低溫低礦化度可溶橋塞研究及應(yīng)用

趙爍，李鵬輝，李云濤，王玉明，劉亞軍，楊麗霞

（中國石油吐哈油田公司 工程技術(shù)研究院，新疆 鄯善838202）

0 引言

近年來，可溶橋塞壓裂技術(shù)得到不斷發(fā)展，已經(jīng)漸漸取代了復(fù)合橋塞壓裂技術(shù)。可溶橋塞的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其全可溶、無需鉆塞、節(jié)約施工成本、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，而其溶解速度主要受地層的溫度和礦化度的影響，溫度和礦化度越高，其溶解速度越快[1-5]。目前，吐哈油田水平井體積壓裂主要集中在三塘湖油田，該油田具有溫度低（20～70 ℃），礦化度低（氯離子濃度1000～3000 mg/L）等特點(diǎn)，不利于可溶橋塞溶解，目前國內(nèi)外應(yīng)用的可溶橋塞無法滿足三塘湖油田施工需求。為此，開展了低溫低礦化度可溶橋塞研究，以期解決橋塞溶解速率難題，降低作業(yè)成本，促進(jìn)油田經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展。

1 低溫低礦化度可溶橋塞介紹

1.1 結(jié)構(gòu)

低溫低礦化度可溶橋塞主要由坐封球、中心管、膠筒、膠筒護(hù)環(huán)、防坐剪釘、錐體、卡瓦、引鞋、坐封環(huán)、坐封剪釘?shù)冉M成，如圖1所示。所有部件均可在溶液中溶解，其中坐封球等金屬部分采用鎂鋁合金制成[6]，膠筒采用可溶橡膠（PLA、PGA）制成[7-9]。

1.2 工作原理

圖1 低溫低礦化度可溶橋塞結(jié)構(gòu)圖

將低溫低礦化度可溶橋塞與電纜坐封工具或者油管坐封工具下到設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)坐封工具。坐封工具推力傳遞到坐封套擠壓橋塞，在推力作用下首先剪斷防坐剪釘，擠壓膠筒和卡瓦，使膠筒臌脹貼合套管內(nèi)壁密封環(huán)空通道，卡瓦延錐體移動(dòng)破裂咬合在套管壁上，從而固定橋塞，然后在推力作用下剪斷坐封剪釘，完成橋塞丟手。壓裂時(shí)，投入坐封球，泵送坐封球到中心管上端密封面形成密封，封堵中心通道，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)上下層的封隔；壓裂后，在返排液中，橋塞自溶解，最終實(shí)現(xiàn)套管全通徑。

1.3 技術(shù)參數(shù)

目前，主要配套3種尺寸規(guī)格低溫低礦化度可溶橋塞，在溫度20～70 ℃，氯離子濃度≤3000 mg/L條件下，橋塞可以全部溶解。其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 低溫低礦化度可溶橋塞技術(shù)參數(shù)

1.4 施工步驟

1）將低溫低礦化度可溶橋塞連接到電纜坐封工具上或者液壓坐封工具上，下至設(shè)計(jì)深度，使用井下工具串上的定位工具定位，在設(shè)計(jì)深度的位置點(diǎn)火坐封或者打壓坐封；2）電纜點(diǎn)火射孔或者液壓打壓射孔，溝通產(chǎn)層；3）從套管或者油管進(jìn)行壓裂作業(yè)，對(duì)產(chǎn)層進(jìn)行改造，達(dá)到增產(chǎn)效果；4）重復(fù)步驟1）～步驟4）實(shí)現(xiàn)多段壓裂；5）壓裂施工結(jié)束后，低溫低礦化度可溶橋塞自溶解，實(shí)現(xiàn)套管全通徑。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 承壓試驗(yàn)

為了確保低溫低礦化度可溶橋塞在三塘湖區(qū)塊現(xiàn)場試驗(yàn)成功，選用該區(qū)塊極限條件進(jìn)行試驗(yàn)。將低溫低礦化度可溶橋塞與液壓坐封工具相連，放入裝滿氯離子濃度為3000 mg/L的試驗(yàn)井筒中，打壓坐封、丟手橋塞，其坐封壓力為10 MPa，如圖2所示。將試驗(yàn)井筒中溶液溫度加熱到70 ℃，持續(xù)浸泡橋塞12 h，然后投入坐封球，依次打壓至70 MPa并穩(wěn)壓觀察，壓力幾乎無變化，密封良好，如圖3所示。

圖2 橋塞坐封曲線

2.2 溶解試驗(yàn)

為了驗(yàn)證可溶橋塞膠筒及本體在低溫條件和不同礦化度溶液中的溶解性能，選擇在25 ℃條件下開展室內(nèi)溶解試驗(yàn)。

2.2.1 膠筒溶解試驗(yàn)

取低溫低礦化度橋塞膠筒試樣73.01 g，放入25 ℃的清水中，每隔12 h取出膠筒試樣進(jìn)行稱重，直至膠筒試樣完全溶解。膠筒試樣溶解試驗(yàn)記錄如表2所示，稱重記錄如圖4所示。

圖3 橋塞承壓曲線

表2 膠筒試樣溶解試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)表明：在溫度25 ℃條件下，73.01 g膠筒試樣完全溶解時(shí)間為168 h。

2.2.2 本體溶解試驗(yàn)

圖4 膠筒試樣溶解試驗(yàn)稱重記錄

取低溫低礦化度橋塞本體試樣3份，每份質(zhì)量均為38.65 g，分別放入清水、0.5%KCl溶液（氯離子濃度2385 mg/L）、1%KCl溶液（氯離子濃度4770 mg/L）的溶液中，每隔12 h取出本體試樣進(jìn)行稱重，直至本體試樣完全溶解。

本體試樣在清水中的溶解試驗(yàn)記錄如表3所示，稱重記錄如圖5所示。

表3 本體試樣溶解試驗(yàn)記錄（清水）

試驗(yàn)表明：在溫度25 ℃條件下，38.65 g本體試樣在清水中完全溶解時(shí)間約288 h。

本體試樣在0.5%KCl溶液中的溶解試驗(yàn)記錄如表4所示，稱重記錄如圖6所示。

表4 本體試樣溶解試驗(yàn)記錄（0.5%KCl）

圖6 本體試樣溶解試驗(yàn)稱重記錄（0.5%KCl）

試驗(yàn)表明：在溫度25 ℃條件下，38.65 g本體試樣在0.5%KCl溶液中完全溶解時(shí)間約108 h。

本體試樣在1%KCl溶液中的溶解試驗(yàn)記錄如表5所示，稱重記錄如圖7所示。

表5 本體試樣溶解試驗(yàn)記錄（1%KCl）

圖7 本體試樣溶解試驗(yàn)稱重記錄（1%KCl）

試驗(yàn)表明：在溫度25 ℃條件下，38.65 g本體試樣在1%KCl溶液中完全溶解時(shí)間約84 h。

試驗(yàn)結(jié)論：1）低溫低礦化度可溶橋塞材料在清水中即可溶解，溶解速度緩慢；2）隨著氯離子濃度不斷升高，其溶解速度逐漸加快，如圖8所示。

圖8 不同礦化度下可溶橋塞試樣溶解曲線

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

3.1 NDP-XX井井況

NDP-XX井位于三塘湖采油廠牛東區(qū)塊，該井井深2147 m，井斜87°，垂深1470.95 m，水平段長525 m，溫度梯度2.68 ℃/100 m，返排液氯離子濃度1200 mg/L。套管外徑139.7 mm、內(nèi)徑121.36 mm，鋼級(jí)P110。根據(jù)溫度梯度計(jì)算，目的層溫度在38 ℃左右。按照工藝要求，該井設(shè)計(jì)使用低溫低礦化度可溶橋塞完成5段壓裂施工。

3.2 NDP-XX施工情況

2019年4月6日，低溫低礦化度可溶橋塞在NDP-XX井開展現(xiàn)場試驗(yàn)，共下入4級(jí)低溫低礦化度可溶橋塞。該井入井總液量2615.5 m3，入井總砂量491.9 m3，施工排量8.6～9.2 m3/min，施工最高壓力41.1 MPa，順利完成壓裂施工。壓裂25 d后，該井壓力落零，進(jìn)行轉(zhuǎn)抽作業(yè)，對(duì)低溫低礦化度可溶橋塞進(jìn)行探塞，整個(gè)探塞過程無遇阻，證實(shí)了低溫低礦化度橋塞已經(jīng)全部溶解。

3.3 推廣應(yīng)用效果

NDP-XX井試驗(yàn)成功后，繼續(xù)在三塘湖區(qū)塊推廣應(yīng)用低溫地礦化度可溶橋塞。截止到目前，已經(jīng)累計(jì)應(yīng)用51井次、262段，其中30井次、154段已經(jīng)進(jìn)行探塞，探塞過程全部無遇阻，真正實(shí)現(xiàn)了免鉆塞作業(yè)[10]，降低作業(yè)成本。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）低溫低礦化度可溶橋塞滿足承壓差70 MPa，在溫度20～70 ℃、氯離子濃度1000～3000 mg/L條件下，可以實(shí)現(xiàn)橋塞全部溶解。

2）低溫地礦化度可溶橋塞在三塘湖油田應(yīng)用取得成功，實(shí)現(xiàn)了免鉆塞作業(yè)，有效解決了復(fù)合橋塞鉆塞卡鉆、對(duì)套管產(chǎn)生傷害等施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了生產(chǎn)效率，具備推廣應(yīng)用的條件。

3）可溶橋塞其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在全可溶，從而有效降低作業(yè)成本，因此在選擇可溶橋塞產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)確定該區(qū)塊油藏溫度、氯離子濃度等條件，確保壓裂施工成功后，可溶橋塞完全溶解。