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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

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免钻磨 大通 径桥塞 技术 页岩 水平 分段 改造 中的 应用
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收 稿日期 : 2015 -06 -25; 修回日期 : 2016 -03 -04作者简介 : 陈海力 ( 1982 - ) , 工 程师 , 硕士 , 主要从事钻井试油工程技术管理与现场应用工作 。地址 : ( 646000) 四 川省泸州市江阳区百子图蜀南气矿工程技术与监督部 , 电话 : ( 0813) 3920526, 13608286956, E - 线上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陈 海力 , 邓素芬 , 王 琳 , 周 峰 , 曾肃超( 中国石油西南油气田公司蜀南气矿 )陈 海力等 . 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 . 钻采工艺 , 2016, 39( 2) : 123 -125摘 要 : 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 24 h 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 。关键词 : 免钻磨大通径桥塞 ; 页岩气 ; 水平井 ; 可溶性压裂球 ; 连续油管10.3969/J. 006 -768X.2016.02.36可 钻式复合桥塞多层段压裂技术不受分段压裂层数限制 , 可以采用大排量施工 , 最大程度地减小施工水马力的损失和施工风险 , 有效降低施工成本 , 是目前国内外进行页岩气藏开发使用的主体储层改造技术 。复合桥塞结构上主要分为三类 : 全堵塞式复合桥塞 、单流阀式复合桥塞和投球式复合桥塞 , 其中投球式和单流阀式桥塞 , 可以在磨掉桥塞之前进行试气 。全堵塞式在压裂完成后必须全部磨铣掉 , 才能进行生产 。蜀南地区从国内第一口页岩气水平井威 201 -压裂开始 , 均采用单流阀式复合桥塞 , 通过大量的攻关试验 , 逐渐实现了工具的国产化[ 1 -3]。采用可钻式复合桥塞压裂后 , 必须采用连续油管把桥塞全 部磨铣掉 , 才能进行生产测井 。但长宁 、威远地区在体积压裂过程中 , 多口井出现套管变形现象 , 造成桥塞钻磨周期长 、风险大 、成本高等问题 。随着威远地区页岩气勘探向深层页岩气迈进 , 连续油管传输的磨铣工具作业井深已经不能满足深层页岩气勘探开发的需求 , 因此需要引进一种新型免钻磨大通径桥塞技术 。目前国外已经开发出该类技术 , 并在北美页岩气开发中投入生产 。蜀南地区在国内率先引入该技术并投入现场应用 , 获得成功 , 为下步深层页岩气的开发提供了技术支撑[ 5 -6]。一 、免钻磨大通径桥塞室内评价实验1. 大通径桥塞技术参数大 通径桥塞采用单卡瓦设计 , 结构简单可靠 。外径109. 55 内径 76. 2 长度 381 压差等级 70 温 204°, 压裂球尺寸 82.55 塞无需钻磨 , 压裂后即可排液测试 , 由于具有大通径的特点 , 能够满足生产测井的要求 。如图 1 所示 。图 1 大 通径桥塞实物图2. 可溶性压裂球室内评价情况可溶性压裂球的溶解性能直接决定了压裂施工的成败和 后期井筒的通畅性 。溶解实验采用 10. 0 L 组的返排液作为溶解介质 , 在实验过程中可溶性压裂球前 8 h 质量 、体积均未发生变化 , 溶解速率为 0%, 球外壁仍然光滑 , 8~20 h 期间 , 可溶性压裂球开始变化 , 外壁皲裂 , 呈碎蛋壳状均匀脱落 。20 h 后压裂球表面继续像鸡蛋壳一样层层均匀脱落 。到 202 h, 质量从 455. 39 g 下降到 41. 91 g, 质量损失413.48 g, 质量损失率 90. 80%; 体积由 82. 34 少到33. 12 减少了 49.22 如图 2 所示 。3. 大通径桥塞室内常温承压试验情况为验证大通径桥塞承压能力 , 进行了室内常温承压试验 。地面连接准备工具完成后 , 升压直至桥塞丢手 ( 最高不超过 25 , 最终丢手压力值为 13.6 塞顺利完成丢手后 , 进行坐封情况检查 , 测量桥塞卡瓦离下端面距离为262 压 65 稳压 15 况下 , 下降为 2.5 321·第 39 卷 第 2 期39 2钻 采 工 艺 曲线如图 3 所示 。测量卡瓦距离与未试压前的卡瓦距 离比较 , 有 9 移 。图 2 82 h、120 h、170 h、202 h 溶 解状态图图 3 试 压曲线4. 大通径桥塞室内 120℃高 温承压实验为更好模拟井下状况 , 验证桥塞的高温承压能力 , 将套管短节放入高温箱后 , 连接试压接头 , 将高温箱门关闭 , 设置加温温度 120℃, 然后加温及恒温 24 h。在恒温 24 h 后 , 缓慢升压至 66 稳压 30 压力上升至 69 实验压力曲线如图 4 所示 。图 4 试 验压力曲线5. 大通径桥塞室内钻磨试验情况如果要实现全通径井筒 , 需要对桥塞进行钻磨 。由 于桥塞锁紧装置在上部 , 只要用连续油管带捞矛磨铣掉上部锁紧装置 , 捞矛即可抓住桥塞 , 起出剩余部分 。相对传统桥塞 , 节约了钻磨周期且井下不会留下残余部件 。在试验钻井平台上安装与大通径桥塞配套的磨鞋 , 磨鞋长 1 200 最大外径 114.3 钻后 , 以钻压 0. 4 t、转速 108 r/行钻磨 , 过程中发现悬重显示变为负值 , 25停钻检查 , 测量出桥塞上端与喇叭口顶端距离为 680表明开钻后进尺为 40 3 再次开钻 , 钻压为0.8 ~1 t, 转速为 138 r/27 测得进尺 110 成钻磨后 , 测得进尺 160 钻磨总耗时 1. 67 h。钻磨结束后 , 取下磨鞋 , 收集钻屑 , 清洗井口 。观察发现大部分钻屑细小均匀成粉末状 , 少量片状钻屑 、胶筒碎屑成颗粒状 , 表明该桥塞具有可钻性 。将套管短接倒置撞击地面 , 剩余大通径桥塞轻松取出 ,表明桥塞具有可捞性 。测量剩余桥塞长度为 223 . 桥塞室内评价实验结论通过室内实验 , 桥塞工具与液压坐封工具能顺利配合连接 , 在设计范围内能顺利坐封丢手 。室内密封承压实验 : 承压 65 稳压 15 况下 , 下降为 2. 5 次高温120℃、66 封承压实验 , 无压降 。1 次钻磨实验 , 100磨进尺 160 钻磨后桥塞能顺利取出 。二 、免钻磨大通径桥塞现场应用及效果1. 1 井 基本情况1 井位于四川省内江市境内 , 井深 4 884 m, 垂深3 126 m, 水平段长 1 505 m, 最大井斜角 97. 15°, 油层套管采用外径 139.7 级 套管 。根据工艺类型的要求 , 该井采用桥塞作为分段改造工具 。由于水平段较长且处于上倾方向 , 储层埋深较深 , 施工压力高 , 压裂过程中套管变形风险较大 , 压裂后钻磨桥塞难度较大 , 因此采用大通径桥塞 + 分簇射孔联作分段压裂工艺[ 7 -16]。2. 加 砂压裂情况该井分 19 段压裂 , 共注入压裂液 38 418. 46 支 撑剂1 518. 79 t, 暂堵剂 4 400 滑溜水最大加砂浓度 226kg/线 性胶最大加砂浓度 320 kg/ 工排量 8. 27 ~14.9 m3/施 工压力 62 ~80.2 m3/如 图 5 所示 。施工主要流程 : 第 1 段使用连续油管传输定面射孔 , 环空憋压的方式引爆 , 起连续油管 , 进行第 1 段压裂 。第 2 段泵送射孔枪及第 1 个 109. 55 通径免钻桥塞至设计井深 , 排量控制在 0.4 ~2.2 m3/管 串结构 : 43 捞头+ 73 重杆 + 柔性短节 + 83 重 +73 加强筒 +68 73 火头 + 89 组合 + 97 塞点火头 + 97 塞工具 + 109. 55 封筒 + 109. 55塞 , 对桥塞点火坐封后 , 起电缆至设计井深 , 进行分簇射孔 , 起射孔枪完 , 投直径 82. 55 溶性压裂球 , 可溶性压裂球入座曲线如图 6 所示 , 入座坐封后进行第 2 段压裂 。第 3 ~19 段重复第 2 段的压裂流程 。·421·钻 采 工 艺 3 月016图 5 施 工泵压范围图 6 可 溶性压裂球入座曲线压 裂完工后 , 未钻磨桥塞即排液测试 , 截至试油完成 ,累排液 9 146 占 应排量的 22. 45%。为验证可溶性压裂球是否完全溶解和井筒连通性 , 采用连续油管进行通井作业 , 一次性通过全部桥塞 , 证明可溶性压裂球已经全部溶解 , 井筒具有良好的连通性 , 桥塞无需钻磨 , 该井即可投入生产 。3. 微地震情况采用井下微地震监测结果表明 : 采用免钻磨大通径桥塞进行分段压裂后 , 形成了复杂缝网 , 事件点有明显的方向性 ,且各段大致一致 , 北偏东 45° ~65°。压裂改造有效体积达到1.08 ×108形成了体积网络缝网 , 证明该工具能够 满足页岩气水平井分段压裂的要求 。三 、结 论( 1) 免 钻磨大通径桥塞外径相对较小 , 可满足不同排量泵送要求 。坐封可靠 , 能够满足 70 差 、120℃ 条件下的使用 。( 2) 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 , 从而获得内径较大的井下流动通道 。由于内外层溶解速率不同 , 可满足施工特殊原因而延长施工时间的需要 , 确保入井后 24 h 内的完全密封 。( 3) 免钻磨大通径桥塞具有大通径 、可过流的特点 , 压后无需连续油管钻磨 , 比传统复合桥塞更高效 , 可降低作业成本和降低 险 。( 4) 由于无需连续油管钻磨 , 所以桥塞坐封的井深可大于连续油管传输磨铣工具作业的井深 , 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 。参考文献[ 1] 叶 静 , 胡永全 , 叶生林 , 等 . 页岩气藏水力压裂技术进展 [ J] . 天然气勘探与开发 , 2012, 35( 4) : 64 -66.[ 2] 薛 承瑾 . 页岩气压裂技术现状及发展建议 [ J] . 石油钻探技术 ,2011, 39( 3) : 24 -29.[ 3] 吴 奇 , 胥云 , 王腾飞 , 等 . 增产改造理念的重大变革 —体积改造技术概论 [ J] . 天然气工业 , 2011, 31( 4) : 7 -12.[ 4] 吴 奇 , 胥云 , 刘玉章 , 等 . 美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示 [ J] . 石油钻采工艺 , 2011, 33( 2) : 1 -7.[ 5] 尹 丛彬 , 叶登胜 , 段国彬 , 等 . 四川盆地页岩气水平井分段压裂技术系列国产化研究及应用 [ J] . 天然气工业 , 2014, 34( 4) :67 -71.[ 6] 叶 登胜 , 李斌 , 周正 , 等 . 新型速钻复合桥塞的开发与应用 [ J] .天然气工业 , 2014, 34( 4) : 62 -66.[ 7] 朱 秀星 , 薛世峰 , 仝兴华 , 等 . 非常规水平井多簇射孔与分段压裂联作管串泵入控制模型 [ J] . 测井技术 , 2013, 37( 5) : 572 -578.[ 8] 任 勇 , 叶登胜 , 李剑秋 , 等 . 易钻桥塞射孔联座技术在水平井分段压裂中的实践 [ J] . 石油钻采工艺 , 2013, 35( 2) : 90 -93.[ 9] 刘 祖林 , 杨保军 , 曾雨辰 . 页岩气水平井泵送桥塞射孔联作常见问题及对策 [ J] . 石油钻采工艺 , 2014, 36( 3) : 75 -78.[ 10] 张 志强 , 张林 , 刘毅 , 等 . 分段多簇射孔桥塞联作技术研究与应用 [ J] . 石油仪器 , 2014, 28( 1) : 13 -16.[ 11] 王 永辉 , 卢拥军 , 李永平 , 等 . 非常规储层压裂改造技术进展及应用 [ J] . 石油学报 , 2012, 33( S.1) : 149 -158.[ 12] 曾 雨辰 , 杨保军 , 王凌冰 . 涪页 1 井泵送易钻桥塞分段大型压裂技术 [ J] . 石油钻采工艺 , 2012, 34( 5) : 75 -79.[ 13] 邹 刚 , 李一村 , 潘南林 , 等 . 基于复合材料桥塞的水平井套管分段压裂技术 [ J] . 石油机械 , 2013, 41( 3) : 44 -47.[ 14] 刘 虎 , 孙传山 , 李文锦 , 等 . 丁页 2分段压裂配套技术的研究与应用 [ J] . 钻采工艺 , 2014, 37( 4) : 70 -72.[ 15] 汪 于博 , 陈远林 , 李明 , 等 . 可钻式复合桥塞多层段压裂技术的现场应用 [ J] . 钻采工艺 , 2013, 36( 3) 45 -48.[ 16] 潘林华 , 张士诚 , 程礼军 , 等 . 水平井 “多段分簇 ”压裂簇间干扰的数值模拟 [ J] . 天然气工业 , 2014, 34( 1) : 74 -79.( 编 辑 : 黄晓川 )·521·第 39 卷 第 2 期39 2钻 采 工 艺
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