可溶性泵送環在頁巖氣儲層改造中的應用

劉福建，楊 文 ，邢厚偉

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司 壓裂公司，遼寧 盤錦 124010；2.渤海石油裝備(天津)中成機械制造有限公司，天津 300280)

可溶橋塞泵送射孔連作已經成為頁巖氣體積壓裂改造普遍采用的工藝措施，但壓裂過程中大量液體進入頁巖氣儲層，造成天然裂縫、斷層激活，使得地層滑移、套管變形時常發生[1-2]。套變發生后，需要采用小尺寸橋塞才能通過變形點，到達預定位置。但是小尺寸橋塞的泵送推力不夠，無法泵送到位，需要采取措施解決[3-8]。

1 橋塞泵送力數值計算

水平段槍串啟動時，要保持泵送力始終大于摩擦阻力以及縫隙流切向力。通過有限元模型計算，發現切向力對橋塞受力影響小于3%，可忽略。考慮浮力情況下，槍串的最小臨界起泵排量[9-15]為

(1)

式中：m為槍串質量，kg；D、d1、d2、d3、d4為套管內徑、電纜頭、射孔槍、坐封工具和橋塞的外徑，m;ρ為液體密度，kg/m3;θ為槍串傾角，(°)；V為槍串排開體積，m3。

計算了不同尺寸的橋塞的最小臨界泵送排量，如表1。

表1 不同橋塞尺寸的最小臨界泵送排量

2 可溶性泵送環的設計及試驗

2.1 可溶性泵送環的提出

在威遠頁巖氣開發中，由于套變問題，部分井段采取了合壓的改造方式。需要射孔槍帶模擬橋塞下入，但是頻繁出現遇卡，需要連續油管處理異常問題。針對該問題，進行了可溶性模擬橋塞結構設計，如圖1所示。

圖1 套變井用泵送環輔助射孔管柱

圖1中，模擬橋塞采用了?86 mm鋼制本體，加裝?92、95、98 mm泵送環的結構(如圖2)，組裝成為可溶性模擬橋塞。下入時，大尺寸的泵送環可提升槍串的泵送力,提高泵送效率；遇卡時，浸泡幾小時后可溶性泵送環溶解，其外徑變小，即可解卡起出槍串。

圖2 可溶性泵送環

2.2 帶可溶性泵送環的模擬橋塞試驗

2017—2018年，在威遠頁巖氣區塊，成功應用了帶泵送環的可溶橋塞(如圖3)，累計試驗106只，泵送下入200余趟，每只使用1～2次，未發生遇卡后無法起出的問題，顯著提升了泵送效率。并且，成功實施了73 mm槍帶88 mm泵送環泵送下入的多次案例，驗證了在?114.3 mm套管內徑中可以電纜泵送?88 mm管柱，為油田提供了套變井改造的新方式。

圖3 可溶性泵送環的現場實物

3 可溶性泵送環的改進和推廣應用

3.1 可溶性泵送環應用在小尺寸橋塞中

基于模擬橋塞中使用泵送環，驗證了?88 mm管柱可泵送的情況，對現有的?85 mm可溶橋塞進行了結構改進，如圖4。

圖4 小尺寸橋塞帶硫化的可溶性泵送環

圖4中，?85 mm橋塞下接頭硫化了?88 mm可溶性橡膠泵送環，具有3個方面的優點：①提高管柱的泵送效率，較大尺寸的泵送環的泵送力更高；②橡膠的通過力更好，遇到套變不嚴重的井段可以擠壓變形通過；③管串遇卡時，浸泡一段時間，可溶橡膠泵送環溶解即可解卡，無需連續油管作業。

2018—2020年，使用長城牌?85 mm全可溶橋塞帶?88 mm可溶性泵送環，在威遠區塊累計應用14井次，其中12次正常泵送至設計位置并坐封丟手，其余2次遇阻起出，取得了良好的施工效果。

3.2 可溶性泵送環應用在常規尺寸橋塞中

針對威榮區塊上傾井比例高、井深大，存在橋塞的泵送效率低或者無法泵送的難題，經過論證，開展了?99 mm可溶橋塞帶泵送環結構的下橋塞試驗，如圖5。

圖5 帶泵送環的常規尺寸可溶橋塞

圖5中，?99 mm可溶橋塞下接頭處預制泵送環安裝接口，現場配置了?103、?105、?107 mm可溶性泵送環，按照實際需要選配安裝。2020年以來，在四川威榮頁巖氣區塊逐漸試驗并推廣應用260余只，已成為該區塊的標準作業模式。

4 結論

1) 橋塞泵送環能增加橋塞推進力，提升泵送速度和效率。從試驗數據看，帶泵送環的橋塞平均入井速度提升30%，平均每段節約工時0.4 h，按每天壓裂3段計算，每天能節約1.2 h的工作時間，值得進一步推廣應用。

2) 早期開展的泵送環模擬試驗，解決了泵送射孔遇卡而需要連續油管作業的難題，并且驗證了?88 mm橋塞可以泵送，為后續小尺寸電纜泵送橋塞的開發和應用奠定了基礎。

3) 可溶性泵送環可提升小尺寸橋塞的泵送力，實現小尺寸橋塞可泵送。開展了常規橋塞帶可溶性泵送環的試驗，提升泵送效率和通過性。