页岩气压裂用可溶性桥塞研制及性能评价

可溶性桥塞是页岩气水平井分段压裂领域的一项前沿技术,根据页岩气水平井泵送桥塞射孔联作分段压裂工艺技术原理,设计了可溶性桥塞结构,并对其关键部件性能进行了测试,获取了卡瓦锚定力、胶筒密封级别及丢手环螺纹剪切值等关键参数。为了验证自主研发的可溶性桥塞整体性能,开展了桥塞坐封丢手性能、高温承压密封性能及溶解性能测试,测试结果表明,桥塞丢手方式设计合理,高温承压密封性能稳定,溶解性能良好,能够满足现场压裂施工及后期测试对井筒条件的要求。     

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。     

高性能系列可溶桥塞的研制与应用

为提升可溶桥塞的工况适用性和稳定性,研发了多水解高分子基团可溶橡胶与高强度可溶金属材料及配方体系。通过开展不同温度下材料力学性能与溶解性能测试评价,验证了材料性能。根据可溶桥塞的结构原理及特点,研制了高性能系列可溶桥塞,进行了综合性能试验和现场试验。试验结果表明：研制桥塞能够在30～150℃温度范围内确保70 MPa有效承压密封时间达24 h以上,且溶解时间可调可控。各大油气田区块现场试验及推广应用结果表明,其坐封、承压、溶解效果等综合性能稳定可靠,能够适用于复杂工况,能有效保障体积压裂施工作业。所得结论可为非常规油气资源的高效开发及水平井分段压裂的提质降本提供有力的技术支撑。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于可溶桥塞关键零件动作顺序的阶段坐封力研究

多级分段压裂是目前开发非常规油气井的主要手段,常用复合桥塞进行层间封隔,压裂后需要钻磨桥塞,工艺风险大、成本高。可溶桥塞在压裂后能按设计溶解,无需钻磨即可恢复井眼畅通。可溶桥塞坐封时各零件动作的顺序决定了其坐封的可靠性,需对其进行分析以提高可溶桥塞工作性能。文章针对现场应用中存在的关键零件不能可靠地按照规定顺序动作引起可溶桥塞坐封失败的问题提出改进建议,基于某110型可溶桥塞结构、坐封原理及坐封时零件动作顺序,运用力学分析及运算,得到该结构可溶桥塞关键零件动作条件的理论分析方法及阶段坐封力计算公式,得出该110型可溶桥塞改进前、改进后的阶段坐封力范围并进行试验验证,结果表明改进后的该型桥塞可成功坐封并满足技术要求,为设计优化同类型可溶桥塞结构提供参考。     

高温全金属可溶桥塞的研发与应用

全金属可溶桥塞作为最新的井下压裂分段工具,现场应用越来越广泛,但限于金属材料的特性,桥塞在高温条件下（≥120℃）的性能极不稳定。根据全金属可溶桥塞在高温条件下的特点,优选镁铝合金材料,优化桥塞结构,加工出满足设计要求的高温全金属可溶桥塞,并参考可溶桥塞行业标准要求,进行了室内测试评价。目前该高温桥塞已在现场进行了大量的应用,承压和溶解效果良好,满足现场施工要求。     

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。     

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。     

水平井筒机械隔离分段压裂技术

低渗透油田水平井分段压裂是提高单井产量最有效的手段之一,其关键在于水平井筒的隔离技术;采用机械工具隔离井筒必须安全、可靠,以保证分段压裂施工的顺利进行。针对水平井井身结构特点,采用可捞式桥塞隔离井筒,对塞平5井等两口井进行了水平井机械隔离分段压裂试验。现场应用表明,桥塞对水平井筒的封隔有效、可靠,能够保证形成相互独立的裂缝系统;封隔工具性能良好、操作简单,桥塞坐封、释放、打捞、解封均一次成功,填补了国内水平井筒机械隔离分段压裂技术的空白。     

可捞式桥塞在水平井分段隔离压裂上的应用

针对国内各油田主要采用填砂+液体胶塞、限流法分段或合压裂工艺进行水平井分段压裂存在的问题,开展了机械桥塞隔离井筒试验。桥塞胶筒主要由内胶筒、端部接头、骨架心子、外胶筒组成。水平井机械隔离分段压裂管柱分为3类,分别是桥塞传送坐封、桥塞打捞和压裂管柱。坐封桥塞管柱结构为丝堵(单流阀)+液压释放工具+油管,桥塞打捞管柱结构为JAY型回收工具+液压扶正器+油管,压裂管柱结构为喷砂器+油管+封隔器+水力锚+油管+井口。2口井压裂施工数据和桥塞打捞作业中可看出桥塞没有漏失和移位现象,说明桥塞起到了良好的封堵隔离作用。     

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。     

桥塞式油井防喷技术应用试验

常规井下作业防喷技术主要应用开关、活门等丢手防喷工具,实现不压井防喷作业,但滑套开关等井下防喷工具成功率低,可靠性差,技术性能有待完善和改进。针对这一问题,在喇9-AS2711井开展了桥塞式油井防喷技术的现场应用试验。该技术的核心工具是桥塞式防喷封隔器,采用双向卡瓦坐封锚定结构,具有较高的坐封可靠性,从而有效解决作业防喷问题。从现场试验情况看,该项技术坐封、丢手、开关操作等方面技术性能稳定可靠,达到现场应用要求。     

分段压裂用可溶球的研制

水平井分段压裂是包括页岩气在内的致密储层增产改造的主要技术措施,而目前主流的分段压裂工具中,水平井裸眼分段工具、套管滑套分段工具及大通径桥塞等都需要投球去打开分段滑套或暂时堵塞通道,投入管柱内的球也需要通过钻磨成碎屑才能排出管柱,其作业既费时又有风险。为此,根据现场需要,采用氢还原包覆技术先制备可溶球复合金属材料粉体,再通过粉末冶金法研制了金属基可溶性压裂球,并完成了室内模拟实验可溶解压裂球密度为1.8~2.0 g/cm~3,耐温150℃,抗压强度可达70MPa以上:应用现场压裂返排液浸泡考察其在规定时间下的溶解速度,一般溶解时间为10 d;模拟了目前分段压裂的井下环境(温度、压力)下压裂球的承压能力。结论认为,所研制的可溶解压裂球的承压性能和溶解性能能满足目前的分段压裂井下环境的需要,应根据溶解环境的不同来调整溶解速度。其免钻特性为水平井压裂工艺技术的发展提供了新的技术途径。     

水平井滑套分压工艺技术及现场应用

针对目前国内外低渗透油田水平井压裂改造工艺复杂、工艺可靠性差的现状,研究试验了水平井滑套分段压裂工艺及配套技术,经现场试验及应用,该管柱性能可靠,满足水平井分段压裂要求.水平井选层压裂工具总成实现了坐封、工作、解封全过程液压动作,由其组成的工艺管柱入井工具少,性能稳定,并形成了事故卡井打捞配套技术,使施工更加安全可靠,是一种先进的水平井分段改造工艺技术.     

页岩气水平井泵送桥塞射孔联作常见问题及对策

泵送桥塞+射孔联作分段压裂近年来在国内外页岩气藏及致密气藏开发中广泛应用。在页岩气水平井泵送桥塞射孔联作分段压裂实践中遇到了泵送桥塞因压力高而不能泵送、桥塞坐封不丢手、桥塞坐封时电缆不点火、电缆点火后桥塞不坐封、射孔枪不响或2簇射孔只射1簇、连续油管射孔意外丢手等各种问题。针对所出现的问题进行原因分析,制定了防范措施和解决方案,现场实施后各页岩气井水平井段的压裂改造施工得以完成,所取得的经验和教训可供今后同类井施工借鉴和参考。     

高温高压井下工具试验系统的研制与应用

针对现有井下工具测试系统存在功能单一、操作复杂、运行能耗高以及检测范围窄等问题,结合川渝气田井下工具应用环境特点和性能测试需求,研制了DTTS-200-140高温高压井下工具试验系统。该试验系统具备在压力140 MPa、温度200℃、拉压载荷300 kN和扭矩载荷10 kN·m条件下开展井下工具性能测试的能力。试验井筒采用悬挂内衬套方式并利用压环快装结构和组合式密封替代螺纹连接,提高了系统密封可靠性,采用智能温控技术在保证热效率的同时最大程度地实现了节能降耗,配置液压式自动锚定装置提升了力加载试验机的稳定性和安全性。利用试验系统开展了可钻式复合桥塞和延迟开启式套管趾端滑套性能试验,获取了复合桥塞坐封力和套管趾端滑套开启压力值等关键数据。试验结果表明,复合桥塞坐封及密封性能符合设计要求,滑套的延迟时间和开启压力值与设计相符合,充分检验了试验系统性能的可靠性。该系统的研制成功为井下工具入井前的性能检测和质量评估提供了技术支撑。