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1、第十一章 电缆桥塞技术电缆桥塞技术是 80 年代从美国贝克和吉尔哈特公司分别引进的一项新工艺技术。它是用电缆将桥塞下入井中，通过电点火、爆燃、座封和丢手来完成对下部层位的封堵，达到开采上层之目的。该项新技术还可以解决复杂地层条件下的施工技术问题。适合于对漏失层、高压水（气层的封堵。尤其在薄层上座封更能发挥它的优势。另外它还具有施工简单、成功率高、费用低、节省时间，降低劳动强度等优点。因而在国外试油作业中已得到了普遍使用。近几年在我国渤海、大庆、辽河、四川、华北等油田也相继使用了该项新技术。一、桥塞及座封工具主要技术参数1、吉尔哈特桥塞主要技术参数耐温 218.3 耐压 68.9MPa抗硫 H2
2、S 含量小于 5 胶筒硬度 中间为邵氏 70 度上下为邵氏 90 度胶筒胀大范围5胶筒 99.57115.82 毫米 5 胶筒 116.3 128.2 毫米217胶筒 152.12169.04 毫米桥塞外径 5 94.2mm5 108mm 7 142mm 21桥塞长度5 380mm 7 490mm21桥塞重量5 14.9 公斤 7 31 公斤212、吉尔哈特座封工具主要技术参数耐温 213 耐压 137.88MPa座封力 253.5KN 剪销剪断力 13.34KN引爆电源 0.25 A 火药燃烧时间 3032S行程 161.93mm 最大外径 106.4mm总长 2850mm 总重 85.25
3、Kg3、国产贝克桥塞主要技术参数耐温 120210 耐压 3570Mpa胶筒胀大范围 5 118.6128.1mm21桥塞外径5 110mm 7 145mm21桥塞总长5 350mm21 桥塞总重5 13Kg 7 25Kg214、国产贝克座封工具主要技术参数耐温 210 耐压 96MPa适用范围 513桥塞 最大外径 97mm总长（不包括磁定位）2530 mm 总重 153Kg二、电缆桥塞结构及其作用（一）吉尔哈特电缆桥塞结构及作用电缆桥塞下井管串由电缆十磁定位器十安全接头十座封工具十桥塞五部分组成。 （见图11 一 1）地面设备主要有电缆车和仪器车。电缆车主要用于起下桥塞管串。仪器车主要用于
4、校深和电点火操作。1、电缆根据不同井深和桥塞规格而配备不同直径和长度的电缆。直径主要有：5.6mm、8.18mm、11.79mm、12.02mm、12.6mm 等五种规格。常用的是 12.6mm 电缆。长度有：3500m、5000m、6000m、7000m 五种。电缆的作用是起下桥塞管串。供给磁定位器和桥塞点火电源。也是地面控制井下仪器的通道。2、磁性定位器它上接电源下接安全接头。由马龙头、磁钢、线圈和二极管组成。用于确定桥塞准确座封位置。3、安全接头它上接磁定位，下接座封工具，由安全销钉和打捞头组成。当工具在井内遇阻遇卡时，因安全销钉剪切力小于电缆拉断力。因此上提电缆就先将安全销钉剪断，从而
5、可将电缆和磁定位从井内安全提出。4、座封工具它上接安全接头，下接桥塞。由变换接头、压帽、点火头、燃烧室、剪切接头、滑动接头、缓冲室、主活塞、付活塞腔、付活塞、连接杆、锁紧螺母、连接头、锁紧环、座封套等 15 个部件组成。另外还有其他材料另件如 ：火工件（雷管和火药柱） 、O 型密封圈（共 4 种 17 件） 、铜剪销和尼龙塞等。座封工具主要用于桥塞的点火、座封和丢手。除火工件、橡胶件、铜剪销和尼龙塞为一次性消耗件外。其他均可重复使用 50 次以上。 （见图 11 一 2）（1）变换接头、压帽和点火头变换接头与安全接头相接，其下部用压帽连接在点火头上。变换接头内装有与外壳绝缘的硬性电路，此电路顶
6、压在雷管（引爆管）上。当地面接通电源时。雷管（引爆管）即爆燃。（2）燃烧室它上部直接与点火头相连，内装火药柱，当药柱被雷管引燃后，逐渐形成高压气体，此高压气体产生的压力即为座封力，可达 25 吨。（3）剪切接头和滑动接头剪切接头上接燃烧室，下接主活塞的活塞杆上部螺纹，并用铜剪销与滑动接头相联。当座封力将铜剪销剪断后，座封工具即从此处脱离开。滑动接头推动外筒（包括缓冲室、付活塞腔、座封套和桥塞压帽）向下运动。而主活塞带动芯轴（包括付活塞、连接杆、连接头、丢手环和桥塞主体）向上运动。（4）缓冲室（润滑油室）内装主活塞和活塞杆，环空装满润滑油，此油起缓冲主活塞的冲击力，润滑和冷却主活塞的作用。主活塞
7、底部即为高压腔。燃烧室内高压气体通过活塞杆中心孔进入该腔。所以该腔两端均有双道 O 型密封圈进行密封。 （主活塞上有三道密封）（5）付活塞腔、付活塞和锁紧螺母付活塞在付活塞腔内运动，此腔上接缓冲室，下接座封套。付活塞通过活塞杆与主活塞连成一体，其下部与连接杆相接并用锁紧螺母锁紧。付活塞主要起扶正作用，改善主活塞的运动状况。（6）压套和锁紧环 压套下部紧压在桥塞压帽上，然后用锁紧环锁紧，其作用是传递座封力和调节间隙。保证压套与桥塞压帽的充分接触。（7）连接杆和连接头连接头上接连接杆，下接桥塞丢手环。它可以带动桥塞主体自下而上的压缩桥塞下卡瓦。5、桥塞桥塞主体通过连接头与座封工具相接。它由丢手环、
8、倒齿锁环、压帽、上卡瓦、上锥形套、上销钉，上挡环、上金属伞、上胶圈、主胶圈、下胶圈、下金属伞、下挡环、下锥形套、下销钉、下卡瓦、主体等 17 个另件组成。见（图 11 一 3）（1）丢手环（释放环）当座封力超过丢手环薄弱糟强度极限时。丢手环断裂。从而使桥塞与座封工具分离，实现桥塞丢手。（2）压帽和倒齿锁环压帽材质为铸铁，易钻磨，其表面具有向下的粗倒齿结构。倒齿挂锁环内外表面均有倒齿的开口薄环结构。外表面为向下粗倒齿与压帽结合为一体，套在丢手环外部。内表面为向上细倒齿。当其受向下运动时与主体细倒齿起锁紧作用，防止座封时被压缩的胶筒回弹松弛而降低胶筒的密封性。（3）上卡瓦上卡瓦是一个由八块组成的环
9、状结构，内表面为锥面。当其被压帽挤压裂开而分为八块，均匀地咬紧套管内壁，因其外表面为向上倒齿可以防止桥塞上移。（4）上锥形套它位于上卡瓦下部，用 4 个 4.75 毫米销钉固定在桥塞主体上，外表面为锥面，用于均匀撑开上卡瓦。（5）上销钉它可使桥塞在运输和下井过程中保持原有状态。以免桥塞下井遇阻变形而导致座封失败。（6）上、下挡环其形状为开槽的碗状结构。受力后其直径可以随金属伞同步增加。加强了桥塞的支撑效果。（7）上、下金属伞其材质较软，形状为伞状而且开槽，受轴向力后，金属伞即撑开。缩小其与套管的间隙，对胶筒起防突作用，提高胶筒承受压差的能力。（8）上、下胶筒装在主胶筒上下两端，其硬度为邵氏 9
10、0 度。对主胶筒起传压和防突作用，防止密封胶筒受挤压从间隙挤出。（9）主胶筒、密封胶筒其硬度为邵氏 70 度，较软易变形。为主要密封胶筒。用于密封环空，保证桥塞的密封性。（10）下锥形套和下销钉其结构和作用与上锥形套和上销钉相同。不同点是锥形小端在下，下卡瓦沿其锥面向上涨开撑开，嵌入到套管壁。（11）下卡瓦下卡瓦的结构与上卡瓦基本相同，只是倒齿的方向是向下的,嵌入到套管壁，它可以承受上部地层和井筒液柱的压力，防止桥塞下移。（12）主体主体的材质为铸铁。它实际是一根中间有盲孔的空心轴。其上部有与丢手环连接的丝扣和与倒齿锁环相同的细倒齿。下部三爪结构是起导向作用的。因盲孔死端在上部。厚只有 31
11、毫米，所以当钻磨桥塞时，盲端很快被钻开。桥塞下部的压力即可通过中心孔泄压，使桥塞上下压力平衡，消除了钻桥塞时引起桥上移的可能性。因此这种桥塞又叫可钻桥塞。（二）贝克电缆桥塞结构及其作用贝克电缆桥塞串由：电缆磁性定位器安全接头座封工具桥塞等五部分组成。它与吉尔哈特电缆桥塞基本相同，只有座封工具有些差别，这里介绍贝克座封工具的结构及其作用。座封工具由：变换接头、点火头、火药室、泄压阀、上活塞、上活塞筒、传压接头、下活塞、活塞杆、下活塞筒、下堵头、套环、传力板、外联接筒 1、外联接筒 2、内联接筒、调整接头、涨力芯轴、锁紧弹簧、压套等 20 件组成。 （见图 114）1、变换接头和点火头它上接安全接
12、头。内装一级雷管（引爆管）和二级火药并装有与外壳绝缘和电路和点火外，点火针与一级雷管接触，通电时雷管即燃爆，随即引燃火药。2、火药室和泄压阀它上接点火头，内装三级火药柱，当其被二级火药引燃后，产生高压气体，形成对桥塞的压力。与吉尔哈特不同之处在于桥塞座封后此腔仍为高压腔，所以其上装有泄压阀。座封完成起出拆卸时，注意必须先按操作规程进行泄压。方能保证人身安全。3、上活塞筒和上活塞它上接火药室，下接传压接头，内装主活塞和润滑油。润滑油既可传递座封力又可润滑和冷却活塞。加入油量随井深而异。4、传压接头它连接上、下活塞筒。其两端 O 型密封圈使上、下筒成为密封腔，储存能量。中间小孔是传递座封力的通道，
13、还起延时和缓冲作用。5、下活塞筒、下活塞、活塞杆和下堵头下堵头上接下活塞筒，筒内下活塞和活塞杆固定。活塞杆下部开孔处穿连着传力板。这样活塞杆就可以将下活塞的座封力传给传力板。由于下堵头内孔和外表面均有两道密封，所以下活塞筒也处于密封状态。6、传力板、内联接筒、环套、外联接筒 1、外联接筒 2 和压套传力板同时穿过内联接筒、活塞杆和外联接筒 1、装好环套并上紧防松螺钉。环套可限制传力板左右位移。内联接筒上接下堵头，下接高速接头。它中间开有滑动导轨槽，传力板可在槽内上下运动而不能转动，也不随座封力。外联接筒 1 空套在内联接筒外部。因传力板两端穿插在筒两侧开孔内。所以当传力板向下运动时，即带动外连
14、接筒 1 向下运动并将座封力传给外联接筒 2。外连接筒 2 下接外联接筒 1，下接压套（座封套）压套直接压缩桥塞压帽。7、调整接头、涨力芯轴和锁紧弹簧调整接头上接内联接筒，下接涨力芯轴和锁紧弹簧。涨力芯轴下端直接与丢手螺栓相连。该轴和螺纹可调节压套与桥塞压帽之间隙，锁紧弹簧可防止芯轴螺纹倒扣松动。三、电缆桥塞工作原理（一）吉尔哈特电缆桥塞工作原理电缆车将桥塞管串送到井内予定座封层位以上 100 米左右，利用磁定位器和仪器车上的校深仪器对照测井原图，找出标准套管（短套管）位置，然后调整好桥塞在内的准确位置。经校对调整桥塞位置准确无误，操作员接通电源进行点火。通电后点火头内雷管（引爆管）即爆燃，紧接着将燃烧室里火药柱引燃。经 30 秒钟左右燃烧所形成的高压气流，经活塞杆的中心孔进到高压腔。在高压腔内，口腔的上下端面受力面积相等。所以腔内高压气体推动主活塞和剪切接头向上移动。同时又向下推动缓冲套和滑动接头向下移动。锁定剪切接头和滑动接头的铜剪销因同时受上下剪力
