电缆分簇射孔与桥塞联作施工质量控制

2021-12-10李录刘伟马莹郭达元

石油工业技术监督 2021年11期

李录，刘伟，马莹，郭达元

1.中国石油大庆油田有限责任公司试油试采分公司（黑龙江大庆163412）2.中国石油集团测井有限公司大庆分公司（黑龙江大庆163412）

水平井分段压裂改造技术是开发非常规储层的一项关键技术，电缆分簇射孔与桥塞联作技术作为分段压裂改造的配套技术，已在四川长宁－威远、重庆涪陵及云南昭通等页岩气和山西煤层气以及新疆致密油等区块大规模推广应用[1-5]。该技术在规模化推广应用的过程中逐渐趋于成熟，但现阶段工具串的质量及长度参数确定主要借鉴以往施工经验，导致出现了较多问题，影响了施工质量，延误了整体施工时效，增加了施工成本。

1 电缆分簇射孔与桥塞联作工艺

水平井电缆分簇射孔与桥塞联作工艺是通过连接工具把桥塞与射孔枪连成工具串（图1）。首先通过压裂泵车把工具串泵送至预定深度，桥塞坐封工具坐封桥塞，封堵已压裂的井段，上提工具串，射开待压裂的层段，建立井筒与地层有效连通的通道，起出工具串后，进行压裂体积改造，以此顺序依次交替进行，完成全井的压裂体积改造施工[6-8]。

图1 水平井电缆分簇射孔与桥塞联作工艺

电缆分簇射孔与桥塞联做工具串主要由磁定位仪、分簇射孔枪、桥塞坐封工具及桥塞等单元组成，工具串中任何一个单元出现问题都会影响工具串整体的可靠性，导致桥塞坐封失败或分簇射孔枪起爆失败。因此合理控制工具串参数，工具串正常入井及顺利通过全角变化率最大处，是保证施工质量的关键。工具串既要满足质量达到正常入井要求，也要满足长度可以顺利通过最大全角变化率处，方可施工成功。

2 工具串质量及长度控制

2.1 质量控制

工具串如果顺利通过井口正常入井，工具串必须克服自身浮力、摩擦力及阻力，井口的受力模型如图2所示。

图2 工具串在井口处的受力模型

在井口位置，为了保证工具串正常入井，需要满足下面关系：

式中：G为工具串重力，N；m为工具串质量，kg；F浮为工具串所受浮力，N；F阻为井口压力对工具串的阻力，N；F摩为密封脂与电缆的摩擦力，N；ρ为井筒液体密度，kg/m3；g为重力加速度，取值9.8 m/s2；V为工具串体积，m3；Dc为电缆直径，m；Po为工具串下放时井口压力，Pa；μt为密封脂与电缆的摩擦系数；dt为阻流管与电缆之间缝隙，m；hz为阻流管长度，m；pm为注脂密封压力，Pa。

根据公式（1）可知工具串正常入井的最小质量随着阻流管长度、井口压力、阻流管与电缆之间的缝隙以及摩擦系数等参数的增加而增加。公式（1）为分簇射孔工具串质量控制公式，如果工具串质量小于最小质量，则需为工具串增加加重短节，但考虑电缆拉断力及工具串最大长度限制，所加加重短节数量能保证工具串达到最小入井质量即可，不宜增加过多。

2.2 长度控制

在泵送施工过程中，分簇射孔工具串受井身曲率、井筒轨迹及全角变化率的影响，如果工具串长度设计不合理，使得工具串在造斜段遇阻或遇卡，最终导致泵送失败[7-11]。为保证工具串顺利通过造斜段，需要对管串在最大全角变化率处允许通过的最大长度进行计算分析（图3）。

图3 工具串在最大全角变化率处几何关系模型

如图3所示，当管串在最大全角变化率处刚好遇阻的情况下，所满足的数学关系为：

由此可知，工具串最大长度应满足以下公式：

以上分析过程中，把分簇射孔工具串设定为一个无变形的刚性体，所以计算求的的工具串总长度偏于保守[12-13]。

3 实例分析

长宁H**井口压力40 MPa，最大全角变化率为8.62°/30 m，使用3簇89枪+97桥塞坐封工具，注脂头为9级阻流管，注脂压力70 MPa，泵送流体密度998 kg/m3，黏度0.88 mPa·s，套管内壁摩擦系数0.25，套管内径121.36 mm，电缆直井8 mm，密封脂黏度645 mPa·s，密封脂与电缆摩擦系数0.01；阻流管内径8.2 mm。其他主要参数见表1。