紀(jì) 松

（中國(guó)石化華東石油工程有限公司測(cè)井分公司，江蘇揚(yáng)州225000）

油田開發(fā)過程中，橋塞作為一種臨時(shí)性的井下封堵工具被廣泛應(yīng)用，根據(jù)作業(yè)目的不同，橋塞會(huì)被取出、鉆磨或溶解，以使井筒暢通［1］。常規(guī)復(fù)合可溶解橋塞入井后，受井內(nèi)溫度和壓井液礦化度的影響逐漸溶解，在井內(nèi)坐封有效時(shí)間一般在24 h 以內(nèi)，無法滿足特殊井況下長(zhǎng)時(shí)間井筒作業(yè)的需求［2］。因此，研發(fā)一種新型的可控制溶解的橋塞，既滿足長(zhǎng)時(shí)間坐封，又可快速溶解，以實(shí)現(xiàn)井筒暢通的目的。

1 新型可溶解復(fù)合橋塞的研究

選擇三種熱擠壓成形的復(fù)合材料，分別對(duì)其力學(xué)性能、降解性能進(jìn)行對(duì)比研究，最終確定新型橋塞的制作材料。

1.1 橋塞制作材料

復(fù)合材料橋塞主體為Mg 合金，制備A、B、C 三種Mg合金材料進(jìn)行對(duì)比（見表1）。

表1 Mg合金材料各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

復(fù)合材料加工采用電磁攪拌熔煉工藝，740℃精煉2 h，680～700℃澆注，通過4 000 t擠壓機(jī)慢速擠壓成?120 mm 的圓棒，最后經(jīng)過機(jī)加工成為所需橋塞元件。圓棒半徑中心位置取力學(xué)性能與溶解測(cè)試試樣，在室溫作用下用萬能拉伸機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試［3］，每種材料取3個(gè)試樣，最后數(shù)據(jù)取平均值。

1.1.1 橋塞復(fù)合材料力學(xué)性能

室溫條件下分別對(duì)材料A、B、C 進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，研究抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度與材料組分的關(guān)系［4］，三種材料室溫力學(xué)性能曲線如圖1 所示，力學(xué)性能數(shù)據(jù)如表2所示。

圖1 三種合金的室溫力學(xué)性能

表2 不同成分合金的室溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)

由圖1 和表2 中可以看出，Cu 含量的影響比Ni更為顯著，隨著Cu 的增加，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度增加，伸長(zhǎng)率均下降，而Ni 變化時(shí)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率變化較小。細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化是Mg合金強(qiáng)度提高的主要手段，由于Cu 含量的增加，析出大量第二相，強(qiáng)化基體，強(qiáng)度增加。A材料相較于粉末冶金成形合金延伸率更好，加工成本更低。

1.1.2 橋塞復(fù)合材料溶解性能

制備三種不同的溶液，Cl-質(zhì)量濃度分別為為5 000 mg/L（溶液1）、15 000 mg/L（溶液2）、0 mg/L（即清水，溶液3）；將A、B、C 三種材料試樣分別置入三種溶液，置入溶液1 的試樣定義為A1、B1、C1，置入溶液2 的試樣定義為A2、B2、C2，置入溶液3的試樣定義為A3、B3、C3。在90℃下進(jìn)行溶解測(cè)試（見圖2），三種溶液中試樣的平均溶解速率見表3。

圖2 各試樣在不同質(zhì)量濃度溶液中的溶解曲線

表3 試樣在3種溶液中的溶解數(shù)據(jù)

從表3 數(shù)據(jù)可以看出，溶液質(zhì)量濃度對(duì)合金的溶解速率有明顯的影響，Cl-質(zhì)量濃度越高，溶解速度越高，在Cl-質(zhì)量濃度為15 000 mg/L 的溶液中溶解最快，而在清水中試樣基本不溶解。溶解試驗(yàn)可以看出，不同合金組分對(duì)溶解速率有影響，Cu、Ni元素都是促進(jìn)溶解速率的元素，Cu 的影響較大。因此，可以通過調(diào)節(jié)Cu、Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)來調(diào)節(jié)溶解速度，同時(shí)也可調(diào)節(jié)材料的力學(xué)性能。

1.2 橋塞產(chǎn)品

根據(jù)上述研究對(duì)比，選定A 為加工橋塞產(chǎn)品的材料，既可達(dá)到所需抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，又能滿足溶解條件可控的要求。

1.2.1 橋塞樣品的設(shè)計(jì)及制作

橋塞主要由推筒套、卡瓦座、卡瓦、錐體、膠筒、導(dǎo)向密封頭等組成（見圖3）。坐封時(shí)，推筒套固定，緊緊頂住第一卡瓦座。上提拉桿，固定銷被剪斷，且?guī)?dòng)壓塊上拉中心管上行，導(dǎo)向密封頭隨中心管上行壓縮膠筒，同時(shí)推動(dòng)第一卡瓦和第二卡瓦分運(yùn)動(dòng)，卡瓦外徑擴(kuò)大至套管內(nèi)壁處，即與套管內(nèi)壁接觸咬合，此時(shí)橋塞固定在套管上完成坐封［4-7］。

圖3 橋塞結(jié)構(gòu)

1.2.2 橋塞樣品的壓力試驗(yàn)

制成的橋塞樣品適用于139.7 mm 套管，坐封力17.8 t，采用貝克20#坐封工具進(jìn)行坐封，測(cè)試環(huán)境為85℃的清水溶液［5］。測(cè)試方案為坐封后分別從上端和下端打壓35 MPa，測(cè)試穩(wěn)壓性能，如穩(wěn)壓正常，卸掉壓力后在85℃清水中浸泡64 h，再分別從上下端打壓35 MPa，測(cè)試穩(wěn)壓性能［3］（見表4）。

表4 橋塞樣品承壓測(cè)試數(shù)據(jù)

從壓力下降數(shù)據(jù)可以看出，壓降均保持在-5%以內(nèi)，整個(gè)過程中壓降比在允許范圍內(nèi)，壓力不降無泄漏，地面承壓試驗(yàn)合格，A材料制作的橋塞的各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用井況

C3P13 井是一口水平井，人工井底3 065 m，套管內(nèi)徑124.3 mm，水平段從1 751.55 m 開始造斜，井溫在90℃左右，射孔井段2 773～3 025 m。該井2018年4 月作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)2 360.5～2 737 m 破漏，由于破漏段較長(zhǎng)，采用懸掛小套管工藝進(jìn)行修井作業(yè)，在射孔段上部進(jìn)行橋塞臨時(shí)封堵，修井結(jié)束后對(duì)橋塞進(jìn)行注液溶解［6］。

2.2 應(yīng)用效果

該井下入A 材料制作的橋塞對(duì)射孔層段以上進(jìn)行卡封，在橋塞以上進(jìn)行懸掛小套管固井完井，保護(hù)了水平段射孔層。橋塞座封位置為2 700 m，錨定可靠，密封良好，最大工作壓差45 MPa，在22天的修井施工期間性能穩(wěn)定。作業(yè)結(jié)束后下入6 m3醋酸［6］，替代氯化鉀溶液燜井助溶兩天，橋塞即開始溶解、失封，橋塞溶解效果可控。溶解3天后進(jìn)行抽吸出油，最高日產(chǎn)油達(dá)到11 t，橋塞密封性和溶解可控性達(dá)到預(yù)期效果。

3 結(jié)論

（1）制備了三種合金材料，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，掌握了材料各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與合金的力學(xué)性能及溶解性能的關(guān)系，優(yōu)選出A材料為制造橋塞的合金。

（2）研發(fā)的橋塞各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需要，操作簡(jiǎn)便，與傳統(tǒng)橋塞坐封工具兼容，通用性好。

（3）該類橋塞可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)井況靈活控制溶解條件，非常適合長(zhǎng)期坐封井筒的作業(yè)，并可避免鉆塞的風(fēng)險(xiǎn)，降低費(fèi)用。