優(yōu)化卡瓦實(shí)驗(yàn)后分瓣情況

4 結(jié)論

整體式卡瓦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)影響橋塞的坐封力和錨定效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)SCY型橋塞封隔器的卡瓦結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在溫度120℃工況下，密封壓力可達(dá)60MPa，整體卡瓦在深槽處裂開，均勻分為5瓣，咬合在套管內(nèi)壁上，錨定力達(dá)到690KN，滿足油田的現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

[1]汪于博，陳遠(yuǎn)林，李明，等.可鉆式復(fù)合橋塞多層段壓裂技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].鉆采工藝，2013,36(3)：45-48.

[2]孫海成，湯達(dá)禎，羅勇，等.壓裂改造技術(shù)在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中的應(yīng)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(jié)構(gòu)優(yōu)化及試驗(yàn)研究[J].石油機(jī)械，2012,40(6)：83-86.