井下作业常识之压裂

井下作业常识之压裂

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。

压裂设备及管柱

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Ф76mm，内径Ф60mm，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Ф22mm的堵球200个，电动旋转投球每分钟12圈，每圈投4个球。

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，记录压裂过程各种参数，控制其它压裂设备的中枢系统，又称作压裂指挥车。

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Ф62mm油管（外径φ73mm）；中深井和深井使用N80或P105的内径Ф62mm或Ф76mm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。水力锚：油管内憋压，在压力的作用下锚爪向外张开抓在套管壁上，锚定油管，防止井下工具轴向位移。当油管压力平衡后，锚爪在弹簧弹力作用下收回，解除锚定作用。2）分层压裂管柱

分层压裂管柱包括：

①双封卡单层：Ф73mm或Ф88.9mm外加厚油管+水力锚+封隔器+喷砂器+封隔器+丝堵。压裂之后可以用上提的方法压裂其它卡距相同层段。

②三封卡双层：Ф73mm或Ф88.9mm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。

③四封卡三层：Ф73mm或Ф88.9mm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。

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，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％。

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。