一种新型裸眼可钻桥塞的研制与应用

罗淮东 孙云鹏 曲兆峰 张友义 孙天宇 郭睿

1.中油国际（乍得）有限责任公司；2.中国石油勘探开发研究院；3.渤海钻探工程有限公司；4华北油田公司勘探开发研究院

乍得潜山油藏主要集中在Bongor盆地北部斜坡带，岩性以花岗岩为主，储层裂缝发育。储集空间主要为构造裂缝、构造-溶解缝、破碎粒间孔及溶孔。孔隙度3%～5%，渗透率0.01～5 mD。潜山油藏采取裸眼完井，除了进行裸眼全井段笼统试油外，一些潜山裸眼段会进行分层试油作业，上返试油时采取打悬空水泥塞的做法。

打悬空水泥塞存在的问题：（1）裸眼段裂缝发育，导致灰塞面控制困难［1-2］；（2）有些井在打水泥塞时会出现漏、涌并存现象，井筒状况复杂，致使打水泥塞施工一次成功率较低［3-9］；（3）有些井裸眼段分层试油夹层短，小于10 m，灰塞厚度难以满足要求。有时为了达到上返的目的，不惜把下边的已试层多封上几米［10-12］；（4）上返跨隔试油，若采用 MFE 裸眼测试工具，需用悬空水泥塞作为新的井底支撑点，由于管柱悬重大，有时会使灰塞下滑，导致测试失败［13-14］。

为提高潜山裂缝油藏打水泥塞成功率，乍得项目部采取了一些办法，如填砾石注灰工艺，但该工艺只能抬高井底，满足MFE测试工具支撑尾管长度需要，没有从真正意义上解决水泥浆漏失问题。通过对潜山花岗岩油藏的分析，认为潜山花岗岩地层是硬脆性、高抗压强度的中硬地层；裸眼井壁不光滑，利于铸铁卡瓦锚定。借鉴常规套管桥塞经验，研制出适用于潜山花岗岩地层的新型裸眼可钻桥塞［1，4-6，10］。通过室内试验及现场应用，证明该工具完全能够满足裸眼封层上返试油要求，达到预期效果。

1 裸眼桥塞设计技术难点及解决方案

Technical difficulties of openhole bridge plug design and their solutions

裸眼井存在井壁不规则、硬度差异大、非均质性强及钻井过程存在扩径等。解决思路：（1）潜山花岗岩地层是中硬地层，据此推断卡瓦能够正常实现锚定，并且能够满足承重技术指标；（2）裸眼井井壁不规则，井眼直径非固定值且非均质性强，考虑通过增加胶筒的长度有效封隔不规则井壁；（3）井壁硬度差异大，为了满足锚定要求，增大卡瓦的热处理工艺要求，提高卡瓦牙表面硬度，以满足硬度高井壁的要求。

具体优化措施：（1）优化卡瓦尺寸，因存在井眼扩大率（1%～5%），所以优化卡瓦的厚度尺寸，以增加径向移动量，满足径向扩张的要求，能够安全锚定在扩大的井眼；（2）优化卡瓦的轴向锚定面积，通过增长卡瓦的轴向尺寸来增加锚定面积，提高锚定性能；（3）优化胶筒尺寸，适当增加了胶筒的径向及轴向尺寸，满足非均质井壁的坐封要求，胶筒采用V形口设计，满足裸眼井要求。

2 裸眼桥塞结构及工作原理

Structural components and working principles of openhole bridge plug

2.1 结构组成

Structural component

裸眼桥塞结构示意图见图1，主要由中心管、卡瓦、胶筒、释放螺栓等11个部件组成。

图1 裸眼桥塞结构示意图Fig. 1 Schematic structure of openhole bridge plug

释放螺栓与液压坐封工具连接，在裸眼桥塞正常坐封后实现释放，完成液压坐封工具与裸眼桥塞本体的脱手；中心管携带胶筒、卡瓦等构件，传递坐封力；锁环棘齿螺纹机构，使卡瓦单向移动，坐封后锁定卡瓦，保持坐封载荷；挡环下井过程中保护卡瓦；卡瓦实现对裸眼井壁的双向锚定，承受较高的上下压差；锥体为卡瓦的径向扩张和坐锚提供内支撑；剪钉防止裸眼桥塞在下井过程中，因挡环及锥体出现轴向位移而导致裸眼桥塞中途坐封；胶筒实现裸眼桥塞上下液体介质的密封，并能承受上下压差；螺钉防止下井过程中，下接头与中心管脱扣；下接头具有限位及引鞋功能。

2.2 工作原理

Working principle

2.2.1 与坐封工具的连接 将液压坐封工具与坐封套通过螺纹顺时针旋转连接，旋紧；上好紧定螺钉；将液压坐封工具与桥塞通过顺时针旋转连接，直到接触面靠近时，调整螺钉孔的位置与桥塞挡环上的槽对应，上好螺钉连接完成。

2.2.2 坐封 在下裸眼桥塞的过程中，最佳的下放速度为25根/ h。将裸眼可钻式桥塞下到井下设计位置，向管柱内投入钢球（Ø32 mm），待钢球至液压坐封工具上部分流开关密封面处，通过水泥车向油管内打液压，当压力达到4 MPa、8 MPa、12 MPa时，各稳压3～5 min，在打压过程中，坐封套抵住裸眼桥塞外部各组件，而拉杆提拉桥塞中心管，这个动作使卡瓦坐卡，胶筒胀大，裸眼桥塞被压缩坐封。继续打液压，当压力达到17～22 MPa时，压力突然降为0，此时释放螺栓被拉断，坐封工具与坐封套可以从井中取出。

2.2.3 验封 桥塞坐封后，将坐封工具提高3～5 m，然后缓慢放回，施加不大于50 kN载荷，以确定桥塞是否坐封在正确的位置上，确定在设计位置然后起出液压坐封工具。在坐封过程中，指重表可能会有两次跳动，分别是剪钉被剪断和释放螺栓被拉断。在桥塞坐封后，须在桥塞上堆积3 m高的砂，能防止震动对桥塞的损坏。若需在桥塞上注灰，可直接用原管柱进行注灰。

2.2.4 解封 向井内下入铣磨工具，钻磨桥塞，实现解封。

3 技术特点

Technological performance

经过多次室内试验和改进，获得适用于Ø215.9 mm裸眼的裸眼可钻桥塞，产品技术规格见表1。

表1 KZQS-208型裸眼可钻桥塞规格Table 1 Product specification

与常规套管桥塞相比，该产品具有以下特点：适用于中硬裸眼地层分层试油、压裂、堵水、注水泥等工艺中，采用液压坐封；可暂时或永久封堵下部高压油、气和喷、漏等层位，操作方便，安全可靠，承压能力高；裸眼桥塞坐封后，可直接用原管柱及坐封工具在桥塞上注灰；可实现裸眼段定位封堵，若封堵层段上部夹层长度小，裸眼桥塞的定位封堵作用将更加明显；卡瓦及胶筒的尺寸优化，保证了桥塞在裸眼井中仍具有较强的锚定力和密封性能；棘轮锁环保持坐封载荷，保证泄压后仍能可靠密封；坐封力设计适中，保证裸眼井壁不会受到过大坐封应力影响；铸铁结构容易钻除。

4 现场应用

Field application

以 BC1-5井潜山裸眼段试油为例。2016年1月29日，BC1-5井潜山裸眼段（1 400～1 455.94 m）测试结果为油水同层，需封堵此层后，进行上部层位测试。决定采用Ø215.9 mm裸眼可钻式桥塞联合水泥塞封层。将裸眼桥塞坐封在1 421 m后，注入1 m3水泥浆，保证长期封层效果。本次作业另外一个目的是进行裸眼桥塞+水泥塞支撑能力测试，为后续的裸眼段MFE尾管井底支撑测试提供参考依据。

（1）裸眼桥塞封层施工。入井前检查液压坐封工具和桥塞完好，并将液压坐封工具和桥塞连接；下裸眼桥塞，69柱Ø88.9 mmEUE 油管+坐封工具+Ø215.9 mm裸眼桥塞，桥塞顶面设计位置1 421 m；下裸眼桥塞前，裸眼段已彻底通井；正循环20 m3清水，彻底清洁球座，防止杂物影响钢球入座，保证密封性；地面管线试压至合格；投球，钢球落座。正挤打压，5 MPa、10 MPa、15 MPa，分别稳压 5 min，使裸眼桥塞胶筒充分膨胀，卡瓦撑开；继续打压至22 MPa，压力突降为0 MPa，释放螺栓被拉断，丢手成功。上提管柱，然后缓慢下放管柱，加压30 kN，实探桥塞顶面位置1 421.48 m，裸眼桥塞坐封成功。

（2）裸眼桥塞+水泥塞支撑能力测试。利用原桥塞坐封管柱正替3.3 m3清水后，注1.0 m3（密度：1.85～1.90 g/cm3）水泥浆，接着泵入6.32 m3清水顶替液，起出6根油管，反洗井至进出口液性一致，关井候凝。起出桥塞坐封管柱；下承重测试管柱，探水泥塞面位置1 399.52 m，上提管柱悬重220 kN，下放管柱，缓慢给水泥塞面加压，直至管柱悬重220 kN全部加到灰塞面上，静止以后，灰塞深度无位移，承重试验成功。

（3）封层效果。裸眼桥塞联合注灰作业后，对上部潜山段（1 319.5～1 399.52 m）进行测试，日产原油54 m3，不含水，说明封层成功。本次在桥塞上注灰21.95 m，无漏失，以往注悬空水泥塞至少注50 m，如果漏失，灰面会难以控制甚至造成堵漏失败。本次封层成功也说明裸眼桥塞起到了堵漏效果。在水泥塞长度大幅降低的情况下承重220 kN时无位移，表明裸眼可钻式桥塞+水泥塞可满足MFE测试工具尾管井底支撑需求。

5 结论

Conclusions

（1）裸眼可钻式桥塞采用双向卡瓦支撑，优化卡瓦及胶筒，成功应用于2口井，联合上部注水泥塞，达到了定位封层的目的，解决了花岗岩裸眼井漏失严重井段打水泥塞封层施工难度大的问题，保证了施工成功率。

（2）通过一趟钻实现坐封裸眼可钻式桥塞，并用原管柱在桥塞上部注水泥塞，在水泥塞长度大幅降低的情况下（以往最少注50 m，BC1-5井注21.96 m），承重220 kN时无位移，表明裸眼可钻式桥塞+水泥塞可满足MFE测试工具尾管井底支撑需求。

（3）裸眼可钻式桥塞降低了裸眼段分层测试对隔层厚度要求，实现了定位封堵。

（4）通过2口井的裸眼封层施工，证明裸眼桥塞适用于中硬花岗岩地层封堵，对于诸如碳酸盐岩裸眼地层适应性，还需进行试验。

（5）下裸眼桥塞前对裸眼段要彻底通井；桥塞坐封位置要选择裸眼井径规则、光滑、岩性坚硬、致密井段；下裸眼桥塞时要求操作平稳，下钻速度小于20～25 m/min，下钻匀速、平稳、严禁猛停猛放、礅钻、溜钻。

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