压裂酸化及设备.ppt

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1、1/64,压裂过程是人们利用地面高压泵组，将高粘度液体即压裂液以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起高压，当此压力超过井壁附近地层应力及岩石的抗张强度后，将地层压出裂缝，并把支撑剂注入裂缝中，在地层中形成足够长度、宽度和高度的填砂裂缝，这些裂缝具有很高的渗透能力，大大地改善了油气层的渗透性，起到增产增注作用。酸化过程则是向井底注入酸液，溶解井底堵塞或一部分地层岩石颗粒，从而提高油层渗透率的一种增产措施。,2/64,压裂和酸化是目前油气井、水井增产与增注的重要技术措施，它们可以单独进行，也可以联合进行，若联合进行又称为压裂酸化。经压裂酸化处理后，可得到导流能力强、裂缝长的通道，增产

2、效果好，油气井的产量可增加几倍到几十倍。,目 录,二、油层酸化处理,一、油层水力压裂,三、压裂酸化设备,4/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力压裂的作用和基本原理1、压裂的作用 压裂是低渗透油层勘探试油、新井投产和油层改造的主要措施，水力压裂主要用于砂岩油气藏，部分碳酸岩油气藏中也得到成功应用。它的主要作用可归纳为以下四点：1）提高低渗透油层的渗透性。2）减缓层间干扰，挖掘低渗透率油层的生产潜力。水力压裂可调节各油层渗透率差异所造成的层间矛盾。3）解除了近井地带的堵塞。4）实现高产、增注。,5/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力压裂的作用和基本原理2、压裂的基本原理 油层水力压裂通

3、过地面高压泵组在较短的时间内向油层高速挤入高粘度液体，由于油层具有吸收能力，当泵入液体的速度超过油层吸收的速度时，井底附近的油层受到的外挤压力不断升高，形成人为的高压，见图5-1（a）所示。,图5-1 油层压裂工作原理示意图1油管；2套管；3封隔器；4地层,憋压,6/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力压裂的作用和基本原理2、压裂的基本原理随着地面泵入液体数量和速度的不断增加，井底附近的压力进一步增大，当压力超过岩石的破裂极限强度或超过油层上覆岩层的压力时，就在油层岩石薄弱地带压开裂缝，或使油层原有裂缝扩展，地面不停地向井底泵入液体，其中一部分仍然被油层所吸收，而大部分则向油层的深远部位扩

4、展，见图5-1（b）所示，使前述这些裂缝继续向油层远处扩展。,图5-1 油层压裂工作原理示意图1油管；2套管；3封隔器；4地层,造缝,7/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力压裂的作用和基本原理2、压裂的基本原理 此时，地面泵压越高，泵的排量越大，液体的滤失性就越小，所形成的裂缝就越长。由于地面泵的泵压不能无限提高，所压开的裂缝又增加了油层的吸收能力，当挤入液体的速度与沿裂缝渗滤面的吸收速度相等时，无论地面泵入液体的时间有多长，裂缝也不再延伸和扩展了，见图5-1（c）。,图5-1 油层压裂工作原理示意图1油管；2套管；3封隔器；4地层,裂缝延伸,8/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力

5、压裂的作用和基本原理2、压裂的基本原理 当地面泵停止向井内打入高压液体后，由于岩石的弹性，以及油层上覆压力的作用，会使人造裂缝大部分闭合。所以为了保持这些裂缝长期处于张开的状态，一般压裂时均向油层裂缝内充填固体颗粒，称为支撑剂，裂缝内填入了支撑剂，尽管地面泵停止注入高压液体，裂缝也不会闭合了，见图5-1（d）所示。通过这种方式提高油层的渗透能力，改善油气层的物理结构和性质，进而增加油井的产量或水井的注水量。,图5-1 油层压裂工作原理示意图1油管；2套管；3封隔器；4地层,充填支撑剂,9/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力压裂的作用和基本原理2、压裂的基本原理水力压裂增产增注的原因：(1

6、)改变流体的渗流状态：径向流变单向流。(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。,10/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力压裂的作用和基本原理3、压裂的方式 现场采用的压裂方式有合层压裂、单层压裂、一次多层分压三种。1)合层压裂 油井的生产层往往是一个层组，压裂时，对这个层组的各个小层同时进行施工，称做合层压裂。这是一种最简单的压裂，它又可分为下列四情况：（1）油、套管同时压裂，即压裂时油管接一部压裂车，套管接34部压裂车，同时向井内泵入液体，从套管加支撑剂。（2）油管压裂，即高压液体只从油管注入井底，进行压裂。（3）套管压裂，即井内不下油管，坐好井口从套管压入液体。（4）环形空间压裂，

7、即高压液体从油管与套管之间的环形空间注入井底。,11/64,一、油层水力压裂,1.1 油层水力压裂的作用和基本原理3、压裂的方式2）单层压裂 单层压裂是选择一组中的某一小层或一层中的某一段进行压裂。其方法有：双水力压差式封隔器选压：即用两个封隔器封隔住欲压裂井段，进行单层压裂。单水力压差式封隔器选压：当选压层为油井最下段位置时，可以采用单个水力压差式封隔器封隔其它油层，进行单层压裂。3）一次多层分压 一次实施多个单层分压是目前广泛使用的压裂方式。由于井段小，压裂强度及处理半径相对较高，能充分发挥各油层的潜力，效果较好。,12/64,一、油层水力压裂,1.2 压裂液和支撑剂1、压裂液1）压裂液的

8、作用 压裂中向井底地层注入的全部液体统称为压裂液，压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液，起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。按照在不同阶段注入井内的压裂液所起的作用，可将压裂液分为前置液、携砂液和顶替液。（1）前置液，即不包含支撑剂的压裂液。用于形成和延伸地层裂缝，为支撑剂进入地层建立必要的空间，同时可以降低地层温度保持压裂液的粘度。（2）携砂液，用于进一步延伸裂缝，将支撑剂带入压裂裂缝预定的位置，充填裂缝，形成高渗透支撑裂缝带。（3）顶替液，用于将井筒内携砂液全部顶入地层裂缝，避免井底沉砂。,13/64,一、油层水力压裂,1.2 压裂液和支撑剂1、压裂液2）压裂液的性能压裂液

9、必须满足以下性能要求：（1）滤失量少，滤失量的大小用单位时间内通过单位面积滤失掉的液量来表示。（2）悬砂能力强，压裂液的悬砂能力主要取决于压裂液的粘度。（3）摩阻低，压裂液沿管柱流动时，液体与管壁之间存在着摩擦阻力，这种阻力造成的能量消耗也称为摩阻损失。（4）稳定性好，压裂液要具备热稳定性和抗剪切稳定性。（5）配伍性好。配伍性是指压裂液性质应与地层岩石和地层流体性质相适应。压裂液进入地层后与各种岩石矿物和流体相接触时，不应产生不利于油气渗滤的物理化学反应。（6）低残渣，残渣是指压裂液中的水不溶解物质。（7）成本低、来源广。,14/64,一、油层水力压裂,1.2 压裂液和支撑剂1、压裂液3）压裂

10、液的种类 分为水基压裂液、油基压裂液、酸基压裂液和气化压裂液等。（1）水基压裂液是以水为基本成份，适量地加入溶胶剂、交链剂、增粘剂、破胶剂和防腐剂等添加剂配制而成的高粘液体。主要用于砂岩层或低溶解度的岩层。（2）油基压裂液，主要有原油、粘性成品油及油基冻胶等，一般用于粘土层、泥质含量高的地层和砂岩或低溶解度的岩层。（3）酸基压裂液。以酸为基液，加入水和各种添加剂组成，主要用于石灰岩、白云岩和其它高溶解度的岩层。（4）气化压裂液。在液体压裂液中混入气体，降低液体压裂液的密度，主要用于地层压力低或漏失严重井的压裂施工。,15/64,一、油层水力压裂,1.2 压裂液和支撑剂1、压裂液3）压裂液的种类

11、 目前，约有70%的压裂采用以胍胶和羟丙基胍胶为主的水基压裂液，5%的压裂液采用油基压裂液，25%的压裂液采用气化压裂液。为满足压裂工艺的要求，还需要在压裂液中加入多种添加剂。为满足压裂工艺的要求，还需要在压裂液中加入添加剂。例如：PH值调节剂、杀菌剂、粘土稳定剂、破乳剂、降滤剂、温度稳定剂、起泡剂和减阻剂等。,16/64,一、油层水力压裂,1.2 压裂液和支撑剂2、支撑剂 支撑剂是充填于裂缝中，防止裂缝闭合的固体颗粒。1）支撑剂的性能（1）粒径要均匀，且颗粒大。（2）强度高，能承受40Mpa的压力。中深井多采用石英砂，深井一般采用烧结矾土，即陶粒。（3）圆球度好，圆球度是指颗粒外形类似圆球的

12、程度。（4）化学稳定性好，在200盐水中呈化学惰性，不与压裂液及储层液体发生化学反应。（5）杂质少。（6）货源充足，价格便宜。,17/64,一、油层水力压裂,1.2 压裂液和支撑剂2、支撑剂2）支撑剂的种类根据支撑剂的强度和硬度可将其分为两大类：（1）脆性支撑剂，主要有石英砂、陶粒、玻璃球等。特点：硬度大、强度大、易破碎。一般用于坚硬地层深井的压裂施工中。（2）韧性支撑剂，主要有核桃壳、金属球、塑料球等。特点：易变形、不易破碎。一般用于地层岩性松软的浅井和中深井的压裂施工中。支撑剂的选择可以依据最佳的支撑效果或支撑剂性能和价格来选择。石英砂是目前最常用的支撑剂，水井压裂时一般选择砂径在0.40

13、.8mm的石英砂，油井压裂时选择砂径在0.81.2mm的石英砂。,18/64,一、油层水力压裂,1.3 压裂施工 一般要经过施工设计、施工准备和施工工序等过程。压裂井场布置如图5-2所示。,图5-2 油层压裂井场布置流程图,19/64,一、油层水力压裂,1.3 压裂施工摆车时应做到以下几点：（1）安排紧凑，便于操作和施工指挥；（2）摆放整齐，车头向外；（3）尽量缩短压裂车到高压管汇的距离，以减轻施工时管线的跳动要减小流动摩阻。（4）安全设施。,20/64,一、油层水力压裂,1.3 压裂施工 经过充分准备后便可以进行压裂施工了，施工按以下工序进行：循环试压试挤压裂加支撑剂替挤反洗或活动管柱1）循

14、环，目的是鉴定各种设备性能，检查管线是否畅通。循环路线是液罐车混砂车压裂车高压管汇液罐车。2）试压，关死井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣等憋压至3040Mpa，保持23分钟不降压为合格。3）试挤，试压合格后，打开总闸门，用12台压裂车将压裂液注入油层，直到压力稳定为止。4）压裂，逐个启动或同时启动压裂车，加大排量，以很高的速度向井内泵注压裂液，在井底瞬时造成高压，当泵注量大大超过地层吸收能力，压裂液产生的压力大于地层破裂压力时，地层被压开裂缝，继续泵入压裂液使裂缝延伸和扩展。,21/64,一、油层水力压裂,1.3 压裂施工 经过充分准备后便可以进行压裂施工了，施工按以下工序进行：循环试

15、压试挤压裂加支撑剂替挤反洗或活动管柱5）加支撑剂，又称加砂。开始混砂比要小，控制在5%7%左右，当判断砂子已进入裂缝，再相应提高混砂比，一般混砂比可以在15%30%左右。用高粘度压裂液时，混砂比可提高到40%50%。6）替挤，替挤是当全部支撑剂加完后，用压裂液将地面管线和井下压裂管柱中的携砂液体全部挤进地层裂缝中去。7）反洗或活动管柱，替挤后应洗井或活动管柱，防止余砂残存在井筒封隔器内，造成砂卡；活动管柱可加速封隔器胶筒回缩。各工序结束后，关井824小时等待压力扩散。,22/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺 压裂工艺技术种类很多，有分层和选择性压裂、测试压裂、泡沫压裂和高能气体压裂等，

16、目前油田常用的是分层和选择性压裂技术。分层和选择性压裂主要用于多层的油气井中，对其中某个或某些目的层进行压裂。常用的分层选压技术有封隔器分层压裂、限流法分层压裂，蜡球选择性压裂和堵塞球选择性压裂。,23/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺 1、封隔器分层压裂 根据所选用封隔器和管柱的不同，又分为以下四种类型：1）单封隔器分层压裂。用于对最下面一层进行压裂，适于各种类型油气层，特别是深井和大型压裂，如图5-3（a）所示。,图5-4 封隔器分层压裂管柱,单封隔器分层压裂,24/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺 1、封隔器分层压裂,图5-4 封隔器分层压裂管柱,3）桥塞封隔器分层压裂。

17、适用于深井压裂，在射开多层的油气井中，对其中任意一层进行压裂，如图5-3（c）所示。,2）双封隔器分层压裂。可对射开的油气井中的任意一层进行压裂，如图5-3（b）所示。,桥塞封隔器分层压裂,双封隔器分层压裂,25/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺 1、封隔器分层压裂4）滑套封隔器分层压裂。这种压裂方式可以不动管柱、不压井、不放喷一次施工分压多层，如图5-4所示。,图5-4 滑套封隔器分层压裂管柱结构示意图,压第1层,压第2层,26/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺 1、封隔器分层压裂4）滑套封隔器分层压裂。压裂施工时先压下面的第1层，高压液体流入油管使各级封隔器坐封，由于2,3

18、层的喷砂器没有打开，高压液体只能从第1层的节流喷砂器流出，进入第1层，对地层进行压裂，压开地层后通过投球器投球封第2层滑套喷砂器，憋压剪断销钉，使滑套喷砂器的滑套下行落在第1层的节流喷砂器上，打开第2层喷砂器孔，封堵第1层喷砂器，对第2层进行压裂，然后同样压开第3层。最后一层替挤完后，立即活动管柱，并投入堵塞器。,图5-4 滑套封隔器分层压裂管柱结构示意图,压第1层,压第2层,27/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺2、限流法分层压裂 用于欲压开多层而各层破裂压力有差别的油井。通过控制各层射孔孔眼数量，并尽可能提高注入排量，利用先压开层孔眼摩阻，提高井底压力而达到一次分层多压的目的，如图

19、5-5所示。,图5-5 限流法分层压裂工作原理图,28/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺2、限流法分层压裂 按射孔方案射开各自孔眼，当注入到井底的压力为20Mpa时，B层先压开，然后提高排量，因孔眼摩阻正比于排量，B层孔眼摩阻达到2Mpa时，注入到井底的压力为22Mpa，此时C层被压开，继续提高排量，B层孔眼摩阻达到4Mpa时，注入到井底的压力为24Mpa，A层被压开。,图5-5 限流法分层压裂工作原理图,29/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺3、蜡球选择性压裂 在压裂液中加入油溶性蜡球暂堵剂，压裂液将优先进入高渗层内，蜡球沉积而封堵高渗层，使压裂液进入低渗层，从而压开低渗层，

20、油井投产后，原油将蜡球逐渐溶解而解除堵塞。若高渗层为高含水层，堵球不解封有助于降低油井含水率。,30/64,一、油层水力压裂,1.4 压裂工艺4、堵塞球选择性压裂 将井内欲压层段一次射开，首先压开低破裂压力层段后加支撑剂，然后由井口专用的投球器，不停泵投入比此处理层段射孔数多10%20%的高强度暂堵剂，堵住已压开层段的射孔孔眼，再提高压力压开具有稍高破裂压力的地层，其工艺示意图如图5-6所示。,图5-6 堵塞球选择性压裂工艺示意图,压第一层,压第二层,压第三层,31/64,二、油层酸化处理,酸化是通过向地层注入酸液，溶解储层岩石矿物成份及在钻井、完井、采油、修井等作业过程中造成的堵塞物质，改善

21、储层的渗透性能，从而提高油气井产量的一种增产措施。2.1 酸化的分类1、按作用原理分1）解堵酸化 靠酸液的溶解作用解除井筒附近地层内在钻井和完井过程中造成的损害，提高油气井的完善程度。2）深穿透酸化 应用化学方法提高酸液在地层中的有效穿透距离，在较大范围内改善地层渗透性能。,32/64,二、油层酸化处理,2.1 酸化的分类2、按施工压力分1）基质酸化 施工时井底压力低于地层破裂压力，酸液沿基质孔隙进入地层，溶蚀并扩大孔隙。2）压裂酸化 施工时井底压力高于地层破裂压力或天然裂缝的闭合应力，酸液沿裂缝进入地层，刻蚀缝壁岩石，形成在施工结束后也不完全闭合的流动槽沟，大大提高有效作用范围内地层的导流能

22、力，从而使油气井获得增产。3、按酸液来分 盐酸酸化、土酸酸化、氢氟酸酸化、醋酸酸化、甲酸酸化,33/64,二、油层酸化处理,2.2 酸液及添加剂 目前国内外油田除了广泛应用盐酸和土酸进行酸处理外，还研究使用了多种其它类型的酸。如有机酸、磷酸、粉状酸、多组分酸和缓速酸等。1、酸处理常用的酸液（见书表5-1）2、酸处理添加剂 常用添加剂的种类有：缓蚀剂、缓速剂、防腐剂、稳定剂、防膨剂等。对酸液添加剂的总体要求是：（1）效能高，处理效果好；（2）与酸液、储层流体及岩石配伍性好；（3）来源广，价格便宜。,34/64,二、油层酸化处理,2.3 盐酸处理 盐酸处理，是目前国内外各大油田应用最多的一种酸化技

23、术，主要应用于低渗透性的碳酸盐岩油层和含碳酸盐成份较高的砂岩油层。1、工作原理 盐酸处理的反应式分别为与石灰岩反应：2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2 与白云岩反应：4HCl+CaMg(CO3)2=CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2,35/64,二、油层酸化处理,2.3 盐酸处理2、盐酸浓度的选择 普通酸处理时，一般盐酸浓度为6%15%。对于压力高而渗透率低，使用浓度为12%15%的盐酸。对于压力不高的油层，宜使用较低浓度的8%12%盐酸。对于油层中碳酸盐含量高而胶结疏松的油井，盐酸浓度一般不超过6%8%。油层初次酸处理时，有的油田采用8%10%的酸液浓度，有些油田采6%

24、8%的酸液浓度。对某些石灰岩油层，也有采用高浓度31%的盐酸进行处理的。,36/64,二、油层酸化处理,2.4 压裂酸化处理1、压裂酸化增产原理 向地层注入高于地层破裂压力的酸液或非酸性的前置液，在地层中造成人工裂缝后，继续泵注酸液，依靠酸液和地层的不均匀溶蚀，把裂缝壁面刻蚀成凹凸不平的表面，施工结束后，裂缝不能完全闭合，保持一定的流动沟槽，形成较高的导流能力，使油、气井获得与普通水利压裂相似的增产效果。酸压是大面积改造低渗透碳酸盐油、气层的一种有效手段，是当前国内外广泛采用的一项增产增注措施。,37/64,二、油层酸化处理,2.4 压裂酸化处理1、压裂酸化增产原理压裂酸化的增产作用有三个：1

25、）撑开天然裂缝并使其扩大，压开新裂缝，改善和提高油气层内部的渗透能力。2）使井底近井地带与高渗透带或新造成的裂缝系统沟通，增强导流能力，扩大供油面积。3）解除井底堵塞，沟通油流通道。,38/64,二、油层酸化处理,2.4 压裂酸化处理2、压裂酸化工艺 压裂酸化工艺分为普通压裂酸化工艺、深度压裂酸化工艺及特殊压裂酸化工艺。1）普通压裂酸化工艺 通常指以常规酸液直接压开储层的酸化工艺，酸液既是压开储层裂缝的流体，又是与储层反应的流体。一般在储层污染比较严重，堵塞范围较大时选用该工艺。2）深度压裂酸化工艺 以获得较长的酸蚀裂缝为目的而采用的压裂酸化技术，又可分为前置液压裂酸化技术，缓速酸压裂酸化技术

26、和多级交替注入压裂酸化技术。,39/64,二、油层酸化处理,2.4 压裂酸化处理2、压裂酸化工艺2）深度压裂酸化工艺（1）前置液压裂酸化工艺 是指先向储层注入高粘度非反应性的前置压裂液，压开储层形成裂缝，然后注入酸液对裂缝进行溶蚀，从而获得较高的导流能力，使油气井增产的工艺。（2）缓速酸压裂酸化工艺 缓速酸压裂酸化工艺与普通压裂酸化基本相同，不同之处在于其采用的酸液是胶凝酸、乳化酸、化学缓速酸或泡沫酸等缓速酸，通过缓速酸的缓速性能达到酸液深穿透的目的。（3）多级交替注入压裂酸化工艺 前置液与酸液交替注入的一种压裂酸化工艺。类似前置液压裂酸化工艺，但其降滤失性及对储层的不均匀刻蚀程度优于前置液压

27、裂酸化，适用于滤失系数较大的储层、岩性均一的地层。,40/64,二、油层酸化处理,2.4 压裂酸化处理2、压裂酸化工艺3）特殊压裂酸化工艺 针对某些特殊类型储层或为实现特定要求，提出了一些不同于上述压裂酸化的工艺，具有独特理论和工艺特点，如闭合压裂酸化、平衡压裂酸化、变粘酸压裂酸化等复合工艺。,41/64,三、压裂酸化设备,压裂设备由压裂车、混砂车、运砂车、储罐车、管汇车、检测和控制设备及地面和井下工具等组成，酸化设备还配备酸罐车。3.1 压裂车 压裂车或压裂机泵组的主要作用是向井内注入高压大排量的压裂液。1、压裂车的性能 压裂车应满足以下几方面的要求：1）压裂车必须具有较好的适应性能。2）压

28、裂车的工作性能必须可靠。3）压裂泵的柱塞、缸套、阀和阀座以及泵头等零件具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。4）压裂车要求具有较好的越野性,42/64,三、压裂酸化设备,3.1 压裂车 2、压裂车的结构 压裂车或压裂机泵组一般分为车装式和橇装式两大类。车装压裂机泵组通常叫做压裂车。橇装式压裂机泵组专供交通不便的地区和海上作业中使用，设备和压裂车完全一样。现以YLC-1050型压裂车为例，说明压裂车的结构。它的额定输出水功率为552KW，最大工作压力为103Mpa。图5-7所示为YLC-1050型压裂车的外形图。,43/64,三、压裂酸化设备,3.1 压裂车 2、压裂车的结构,图5-7 YLC1050型压

29、裂车外形图1奔驰汽车；2构架系统；3卡特匹勒3508TA型柴油机；4电器仪表箱；5高压管线；6阿里森DP8962型变速器；7压裂泵冷却润滑系统；8压裂泵；9无声链条箱,44/64,三、压裂酸化设备,3.1 压裂车 2、压裂车的结构1）运载部分 YLC1050型压裂车的运载部分主要是汽车，由奔驰型卡车底盘组成，载重量，越野性要好。2）动力装置 动力装置是压裂泵的动力来源，由于运载汽车的发动机功率满足不了压裂泵功率的要求，在现代压裂车上大部分另装一台或几台发动机做动力。YLC-1050型的动力装置是卡特匹勒柴油机。3）传动系统 压裂车上动力装置发出的动力由传动系统送至压裂泵。,45/64,三、压裂

30、酸化设备,3.1 压裂车 2、压裂车的结构4）压裂泵 YLC-1050型压裂车的压裂泵是卧式三缸单作用柱塞泵，由动力端和液力端两部分组成，动力端可以分别和两种液力端组成一个整体。动力端如图5-8所示。液力端有两种，可按油田压裂施工工艺进行选择。如图5-9所示是泵头 的结构图，泵头的压力范围为44.1102.9MPa，排量为735317L/min。泵头的压力范围为29.468.6Mpa；排量为1178509L/min。,46/64,图5-8 YLC1050型压裂泵动力端结构图1泵盖；2压板；3轴承盖；4轴承；5连杆盖；6连杆瓦；7偏心轮；8连杆；9滑套；10横销铜套；11横销；12油封盒；13油

31、封；14十字头；15橡胶板；16大齿轮；17轴承；18“O”型圈；19铜套；20主轴；21小齿轮；22轴承箱；23油封；24轴承；25小齿轮轴；26长螺杆；27泵身,三、压裂酸化设备,47/64,图5-9 YLC1050型压裂泵液力端（泵头）结构图1柱塞；2“X”型密封圈；3、8、14、18“O”型密封圈；4、6间隔圈；5柱塞衬套；7盘根挡圈；9挡圈；10阀橡皮；11传感器盖；12阀弹簧；13阀座；15阀体；16螺盖；17泵头,三、压裂酸化设备,48/64,三、压裂酸化设备,3.2 混砂车 目前，我国各油田使用的混砂车有机械绞龙式混砂车，如图5-10所示，风吸式混砂车。,图5-10 HSC-3

32、5L型双筒螺旋机械绞龙式混砂车示意图1汽油机；2变速箱3传动链条4螺旋齿轮箱；5传动箱；6立式传动轴；7花键套；8输砂器；9纵向送进机构；10进砂斗；11汽车分动箱；12传动轴；13中心轴承；14靠背轮；15混砂离心泵；16混砂罐；17出砂筒；18输砂器水平固定架；19进油管子；20离心泵排出管；21平台；22固定架子,49/64,三、压裂酸化设备,3.2 混砂车混砂车主要由供液系统、输砂系统和传动系统三部分组成。1、供液系统 1）供液系统的结构和工作原理（1）结构 包括混砂泵、混砂罐、控制闸门及管线等，它的作用是把压裂液和砂子均匀混合后输送到压裂车上。（2）供液系统的工作原理 图5-11所示

33、为供液系统的工作原理图，储罐里的压裂液经控制闸门和管线进入到混砂罐内，混砂泵将混砂罐里的压裂液和砂子充分混合，然后打入压裂车的吸入管线。,50/64,图5-11 供液系统工作原理图1吸入管；2混砂泵；3砂泵；4流量计；5控制闸门；6混砂罐；7排出管,三、压裂酸化设备,51/64,三、压裂酸化设备,3.2 混砂车2、输砂系统 输砂系统的作用是根据混砂液对不同混砂比的要求，将砂子输送到混砂罐内，目前混砂车上采用的输砂方式有两种：螺旋输砂式和气力输砂式。1）螺旋输砂 主要由筒身和螺旋叶片组成。这种输砂方式比较可靠，有输砂量大、功率消耗小、对砂子温度的适应性强等优点，应用较广。2）气力输砂 利用高速空

34、气流输送砂子，它分吸气式、压气式和混合式三种。图5-12是吸气式输砂的工作原理图。,52/64,三、压裂酸化设备,3.2 混砂车2、输砂系统 由于鼓风机的抽吸作用使管道内产生一定的真空度，砂子随气流经吸嘴和吸入软管进入卸料器，流速降低，砂子便全部沉淀下来，而分离出来的空气由鼓风机排出口排出。,气力输砂比螺旋输砂结构简单、工作范围广、操作方便，只要一个人移动吸嘴和吸入软管，就可以从任何位置将砂子输送到混砂罐去。,图5-12 吸气式输砂工作原理图1鼓风机；2控制风门；3卸料器；4吸入软管；5吸嘴；6砂堆,53/64,三、压裂酸化设备,3.2 混砂车3、传动系统 混砂车的传动方式有机械传动和液压传动

35、两种，目前国产混砂车大部分采用机械传动。5.3.3 运砂车 运砂车的作用是运送砂子给混砂车，它和混砂车配套使用，主要由砂罐（或砂槽）和输砂装置组成。5.3.4 酸罐车 酸罐车主要用作酸化、压裂时运输、储存各种酸类。罐车上最主要的设备是储罐。5.3.5 管汇车 管汇车用来运送压裂时需要的各种高压管汇、普通连接管线和胶管等。5.3.6 仪表车 用来集中检测和控制压裂、酸化过程中使用的压裂车、混砂车、酸罐车等设备的工艺参数。仪表车包括计量和自动记录压力、流量、累积流量、水泥浆重度或混砂比等参数，并能进行自动控制。,54/64,三、压裂酸化设备,3.7 压裂、酸化其它地面设备1、井口装置 压裂酸化作业

36、要求井口装置耐高压，采油时使用的井口装置承受压力低，并且经过沙子的磨损和酸的腐蚀作用也会降低井口使用寿命，所以需专门适合压裂酸化的井口装置。井口装置连接地面压裂车组与井筒内的油套管柱，使压裂车泵出的液体通过井口沿井下管柱进入地层，因此，井口装置的承压能力影响泵注排量与地面压力。目前常用的有三种压裂井口，分别为CQ-350型压裂井口，该井口可承压34.3Mpa；CQ-600型压裂井口，该井口可承压58.8Mpa；CQ-1200型压裂井口，该井口可承压117.6Mpa。图5-13所示为CQ-600型压裂井口结构示意图。,图5-13 CQ-600型压裂井口结构图,55/64,三、压裂酸化设备,3.7

37、 压裂、酸化其它地面设备2、保护器 保护器装在总阀以上可进行压裂作业，安全可靠、操作方便，保护原有采油井口不受磨损、腐蚀，但比专门的压裂井口装置压力损失大一些。保护器的结构见图5-14。打开下行阀1，关闭收缩阀4和放空阀5，从下行阀注入高压油，伸缩杆受到压缩伸出保护器插入油管内，依靠伸缩杆头部的密封头密封油管，不依靠井口装置密封油管。当作业完毕，从收缩阀4内注入高压油，使伸缩杆收回，拆下保护器。,图5-14 保护器结构图1下行阀2活塞3伸缩杆4收缩阀5放空阀6连接法兰,保护器的密封结构,保护器的结构,56/64,三、压裂酸化设备,3.7 压裂、酸化其它地面设备3、球阀 是井下作业常用的阀门，结

38、构如图5-15所示。球阀具有耐高压、开关迅速、操作灵活等特点。,图5-15 球阀结构图1壳体；2阀体密封圈；3球形阀体；4阀体密封圈接头；5限位螺钉；6阀杆；7阀帽；8密封填料压盖；9密封填料座套,57/64,三、压裂酸化设备,3.7 压裂、酸化其它地面设备4、投球器 投球器是用于向井下投球憋压的工具，如图5-16所示。,图5-16 投球器结构图1投球器主管体；2储球室部分；3投球部分,58/64,三、压裂酸化设备,3.8 压裂、酸化井下设备1、喷砂器 在分层压裂过程中主要有以下作用：（1）通过喷砂器从油管向地层注入压裂酸化工作液和支撑剂等。（2）通过其喷嘴产生节流压差，以确保水力压差式封隔器

39、有足够的工作压差而密封。（3）在处理砂堵时，有时可以利用它反洗井而解堵，起到沟通反洗通道的作用。下面介绍三种压裂酸化时常用的喷砂器。1）KHT112型喷砂器K控制性工具的汉语拼音首字母，HT滑套的汉语拼音首字母，112表示最大外径尺寸，即滑套式喷砂器的最大外径是112mm。,59/64,三、压裂酸化设备,3.8 压裂、酸化井下设备1、喷砂器1）KHT112型喷砂器（1）结构（2）工作原理 先从油管内投入钢球,钢球坐于滑套上时，再从地面注入高压的压裂液，注入液体被钢球阻挡，压力不断升高向下压迫滑套，销钉被剪断，滑套下行，液体经中心管的孔眼进入阀座并作用在阀的下端面，推动阀压缩弹簧上行，阀打开，压

40、裂液进入油套管环形空间，然后进入地层。当停止注入高压液体后，阀在弹簧弹力作用下复位关闭,图5-17 KHT-112型喷砂器结构图 1上接头2调节环3弹簧4中心管5阀；6、7、12“O”型密封圈8护套9销钉10阀座11下接头13滑套14卡簧15导向头,60/64,三、压裂酸化设备,3.8 压裂、酸化井下设备1、喷砂器2）KDY114型喷砂器 工作原理：高压液体从油管进入喷砂器的上接头，通过滤网分成两路，一路由导压主体上的水槽经过下接头内腔进入喷砂器下面的油管内，为下面封隔器的坐封提供压力；另一路经过喷嘴节流后，液体压力降至油层压裂所需的压力，然后由衬套、导压主体的长方孔进入油套管环形空间，最后进

41、入地层。,图5-18 KDY-114型喷砂器结构图 1上部接头2滤网3喷嘴4、5“O”型密封圈6导压主体7衬套8下接头,61/64,三、压裂酸化设备,3.8 压裂、酸化井下设备1、喷砂器3）KHT116型喷砂器 结构如图5-19所示,工作原理：先从油管内投入喷嘴总成，喷嘴总成在重力的作用下坐于滑套上端，再从地面注入高压液体，液体被喷嘴总成阻挡，压力不断升高向下压迫喷嘴总成和滑套，喷砂器的剪钉被剪断，滑套下行，滑套长方孔与导压主体长方孔重合，同时喷嘴总成的剪钉也被剪断，堵头坐堵于导压主体下端内孔上，封死下通道，液体经滑套、导压主体的长方孔进入油套管环形空间，然后进入地层。,图5-19 KHT-1

42、16型喷砂器结构图1上接头；2滤网；3上连接套；4、9“O”型密封圈；5滑套；6导压主体；7销钉；8剪钉；10下接头,62/64,三、压裂酸化设备,3.8 压裂、酸化井下设备2、水力锚 水力锚在压裂施工中起固定管柱的作用，防止管柱轴向窜动影响压裂层位的准确性。KMZ114型水力锚结构如图5-20所示。工作原理：将水力锚连接到油管柱上，从油管内注入高压液体，液体流入水力锚锚体的中心孔中，克服压簧的弹力向外挤压锚爪，锚爪被推向套管壁并卡紧在套管内壁上，克服施工作业中产生的轴向推力，固定井下管柱的位置。当停止向油管内注入高压液体时，锚爪在压簧弹力作用下回位解卡。,图5-20 KMZ-114型水力锚结

43、构图1固定螺钉；2压簧；3“O”型密封圈；4锚爪；5扶正块；6扶正套；7锚体,63/64,三、压裂酸化设备,3.8 压裂、酸化井下设备3、水力防顶卡瓦 该工具的作用和水力锚基本相同主要用来防止井内管柱上顶，固定井内管柱的位置。在压裂施工中，将它连接在封隔器上部能克服管柱中封隔器被卡而失灵或其它原因造成的上顶力，防止油管柱向上移动造成施工事故。DG0551型水力防顶卡瓦，结构如图5-21所示。,图5-21 DG0551型水力防顶卡瓦结构图1上接头；2液缸套；3悬挂短节；4锥体控制套；5键；6悬挂接头；7剪钉；8中心管；9锥体；10卡瓦；11卡瓦座,64/64,三、压裂酸化设备,3.8 压裂、酸化

44、井下设备3、水力防顶卡瓦工作原理：水力防顶卡瓦与卡瓦式封隔器或支承卡瓦配套使用，接在封隔器的上部，先下放管柱，上接头、液缸套、悬挂短节和键一起下行，然后，从油管内注入高压液体，液体经悬挂接头的内孔进入锥体控制套内腔，向下推挤锥体控制套，锥体控制套上的剪钉剪断，锥体控制套与锥体在液体作用下下行撑开卡瓦，使卡瓦卡在套管内壁上，便可防止管柱受力上移。当需要解封时，上提管柱，则上接头、悬挂短节、锥体控制套和锥体一起上行，锥体退出卡瓦，卡瓦离开套管内壁，便可将管柱起出。,图5-21 DG0551型水力防顶卡瓦结构图1上接头；2液缸套；3悬挂短节；4锥体控制套；5键；6悬挂接头；7剪钉；8中心管；9锥体；10卡瓦；11卡瓦座,