全可溶橋塞體積壓裂送球異常分析及處理措施

盧德義，李大綱，常鑫

（1.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 咸陽 712000）

（2.中國航空油料有限責(zé)任公司西安分公司，陜西 咸陽 710082）

水平井全可溶橋塞體積壓裂儲(chǔ)層改造技術(shù)是目前開發(fā)致密油藏的關(guān)鍵技術(shù)之一［1］。可溶橋塞彌補(bǔ)了可磨橋塞與可撈式橋塞的不足，它省略了水平井在分段壓裂后期鉆磨橋塞與碎屑打撈的附加工序［2-3］?？扇芮虿蝗胱F(xiàn)象在目前全可溶橋塞體積壓裂施工過程中出現(xiàn)概率很頻繁，目前國內(nèi)外學(xué)者或現(xiàn)場(chǎng)工作人員也沒有對(duì)其具體原因進(jìn)行細(xì)致分析，大多都采用重新投球的方式解決，這樣既浪費(fèi)時(shí)間，而且也增加了施工成本。

全可溶橋塞體積壓裂與常規(guī)橋塞體積壓裂的壓裂施工工序相同［4-5］，主要施工都按照：投球—送球—注前置液—注攜砂液—頂替五步執(zhí)行。目前與可溶橋塞配套的封堵球大多都采用與橋塞主體材質(zhì)相同的鋁鎂合金圓形可溶球［6-7］。一般開始?jí)毫亚?，先投球，讓球先在直井段下落；再啟?dòng)車輛，提排量至2.4m3／min送球，預(yù)計(jì)球進(jìn)入水平段后，排量降至1.8m3／min；當(dāng)球入球座后，地層破壓，開始正常壓裂。理論上當(dāng)送球液量達(dá)一井筒容積，球就可落入球座。但是實(shí)際施工中經(jīng)常遇到泵送液量達(dá)到一井筒容積或一個(gè)半井筒容積后，壓力還未上漲，球還沒有落入球座的跡象。

1 原因分析

1.1 未打開捕集器，球落在捕集器上

防噴管下方連接捕集器（圖1）。捕集器是由主體、傳動(dòng)尺輪、手柄及接盤等組成。捕球器與液壓閘板防噴器的開啟和關(guān)閉都可由地面控制箱液壓系統(tǒng)控制，其也可以手動(dòng)打開。正常工作時(shí)，其內(nèi)部的接盤處于水平關(guān)閉位置，當(dāng)投球時(shí)才將其打開。若捕集器忘記打開，就將其投入，開泵后，球一直會(huì)滯留在捕集器內(nèi)部的接盤之上。所以會(huì)有球不到位跡象。

圖1 捕集器

1.2 套放閘門未關(guān)，球被沖走

打開捕集器待球下落，關(guān)閉上方平板閥。如果忘記關(guān)閉套放閘門，就開啟下方平板閥，開井后由于地層壓力的原因，會(huì)使井筒中液體上竄。若橋塞配套小直徑球就會(huì)被沖出套放閘門，排入回收罐中，若大直徑球就會(huì)卡在套放閘門出口連接的放噴管線端口。再關(guān)閉套放閘門，送球時(shí)，井筒中無球。

1.3 球落在最上方平板閥閘板上

一般陜北區(qū)塊致密油體積壓裂井口所使用的平板閥為手動(dòng)大通徑平板閥。施工前配備大通徑注入井口（承壓70MPa，內(nèi)徑180mm）及FC180／70型閘板閥兩套（井口安裝在兩套閘板閥之間）。手動(dòng)大通徑平板閥是由閥體、閥蓋、閥座、閘板、閥桿、手輪、注脂閥等零部件組成。當(dāng)壓裂施工前投球時(shí)，最上部平板閥要處于全開狀態(tài)，待球下落經(jīng)過此平板閥后再將其完全關(guān)閉。如果投球時(shí)，上部平板閥未全開，當(dāng)球下落至平板閥閘板的上棱時(shí)，由于平板閥的閘板上涂有密封脂，密封脂一般有較大的黏度，球黏到平板閥上棱后，隨著平板閥的關(guān)閉，球就會(huì)滯留在平板閥之上。

1.4 球被沖至注入頭下方四通與閘門連接的內(nèi)部通道中

當(dāng)球下落后，關(guān)閉最上方平板閥，然后再開啟下方平板閥；當(dāng)下方平板閥開啟過程中，井口與井筒連通，由于地層壓力的原因，井筒中液體上竄，會(huì)帶動(dòng)小球上行。若現(xiàn)場(chǎng)噪音小的話，可以很明顯的聽到液體沖擊可溶球，可溶球撞擊井口內(nèi)壁的金屬碰撞聲音。而四通左右兩側(cè)各接有兩個(gè)閥門，兩個(gè)內(nèi)側(cè)的閥門一般保持開啟狀態(tài)。當(dāng)液體帶動(dòng)小球上行時(shí)，球被沖至四通與閥門連通的通道中并滯留在其內(nèi)部，導(dǎo)致球下落聲音明顯，但泵球時(shí)候沒有球泵送到位跡象。

1.5 流體流態(tài)的影響

實(shí)際液體由于存在黏滯性而具有的兩種流動(dòng)形態(tài)。液體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的運(yùn)動(dòng)，彼此不相混摻的形態(tài)稱為層流（圖2）。液體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)、互相混摻、軌跡曲折混亂的形態(tài)叫做紊流（湍流，亂流），球落入井筒中后，隨送球滑溜水在管柱中流動(dòng)，若液體的流動(dòng)狀態(tài)為紊流（圖3），球在液體中運(yùn)動(dòng)無序，所以泵注一井筒容積后球還未到位。

圖2 層流

圖3 紊流

1.6 泵送排量不準(zhǔn)確的影響

由于泵效或者流量計(jì)不準(zhǔn)確的原因，主壓車實(shí)際排量與理論排量有時(shí)會(huì)存在差別，如果實(shí)際排量低于理論排量，就會(huì)造成理論上球已經(jīng)到位但實(shí)際球還未泵送到位。

1.7 液體漏失，球到位壓力無變化

若固井質(zhì)量不合格或套管出現(xiàn)脫扣與損傷，導(dǎo)致球被泵送到位，但是液體由套損位置濾失到地層，導(dǎo)致不起壓，無球到位跡象。

1.8 送球液體不干凈，或井筒中有雜質(zhì)

球已經(jīng)泵送到球座上方，坐落在球座之上，但是送球液體中有雜質(zhì)，卡在球座與球體之間，使得球與球座之間存在間隙，液體可以流過間隙，球封不住橋塞的環(huán)型空間（圖5），導(dǎo)致井口壓力無明顯變化，球無到位跡象。

圖5 雜質(zhì)卡球

1.9 可溶球被橋塞邊緣卡住

泵送球至水平段以后，由于可溶球的密度大于液體密度，球沿著套管內(nèi)壁的下壁面隨送球滑溜水滾動(dòng)前進(jìn)，當(dāng)球滾動(dòng)到可溶球座下棱時(shí)，被下棱擋?。▓D6、圖7）。目前應(yīng)用較廣的哈里伯頓illusion橋塞和DMS可溶球座，頂端上接頭球座口處下棱都較寬。而DMS上接頭下棱寬于illusion。

圖6 橋塞上端

圖7 橋塞卡球

應(yīng)用兩者施工時(shí)經(jīng)常遇到球不到位現(xiàn)象，其中DMS可溶球座較illusion橋塞球不到位現(xiàn)象更普遍。

1.10 橋塞或可溶球溶解

橋塞下井時(shí)間過長，橋塞部分溶解，內(nèi)徑擴(kuò)大，導(dǎo)致球無到位跡象。一般如果投球后5h內(nèi)不能壓裂，球就會(huì)部分溶解，再次壓裂時(shí)應(yīng)重新投送可溶球。如果重新投球后還無球到位跡象，就有可能是橋塞也發(fā)生溶解，需要重新泵送橋塞。

2 施工案例

H220H13-1井與JP14井兩口井都是致密油水平井，其中H220H13-1井根據(jù)水平段物性及油層鉆遇情況，將整個(gè)水平段分為6段；JP14井整個(gè)水平段分為29段。兩口井壓裂方式都為全可溶橋塞（球座）體積壓裂。所用橋塞分別為哈里伯頓全可溶橋塞（圖8），DMS全可溶球座（圖9）。

圖8 哈里伯頓可溶橋塞

圖9 DMS全可溶球座

1）2019年8月22日對(duì)H220H13-1井第二段進(jìn)行壓裂，壓裂方式為：全可溶橋塞體積壓裂。橋塞為哈里伯頓全可溶橋塞，溶橋塞內(nèi)徑33mm，外徑111mm，長度373.4mm，可溶球直徑50.8mm。第二段井容為38.2 m3，投球后，待球自由下落，30min后再開泵以1.2m3／min排量送球，當(dāng)液量至40.8 m3時(shí)，還未見球到位跡象，停泵重新投球。再次開泵送球時(shí)，剛起泵排量0.6 m3／min就起壓明顯，可溶球入座（圖10）。由此證明起壓必是第一顆球到位的效果。所以推測(cè)是送球液體或井筒中存在雜質(zhì)，將球卡在橋塞之上，或球被橋塞下棱擋住。

圖10

2）2019年9月10日對(duì)JP14井第五段進(jìn)行壓裂，壓裂方式為：DMS全可溶球座體積壓裂。球座為中石油油氣工藝研究院生產(chǎn)的DMS全可溶球座，球座內(nèi)徑55mm，外徑113mm，長度269mm，可溶球：Ф65mm。井容為46.1 m3，投球后立即開泵送球，排量2.4～1.8m3／min，當(dāng)液量達(dá)52.3 m3時(shí)，還未見球到位跡象，停泵，再開泵，排量提至2.0 m3／min，泵送5m3液體后依舊不見球到位跡象，再次停泵，重新投球。而當(dāng)?shù)诙w球剛投入后，立即開泵送球，排量剛提至0.6 m3／min時(shí)，球立即到位，壓力迅速上漲，漲至36.3MPa后地層破裂（圖11）。

圖11

說明投第二顆球后，起亞依舊是第一顆球到位的作用效果，第一次停泵后再次起泵，井筒中壓力處于平衡狀態(tài)，球依舊卡在原位置不動(dòng)，所以未見球到位跡象。當(dāng)再次投球時(shí)，泄掉了上下兩平板閥之間的壓力，打開下方平板閥時(shí)，井筒內(nèi)液體上竄，使球回流，地層流體沖掉了橋塞周圍卡球的雜質(zhì)或球離開了原先擋其的橋塞下棱，再次泵送時(shí)可溶球立即落在橋塞內(nèi)孔球座之上，封堵下方通道，立刻起壓。

3）2019年10月11日對(duì)JP14井第23段進(jìn)行壓裂。壓裂方式，橋塞，可溶球與JP14井第五段完全相同。第23段井容34.7m3，投球后，立即開泵送球，直井段排量以排量2.4 m3／min送球，進(jìn)入水平段后降至1.8m3／min，送球累計(jì)液量達(dá)50m3時(shí)，依舊無球入球座跡象，停泵。通知井口操作人員開套放，放壓10s后立即關(guān)套放，隨即開泵提排量，球立即入座，壓力迅速上升，壓力上漲，地層破裂壓力35.8MPa（圖12）。

圖12

3 球不入座處理措施

1）泵送液量超過一井筒容后，未見球到位跡象，繼續(xù)泵送至少半個(gè)井筒容積液體，排除流體紊流或主壓車排量不準(zhǔn)確的影響。若球還不到位，則停泵，確認(rèn)測(cè)井隊(duì)在投球時(shí)，是否未打開捕集器接盤，球是否落在補(bǔ)集器接盤上。

2）若確認(rèn)投球時(shí)捕球器是處于開啟狀況，可溶球確定投入井筒中而泵夠一個(gè)半井筒容積后還未見到位跡象。先停泵，開套放10s后，關(guān)閉套放閘門，放一下壓力，使球回流，再開泵進(jìn)行泵注，排除液體雜質(zhì)卡球或球卡在橋塞下棱的影響。

3）若實(shí)施上述兩種處理措施后，不見球到位現(xiàn)象，可能是球落在最上方閘板閥上或落在平板閥之間的四通與閘門通道中，也可能是投球到泵注時(shí)間間隔太久，球已經(jīng)部分溶解。則需重新投球，在確保球落入井中的前提下再開泵送球。

4）如果橋塞下井時(shí)間過長，投第一顆球后未見壓力上升，排除其他影響球不到位的影響因素后，就考慮橋塞是否溶解，再投一顆球，再進(jìn)行泵送，如果可溶球還無到位跡象，就需重新推送橋塞，再進(jìn)行壓裂。

4 結(jié)論

1）送球首先要確保投球后5h之內(nèi)，超過5h，可溶球已部分溶解，需重新投球；2）送球開始一定確保補(bǔ)集器接盤處于開啟狀況；3）送球液量超過一井容后，球不到位后不能盲目的就進(jìn)行重新投球，先稍放一下壓 （放壓10s）再進(jìn)行泵送，一般是很好的處理球不入座措施；4）放壓后再次泵送，排量提至1.8m3／min，30s不見球入座跡象，直接停泵，重新進(jìn)行投球；5）改進(jìn)橋塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或增大可溶球直徑，橋塞上端邊緣縱切面盡量做成楔形，使球更容易入座。