涪陵页岩气田实现泵送桥塞成功率100%、桥塞坐封有效率100%、溶解率83%
国外许多石油公司已形成了成熟的可溶桥塞生产体系，但价格昂贵，进口成本较高，国内对可溶桥塞研究较少，为此国内各大石油公司和油田也相继开展了可溶桥塞的研制工作。本文将对此加以介绍。
作者 | 刘统亮 等
一、国内外可溶桥塞发展现状
目前，国外多个技术服务公司和厂家已经发展了较为成熟的工艺技术，比较典型的有斯伦贝谢公司的可溶解桥塞射孔联作系统Infinity，贝克休斯公司的SPECTRE新型可溶解式压裂桥塞，哈里伯顿公司的完全可溶解Illusion系列压裂桥塞等。
国内各大油田也相继开展了可溶桥塞的研制工作，如新疆油田自主研制的可溶桥塞已完成水平井压裂试验，中国石油勘探开发研究院自主研发的可溶桥塞在页岩气储层压裂作业中成功应用，中国石化华东油气分公司针对目前南川页岩气田进行了可溶桥塞射孔联作工艺试验。
二、中石油可溶桥塞
2016年10月，历经3a攻关，由中石油勘探开发研究院自主研发的可溶桥塞在威远H204－11平台3号井页岩气水平段分段体积压裂中成功应用。该桥塞主体部分采用轻质高强可溶合金材料，具有强度高、耐压可达70MPa、遇水可溶及溶解时间可控等优点。三胶筒带整体背环结构，分瓣卡瓦镶嵌预制破片，可在一定温度和压力下崩解成碎片，易于返排。针对四川页岩气田研发了Φ85和Φ95mm两种规格的可溶桥塞，并在国内各个页岩气区块都有应用。
此前，可溶桥塞已先后在吐哈油田和大庆油田等9口油井的压裂作业中成功应用。此次与川庆钻探工程公司合作是可溶桥塞首次“试水”页岩气储层。该可溶桥塞的应用开创了可溶桥塞页岩气储层成功压裂的先河。
自2013年以来，中石油联合多家企业开展可溶桥塞研究，经过近6a的发展，已经形成体系化、系列化产品(见图1)，可满足外径88.9～139.7mm油管及套管井的压裂使用，为页岩气开发再添利器。通过添加多种稀有元素，解决了高温下的材料强度问题，高温下的抗压强度介于550～650MPa之间，且可调。
同时研发了低温胶筒材料，温度45℃条件下耐压时间为72h，溶解时间为12d，为可溶桥塞的应用范围拓宽至低温水平井的压裂奠定了基础。通过仿生表面织构和涂层化等表面处理方法，改变了桥塞表面亲疏特性、比表面积和化学特性，控制桥塞在不同阶段的溶解速率，从而实现桥塞溶解可控。目前，该桥塞系列产品耐压70MPa，适用温度为45～150℃，在不同温度与矿化度条件下溶解时间为7～25d且可调。
桥塞分段压裂技术也是目前新疆油田重点应用的水平井分压技术。新疆油田自2016年立项研究可溶桥塞以来，历经1a的科研攻关，成功研制出与国外产品性能等同，且具有自主知识产权的可溶桥塞。
2017年9月，新疆油田公司支持下的工程技术研究院在车排子油田CHHW2109井成功开展了可溶桥塞水平井现场试验。CHHW2109井是一口压裂试验井，旨在开展高比例滑溜水携砂和可溶桥塞压裂试验。设计采用电缆泵送桥塞射孔联作工艺，共分19级压裂改造，其中第5级至第8级下入工程技术研究院自主研制的可溶桥塞。在使用可溶桥塞进行压裂的施工中，最高泵压至61MPa，施工排量12m³/min，单级最长施工时间6h。桥塞泵送下入顺利，坐封丢手正常，压裂球入座碰压信号明显，压裂过程中桥塞耐压密封性能完好，现场试验取得成功。
同年，工程技术研究院自主研制的低温可溶桥塞(见图2)在G1110井钢丝探塞作业顺利结束。桥塞设计封位于3240m处，探塞时桥塞封位处钢丝悬重无变化，继续下探至桥塞封位以下40m处，复探3次钢丝悬重无变化，证明桥塞包括胶筒在内的工具全部溶解，溶解性能达到设计要求。
三、中石化可溶桥塞
中国石化华东油气分公司针对目前南川页岩气田水平井分段压裂使用连续管钻复合桥塞时容易遇卡、强磁打捞次数多及工时长等问题，根据影响可溶桥塞压裂性能和溶解性能的关键因素，优选了不同耐温性能的可溶桥塞并对施工工艺开展研究，进行了可溶桥塞射孔联作工艺试验。试验结果表明，可溶桥塞在温度112℃下可承压差70MPa，耐温93℃的桥塞可完全溶解，耐温120℃的桥塞只能部分溶解。与传统复合桥塞相比，采用可溶桥塞的单井可节约成本108.7万元，验证了可溶桥塞在页岩气井分段压裂中的可行性和经济性，同时说明可溶桥塞可使页岩气井压裂施工降本增效，具有较高的推广应用价值。
2019年9月，涪陵页岩气田焦页29-S3HF井成功应用18支可溶桥塞，实现泵送桥塞成功率100%、桥塞坐封有效率100%、可溶桥塞溶解率83%，测试获得33万方/天的高产工业气流，创气田上部气层井测试产量新高，标志着可溶桥塞压裂完井工艺技术逐渐走向成熟。
为了克服可钻式桥塞的应用缺点，助力涪陵页岩气田长远发展，早在2015年，江汉油田涪陵页岩气公司和江汉油田相关单位合作，借鉴国外可溶桥塞应用经验，优化页岩气水平井压裂完井工艺，成功研发了采用可溶桥塞进行水平井压裂试气的完井新工艺技术，该成果于2018年被国家知识产权局授予为国家发明专利。
四、结论
1）与传统复合桥塞相比，可溶桥塞具有强度高、耐压高和耐温性能稳定等优点，压裂施工结束后在返排液中可自行溶解，施工作业后无需钻磨，溶解完全后实现井筒全通径，可直接投产，更好地满足了油气井的生产需求。
2）通过对比分析国内外不同公司生产的可溶桥塞的技术特性以及实际作业效果，结果表明可溶桥塞不仅具有良好的安全性和实用性，而且具有较高的研究价值和广阔的应用前景。