MHR 封隔器分段壓裂技術(shù)及在大港油田的應(yīng)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(shù)服務(wù)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(gè)管柱安裝；液壓坐封機(jī)構(gòu)在封隔器下部，不受完井液比重的影響。經(jīng)過現(xiàn)場多次的成功使用，坐封過程安全可靠，完全滿足生產(chǎn)的需要。封隔器為雙向卡瓦、三膠筒設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)合理簡單。配套的錨定密封總成為插入對(duì)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(diǎn)。

1 工作原理及管柱結(jié)構(gòu)

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(shí)現(xiàn)分段壓裂。壓裂管柱按施工設(shè)計(jì)下入后，投球，打壓坐封封隔器，驗(yàn)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(shí)密封已壓裂層，進(jìn)行第二層壓裂。第二層壓完后，再次投球打開DSS 壓裂滑套，進(jìn)行第三層壓裂，壓后待壓力擴(kuò)散后，放噴求產(chǎn)；當(dāng)不能放噴求產(chǎn)時(shí)，套管反打壓憋開水力泵滑套，大排量反洗井，投入泵芯，進(jìn)行泵排求產(chǎn)［1-2］。

1.2 管柱結(jié)構(gòu)

1.2.1 封隔器三段壓裂工藝管柱

分壓三層壓裂工藝針對(duì)有三個(gè)以上產(chǎn)層而且需要壓裂三個(gè)層段的油氣井。壓裂施工時(shí)，用封隔器將最上部的油氣層或保護(hù)層隔開，再用三級(jí)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(jìn)行第三層壓裂（見圖1）。由圖1可知，分壓三層的壓裂管柱結(jié)構(gòu)由定位短節(jié)、壓差式循環(huán)閥、MHR 封隔器、DSS壓裂滑套、RH 封隔器、RH 球座組成，不動(dòng)該管柱就可以壓裂三層。當(dāng)放噴求產(chǎn)結(jié)束后，套管反打壓憋開壓差式循環(huán)閥，洗井，從循環(huán)閥下方的錨定總成正轉(zhuǎn)開壓裂管柱，起出井內(nèi)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(lián)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(qū)別之處在于本套管柱壓后放噴結(jié)束，套管反打壓憋開水力泵滑套，進(jìn)行反洗井，然后投入水力泵芯進(jìn)行水力泵排液求產(chǎn)。此管柱可實(shí)現(xiàn)分段壓裂與水力泵排液聯(lián)作，節(jié)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(jìn)行，大大提高了壓裂施工的安全性。

2 主要工具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1 MHR 封隔器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1.1 MHR 封隔器結(jié)構(gòu)

MHR封隔器配備了區(qū)別于一般封隔器的三個(gè)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(shí)現(xiàn)油管與封隔器錨定連接密封、旋轉(zhuǎn)脫扣以及重新插入對(duì)接。Ratch-Latch 錨定機(jī)構(gòu)具有比相應(yīng)油管扣型更高的抗拉強(qiáng)度，在受到異常拉力情況下可充分保護(hù)封隔器；在回收管柱時(shí)，輕微過提并正旋12～15圈便可脫扣；施工后，重新插入即可實(shí)現(xiàn)密封對(duì)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(zhì)變化應(yīng)用不同井況，采用的AFLAS／TEFLON／PEEK 可使壓力達(dá)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(nèi)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(qiáng)度AISI級(jí)碳鋼材料，即不易脆裂又易于磨銑。同時(shí)牙齒表面進(jìn)行了特殊淬火處理，增加硬度，可適用于J55-V140 級(jí)別的套管。

（3）膠筒。MHR 封隔器采用3個(gè)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(hù)中間膠筒，其獨(dú)特的幾何形狀可以使三個(gè)膠筒相對(duì)自由運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到更好的密封。熱塑料，金屬網(wǎng)及嵌套式支撐環(huán)構(gòu)成一個(gè)高壓支撐系統(tǒng)，在高壓下膠筒不會(huì)被擠出。膠筒采用AFLAS材質(zhì)，有些壓力級(jí)別可達(dá)15 000 Psi，同時(shí)抵抗CO2和H2S 腐蝕。

2.1.2 MHR 封隔器特點(diǎn)

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

（2）單趟完井，施工時(shí)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(nèi)徑，適用于大油管以及對(duì)內(nèi)徑要求較高的完井。

（5）錨定密封具有可回收及插入對(duì)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(diào)，易于操作。

2.2 RH 封隔器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.2.1 RH 封隔器結(jié)構(gòu)［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(jié)構(gòu)原理一樣，當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥诃h(huán)空壓力時(shí)水力錨張開，防止封隔器上移；②液壓活塞部分：工作時(shí)，通過油管打壓，活塞受力后在缸體內(nèi) 下行，擠壓膠筒膨脹實(shí)現(xiàn)密封；③自鎖機(jī)構(gòu)：活塞內(nèi)設(shè)計(jì)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(shí)，活塞帶著棘爪塊同時(shí)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(jié)膠筒組成；⑤下卡瓦部分：膠筒膨脹前下行，推動(dòng)卡瓦張開，坐封在套管內(nèi)壁上，使封隔器能承受管柱重量。

2.2.2 RH 封隔器使用特點(diǎn)

（1）能夠坐封于任何級(jí)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(zhuǎn)動(dòng)管柱；

（4）密封性能良好，采用兩種硬度的3節(jié)膠筒密封系統(tǒng)；

（5）承受壓差大，密封系統(tǒng)下的雙向整體卡瓦座封堅(jiān)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(xiàn)場應(yīng)用情況

2011-2012年MHR 封隔器分段壓裂技術(shù)分別在大港油區(qū)B32×1 井、BH2 井、B36 井 及QT1井進(jìn)行了4 次應(yīng)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(jìn)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(duì)于該類型井只能采取把封隔器下到低溫井段實(shí)施合壓求產(chǎn)，而該井MHR 封隔器最深下入至5 025 m。按照設(shè)計(jì)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?，F(xiàn)場試驗(yàn)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(yīng)用統(tǒng)計(jì)

由表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，MHR 封隔器分段壓裂工藝技術(shù)增產(chǎn)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(jié)論與建議

MHR 封隔器在大港油區(qū)首次使用，通過4 井次現(xiàn)場施工情況來看，此工藝存在著如下幾個(gè)特點(diǎn)：①M(fèi)HR 封隔器分段壓裂工藝管柱既能應(yīng)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(diǎn)；③先進(jìn)的錨定密封具有可回收及插入對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)管柱，且可下入性強(qiáng)，尤其適合于大斜度井及水平井內(nèi)應(yīng)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(diǎn)：①封隔器坐封后，只能對(duì)頂端的封隔器進(jìn)行驗(yàn)封，下部的封隔器無法實(shí)現(xiàn)驗(yàn)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(diǎn)。②在壓裂施工結(jié)束后，倒開管柱時(shí)，卡點(diǎn)的選取有一定的難度，從而造成重復(fù)倒扣，多次施工，增加人力物力投入，需要對(duì)此進(jìn)行完善改進(jìn)。③由于此套封隔器都是哈里伯頓公司產(chǎn)品，費(fèi)用極高，對(duì)于大多數(shù)使用方來說都是一個(gè)首要考慮的問題。④壓裂后，在對(duì)產(chǎn)層進(jìn)行完井回采時(shí)需要對(duì)井內(nèi)封隔器進(jìn)行打撈作業(yè)，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(chǔ)層試油配套技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

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

［3］ 袁發(fā)勇，唐永祥.RH 封隔器在西部油田的應(yīng)用［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，18（4）：71-72.

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