MHR 封隔器分段壓裂技術及在大港油田的應用

姚展華，白文彬，侯 超，宿永鵬，趙慶杰，任秋軍

（中國石油渤海鉆探井下技術服務分公司，天津大港300283）

MHR 封隔器為液壓坐封永久式封隔器，具有液壓坐封功能，一次管柱下入即可完成整個管柱安裝；液壓坐封機構在封隔器下部，不受完井液比重的影響。經過現場多次的成功使用，坐封過程安全可靠，完全滿足生產的需要。封隔器為雙向卡瓦、三膠筒設計，結構合理簡單。配套的錨定密封總成為插入對接，正旋脫扣，保證多次使用。密封件的選用考慮了地下條件和流體的組分，具有耐高溫、抗H2S和CO2的腐蝕的特點。

1 工作原理及管柱結構

1.1 分段壓裂原理

MHR 封隔器分段壓裂工藝是通過MHR 封隔器、DSS壓裂滑套及RH 球座將壓裂目的層分開，以實現分段壓裂。壓裂管柱按施工設計下入后，投球，打壓坐封封隔器，驗封合格后，再次提高泵壓，將RH 球座打掉，使管柱與最底層壓裂目的層連通，壓裂第一層；第一層壓完后，再次投球，加壓打開DSS壓裂滑套，滑套打開同時密封已壓裂層，進行第二層壓裂。第二層壓完后，再次投球打開DSS 壓裂滑套，進行第三層壓裂，壓后待壓力擴散后，放噴求產；當不能放噴求產時，套管反打壓憋開水力泵滑套，大排量反洗井，投入泵芯，進行泵排求產［1-2］。

1.2 管柱結構

1.2.1 封隔器三段壓裂工藝管柱

分壓三層壓裂工藝針對有三個以上產層而且需要壓裂三個層段的油氣井。壓裂施工時，用封隔器將最上部的油氣層或保護層隔開，再用三級封隔器將上部壓裂層分開，先壓裂最下層，然后投球至下部DSS壓裂滑套處，油管蹩壓打開滑套，壓裂第二層，然后再進行第三層壓裂（見圖1）。由圖1可知，分壓三層的壓裂管柱結構由定位短節、壓差式循環閥、MHR 封隔器、DSS壓裂滑套、RH 封隔器、RH 球座組成，不動該管柱就可以壓裂三層。當放噴求產結束后，套管反打壓憋開壓差式循環閥，洗井，從循環閥下方的錨定總成正轉開壓裂管柱，起出井內管柱。

圖1 MHR 三段壓裂管柱示意圖

1.2.2 封隔器分段壓裂-水力泵排液聯作管柱

MHR 封隔器兩段壓裂工藝管柱壓裂原理與三段壓裂管柱基本相同（見圖2），區別之處在于本套管柱壓后放噴結束，套管反打壓憋開水力泵滑套，進行反洗井，然后投入水力泵芯進行水力泵排液求產。此管柱可實現分段壓裂與水力泵排液聯作，節省成本，工藝可靠性高。

圖2 MHR 兩段壓裂管柱示意

以上兩套分段壓裂管柱都有地面不停泵投球裝置，保證施工的不間斷進行，大大提高了壓裂施工的安全性。

2 主要工具結構及特點

2.1 MHR 封隔器結構及特點

2.1.1 MHR 封隔器結構

MHR封隔器配備了區別于一般封隔器的三個部件：錨定密封總成，C型卡瓦，耐高壓高溫防腐蝕膠筒。

（1）錨定密封總成。該裝置主要由Ratch-Latch錨定（馬牙扣）和密封總成組成，可實現油管與封隔器錨定連接密封、旋轉脫扣以及重新插入對接。Ratch-Latch 錨定機構具有比相應油管扣型更高的抗拉強度，在受到異常拉力情況下可充分保護封隔器；在回收管柱時，輕微過提并正旋12～15圈便可脫扣；施工后，重新插入即可實現密封對接，下端的引鞋使回接變得輕而易舉?？梢酝ㄟ^密封總成的材質變化應用不同井況，采用的AFLAS／TEFLON／PEEK 可使壓力達到20 000 Psi，溫度204 ℃。該裝置與封隔器上端大的密封筒連接密封，從而使封隔器具有大的內徑。

（2）C 型卡瓦。MHR 封隔器上下端采用C 型卡瓦，該卡瓦采用低強度AISI級碳鋼材料，即不易脆裂又易于磨銑。同時牙齒表面進行了特殊淬火處理，增加硬度，可適用于J55-V140 級別的套管。

（3）膠筒。MHR 封隔器采用3個膠筒，中間膠筒硬度低于兩端。在座封過程中，兩端硬度大的膠筒充分地保護中間膠筒，其獨特的幾何形狀可以使三個膠筒相對自由運動，從而達到更好的密封。熱塑料，金屬網及嵌套式支撐環構成一個高壓支撐系統，在高壓下膠筒不會被擠出。膠筒采用AFLAS材質，有些壓力級別可達15 000 Psi，同時抵抗CO2和H2S 腐蝕。

2.1.2 MHR 封隔器特點

（1）適用于高溫高壓、大斜度等環境復雜的油氣井和注入井，溫度可達204 ℃，最高壓力可以達到20 000 Psi。

（2）單趟完井，施工時間短，可以在安裝采油樹后坐封，安全可靠。

（3）液壓坐封，施工簡單可靠。

（4）大的內徑，適用于大油管以及對內徑要求較高的完井。

（5）錨定密封具有可回收及插入對接功能。

（6）彈性密封部件少，可最大限度地減少泄漏通道。

（7）坐封位置可調，易于操作。

2.2 RH 封隔器結構及特點

2.2.1 RH 封隔器結構［3-4］

RH 封隔器由5 部分組成：①水力錨部分：同RTTS 封隔器水力錨的結構原理一樣，當地層壓力大于環空壓力時水力錨張開，防止封隔器上移；②液壓活塞部分：工作時，通過油管打壓，活塞受力后在缸體內 下行，擠壓膠筒膨脹實現密封；③自鎖機構：活塞內設計5塊倒齒棘爪塊，它們只能沿中心軸下行，不能上行；封隔器坐封時，活塞帶著棘爪塊同時下行，將膠筒鎖定在坐封位置；④膠筒密封部分：由兩種硬度的3節膠筒組成；⑤下卡瓦部分：膠筒膨脹前下行，推動卡瓦張開，坐封在套管內壁上，使封隔器能承受管柱重量。

2.2.2 RH 封隔器使用特點

（1）能夠坐封于任何級別的套管，包括特殊套管；

（2）特別適合于大斜度井和水平井中使用；

（3）坐封方式為液壓坐封，不需要轉動管柱；

（4）密封性能良好，采用兩種硬度的3節膠筒密封系統；

（5）承受壓差大，密封系統下的雙向整體卡瓦座封堅固，可承受52 MPa的雙向壓差；

（6）坐封、丟手、解封方便，操作簡單。

3 現場應用情況

2011-2012年MHR 封隔器分段壓裂技術分別在大港油區B32×1 井、BH2 井、B36 井 及QT1井進行了4 次應用，工藝成功率100%。具體情況見表1。下面僅就QT1井壓裂過程進行介紹。

圖3為QT1井分三段壓裂施工曲線。該井目的層溫度182℃。以往對于該類型井只能采取把封隔器下到低溫井段實施合壓求產，而該井MHR 封隔器最深下入至5 025 m。按照設計要求加砂86.1 m3，平均砂比21.8%，施工最大排量5.2 m3／min，施工最高泵壓84.79 MPa。現場試驗表明，壓裂管柱耐高溫性能較好，能夠滿足高溫高壓壓裂施工需要。

圖3 QT1井壓裂施工曲線

表1 MHR 封隔器分段壓裂應用統計

由表1統計數據可以看出，MHR 封隔器分段壓裂工藝技術增產效果明顯，而且尤其適于高溫高壓深井的壓裂改造及完井。

4 結論與建議

MHR 封隔器在大港油區首次使用，通過4 井次現場施工情況來看，此工藝存在著如下幾個特點：①MHR 封隔器分段壓裂工藝管柱既能應用于直井，又能使用于具有一定斜度的深井；②MHR 及RH 封隔器等工具都具有耐高溫（204 ℃）、耐高壓（13 500 psi）、抗H2S與CO2的腐蝕的特點；③先進的錨定密封具有可回收及插入對接功能。④封隔器采用液壓座封，可以在安裝采油樹后坐封，施工簡單，安全可靠性高；⑤坐封無需轉動管柱，且可下入性強，尤其適合于大斜度井及水平井內應用。

MHR封隔器分段壓裂工藝也存在著它自身的欠缺，主要有以下幾點：①封隔器坐封后，只能對頂端的封隔器進行驗封，下部的封隔器無法實現驗封，這是此工藝的一大缺陷，也是幾乎所有封隔器分段壓裂的一大缺點。②在壓裂施工結束后，倒開管柱時，卡點的選取有一定的難度，從而造成重復倒扣，多次施工，增加人力物力投入，需要對此進行完善改進。③由于此套封隔器都是哈里伯頓公司產品，費用極高，對于大多數使用方來說都是一個首要考慮的問題。④壓裂后，在對產層進行完井回采時需要對井內封隔器進行打撈作業，投入成本較高。

［1］ 吳奇，魏頂民，張紹禮，等.火山巖和碳酸鹽巖儲層試油配套技術［M］.北京：石油工業出版社，2010.

［2］ 姚展華，張世林，韓祥海，等.水平井壓裂工藝技術現狀及展望［J］.石油礦場機械，2012，41（1）：56-61.

［3］ 袁發勇，唐永祥.RH 封隔器在西部油田的應用［J］.江漢石油職工大學學報，2005，18（4）：71-72.

［4］ 郭海萱，柴國興.美國FH 和RH 型封隔器結構及性能淺析［J］.鉆采工藝，1998，21（5）：46-48.