第3講_壓裂酸化設(shè)備

1、1/64 壓裂過程是人們利用地面高壓泵組，將高粘度液體即壓裂液以大大超過地層吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起高壓，當(dāng)此壓力超過井壁附近地層應(yīng)力及巖石的抗張強(qiáng)度后，將地層壓出裂縫，并把支撐劑注入裂縫中，在地層中形成足夠長度、寬度和高度的填砂裂縫，這些裂縫具有很高的滲透能力，大大地改善了油氣層的滲透性，起到增產(chǎn)增注作用。 酸化過程則是向井底注入酸液，溶解井底堵塞或一部分地層巖石顆粒，從而提高油層滲透率的一種增產(chǎn)措施。 2/64壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備 壓裂設(shè)備由壓裂車、混砂車、運(yùn)砂車、儲罐車、管匯車、檢測和控制設(shè)備及地面和井下工具等組成，酸化設(shè)備還配備酸罐車。 1 1 壓裂車壓裂車 壓裂車或

2、壓裂機(jī)泵組的主要作用是向井內(nèi)注入高壓大排量的壓裂液。1.1 壓裂車的性能 壓裂車應(yīng)滿足以下幾方面的要求：1）壓裂車必須具有較好的適應(yīng)性能。2）壓裂車的工作性能必須可靠。3）壓裂泵的柱塞、缸套、閥和閥座以及泵頭等零件具有較好的耐磨性和耐腐蝕性。4）壓裂車要求具有較好的越野性3/641 1 壓裂車壓裂車1.2 壓裂車的結(jié)構(gòu) 壓裂車或壓裂機(jī)泵組一般分為車裝式和橇裝式兩大類。車裝壓裂機(jī)泵組通常叫做壓裂車。橇裝式壓裂機(jī)泵組專供交通不便的地區(qū)和海上作業(yè)中使用，設(shè)備和壓裂車完全一樣。 現(xiàn)以YLC-1050型壓裂車為例，說明壓裂車的結(jié)構(gòu)。它的額定輸出水功率為552KW，最大工作壓力為103Mpa。圖5-7所示

3、為YLC-1050型壓裂車的外形圖。壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備4/641 1 壓裂車壓裂車1. 2 壓裂車的結(jié)構(gòu)圖5-7 YLC1050型壓裂車外形圖1奔馳汽車；2構(gòu)架系統(tǒng)；3卡特匹勒3508TA型柴油機(jī)；4電器儀表箱；5高壓管線；6阿里森DP8962型變速器；7壓裂泵冷卻潤滑系統(tǒng)；8壓裂泵；9無聲鏈條箱壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備5/641 1 壓裂車壓裂車1.2 壓裂車的結(jié)構(gòu)1）運(yùn)載部分 YLC1050型壓裂車的運(yùn)載部分主要是汽車，由奔馳型卡車底盤組成，載重量，越野性較好。2）動(dòng)力裝置 動(dòng)力裝置是壓裂泵的動(dòng)力來源，由于運(yùn)載汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率滿足不了壓裂泵功率的要求，在現(xiàn)代壓裂車上大部分另裝一臺或幾

4、臺發(fā)動(dòng)機(jī)做動(dòng)力。YLC-1050型的動(dòng)力裝置是卡特匹勒柴油機(jī)。3）傳動(dòng)系統(tǒng) 壓裂車上動(dòng)力裝置發(fā)出的動(dòng)力由傳動(dòng)系統(tǒng)送至壓裂泵。壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備6/641 1 壓裂車壓裂車1.2 壓裂車的結(jié)構(gòu)4）壓裂泵 YLC-1050型壓裂車的壓裂泵是臥式三缸單作用柱塞泵，由動(dòng)力端和液力端兩部分組成，動(dòng)力端可以分別和兩種液力端組成一個(gè)整體。動(dòng)力端如圖5-8所示。液力端有兩種，可按油田壓裂施工工藝進(jìn)行選擇。如圖5-9所示是泵頭 的結(jié)構(gòu)圖，泵頭的壓力范圍為44.1102.9MPa ，排量為735317L/min。泵頭的壓力范圍為29.468.6Mpa；排量為1178509L/min。壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備

5、7/64圖5-8 YLC1050型壓裂泵動(dòng)力端結(jié)構(gòu)圖1泵蓋；2壓板；3軸承蓋；4軸承；5連桿蓋；6連桿瓦；7偏心輪；8連桿；9滑套；10橫銷銅套；11橫銷；12油封盒；13油封；14十字頭；15橡膠板；16大齒輪；17軸承；18“O”型圈；19銅套；20主軸；21小齒輪；22軸承箱；23油封；24軸承；25小齒輪軸；26長螺桿；27泵身壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備8/64圖5-9 YLC1050型壓裂泵液力端（泵頭）結(jié)構(gòu)圖1柱塞；2“X”型密封圈；3、8、14、18“O”型密封圈；4、6間隔圈；5柱塞襯套；7盤根擋圈；9擋圈；10閥橡皮；11傳感器蓋；12閥彈簧；13閥座；15閥體；16螺蓋；17

6、泵頭壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備9/642 2 混砂車混砂車 目前，我國各油田使用的混砂車有機(jī)械絞龍式混砂車，如圖5-10所示，風(fēng)吸式混砂車。 圖5-10 HSC-35L型雙筒螺旋機(jī)械絞龍式混砂車示意圖1汽油機(jī)；2變速箱3傳動(dòng)鏈條4螺旋齒輪箱；5傳動(dòng)箱；6立式傳動(dòng)軸；7花鍵套；8輸砂器；9縱向送進(jìn)機(jī)構(gòu)；10進(jìn)砂斗；11汽車分動(dòng)箱；12傳動(dòng)軸；13中心軸承；14靠背輪；15混砂離心泵；16混砂罐；17出砂筒；18輸砂器水平固定架；19進(jìn)油管子；20離心泵排出管；21平臺；22固定架子壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備10/642 2 混砂車混砂車混砂車主要由供液系統(tǒng)、輸砂系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)三部分組成。2.1 供液

7、系統(tǒng) 1）供液系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）結(jié)構(gòu) 包括混砂泵、混砂罐、控制閘門及管線等，它的作用是把壓裂液和砂子均勻混合后輸送到壓裂車上。（2）供液系統(tǒng)的工作原理 圖5-11所示為供液系統(tǒng)的工作原理圖，儲罐里的壓裂液經(jīng)控制閘門和管線進(jìn)入到混砂罐內(nèi)，混砂泵將混砂罐里的壓裂液和砂子充分混合，然后打入壓裂車的吸入管線。 壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備11/64圖5-11 供液系統(tǒng)工作原理圖1吸入管；2混砂泵；3砂泵；4流量計(jì)；5控制閘門；6混砂罐；7排出管壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備12/642 2 混砂車混砂車2.2 輸砂系統(tǒng) 輸砂系統(tǒng)的作用是根據(jù)混砂液對不同混砂比的要求，將砂子輸送到混砂罐內(nèi)，目前混砂車上采用

8、的輸砂方式有兩種：螺旋輸砂式和氣力輸砂式。1）螺旋輸砂 主要由筒身和螺旋葉片組成。這種輸砂方式比較可靠，有輸砂量大、功率消耗小、對砂子溫度的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較廣。2）氣力輸砂 利用高速空氣流輸送砂子，它分吸氣式、壓氣式和混合式三種。圖5-12是吸氣式輸砂的工作原理圖。壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備13/642 2 混砂車混砂車2.2 輸砂系統(tǒng) 由于鼓風(fēng)機(jī)的抽吸作用使管道內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，砂子隨氣流經(jīng)吸嘴和吸入軟管進(jìn)入卸料器，流速降低，砂子便全部沉淀下來，而分離出來的空氣由鼓風(fēng)機(jī)排出口排出。 氣力輸砂比螺旋輸砂結(jié)構(gòu)簡單、工作范圍廣、操作方便，只要一個(gè)人移動(dòng)吸嘴和吸入軟管，就可以從任何位置將砂子輸

9、送到混砂罐去。圖5-12 吸氣式輸砂工作原理圖1鼓風(fēng)機(jī)；2控制風(fēng)門；3卸料器；4吸入軟管；5吸嘴；6砂堆壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備14/642 2 混砂車混砂車2.3 傳動(dòng)系統(tǒng) 混砂車的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種，目前國產(chǎn)混砂車大部分采用機(jī)械傳動(dòng)。 3 3 運(yùn)砂車運(yùn)砂車 運(yùn)砂車的作用是運(yùn)送砂子給混砂車，它和混砂車配套使用，主要由砂罐（或砂槽）和輸砂裝置組成。4 4 酸罐車酸罐車 酸罐車主要用作酸化、壓裂時(shí)運(yùn)輸、儲存各種酸類。罐車上最主要的設(shè)備是儲罐。5 5 管匯車管匯車 管匯車用來運(yùn)送壓裂時(shí)需要的各種高壓管匯、普通連接管線和膠管等。6 6 儀表車儀表車 用來集中檢測和控制壓裂、酸化過程中使

10、用的壓裂車、混砂車、酸罐車等設(shè)備的工藝參數(shù)。儀表車包括計(jì)量和自動(dòng)記錄壓力、流量、累積流量、水泥漿重度或混砂比等參數(shù)，并能進(jìn)行自動(dòng)控制。壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備15/647 7 壓裂、酸化其它地面設(shè)備壓裂、酸化其它地面設(shè)備7.1 井口裝置 壓裂酸化作業(yè)要求井口裝置耐高壓，采油時(shí)使用的井口裝置承受壓力低，并且經(jīng)過沙子的磨損和酸的腐蝕作用也會(huì)降低井口使用壽命，所以需專門適合壓裂酸化的井口裝置。井口裝置連接地面壓裂車組與井筒內(nèi)的油套管柱，使壓裂車泵出的液體通過井口沿井下管柱進(jìn)入地層，因此，井口裝置的承壓能力影響泵注排量與地面壓力。 目前常用的有三種壓裂井口，分別為CQ-350型壓裂井口，該井口可承壓3

11、4.3Mpa；CQ-600型壓裂井口，該井口可承壓58.8Mpa；CQ-1200型壓裂井口，該井口可承壓117.6Mpa。圖5-13所示為CQ-600型壓裂井口結(jié)構(gòu)示意圖。圖5-13 CQ-600型壓裂井口結(jié)構(gòu)圖壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備16/647 7 壓裂、酸化其它地面設(shè)備壓裂、酸化其它地面設(shè)備7.2 保護(hù)器 保護(hù)器裝在總閥以上可進(jìn)行壓裂作業(yè)，安全可靠、操作方便，保護(hù)原有采油井口不受磨損、腐蝕，但比專門的壓裂井口裝置壓力損失大一些。保護(hù)器的結(jié)構(gòu)見圖5-14。 打開下行閥1，關(guān)閉收縮閥4和放空閥5，從下行閥注入高壓油，伸縮桿受到壓縮伸出保護(hù)器插入油管內(nèi)，依靠伸縮桿頭部的密封頭密封油管，不依靠井

12、口裝置密封油管。當(dāng)作業(yè)完畢，從收縮閥4內(nèi)注入高壓油，使伸縮桿收回，拆下保護(hù)器。圖5-14 保護(hù)器結(jié)構(gòu)圖1下行閥2活塞3伸縮桿4收縮閥5放空閥6連接法蘭保護(hù)器的密封結(jié)構(gòu)保護(hù)器的結(jié)構(gòu)壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備17/647 7 壓裂、酸化其它地面設(shè)備壓裂、酸化其它地面設(shè)備7.3 球閥 是井下作業(yè)常用的閥門，結(jié)構(gòu)如圖5-15所示。球閥具有耐高壓、開關(guān)迅速、操作靈活等特點(diǎn)。圖5-15 球閥結(jié)構(gòu)圖1殼體；2閥體密封圈；3球形閥體；4閥體密封圈接頭；5限位螺釘；6閥桿；7閥帽；8密封填料壓蓋；9密封填料座套壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備18/647 7 壓裂、酸化其它地面設(shè)備壓裂、酸化其它地面設(shè)備7.4 投球器 投

13、球器是用于向井下投球憋壓的工具，如圖5-16所示。圖5-16 投球器結(jié)構(gòu)圖1投球器主管體；2儲球室部分；3投球部分壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備19/648 8 壓裂、酸化井下設(shè)備壓裂、酸化井下設(shè)備8.1 噴砂器 在分層壓裂過程中主要有以下作用：（1）通過噴砂器從油管向地層注入壓裂酸化工作液和支撐劑等。（2）通過其噴嘴產(chǎn)生節(jié)流壓差，以確保水力壓差式封隔器有足夠的工作壓差而密封。（3）在處理砂堵時(shí)，有時(shí)可以利用它反洗井而解堵，起到溝通反洗通道的作用。下面介紹三種壓裂酸化時(shí)常用的噴砂器。1）KHT112型噴砂器K控制性工具的漢語拼音首字母，HT滑套的漢語拼音首字母，112表示最大外徑尺寸，即滑套式噴砂器

14、的最大外徑是112mm。壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備20/648 8 壓裂、酸化井下設(shè)備壓裂、酸化井下設(shè)備8.1 噴砂器1）KHT112型噴砂器（1）結(jié)構(gòu)（2）工作原理 先從油管內(nèi)投入鋼球,鋼球坐于滑套上時(shí)，再從地面注入高壓的壓裂液，注入液體被鋼球阻擋，壓力不斷升高向下壓迫滑套，銷釘被剪斷，滑套下行，液體經(jīng)中心管的孔眼進(jìn)入閥座并作用在閥的下端面，推動(dòng)閥壓縮彈簧上行，閥打開，壓裂液進(jìn)入油套管環(huán)形空間，然后進(jìn)入地層。當(dāng)停止注入高壓液體后，閥在彈簧彈力作用下復(fù)位關(guān)閉圖5-17 KHT-112型噴砂器結(jié)構(gòu)圖 1上接頭2調(diào)節(jié)環(huán)3彈簧4中心管5閥；6、7、12“O”型密封圈8護(hù)套9銷釘10閥座11下接頭13滑

15、套14卡簧15導(dǎo)向頭壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備21/648 8 壓裂、酸化井下設(shè)備壓裂、酸化井下設(shè)備8.1 噴砂器2）KDY114型噴砂器 工作原理：高壓液體從油管進(jìn)入噴砂器的上接頭，通過濾網(wǎng)分成兩路，一路由導(dǎo)壓主體上的水槽經(jīng)過下接頭內(nèi)腔進(jìn)入噴砂器下面的油管內(nèi)，為下面封隔器的坐封提供壓力；另一路經(jīng)過噴嘴節(jié)流后，液體壓力降至油層壓裂所需的壓力，然后由襯套、導(dǎo)壓主體的長方孔進(jìn)入油套管環(huán)形空間，最后進(jìn)入地層。圖5-18 KDY-114型噴砂器結(jié)構(gòu)圖 1上部接頭2濾網(wǎng)3噴嘴4、5“O”型密封圈6導(dǎo)壓主體7襯套8下接頭 壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備22/648 8 壓裂、酸化井下設(shè)備壓裂、酸化井下設(shè)備8.1

16、噴砂器3）KHT116型噴砂器 結(jié)構(gòu)如圖5-19所示,工作原理：先從油管內(nèi)投入噴嘴總成，噴嘴總成在重力的作用下坐于滑套上端，再從地面注入高壓液體，液體被噴嘴總成阻擋，壓力不斷升高向下壓迫噴嘴總成和滑套，噴砂器的剪釘被剪斷，滑套下行，滑套長方孔與導(dǎo)壓主體長方孔重合，同時(shí)噴嘴總成的剪釘也被剪斷，堵頭坐堵于導(dǎo)壓主體下端內(nèi)孔上，封死下通道，液體經(jīng)滑套、導(dǎo)壓主體的長方孔進(jìn)入油套管環(huán)形空間，然后進(jìn)入地層。圖5-19 KHT-116型噴砂器結(jié)構(gòu)圖1上接頭；2濾網(wǎng)；3上連接套；4、9“O”型密封圈；5滑套；6導(dǎo)壓主體；7銷釘；8剪釘；10下接頭壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備23/648 8 壓裂、酸化井下設(shè)備壓裂、

17、酸化井下設(shè)備8.2 水力錨 水力錨在壓裂施工中起固定管柱的作用，防止管柱軸向竄動(dòng)影響壓裂層位的準(zhǔn)確性。KMZ114型水力錨結(jié)構(gòu)如圖5-20所示。 工作原理：將水力錨連接到油管柱上，從油管內(nèi)注入高壓液體，液體流入水力錨錨體的中心孔中，克服壓簧的彈力向外擠壓錨爪，錨爪被推向套管壁并卡緊在套管內(nèi)壁上，克服施工作業(yè)中產(chǎn)生的軸向推力，固定井下管柱的位置。當(dāng)停止向油管內(nèi)注入高壓液體時(shí)，錨爪在壓簧彈力作用下回位解卡。圖5-20 KMZ-114型水力錨結(jié)構(gòu)圖1固定螺釘；2壓簧；3“O”型密封圈；4錨爪；5扶正塊；6扶正套；7錨體壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備24/648 8 壓裂、酸化井下設(shè)備壓裂、酸化井下設(shè)備8.3 水力防頂卡瓦 該工具的作用和水力錨基本相同主要用來防止井內(nèi)管柱上頂，固定井內(nèi)管柱的位置。在壓裂施工中，將它連接在封隔器上部能克服管柱中封隔器被卡而失靈或其它原因造成的上頂力，防止油管柱向上移動(dòng)造成施工事故。DG0551型水力防頂卡瓦，結(jié)構(gòu)如圖5-21所示。圖5-21 DG0551型水力防頂卡瓦結(jié)構(gòu)圖1上接頭；2液缸套；3懸掛短節(jié)；4錐體控制套；5鍵；6懸掛接頭；7剪釘；8中心管；9錐體；10卡瓦；11卡瓦座壓裂酸化設(shè)備壓裂酸化設(shè)備25/648 8 壓裂、酸化井下設(shè)備壓裂、酸化井下設(shè)備8.3 水力防頂卡瓦 工作原理： 水力防頂卡瓦與卡瓦式封隔器或支承卡瓦配套使用