可溶性桥塞性能测试系统研制与应用

针对常规分段工具测试系统不能完全满足可溶性桥塞模拟试验要求的问题,根据可溶性桥塞技术特点和现场分段压裂工艺技术需求,研制了一套由液压坐封装置、高温水压试验装置、高温溶解试验装置及数据采集与监测装置等组成的可溶性桥塞性能测试系统,建立的测试方法和流程,实现了在模拟现场工况下对可溶性桥塞坐封、承压及溶解性能的全过程测试。利用该套系统开展了可溶性桥塞室内模拟试验,检验了桥塞性能,把控了桥塞质量,经过测试的可溶性桥塞在现场施工中泵送平稳,坐封正常,压裂顺利,溶解良好。现场试验的成功开展验证了该套测试系统的科学性和有效性,为科研试验与工具检测提供了技术支持。     

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。     

可降解桥塞研制及其承压性能试验

针对水平井分段压裂施工后桥塞存在钻磨卡钻或打捞失败等问题,研制了一种无干预化作业的新型可降解桥塞。介绍了适用于φ118~φ124 mm套管水平井分段压裂用可降解桥塞的粉体材料、结构、工作原理以及主要技术参数,并对可降解桥塞试验样机进行高温环境下室内承压性能试验。试验中,新型可降解桥塞在120和150℃高温环境下均能满足50 MPa承压密封性能要求。试验结果为该桥塞投入现场应用提供了技术依据。     

可溶桥塞技术在页岩气井套管测漏中的应用

在页岩气井油层套管化学剂堵漏挤注施工之前,为了获取漏失数据并实现暂堵转向,需对漏点以下井筒进行有效暂堵隔离。为此,研制了可溶桥塞及配套送入工具,并开展了室内性能测试和现场试验。性能测试及现场试验结果表明:桥塞在承压差70 MPa条件下密封时长大于24 h,桥塞在93℃、氯根质量浓度10 g/L的返排液环境中溶解时长小于15 d,桥塞丢手方式设计合理,承压密封性能稳定,溶解性能良好,满足化学堵漏漏速测试及暂堵转向的施工要求。所得结果可为页岩气井套管堵漏措施的制定及后续化学堵漏施工的顺利开展提供技术支撑。     

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。     

可降解桥塞中心管力学性能分析

泵送桥塞水平井分段压裂技术是目前页岩气开发的主体技术。设计了一种由可降解粉体材料加工而成的新型可降解桥塞中心管,对可降解桥塞中心管承压进行理论计算,并对桥塞中心管进行坐封过程和压裂过程的有限元分析,为我国提升泵送桥塞水平井分段压裂技术奠定坚实的技术基础。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

快钻电缆桥塞的研制与应用

河南油田非常规页岩油气资源储量丰富,对水平井多级分段压裂技术需求迫切。为此,研制了快钻电缆桥塞。该桥塞主要由丢手机构、密封机构、锚定机构和防转机构组成,桥塞通过金属卡瓦牙实现可靠锚定,通过采用复合材料制作的卡瓦主体,减少了金属用量,提高了可钻性。对桥塞的复合材料进行了力学性能试验、易钻性试验和化学稳定性试验,同时对研制的桥塞进行了现场试验。试验结果表明:该桥塞在水平井能够可靠下入,桥塞坐封、丢手、锚定和密封均可靠,能够被快速钻除,满足非常规油气资源的开发要求。快钻电缆桥塞的研制成功促进了国内分段压裂技术在非常规油气资源开发中的应用。     

国内外页岩气水平井分段压裂工具发展现状与趋势

页岩气作为典型的非常规油气藏资源,具有低孔隙度、极低基质渗透率等特征,实施水平井分段压裂改造已成为实现页岩气藏高效开发的关键技术。国外北美地区页岩气开发已实现商业化,并形成了一系列以实现“体积改造”为目的的页岩气压裂技术及配套工具。国内页岩气开发工艺和自主工具研制均取得了很大的进步。通过调研桥塞/球座+分簇射孔联作、套管固井滑套等页岩气水平井分段压裂技术,介绍了复合桥塞、可溶性桥塞、OptiPort、FracPoint等不同工具的工作原理及结构组成,简述了不同工具的国内外应用现状,对比分析了不同工具的性能特点,指出可钻式复合桥塞系列化研究、可溶性工具的技术攻关及无线智能滑套工具的先导性研究为今后研究的重点攻关方向。     

可钻泵送桥塞研制与试验

可钻泵送桥塞是非常规油气资源水平井分段完井的关键工具。通过调研国内外页岩气完井及桥塞技术现状,研究了由2组锚定机构、多级肩保的楔形胶筒、外置式自锁机构以及啮合型防转机构等组成的可钻泵送桥塞。分析了配套工具和试验装置,并进行了系统的室内试验和关键技术的重点测试。试验和测试结果表明,桥塞设计结构合理、密封可靠、指标性能高,可以满足页岩气分段压裂完井的需求。最后建议在后期提高材料综合性能的基础上,桥塞及其配套工艺有待通过现场试验完善。     

用于桥射联作的可溶桥塞设计及应用

非常规油气藏储层进行分簇射孔分段压裂改造中,大斜度和水平井段使用电缆泵送复合桥塞的方式隔离井段进行体积压裂,在随后的投产过程中,需要使用连续油管对复合桥塞进行钻磨,增加了施工成本,延长了完井周期,同时连续油管钻磨桥塞还存在遇卡风险。为解决这一问题,研制了一种以镁基合金材料为主的可溶桥塞,在一定温度和矿化度的钻井液条件下能够整体溶解,经过实验室密封承压及溶解性能试验后,在现场进行了初步的应用。     

中国石油集团公司渤海钻探工程公司自主研制可降解桥塞

正日前,渤海钻探工程公司自主研发可降解桥塞获得成功,在100℃的盐水环境下,耐压差50 MPa,桥塞密封时间78.17 h,桥塞解体脱落时间242 h,本体完全溶解时间286 h,工具性能达到设计指标,满足压裂作业要求,达到现场应用条件。可降解桥塞主要应用于水平井分段压裂工艺中,与目前使用的复合桥塞分段压裂工艺相比,它的优势是压裂后不用钻塞,桥塞在井下自动溶解,生产通道大,投产周期短,工艺成功率高。     

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。     

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。