可溶橋塞與分簇射孔聯(lián)作技術(shù)在頁巖氣水平井的應(yīng)用

王海東，王 琦，李 然，張 良，李 濤，耿敏林

（1中國石油測井有限公司西南分公司2中國石油浙江油田分公司）

王海東等.可溶橋塞與分簇射孔聯(lián)作技術(shù)在頁巖氣水平井的應(yīng)用.鉆采工藝，2019，42（5）：113-114

多級(jí)分段壓裂已成為了頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)［1］，其不受分段壓裂層數(shù)限制，可以采用大排量施工，最大程度地減小施工水馬力的損失和施工風(fēng)險(xiǎn)，有效降低施工成本［2］。在頁巖氣分段壓裂開發(fā)模式中，橋塞坐封與分簇射孔聯(lián)作是目前國內(nèi)外普遍采用的一項(xiàng)重要的完井工藝［1］。

四川頁巖氣井開發(fā)主要采用了易鉆復(fù)合橋塞和大通徑免鉆橋塞，近兩年在部分井開始應(yīng)用了可溶橋塞?？扇軜蛉侵覆捎酶邚?qiáng)度可溶解、降解性材料制作而成，可在井內(nèi)坐封，通過投入配套可溶壓裂球進(jìn)行壓裂暫時(shí)封堵，隨著溫度、井液作用及時(shí)間變化而逐漸自動(dòng)溶解的一類橋塞。

目前，國內(nèi)外多個(gè)技術(shù)服務(wù)公司和廠家已成功研制了相應(yīng)的可溶橋塞并已在多口實(shí)際作業(yè)井中應(yīng)用成功，比較典型如哈利伯頓公司的ILLUSION可溶橋塞，貝克公司的SPECTRE可溶橋塞，以及斯倫貝謝公司的INFINITY系統(tǒng)等。ILLUSION可溶橋塞主體材料是采用了可溶解的金屬與橡膠材料，結(jié)合了壓裂橋塞的設(shè)計(jì)方案，提升了強(qiáng)度和封堵性能，并能夠在井內(nèi)逐步自動(dòng)溶解［3］。SPECTRE可溶橋塞采用的是高強(qiáng)度可控納米結(jié)構(gòu)電解金屬材料，在井內(nèi)溫度和液體環(huán)境作用下可逐漸完全降解，包括橋塞本體、卡瓦系統(tǒng)以及密封部件［4］。INFINITY系統(tǒng)則是采用可降解、溶解的合金壓裂球和球座代替橋塞來進(jìn)行壓裂層位封堵［5］。

一、可溶橋塞基本特點(diǎn)與優(yōu)勢

（1）可溶解性強(qiáng)。橋塞均采用高強(qiáng)度可溶解材料制成，壓裂完成后因時(shí)間、溫度和井液的共同作用，橋塞本體、膠筒和壓裂球等均自動(dòng)降解、溶解。

（2）有效作用時(shí)間長。可溶橋塞有效的封堵時(shí)間一般大于10 h，不同的可溶橋塞完全溶解時(shí)間不等，少則數(shù)天，多則1～3個(gè)月。

（3）適用于多種液體體系?？扇苡谇逅⒒锼?、鹽水等各種液體，在酸性液體中溶解速度加快。

（4）實(shí)現(xiàn)井筒全通徑。橋塞溶解后井筒內(nèi)幾乎無殘留物或少量黏稠物、小碎屑顆粒物，且均易于通井循環(huán)或返排至井口，可不用連續(xù)油管進(jìn)行直接干預(yù)即可保持井筒的全通徑，實(shí)現(xiàn)壓裂與投產(chǎn)的無縫連接。

（5）經(jīng)濟(jì)時(shí)效性高。無需鉆磨橋塞，節(jié)約連續(xù)油管鉆塞作業(yè)的成本，避免了連續(xù)油管鉆塞的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了完井作業(yè)時(shí)間。

（6）適用性廣。最高耐溫150℃，耐壓差70 MPa，適用于各類井型及常用的?114.3 mm～?139.7 mm套管。尤其適合于井深、水平段長且連續(xù)油管作業(yè)困難的井況。

二、可溶橋塞在頁巖氣水平井的應(yīng)用

1.基本井況

X井為一口頁巖氣水平井，井斜深5 150.0 m，水平段長約1 600.0 m，井內(nèi)溫度120℃，最大井斜93°，采用?139.7 mm套管完井。本井設(shè)計(jì)采用泵送分簇射孔與分段壓裂工藝進(jìn)行作業(yè)，設(shè)計(jì)壓裂儲(chǔ)層段為26段，其中第一段采用觸發(fā)式壓差滑套進(jìn)行壓裂，后續(xù)25段泵送采用3簇或2簇射孔器與可溶橋塞聯(lián)作工藝。

2.可溶橋塞優(yōu)選

結(jié)合井筒參數(shù)、井底溫度、壓力以及壓裂相關(guān)設(shè)計(jì)，時(shí)間要求等，優(yōu)選可溶橋塞，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。對(duì)擬采用的外徑95 mm可溶橋塞進(jìn)行了相關(guān)測試試驗(yàn)，包括橋塞本體、膠筒部件、金屬部件的高溫溶解試驗(yàn)以及密封測試試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為溫度120℃，液體介質(zhì)為1%的NaCL溶液，壓差55.0 MPa，試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）橋塞本體、膠筒高溫溶解試驗(yàn)：本體及膠筒在24 h后基本保持原樣，性能穩(wěn)定，48 h候后輕微變形，性能穩(wěn)定，60 h候后明顯變軟且失去基本性能。

（2）金屬部件高溫溶解試驗(yàn)：金屬部件40 h后溶解50%，80 h后溶解達(dá)95%。

（3）橋塞整體高溫高壓密封測試試驗(yàn)：20 h后仍無壓力變化，封堵性良好。

圖1 可溶橋塞結(jié)構(gòu)示意圖

3.管串設(shè)計(jì)與泵送模擬計(jì)算

根據(jù)X井基本情況和完井作業(yè)要求，進(jìn)行分簇射孔與橋塞管串設(shè)計(jì)，包括射孔器材、坐封工具優(yōu)選，示意圖見圖2。

圖2 泵送管串設(shè)計(jì)示意圖

（1）射孔器材采用了89型分簇射孔器，耐壓105 MPa，射孔彈耐溫160℃／48 h，檢測射孔穿深大于900 mm。

（2）坐封工具優(yōu)選采用貝克20號(hào)標(biāo)準(zhǔn)坐封工具，耐壓105 MPa，耐溫200℃。

（3）泵送模擬計(jì)算。結(jié)合井筒參數(shù)（內(nèi)徑、井斜等）、管串參數(shù)（外徑、長度、重量等）、電纜等參數(shù)，模擬計(jì)算該井管串泵送，推薦排量為2.31 m3／min。

4.基本作業(yè)流程

（1）井筒準(zhǔn)備。包括通、洗井等前期工作，確保井筒滿足作業(yè)要求。

（2）第一段壓裂。打開壓裂滑套，按照壓裂設(shè)計(jì)進(jìn)行井內(nèi)第一段壓裂。

（3）管串入井。第一段壓裂完成后，在井口帶壓的情況下，采用電纜輸送的方式下入分簇射孔與可溶橋塞聯(lián)作管串。

（4）泵送作業(yè)。按照泵送施工設(shè)計(jì)的程序開始泵送，將管串泵送至井內(nèi)預(yù)定位置，校對(duì)深度后分別進(jìn)行第二段的橋塞坐封和多簇射孔。

（5）起出管串。電纜將管串起出至井口防噴管內(nèi)，關(guān)井泄壓，拆卸管串檢查管串后，組裝下段作業(yè)管串。

（6）壓裂作業(yè)。在井口投入配套可溶球，開井后泵球至橋塞位置，起壓后進(jìn)行壓裂。

（7）重復(fù)施工。后續(xù)各段作業(yè)重復(fù)（3）～（7）步。

（8）完成所有設(shè)計(jì)段的射孔與壓裂作業(yè)后進(jìn)入返排、測試、投產(chǎn)等后續(xù)作業(yè)。

5.應(yīng)用情況

按照X井壓裂設(shè)計(jì)對(duì)該井進(jìn)行了25個(gè)可溶橋塞的泵送與坐封作業(yè)，均泵送成功且橋塞一次性完成坐封，其中最高泵送排量2.30 m3／min，最低泵送排量2.20 m3／min，具體統(tǒng)計(jì)見表1。橋塞坐封后各段均完成分段壓裂作業(yè)，平均注入排量12.0～14.0 m3／min，井口壓力65.0～75.0 MPa，橋塞密封性及抗壓性滿足了分段壓裂作業(yè)要求，總體應(yīng)用效果良好。

表1 X井泵送作業(yè)與橋塞坐封統(tǒng)計(jì)

三、結(jié)論與建議

（1）可溶橋塞具有自動(dòng)溶解無需鉆塞，保持井筒全通徑，直接投產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢。

（2）通過可溶橋塞的本身技術(shù)特性以及實(shí)際作業(yè)效果，表明了該類橋塞具有良好的安全性和實(shí)用性，在頁巖氣水平開發(fā)中具有重要的應(yīng)用前景。

（3）建議根據(jù)井況特點(diǎn)、開發(fā)要求等選擇適合的可溶橋塞，并結(jié)合可溶橋塞的相關(guān)技術(shù)參數(shù)做好泵送模擬與計(jì)算，防止泵送作業(yè)困難、橋塞坐封、密封不合格以及泵送管串掉井等工程復(fù)雜情況。

（4）建議在實(shí)際作業(yè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)可溶橋塞的有效封堵時(shí)間及相關(guān)參數(shù)，合理安排、制定壓裂時(shí)間和規(guī)模，保證有效時(shí)間內(nèi)完成改造作業(yè)。若遇特殊情況，需待橋塞基本溶解失效后再進(jìn)行橋塞坐封。