第3講-壓裂酸化設(shè)備

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(zhǎng)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)備壓裂設(shè)備由壓裂車、混砂車、運(yùn)砂車、儲(chǔ)罐車、管匯車、檢測(cè)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壓裂車壓裂車或壓裂機(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?，F(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所示為YLC-1050型壓裂車的外形圖。壓裂酸化設(shè)備4/641壓裂車1.2壓裂車的結(jié)構(gòu)圖5-7YLC－1050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(rùn)滑系統(tǒng)；8－壓裂泵；9－無聲鏈條箱壓裂酸化設(shè)備5/641壓裂車1.2壓裂車的結(jié)構(gòu)1）運(yùn)載部分

YLC－1050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(tái)或幾臺(tái)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6/641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Ⅰ

的結(jié)構(gòu)圖，泵頭Ⅰ的壓力范圍為44.1～102.9MPa，排量為735～317L/min。泵頭Ⅱ的壓力范圍為29.4～68.6Mpa；排量為1178～509L/min。壓裂酸化設(shè)備7/64圖5-8YLC－1050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(zhǎng)螺桿；27－泵身壓裂酸化設(shè)備8/64圖5-9YLC－1050型壓裂泵液力端（泵頭Ⅰ）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－泵頭壓裂酸化設(shè)備9/642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5-10HSC-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(tái)；22－固定架子壓裂酸化設(shè)備10/642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(chǔ)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12/642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(duì)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(duì)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13/642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(jiǎn)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14/642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酸罐車酸罐車主要用作酸化、壓裂時(shí)運(yùn)輸、儲(chǔ)存各種酸類。罐車上最主要的設(shè)備是儲(chǔ)罐。5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儀表車用來集中檢測(cè)和控制壓裂、酸化過程中使用的壓裂車、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15/647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34.3Mpa；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5-13CQ-600型壓裂井口結(jié)構(gòu)圖壓裂酸化設(shè)備16/647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17/647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18/647壓裂、酸化其它地面設(shè)備7.4投球器投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(chǔ)球室部分；3－投球部分壓裂酸化設(shè)備19/648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）KHT—112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，即滑套式噴砂器的最大外徑是Ф112mm。壓裂酸化設(shè)備20/648壓裂、酸化井下設(shè)備8.1噴砂器1）KHT—112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5-17KHT-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—滑套14—卡簧15—導(dǎo)向頭壓裂酸化設(shè)備21/648壓裂、酸化井下設(shè)備8.1噴砂器2）KDY—114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(zhǎng)方孔進(jìn)入油套管環(huán)形空間，最后進(jìn)入地層。圖5-18KDY-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22/648壓裂、酸化井下設(shè)備8.1噴砂器3）KHT—116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(zhǎng)方孔與導(dǎo)壓主體長(zhǎng)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(zhǎng)方孔進(jìn)入油套管環(huán)形空間，然后進(jìn)入地層。圖5-19KHT-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23/648壓裂、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。KMZ—114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5-20KMZ-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24/648壓裂、酸化井下設(shè)備