李錄，劉偉，馬瑩，郭達元

1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司（黑龍江 大慶163412）2.中國石油集團測井有限公司大慶分公司（黑龍江 大慶163412）

水平井分段壓裂改造技術(shù)是開發(fā)非常規(guī)儲層的一項關(guān)鍵技術(shù)，電纜分簇射孔與橋塞聯(lián)作技術(shù)作為分段壓裂改造的配套技術(shù)，已在四川長寧－威遠、重慶涪陵及云南昭通等頁巖氣和山西煤層氣以及新疆致密油等區(qū)塊大規(guī)模推廣應(yīng)用[1-5]。該技術(shù)在規(guī)?；茝V應(yīng)用的過程中逐漸趨于成熟，但現(xiàn)階段工具串的質(zhì)量及長度參數(shù)確定主要借鑒以往施工經(jīng)驗，導(dǎo)致出現(xiàn)了較多問題，影響了施工質(zhì)量，延誤了整體施工時效，增加了施工成本。

1 電纜分簇射孔與橋塞聯(lián)作工藝

水平井電纜分簇射孔與橋塞聯(lián)作工藝是通過連接工具把橋塞與射孔槍連成工具串（圖1）。首先通過壓裂泵車把工具串泵送至預(yù)定深度，橋塞坐封工具坐封橋塞，封堵已壓裂的井段，上提工具串，射開待壓裂的層段，建立井筒與地層有效連通的通道，起出工具串后，進行壓裂體積改造，以此順序依次交替進行，完成全井的壓裂體積改造施工[6-8]。

圖1 水平井電纜分簇射孔與橋塞聯(lián)作工藝

電纜分簇射孔與橋塞聯(lián)做工具串主要由磁定位儀、分簇射孔槍、橋塞坐封工具及橋塞等單元組成，工具串中任何一個單元出現(xiàn)問題都會影響工具串整體的可靠性，導(dǎo)致橋塞坐封失敗或分簇射孔槍起爆失敗。因此合理控制工具串參數(shù)，工具串正常入井及順利通過全角變化率最大處，是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。工具串既要滿足質(zhì)量達到正常入井要求，也要滿足長度可以順利通過最大全角變化率處，方可施工成功。

2 工具串質(zhì)量及長度控制

2.1 質(zhì)量控制

工具串如果順利通過井口正常入井，工具串必須克服自身浮力、摩擦力及阻力，井口的受力模型如圖2所示。

圖2 工具串在井口處的受力模型

在井口位置，為了保證工具串正常入井，需要滿足下面關(guān)系：

式中：G為工具串重力，N；m為工具串質(zhì)量，kg；F浮為工具串所受浮力，N；F阻為井口壓力對工具串的阻力，N；F摩為密封脂與電纜的摩擦力，N；ρ為井筒液體密度，kg/m3；g為重力加速度，取值9.8 m/s2；V為工具串體積，m3；Dc為電纜直徑，m；Po為工具串下放時井口壓力，Pa；μt為密封脂與電纜的摩擦系數(shù)；dt為阻流管與電纜之間縫隙，m；hz為阻流管長度，m；pm為注脂密封壓力，Pa。

根據(jù)公式（1）可知工具串正常入井的最小質(zhì)量隨著阻流管長度、井口壓力、阻流管與電纜之間的縫隙以及摩擦系數(shù)等參數(shù)的增加而增加。公式（1）為分簇射孔工具串質(zhì)量控制公式，如果工具串質(zhì)量小于最小質(zhì)量，則需為工具串增加加重短節(jié)，但考慮電纜拉斷力及工具串最大長度限制，所加加重短節(jié)數(shù)量能保證工具串達到最小入井質(zhì)量即可，不宜增加過多。

2.2 長度控制

在泵送施工過程中，分簇射孔工具串受井身曲率、井筒軌跡及全角變化率的影響，如果工具串長度設(shè)計不合理，使得工具串在造斜段遇阻或遇卡，最終導(dǎo)致泵送失敗[7-11]。為保證工具串順利通過造斜段，需要對管串在最大全角變化率處允許通過的最大長度進行計算分析（圖3）。

圖3 工具串在最大全角變化率處幾何關(guān)系模型

如圖3所示，當(dāng)管串在最大全角變化率處剛好遇阻的情況下，所滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系為：

由此可知，工具串最大長度應(yīng)滿足以下公式：

以上分析過程中，把分簇射孔工具串設(shè)定為一個無變形的剛性體，所以計算求的的工具串總長度偏于保守[12-13]。

3 實例分析

長寧H**井口壓力40 MPa，最大全角變化率為8.62°/30 m，使用3簇89槍+97橋塞坐封工具，注脂頭為9級阻流管，注脂壓力70 MPa，泵送流體密度998 kg/m3，黏度0.88 mPa·s，套管內(nèi)壁摩擦系數(shù)0.25，套管內(nèi)徑121.36 mm，電纜直井8 mm，密封脂黏度645 mPa·s，密封脂與電纜摩擦系數(shù)0.01；阻流管內(nèi)徑8.2 mm。其他主要參數(shù)見表1。

表1 長寧H**井分簇射孔施工主要參數(shù)

射孔槍型為89槍，參數(shù)見表2，相位角60°，孔密為12孔/m或16孔/m，橋塞為投球式全可溶橋塞（表3），橋塞坐封工具為BAKER20#和BAKER10#（表4）。

表2 射孔槍參數(shù)

表3 可溶橋塞參數(shù)

表4 橋塞坐封工具參數(shù)

3.1 分簇射孔工具串質(zhì)量控制

根據(jù)公式（1），得出最小質(zhì)量。

實際工具串質(zhì)量435.9 kg（表5），大于最小正常入井質(zhì)量，因此滿足工具串正常入井條件（圖4）。

圖4 工具串連接方式

3.2 分簇射孔工具串長度控制

根據(jù)公式（4），得出容許通過造斜段的最大工具串長度L為15.6 m，實際入井工具串見表5，工具串總長度為13.38 m，因此工具串可順利通過全角變化率最大處。

表5 工具串長度及質(zhì)量

綜合公式計算得出的工具串最小質(zhì)量和最長長度，實際工具串的質(zhì)量和長度，得出該實際工具串滿足施工條件，可進行電纜分簇射孔施工。

4 結(jié)論

1）基于工具串在井口處的受力分析及全角變化率最大處的幾何關(guān)系模型，推導(dǎo)出工具串質(zhì)量及長度控制公式，為現(xiàn)場施工提供科學(xué)可靠依據(jù)。

2）基于質(zhì)量及長度控制公式，驗證了在井口壓力40 MPa，最大全角變化率為8.62°/30 m條件下，工具串實際質(zhì)量（435.9 kg）及實際長度（13.38 m）滿足施工要求，保證了工具串起爆可靠性。

3）頁巖氣井施工井口壓力較高，如果工具串質(zhì)量無法滿足入井條件，則需加配重短節(jié)。但考慮電纜拉斷力及全角變化率，需合理增加工具串長度，控制工具串長度在最大允許長度范圍內(nèi)，避免工具串在全角變化率最大處發(fā)生工具串遇阻、遇卡事故。