電纜分簇射孔與橋塞聯作施工質量控制

李錄，劉偉，馬瑩，郭達元

1.中國石油大慶油田有限責任公司試油試采分公司（黑龍江 大慶163412）2.中國石油集團測井有限公司大慶分公司（黑龍江 大慶163412）

水平井分段壓裂改造技術是開發非常規儲層的一項關鍵技術，電纜分簇射孔與橋塞聯作技術作為分段壓裂改造的配套技術，已在四川長寧－威遠、重慶涪陵及云南昭通等頁巖氣和山西煤層氣以及新疆致密油等區塊大規模推廣應用[1-5]。該技術在規模化推廣應用的過程中逐漸趨于成熟，但現階段工具串的質量及長度參數確定主要借鑒以往施工經驗，導致出現了較多問題，影響了施工質量，延誤了整體施工時效，增加了施工成本。

1 電纜分簇射孔與橋塞聯作工藝

水平井電纜分簇射孔與橋塞聯作工藝是通過連接工具把橋塞與射孔槍連成工具串（圖1）。首先通過壓裂泵車把工具串泵送至預定深度，橋塞坐封工具坐封橋塞，封堵已壓裂的井段，上提工具串，射開待壓裂的層段，建立井筒與地層有效連通的通道，起出工具串后，進行壓裂體積改造，以此順序依次交替進行，完成全井的壓裂體積改造施工[6-8]。

圖1 水平井電纜分簇射孔與橋塞聯作工藝

電纜分簇射孔與橋塞聯做工具串主要由磁定位儀、分簇射孔槍、橋塞坐封工具及橋塞等單元組成，工具串中任何一個單元出現問題都會影響工具串整體的可靠性，導致橋塞坐封失敗或分簇射孔槍起爆失敗。因此合理控制工具串參數，工具串正常入井及順利通過全角變化率最大處，是保證施工質量的關鍵。工具串既要滿足質量達到正常入井要求，也要滿足長度可以順利通過最大全角變化率處，方可施工成功。

2 工具串質量及長度控制

2.1 質量控制

工具串如果順利通過井口正常入井，工具串必須克服自身浮力、摩擦力及阻力，井口的受力模型如圖2所示。

圖2 工具串在井口處的受力模型

在井口位置，為了保證工具串正常入井，需要滿足下面關系：

式中：G為工具串重力，N；m為工具串質量，kg；F浮為工具串所受浮力，N；F阻為井口壓力對工具串的阻力，N；F摩為密封脂與電纜的摩擦力，N；ρ為井筒液體密度，kg/m3；g為重力加速度，取值9.8 m/s2；V為工具串體積，m3；Dc為電纜直徑，m；Po為工具串下放時井口壓力，Pa；μt為密封脂與電纜的摩擦系數；dt為阻流管與電纜之間縫隙，m；hz為阻流管長度，m；pm為注脂密封壓力，Pa。

根據公式（1）可知工具串正常入井的最小質量隨著阻流管長度、井口壓力、阻流管與電纜之間的縫隙以及摩擦系數等參數的增加而增加。公式（1）為分簇射孔工具串質量控制公式，如果工具串質量小于最小質量，則需為工具串增加加重短節，但考慮電纜拉斷力及工具串最大長度限制，所加加重短節數量能保證工具串達到最小入井質量即可，不宜增加過多。

2.2 長度控制

在泵送施工過程中，分簇射孔工具串受井身曲率、井筒軌跡及全角變化率的影響，如果工具串長度設計不合理，使得工具串在造斜段遇阻或遇卡，最終導致泵送失敗[7-11]。為保證工具串順利通過造斜段，需要對管串在最大全角變化率處允許通過的最大長度進行計算分析（圖3）。

圖3 工具串在最大全角變化率處幾何關系模型

如圖3所示，當管串在最大全角變化率處剛好遇阻的情況下，所滿足的數學關系為：

由此可知，工具串最大長度應滿足以下公式：

以上分析過程中，把分簇射孔工具串設定為一個無變形的剛性體，所以計算求的的工具串總長度偏于保守[12-13]。

3 實例分析

長寧H**井口壓力40 MPa，最大全角變化率為8.62°/30 m，使用3簇89槍+97橋塞坐封工具，注脂頭為9級阻流管，注脂壓力70 MPa，泵送流體密度998 kg/m3，黏度0.88 mPa·s，套管內壁摩擦系數0.25，套管內徑121.36 mm，電纜直井8 mm，密封脂黏度645 mPa·s，密封脂與電纜摩擦系數0.01；阻流管內徑8.2 mm。其他主要參數見表1。

表1 長寧H**井分簇射孔施工主要參數

射孔槍型為89槍，參數見表2，相位角60°，孔密為12孔/m或16孔/m，橋塞為投球式全可溶橋塞（表3），橋塞坐封工具為BAKER20#和BAKER10#（表4）。

表2 射孔槍參數

表3 可溶橋塞參數

表4 橋塞坐封工具參數

3.1 分簇射孔工具串質量控制

根據公式（1），得出最小質量。

實際工具串質量435.9 kg（表5），大于最小正常入井質量，因此滿足工具串正常入井條件（圖4）。

圖4 工具串連接方式

3.2 分簇射孔工具串長度控制

根據公式（4），得出容許通過造斜段的最大工具串長度L為15.6 m，實際入井工具串見表5，工具串總長度為13.38 m，因此工具串可順利通過全角變化率最大處。

表5 工具串長度及質量

綜合公式計算得出的工具串最小質量和最長長度，實際工具串的質量和長度，得出該實際工具串滿足施工條件，可進行電纜分簇射孔施工。

4 結論

1）基于工具串在井口處的受力分析及全角變化率最大處的幾何關系模型，推導出工具串質量及長度控制公式，為現場施工提供科學可靠依據。

2）基于質量及長度控制公式，驗證了在井口壓力40 MPa，最大全角變化率為8.62°/30 m條件下，工具串實際質量（435.9 kg）及實際長度（13.38 m）滿足施工要求，保證了工具串起爆可靠性。

3）頁巖氣井施工井口壓力較高，如果工具串質量無法滿足入井條件，則需加配重短節。但考慮電纜拉斷力及全角變化率，需合理增加工具串長度，控制工具串長度在最大允許長度范圍內，避免工具串在全角變化率最大處發生工具串遇阻、遇卡事故。