浅析可取式桥塞机械的结构及设计

刘志成

（大庆油田装备制造集团采油装备制造分公司，黑龙江 大庆 163411）

桥塞是一种施工简单、耐压差高、密封时间长、定位准确的井下封堵工具，广泛应用于井下作业施工，是油层改造的一项有效技术。我国桥塞的应用开始于20世纪80年代，比国外起步晚20年左右，国外的桥塞在这些年的开发和研究中，选用新型材料、可以回收再利用、塑性强、耐温、耐压方面有了显著提升。我国的桥塞研究和设计也在慢慢的开发和进步中，一步步形成了可钻式桥塞和可取式桥塞两大种类。一般都由坐封机构、密封机构、锚定机构等几大机构组成。前者桥塞解封时候只能钻铣从而对套管造成破坏，后者解封时候不需要钻铣，还可以回收再利用，而且对套管破坏很小，应用范围广泛。但目前我国研制的可取式桥塞还存在着容易中途坐封、解封、解卡机构不灵活，可靠性差，使用寿命短，双向承压能力低等问题。

1 桥塞坐封机构

桥塞的坐封机构为了方便作业，一般采取与桥塞本体独立设计的结构。是桥塞的重要组成部分。桥塞的胶筒坐封动作和卡瓦坐卡动作能否完成，关键在于桥塞的坐封性能好与坏，以及在工作过程中，桥塞正确的丢手和预防中间坐封。现在主要有着液压坐封、电缆坐封、机械坐封三种主要的坐封方式。

1.1 液压坐封方式

液压坐封桥塞具有施工安全、坐封力大等优点，连接销钉、反扣螺纹以及弹簧锁止通过连接将桥塞本体和液压坐封工具连接在一起，一般带有1到3级活塞液缸机构，采用油管或钻杆下入，过程中容易产生流体压力差造成桥塞产生中途坐封或提前丢手的问题。

1.2 电缆坐封方式

电缆坐封桥塞具有施工速度快、定位准确等优点。一般采用电缆输送，坐封工具内装有动力火药，用连接销钉和桥塞本体连接。电缆坐封桥塞作业时需要电缆车配合，程序复杂，具有一定的危险性。尤其对斜度井和深井使用效果一般。

1.3 机械坐封方式

机械坐封桥塞施工时无需泵车和电缆车配合，成本低，一般采用油管或钻杆下入，由上提油管坐封和丢手桥塞的转动。一般应用于直井，对斜度大的井适应性较差。

2 桥塞密封机构

桥塞的主要部件之一就是密封原件，它直接对桥塞的密封效果、使用范围、综合的性能起到了直接的效果。目前的桥塞有着压缩式胶筒、扩张式胶筒和金属密封3种主要的方式。

2.1 压缩式胶筒密封

由压缩式胶筒作为密封原件的密封称为压缩式胶桶密封，这种密封方式为现在主要的一种密封方式，这种坐封方式工艺现在比较成熟，有着结构紧凑、性能稳定等特点。有很好的适应性，适用于高压差下长期封层作业。

2.2 扩张式胶筒密封

扩张式胶筒密封与常规压缩式胶筒密封相比，有着密封长度较长，可以适用于井壁不规则的裸眼井和套管变形井，其特点就是采用扩张式胶筒作为密封件。

2.3 金属密封

焊接式的金属密封方式为易熔金属密封，膨胀式的金属密封方式为超弹性金属密封。易熔金属密封是利用金属在高温下融化的原理，在加热器下放到井下桥塞位置处，加热易熔密封件融化填充进油套环空，焊接桥塞外壳和套管壁，使其固定和密封。解封时候，融化密封部件，达到解封目的。该种密封具有耐高温、耐高压、不受套管变形影响等优点。焊接点不容易老化和腐蚀，密封时间长。

超弹性金属密封为合金密封，原理为利用合金密封体轴向运动使密封体膨胀，密封油套环空。解封时候，通过打捞和加热的方法可以解封。回收合金密封体，该密封优点为简化工具结构，增大工具内通经，现在为止，这种金属材料还在处于开发的初期阶段，工艺环节和抗压的性能都还得继续提高。

3 桥塞锚定机构

油井的生产安全和桥塞的密封是否可靠，都受到桥塞锚定机构的影响。桥塞在设计中一个重要的步骤就是锚定机构的选择，一般在现在工作中有分辨卡瓦锚定机构和整体卡瓦锚定机构两种。

3.1 分瓣卡瓦锚定机构

分辨卡瓦锚定机构采用双锥体、一套卡瓦组成。在上压时候，上椎体向下推动卡瓦，在下压得时候，下椎体向上推动卡瓦。该猫卡机构优点是锚定可靠，无论是受压、受拉或者中间状态保持上方和下方的压力以及防止胶筒蠕动，容易加工。但是在桥塞结构设计上，卡瓦椎体容易脱卡是一大难题，容易造成卡封事故。

3.2 整体卡瓦锚定机构

整体卡瓦采用双向卡瓦锚定结构，外圆表面上有齿槽环形，为筒形结构。其特点为克服了普通卡瓦应力分布不合理的缺点，使卡瓦受力均匀的分布在套管内壁上，很好的改善了套管的周向应力分布，结构紧凑，对套管损伤小的特点。但是其有着加工难度大、可重复使用性能低的缺点。

4 防中途坐封、防碰撞机构

在井下工作中经常会产生流体压力和套管发生接触碰撞，会对桥塞在下井的时候发生桥塞中途就坐封的情况，会对施工工作造成影响。这种情况经常发生在斜度大的井和水平井中。因此防中途坐封机构在桥塞设计中尤为重要。目前有有几种形式可以防止中途坐封、防碰撞机构的设计。

（1）液压坐封桥塞。

（2）扩张式桥塞。

（3）双锥体整体卡瓦锚定机构桥塞。

5 双向承高压结构

现在在施工过程中，我们对现场的质量要求，施工的进度，施工结构的复杂性，材料的使用寿命都有着严格的要求，无法满足要求的桥塞就会慢慢被市场所淘汰。所以现在双向承高压也逐渐变成衡量桥塞的一个重要的环节。其中锁紧机构和承压平衡在设计桥塞的时候也要研究考虑。

6 结语

因为桥塞是一种现场使用要求十分严格，结构复杂的井下封层工具。所以设计出防止中途坐封和双向承高压的桥塞，处理好坐封、密封、锚定之间的关系是设计桥塞时候的重要因素。

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