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目前油氣開(kāi)采泵送橋塞分段壓裂是水平井分段壓裂重要方式之一，由于壓裂后期鉆磨作業(yè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，作業(yè)成本高，風(fēng)險(xiǎn)大，因此可溶橋塞成為油氣田壓裂施工的不二之選。2015年至今，國(guó)內(nèi)外石油公司分別開(kāi)展相關(guān)研究和試驗(yàn)。本文介紹我公司研發(fā)的可溶合金材料SAZr-2。以及分析研究三大油服公司可溶橋塞進(jìn)展和技術(shù)指標(biāo)。
一、佰思巍SAZr-2可溶合金材料
根據(jù)石油工業(yè)壓裂技術(shù)對(duì)可溶橋塞的需求，我公司研發(fā)出了制造可溶橋塞的可溶合金材料SAZr-2，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空白，所加工的可溶橋塞已通過(guò)石油客戶井上實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并取得成功應(yīng)用。可溶合金材料已出口到北美地區(qū)。
SAZr-2可溶合金材料的密度約為1.8g/cm3，耐溫≥120℃，耐壓≥350。該材料由鎂基體及其它合金元素構(gòu)成，可在含有電解質(zhì)的水溶液中自行溶解，溫度、礦化度越高，溶解越快。
1力學(xué)性能
合金材料的拉伸性能測(cè)試按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，結(jié)果如下：
SAZr-2力學(xué)性能參數(shù)：
2溶解性能
測(cè)試方法：采用的樣品尺寸2.0×2.0×2.0 cm，液體為 3 wt.％KCl溶液，試驗(yàn)溫度為室溫和60℃。SAZr-2材料溶解48小時(shí)后，測(cè)得室溫下失重4.3%，60℃下失重20.5%。
二、斯侖貝謝可溶解橋塞射孔聯(lián)作系統(tǒng)Infinity
斯侖貝謝公司研發(fā)了可溶解橋塞射孔聯(lián)作系統(tǒng)Infinity，如圖所示，該系統(tǒng)具有適應(yīng)性廣、操作簡(jiǎn)單、系統(tǒng)完全溶解、全通徑等特點(diǎn)，可提高儲(chǔ)層接觸面積和最終采收率的目的。
Infinity可溶橋塞射孔聯(lián)作系統(tǒng)
Infinity系統(tǒng)由預(yù)置套管管柱上的坐封短節(jié)和ELEMENTAL可溶解分體式球座兩部分組成。坐封短節(jié)隨套管下入井內(nèi)并實(shí)施常規(guī)固井，分體式球座通過(guò)連接坐封、射孔一體化工具下入井內(nèi)，當(dāng)管串達(dá)到坐封短節(jié)處時(shí)，分體式球座組合成一體并與坐封短節(jié)配合，在上提過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行射孔作業(yè)，地面投入可溶解壓裂球，坐入球座上形成封隔，并實(shí)施該層段壓裂。壓裂結(jié)束后，管柱內(nèi)的球座、壓裂球均可自行溶解形成全通徑，如圖所示。
Infinity系統(tǒng)溶解前示意圖
1技術(shù)特點(diǎn)
該項(xiàng)技術(shù)相比常規(guī)泵送橋塞具有較大優(yōu)勢(shì)：①結(jié)構(gòu)小巧，避免下入過(guò)程中的遇阻風(fēng)險(xiǎn)；②通體可溶解，壓裂后無(wú)需鉆塞即可實(shí)現(xiàn)管柱全通徑。取消了磨銑工序，減少了卡鉆風(fēng)險(xiǎn)及磨銑碎屑對(duì)地面設(shè)備的損害，節(jié)約了施工成本；③全金屬密封材料，耐溫級(jí)別達(dá)到170℃以上，耐壓55MPa；④適應(yīng)性廣，適用于各種巖性，如泥巖、砂巖、白云巖及其它巖性，并適應(yīng)于裸眼井和套管井。Infinity系統(tǒng)由合金制造而成，具有高強(qiáng)度、耐沖擊、抗高溫等特性，主要性能參數(shù)如表所示。
Infinity系統(tǒng)主要性能參數(shù)
2應(yīng)用情況
在美國(guó)南得克薩斯州的一個(gè)包含7口井的項(xiàng)目中應(yīng)用Infinity系統(tǒng)，最高工作溫度達(dá)到160℃，井深2438m，成功完成了135級(jí)完井施工，所有壓裂段都順利實(shí)施，且無(wú)需任何類型的機(jī)械干預(yù)。
3Infinity可溶橋塞視頻
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三、貝克休斯SPECTRE新型可溶解式壓裂橋塞
貝克休斯公司研發(fā)了一種新型可溶解式壓裂橋塞（SPECTRE Disintegrating Frac Plug）。該橋塞既可根據(jù)測(cè)井解釋結(jié)果靈活選擇壓裂層位，也可在壓裂作業(yè)完成后提供全通徑油氣流通通道，還可免除壓裂后橋塞鉆除作業(yè)，節(jié)約完井作業(yè)時(shí)間，提高作業(yè)效率。
SPECTRE 可溶解式壓裂橋塞
SPECTRE 可溶解式壓裂橋塞技術(shù)參數(shù)
1技術(shù)特點(diǎn)
常規(guī)完井設(shè)計(jì)往往預(yù)置橋塞或使用滑套，在套管下入后往往不具備更改壓裂位置的靈活性。而SPECTRE橋塞通過(guò)電纜下入，其位置需要坐封后確定，整個(gè)壓裂施工中均允許作業(yè)者在研究分析測(cè)井資料后優(yōu)化確定壓裂位置。為防止橋塞下入過(guò)程中提前坐封，橋塞采用耐沖擊設(shè)計(jì)將沖擊力從工具串轉(zhuǎn)移到其他位置。該橋塞具有以下特點(diǎn)：①省去常規(guī)壓裂中連續(xù)油管作業(yè)，避免與之相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)；②減少井下非作業(yè)時(shí)間；③可開(kāi)發(fā)更多儲(chǔ)層；④提高井筒與油藏的接觸面積，降低鉆井成本；⑤降低后期井筒再入困難。
橋塞坐封到目標(biāo)位置且套管射孔后，泵入IN-TallicTM可溶解式壓裂球到橋塞球座上來(lái)提供可靠密封進(jìn)行壓裂施工。IN-TallicTM壓裂球比復(fù)合材料壓裂球強(qiáng)度更高，能承受高壓且無(wú)形變。由于橋塞及壓裂球只能與目標(biāo)流體反應(yīng)，因此在泵送過(guò)程中接觸到水不會(huì)提前溶解。為提高作業(yè)效率，使用SPECTRE橋塞進(jìn)行壓裂時(shí)，與儲(chǔ)層相連接的初始通道的建立由壓力驅(qū)動(dòng)的Alpha滑套代替連續(xù)油管送入射孔槍。
2應(yīng)用情況
壓裂施工完成后，油氣從橋塞內(nèi)部全通徑通道流過(guò)，完全省去復(fù)合橋塞鉆除工作，完井作業(yè)時(shí)間平均節(jié)約3天。與連續(xù)油管作業(yè)相關(guān)的費(fèi)用及HSE風(fēng)險(xiǎn)均可避免，大大加快了油井生產(chǎn)時(shí)間。該技術(shù)已于2015年進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。在Oklahoma的Woodford頁(yè)巖儲(chǔ)層大位移井中取得應(yīng)用，該井深超過(guò)22200英尺（6772米），水平段長(zhǎng)達(dá)7109英尺（2167米）。采用SPECTRE可降解橋塞，工藝設(shè)計(jì)45個(gè)壓裂層段。相比較于復(fù)合橋塞，增加了11個(gè)層段，增產(chǎn)超過(guò)30%。與此同時(shí)，在下部層段消除了壓后干預(yù)工序也提高了作業(yè)效率，節(jié)省了大約8小時(shí)的完井時(shí)間。
3SPECTRE可溶橋塞視頻
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四、哈里伯頓完全可溶解Illusion系列壓裂橋塞
2015年7月Halliburton發(fā)布了可溶解橋塞IllusionTM。Illusion高性能可溶解壓裂橋塞耐壓達(dá)到10,000 psi（68.95 MPa），采用可溶解金屬和橡膠材料，結(jié)合了壓裂橋塞設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步提升了其自身性能。哈里伯頓通過(guò)將Illusion可溶解壓裂橋塞和RapidBall?自去除球技術(shù)相結(jié)合，確保不會(huì)耽誤投產(chǎn)時(shí)間。
1技術(shù)特點(diǎn)
由可溶解材料制成，在一定溫度和礦化度條件下可完全溶解；大通徑有利于快速返排和洗井；高泵送速度設(shè)計(jì)；高性能的金屬橋塞，滿足高要求的壓裂增產(chǎn)施工。
2應(yīng)用情況
哈里伯頓推薦使用Illusion壓裂橋塞，代替?zhèn)鹘y(tǒng)復(fù)合壓裂橋塞。由于無(wú)需鉆除橋塞清洗井筒的前提下，成功實(shí)現(xiàn)返排，并開(kāi)始生產(chǎn)。單此一項(xiàng)最少節(jié)約了常規(guī)鉆除橋塞作業(yè)的25萬(wàn)美元成本費(fèi)用，更重要的是，使用Illusion可溶解壓裂橋塞幫助客戶避免了磨銑作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和相應(yīng)的成本。
?橋塞初始狀態(tài)
橋塞溶解過(guò)程
總體而言，可溶橋塞的應(yīng)用已成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，三款可溶橋塞在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上均有其獨(dú)到之處，可謂擂臺(tái)比武各有千秋。國(guó)外三大油服公司為解決常用橋塞在壓裂中存在的系列問(wèn)題，再次引領(lǐng)了技術(shù)發(fā)展的方向。我公司也將根據(jù)國(guó)內(nèi)外石油客戶的具體使用需求，不斷對(duì)可溶合金材料的性能進(jìn)行改進(jìn)和提升。
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