徐军明 唐文强
西安石竹能源科技有限公司 陕西 西安 710000
摘要:目前国内外最常用的电缆桥塞坐封工具，在进行增产作业时，先进行桥塞坐封，再进行射孔作业是分段压裂改造的重要技术手段。如何缩短桥塞坐封与射孔压裂的作业时间，提高作业效率，缩短完井周期，是一个重要的技术研究，具有相当大的经济价值。
关键词:电缆桥塞坐封工具
1技术背景现状
目前国内外最常用的电缆桥塞坐封工具是利用坐封工具携带的缓释火药燃烧产生高压气体，进而通过推筒和拉杆，将高压气体转为坐封力，最终实现桥塞坐封、丢手等一系列动作。其使用的火药属于民用爆炸物品，在采购、运输、使用和储存方面管理审批手续复杂，管理及使用成本高，并且存在许多安全隐患。现场装拆要求高、危险系数高，且每次作业后坐封工具必须全面清洗维护保养。因此现场需要更安全、环保、经济的动力源为桥塞隔断器提供坐封动力来源。近年来随着页岩气开发，桥塞施工量的飞速增加，规避解决火药坐封技术带来的问题刻不容缓。
电缆式电动机械坐封工具采用电池供电，通过抗震减速电机组进行机械坐封，可以在坐封完成后进行射孔作业，但是其采用的电池为一次性消耗品，一时使用成本较高，二是对电池废弃后的处理成本较高，且会造成一定的污染。
常规液压坐封工具作业时，通过电缆将液压坐封工具通过地面控制使桥塞坐封。由于射孔会产生很强的震动冲击，常规液压坐封工具内部的液压元器件以及电子器件不具备抗震性能，因此不能在坐封后直接进行射孔作业。需要在坐封完成后将液压坐封工具起出，更换射孔管串，再进行射孔作业、压裂作业。其虽然安全经济可靠，但是工作效率较低。如果选择抗震性能较高的电子器件以及液压器件其成本就会变高。因此需要一种具备抗震抗冲击性能的电动液压坐封工具。
当需要较大的坐封力时，常规液压坐封工具由于系统压力较低，需要通过增加液压缸数量即液压缸“叠罗汉”来提高坐封力，这样做会使得坐封工具长度增加，在一些情况下，液压坐封工具与射孔管串连接后，整个仪器串长度会超过防喷管的长度，导致无法施工作业。且由于液压缸级数变多，坐封时所需要的液压油也变多，整个仪器中油箱的长度也会成倍的增加。另外在液压动力源不变的情况下需要成倍的时间来完成坐封，降低了施工效率，增加了施工风险。因此需要一种高压力的液压坐封工具可以使液压系统压力能够在不增加仪器长度的情况下增大坐封力。
目前的液压坐封工具在使用一次之后，第二次使用之前需要外接一套打压复位工装才能使坐封工具复位。由于井场环境恶劣复杂，坐封工具在起出地面后无法及时有效清洗干净，二次注油打压时无法提供干净的注油环境，难免使坐封工具内液压油受到污染，进而影响超高压柱塞泵等液压元器件的使用寿命，再者二次注油打压复位会使整个射孔作业效率大大降低，也增加了人力成本。另外在射孔作业时井下的细小泥沙会对仪器的密封件造成损伤，刮泥沙的结构件会更容易损坏，常规液压坐封工具刮泥环在拆卸时，必须将整个仪器拆卸开，或者需要将液压油放掉，这样依然无法避免井场恶劣环境带来的维护困难。因此具有快速更换泥沙刮泥环的坐封工具能够避免这一问题，极大的缩短了维护时间，提高了施工作业效率。
2设计方案
本设计井下电动液压坐封工具，由地面操控箱、减震电子短节、液压平衡短节、液压动力短节及执行短节组成。该井下电动液压坐封工具以电能替代化学能为动力源，实现电能到液压能到坐封力的转换，为全面替代缓释火药作为动力来源的电缆桥塞坐封工具提供了可靠保证。
本发明将常规仪器的电子短节与减震短节结合在仪器，提高了抗震性能、减小了仪器长度，模块化分体密封设计简化了维修流程、提高了仪器可靠性，采用超高压柱塞泵以及高压保护措施，可以仅通过单级缸就能产生40T的坐封力，进一步缩小了仪器的长度。在井下坐封射孔作业时。本坐封工具采用减震电子短节设计，正电坐封，结合射孔时负电选址点火的技术特点，使坐封供电与点火供电互不影响，可以直接接射孔枪在坐封完成后进行射孔作业，提高施工作业效率。本发明井下电动液压坐封工具通过液压的方式坐封桥塞，代替火药施工，免去了火药式桥塞坐封火药繁琐复杂的审批手续，安全、高效满足施工需求。
2.1本设计井下电动液压坐封工具通过减震电子短节来释放缓冲射孔时的冲击与震动，以及设置在个别零部件轴向以及径向的减震胶圈来行程二级减震措施，保护其内部的电子元器件、电机、泵阀组件。并且通过液压平衡短节使仪器内部的液压力与井下压力平衡。减震电子短节将常规仪器的电子段与减震短节结合，极大的缩短了整个仪器的长度，另外根据电子段筒体长度长的特点，可以根据震动冲击等级进行减震螺纹的长度设计，使得仪器的抗震性能可设计性更加优化。
2.2本设计井下电动液压坐封工具通过减震电子短节通过螺环与液压动力短节直接通过螺环连接，电气信号通过高压插件连接，当需要检修减震电子短节时，只需要将减震电子筒体拆下即可进行井下电路部件的检修维护，无需放油，简化了拆卸流程，极大的缩短了维护时间。
2.3本设计明井下电动液压坐封工具通过高压柱塞泵提供高压液压力，并通过执行短节将高压液压力转化40T的坐封力，仅需要单级缸就可以满足40T的坐封力，进一步的缩短了仪器的长度。
2.4本设计井下电动液压坐封工具具有井下系统液压力实时监测功能、井下电机电压、电流实时监测功能、井下电子元器件过载保护功能。
2.5本设计井下电动液压坐封工具通过安装在液压动力短节上的阀芯来实现地面自动复位。有效避免了常规电缆式电动液压坐封工具需要在井场二次注油复位对坐封工具内部油源的污染，提高了坐封工具的使用寿命，也节省了作业时间，提高了作业效率。
2.6本设计井下电动液压坐封工具液压动力短节上的阀芯与阀芯孔采用无O形圈纯间隙密封，避免了使用O形圈在换向时容易产生割圈现象，增加了仪器的可靠性，另外使得在加工阀芯孔时不用加工用来过O形圈的高光洁度过圈槽，极大的降低了阀块的加工难度，减少了产品的加工成本。
2.7本设计井下电动液压坐封工具坐封连轴采用分体式设计，由于井下细小泥沙对刮泥支撑环的快速磨损，当进行刮泥支撑环更换时，分体式坐封连轴设计可以不用放油，不用将整个仪器拆掉，只需将坐封连轴从过渡接头上拆下即可进行刮泥支撑环的更换，避免井场恶劣环境带来的维护困难，极大的缩短了维护时间，提高了施工作业效率。
3设计原理
本设计一种电动液压坐封装置，其包括井下电动液压坐封工具和地面操控箱；电动液压坐封工具包括减震电子短节、液压平衡短节、液压动力短节和执行短节；减震电子短节与液压平衡短节通过螺环相连，液压平衡短节另一端与液压动力短节通过螺环相连，液压动力短节另一端与执行短节通过螺环相连；液压平衡短节提供液压油，液压动力短节使液压能转化为坐封力；执行短节内部具有活塞杆、坐封连轴、卡键及滑套短节；活塞杆端部与坐封连轴连接；坐封连轴通过设置杆与桥塞内部相连以产生坐封动作。
4优势及推广
本设计是一种采用正电供电，用电能使电机转动并带动超高压柱塞泵输出高压液压油，进而将液压力转化为使坐封工具进行坐封的机械力，其具备能与射孔作业联作施工的性能、具备抗震抗冲击性能、具有长度短、坐封力大的特点，具有系统压力监测功能、井下电子器件电路保护功能，能够实时监测井下坐封情况，具有地面换向自动复位。解决了常规火药式桥塞坐封火药审批手续繁琐复杂，常规电缆式电动机械坐封成本高、电动液压坐封无法与射孔联作施工、井场维护困难等缺点。
本设计将常规仪器的电子短节与减震短节结合在仪器，提高了抗震性能、减小了仪器长度，模块化分体密封设计简化了维修流程、提高了仪器可靠性，值得广泛推广。