可溶性泵送環(huán)在頁巖氣儲層改造中的應(yīng)用

劉福建，楊 文 ，邢厚偉

(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司 壓裂公司，遼寧 盤錦 124010；2.渤海石油裝備(天津)中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280)

可溶橋塞泵送射孔連作已經(jīng)成為頁巖氣體積壓裂改造普遍采用的工藝措施，但壓裂過程中大量液體進(jìn)入頁巖氣儲層，造成天然裂縫、斷層激活，使得地層滑移、套管變形時常發(fā)生[1-2]。套變發(fā)生后，需要采用小尺寸橋塞才能通過變形點，到達(dá)預(yù)定位置。但是小尺寸橋塞的泵送推力不夠，無法泵送到位，需要采取措施解決[3-8]。

1 橋塞泵送力數(shù)值計算

水平段槍串啟動時，要保持泵送力始終大于摩擦阻力以及縫隙流切向力。通過有限元模型計算，發(fā)現(xiàn)切向力對橋塞受力影響小于3%，可忽略?？紤]浮力情況下，槍串的最小臨界起泵排量[9-15]為

(1)

式中：m為槍串質(zhì)量，kg；D、d1、d2、d3、d4為套管內(nèi)徑、電纜頭、射孔槍、坐封工具和橋塞的外徑，m;ρ為液體密度，kg/m3;θ為槍串傾角，(°)；V為槍串排開體積，m3。

計算了不同尺寸的橋塞的最小臨界泵送排量，如表1。

表1 不同橋塞尺寸的最小臨界泵送排量

2 可溶性泵送環(huán)的設(shè)計及試驗

2.1 可溶性泵送環(huán)的提出

在威遠(yuǎn)頁巖氣開發(fā)中，由于套變問題，部分井段采取了合壓的改造方式。需要射孔槍帶模擬橋塞下入，但是頻繁出現(xiàn)遇卡，需要連續(xù)油管處理異常問題。針對該問題，進(jìn)行了可溶性模擬橋塞結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖1所示。

圖1 套變井用泵送環(huán)輔助射孔管柱

圖1中，模擬橋塞采用了?86 mm鋼制本體，加裝?92、95、98 mm泵送環(huán)的結(jié)構(gòu)(如圖2)，組裝成為可溶性模擬橋塞。下入時，大尺寸的泵送環(huán)可提升槍串的泵送力,提高泵送效率；遇卡時，浸泡幾小時后可溶性泵送環(huán)溶解，其外徑變小，即可解卡起出槍串。

圖2 可溶性泵送環(huán)

2.2 帶可溶性泵送環(huán)的模擬橋塞試驗

2017—2018年，在威遠(yuǎn)頁巖氣區(qū)塊，成功應(yīng)用了帶泵送環(huán)的可溶橋塞(如圖3)，累計試驗106只，泵送下入200余趟，每只使用1～2次，未發(fā)生遇卡后無法起出的問題，顯著提升了泵送效率。并且，成功實施了73 mm槍帶88 mm泵送環(huán)泵送下入的多次案例，驗證了在?114.3 mm套管內(nèi)徑中可以電纜泵送?88 mm管柱，為油田提供了套變井改造的新方式。

圖3 可溶性泵送環(huán)的現(xiàn)場實物

3 可溶性泵送環(huán)的改進(jìn)和推廣應(yīng)用

3.1 可溶性泵送環(huán)應(yīng)用在小尺寸橋塞中

基于模擬橋塞中使用泵送環(huán)，驗證了?88 mm管柱可泵送的情況，對現(xiàn)有的?85 mm可溶橋塞進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，如圖4。

圖4 小尺寸橋塞帶硫化的可溶性泵送環(huán)

圖4中，?85 mm橋塞下接頭硫化了?88 mm可溶性橡膠泵送環(huán)，具有3個方面的優(yōu)點：①提高管柱的泵送效率，較大尺寸的泵送環(huán)的泵送力更高；②橡膠的通過力更好，遇到套變不嚴(yán)重的井段可以擠壓變形通過；③管串遇卡時，浸泡一段時間，可溶橡膠泵送環(huán)溶解即可解卡，無需連續(xù)油管作業(yè)。

2018—2020年，使用長城牌?85 mm全可溶橋塞帶?88 mm可溶性泵送環(huán)，在威遠(yuǎn)區(qū)塊累計應(yīng)用14井次，其中12次正常泵送至設(shè)計位置并坐封丟手，其余2次遇阻起出，取得了良好的施工效果。

3.2 可溶性泵送環(huán)應(yīng)用在常規(guī)尺寸橋塞中

針對威榮區(qū)塊上傾井比例高、井深大，存在橋塞的泵送效率低或者無法泵送的難題，經(jīng)過論證，開展了?99 mm可溶橋塞帶泵送環(huán)結(jié)構(gòu)的下橋塞試驗，如圖5。

圖5 帶泵送環(huán)的常規(guī)尺寸可溶橋塞

圖5中，?99 mm可溶橋塞下接頭處預(yù)制泵送環(huán)安裝接口，現(xiàn)場配置了?103、?105、?107 mm可溶性泵送環(huán)，按照實際需要選配安裝。2020年以來，在四川威榮頁巖氣區(qū)塊逐漸試驗并推廣應(yīng)用260余只，已成為該區(qū)塊的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)模式。

4 結(jié)論

1) 橋塞泵送環(huán)能增加橋塞推進(jìn)力，提升泵送速度和效率。從試驗數(shù)據(jù)看，帶泵送環(huán)的橋塞平均入井速度提升30%，平均每段節(jié)約工時0.4 h，按每天壓裂3段計算，每天能節(jié)約1.2 h的工作時間，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

2) 早期開展的泵送環(huán)模擬試驗，解決了泵送射孔遇卡而需要連續(xù)油管作業(yè)的難題，并且驗證了?88 mm橋塞可以泵送，為后續(xù)小尺寸電纜泵送橋塞的開發(fā)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3) 可溶性泵送環(huán)可提升小尺寸橋塞的泵送力，實現(xiàn)小尺寸橋塞可泵送。開展了常規(guī)橋塞帶可溶性泵送環(huán)的試驗，提升泵送效率和通過性。