泵送橋塞與分級射孔工藝分析

叢顏

摘要：泵送橋塞-分級射孔技術(shù)是目前頁巖氣開發(fā)過程中重要作業(yè)之一，在頁巖氣壓裂實踐中發(fā)揮了重要作用。它是一種采用復(fù)合橋塞對擬改造目的層分段，每段分成若干簇，一次下井將射孔管串和復(fù)合橋塞輸送至目的層完成橋塞坐封和多簇射孔聯(lián)作，為后續(xù)分段壓裂改造創(chuàng)造條件的射孔工藝技術(shù)。然而，隨作業(yè)環(huán)境復(fù)雜化，異常情況出現(xiàn)頻率增多，分析和總結(jié)異常情況處置，可提高應(yīng)對風(fēng)險的能力。

關(guān)鍵詞：泵送橋塞-分級射孔；關(guān)鍵點分析；異常處理

中圖分類號TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0200-01

頁巖儲層具有典型的低孔低滲物性特征，國外頁巖氣開發(fā)成功經(jīng)驗表明，采用水平井分段多簇射孔分段壓裂，在筒周圍儲層形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，對儲層進(jìn)行“體積改造”，單井產(chǎn)量增產(chǎn)效果明顯。眾多井下作業(yè)中，泵送橋塞一分級射孔技術(shù)是頁巖氣開發(fā)過程一項重要措施。一些異常情況如橋塞坐封不丟手、橋塞坐封時電纜不點火、電纜點火后橋塞不坐封等時有發(fā)生。針對異常情況進(jìn)行分析總結(jié)，可提高工作效率。

1.泵送橋塞-分級射孔技術(shù)優(yōu)勢

1）封隔可靠性高。通過橋塞實現(xiàn)下層封隔，通過試壓可判斷出是否存在竄層的可能性；2）壓裂層位精確。通過射孔實現(xiàn)定點起裂，裂縫布放位置精準(zhǔn)。可通過多級射孔，實現(xiàn)體積壓裂；3）壓后井筒完善程度高。橋塞由復(fù)合材料組成，比重較小，鉆磨后的橋塞碎屑可隨油氣流排出井口，為后續(xù)作業(yè)和生產(chǎn)留下全通徑井筒；4）受井眼穩(wěn)定性影響相對較小。采用套管固井完井，井眼失穩(wěn)段對橋塞座封可靠性無影響，優(yōu)于裸眼封隔器分段壓裂工藝；5）分層壓裂段數(shù)不受限制。通過逐級泵入橋塞進(jìn)行封隔，與多級滑套投球轉(zhuǎn)向相比，分壓級數(shù)不受限制，理論上可實現(xiàn)無限級分層壓裂；6）下鉆風(fēng)險小，施工砂堵容易處理。與裸眼封隔器相比，管柱下入風(fēng)險相對較小；7）施工砂堵發(fā)生后，壓裂段上部保持通徑，可直接進(jìn)行連續(xù)油管沖砂作業(yè)。

2.復(fù)雜點及關(guān)鍵點分析

隨技術(shù)發(fā)展，水平井分段層數(shù)逐漸增多，作業(yè)時間變長、施工壓力增高、操作環(huán)境復(fù)雜，對現(xiàn)有設(shè)備、工具性能及人員素質(zhì)提出更高要求。作業(yè)中關(guān)鍵點的有力控制和異常情況下高效應(yīng)對措施，是保障作業(yè)成功的前提。

1）橋塞座封工具。橋塞座封工具因其影響環(huán)節(jié)極多，對施工有著舉足輕重的作用。點火、工具裝配、橋塞本身、火藥工作異常、井筒環(huán)境不穩(wěn)定、泵送施工異常等都會引起橋塞未正常座封或未正常丟手；2）火藥。、主要出現(xiàn)在橋塞慢燃火藥。其耐溫等性能適應(yīng)性不強(qiáng)、保存不當(dāng)受潮濕、慢燃火藥產(chǎn)生推理損失不能克服井下異常阻力、人為操作失誤等，可能導(dǎo)致橋塞座封或丟手失敗，射孔槍不響等后果；3）分級射孔裝置。對器材性能要求高，對裝配對人員要求高。機(jī)械精度、射孔瞬間飛屑、壓力異常等都可能導(dǎo)致作業(yè)失敗；4）泵送施工。泵送施工中，面對復(fù)雜井筒及壓力波動異常情況，處理手段不當(dāng)或不及時，都可能會導(dǎo)致發(fā)生中途座封或泵斷電纜等嚴(yán)重事故。常見影響因素包括井筒沉砂或軌跡異常、不合理的泵送排量、不穩(wěn)定的井口壓力、配合問題、缺少異常處理經(jīng)驗等；5）電纜防噴系統(tǒng)。由于電纜防噴管阻流管間隙過小、井口壓力波動異常、注脂控制不當(dāng)、電纜攜砂過多等原因都會使得電纜在井口電纜防噴系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)異常及事故。

3.常見問題分析

1）橋塞泵送中途遇阻。現(xiàn)象：張力明顯下降，CCL無接箍曲線。原因分析：排量、速度不匹配；工具串過長；井筒異物。解決辦法：合理設(shè)計排量和泵送程序，密切關(guān)注張力和儀器運(yùn)行情況，隨時微調(diào)排量和速度；對管串的通過性進(jìn)行模擬計算，盡可能的減少入井管串；在每次壓裂結(jié)束前，頂替2個井筒容積的清水或滑溜水。現(xiàn)場處置：停泵，停下電纜，起出管串，檢查橋塞底部是否有撞痕或刮痕，分析遇阻原因，采取控制措施后，可繼續(xù)泵送；2）橋塞中途座封。解決辦法：當(dāng)泵送過程中，排量固定時泵壓應(yīng)該平穩(wěn)，若快速升高，應(yīng)立即停泵；過造斜段速度應(yīng)平穩(wěn)，排量穩(wěn)步增加，密切觀察張力；過造斜段（60°～90°）排量一般不能超過1.8m3/min；3）橋塞丟手不成功。現(xiàn)象：橋塞點火后，地面張力變化明顯，上提時發(fā)生遇卡現(xiàn)象。原因分析：橋塞裝配問題；主火藥未完全燃燒；火藥受潮。解決辦法：裝配前，對橋塞進(jìn)行仔細(xì)檢查：頂絲是否擰緊，丟手環(huán)是否有雜質(zhì)，工具裝配是否有人檢查核實等；加強(qiáng)火藥出廠檢驗，停用同批次火藥；橋塞主火藥要求密封包裝，使用前拆封，防止受潮。處置方案①：從弱點拉斷電纜，起出電纜，連續(xù)油管打撈井下落魚；方案②：將最下面射孔槍點火，射孔瞬間產(chǎn)生的震動可能會讓工具串解卡；4）射孔槍點火不成功。現(xiàn)象：射孔槍無法尋址；射孔后，井口和電纜無明顯震動，壓力無明顯變化。原因分析：射孔槍裝配問題；點火系統(tǒng)問題；電纜質(zhì)量問題。解決辦法：在裝配過程中，專人負(fù)責(zé)檢查電雷管、尋址裝置的裝配質(zhì)量，連接完畢后，要進(jìn)行尋址測試；更換點火面板，或更換點火軟件；每趟下井前，必須對電纜的絕緣通斷進(jìn)行檢查。現(xiàn)場處置：起出管串，找明原因。若已射一支槍或以上，則進(jìn)行試擠，建立排量后，單獨泵槍。若一槍未射，則進(jìn)行連續(xù)油管射孔后，再進(jìn)行后續(xù)施工；5）橋塞座封不成功。現(xiàn)象：橋塞點火后，地面張力無明顯變化，驗封不合格。原因分析：裝配質(zhì)量問題、火藥質(zhì)量問題；點火系統(tǒng)問題；電纜質(zhì)量問題。解決辦法：專人對整個裝配過程尤其是關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行把關(guān)；使用合格的配套火藥；地面試點火，驗證點火系統(tǒng)是否完好；每趟下井前，必須對電纜的絕緣通斷進(jìn)行檢查。現(xiàn)場處置排除了點火系統(tǒng)原因后，起出工具串，檢查分析原因。在上起過程中，要密切關(guān)注張力變化，防止遇卡；6）管串泵脫。現(xiàn)象：泵送時，張力突然劇增，CCL無信號。原因分析：排量、速度不匹配；電纜弱點設(shè)計過小；井筒沉淀物堆積，突然沖通。解決辦法：合理設(shè)計排量和泵送程序，密切關(guān)注張力和儀器運(yùn)行情況，隨時微調(diào)排量和速度；針對不同井況和井深結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置電纜弱點；在每次壓裂結(jié)束前，頂替2個井筒容積的清水或滑溜水。現(xiàn)場處置：絞車調(diào)整好扭矩后，上起電纜。在上起過程中，刮繩器施加1000psi壓力，輕微夾電纜，在發(fā)現(xiàn)電纜上頂后，絞車加速上起，同時，注脂壓力施加到最高。在起出最后一部分電纜時，不用理會張力的短暫增加，只要未達(dá)到張力本體拉斷力，便不要停車。

4.措施與建議

每次加砂完畢后沖洗井筒，確保井筒干凈無沉砂；管串入井前，要確保橋塞，射孔槍等各部件完好，連接可靠；泵送排量提升要求迅速且平穩(wěn)，避免泵車空泵現(xiàn)象；每次加砂作業(yè)完成后，等候時間不超過8h，否則應(yīng)大排量沖洗井筒；如泵送壓力突然升高，應(yīng)立即停泵，保證管串安全，對超長水平井應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視CCL和壓力曲線，與壓裂車配合，隨時做好停車的準(zhǔn)備；根據(jù)泵送時的速度、張力、運(yùn)行情況、泵排量、井口壓力的變化，隨時調(diào)整參數(shù)，保證泵送作業(yè)平穩(wěn)、安全。由于井下因素的不可預(yù)見性，要各部門緊密配合，提前準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)過程監(jiān)控。