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一体可取式挤灰桥塞的研制与应用

作者及机构
本研究的作者为李成成，所属机构为中原油田分公司采油气工程服务中心（河南濮阳 457001）。该研究发表于《中国科技信息》2023年第1期，并于2023年3月14日在期刊网平台首次上线。

学术背景
本研究属于石油工程领域，聚焦于油田开发中的分层挤堵技术。在油田作业中，传统的液压插管桥塞（hydraulic tubing bridge plug）和一体化机械式插管桥塞（integrated mechanical bridge plug）存在作业效率低、工具稳定性不足等问题。为提高作业效率并增强工具的可靠性，本研究提出了一种新型的“一体可取式挤灰桥塞”（retrievable squeeze bridge plug），旨在简化作业流程、降低施工成本，并提升工具的重复使用率。

研究流程
1. 问题分析与设计目标
- 研究团队首先分析了现有桥塞的缺陷，包括作业步骤繁琐、工具易卡阻、难以回收等问题。
- 设计目标包括：实现快速坐封与解封、提高工具耐压性能、优化挤灰效率。

1. 结构设计与材料选择

   • 采用模块化设计，将坐封机构、密封单元和回收机构集成于一体。
     
   • 选用高强度合金钢作为主体材料，密封件采用耐高温、耐腐蚀的弹性体复合材料。
     

2. 数值模拟与优化

   • 通过有限元分析（FEA）模拟桥塞在井下受力情况，优化关键部件的结构强度。
     
   • 针对坐封力、密封性能和抗拉强度进行多轮迭代设计。
     

3. 原型试制与实验室测试

   • 试制了5套原型样机，在模拟井下环境中进行性能测试。
     
   • 测试项目包括：
     
     • 坐封/解封试验：验证工具在20-50 MPa压力下的可靠性。
       
     • 密封性能测试：检测桥塞在高温（150°C）和酸性介质中的密封效果。
       
     • 疲劳试验：模拟多次坐封-解封循环，评估工具寿命。
       

4. 现场应用与效果评估

   • 在中原油田的3口井中进行现场试验，作业深度为2000-3000米。
     
   • 记录施工时间、挤灰效率、工具回收率等关键指标，并与传统桥塞对比。
     

主要结果
1. 结构性能
- 坐封时间缩短至5分钟内，解封成功率提升至98%。
- 密封单元在50 MPa压差下无泄漏，满足高压井况需求。

1. 现场应用数据

   • 平均单井作业时间减少40%，工具回收率达95%。
     
   • 挤灰效率提高30%，有效降低了水泥浆浪费。
     

2. 经济性分析

   • 与传统桥塞相比，新型工具可重复使用3-5次，单次作业成本降低25%。
     

结论与价值
1. 技术意义
- 该桥塞实现了“坐封-挤灰-回收”一体化操作，填补了可回收式挤灰工具的空白。
- 模块化设计为后续工具升级提供了灵活性。

1. 应用价值
   
   • 显著降低油田作业成本，尤其适用于需要频繁调整的分层开发井。
     
   • 为类似井下工具的研制提供了技术参考。
     

研究亮点
1. 创新性设计
- 首次将快速解封机构与高压密封技术结合，解决了传统工具回收困难的问题。
2. 多学科融合
- 综合应用材料科学、机械仿真和油田工程知识，体现了跨学科研究的优势。

其他价值
研究过程中开发的有限元模型和测试方法，可推广至其他井下工具的开发，具有较高的方法论价值。