第3讲-压裂酸化设备

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3/641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。压裂酸化设备4/641压裂车1.2压裂车的结构图5-7YLC－1050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5/641压裂车1.2压裂车的结构1）运载部分

YLC－1050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6/641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Ⅰ

的结构图，泵头Ⅰ的压力范围为44.1～102.9MPa，排量为735～317L/min。泵头Ⅱ的压力范围为29.4～68.6Mpa；排量为1178～509L/min。压裂酸化设备7/64图5-8YLC－1050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8/64图5-9YLC－1050型压裂泵液力端（泵头Ⅰ）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－泵头压裂酸化设备9/642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5-10HSC-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10/642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11/64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－排出管压裂酸化设备12/642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13/642混砂车2.2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－砂堆压裂酸化设备14/642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。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15/647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5-13CQ-600型压裂井口结构图压裂酸化设备16/647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17/647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18/647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19/648压裂、酸化井下设备8.1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）KHT—112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Ф112mm。压裂酸化设备20/648压裂、酸化井下设备8.1喷砂器1）KHT—112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5-17KHT-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21/648压裂、酸化井下设备8.1喷砂器2）KDY—114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，最后进入地层。图5-18KDY-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22/648压裂、酸化井下设备8.1喷砂器3）KHT—116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5-19KHT-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23/648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位的准确性。KMZ—114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5-20KMZ-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24/648压裂、酸化井下设备