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1、井下作业教材,目 录第一章 井下作业设备第二章 井下作业施工常规作业工序第三章 油井（检泵）作业第四章 常规注水井作业第十二章 压 裂第十三章 油水井大修,井下作业设备是用来对井下管柱或井身进行维修或更换而提供动力的一套综合机组。它包括动力机、传动设备、绞车、井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、转盘、泥浆泵和其它辅助设备。,第一章 井下作业设备,修井机或通井机是修井和井下作业施工中最基本、最主要的动力来源，按其运行结构分为履带式和轮胎式两种形式。履带式修井机一般不配带井架，其动力越野性好，适用于低洼泥泞地带施工。轮胎式修井机一般配带自背式井架，行走速度快，施工效率高，适合快速搬迁的需要，但在低
2、洼泥泞地带及雨季、翻浆季节行走和进入井场相对受到限制。,第一节 修井机,油田使用的轮胎式修井机型号较多，目前现场使用较多的有XJ350型、XJ250型、库泊LTO350型、英格索兰350型和KREMCO120。履带式修井机一般通称通井机，其实是一种履带式自走型拖拉机经改装添加滚筒而成。目前常用的修井机型号有兰州通用机械厂制造的红旗100型，鞍山红旗拖拉机制造厂制造的AT10型，青海拖拉机制造厂制造的XT12，XT15型等型号。,井架是支撑吊升系统的构件，常用的井架可分为固定式井架和车载式井架两种，在常规作业和油水井增产增注措施作业施工中，经常使用固定式井架；在油水井大修作业施工中，经常使用车载
3、式井架。,第二节 井架、天车、游动滑车、大钩,天车和游动滑车是吊升系统的两个部件,通过纲丝绳的反复上下穿绕把它们连成一个定、动滑轮组合。最后一道纲丝绳绕过天车轮后，绳头放下缠绕在绞车滚筒上，从天车轮另一端下来的纲丝绳则把它固定在井架下的死绳固定器上。天车、游动滑车、钢丝绳三个部件把绞车、井架以及钻、管柱联系起来，以实现起下作业。,大钩是修井机游动系统的主要设备之一。它的作用是悬挂水龙头并通过吊环、吊卡悬挂钻柱、套管柱、油管柱，并完成修井作业及其他辅助施工。游车大钩为游动滑车与大钩组成为一体的整体结构型式，其游车为单轴式，大钩为三钩。,水龙头是修井机旋转系统的一个部件。它上部悬挂在大钩上，下部通
4、过方钻杆与钻柱相连接，在循环修井工作液的同时悬挂钻柱，并保证钻柱旋转。一、水龙头的作用1、有足够的承载能力悬挂钻杆柱；2、能保证在有悬挂钻杆柱的情况下正常旋转；3、要具有高压密封循环修井工作液通道的功能。,第三节 水龙头,二、水龙头的形式 水龙头的结构如图3-10所示。从承载能力区分，水龙头有轻型和重型两种形式；从有无动力区分，水龙头可分为无动力水龙头及动力水龙头。目前在修井施工中普遍使用的是无动力水龙头。,转盘是修井施工中驱动钻具旋转的动力来源。修井时用修井机发动机为主动力，带动转盘转动，转盘则驱动钻具转动，用来进行钻、磨、铣、套等作业，完成钻水泥塞、侧钻、磨铣鱼顶及倒扣、套铣、切割管柱等施
5、工。大修中常用的转盘按结构形式可分为船形底座转盘和法兰底座转盘两种形式。,第四节 转盘,在大修和井下作业施工过程中，泥浆泵主要用于循环修井工作液，完成冲洗井底，冲洗鱼顶等项作业施工。一般有条件的井场可配备电驱动泥浆泵，无电源情况下，配备柴油机驱动的泥浆泵。,第五节 泥浆泵,一、钢丝绳在井下作业施工中，一般常用19mm（3/4）和22mm（7/8）钢丝绳作滚筒与游动滑车之间的连结大绳，使修井机滚筒、井架天车、游动滑车及大钩连结成为统一的吊升系统，将滚筒的转动力转变为游动系统的提升力，完成井下作业施工的各种工艺管柱的起下和悬吊井口设备等作业。,第六节 钢丝绳、吊环、吊卡,钢丝绳的另外用途，是用于井
6、架绷绳，固定稳定井架，使井架能承载井下作业管柱负荷。钢丝绳在井下作业施工中还用于牵引拖拉起吊设备时的承力、承重绳套。,二、吊环 吊环是起下钻管柱时连接大钩与吊卡用的专用提升用具。吊环成对使用，上端分别挂在大钩两侧的耳环上，下端分别套入吊卡两侧的耳孔中，用来悬挂吊卡。,三、吊卡 吊卡是用来卡住并起吊油管、钻杆、套管等的专用工具，在起下管柱时，用双吊环将吊卡悬吊在游车大钩上，吊卡再将油管、钻杆、套管等卡住，便可进行起下作业。修井施工中常用的吊卡一般有侧开活门式和月牙式两种吊卡。,井下作业施工是多工种多设备联合作业的大型施工，只有做好大量的准备工作后，才能按期开工。井下作业施工准备的质量直接关系到整
7、体作业质量和施工效果，因此要充分认识到施工准备在井下作业施工中的重要性。此章的主要内容包括作业设计、井场调查、搬迁安装、立井架、穿大绳、校正井架、吊井口房、吊驴头、安装井口控制装置、搭操作台、搭油管桥、连接地面管线及安全检查等内容。,第二章 井下作业施工常规作业工序,第一节 施工准备,起下管柱是指用吊升系统将井内的管柱提出井口,逐根卸下放在油管桥上,经过清洗、丈量、重新组配和更换下井工具后,再逐根下入井内的过程。可分为不压井起油管下、压井起下油管两种工艺。,第二节 起下管柱,组配管柱是指按照施工设计给出的下井管柱的规范、下井工具的数量和顺序、各工具的下入深度等参数，在地面丈量、计算、组配的过程
8、。采油、采气、注水、油层改造和修井施工都要下入不同结构的管柱，并通过下入井内的工具来完成施工设计目的。各种不同的下井管柱都需要在地面预先组配好，并严格按照下井顺序编号，在油管桥上摆放整齐，按顺序下入井内。,第三节 组配管柱,压井是将具有一定性能和数量的液体泵入井内，依靠泵入液体的液柱压力相对平衡地层压力，使地层中的流体在一定时间内不能流入井筒，以便完成某项作业施工。替喷是用具有一定性能的流体将井内的压井工作液置换出来，并使油、气井恢复产能的过程。,第四节 压井和替喷,探砂面是下入管柱实探井内砂面深度的施工。通过实探井内的砂面深度，可以为下步下入的其它管柱提供参考依据，也可以通过实探砂面深度了解
9、地层出砂情况。如果井内砂面过高，掩埋油层或影响下步要下入的其它管住，就需要冲砂施工。冲砂是向井内高速注入液体，靠水力作用将井底沉砂冲散，利用液流循环上返的携带能力，将冲散的砂子带到地面的施工。冲砂方式一般有正冲砂、反冲砂和正反冲砂三种。,第五节 探砂面 冲砂,洗井是在地面向井筒内打入具有一定性质的洗井工作液，把井壁和油管上的结蜡、死油、铁锈、杂质等脏物混合到洗井工作液中带到地面的施工。洗井是井下作业施工的一项经常项目，在抽油机井、稠油井、注水井及结蜡严重的井施工时，一般都要洗井。,第六节 洗井,1、正洗井 洗井工作液从油管打入，从油套环空返出。正洗井一般用在油管结蜡严重的井。2、反洗井 洗井工
10、作液从油套环空打入，从油管返出。反洗井一般用在抽油机井、注水井、套管结蜡严重的井。,用规定外径和长度的柱状规，下井直接检查套管内径和深度的作业施工，叫做套管通井。套管通井施工一般在新井射孔、老井转抽、转电泵、套变井和大修井施工前进行，通井的目的是用通井规来检验井筒是否畅通，为下步施工做准备。通井常用的工具是通井规和铅模。,第七节 通井、刮蜡、刮削,下入带有套管刮蜡器的管柱，在套管结蜡井段上下活动刮削管壁的结蜡，再循环打入热水将刮下的死蜡带到地面，这一过程叫刮蜡（套管刮蜡）。套管刮削是下入带有套管刮削器的管柱，刮削套管内壁，清除套管内壁上的水泥、硬蜡、盐垢及炮眼毛刺等杂物的作业。套管刮削的目的是
11、使套管内壁光滑畅通，为顺利下入其它下井工具清除障碍。,油水井发生套管外壁与水泥环或水泥环与井壁之间的串通，称为套管外串槽。发生管外串槽后，分层采油和注水以及分层改造措施无法实现，严重影响到油田的开采速度和最终采收率。,第八节 找串、验串,找串 通过测井和井下作业施工等方法，落实确定管外串槽层位和井段的过程叫做找串。找串方式可分为声幅测井找串、同位素找串、封隔器找串。验串 验串是通过井下作业施工的方式，下入封隔器管柱，通过套压法或套溢法具体验证某一井段套管外是否串通的施工。找串和验串都为下一步封堵串槽井段提供依据。,气举是使用高压气体压缩机向井内打入高压气体，用高压气体置换井筒内液体的施工方法。
12、气举的目的是大幅度降低井底的回压，使地层中的流体流入井筒。气举一般用在试油施工的诱喷和求产、酸化施工的排酸、气井压井施工后的诱喷、低压井压裂后返排等施工。按气举方式可分为正举、反举两种工艺。液氮排液是一种安全的气举施工，是使用专用的液氮车将低压液氮转换成高压液氮，并使高压液氮蒸发注入井中，替出井内的液体。,第九节 气举和液氮排液气举,从地层中开采石油的方法可分为两大类：一类是利用地层本身的能量来举升原油，称为自喷采油法；另一类是由于地层本身能量不足，必须人为地用机械设备给井内液体补充能量，才能将原油举升到地面，称为人工举升采油法或机械采油法。目前，油田人工举升方式主要有气举、有杆泵采油和无杆泵
13、采油。,第三章 油井（检泵）作业,有杆泵采油包括抽油机有杆泵和地面驱动螺杆泵。无杆泵采油包括电动潜油泵、水力活塞泵、射流泵等。无论采用什么举升采油方式，由于油田开发方案调整、设备故障等原因，需要进行检（换）泵作业。本章着重介绍抽油机有杆泵（简称抽油泵）、地面驱动螺杆泵（简称螺杆泵）、电动潜油泵（简称电潜泵）、水力活塞泵的作业方法。,抽油机有杆泵采油是将抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给抽油泵，抽油泵活塞上下运动带出井内液体的采油方式，是目前各油田应用最广泛的一种人工举升采油方式，约占人工举升井数的90%左右。它主要由抽油机、抽油泵、抽油杆及配套工具所组成。由于井下抽油泵发生故障应进行检泵。两
14、次检泵之间的时间间隔称为检泵周期。油井的产量、油层压力、油层温度、出气出水情况、油井的出砂结蜡、原油的腐蚀性、油井的管理制度等诸多因素都会影响检泵周期的长短。,第一节 检（换）抽油泵,抽油井由于事故检泵的原因一般有以下几种：1、油井结蜡造成活塞卡、凡尔卡，使抽油泵不能正常工作或将油管堵死。2、砂卡、砂堵检泵。3、抽油杆的脱扣造成检泵。4、抽油杆的断裂造成检泵。5、泵的磨损漏失量不断增大，造成产液量下降，泵效降低，需检泵施工。,6、抽油杆与油管发生偏磨，将油管磨坏或将接箍、杆体磨断，需检泵施工。7、油井的动液面发生变化，产量发生变化，为查清原因，需检泵施工。8、根据油田开发方案的要求，需改变工作
15、制度换泵或需加深或上提泵挂深度等。9、其它原因：如油管脱扣、泵筒脱扣、衬套乱、大泵脱接器断脱等造成的检泵施工等。,检泵作业施工主要包括以下施工工序：施工准备、洗井、压井、起抽油杆柱、起管柱、刮蜡、通井、探砂面、冲砂、配管柱、下管柱、下抽油杆柱、试抽交井、编写施工总结等。,螺杆泵作为一种机械采油设备，它具有其它抽油设备所不能替代的优越性，它主要适用于稠油、含砂、高含气井的开采，具有体积小、安装方便、无污染、能耗低等易于推广的重要特征。近几年来随着高粘度原油的开采和三次采油的发展，螺杆泵采油得到了较大规模的应用，随之螺杆泵井的作业工作量也在不断地增加，作业技术也在不断地发展。,第二节 螺杆泵井作业
16、,螺杆泵采油系统按不同驱动方式可分为地面驱动和井下驱动两大类。目前油田常用的是地面驱动井下单螺杆泵采油系统，主要有电控部分、地面驱动部分、井下螺杆泵、配套工具等四部分组成，见图58所示。,螺杆泵井检泵一般事故原因：1）泵损坏，引起检泵。2）杆断脱，引起检泵。3）油管脱落，引起检泵。4）蜡堵，引起检泵。,螺杆泵井作业施工内容主要包括编写施工设计、施工准备、施工过程、施工验收等。施工过程的主要工序包括热洗、压井、起原井管柱、通井、刮削、冲砂、连接井下工具、下管柱、坐封锚定工具、下杆柱、替喷、安装地面机组、提防冲距、试运转和交井等。,潜油电泵全称电动潜油离心泵，简称电泵，是将潜油电机和离心泵一起下入
17、油井内液面以下进行抽油的井下举升设备。潜油电泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制柜和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。近些年来，国内外潜油电泵举升技术发展很快，在油田生产中，特别是在高含水期，大部分原油是靠潜油电泵生产出来的。电潜泵在非自喷高产井或高含水井的举升技术中将起重要的作用。,第三节 潜油电泵井作业,典型的潜油电泵井的系统它主要由三部分组成：（1）地面部分：地面部分包括变压器、控制柜、接线盒和特殊井口装置等。（2）中间部分：中间部分主要有油管和电缆。（3）井下部分：井下部分主要有多
18、级离心泵、油气分离器、潜油电机和保护器。上述三部分的核心是离心泵、油气分离器、潜油电机、保护器、潜油电缆、变压器和控制柜七大部件。,潜油电泵井的系统组成1-变压器；2-控制柜；3-电流表；4-接线盒；5-地面电缆；6-井口装置；7-圆电缆；8-泄油阀；9-电缆接头；10-单流阀；11-扁电缆；12-油管；13-泵头；14-泵；15-电缆护罩；16-分离器；17-保护器；18-套管；19-潜油电机；20-扶正器,潜油电泵井作业程序1、下泵作业 起原井管柱、套管刮蜡、洗井冲砂、探人工井底、测井径、通井、下丢手管柱、换套管头、井下机组下井前的地面检查、井下机组联接、电机和保护器注油、相序检查、电缆安
19、装和下井、单流阀和泄油阀的安装、井口安装、安装电泵井口流程、启泵投产。2、电泵起出施工 起机组前的准备、起出油管、起出电缆、起出机组、起出设备评价和运回设备。,油田注水是保持油层压力，使油井长期高产稳产的一项重要措施，目前我国各油田大部分都采用注水的方法，给油层不断补充能量，取得了较好的开发效果。油田注水的目的是提高地层压力，保持地层能量，以实现油田稳产高产，提高最终采收率。由于不同性质的油层吸水能力和启动压力有很大差别，采用多层段笼统注水，将使高渗透层与低渗透层之间出现层间干扰。,第四章 常规注水井作业,第一节 分层注水工艺原理,通过矿场试验证实，在长期笼统注水条件下，就单井而言，每口井都有
20、干扰现象；就层段而言，大部分层段有干扰现象。注水要求是分层定量注水，在注水井通过细分层段实行分层配注，有利于减少层间干扰，解决层间和平面矛盾，改善吸水剖面，提高驱油效率，以便合理控制油井含水和油田综合含水上升速度，提高油田开发效果。,分层注水管柱 分层配水管柱是实现同井分层注水的重要技术手段。分层注水的实质是在注水井中下入封隔器，将各油层分隔，在井口保持同一压力的情况下，加强对中低渗透层的注入量，而对高渗透层的注入量进行控制，防止注入水单层突进，实现均匀推进，提高油田的采收率。我国油田大规模应用的分层配水管柱有同心式和偏心式两种。前者可用于注水层段划分较少较粗的油田开发初期，后者适用于注水层段
21、划分较多较细的中、高含水期。此外，还有用于套管变形井的小直径分层配水管柱。,注水井井下工具封隔器：扩张式封隔器、压缩式封隔器配水器：固定式分层配水器、活动式配水器、偏心配水器,试注就是注水井完成之后，在正式投入注水之前，进行试验性注水。试注的目的在于确定地层的启动压力和吸水能力。经过试注阶段，摸索经验，找出规律，为以后正常注水准备条件，试注对油田开发来讲，是为了提供注水的各种初步经验，取得注水多方面资料，从而为油田开发方案提供依据。对注水井来讲，试注在于清除完井或转注前所造成的井壁和井底的泥饼杂质和赃物，并确定井的吸水指数。,第四节 试注与油井转注,施工准备1、立井架、校正井架。2、搬迁、设备
22、就位。3、搭油管桥。4、根据施工设计，准备下井工具及原材料。5、填写交接书。,施工步骤1、起原井管柱2、通井、刮蜡3、探砂面、冲砂，探人工井底4、清洗、丈量、组配试注管柱5、洗井6、释放封隔器7、试注、转注 注水井经过排液洗井及试注阶段，在取得相关的资料后即可按地质方案要求转入正常的注水生产。,试配就是把注入地层的水，针对各油层不同的渗透性能，采用不同的压力注水。试配前的井下调查工艺 在注水井进行分层配注前，必须对井下情况进行全面和细致的调查，因为分层配注时井内要下入外径较大的分层注水工具，要求注水井有一个比较完好的井身结构和一个干净的井筒和井底，这样分层配注才能收到良好的注水效果。进行井下调
23、查的内容有探砂面、冲砂、探人工井底、查套管内径变化、查射孔质量、查管外窜槽。,第五节 试配,试配施工步骤1、组配管柱2、下管柱3、坐井口、安装采油树4、反洗井5、释放封隔器6、投捞堵塞器7、验证封隔器密封。8、转入正常注水9、交井,压裂是指在井筒中形成高压迫使地层形成裂缝的施工过程。通常指水力压裂,水力压裂是指应用水力传压原理，从地面泵入携带支撑剂的高压工作液，使地层形成并保持裂缝，是被国内、外广泛应用的行之有效的增产、增注措施。由于被支撑剂充填的高导流能力裂缝相当于扩大了井筒半径，增加了泄流面积，大大降低了渗流阻力，因而能大幅度提高油、气井产量，提高采油速度，缩短开采周期，降低采油成本。,第
24、十二章 压 裂,第一节 压裂设备及管柱一、地面设备1、压裂井口压裂井口一般可分为两类：用采油树压裂井口。采用大弯管、投球器、井口球阀与井口控制器的专用压裂井口。2、压裂管汇 目前压裂管汇种类很多，承压和最大过砂能力也不相同。常用的有压裂管汇车和专用的地面管汇。专用的地面管汇有8个连接头，压裂车可任选一个连接。高压管线外径76mm，内径60mm，最高压力可达100MPa。,3、投球器 投球器有两种，一种是前面井口装置中用于分层压裂管柱中投钢球的投球器，另一种是选压或多裂缝压裂封堵炮眼用投球器。美国进口投球器，最大工作压力100MPa，一次装22mm的堵球200个，电动旋转投球每分钟12圈，每圈投
25、4个球。,二、压裂车组 压裂设备主要包括压裂车、混砂车、仪表车、管汇车等。1、压裂泵车 压裂车是压裂的主要动力设备，它的作用是产生高压，大排量的向地层注入压裂液，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。它是压裂施工中的关键设备，主要由运载汽车、驱泵动力、传动装置、压裂泵等四部分组成。,2、混砂车 混砂车的作用是将支撑剂、压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来，并将混好的携砂液供给压裂车，压入井内。目前混砂车有双筒机械混砂车、风吸式混砂车和仿美新型混砂车。混砂车主要由供液、输砂、传动三个系统组成。,3、其它设备 除了压裂车、混砂车主要设备外，还有仪表车、液罐车、运砂车等。仪表车是用于施工时，记录压裂过程各种
26、参数，控制其它压裂设备的中枢系统，又称作压裂指挥车。,三、压裂管柱 压裂管柱主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。目前井下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。1、压裂油管 压裂应使用专用油管。抗压强度应满足设计要求。浅井、低压可用J55钢级，内径62mm油管（外径73mm）；中深井和深井使用N80或P105的内径62mm或76mm外加厚油管，最高限压分别是70Mpa和90Mpa。,2、封隔器 目前压裂用封隔器种类较多，浅井使用扩张式或压缩式50低温胶筒封隔器。深井使用扩张式、压缩式或机械式90以上胶筒封隔器。深井大通径CS-1封隔器，工作压力105Mpa，工作温度可达177。3、喷砂
27、器 喷砂器主要作用一是节流，造成压裂管柱内外压差，保证封隔器密封；二是通往地层的通道口，使压裂液进入油层，三是避免压裂砂直接冲击套管内壁造成伤害。,4、压裂管柱压裂管柱一般分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。1）笼统压裂管柱笼统压裂管柱结构为：油管+水力锚+封隔器+喷嘴。2）分层压裂管柱分层压裂管柱包括：双封卡单层：73mm或88.9mm外加厚油管+水力锚+封隔器+喷砂器+封隔器+死堵。压裂之后可以用上提的方法压裂其它卡距相同层段。,三封卡双层：73mm或88.9mm油管+水力锚+封隔器+喷砂器（带套）+封隔器+喷砂器（无套）+封隔器+死堵。可以不动管柱压裂二层。四封卡三层：73mm或88.9mm
28、油管+封隔器+喷砂器（甲套）+封隔器+喷砂器（乙套）+封隔器+喷砂器（丙无套）+封隔器+死堵。可以不动管柱压裂三层。在压裂管柱的丈量和组配过程中要考虑到油管由于温度效应、活塞效应、膨胀效应、弯曲效应引起的油管长度变化。,第二节 压裂液 压裂液的主要作用，是将地面设备的能量传递到油层岩石上，将油层岩石劈开形成裂缝，把支撑剂输送到裂缝中。压裂液在施工中按不同阶段的作用可分为前置液、携砂液、顶替液三种。为了压裂施工的顺利实施，要求压裂液具有低滤失性、高携砂性、降阻性、稳定性、配伍性、低残渣、易返排等性能。随着石油工业的发展，压裂施工的规模越来越大，压裂液用量越来越大，因而压裂液还应具备货源广、成本低
29、，配制简单等特点，以满足大型压裂和新井压裂施工。,压裂液主要分为水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂胶束压裂液（清洁压裂液）和浓缩压裂液等。水基压裂液成本低、使用安全，因而应用广泛。目前世界上约有70以上的压裂作业采用的胍胶和羟丙基胍胶水基压裂液，泡沫压裂液约占总用量的25，而油基压裂液使用很少，占5。,第三节 支撑剂 支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来支撑裂缝阻止裂缝重新闭合的一种固体颗粒。它的作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝，从而在储集层中形成远远高于储集层渗透率的支撑裂缝带。使流体在支撑裂缝中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目
30、的。为了适应各种不同地层以及不同井深压裂的需要，人们开发了许多种类的支撑剂，大致可分为天然和人造两大类。支撑剂性能主要是物理性能和导流能力。,目前常用的支撑剂有天然石英砂和人造支撑剂陶粒 石英砂多产于沙漠、河滩或沿海地带。如美国渥太华砂、约旦砂和国内兰州砂、承德砂、内蒙砂等。天然石英砂的矿物组分以石英为主。石英含量（质量百分比）是衡量石英砂质量的重要指标，我国压裂用石英砂中的石英含量一般在80%左右，在天然石英砂的石英含量中，单晶石英颗粒所占的质量百分比愈大，则该种石英砂的抗压强度愈高。,人造陶粒是一种主要由铝矾土（氧化铝）烧结或喷吹而成的，它具有较高的抗压强度，一般划分中等强度和高强度两种陶
31、粒支撑剂。支撑剂物理性能包括粒度组成、球度和圆度、密度、酸溶解度、浊度和抗破碎能力。,第六节 压裂工艺 压裂工艺技术是影响压裂效果的一个重要因素。对于不同特点的油气层，必须采用与之相适应的工艺技术。目前油田常用的压裂工艺有滑套式管柱分层压裂工艺、投球法压裂工艺等，但随着压裂工艺技术的发展，针对不同油层的特点，近几年来相继开发应用了限流法压裂工艺、平衡压裂工艺、脱砂压裂工艺、高能气体压裂、复合压裂、泡沫压裂等。,一、滑套式管柱分层压裂工艺1、管柱结构：由投球器、井口球阀、工作筒和堵塞器、多级封隔器和多级喷砂器组成。所用的封隔器以扩张式为主，特殊情况也可以用压缩式的；也可以根据施工需要，用尾喷嘴和
32、水力锚配合滑套式喷砂进行混合组配。,2、工作原理：以四封三喷压裂管柱为例见图,滑套式压裂管柱示意图,说明该管柱工作原理：压裂时在内外压差作用下四级封隔器同时坐封，压裂液通过喷砂器丙进入油层C，经过试挤、压裂、加砂、替挤等工序之后完成油层C的压裂。,投38mm钢球打滑套，剪断喷砂器乙的销钉，使钢球与滑套同时落下封堵喷砂器丙的喷砂孔，暴露出喷砂器乙的喷砂孔，利用该喷砂孔，经过试挤、压裂、加砂、替挤等工序之后完成油层B的压裂。投42mm钢球打滑套，剪断喷砂器甲的销钉，使钢球与滑套同时落下封堵喷砂器乙的喷砂孔，暴露出喷砂器甲的喷砂孔，利用该喷砂孔，经过试挤、压裂、加砂、替挤等工序之后完成油层A的压裂。
33、这样就实现了不动管柱连续压裂A、B、C三层的目的。,3、适用范围：地质剖面具有一定厚度的泥岩隔层，封隔器可以卡得开,高压下不发生层间窜通。井下技术状况良好，套管无变形、破裂和穿孔，固井质量好。,二、投蜡球法压裂工艺1、工艺原理 投球法压裂工艺主要指压裂过程中投密封球封堵炮眼的压裂工艺。工艺原理是根据不同渗透率的油层吸液能力不同，已经压裂层段和渗透率高的层段吸液能力强的特点，投入一定量的堵塞球或炮眼密封球，封堵已经压裂层段或渗透率高、吸液能力强的油层炮眼，使井筒内压力增高，当达到破裂压力高的层段的破裂压力时，目的层也被压开裂缝。,投球法压裂工艺按工艺特点包括多裂缝压裂工艺和选择性压裂工艺。a、多
34、裂缝压裂工艺是指在一个压裂层段内，利用已经压开裂缝的射孔炮眼吸液能力强的特点，投入一定量的蜡球或堵塞球、密封球，封堵先压开层段的炮眼，再重新启泵，提高排量在井筒内憋起更高的压力，当达到目的层的破裂压力时，新的裂缝也就被压开，依次循环，可压开多条裂缝，这就是多裂缝压裂工艺原理。,b、选择性压裂工艺与多裂缝压裂工艺相近，利用高渗透率高含水层吸液能力强的特点，投入一定量的蜡球或堵塞球、密封球，封堵高含水层，从而达到压裂改造低含水层段的目的。,2、管柱结构根据所投的球的种类不同，管柱结构要求也不相同。a、可溶性蜡球，粒径小，对压裂管柱没有特殊要求，可适用于任何管柱。压裂后不需要冲球，24小时后自行溶化
35、。b、堵塞球密度在0.80-1.14g/cm3之间，耐压25-70MPa，堵球直径一般在19mm-22mm之间，管柱结构为投球器、安全接头、水力锚、封隔器加喷嘴或喇叭口组成。,3、适用条件 可溶性蜡球适用于破裂压力在45MPa以内的油层。堵塞球适用于目的层厚度差别、渗透率差别较大的井；投球前后目的层深度差大于30m，一般不在同一油层使用。,三、限流法压裂工艺1、工艺原理 通过严格限制炮眼的数量和直径，并以尽可能大的注入排量进行施工，利用压裂液流经孔眼时产生的炮眼摩阻，大幅度提高井底压力，并迫使压裂液分流，使破裂压力接近的地层相继被压开，达到一次加砂能够同时处理几个层的目的。如果地面能够提供足够
36、大的注入排量,就能一次加砂同时处理更多目的层。,2、管柱结构选用内径76mm油管，两封一喷、单封单喷（加水力锚）、以及四封三喷均可。3、适用条件 主要适用于纵向及平面上含水分布情况都较复杂，且渗透率比较低的多层、薄油层的新井的完井改造。,四、定位平衡压裂工艺1、工艺原理 这项技术主要是针对水平裂缝油层，在预压裂层段的上部、下部或油层中部含有高含水层时，而且隔层较薄，强度差，隔层或水泥环不足以承担压裂时隔层内外的巨大压差，利用特殊工具（一级或多级平衡器），使被平衡层只进液不进砂，压力与被压裂层段处于同一压力系统，在目的层得到压裂改造的同时，高含水隔层得以保护，这就是定位平衡压裂工艺。,2、管柱结
37、构主要由压裂油管、封隔器、平衡器、喷砂器或平衡喷砂封隔器组成。3、适用范围隔层厚度小容易发生窜槽的井。目的层附近有高含水层并且各层厚度小可能发生窜槽的井。,五、端部脱砂压裂工艺 脱砂压裂是以压裂过程中，压裂液必然要向地层中滤失这一事实为依据，产生的一种新的压裂工艺技术，包括水平缝地层的脱砂压裂和垂直缝地层脱砂压裂工艺技术。,1、端部工艺原理 脱砂压裂就是在压裂过程中，利用压裂液的滤失特性，当裂缝半径扩展到预定的长度时，在裂缝端部人为地造成砂堵，从而阻止裂缝的进一步径向扩展；裂缝端部形成砂堵后，以大于裂缝向地层中滤失量的排量，继续按设计的加砂方案向裂缝中注入高浓度混砂液，随着注入时间的增加，注入
38、压力和裂缝宽度会逐渐增加，裂缝中的支撑剂浓度也越来越高，当地面泵压达到预定的压力时停止施工，就可以获得较高的裂缝导流能力，这样既控制了裂缝半径，又满足了高导流能力的要求。,2、管柱结构压裂使用N-80以上钢级油管+可反洗井封隔器+导压喷砂封隔器+尾管+丝堵；或使用水力锚+封隔器+喷嘴。3、适用范围油层渗透率较高，在油水井井距较小的情况下，需要形成缝长短、宽度大的裂缝时，可以采用该项工艺。,六、高能气体压裂 高能气体压裂是指利用火药或火箭推进剂燃烧产生的高温、高压气体压出多条径向裂缝以取得增产效果的方法。,1、工艺特点对油层增产增注有以下作用：a、机械作用：燃爆产生的高压气体在超过岩石破裂压力的
39、条件下，在井筒附近产生多条径向裂缝。,b、水力振荡作用：燃爆是在井中存在液柱条件下发生，高温、高压气体的产生将会推动液柱向上运动，而随着体积增大，压力下降，液柱会向下运动，这种反复的上下运动有助于裂缝形成和清理油层堵塞。c、高温热作用：燃烧产生的高温可达500-700，能够融化油井附近的石蜡和沥青，降低油的粘度。d、化学作用：燃烧后的产物主要是CO2、N2和部分HCl，这些气体在高压下都会溶于原油，降低原油粘度。,2、适用范围 高能气体压裂主要适用于水敏地层、脆性岩层，对于塑性地层不甚适用，可能产生压实效应；对胶结疏松岩层可能引起出砂。,七、复合压裂工艺 复合压裂工艺包括热化学复合压裂工艺和燃
40、爆复合压裂工艺。是热化学压裂和高能气体压裂与水力压裂相结合的产物。,1、工艺原理 该工艺是利用火药在目的层段进行燃烧或化学药剂氧化还原反应，产生高温、高压气体作用在井筒，在近井地带形成多条径向微裂缝，然后再进行水力压裂，使几条主裂缝扩展，延伸并支撑，达到降低井筒附近渗流阻力，增加渗透流面积的目的，以实现较高的增产，增注效果。,2、适用范围 该工艺适用于多油层、非均质常规射孔井的油层改造。它具有施工简便，运用设备少，周期短，对场地要求低，施工费用低的特点。,八、泡沫压裂工艺 泡沫压裂工艺技术是80年代以来发展起来的新工艺技术，它是液态CO2或N2与其它压裂液混合，加入相应的添加剂，代替普通压裂液
41、完成造缝、携砂、顶替等工序的压裂工艺技术。根据使用的压裂液组成不同，可分为二氧化碳液体压裂、二氧化碳（甲醇）稠化水压裂、二氧化碳与氮气双相泡沫压裂和二氧化碳泡沫压裂四种形式，其中以二氧化碳泡沫压裂最为常用。,1、管柱结构 压裂油管使用N80以上钢级，封隔器、导压喷砂器要求耐压60Mpa以上。可采用两封一喷、单封单喷（加水力锚）、以及四封两喷组合（喷砂器为滑套式导压喷砂器，能够两层同时反排）。2、适用范围 主要应用于气井及低压低渗和水敏性地层。不适宜渗透率高、天然裂缝发育的地层。,第八节 现场施工 压裂现场施工包括压前准备、压前作业、压裂施工和压后作业等。一、压前准备1、配置压裂设备及辅助设施2
42、、压裂用原材料3、组配压裂管柱4、地面压裂流程,二、压前作业1、探砂面、冲砂2、起原井管柱3、压井替喷4、压裂层段预处理5、下压裂管柱,下入压裂专用管柱，压裂管柱承压达到设计要求。,三、压裂施工 压裂施工一般包括以下工序：循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤和活动管柱。特殊情况下需要加入酸预处理、小型压裂测试、压后压降监测等工序。四、压后作业 压后按设计要求探砂面、起出压裂管柱，完井达到投产要求。,随着开采年限的增长，加之工程因素和地质因素的影响，油水井套管将不可避免地出现不同的损坏，影响生产。为此，油田工作者应按着“预防为先，防修并重”的方针，一是研究套管损坏的机理，制定配套的防护措施；二是研
43、究套损井修复技术，增强大修作业修复能力。由此减缓套管损坏速度，并尽可能的延长油水井的使用寿命，提高油田后期开发的经济效益。,第十三章 油水井大修,第一节 套损的原因及预防措施,一、套损的原因分析 造成油、水井套管损坏的因素是多方面的，概括性地分为地质因素和工程因素两大类。1、地质因素 地层（油层）的非均质性、油层倾角、岩石性质、地层断层活动、地下地震活动、地壳运动、地层腐蚀等情况是导致油水井套管技术状况变差的客观存在条件，这些内在因素一经引发，产生的应力变化是巨大的、不可抗拒的，将使油、水井套管受到损害，甚至导致成片套管损坏，严重地干扰开发方案的实施，威胁油田的稳产。,2、工程因素 地质因素是
44、客观存在的因素，往往在其它因素引发下成为套损的主导因素。采油工程中的注水，地层改造中的压裂、酸化，钻井过程中的套管本身材质、固井质量，固井过程中的套管串拉伸、压缩等因素，是引发诱导地质因素产生破坏性地应力的主要原因。,二、套损预防措施 根据上述的套管损坏原因，提出以下预防措施，以便有效地减缓套损速度的上升。1、防止注入水窜入软弱夹层 注水开发的油田套管损坏主要是由于高压注入水进入软弱泥页岩夹层和断层接触面引起的地应力释放造成套管损坏，注入水窜入这两个地方除地质因素（天然裂缝窜入等）外，主要是由工程因素引起的，如固井质量不合格，超过破裂压力注水等。,2、维持合理的注采压差 现在人们认识到，由于油
45、层中流体被开采出来，一段时间（或很长时间）不注水补充能量，岩石的弹性应变力大量释放而形成一个低的应力异常区，周围高压应力区推动岩体向低压区运动，造成大量套管损坏。相反，注水强度大，注水量过多，则可形成高应力异常区，也会推着岩体向低应力区运动，使套管成片损坏。因此，油田开发都应适时、适量、低于破裂压力注水，保持适当孔隙压力，并使油田内部各区块孔隙压力保持基本平衡，以避免套管损坏。,3、防止油层出砂 油井出砂，水井吐砂，一方面影响油水井生产；另一方面在出砂层位形成空洞，空洞位置的套管失去支撑，当覆盖层发生坍塌，其坍落的岩石块撞击套管很容易造成套管损坏，因而在开采过程中应防止地层出砂。,4、防止套管
46、腐蚀 随着油田持续开发，因腐蚀所致的油水井套管损坏问题也日趋严重，给油田生产带来极大危害。目前在防止套管腐蚀上，国内外比较成熟方法如下：提高封固质量以隔绝腐蚀介质与套管之间的通道；采用阴极保护技术；使用抗H2S套管；加杀菌剂杀死有腐蚀的细菌；改进射孔对套管损害的措施；对下井套管要进行严格质量检验；改进套管柱设计方法；提高套管抗挤强度。,第二节 套管损坏的类型 根据几十年修井施工积累的资料，结合套损原因，将套管损坏的类型分成以下六种类型。一、径向凹陷变形 由于套管本身局部位置质量差，强度不够，固井质量差及在长期注采压差作用下，套管局部处产生缩径，使套管在横截面上呈内凹椭圆形，如图131所示。A-
47、A截面上已不再是基本圆型，长轴Dd，据资料统计，一般长短轴差在14mm以上，当此值大于20mm以上时，套管可能发生破裂。,图131 径向凹陷变形示意图,二、套管腐蚀孔洞、破裂 由于地表浅层水的电化学反应长期作用在套管某一局部位置，或者由于螺纹不密封等长期影响，套管某一局部位置将会因腐蚀而穿孔，或因注采压差及作业施工压力过高而破损。如图132所示。,图132 腐蚀孔洞、破裂型示意图,腐蚀孔洞、破裂等情况多发生在油层顶部以上，特别是无水泥环固结井段往往造成井筒周围地面冒油、漏气，严重的还会造成地面塌陷。,三、多点变形 由于套管受水平地应力作用，在长期注采不平衡条件下，地层滑移迫使套管受多向水平力剪
48、切，致使套管径向内凹形多点变形，如图133所示。多点变形井是一种极其复杂的套损井况。,图133 多点变形示意图 图134 严重弯曲变形示意图,四、严重弯曲变形 由于泥岩、页岩在长期水浸作用下，岩体发生膨胀，产生巨大地应力变化，岩层相对滑移剪切套管，使套管按水平地应力方向弯曲，并在径向上出现严重变异，如图134所示。严重弯曲变形的套管，内径已不规则，多呈基本椭圆变形，长短轴差不太大，但两点或三点变形间距小，近距点一般3m以内，若两点距离过小则形成硬性急弯，2m长的通井规不能通过。这是较多见的复杂套损井况，也是较难修复的高难井况。,五、套管错断（非坍塌型）泥岩、页岩经长期水浸膨胀而发生岩体滑移,导
49、致套管被剪断，发生横向（水平）错位。由于套管在固井时受拉伸载荷及钢材自身收缩力作用，在套管产生横向错断后，便向上、向下即各自轴向方面收缩，错断及位移情况如图135所示。套管错断是修井工作中最多见的套损类型。,六、坍塌形套管错断 地层滑移、地壳升降等因素导致套管错断，其地应力首先作用在管外水泥环上，使水泥环脱落、岩壁坍塌，泥、砂和脱落的水泥环及岩壁碎屑、小直径的碎块等则在地层压力流体作用下由错断口处涌入井筒，堆落井底并向上不断涌集，卡埋井内管柱及工具，在井筒内压力较高时，这种涌入不断向井口延展，如图136所示。坍塌型错断是目前极难采取修复或报废处理的复杂套损类型。,图135 套管错断示意图 图1
50、36 坍塌型错断示意图,第三节 套管技术状况检测 套管技术状况检测是为修井技术措施的制定提供切实可行的依据,同时也为套损机理研究和预防措施的制定和实施提供可靠资料。常用的检测方法有工程测井法和机械法两种。一、工程测井法 工程测井法就是利用测井仪检测套管的技术状况。常用的测井方法有:井径测井套管变形检测、井温与连续流量测井套管漏失检测、彩色超声波电视成像测井。,二、机械法 机械法检测就是利用印模（包括铅模、胶膜、蜡膜等）对套管和鱼头状态及几何形状进行印证，然后加以定性、定量的分析，以确定其具体形状和尺寸。印模法检测适用于井下落物鱼顶几何形状、尺寸、深度等的核定，套管变形、错断、破裂等套损程度，深
