0 引言

采用复合桥塞射孔联座可以一趟完成桥塞坐封和地层射孔，施工速度快，是目前国内外进行页岩气藏开发使用的主体储层改造技术。通过大量的攻关试验，复合桥塞已经实现了国产化^[1-2]。

采用复合桥塞压裂后，必须采用连续管把桥塞全部磨铣掉^[3-4]才能进行生产测井。复合桥塞的国产化虽然降低了工具成本，但是连续管钻磨成本无法避免。而全可溶桥塞的出现，不仅可以节省连续管钻磨成本，还可以避免连续管钻塞产生的风险。目前，国外已经推广应用该类技术，贝克休斯公司的可溶桥塞在北美页岩气开发中成功应用超过500例。国内市场也主要以进口Baker Hughes和Magnum公司的可溶桥塞为主。

笔者研制了一种以镁合金材料为主的全可溶桥塞，并对可溶桥塞的关键零部件进行了溶解测试和室内承压性能试验，同时通过产品的现场应用情况，撑握了可溶桥塞的相关特性，为下一步深层页岩气的开发提供了技术支撑。

1 技术分析 1.1 结构

可溶桥塞作为最新的分段压裂工具，主要由中心管、可溶球、滑套、胶筒、背圈、锁环、锥体、卡瓦和引鞋等组成，如图 1所示。卡瓦和橡胶全部都可以溶解，其中金属部分全部采用可溶的镁合金制成，橡胶部分采用可溶胶制成。

1.2 工作原理

当泵送可溶桥塞到预定层位后，电缆坐封工具传递推力到坐封套，推动滑套，挤压胶筒和背圈，同时带动锥体挤压卡瓦。当达到卡瓦的破裂压力时，卡瓦向外移动，咬合套管，锥体与卡瓦形成自锁，胶筒鼓涨与套管内壁贴合，完成桥塞的丢手坐封。当需要对桥塞上部产层压裂时，投球泵送到中心管上部的内圆锥面上，密封后进行压裂。当措施完成后，在含有一定浓度电解质溶液的地层返排液中，一定的时间内可以溶解完，留出井筒全通径供后续生产用。

1.3 主要技术参数

可溶桥塞外径104 mm，长度500 mm，耐温150 ℃，耐压70 MPa。桥塞适用于∅139.7 mm套管，套管内径115 mm。桥塞在含Cl^-等电解质溶液中7~10 d可完全溶解。

1.4 施工工艺

可溶桥塞的施工工艺同复合桥塞一样，采用连续管传输定向射孔，不同之处在于，为了确保压裂施工顺利完成，尽量缩短可溶球作业前在井底的停留时间，可溶桥塞一般需要在压裂前投球。

可溶桥塞的研发初衷就是消除连续管钻塞以及在深井、超深井中使用，若连续管长度无法达到井的深度，则无法完成第1段的水力射孔。如果要在超深井中全井使用可溶桥塞^[5-6]，就需要引入一个新的工具——趾端滑套^[7-9]。趾端滑套与套管底部连接一起下入井中进行固井。该工具与套管内径一致，工具开启可以延时30 min，可以在这个时间内完成套管试压测试，不会因为工具开启的压力超过套管测试压力而导致套管变形，同时也减少了连续管水力射孔。可溶桥塞与趾端滑套配合使用，对井深无限制，还可消除连续管作业成本与风险。

2 性能试验 2.1 承压性能测试

以∅139.7 mm (5.5 in)可溶桥塞为研究对象，配套直径44.5 mm的可溶球。首先在地面通过液压坐封工具将可溶桥塞坐封到套管内，再利用桥塞试验装置进行加热以及承压测试。以NaCl质量分数1%的溶液为介质，通过试验装置加热到98 ℃，加压至70 MPa并承压15 min，隔4 h加压1次。试验结果显示可溶桥塞浸泡12 h，仍然可以承压70 MPa，稳压15 min，泄漏小于1%。浸泡16 h后，可溶桥塞还可以加压至70 MPa，但是会有持续的压力泄漏。

2.2 溶解性能测试

采用恒温浸泡的方法测试可溶球和可溶桥塞本体的溶解速度。分别对2种材质取样，样品尺寸：20 mm×20 mm×20 mm，可溶球材质密度1.834 g/cm³，本体材质密度1.925 g/cm³，同样浸泡在NaCl质量分数1%的溶液中进行降解试验，浸泡温度为98 ℃。每隔2 h烘干样品，采用精密仪器测量样品剩余质量，直至样品完全降解。可溶桥塞的金属部分以Mg合金为主，在氯离子的作用下镁与水发生化学反应生成粉末状的Mg(OH)₂，即有：

(1)

可溶球和可溶桥塞本体的溶解速度从图 2中可以看出。可溶球的溶解速度要快一些，这正好符合可溶桥塞的使用特点：可溶球先溶解，留出桥塞的通道供返排液流动，加快桥塞总体溶解。

在同样的溶解条件下，同样材质的试样大小不同，溶解时间也不会相同。由计算可知，可溶球的溶解速率比桥塞本体的溶解速率更快一些。

模拟现场使用条件，返排液中NaCl的质量分数为1%，恒温98 ℃，分别将卡瓦、胶筒以及可溶桥塞总成浸泡在返排液中。卡瓦及胶筒溶解前、后对比分别如图 3和图 4所示。从图 3可以看出，该卡瓦已经全部溶解，只留下卡瓦表面的一些易碎镀层。从图 4可以看出，可溶胶筒也完全溶解，变成了泥状物。将可溶桥塞整体浸泡在桥塞试验装置中，返排液中NaCl的质量分数为1%，恒温98 ℃，桥塞溶解曲线如图 5所示。由图可知，接近10 d桥塞全部溶解。

可溶桥塞在98 ℃、NaCl质量分数为1%的溶液中承压可以达到70 MPa。压裂球45 h完全溶解，卡瓦65 h完全溶解，本体各部件40~106 h完全溶解，胶筒在205 h开始溶解，245 h完全溶解。

试验结果表明可溶桥塞满足各项设计技术要求，具备现场应用条件。

3 现场应用及效果 3.1 WY196-1井基本情况

可溶桥塞于2017年9月在WY196平台进行了应用。WY196-1井井深5 905 m，井底井斜87.36°，垂深3 711.56 m，闭合距3 069.51 m，射孔及压裂段22段，该井地层温度118 ℃, 返排液氯根离子质量浓度6 702~10 054 mg/L。

油层套管外径139.7 mm, 内径115 mm，钢级P110。根据工艺要求，该井前10段采用可溶桥塞作为分段改造工具。由于储层埋深较深，施工压力高，压裂后钻磨桥塞难度较大，所以采用可溶桥塞+分簇射孔联作分段压裂工艺。

3.2 施工情况

施工排量8.5~17.0 m³ /min，施工压力58~90 MPa。施工时，第1段采用连续管传输射孔。第2段泵送射孔枪及第1个可溶桥塞至设计井深，泵送速度控制在60 m/min。对桥塞点火坐封后，起电缆至设计井深进行分簇射孔，射孔枪起出井口，在压裂施工开始前，投直径44.5 mm的可溶球，以2 m³ /min的排量泵球，球快入座时(预计还有5~10 m³液体)排量降到1 m³ /min，入座曲线如图 6所示。球入座时，泵压会骤增。球入座坐封后进行第2段压裂，压裂曲线如图 7所示。第3~11段重复第2段的压裂流程。

压裂完工后，未钻磨桥塞即开始排液测试。套管采用∅6 mm油嘴控制放喷，井口压力30 MPa左右，返排11 d后，累计液量1 846.62 m³，返排率4.18%，返出液氯根质量浓度10 612 mg/L，累计产气10万m³。下钻塞管柱：平底磨鞋+螺杆马达+震击器+液压丢手+单流阀+连接器+连续管。先磨掉上端的复合桥塞，打捞复合碎屑。连续管再下至井深2 030 m，电动压裂泵开泵配合下钻，扫塞至井深5 820 m，没有遇阻，验证了可溶桥塞已经完全溶解，井筒具有良好的连通性，桥塞无需钻磨，该井即可投入生产。

4 结论与建议

(1) 研制的全可溶桥塞在98 ℃、NaCl质量分数1%的溶液中承压可以达到70 MPa，在该溶液中7~10 d可以完全溶解，满足设计要求。

(2) 可溶桥塞在现场单井应用10套，利用返排液在11 d内完全溶解，达到现场应用要求。

(3) 可溶球溶解速度较本体溶解速度快，建议在压裂施工前投球。

(4) 今后长水平井分段趋势是全井使用可溶桥塞与趾端滑套，可避免连续管作业的成本与风险。

(5) 建议开发低温可溶桥塞，温度在30 ~60 ℃，以适应东北及俄罗斯低温市场^[10]。