第3讲_压裂酸化设备

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 压裂酸化设备压裂酸化设备 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。 1 1

2、 压裂车压裂车 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。 1.1 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 3/64 1 1 压裂车压裂车 1.2 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5

3、52KW，最大工作压力为103Mpa。图5-7所 示为YLC-1050型压裂车的外形图。 压裂酸化设备压裂酸化设备 4/64 1 1 压裂车压裂车 1. 2 压裂车的结构 图5-7 YLC1050型压裂车外形图 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 压裂酸化设备压裂酸化设备 5/64 1 1 压裂车压裂车 1.2 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，越野性较好。 2）动力装置 动力装置是压裂泵的动力来源，由

4、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。 压裂酸化设备压裂酸化设备 6/64 1 1 压裂车压裂车 1.2 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735 317

5、L/min。泵头的压力范围为29.468.6Mpa；排量为 1178509L/min。 压裂酸化设备压裂酸化设备 7/64 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 压裂酸化设备压裂酸化设备 8/64 图5-9 YLC1050型压裂泵液力端（泵头）结构图 1柱塞；2“X”型密封

6、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 9/64 2 2 混砂车混砂车 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-35L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

7、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 10/64 2 2 混砂车混砂车 混砂车主要由供液系统、输砂系统和传动系统三部分组成。 2.1 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。 压裂酸化设备压裂酸化设备 11/64 图5-11 供液系统工作原理图 1吸入

8、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 12/64 2 2 混砂车混砂车 2.2 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。 压裂酸化设备压裂酸化设备 13/64 2 2 混砂车混砂车 2.2 输砂系统 由于鼓风

9、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 14/64 2 2 混砂车混砂车 2.3 传动系统 混砂车的传动方式有机械传动和液压传动两种，目前国产混砂车大 部分采用机械传动。 3 3 运砂车运砂车 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

10、要由 砂罐（或砂槽）和输砂装置组成。 4 4 酸罐车酸罐车 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 5 管汇车管汇车 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。 6 6 仪表车仪表车 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。 压裂酸化设备压裂酸化设备 15/64 7 7 压裂、酸化其它地面设备压裂、酸化其它地面设备 7.1 井口装置 压裂酸化作业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

11、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 16/64 7 7 压裂、酸化其它地面设备

12、压裂、酸化其它地面设备 7.2 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 压裂酸化设备压裂酸化设备 17/64 7 7 压裂、酸化其它地面设备

13、压裂、酸化其它地面设备 7.3 球阀 是井下作业常用的阀门，结构如图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 压裂酸化设备压裂酸化设备 18/64 7 7 压裂、酸化其它地面设备压裂、酸化其它地面设备 7.4 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 压裂酸化设备压裂酸化设备 19/64 8 8 压裂、酸化井下设备压裂、酸化井下设备 8.1 喷砂器 在分

14、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。 压裂酸化设备压裂酸化设备 20/64 8 8 压裂、酸化井下设备压裂、酸化井下设备 8.1 喷砂器 1）KHT112型喷砂器 （1）结构 （2）工作原理 先从油管

15、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 21/64 8 8 压裂、酸化井下设备压裂、酸化井下设备 8.1 喷砂器 2）KDY114型喷砂器 工作原

16、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 22/64 8 8 压裂、酸化井下设备压裂、酸化井下设备 8.1 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

17、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-116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 压裂酸化设备压裂酸化设备 23/64 8 8 压裂、酸化井下设备压裂、酸化井下设备 8.2 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

18、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 压裂酸化设备压裂酸化设备 24/64 8 8 压裂、酸化井下设备压裂、酸化井下设备 8.3 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 压裂酸化设备压裂酸化设备 25/64 8 8 压裂、酸化井下设备压裂、酸化井下设备 8.3 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