复合桥塞
分簇射孔—复合桥塞联作分段压裂技术
分簇射孔一复合桥塞联作分段压裂技术-工程论文分簇射孔一复合桥塞联作分段压裂技术慕光华成随牛冯滨随着国内页岩气、致密油气的开发，在水平井施工中，分簇射孔一复合桥塞联作的分段压裂开发模式得到广泛应用。
与其他开发模式相比，它具有可实现大排量注入、分簇射孔、分段体积压裂和作业效率高等优点。
分簇射孔一复合桥塞的分段压裂的核心技术为水力泵送工艺技术、多级点火分簇射孔技术、快钻复合桥塞技术、滑溜水多段体积压裂技术。
前三项技术由射孔施工队伍承担完成。
分簇射孔一复合桥塞分段压裂示意图将水平井段分成若干段（一段的控制距离为100〜150m ），第一段采用油管、连续油管及电缆爬行器进行射孔后压裂，其他段采用分簇射孔-复合桥塞联作工艺技术施工。
用电缆将联作仪器串下入井内，在大斜度及水平井段用水力泵送的方式推进，即水力泵送工艺技术。
首先用复合桥塞封堵前一段，再对本段进行分簇射孔，起出联作仪器串，再对该段进行体积压裂施工。
联作仪器串示意图多级点火分簇射孔技术是将串接的电缆射孔器和桥塞座封工具下放到预定射孔位置后，从底部逐级进行分层点火。
主要通过两种方式来实现：分簇射孔一复合桥塞联作分段压裂技术一是采用压力机械开关装置，由下部射孔枪起爆后，产生的爆炸压力推动机械开关闭合，接通上部射孔枪雷管的原理，实现电缆分级射孔。
如果某级压力开关未闭合，则本级和后级射孔器无法点火起爆。
二是利用可编码的电子开关技术，通过地面仪器控制可编码电子开关，有选择地将雷管与电缆缆芯导通，完成分级点火。
特点是可以串接数量比较多（10〜20级）的下井射孔器，跳过故障级对后一级进行点火，提高分簇射孔的下井一次成率。
多级点火分簇射孔还具有以下特点：电缆传输+液体推送+座封桥塞+分级起爆多根射孔枪，每级分2〜6簇射孔，每簇长度0.46〜0.77m，簇间距20〜30m。
快钻复合桥塞是从常规铸铁桥塞发展而来，通常采用连续油管或电缆水力泵入下入方式。
技术特点是采用分级点火联作施工，先坐封复合桥塞，后进行分簇射孔。
某进口复合桥塞的结构分析及油田应用
1341 复合桥塞技术原理及特点1）复合桥塞坐封技术原理。
桥塞坐封技术的原理主要是以机构部件的运动过程以及各机构部件受力的先后顺序实现可靠地桥塞坐封，而桥塞各机构的结构部件的外部推力由桥塞坐封工具输出提供，但是另一方面机构部件在高温下的材料强度是实现桥塞可靠坐封的技术关键。
2）进口桥塞结构及性能特点。
进口桥塞的结构主要由芯轴、负载环、卡瓦、支撑帽、胶筒、固定环、下端头等组成。
该进口桥塞的结构整体比Magnum复合桥塞的结构简单，在满足基本的坐封原理与性能方面无明显差异，在桥塞磨铣方面，该进口桥塞具有更快的钻磨效果。
2 进口复合桥塞结构动力学分析1）桥塞结构动力学分析的方法及意义。
机械结构的运动学分析主要从几何的角度（指不涉及物体本身的物理性质和加在物体上的力）描述和研究结构对象位置随时间的变化规律的力学分支。
以研究质点和刚体这两个简化模型的运动为基础，并进一步研究变形体（弹性体、流体等） 的运动。
进行桥塞结构动力学分析的意义在于通过理论演绎计算，获得关键零部件的相关结构强度参数，与桥塞零部件在结构力学试验中获得数据进行对比，更可靠的确定桥塞的结构强度及性能。
2）进口复合桥塞动力学分析。
桥塞坐封的驱动力由桥塞坐封工具提供，而桥塞坐封工具的动力源是由桥塞火药燃烧的气体膨胀做功输出。
桥塞火药燃烧的过程是随时间近似线性变化，同时桥塞工具内部结构是气体膨胀做功输出动力，推动活塞机构压缩液压油，驱动二级活塞推动桥塞工具上的推筒机构坐封桥塞。
3）进口复合桥塞解析法与试验法结果对比。
通过对进口复合桥塞的各机构部件受力进行了数值分析计算，其中结构件胶筒的最大受力为172.3 kN。
对于胶筒，在研究过程中也进行了试验验证，通过将胶筒装配在工装芯杆上，在万能材料试验机上进行压缩，在胶筒压缩后直径达到124mm，胶筒的圧缩力24.3kN，由于胶筒外部未进行套管约束，所以胶筒的压缩直径以目前桥塞可适用的坐封最大套管内径作为约束值，测量了胶筒的圧缩力。
复合上返注灰桥塞的研究与应用
光油管挤灰封堵施工，工序多施工时间长，同时受油层套管承压以及配灰量限制，导致挤灰封堵效果变差，一次挤灰封堵成功率较低，返工工作量增加，统计近年挤灰封堵分析看到，挤灰工艺成功率仅有66％。
一方面原因是挤灰工序多，挤灰前期施工过程用时较长，使灰浆在井筒已经出现稠化，失去流动性，挤灰困难；另一方面受油层套管承压以及配灰量限制，一些井因灰量少、吸水性差施工压力无法提高导致挤灰封堵失败，尤其高压井筒无法实施注灰挤灰工艺。
目前江苏油田采油一厂修井作业平均每年新增桥塞应用井40井次，与桥塞有关的施工工作量每年约250多井次。
桥塞长期处在地下会受到介质影响发生腐蚀，随着时间的推移，桥塞的打捞工作愈发困难。
现在的打捞工具在捞获桥塞后存在不能解卡、脱手困难、不易钻磨的问题，往往造成转大修增加费用；大斜度井段打捞桥塞存在打捞工具入腔难的窘境；老桥塞在资料的录入与型号选择方面不完整，导致无法选择打捞工具。
2019年四季度，在江苏油田采油一厂陆续有陈2-42、永14-3、沙26平4、陈3平13等井打捞不成功，造成作业费用增加，影响采油生产速度。
同时油田部分特殊井，如外溢和地层漏失井筒，需要先期进行压井或堵漏，如果不采取措施，注灰容易造成插旗杆和灰塞沉降达不到设计要求，造成二次注灰，产生工期和费用。
部分水平井由于套损，需要对目前生产层进行封堵后修复套损破漏，如果用普通桥塞跨隔，打捞风险大，如果采用悬挂手段修复破漏段，则底部桥塞在水平井段难钻磨，金属材料桥塞在解封过程中钻铣难度大、钻铣时间长，容易造成套管偏磨及金属屑卡钻等问题。
造成作业成本及卡钻风险大幅增加。
主要存在的问题如下： 桥塞长时间在井下，在高温高压的状态下，部分机械零件锈蚀，腐蚀难打捞部分井下桥塞在超过2年使用期限后，打捞易卡，导至部分井转大修，平均每口井增加大修作业成本费用近40万元。
部分大斜度井段，桥塞难打捞在水平井段或井斜大于45°井段，打捞工具难入腔。
可钻式复合桥塞[实用新型专利]
![可钻式复合桥塞[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/50c72012dc36a32d7375a417866fb84ae45cc3fd.png)
(10)授权公告号(45)授权公告日 (21)申请号 201420718122.X(22)申请日 2014.11.26E21B 33/134(2006.01)(73)专利权人中国石油集团西部钻探工程有限公司地址830026 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市开发区中亚南路326号西部钻探钻井工程技术研究院科技管理科(72)发明人李晓军 张胜鹏 王飞跃 张昕李富强 张军锋(74)专利代理机构乌鲁木齐合纵专利商标事务所 65105代理人汤建武 周星莹(54)实用新型名称可钻式复合桥塞(57)摘要本实用新型涉及油气田完井压裂工具技术领域，是一种可钻式复合桥塞,其包括本体、剪切接头、剪切环、推进套、上锥体、主胶筒、副胶筒、下锥体、支撑座和下接头；在本体的上部外侧有凸台，在本体的中部自上至下依次套装有主胶筒和副胶筒，在本体的下端外侧固定安装有下接头，在下接头与副胶筒之间的本体上自上至下依序套装有被下接头顶紧的下锥体、下卡瓦座和支撑座。
本实用新型结构合理而紧凑，使用方便、成本低，而且在磨铣桥塞时上部桥塞剩余部分和下部桥塞啮合锁紧，能防止磨铣桥塞时桥塞发生转动，从而提高了磨铣效率，采用复合材料易于钻铣，钻铣形成的钻屑尺寸小，易于返排，保证了井筒的畅通，为后续工艺管柱的下入提供了安全保障。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)授权公告号CN 204299538 U (45)授权公告日2015.04.29C N 204299538U1.一种可钻式复合桥塞，其特征在于包括本体、剪切接头、剪切环、推进套、上锥体、主胶筒、副胶筒、下锥体、支撑座和下接头；在本体的上部外侧有凸台，在本体的中部自上至下依次套装有主胶筒和副胶筒，在本体的下端外侧固定安装有下接头，在下接头与副胶筒之间的本体上自上至下依序套装有被下接头顶紧的下锥体、下卡瓦座和支撑座，下锥体的下部呈上宽下窄的锥形，在下锥体的下部外侧沿圆周间隔套装分布有至少两个的下卡瓦，在主胶筒上方的本体上套装有上部呈上窄下宽锥形的上锥体，在上锥体的上部外侧沿圆周间隔套装分布有至少两个的上卡瓦，剪切接头的上部套装在凸台上，在剪切接头的下部与上卡瓦之间的本体上自上而下套装有推进套和上卡瓦座，在剪切接头的下部内侧一体有剪切环，在剪切接头的外侧有螺纹。
电缆泵送复合桥塞
电缆泵送Magnum复合桥塞以下所描述的工艺操作流程对于泵送与起出Magnum复合桥塞并不是固定不变的，每一步操作都需要根据井况进行调整。
该通用流程只能辅助解决有可能遇到的问题。
该操作流程不适用于Magnum永久式复合桥塞。
桥塞入井前，必须通过通井规、刮管器或者模拟桥塞通井。
通井规，刮管器或者模拟桥塞的外径必须大于桥塞的外径。
直井入井前：记录套管接箍定位器到复合桥塞底部的距离等相关需要测量的数据。
推荐起出防喷管中的钻具组合，如果不行的话，再使用推管车，但是推管车不能用于支撑钻具组合的重量。
一旦钻具组合被悬挂起来，必须采取预防措施防止桥塞碰到会对桥塞或人员引起伤害的障碍物。
校深时如不能将工具串置于地面，则用鼠洞或者井口。
记录钻具组合管串的重量。
注意：对防喷管试压时，应缓慢增加和降低压力，否则会伤害复合桥塞。
在打开井眼前确保井眼压力与防喷器缓慢平衡。
当通过井口装置下放钻具组合时，应格外小心，避免损坏复合桥塞。
入井：当接近液面时，推荐100f/min（30m/min）或更小的速度，记录液面位置。
注意：大于100f/min（30m/min）时，有可能引起桥塞提前坐封。
钻具组合泵入速度控制在250f/min(75m/min)以下，泵入位置超出坐封深度后停泵。
在起出工具之前测量井底钻具组合悬重。
校深后，将工具串提到桥塞坐封位置。
将一旦桥塞到位，点火坐封，在起出坐封工具前等待大概两分钟以确保桥塞与坐封工具已剪断、分离。
在起出坐封工具时要监测管串重量。
管串重量被提起后，如果下入的是死堵桥塞或单流阀式桥塞可进行试压对。
不要返回下探桥塞！继续上提电缆，监测重量，校深到达射孔位置后射孔。
各簇射孔全部完成后，上提起出电缆，射孔枪起到液面位置前，速度降至100f/min（30m/min）。
超过液面位置后以合适且安全的速度将工具取出。
将球置于井口，平衡井筒压力。
注意：如井筒压力未达到平衡，球有可能撞击压裂井口顶部压帽被打碎。
复合材料桥塞在水平井分段压裂中的应用
时 为 桥 塞 预 留 一个 适 中 的受 力 面 ，既 增 大
了 泵 送 液 的 过 流 面 积 ，又 使 得 电 缆 不 至 于 承 受 过 大 的张 力 ，保证 桥 塞 能够 顺 利 的 泵
送 到位 。
２ ３电缆桥 塞 坐封 、射孔 一 趟 电缆 全部
技 术 创 新
复合材料桥塞具有高效 易钻 磨性 ，在 水平井分段压裂施 工中可利 用电缆输送 ， 水力泵送 至设计位置 ，采用 “ 一趟电缆管 串完成桥塞坐封丢 手、射孔及压 裂” 的工 艺 ，在水平井分段压裂 施工 中具有十分重 要的作用 。本 文就 复合 材料桥塞在现场施
工 中 的主 要 程 序 进 行 了一 些 简 要 的 分 析 。 常片 ｊ 的 金 属 桥 塞 存 在 钻 铣 时 间 长 的 问 题 ，而 国 内桥 塞 多 为液 压 坐 封方 式 ，需 要 油 管 或 钻 杆 下 入 ，导 致 水 平 井 分 段压 裂 施 工 剧 期 较 长 ，在 一 定 程 度 上 限 制 了 桥 塞 的 应 用 。 复 合 桥 塞 以其 独 特 的 材 料 设 计 ，具
仪 器 控 制 ．首 先 连 接 负 电 ．增 大 电流 传 导
至 射 孔 工 具 串 ，引 爆 桥 塞 坐 封 工 具上 的 火 药 ，进 而坐 封 工 具 工 作 推 动 坐 封 活 塞 ，桥
塞坐 封 ；桥 塞 坐 封 后 ，上 提 电缆 使 射 孔 枪
对 准 射 孔 井 段 ，再 次 通 过 地 面 起 爆 控 制 仪
图２ 复合 桥 塞分段 压裂 管柱 示 意 图
Ｉ ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 。
易钻式复合桥塞的研制与应用
关键词：底部堵水；复合桥塞；工作原理；应用
·８４·
钻采机械
ห้องสมุดไป่ตู้钻 采 工 艺
ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１９年 ５月
Ｍａｙ２０１９
易钻式复合桥塞的研制与应用
范锡彦
（中原油田分公司濮东采油厂）
范锡彦．易钻式复合桥塞的研制与应用．钻采工艺，２０１９，４２（３）：８４－８７ 摘 要：桥塞是油水井底部层位封堵工艺的一种关键设备，它具有施工周期短、操作简便、卡封位置准、风险
桥塞投送器连接处剪钉，脱开复合桥塞。下放管柱 加压 ２ｔ探桥塞位置，管柱遇阻且遇阻位置不变则 桥塞坐封成功；上提管柱无卡阻则丢开成功。下部 层位需重新利用时，下入钻塞管柱将复合桥塞钻碎， 彻底返出地面，避免井筒留下落物。
二、复合桥塞结构设计
１．研究思路 （１）主体材料易钻、且满足耐温（１２０℃）和强度
由表 １可知，胶筒厚度对峰值接触压力有很大 影响，胶筒厚度的小幅度增加使得峰值接触压力大 幅增加，因此在满足桥塞本身强度及井筒条件的情 况下，尽可能的增加胶筒厚度。在满足入井的条件 下，胶筒厚度设计为 １６ｍｍ。
表 １ 胶筒总厚度与峰值接触压力的关系
胶筒总厚度 ／ｍｍ １４．２５ １５．００ １６．００
ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１００６－７６８Ｘ．２０１９．０３．２４
桥塞封堵工艺最大的优势在于它结构简单，使 用方便以及施工速度较快，但传统的底部封堵工艺 中使用的桥塞目前尚存在有一些不足：①电缆桥塞 由于定位相对准确，施工简单，在 ２０世纪 ９０年代得 到了推广应用，但在作业过程中很容易出现中途遇 阻，同时电缆桥塞在经受上下交变载荷时又容易失 效，高压高温井的封堵性能不理想不可靠；②可取式 桥塞因受到结构限制，在某些大斜度定向井中并不 能满足安全使用要求，解封作业困难，存在打捞管柱 被卡风险。为此，借鉴目前桥塞的技术现状，结合油 田的生产实际及目前石油行业开发现状，开展了满 足常规底部封堵措施需要的低成本易钻式复合桥 塞［１－４］的研究与应用。
新型速钻复合桥塞
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·６ ２·
０ １ ４年４月 天 然 气 工 业 ２
新型速钻复合桥塞的开发与应用
叶登胜 程公司井下作业公司
（ ） ： 新型速钻复合桥塞的开发与应用 ． 天然气工业 ， １ ４， ３ ４ ４ ６ ２ ２ ０ ６ ６． 叶登胜等 ． － 具 有 分 段 压 裂 层 数 不 受 限 制、 能实现大规 摘 要 桥塞分段压裂技术是目前国内外非常规油气藏增 产 改 造 的 主 体 技 术 之 一 ， 模大排量体积压裂 、 桥塞钻铣完后井筒畅通等优势 ， 其技术核心是桥塞工具 。 但此前该技术和速钻 桥 塞 均 需 进 口 ， 价格高且影响非 常规气藏工业化开发的周期 。 通过力学分析 、 结构优化 、 材料优选和实验评价 ， 成功开发出了具备高 钻 磨 效 率 和 高 密 封 承 压 能 力 的 新型速钻复合桥塞 ， 并实现了复合材料生产成型 、 桥塞设计加工国产化 。 新型速钻复合桥塞主要包 括 丢 手 机 构 、 锚定机构和密封机 构， 其中丢手机构通过剪切销钉控制坐封工具与桥塞丢手 ； 锚定机 构 具 有 芯 轴 防 转 动 和 防 下 移 功 能 ， 可 有 效 提 高 钻 磨 效 率； 密封单 元和保护套采用弧面结构设计 ， 能提高密封承压能力 。 其主要部件 均 采 用 特 殊 增 强 材 料 和 树 脂 基 体 复 合 而 成 ， 并经过缠绕和模压 动 作 灵 活、 密 封 可 靠、 钻磨效率 等工艺加工成型 ， 材料强度高 、 可钻性好 、 钻 屑 易 返 排。新 型 速 钻 复 合 桥 塞 已 现 场 应 用 ２ ０ 余 井 次， 高， 能够满足非常规气藏储层改造的要求 。 关键词 复合 速钻桥塞 模压成型 缠绕成型 钻磨 分段压裂 工具 国产化 页岩气 ： ／ Ｏ Ｉ １ ０． ３ ７ ８ ７ ７ ６． ２ ０ １ ４． ０ ４． ０ ０ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ ０ ９ － Ｄ ｊ
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复合桥塞技术要求
试油测试大队因生产需要，须购置复合桥塞若干。
现将桥塞相关技术要求如下：
一、一体式复合桥塞：
1、能适用于51/2″套管井封堵底水，选层压裂。
2、送封工具与桥塞设计为一体式，封堵部分除卡瓦外，其余均采用复合材料。
3、设有抗阻机构，遇阻不坐封。
4、至预定位置后投球、液压坐封、双向卡瓦锚定。
5、下普通磨铣管柱钻除。
单只桥塞钻除时间小于1小时，多级桥塞钻除时具有防转斜面。
6、具体技术参数有：
a.最大外径：Φ112-114mm
b.工作套管内径：Φ118-124mm
c.工作温度：≤150 ℃
d.坐封压力：20.00-25.00MPa
e.工作压力：耐压差70.00Mpa
f.连接扣型：27/8 TBG母扣
二、分体式复合桥塞：
1、能适用于51/2″套管井封堵底水，选层压裂。
2、送封工具与桥塞设计为分体式，封堵部分除卡瓦外，其余均采用复合材料。
3、至预定位置后投球、液压坐封、双向卡瓦锚定。
4、下普通磨铣管柱钻除。
单只桥塞钻除时间小于1小时，多级
桥塞钻除时具有防转斜面。
5、设有抗阻机构、遇阻或长时间油管传输不坐封更优。
6、复合桥塞具体技术参数有：
a.最大外径：Φ110-114mm
b.工作套管内径：Φ118-124mm
c.工作温度：≤150 ℃
d.坐封压力：20.00-25.00MPa
e.工作压力：耐压差70.00Mpa
7、送井工具具体技术参数有：
a.最大外径：Φ89-102mm
b.最高工作压力：大于30.00Mpa
c.抗拉强度：大于300.0kN
d.连接扣型：27/8 TBG母扣
井下作业公司
试油测试大队
2015年2月5日。