气田水平井水力喷射工具压裂技术教案

气田水平井水力喷射工具压裂技术服务规范二零一四年十月目录前言 (3)一、压裂设备 (5)二、压裂工具 (7)三、压裂施工基本程序 (9)四、压裂液原理 (10)五、压裂的基础知识 (11)六、常规压裂 (18)七、限流法与投球法压裂 (19)前言近30年来，水力压裂技术得到快速发展，取得了众多科研成果，形成适用于不同温度条件的压裂液体系、适合不同闭合压力条件的支撑剂系列，研制出高性能的施工设备，创建了新的设计模型和分析、诊断方法，使压裂工艺技术日趋完善，现已成为油气田开发过程中不可缺少的一项工艺技术。

1、压裂用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。

2、压裂的作用①穿透近井地带的伤害区，使井恢复其自然产能。

（解除近井地层的伤害）②在地层中延伸有导流的通道，使产量超过自然水平。

（增加地层向井筒供油面）③改变地层中的液体流动。

（油藏管理手段）3、压裂的种类(根据造缝介质不同)①高能气体压裂利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。

②干法压裂利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。

其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。

适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。

③水力压裂水力压裂就是利用地面压裂车组将一定粘度的液体以足够高的压力和足够大的排量沿井筒注入井中。

由于注入速度远远大于油气层的吸收速度，所以多余的液体在井底憋起高压，当压力超过岩石抗张强度后，油气层就会开始破裂形成裂缝。

当裂缝延伸一段时间后，继续注入携带有支撑剂的混砂液扩展延伸裂缝，并使之充填支撑剂。

施工完成后,由于支撑剂的支撑作用，裂缝闭合在支撑剂上，因此即可在油气层中形成一条具有足够长度、宽度和高度的填砂裂缝。

此裂缝具有很高的渗滤能力，并且扩大了油气水的渗滤面积，从而达到增产增注的目的。

水力压裂过程：蹩压-----造缝------（裂缝延伸和充填支撑剂）------裂缝闭合除特殊情况外，压裂施工程序大都相同，一般分为以下七道工序： ①循环：循环路线是储液罐—混砂车—压裂泵—高压管汇—排液池（或储液罐）,目的是检查压裂泵上水情况以及管线连接情况 ②试压：关井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣、由壬等憋压检验，目的是检查管线承压情况。

③预压：试压合格后，打开总闸门，用1～2台压裂车将压裂液挤入施工层，直到压力稳定为止。

目的是检查井下管柱及井下工具是否正常，掌握油层的吸水能力。

④压裂：在试挤压力与排量稳定后，同时启动全部车辆向井内高速注入压裂液，使井底压力迅速升高，当井底压力超过地层破裂压力时，地层就会形成裂缝。

⑤加支撑剂：当地层已被压开裂缝，待压力、排量稳定后即可加支撑剂。

⑥顶替：设计加砂量全部加完后，就立即泵入顶替液，把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去，防止余砂沉积井底形成砂卡。

顶替液不可过量，一般替挤量为地面管线和井筒容积。

⑦反洗或活动管柱：顶替后应立即反洗井或活动管柱，防止余砂残存在井筒封隔器卡距之内，造成砂卡。

活动管柱可加速封隔器胶筒回收。

1、随着液体的泵入地层破裂，裂缝开始形成。

2、随着前置液的泵入裂缝延伸。

3、低砂比的支撑剂开始进入水力裂缝。

4、支撑剂进一步进入水力裂缝。

5、支撑剂持续进入裂缝，有可能到达裂缝端部液体持续滤失进入地层。

6、泵注结束，液体滤失进入地层。

7、裂缝闭合在支撑剂上，形成一条高导流通道。

一、压裂设备1.压裂车压裂车是压裂的主要设备，它的作用是向井内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，把支撑剂挤入裂缝。

压裂车主要由运载、动力、传动、泵体等四大件组成。

压裂泵是压裂车的工作主机。

现场施工对压裂车的技术性能要求很高，压裂车必须具有压力高、排量大、耐腐蚀、抗磨损性强等特点。

2.混砂车混砂车的作用是按一定的比例和程序混砂，并把混砂液供给压裂车。

它的结构主要由传动、供液和输砂系统三部分组成。

3.平衡车平衡车的作用是保持封隔器上下的压差在一定的范围内，保护封隔器和套管。

另外，当施工中出现砂堵、砂卡等事故时，平衡车还可以立即进行反洗或反压井，排除故障。

4.仪表车仪表车的作用是在压裂施工远距离遥控压裂车和混砂车，采集和显示施工参数，进行实时数据采集、施工监测及裂缝模拟并对施工的全过程进行分析。

5.管汇车管汇车的作用是运输管汇，如；高压三通、四通、单流阀、控制阀等。

6.液氮泵车装备有液氮罐、高压液氮泵、液氮蒸发器及控制装置和仪表等专用装置，用于储存、运输液氮，使低压液氮增压为高压液氮，并使高压液氮蒸发注入井中的特种结构专用作业汽车。

用于配合水力压裂完成液氮伴注排液、解堵、管线吹扫等。

图6 液氮泵车7.施工网络二、压裂工具1、封隔器封隔器在压裂中的用途是分层压裂和保护套管。

我国各油田使用的压裂封隔器主要有两种类型，即水力压差式和水力机械式封隔器。

水力压差式封隔器的工作原理是当封隔器下入井内预定位置以后，地面泵开始向井内注入液体，使压力增高。

当液体通过封隔器的滤网而进入胶筒与中心管的环形空间时，由于液体的压力作用，促使胶筒向外扩张，直到与套管内壁接触，使油套管环形空间上下隔绝。

随着压力的增高，胶筒的密封性也越来越可靠。

当油管内卸压以后，胶筒又依靠自己的弹性收缩力，将胶筒与中心管之间的液体排至油管中，重新恢复到原来的状态。

2、喷砂器喷砂器主要分为弹簧式和喷嘴式两种。

弹簧式喷砂器是由上下接头、调节环、弹簧座、弹簧、弹簧护套、凡尔、凡尔座、滑套、中心管、加重头等几部分组成。

压裂施工时喷砂器与封隔器配套使用，使压裂液通过它喷向井壁，逐级分层压裂。

使用喷砂的数量是根据欲压生产层数确定。

3、安全丢手当需要起钻时，下部工具无法起出，可以投球丢手将上部油管起出。

其结构为上接头（带弹性爪）、下接头、滑套、销钉、密封圈。

原理是投球将内部滑套打掉，弹性爪收缩，使安全丢手上、下两部分的锁定机构解锁，实现上下分离。

上部27/8“加大扣，下部27/8“平式扣，可以不用变扣，丢手可以旋转，投球，上下压差超过15MPa时，可丢手。

4、水力锚压裂时为了防止因压力波动而引起的封隔器上下蠕动，避免因上下封隔器不协调或下封隔器损坏而引起的油管上顶，可下入水力锚来固定井下管柱，以保证施工正常进行。

当油管内充压后，随着压力的上升，水力锚体开始压缩弹簧向外推移，直到水力锚体外牙与套管壁接触为止。

压力越高嵌得越紧，这样就可以防止井下管柱在井内上下移动了。

当卸压以后，弹簧推水力锚体，使外牙离开套管内壁，恢复到原来位置。

使用水力锚时应注意下入位置要放入水泥环返高范围之内，防止由于压力过高而造成套管变形。

如果水力锚有防砂装置，可下入管柱底部。

若没有防砂装置，水力锚应在最上一级封隔器上部，以免水力锚体被砂卡。

三、压裂施工基本程序1.循环将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车。

循环路线是液罐车-混砂车-压裂泵-高压管汇-液罐车，旨在检查压裂泵上水情况以及管线连接情况。

循环时要逐车逐档进行，以出口排液正常为合格。

2.试压关死井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣、油壬等憋压30-40Mpa，保持2-3min不刺不漏为合格。

3.座封将液体通过压裂设备打入油管中排量大于0.5L/min在喷射孔的作用下使压力产生压差从而使封隔器、水力锚产生作用。

封隔器胶皮彭胀、锚爪突出。

4.压裂启动全部车辆向井内注入压裂液，使井底压力迅速升高，当井底压力超过地层破裂压力时，地层就会形成裂缝。

5.支撑剂开始混砂比要小，当判断砂子已进入裂缝，相应提高混砂比。

6.替挤预计加砂量完全加完后，就立即泵入顶替液，把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去，防止余砂乘积井底形成砂卡。

四、压裂液原理压裂的实质是利用高压泵组，将具有一定粘度的液体高速注入地层。

当泵的注入速度大于地层的吸收速度时，地层就会产生破裂或使原来的微小缝隙张开，形成较大的裂缝。

随着液体的不断注入，已形成的裂缝向内延伸。

为了防止停泵以后，裂缝在上部岩层的饿重力下重新闭和，要在注入的液体中加入支撑剂，使支撑剂充填在压开的饿裂缝中，以支撑缝面。

根据压裂液在压裂过程中不同阶段的作用，可分为前置液，携砂液和顶替液。

1.前置液前置液的作用是破裂地层，造成一定几何尺寸的裂缝，以备后面的携砂液进入。

在温度较高的地层里，还可以起到一定的降温作用。

2.携砂液携砂液的作用是用来将地面的支撑剂带入裂缝，并携至裂缝中的预定位置，同时还有延伸裂缝、冷却地层的作用。

3.顶替液顶替液的作用是将携砂液送到预定位置，将井筒中的全部携砂液替入裂缝中。

4.支撑剂支撑剂是指用压裂液带入裂缝，在压力释放后用以支撑裂缝的物质。

5.破坏剂破坏剂包括破胶剂、破乳剂、降粘剂等。

破胶剂是用来破坏冻胶交联结构的。

破乳剂用于破坏乳状液的稳定性，降粘剂用于减少稠化液的粘度。

6.减阻剂减阻剂是通过减少紊流，减少流动时的能量损失来减少压裂液的流动摩阻。

7.降滤失剂用于减少压裂液从裂缝中向地层滤失，从而减少压裂液对地层的污染并使压裂时压力迅速提高。

8.防乳化剂防止原油与压裂液形成乳状液。

可分为表面活性剂和互溶剂。

9.粘土稳定剂起到稳定粘土的作用。

10.助排剂分为表面活性剂和增能剂两种。

前者能有效降低界面张力，使残液易从地层排出。

后者在注酸前向地层注入一个段塞的增能剂，提高近井地带的压力，使残液易从地层排出。

五、压裂的基础知识1、油层水力压裂利用水力传压的作用，使埋藏在地层深部的油（气）层形成裂缝的方法叫油（气）层水力压裂。

2、油（气）层水力压裂的基本原理油层水力压裂一般是指利用液体传压的原理，在地面用高压大排量的泵，将具有一定粘度的液体以大于油（气）层所能吸收的能力向油（气）层注入，使井筒压力逐渐增高，当压力增高到大于油（气）层破裂所需要的压力时，油（气）层就会形成一条或几条水平的或是垂直的裂缝。

当裂缝形成以后，随着液体的不断注入，裂缝还会不断地延伸和扩展，直到液体注入的速度与油（气）层所能吸收的速度相等时为止，此时若取消外力裂缝还会重新闭合。

为了保持裂缝处于张开的状态，随压裂液注入的同时混入一定比例的具有较高强度的固体颗粒做支撑剂来支撑裂缝。

由于支撑剂是经过严格筛选的，它具有良好的粒度和强度，沉淀在裂缝中，使改变了井筒附近地层的导流能力，从而降低了液体由地层流入井筒的阻力。

3、油（气）层水力压裂的目的油（气）层水力压裂的目的在于改造油（气）层的物理结构，人为地在油（气）层中形成一条或几条高渗透能力的通道，以降低近井地带的流动阻力，增大渗流能力，使油（气）井获得增产效果。