一种新型可溶解桥塞的研究与应用

纪 松

（中国石化华东石油工程有限公司测井分公司，江苏扬州225000）

油田开发过程中，桥塞作为一种临时性的井下封堵工具被广泛应用，根据作业目的不同，桥塞会被取出、钻磨或溶解，以使井筒畅通［1］。常规复合可溶解桥塞入井后，受井内温度和压井液矿化度的影响逐渐溶解，在井内坐封有效时间一般在24 h 以内，无法满足特殊井况下长时间井筒作业的需求［2］。因此，研发一种新型的可控制溶解的桥塞，既满足长时间坐封，又可快速溶解，以实现井筒畅通的目的。

1 新型可溶解复合桥塞的研究

选择三种热挤压成形的复合材料，分别对其力学性能、降解性能进行对比研究，最终确定新型桥塞的制作材料。

1.1 桥塞制作材料

复合材料桥塞主体为Mg 合金，制备A、B、C 三种Mg合金材料进行对比（见表1）。

表1 Mg合金材料各组分质量分数 %

复合材料加工采用电磁搅拌熔炼工艺，740℃精炼2 h，680～700℃浇注，通过4 000 t挤压机慢速挤压成Ø120 mm 的圆棒，最后经过机加工成为所需桥塞元件。圆棒半径中心位置取力学性能与溶解测试试样，在室温作用下用万能拉伸机进行力学性能测试［3］，每种材料取3个试样，最后数据取平均值。

1.1.1 桥塞复合材料力学性能

室温条件下分别对材料A、B、C 进行力学性能试验，研究抗拉强度、屈服强度与材料组分的关系［4］，三种材料室温力学性能曲线如图1 所示，力学性能数据如表2所示。

图1 三种合金的室温力学性能

表2 不同成分合金的室温力学性能数据

由图1 和表2 中可以看出，Cu 含量的影响比Ni更为显著，随着Cu 的增加，抗拉强度、屈服强度增加，伸长率均下降，而Ni 变化时，抗拉强度、屈服强度和伸长率变化较小。细晶强化和析出强化是Mg合金强度提高的主要手段，由于Cu 含量的增加，析出大量第二相，强化基体，强度增加。A材料相较于粉末冶金成形合金延伸率更好，加工成本更低。

1.1.2 桥塞复合材料溶解性能

制备三种不同的溶液，Cl-质量浓度分别为为5 000 mg/L（溶液1）、15 000 mg/L（溶液2）、0 mg/L（即清水，溶液3）；将A、B、C 三种材料试样分别置入三种溶液，置入溶液1 的试样定义为A1、B1、C1，置入溶液2 的试样定义为A2、B2、C2，置入溶液3的试样定义为A3、B3、C3。在90℃下进行溶解测试（见图2），三种溶液中试样的平均溶解速率见表3。

图2 各试样在不同质量浓度溶液中的溶解曲线

表3 试样在3种溶液中的溶解数据

从表3 数据可以看出，溶液质量浓度对合金的溶解速率有明显的影响，Cl-质量浓度越高，溶解速度越高，在Cl-质量浓度为15 000 mg/L 的溶液中溶解最快，而在清水中试样基本不溶解。溶解试验可以看出，不同合金组分对溶解速率有影响，Cu、Ni元素都是促进溶解速率的元素，Cu 的影响较大。因此，可以通过调节Cu、Ni质量分数来调节溶解速度，同时也可调节材料的力学性能。

1.2 桥塞产品

根据上述研究对比，选定A 为加工桥塞产品的材料，既可达到所需抗拉强度和屈服强度，又能满足溶解条件可控的要求。

1.2.1 桥塞样品的设计及制作

桥塞主要由推筒套、卡瓦座、卡瓦、锥体、胶筒、导向密封头等组成（见图3）。坐封时，推筒套固定，紧紧顶住第一卡瓦座。上提拉杆，固定销被剪断，且带动压块上拉中心管上行，导向密封头随中心管上行压缩胶筒，同时推动第一卡瓦和第二卡瓦分运动，卡瓦外径扩大至套管内壁处，即与套管内壁接触咬合，此时桥塞固定在套管上完成坐封［4-7］。

图3 桥塞结构

1.2.2 桥塞样品的压力试验

制成的桥塞样品适用于139.7 mm 套管，坐封力17.8 t，采用贝克20#坐封工具进行坐封，测试环境为85℃的清水溶液［5］。测试方案为坐封后分别从上端和下端打压35 MPa，测试稳压性能，如稳压正常，卸掉压力后在85℃清水中浸泡64 h，再分别从上下端打压35 MPa，测试稳压性能［3］（见表4）。

表4 桥塞样品承压测试数据

从压力下降数据可以看出，压降均保持在-5%以内，整个过程中压降比在允许范围内，压力不降无泄漏，地面承压试验合格，A材料制作的桥塞的各项指标均能达到设计要求。

2 现场应用

2.1 应用井况

C3P13 井是一口水平井，人工井底3 065 m，套管内径124.3 mm，水平段从1 751.55 m 开始造斜，井温在90℃左右，射孔井段2 773～3 025 m。该井2018年4 月作业时发现2 360.5～2 737 m 破漏，由于破漏段较长，采用悬挂小套管工艺进行修井作业，在射孔段上部进行桥塞临时封堵，修井结束后对桥塞进行注液溶解［6］。

2.2 应用效果

该井下入A 材料制作的桥塞对射孔层段以上进行卡封，在桥塞以上进行悬挂小套管固井完井，保护了水平段射孔层。桥塞座封位置为2 700 m，锚定可靠，密封良好，最大工作压差45 MPa，在22天的修井施工期间性能稳定。作业结束后下入6 m3醋酸［6］，替代氯化钾溶液焖井助溶两天，桥塞即开始溶解、失封，桥塞溶解效果可控。溶解3天后进行抽吸出油，最高日产油达到11 t，桥塞密封性和溶解可控性达到预期效果。

3 结论

（1）制备了三种合金材料，经过实验研究，掌握了材料各组分的质量分数与合金的力学性能及溶解性能的关系，优选出A材料为制造桥塞的合金。

（2）研发的桥塞各项性能指标满足现场使用需要，操作简便，与传统桥塞坐封工具兼容，通用性好。

（3）该类桥塞可以根据现场井况灵活控制溶解条件，非常适合长期坐封井筒的作业，并可避免钻塞的风险，降低费用。