水平井分段压裂用桥塞研究现状及发展趋势

4.1 快速可钻桥塞
快速可钻桥塞的大部分部件由复合材料（通常由 玻璃纤维强化的环氧基树脂材料构成，少量由碳纤维 加强热塑性材料构成）制造，少量的部件由铸铁、铝、
黄铜、橡胶制造[21]。 快速可钻桥塞最明显的特点是需要井下工具磨
铣钻除。复合材料使得桥塞具有良好的快速可钻性 以及钻铣后钻屑尺寸较小，利于被液体携带出井口。 在实现逐段射孔、压裂、坐封的情况下，一般通过连续 油管作业机带动力马达与磨铣工具（磨鞋或钻头）短 时间内快速钻除井内桥塞[22、23]。可钻桥塞目前应用广 泛，在北美地区页岩气水平井分段压裂中占有重要地 位 。 国 外 贝 克 休 斯 公 司 的 QUICK Drill 桥 塞（耐 压 86MPa，耐高温 232℃）、哈里伯顿公司的 Fast Drill 桥 塞都是非常成熟的复合桥塞[13]。2014 年中原石油工 程技术研究院研制出具有独立知识产权并能代替进 口产品的易钻桥塞[24]。
可捞桥塞作为较早出现的桥塞，封隔效果好，满 足分层压裂工艺的需要。以贝克公司“G”型可捞式 桥塞压裂为例：该工具由“G”型可捞式桥塞和“L”型 打捞工具组成，能在最高 150℃、最大压差 151MPa 环 境下工作。桥塞部分的最大外径为 151mm，总长度为 3.275m。打捞工具部分的最大外径为 136.5mm，总长 度为 1.368m[17]。
（1）进行通井、刮削套管、洗井； （2）将桥塞下至预定位置，坐封桥塞，释放桥塞， 桥塞试压；
图 1 桥塞坐封示意图
①作者简介：学生，西南石油大学材料科学与工程专业 2015 级本科生 基金项目：四川省高校油气田材料基金 X151517KCL51
· 36 ·
新 疆水力振石荡器油在塔科里木技超深大斜度定20向18井年中第的3 期应（用第 28 卷）
新疆石油科技
2018 年第 3 期（第 28 卷）
· 35 ·
水平井分段南石油大学材料科学与工程学院，610500 四川成都
摘 要 水平井分段压裂是提高非常规油气开采率的有效方法。阐述了在水平井压裂作业中，桥塞的作用及机理。介绍了水
平井压裂作业中 3 类常用的桥塞：可捞桥塞、复合材料桥塞、可溶桥塞。分别介绍了 3 类桥塞的研究现状，分析了 3 类桥塞特点 并结合施工现场评价了 3 类桥塞的优缺点。解释了以镁铝合金为基体的井下可溶材料的溶解机理，并认为可溶桥塞将会成为 未来一段时间内水平井分段压裂领域的研究热点。
（3）试压满足要求后进行射孔、压裂。 当一段压裂施工完成之后，重复（2）、（3）步骤，利 用桥塞进行封堵，然后再对上一段进行压裂，如此循 环往复实现全井段的分段压裂[13~15]。随着压裂工艺、 桥塞材料的不断优化，目前桥塞大致分为 3 种类型： 可捞式桥塞、复合材料桥塞、可溶桥塞。
3 可捞桥塞
可捞桥塞是指随油管下入井内预定位置并完成 坐封、丢手后，下入打捞工具进行对接打捞，可重复使 用的一类桥塞[16]。早在 2001 年，可捞桥塞便作为坐封 工具在苏里格气田的苏 7 井和苏 16 井上古气层进行 了分层压裂试验并且两口井均取得了比较理想的试 验效果[17]。之后，可捞桥塞又相继在长庆塞平 5 井、大 庆双平 1 井等地取得了令人满意的试验效果[18]。
可捞桥塞最明显的特点是需要专门的打捞工具 进行打捞，虽然打捞之后可以对桥塞进行重复利用， 但是打捞工具的专一性导致了施工现场的工具复杂 化。与此同时，施工时往往还会出现打捞失败的现 象，无疑增加了施工成本 。因 [19] 此，可捞桥塞已逐渐 被复合材料桥塞取代。
4 复合材料桥塞
复合材料桥塞主要由桥塞与压裂球两大部分组 成。在丢手、射孔工作完成后，投入压裂球，封隔已压 层 。 复 合 材 料 桥 塞 能 在 最 高 温 度 232℃ 、压 差 86MPa。目前国内常用的复合材料桥塞包括可钻桥 塞与大通径桥塞（免钻）[13、20]。
水平井通过增加井筒与油层的接触面积以达到 提高油气产量和收采率的目的。以页岩气水平井分 段压裂为例，在压裂施工过程中，较多的采用水力桥 塞分段压裂技术，该技术的关键是利用桥塞坐封并隔 离井筒，再实施射孔、压裂，以形成多条复杂人工裂 缝，从而提高油井产能 。利 [7~11] 用桥塞作为压裂施工 封层工具起源于上个世纪 60 年代。我国在上世纪 80 年代末开始引进[12]。如（图 1）所示，压裂时自下而上 （图中自右向左）逐段压裂施工：
关键词 水平井分段压裂 可捞桥塞 复合材料桥塞 可溶桥塞
1 引言
2 水平井分段压裂中桥塞的应用
伴随着油气开采技术的不断进步与完善，非常 规 油 气 开 发 得 到 空 前 发 展 [1]。 非 常 规 油 气 在 全 球 范围内的油气生产中所占比重越来越大已成必 然。据 EIA 预测，全球非常规气产量将由 2015 年的 8.227×108m3 增至 2040 年的 2.48×1012m3，约占天然气 总产量 42%；全球非常规油产量将从 2015 年的 4.8× 108t 增 至 2040 年 的 10×108t 以 上 ，占 原 油 总 产 量 约 20%[2] 。 我 国 非 常 规 油 气 资 源 储 量 十 分 丰 富 ，具 有 巨大的开采价值。作为非常规油气勘探开发关键 技术之一，水平井分段压裂改造技术能有效提高油 气井产量[3~6]。
然而，快速可钻桥塞并非没有缺点。可钻桥塞的 特点决定了在压裂施工时，必须利用钻磨工具将各级 桥塞钻掉，才能下入生产管柱正常生产（否则将造成 严重井下事故），这样势必增加工具的使用成本。同 时，在实际施工情况下，往往出现卡磨卡钻的情况，使 得压裂周期相对增加，成本升高[19]。
4.2 大通径桥塞
大通径桥塞的内通道较大，加之配以可溶压裂球， 可以不用钻除桥塞，能够直接满足完井投产的要求。 可溶压裂球成分主要分为聚合材料、合金材料 2 种。由 于压裂球需要承受近 100℃甚至超过 150℃以上的高 温和超过 50MPa 的压差，聚合材料往往难以达到使用 要求。因而目前研究方向主要以合金材料为主[25]。实 验表明[26、27]：选用以镁铝合金为基体材料，并加以 Zn、Cu 元素，形成了 Mg-Al-Zn-Cu 合金其抗压强度与屈服强 度分别超过了 430 和 330MPa，且在 3.0%的 KCl 溶液中 的最大溶解速率超过了50mg／（h· cm2）。