第3講-壓裂酸化設備

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，當此壓力超過井壁附近地層應力及巖石的抗張強度后，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措施。2/64壓裂酸化設備壓裂設備由壓裂車、混砂車、運砂車、儲罐車、管匯車、檢測和控制設備及地面和井下工具等組成，酸化設備還配備酸罐車。

1壓裂車壓裂車或壓裂機泵組的主要作用是向井內注入高壓大排量的壓裂液。1.1壓裂車的性能壓裂車應滿足以下幾方面的要求：1）壓裂車必須具有較好的適應性能。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壓裂車的結構壓裂車或壓裂機泵組一般分為車裝式和橇裝式兩大類。車裝壓裂機泵組通常叫做壓裂車。橇裝式壓裂機泵組專供交通不便的地區和海上作業中使用，設備和壓裂車完全一樣。現以YLC-1050型壓裂車為例，說明壓裂車的結構。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。壓裂酸化設備4/641壓裂車1.2壓裂車的結構圖5-7YLC－1050型壓裂車外形圖1－奔馳汽車；2－構架系統；3－卡特匹勒3508TA型柴油機；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；8－壓裂泵；9－無聲鏈條箱壓裂酸化設備5/641壓裂車1.2壓裂車的結構1）運載部分

YLC－1050型壓裂車的運載部分主要是汽車，由奔馳型卡車底盤組成，載重量，越野性較好。2）動力裝置動力裝置是壓裂泵的動力來源，由于運載汽車的發動機功率滿足不了壓裂泵功率的要求，在現代壓裂車上大部分另裝一臺或幾臺發動機做動力。YLC-1050型的動力裝置是卡特匹勒柴油機。3）傳動系統壓裂車上動力裝置發出的動力由傳動系統送至壓裂泵。壓裂酸化設備6/641壓裂車1.2壓裂車的結構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，由動力端和液力端兩部分組成，動力端可以分別和兩種液力端組成一個整體。動力端如圖5-8所示。液力端有兩種，可按油田壓裂施工工藝進行選擇。如圖5-9所示是泵頭Ⅰ

的結構圖，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。壓裂酸化設備7/64圖5-8YLC－1050型壓裂泵動力端結構圖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－泵身壓裂酸化設備8/64圖5-9YLC－1050型壓裂泵液力端（泵頭Ⅰ）結構圖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－泵頭壓裂酸化設備9/642混砂車目前，我國各油田使用的混砂車有機械絞龍式混砂車，如圖5-10所示，風吸式混砂車。

圖5-10HSC-35L型雙筒螺旋機械絞龍式混砂車示意圖1－汽油機；2－變速箱3－傳動鏈條4－螺旋齒輪箱；5－傳動箱；6－立式傳動軸；7－花鍵套；8－輸砂器；9－縱向送進機構；10－進砂斗；11－汽車分動箱；12－傳動軸；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－進油管子；20－離心泵排出管；21－平臺；22－固定架子壓裂酸化設備10/642混砂車混砂車主要由供液系統、輸砂系統和傳動系統三部分組成。2.1供液系統1）供液系統的結構和工作原理（1）結構包括混砂泵、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）供液系統的工作原理圖5-11所示為供液系統的工作原理圖，儲罐里的壓裂液經控制閘門和管線進入到混砂罐內，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。壓裂酸化設備11/64圖5-11供液系統工作原理圖1－吸入管；2－混砂泵；3－砂泵；4－流量計；5－控制閘門；6－混砂罐；7－排出管壓裂酸化設備12/642混砂車2.2輸砂系統輸砂系統的作用是根據混砂液對不同混砂比的要求，將砂子輸送到混砂罐內，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、對砂子溫度的適應性強等優點，應用較廣。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。壓裂酸化設備13/642混砂車2.2輸砂系統由于鼓風機的抽吸作用使管道內產生一定的真空度，砂子隨氣流經吸嘴和吸入軟管進入卸料器，流速降低，砂子便全部沉淀下來，而分離出來的空氣由鼓風機排出口排出。

氣力輸砂比螺旋輸砂結構簡單、工作范圍廣、操作方便，只要一個人移動吸嘴和吸入軟管，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－鼓風機；2－控制風門；3－卸料器；4－吸入軟管；5－吸嘴；6－砂堆壓裂酸化設備14/642混砂車2.3傳動系統混砂車的傳動方式有機械傳動和液壓傳動兩種，目前國產混砂車大部分采用機械傳動。3運砂車運砂車的作用是運送砂子給混砂車，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、壓裂時運輸、儲存各種酸類。罐車上最主要的設備是儲罐。5管匯車管匯車用來運送壓裂時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和控制壓裂、酸化過程中使用的壓裂車、混砂車、酸罐車等設備的工藝參數。儀表車包括計量和自動記錄壓力、流量、累積流量、水泥漿重度或混砂比等參數，并能進行自動控制。壓裂酸化設備15/647壓裂、酸化其它地面設備7.1井口裝置

壓裂酸化作業要求井口裝置耐高壓，采油時使用的井口裝置承受壓力低，并且經過沙子的磨損和酸的腐蝕作用也會降低井口使用壽命，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的油套管柱，使壓裂車泵出的液體通過井口沿井下管柱進入地層，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型壓裂井口結構示意圖。圖5-13CQ-600型壓裂井口結構圖壓裂酸化設備16/647壓裂、酸化其它地面設備7.2保護器

保護器裝在總閥以上可進行壓裂作業，安全可靠、操作方便，保護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。保護器的結構見圖5-14。打開下行閥1，關閉收縮閥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器插入油管內，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。當作業完畢，從收縮閥4內注入高壓油，使伸縮桿收回，拆下保護器。圖5-14保護器結構圖1－下行閥2－活塞3－伸縮桿4－收縮閥5－放空閥6－連接法蘭保護器的密封結構保護器的結構壓裂酸化設備17/647壓裂、酸化其它地面設備7.3球閥是井下作業常用的閥門，結構如圖5-15所示。球閥具有耐高壓、開關迅速、操作靈活等特點。圖5-15球閥結構圖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備18/647壓裂、酸化其它地面設備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投球器結構圖1－投球器主管體；2－儲球室部分；3－投球部分壓裂酸化設備19/648壓裂、酸化井下設備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）通過其噴嘴產生節流壓差，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，有時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。壓裂酸化設備20/648壓裂、酸化井下設備8.1噴砂器1）KHT—112型噴砂器（1）結構（2）工作原理先從油管內投入鋼球,鋼球坐于滑套上時，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，液體經中心管的孔眼進入閥座并作用在閥的下端面，推動閥壓縮彈簧上行，閥打開，壓裂液進入油套管環形空間，然后進入地層。當停止注入高壓液體后，閥在彈簧彈力作用下復位關閉圖5-17KHT-112型噴砂器結構圖

1—上接頭2—調節環3—彈簧4—中心管5—閥；6、7、12—“O”型密封圈8—護套9—銷釘10—閥座11—下接頭13—滑套14—卡簧15—導向頭壓裂酸化設備21/648壓裂、酸化井下設備8.1噴砂器2）KDY—114型噴砂器工作原理：高壓液體從油管進入噴砂器的上接頭，通過濾網分成兩路，一路由導壓主體上的水槽經過下接頭內腔進入噴砂器下面的油管內，為下面封隔器的坐封提供壓力；另一路經過噴嘴節流后，液體壓力降至油層壓裂所需的壓力，然后由襯套、導壓主體的長方孔進入油套管環形空間，最后進入地層。圖5-18KDY-114型噴砂器結構圖

1—上部接頭2—濾網3—噴嘴4、5—“O”型密封圈6—導壓主體7—襯套8—下接頭

壓裂酸化設備22/648壓裂、酸化井下設備8.1噴砂器3）KHT—116型噴砂器結構如圖5-19所示,工作原理：先從油管內投入噴嘴總成，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，滑套長方孔與導壓主體長方孔重合，同時噴嘴總成的剪釘也被剪斷，堵頭坐堵于導壓主體下端內孔上，封死下通道，液體經滑套、導壓主體的長方孔進入油套管環形空間，然后進入地層。圖5-19KHT-116型噴砂器結構圖1－上接頭；2－濾網；3－上連接套；4、9－“O”型密封圈；5－滑套；6－導壓主體；7－銷釘；8－剪釘；10－下接頭壓裂酸化設備23/648壓裂、酸化井下設備8.2水力錨水力錨在壓裂施工中起固定管柱的作用，防止管柱軸向竄動影響壓裂層位的準確性。KMZ—114型水力錨結構如圖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壁上，克服施工作業中產生的軸向推力，固定井下管柱的位置。當停止向油管內注入高壓液體時，錨爪在壓簧彈力作用下回位解卡。圖5-20KMZ-114型水力錨結構圖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—錨體壓裂酸化設備24/648壓裂、酸化井下設備