可溶性泵送环在页岩气储层改造中的应用

刘福建，杨 文 ，邢厚伟

(中国石油集团长城钻探工程有限公司 压裂公司，辽宁 盘锦 124010；2.渤海石油装备(天津)中成机械制造有限公司，天津 300280)

可溶桥塞泵送射孔连作已经成为页岩气体积压裂改造普遍采用的工艺措施，但压裂过程中大量液体进入页岩气储层，造成天然裂缝、断层激活，使得地层滑移、套管变形时常发生[1-2]。套变发生后，需要采用小尺寸桥塞才能通过变形点，到达预定位置。但是小尺寸桥塞的泵送推力不够，无法泵送到位，需要采取措施解决[3-8]。

1 桥塞泵送力数值计算

水平段枪串启动时，要保持泵送力始终大于摩擦阻力以及缝隙流切向力。通过有限元模型计算，发现切向力对桥塞受力影响小于3%，可忽略。考虑浮力情况下，枪串的最小临界起泵排量[9-15]为

(1)

式中：m为枪串质量，kg；D、d1、d2、d3、d4为套管内径、电缆头、射孔枪、坐封工具和桥塞的外径，m;ρ为液体密度，kg/m3;θ为枪串倾角，(°)；V为枪串排开体积，m3。

计算了不同尺寸的桥塞的最小临界泵送排量，如表1。

表1 不同桥塞尺寸的最小临界泵送排量

2 可溶性泵送环的设计及试验

2.1 可溶性泵送环的提出

在威远页岩气开发中，由于套变问题，部分井段采取了合压的改造方式。需要射孔枪带模拟桥塞下入，但是频繁出现遇卡，需要连续油管处理异常问题。针对该问题，进行了可溶性模拟桥塞结构设计，如图1所示。

图1 套变井用泵送环辅助射孔管柱

图1中，模拟桥塞采用了ø86 mm钢制本体，加装ø92、95、98 mm泵送环的结构(如图2)，组装成为可溶性模拟桥塞。下入时，大尺寸的泵送环可提升枪串的泵送力,提高泵送效率；遇卡时，浸泡几小时后可溶性泵送环溶解，其外径变小，即可解卡起出枪串。

图2 可溶性泵送环

2.2 带可溶性泵送环的模拟桥塞试验

2017—2018年，在威远页岩气区块，成功应用了带泵送环的可溶桥塞(如图3)，累计试验106只，泵送下入200余趟，每只使用1～2次，未发生遇卡后无法起出的问题，显著提升了泵送效率。并且，成功实施了73 mm枪带88 mm泵送环泵送下入的多次案例，验证了在ø114.3 mm套管内径中可以电缆泵送ø88 mm管柱，为油田提供了套变井改造的新方式。

图3 可溶性泵送环的现场实物

3 可溶性泵送环的改进和推广应用

3.1 可溶性泵送环应用在小尺寸桥塞中

基于模拟桥塞中使用泵送环，验证了ø88 mm管柱可泵送的情况，对现有的ø85 mm可溶桥塞进行了结构改进，如图4。

图4 小尺寸桥塞带硫化的可溶性泵送环

图4中，ø85 mm桥塞下接头硫化了ø88 mm可溶性橡胶泵送环，具有3个方面的优点：①提高管柱的泵送效率，较大尺寸的泵送环的泵送力更高；②橡胶的通过力更好，遇到套变不严重的井段可以挤压变形通过；③管串遇卡时，浸泡一段时间，可溶橡胶泵送环溶解即可解卡，无需连续油管作业。

2018—2020年，使用长城牌ø85 mm全可溶桥塞带ø88 mm可溶性泵送环，在威远区块累计应用14井次，其中12次正常泵送至设计位置并坐封丢手，其余2次遇阻起出，取得了良好的施工效果。

3.2 可溶性泵送环应用在常规尺寸桥塞中

针对威荣区块上倾井比例高、井深大，存在桥塞的泵送效率低或者无法泵送的难题，经过论证，开展了ø99 mm可溶桥塞带泵送环结构的下桥塞试验，如图5。

图5 带泵送环的常规尺寸可溶桥塞

图5中，ø99 mm可溶桥塞下接头处预制泵送环安装接口，现场配置了ø103、ø105、ø107 mm可溶性泵送环，按照实际需要选配安装。2020年以来，在四川威荣页岩气区块逐渐试验并推广应用260余只，已成为该区块的标准作业模式。

4 结论

1) 桥塞泵送环能增加桥塞推进力，提升泵送速度和效率。从试验数据看，带泵送环的桥塞平均入井速度提升30%，平均每段节约工时0.4 h，按每天压裂3段计算，每天能节约1.2 h的工作时间，值得进一步推广应用。

2) 早期开展的泵送环模拟试验，解决了泵送射孔遇卡而需要连续油管作业的难题，并且验证了ø88 mm桥塞可以泵送，为后续小尺寸电缆泵送桥塞的开发和应用奠定了基础。

3) 可溶性泵送环可提升小尺寸桥塞的泵送力，实现小尺寸桥塞可泵送。开展了常规桥塞带可溶性泵送环的试验，提升泵送效率和通过性。