可溶桥塞与分簇射孔联作技术在页岩气水平井的应用

桥塞是页岩气水平井分段压裂开发中一项重要的暂封工具。文章介绍了分簇射孔与桥塞联作基本原理及国外三种先进的可溶桥塞,重点阐述了可溶桥塞具有的自动可溶解、无需连续油管钻磨桥塞且保持井筒全通径、经济时效性高等技术特点和优势。基于X井的基本井况,进行了可溶桥塞与坐封工具优选,管串设计与泵送排量模拟等设计工作,在该井进行了25个可溶桥塞的应用,均一次坐封成功并顺利完成坐封段的压裂改造。通过现场作业情况表明了可溶桥塞坐封可靠,暂堵效果良好,满足深井长水平段分段压裂的要求,在页岩气水平井开发中具有重要的推广应用价值。     

致密油水平井全可溶桥塞体积压裂技术评价与应用

致密油水平井目前主要使用复合桥塞进行分段体积压裂，压裂后需钻除桥塞，钻塞作业井控风险大、周期长、费用高，在超长水平井中钻塞的难度更大。全可溶桥塞压裂后可自行溶解，不需钻塞，目前国内尚无成熟的技术。为解决该问题，引进了国外全可溶桥塞，对其溶解性和承压性能进行了室内实验评价，自主研制了配套的低成本可溶性堵球，通过大型物模实验形成了全可溶桥塞泵送施工关键参数图版，并在国内致密油水平井开展了规模性现场试验。结果表明：全可溶桥塞泵送投放顺利，承压为70MPa，坐封、封隔性能可靠，完全满足水平井体积压裂需求；压裂后15d内桥塞自行溶解，不需要钻塞，可实现井筒全通径；研制的可溶堵球2d内完全溶解，可实现快速投产；单井试油周期缩短30%，作业成本降低20%，提效降本效果明显。该研究成果为全可溶桥塞实现国产化提供了宝贵的技术借鉴。     

高强度可溶桥塞结构设计与应用

在页岩气开发时分段压裂需采用复合桥塞进行封堵,后期还要使用连续油管钻磨,存在着施工周期长、成本高、风险大等问题。为了减小页岩气的开发成本和提高施工效果,研制了可溶桥塞,采用了高强度可降解材料,可实现可靠坐封并且能够完全有效溶解。在室内,对可溶桥塞进行了坐封丢手试验、承压试验以及溶解试验,试验表明可溶桥塞各项指标可满足现场施工要求。截至2019年12月底,现场累计应用可溶桥塞28层段,现场应用表明,可溶桥塞性能稳定,坐封安全可靠,压后溶解完全,未出现堵塞放喷采气通道的现象。     

桥塞技术的发展历程及现状分析

桥塞与射孔联作为水力压裂的核心技术之一,已成为油气井分段压裂改造的重要工艺技术。桥塞是用于层间封隔的主要工具,其随着完井工艺的进步而不断发展,从最初的可回收式发展到一次性的铸铁桥塞,省去了反复下工具解封和坐封的过程,只需全井筒压裂完后统一下一趟钻去除。当油气井压裂段数增多,特别是水平井的普遍应用,小体积、易磨铣的复合桥塞逐渐替代了铸铁桥塞,提高了磨铣效率。当可溶材料兴起之后,采用可溶材料制造的桥塞由于无需钻磨,提高了生产效率,降低了生产成本,其在井筒中自主溶解解决了深井和超深水平井的磨铣难题。结合水力压裂完井需求,论述了桥塞随其工艺技术的进步更新而不断发展的过程,并对哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福公司的桥塞结构加以分析。可溶桥塞与传统的复合桥塞都在向着大通径、小型化的方向发展,在水平井分段压裂中发挥着重要作用。     

免钻磨大通径桥塞技术在页岩气水平井分段改造中的应用

目前国内页岩气水平井分段压裂主要采用单流阀式复合桥塞,在压裂后桥塞钻磨阶段面临着套管变
形、钻磨周期长、工程费用高等问题。通过引进免钻磨大通径桥塞技术,从可溶性压裂球溶解试验、桥塞常温承压
试验、桥塞１２０℃高温承压试验、桥塞室内钻磨试验几个内容进行室内评价,证明桥塞能够满足现场施工要求。在
ＷＹＨ３－１井投入现场使用,结果证明,免钻磨大通径桥塞可满足不同排量泵送要求,坐封可靠。可溶性压裂球在
压裂作业时抗压,在生产流体环境下自然分解,并能确保入井后２４ｈ内的完全密封。使用该桥塞,压后无需连续油
管钻磨,比传统复合桥塞更高效。由于无需连续油管钻磨,所以采用该桥塞可以有效提高压裂段长度,增加泄流面
积,并满足深井水平井压裂作业的要求。     

全金属可溶球座密封环结构设计与性能分析

为解决桥塞分段压裂工艺开采页岩气中全金属可溶桥塞球座密封环断裂造成密封失效,压裂效果差等问题,设计整体式和组合式结构的密封环,确定结构参数。利用有限元方法开展两种密封环性能对比,进行室内实验与现场测试。研究结果表明,整体式密封环与卡瓦接触位置存在应力集中,与整体式密封环相比,在相同坐封力下,组合式密封环可顺利坐封,且应力分布均匀,表明组合式结构更加优越。常温和高温下打压51 MPa,稳压后,常温下压力回落至47.4 MPa,高温下井筒压力基本不变,高温下打压升至60、70 MPa过程中压力下降,表明存在二次坐封,卸压后无液体渗出。组合式密封环被应用于页岩气水平井,当排量不变时,套压从51 MPa上涨至60 MPa,继续保持排量压力未回落,证明地层压开。以上结果表明组合式全金属可溶球座密封环密封严格,承压性能良好,可为全金属可溶桥塞密封环的设计及应用提供理论指导。     

对可溶压裂桥塞设计的建议

泵送桥塞射孔联作工艺是水平井分段压裂最常用的工艺之一,其前期使用的核心工具复合材料可钻桥塞存在多级使用或套管变形后,钻除风险大的问题,研制不需钻塞的可溶压裂桥塞,节约了时间、成本,降低了风险。针对两种常见可溶桥塞,阐述了其组成、原理、优势、关键参数。对其提出了设计原则和建议,采取小外径、防误坐封机构等设计,保证"下得去";采取双向卡瓦或单向卡瓦加自锁等设计,保证"坐得住";采取棘爪及剪切销钉等设计,保证"丢得开";采取可溶金属及橡胶,保证"溶得掉";卡瓦主体采用可溶金属,表面采用镍基合金涂层技术或镶嵌高硬度的陶瓷或硬质合金锚牙,解决锚定和溶解的矛盾。并与其他类桥塞进行了对比,为桥塞类井下工具的设计提供了参考。     

复合材料压裂桥塞的研制及测试

复合材料压裂桥塞是水平井泵送桥塞分段压裂工艺技术的核心工具之一。根据水平井泵送桥塞分段压裂工艺技术原理,进行桥塞的结构和技术参数设计,并对其零部件进行受力分析,得到了可钻桥塞坐封脱手和压裂这2种极限工况下材料的最小屈服强度,据此确定除了卡瓦、悬挂套和挡环采用铸铁材料外,桥塞的其他零部件均采用低密度复合材料。通过对关键零部件(固定销钉、心轴和套筒、卡瓦基体和卡瓦片)的测试,对桥塞的心轴和套筒、卡瓦基体和卡瓦片进行改进。最后对桥塞的地面泵送和井下磨铣进行测试,测试结果表明,桥塞的各项性能均达到现场应用要求。     

新型速钻复合桥塞的开发与应用

桥塞分段压裂技术是目前国内外非常规油气藏增产改造的主体技术之一,具有分段压裂层数不受限制、能实现大规模大排量体积压裂、桥塞钻铣完后井筒畅通等优势,其技术核心是桥塞工具。但此前该技术和速钻桥塞均需进口,价格高且影响非常规气藏工业化开发的周期。通过力学分析、结构优化、材料优选和实验评价,成功开发出了具备高钻磨效率和高密封承压能力的新型速钻复合桥塞,并实现了复合材料生产成型、桥塞设计加工国产化。新型速钻复合桥塞主要包括丢手机构、锚定机构和密封机构,其中丢手机构通过剪切销钉控制坐封工具与桥塞丢手;锚定机构具有芯轴防转动和防下移功能,可有效提高钻磨效率;密封单元和保护套采用弧面结构设计,能提高密封承压能力。其主要部件均采用特殊增强材料和树脂基体复合而成,并经过缠绕和模压等工艺加工成型,材料强度高、可钻性好、钻屑易返排。新型速钻复合桥塞已现场应用20余井次,动作灵活、密封可靠、钻磨效率高,能够满足非常规气藏储层改造的要求。     

龙凤山气田连续油管钻磨复合桥塞技术应用

水力泵送复合桥塞分段压裂工艺是在5 1/2〞套管内一次完成桥塞坐封射孔联坐并进行压裂,对储层改造效果较好,目前该技术已在多口井成功应用。压裂后再将井内桥塞钻磨掉,增大气体流通面积,提高单井产能。本文通过分析连续油管钻磨工艺特点、钻磨工具特性及井底磨屑运移规律,结合龙凤山气田北201-12HF井现场施工数据,技术参数得到优化,为东北气田同类作业提供经验。     

龙凤山气田连续油管钻磨复合桥塞技术应用

水力泵送复合桥塞分段压裂工艺是在5 1/2〞套管内一次完成桥塞坐封射孔联坐并进行压裂,对储层改造效果较好,目前该技术已在多口井成功应用。压裂后再将井内桥塞钻磨掉,增大气体流通面积,提高单井产能。本文通过分析连续油管钻磨工艺特点、钻磨工具特性及井底磨屑运移规律,结合龙凤山气田北201-12HF井现场施工数据,技术参数得到优化,为东北气田同类作业提供经验。     

易钻桥塞的研制与室内试验

为解决水平井多级分段压裂施工后工具串取出困难的问题,研制了用于水平井分段压裂的易钻桥塞。该易钻桥塞在国外成熟技术的基础上进行了改进和创新设计,除卡瓦外全部采用非金属复合材料,并对复合材料进行反复试验优选;设计中整体采用无螺纹连接方式,取消了锁环锁定机构,同时增加了整体防转机构,彻底避免了非金属材料螺纹和锁扣连接强度不足及钻磨空转的问题,提高了易钻桥塞的耐温耐压指标和易磨铣性能。通过4套次室内模拟试验验证,该桥塞投送坐封力学性能可靠,耐温耐压指标及钻磨处理性能满足现场使用要求。易钻桥塞的研制成功为水平井压裂技术的现场应用提供了技术支持。     

连续油管钻塞技术在GD14H井的实践及认识

电缆复合桥塞封层+射孔分段压裂联作技术是国内外非常规油气藏水平井分段改造开发的主体技术。受井身结构及压裂施工的影响,桥塞中途坐封或放喷过程中砂埋桥塞都会严重影响水平井的正常施工或生产。利用连续油管安全、高效的钻磨掉井筒内桥塞成为恢复全通径井筒的关键。为此,文章通过对连续油管钻磨桥塞工艺技术特点的分析,优选了连续油管钻磨桥塞井下工具串、研发了钻磨液配方、优化了钻磨参数、创新采用反循环打捞篮对钻屑进行了二次处理,并在大港油田GD14H井进行现场应用。应用结果表明,该技术具有施工周期短、钻磨效率高、井筒清理效果好等优点,具有一定的推广应用价值。     

基于复合材料桥塞的水平井套管分段压裂技术

介绍了基于复合材料桥塞的水平井套管完井分段压裂工艺管柱结构、工艺过程和关键技术。阐述了该工艺管柱中关键部件——复合材料桥塞和电缆坐封工具的结构、工作原理及性能特点。现场应用情况表明,复合材料桥塞可正常坐封丢手,射孔发射率100%,平均每个复合材料桥塞钻铣时间为30 min,达到国外标准;水平井套管分段压裂管柱结构合理,工艺优良,性能可靠,能够满足页岩气水平井射孔压裂联作的分段完井要求。建议进一步优化钻铣复合材料桥塞工艺和工具,扩充桥塞尺寸规格,使其形成系列化,以满足油田不同规格套管的需求。     

免钻桥塞在致密气藏储层改造中的适应性评价

可钻式复合桥塞内通径小,压后需磨铣桥塞,连续油管钻塞费用高、作业周期长,严重影响了水平井的投产进度。大通径免钻桥塞内通径大、压裂球可溶,现场实施简便、经济可靠。结合区域储层流体特征,开展压裂球的室内溶蚀评价实验,压裂球在清水中不溶蚀,在压裂液和返排液中易溶蚀,温度越高溶蚀越快。根据室内实验结果,优化桥塞泵送工艺,采用活性水泵送桥塞,再采用清水作隔离液,控制可溶球的溶蚀速度。将大通径免钻桥塞应用在松辽盆地凝析气藏水平井X井的6段压裂中,累计泵入液体4 760 m~3,支撑剂354 m~3,顺利完成了水平井各段的储层改造。现场试验表明,大通径桥塞工具坐封可靠,压后返排中压裂球溶蚀彻底,满足压裂施工要求,能大幅缩短水平井投产周期,在致密气藏储层改造中具有良好的推广价值。     

YZG-Ⅰ型油管传输液压坐封工具及其应用

针对稠油井、斜井及高压溢流井油层封隔比较困难的情况，设计出YZG－I型油管传输液压坐封工具。这种工具既适用于在井，又适用于斜井；既适用于φ10型可钻式桥塞坐封，又适用于φ150型可钻式桥塞坐封。阐述了工具的结构特点、工作原理及基本参数。试验表明，YZG－I型油管传输液压坐封工具耐压可达100MPa，丢手能力300kN，能够满足可钻式桥塞坐封的要求。     

YZG—1型油管传输液压坐封工具及其应用

针对稠油井，斜井及高压溢流井油层封隔比较困难的情况，设计出ＹＺＧ－Ｉ型油管传输液压坐封工具。这种工具既适用于直井，又适用于斜井；既适用于φ１１０型可钻式桥塞坐封又适用于φ１５０型可钻式桥塞坐封，阐述了工具的结构特点、工作原理及基本参数，试验表明，ＹＺＧ－Ｉ型油管传输液压坐封工具耐压可达１００ＭＰａ，丢手能力３００ｋＮ，能够满足可钻式桥塞坐封的要求。     

页岩气水平井可溶性桥塞室内测试及现场试验

可溶性桥塞技术既能有效解决复合桥塞钻磨施工投入大、风险高、连油自锁、套管变形等造成桥塞无法钻除而影响后续生产的难题,又能成功弥补大通径桥塞不能实现井筒全通径,无法开展后期生产测井及重复压裂等作业的不足,可最大程度保证井筒完整性。通过开展可溶性桥塞室内测试,评价了桥塞可溶材料与现场应用工况的适应性,确保了桥塞能够满足现场压裂及后期溶解要求。在CNH13-1井开展了可溶性桥塞现场先导试验,压裂前桥塞泵送、座封丢手正常,压裂时桥塞承压密封性能稳定,压裂后桥塞溶解性能良好,试验结果基本达到了预期效果。     

Y455（3）可取可钻高压桥塞的研究与应用

介绍了一种新型可取可钻高压桥塞，它具有高压密封结构、双锁定结构、双向锚定结构与安全解封结构。该型桥塞80％的材料为可钻材料，这些结构特点决定了该型桥塞具有现场坐封、打捞、解封操作简单、施工方便可靠；桥塞承受上、下压差大（最高可达70MPa）、使用一次成功率高；即使在常规打捞不能解封的情况下可很容易通过钻磨解封，不会造成井下大修事故等特点。该型桥塞适用于油田勘探、开发中油气井的封堵底水、选层酸化、压裂及上返试油等管柱工艺措施中。     

工程院自主研制速钻桥塞取得阶段性成功

<正>2017年1月19日,新疆油田公司工程技术研究院研制的全复合材料速钻桥塞在井下工具试验检测站进行了室内坐封、承压试验,最终桥塞承压70MPa无渗漏,达到设计要求,这标志着工程技术研究院自主研制的全复合材料速钻桥塞取得了阶段性成功,继可溶桥塞研制成功后,工程技术研究院取得的又一项科研突破。一直以来铸铁可钻桥塞和铝合金复合材料速钻桥塞存在钻磨时间长,钻塞成本高等缺点。而现阶段国内