压裂是一种最有效的油气井增产和注水井增注的工艺,既可以在直井实施,也可以在水平井实施。水平井分段压裂是大幅度提高单井产量的重要手段,已经成为低产、低效油藏开发的首选。
直井压裂工艺相对简单,压裂层级少,油田应用广泛。水平井压裂层级多,工艺复杂,特别是多级分段压裂施工周期长、压裂工具数量多、压裂后工具需要下钻头钻除,施工费用很高。
压裂施工中最重要的工具是压裂桥塞,它用来封隔地层,可以减少工序,缩短施工周期,实现精准卡封。传统的压裂用桥塞有永久式桥塞、可取式桥塞、可钻式复合桥塞,这些桥塞都对水平井多段压裂具有一定的局限性。
石油工程师采用先进材料,发明了一种新型的可溶式压裂桥塞,这种桥塞在压裂造缝结束后的一定时间里,在地层温度、压力和液体综合作用下,可溶桥塞在高温高压环境下与井筒内液体发生化学反应,逐步溶解成碎块甚至颗粒,并随返排液排出井筒,实现自行分解、“消失”、自动解封,这样就省去了传统桥塞钻磨或打捞的复杂工序,消除传统工艺磨铣对地层的污染,简化施工环境,降低施工风险和成本。
可溶桥塞是如何构成的呢?其主要由桥塞基体、锚定机构及密封件三部分组成,桥塞基体由高强度可溶材料制成,包括中心管、锥体、保护环及接头等。锚定机构采用可溶材料作为载体,表面经过合金粉粒、合金颗粒或陶瓷颗粒处理。密封件为可溶性橡胶或塑料。
可溶桥塞是如何溶解的呢?其基体主要由高强度镁铝合金或高分子材料加工制作,镁铝合金以镁成分为主,密度小,比强度高,具有良好的机加工性能,特别是其化学活性高,在潮湿环境中易溶解。另外聚乙醇酸(PGA)是目前常用于制作桥塞基体的一种高分子材料,经过调制优化,具有接近于镁铝合金的强度和力学性能,在液体环境中,在一定温度条件下发生水解反应,高聚物主链上不稳定的C—O键分解成低聚物,最终降解为二氧化碳和水。
这种可溶桥塞已在低渗透、非常规油气储层的压裂作业施工中规模应用,实现了对传统桥塞压裂工具的彻底颠覆,它是新材料、新工艺在石油工业中的融合创新和应用的典型,被人们称之为见水就化的分段压裂神器。