低温低矿化度可溶桥塞研究及应用

赵烁，李鹏辉，李云涛，王玉明，刘亚军，杨丽霞

（中国石油吐哈油田公司 工程技术研究院，新疆 鄯善838202）

0 引言

近年来，可溶桥塞压裂技术得到不断发展，已经渐渐取代了复合桥塞压裂技术。可溶桥塞的优势主要体现在其全可溶、无需钻塞、节约施工成本、降低作业风险，而其溶解速度主要受地层的温度和矿化度的影响，温度和矿化度越高，其溶解速度越快[1-5]。目前，吐哈油田水平井体积压裂主要集中在三塘湖油田，该油田具有温度低（20～70 ℃），矿化度低（氯离子浓度1000～3000 mg/L）等特点，不利于可溶桥塞溶解，目前国内外应用的可溶桥塞无法满足三塘湖油田施工需求。为此，开展了低温低矿化度可溶桥塞研究，以期解决桥塞溶解速率难题，降低作业成本，促进油田经济高效发展。

1 低温低矿化度可溶桥塞介绍

1.1 结构

低温低矿化度可溶桥塞主要由坐封球、中心管、胶筒、胶筒护环、防坐剪钉、锥体、卡瓦、引鞋、坐封环、坐封剪钉等组成，如图1所示。所有部件均可在溶液中溶解，其中坐封球等金属部分采用镁铝合金制成[6]，胶筒采用可溶橡胶（PLA、PGA）制成[7-9]。

1.2 工作原理

图1 低温低矿化度可溶桥塞结构图

将低温低矿化度可溶桥塞与电缆坐封工具或者油管坐封工具下到设计深度后，启动坐封工具。坐封工具推力传递到坐封套挤压桥塞，在推力作用下首先剪断防坐剪钉，挤压胶筒和卡瓦，使胶筒臌胀贴合套管内壁密封环空通道，卡瓦延锥体移动破裂咬合在套管壁上，从而固定桥塞，然后在推力作用下剪断坐封剪钉，完成桥塞丢手。压裂时，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，从而实现对上下层的封隔；压裂后，在返排液中，桥塞自溶解，最终实现套管全通径。

1.3 技术参数

目前，主要配套3种尺寸规格低温低矿化度可溶桥塞，在温度20～70 ℃，氯离子浓度≤3000 mg/L条件下，桥塞可以全部溶解。其技术参数如表1所示。

表1 低温低矿化度可溶桥塞技术参数

1.4 施工步骤

1）将低温低矿化度可溶桥塞连接到电缆坐封工具上或者液压坐封工具上，下至设计深度，使用井下工具串上的定位工具定位，在设计深度的位置点火坐封或者打压坐封；2）电缆点火射孔或者液压打压射孔，沟通产层；3）从套管或者油管进行压裂作业，对产层进行改造，达到增产效果；4）重复步骤1）～步骤4）实现多段压裂；5）压裂施工结束后，低温低矿化度可溶桥塞自溶解，实现套管全通径。

2 室内试验

2.1 承压试验

为了确保低温低矿化度可溶桥塞在三塘湖区块现场试验成功，选用该区块极限条件进行试验。将低温低矿化度可溶桥塞与液压坐封工具相连，放入装满氯离子浓度为3000 mg/L的试验井筒中，打压坐封、丢手桥塞，其坐封压力为10 MPa，如图2所示。将试验井筒中溶液温度加热到70 ℃，持续浸泡桥塞12 h，然后投入坐封球，依次打压至70 MPa并稳压观察，压力几乎无变化，密封良好，如图3所示。

图2 桥塞坐封曲线

2.2 溶解试验

为了验证可溶桥塞胶筒及本体在低温条件和不同矿化度溶液中的溶解性能，选择在25 ℃条件下开展室内溶解试验。

2.2.1 胶筒溶解试验

取低温低矿化度桥塞胶筒试样73.01 g，放入25 ℃的清水中，每隔12 h取出胶筒试样进行称重，直至胶筒试样完全溶解。胶筒试样溶解试验记录如表2所示，称重记录如图4所示。

图3 桥塞承压曲线

表2 胶筒试样溶解试验记录

试验表明：在温度25 ℃条件下，73.01 g胶筒试样完全溶解时间为168 h。

2.2.2 本体溶解试验

图4 胶筒试样溶解试验称重记录

取低温低矿化度桥塞本体试样3份，每份质量均为38.65 g，分别放入清水、0.5%KCl溶液（氯离子浓度2385 mg/L）、1%KCl溶液（氯离子浓度4770 mg/L）的溶液中，每隔12 h取出本体试样进行称重，直至本体试样完全溶解。

本体试样在清水中的溶解试验记录如表3所示，称重记录如图5所示。

表3 本体试样溶解试验记录（清水）

试验表明：在温度25 ℃条件下，38.65 g本体试样在清水中完全溶解时间约288 h。

本体试样在0.5%KCl溶液中的溶解试验记录如表4所示，称重记录如图6所示。

表4 本体试样溶解试验记录（0.5%KCl）

图6 本体试样溶解试验称重记录（0.5%KCl）

试验表明：在温度25 ℃条件下，38.65 g本体试样在0.5%KCl溶液中完全溶解时间约108 h。

本体试样在1%KCl溶液中的溶解试验记录如表5所示，称重记录如图7所示。

表5 本体试样溶解试验记录（1%KCl）

图7 本体试样溶解试验称重记录（1%KCl）

试验表明：在温度25 ℃条件下，38.65 g本体试样在1%KCl溶液中完全溶解时间约84 h。

试验结论：1）低温低矿化度可溶桥塞材料在清水中即可溶解，溶解速度缓慢；2）随着氯离子浓度不断升高，其溶解速度逐渐加快，如图8所示。

图8 不同矿化度下可溶桥塞试样溶解曲线

3 现场应用及效果

3.1 NDP-XX井井况

NDP-XX井位于三塘湖采油厂牛东区块，该井井深2147 m，井斜87°，垂深1470.95 m，水平段长525 m，温度梯度2.68 ℃/100 m，返排液氯离子浓度1200 mg/L。套管外径139.7 mm、内径121.36 mm，钢级P110。根据温度梯度计算，目的层温度在38 ℃左右。按照工艺要求，该井设计使用低温低矿化度可溶桥塞完成5段压裂施工。

3.2 NDP-XX施工情况

2019年4月6日，低温低矿化度可溶桥塞在NDP-XX井开展现场试验，共下入4级低温低矿化度可溶桥塞。该井入井总液量2615.5 m3，入井总砂量491.9 m3，施工排量8.6～9.2 m3/min，施工最高压力41.1 MPa，顺利完成压裂施工。压裂25 d后，该井压力落零，进行转抽作业，对低温低矿化度可溶桥塞进行探塞，整个探塞过程无遇阻，证实了低温低矿化度桥塞已经全部溶解。

3.3 推广应用效果

NDP-XX井试验成功后，继续在三塘湖区块推广应用低温地矿化度可溶桥塞。截止到目前，已经累计应用51井次、262段，其中30井次、154段已经进行探塞，探塞过程全部无遇阻，真正实现了免钻塞作业[10]，降低作业成本。

4 结论及认识

1）低温低矿化度可溶桥塞满足承压差70 MPa，在温度20～70 ℃、氯离子浓度1000～3000 mg/L条件下，可以实现桥塞全部溶解。

2）低温地矿化度可溶桥塞在三塘湖油田应用取得成功，实现了免钻塞作业，有效解决了复合桥塞钻塞卡钻、对套管产生伤害等施工风险，提高了生产效率，具备推广应用的条件。

3）可溶桥塞其优势主要体现在全可溶，从而有效降低作业成本，因此在选择可溶桥塞产品时，应确定该区块油藏温度、氯离子浓度等条件，确保压裂施工成功后，可溶桥塞完全溶解。