可溶橋塞與分簇射孔聯作技術在頁巖氣水平井的應用

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作技術在頁巖氣水平井的應用.鉆采工藝，2019，42（5）：113-114

多級分段壓裂已成為了頁巖氣開發的關鍵技術［1］，其不受分段壓裂層數限制，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險，有效降低施工成本［2］。在頁巖氣分段壓裂開發模式中，橋塞坐封與分簇射孔聯作是目前國內外普遍采用的一項重要的完井工藝［1］。

四川頁巖氣井開發主要采用了易鉆復合橋塞和大通徑免鉆橋塞，近兩年在部分井開始應用了可溶橋塞?？扇軜蛉侵覆捎酶邚姸瓤扇芙?、降解性材料制作而成，可在井內坐封，通過投入配套可溶壓裂球進行壓裂暫時封堵，隨著溫度、井液作用及時間變化而逐漸自動溶解的一類橋塞。

目前，國內外多個技術服務公司和廠家已成功研制了相應的可溶橋塞并已在多口實際作業井中應用成功，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，結合了壓裂橋塞的設計方案，提升了強度和封堵性能，并能夠在井內逐步自動溶解［3］。SPECTRE可溶橋塞采用的是高強度可控納米結構電解金屬材料，在井內溫度和液體環境作用下可逐漸完全降解，包括橋塞本體、卡瓦系統以及密封部件［4］。INFINITY系統則是采用可降解、溶解的合金壓裂球和球座代替橋塞來進行壓裂層位封堵［5］。

一、可溶橋塞基本特點與優勢

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

（2）有效作用時間長?？扇軜蛉行У姆舛聲r間一般大于10 h，不同的可溶橋塞完全溶解時間不等，少則數天，多則1～3個月。

（3）適用于多種液體體系。可溶于清水、滑溜水、鹽水等各種液體，在酸性液體中溶解速度加快。

（4）實現井筒全通徑。橋塞溶解后井筒內幾乎無殘留物或少量黏稠物、小碎屑顆粒物，且均易于通井循環或返排至井口，可不用連續油管進行直接干預即可保持井筒的全通徑，實現壓裂與投產的無縫連接。

（5）經濟時效性高。無需鉆磨橋塞，節約連續油管鉆塞作業的成本，避免了連續油管鉆塞的風險，節約了完井作業時間。

（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、水平段長且連續油管作業困難的井況。

二、可溶橋塞在頁巖氣水平井的應用

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，井內溫度120℃，最大井斜93°，采用?139.7 mm套管完井。本井設計采用泵送分簇射孔與分段壓裂工藝進行作業，設計壓裂儲層段為26段，其中第一段采用觸發式壓差滑套進行壓裂，后續25段泵送采用3簇或2簇射孔器與可溶橋塞聯作工藝。

2.可溶橋塞優選

結合井筒參數、井底溫度、壓力以及壓裂相關設計，時間要求等，優選可溶橋塞，其結構示意圖見圖1。對擬采用的外徑95 mm可溶橋塞進行了相關測試試驗，包括橋塞本體、膠筒部件、金屬部件的高溫溶解試驗以及密封測試試驗，試驗條件為溫度120℃，液體介質為1%的NaCL溶液，壓差55.0 MPa，試驗結果如下：

（1）橋塞本體、膠筒高溫溶解試驗：本體及膠筒在24 h后基本保持原樣，性能穩定，48 h候后輕微變形，性能穩定，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：金屬部件40 h后溶解50%，80 h后溶解達95%。

（3）橋塞整體高溫高壓密封測試試驗：20 h后仍無壓力變化，封堵性良好。

圖1 可溶橋塞結構示意圖

3.管串設計與泵送模擬計算

根據X井基本情況和完井作業要求，進行分簇射孔與橋塞管串設計，包括射孔器材、坐封工具優選，示意圖見圖2。

圖2 泵送管串設計示意圖

（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）坐封工具優選采用貝克20號標準坐封工具，耐壓105 MPa，耐溫200℃。

（3）泵送模擬計算。結合井筒參數（內徑、井斜等）、管串參數（外徑、長度、重量等）、電纜等參數，模擬計算該井管串泵送，推薦排量為2.31 m3／min。

4.基本作業流程

（1）井筒準備。包括通、洗井等前期工作，確保井筒滿足作業要求。

（2）第一段壓裂。打開壓裂滑套，按照壓裂設計進行井內第一段壓裂。

（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作管串。

（4）泵送作業。按照泵送施工設計的程序開始泵送，將管串泵送至井內預定位置，校對深度后分別進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，關井泄壓，拆卸管串檢查管串后，組裝下段作業管串。

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

（7）重復施工。后續各段作業重復（3）～（7）步。

（8）完成所有設計段的射孔與壓裂作業后進入返排、測試、投產等后續作業。

5.應用情況

按照X井壓裂設計對該井進行了25個可溶橋塞的泵送與坐封作業，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，具體統計見表1。橋塞坐封后各段均完成分段壓裂作業，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要求，總體應用效果良好。

表1 X井泵送作業與橋塞坐封統計

三、結論與建議

（1）可溶橋塞具有自動溶解無需鉆塞，保持井筒全通徑，直接投產等技術特點和優勢。

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

（3）建議根據井況特點、開發要求等選擇適合的可溶橋塞，并結合可溶橋塞的相關技術參數做好泵送模擬與計算，防止泵送作業困難、橋塞坐封、密封不合格以及泵送管串掉井等工程復雜情況。

（4）建議在實際作業時，應根據可溶橋塞的有效封堵時間及相關參數，合理安排、制定壓裂時間和規模，保證有效時間內完成改造作業。若遇特殊情況，需待橋塞基本溶解失效后再進行橋塞坐封。