压裂常用工具篇
井下作业工具大全(无删减)
2)、高压注水管柱。 2)、高压注水管柱。
用途：主要用于超高压注水。 用途：主要用于超高压注水。 工作原理：从油管内投球, 工作原理：从油管内投球,打压至 设计压力,打开球座, 设计压力,打开球座,同时坐封封隔 器,封隔下部注水层与上部油套环 行空间,在高压注水时, 行空间,在高压注水时,对套管实现 保护。 保护。连通阀在必要时可实现环空 与油管内外的连通。 与油管内外的连通。 特点：该管柱由Y241型封隔器等工 特点：该管柱由Y241型封隔器等工 Y241 具组成， 具组成，可有效锚定和扶正管柱并 实现管柱伸缩补偿，满足40MPa 40MPa以 实现管柱伸缩补偿，满足40MPa以 上超高压注水的需要。 上超高压注水的需要。
2)、整体堵水采油管柱。 2)、整体堵水采油管柱。
抽油泵
用途：主要用于卡堵水采油。 用途：主要用于卡堵水采油。 工作原理：泵抽管柱带封隔器下井， 工作原理：泵抽管柱带封隔器下井， 通过旋转或上提下放方式实现封隔 器坐封，选定油层实现分层开采。 器坐封，选定油层实现分层开采。
封堵层 Y221封隔器或 221封隔器或 Y211封隔器 211封隔器 采油层 筛管丝堵
伸 缩 管 连 通 阀
替酸器 Y241封隔器 241封隔器 措施层 坐封滑套
3)、分层酸化压裂管柱。 3)、分层酸化压裂管柱。
措施层
措施层
工作原理：替液后先投 工作原理：替液后先投ф35球至坐封球 球至坐封球 座处， 座处，油管内蹩压坐封封隔器并将坐 Y341可洗井封隔器 封滑套芯子打至割缝喷砂器底部，然 341可洗井封隔器 封滑套芯子打至割缝喷砂器底部， 后进行下层压裂施工；然后再投ф38球 后进行下层压裂施工；然后再投 球 分层滑套 分 至滑套喷砂器处， 坐 至滑套喷砂器处，油管内蹩压将滑套 层 Y341可洗井封隔器 喷砂器的芯管和球打到座封滑套球座 341可洗井封隔器 封 滑 滑 密封下层，再进行上压裂施工； 处，密封下层，再进行上压裂施工； 水力锚 套 套 施工完成以后， 施工完成以后，反洗井洗出两级封隔 坐封滑套 器之间环空内沉积的砂子（或快速反 器之间环空内沉积的砂子（ 洗排酸）， ），然后上提管柱解封封隔器 洗排酸），然后上提管柱解封封隔器 割缝管 起出施工管柱。 ，起出施工管柱。 水力锚
井下水力喷砂压裂工具典型结构及应用
作 者 简 介 ： 薇 （ ８ ） 女 ． 西 渭 南 人 ， ０ ７年 毕 业 于 西安 范 １ ４ ９ ， 陕 ２０ 石 油 大 学 计 算机 科 学与 技 术 专 业 ． 读硕 士研 究 生 。 在
联 系 电 话 ：０ ９ ８ ３ ２ １ （ ２ ） ８ ８ ６ ３
第３ ７巷 第 ６期
第３ ７卷 第 ６期
２０ ０ ９年 ｌ 】月
石
油
钻
．３ Ｎ ． ＮＯ Ｖ．， ０９ ２０
Ｐ ＦＴＲ（ ＩＥＵＭ ＤＲＩ Ｉ Ｎ（ ）Ｊ Ｉ Ｉ
ＴＥＣＨＮＩ ＱＵＥ Ｓ
设 备 与 工 具
井 下 水 力 喷 砂 压 裂 工 具 典 型 结 构 及 应 用
表1砂堵法隔离水力喷砂压裂井下工具结构参数名称内径mm外径mm长度m连续油管接头44458128022万向接头44458128029剪切接头27948128023扶正器44459270030喷射工具28708128030单向阀25408128037斜口444581280203国内水力喷砂压裂工具的应用中国石油勘探开发研究院廊坊分院研制的井下水力喷砂压裂工具已在国内多个油田进行了应用增产效果明显
以定 向射 孔 ， 需 机 械 封 隔 。 介 绍 了水 力 喷砂 压 裂 系统 的 构 成 、 工 工 艺 及 其 特 点 。 着 重 介 绍 了 目前 国外 典 型 的 无 施 水 力喷 砂 压 裂 工具 ， 阐明 了 国外 喷射 器 结 构及 其连 接 方 式 的发 展 ， 国外 所使 用 两 种 典 型 工 具 的 结构 、 用及 其 操 作 作 步骤 ， 对 这 两 种 井 下 水 力 喷砂 压 裂 工 具 的 应 用进 行 了介 绍 ， 明 了其 适 用 性 。并 对 国 内所 使 用 的 典 型 水 力喷 砂 并 说 压 裂 工具 进 行 了介 绍 ， 出 了工 具 中关键 部件 喷射 器 的基 本 结构 ， 联 系 国 内现 场 实 际 的 应 用 情 况 ， 明 了 水 力 喷 给 并 说 砂 压 裂是 一种 有 效 的增 产技 术措 施 。 最后 建 议 ， 内研 制 井 下 水 力 喷 砂 压 裂 工 具 时 ， 对 喷 嘴 减 磨 和 参 数 优 化 进 国 应
国外页岩气水力压裂技术及工具一览
国外页岩气水力压裂技术及工具一览页岩储层具有超低孔低渗特性，钻完井后需要压裂改造后才得到经济产量。
国外油田服务公司最新工具达到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术用高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司自膨胀封隔器最高可达302 °C ；泵送桥塞射孔分段压裂技术所用桥塞可分为：堵塞式、单流阀式和投球式复合桥塞，桥塞耐压差达103.4MPa，耐温232 °C ；哈里伯顿CobraMax H连续油管喷射工具系统，目前最多达到44段。
这些为国内页岩气水力压裂完井方式与压裂工具的选用打下基础。
从应用工具角度看，分段压裂工艺方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术，泵送桥塞分段压裂技术，水力喷射分段压裂技术。
从压裂工具方面分析，目前页岩气压裂技术有可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂，水力喷射压裂等。
在美国的页岩气开发技术中，可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂技术比较成熟，使用比较广泛，可适用于较长的水平段；水力喷射压裂可实现准确定位喷射，无需机械封隔，节省作业时间，非常适合用于裸眼井、筛管井以及套管中井。
1、水平井裸眼封隔器投球滑套多级压裂系统封隔器投球滑套多级压裂技术一般采用可膨胀封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。
根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最趾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段趾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。
水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段，并越来越受到作业者的欢迎。
水平井多级压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封压裂管柱的可膨胀封隔器和开启滑套的高强度低密度球材料决定技术的成功与否。
目前国外油田服务公司都有自己成熟的工具，高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司耐高温自膨胀封隔器最高可达30 °C 。
常用井下工具原理与用途
5）单向阀
2、开关类
工作原理：正常情况时，单向阀处于关闭状态，如要打开单向阀需 下入插入管柱，达到额定插入力时，可打开单向阀通道，如需要关 闭单向阀时，取出插入管柱，阀扭簧的弹力处关闭，可以防止井中 液体返吐。
39
2、开关类 6）YKG型液压开关器
通过地面向套管加液压控制开关状态，并且始终处于正向关闭，防 止地面液体进入地层产生污染。
密封作用，反向循环流井时，堵塞器压缩弹簧，使 通道打开，实现反向洗井。
37
2、开关类 4）多功能分酸器
上接头
中心管
球 锁块 滑套芯子 弹簧 下接头
多功能分酸器结构示意图
工作原理：投球蹩压，打掉滑套芯子使压裂（反洗）通道打开，可 进行酸压以及反洗施工。上提管柱解封，锁块滑入中心管内，从而 使上接头与中心管脱离，补偿机构打开，实现逐级解封功能，反洗 通道在弹簧作用下自动关闭，不影响对下部管柱反洗井。
27
4、卡瓦式封隔器
6）可取式桥塞
用途：用于压裂、堵底水等施工作业 。 结构：如图所示。 工作原理：坐封：油管内打压，助座器两级活塞带动外套下行，推 动上胶筒和上锥体下行，同时助座器锁紧机构解锁，使下中心管上 行，带动下胶筒和下锥体上行，使上、下胶筒坐封，双向卡瓦坐卡。 继续提高压力，剪断丢手销钉，上提管柱实现丢手。 解封：下入打捞工具，打捞矛进入打捞筒中，上提管柱剪断解封销 钉，使锁块解锁，继续上提，卡瓦回收，桥塞解卡、解封。 主要技术参数
工作压差：60MPa； 工作温度：150℃
28
汇报内容
1 前言 2 封隔器 3 控制工具 4 分层工艺管柱
29
1）水力锚
1、锚类
工作原理：从油管内加压，靠液力作用压缩弹簧，使锚爪伸出，卡 在套管壁上，起到锚定管柱的作用；放掉管柱内压力，锚爪在弹簧 的作用下收回解卡。
酸化压裂用工具类产品简介
Y344-115单封单压封隔器
* 我公司研制的新型Y344系列封隔器克服 了原旧型封隔器密封效果较差，耐高温高压 和抗腐蚀性能不高等缺点，有效地提高了封 隔器的工作性能和酸化压裂施工的成功率， 不仅可用于单层压裂酸化，也可用于特定层 位的卡层酸化压裂施工，管柱配臵灵活，还 可用于找串、漏层段的修井作业。在国内同 行业中处于领先水平。
Y344-115单封单压封隔器
工作原理
Y344系列封隔器采用液压座封和泄压自动
解封，配有专用水力锚和节流阀作为锚定和辅
助座封机构，主要由座封、解封、密封和反洗
井等几部分组成。其结构示意图如图所示。
Y344-115单封单压封隔器
结构示意图
1－上接头、2－密封压帽、3－密封环、4－胶筒心轴、 5－胶筒、 6－隔环、7－胶筒、8－座封剪削、9－旁通外筒 10－上活塞、 11－密封圈、12－套筒、13－传压芯轴、 14－下活塞、15－密封圈16－下芯轴、17－下接头
最大外径 mm 最小通径 mm 长度mm 适用套管 内径mm 压裂通径 mm 工作温度 ℃ 连接扣型
φ94
φ30
190
70
≤120℃
2 7/8UP TBG
双封用K344-114封隔器
现场应用
施工程序
1、刮管和通井。为了使封隔器更好的座封。 通井以不阻、不卡为合格。 3、下管柱 4、低替 5、压裂下部气层 6、停泵投Ф45mm钢球，压裂上部气层
Y344-115单封单压封隔器
技术特点
（3）采用液压座封，泄压自动解封，施工简便，采 用两级液缸，增大了活塞面积，座封力强。 （4）封隔器的三个胶筒采用最优的几何尺寸设计和 专门研制的高性能胶料 ，结构完善 ，密封间隙大 （8-10mm），适用套管范围宽，使胶筒能满足高温、 高压、高含硫深井和超深井施工的需要和反复多次 座封的需要。 （5）配有专用的锚定机构和座封启动机构。能有效 的稳定管柱，保证封隔器有效的启动和座封。
水力喷射分段多簇压裂工艺及工具介绍
水力喷射分段多簇压裂工艺及工具介绍
技术特点：通过带有底封封隔器的双水力喷射器，分别对两个压裂点进行喷砂射孔及环空注入压裂，通过不同喷嘴数量调节各簇的流量，实现各簇的有效压开。
工具结构：从下至上依次为：堵头+筛管+单流阀+封隔器+喷射器+油管+喷射器+。
工具技术优势：
1、多喷射器同时喷砂：可根据储层优化射孔数目，布放喷射器，实现多簇射孔
2、新型水力喷射器具有防反溅装置，提高喷射器使用寿命，确保实现多段多簇射孔
3、采用环空加砂压裂，进一步提高了施工排量（最高排量预计10m 3
/min 以上），配套自主研发的Y 型井口和防冲蚀油管短节，保障了大排量加砂。
防冲蚀短节
4、采用新型钢带封隔器，具有长胶筒、钢带连接、上下浮动腕等特点，实现大液量、长时间体积压裂作业下的有效封隔（表明承压达到70MPa，重复打压22次均密封合格，无泄漏。
）。
长胶筒钢带式封隔器整体长度1650mm，胶筒长度700mm
整体的工艺调整及工具性能提高后，工具稳定性及施工能力大大提高，单趟管柱从施工1-2段提高到最高9段，平均单趟管柱施工3.4段（6.8簇）。
目前长庆通过技术改进，大幅度降低作业周期。
主要时间在井段准备和备水换钻具等。
工具组成：（按一套工具计算，单井压裂10段正常准备
10
20
30
40
50
60
70
段数搬迁井筒准备备水配液等压裂车压裂换钻具抽汲其它合计天
4套工具，约65-68万元）。
压裂工艺管柱及工具说明书
压裂（酸化）工艺管柱及工具说明书东营市兆鑫工贸有限责任公司联系电话0546-7776159锚定式分段压裂（酸化）管柱使用说明1、工具下井前必须仔细检查，在确保工具完好时才能下井，检查内容如下：两端连接螺纹(2-7/8UPTBG)是否完好无损，胶筒外表面不得有划痕，工具外表面不得有碰撞后产生的永久变形。
2、封隔器胶筒坐封位置必须避开套管接箍位置。
3、封隔器下井应严格执行井下作业操作规程及安全规定，下井过程中要求操作平稳、速度适中，不得猛提、猛刹、猛放。
井口必须装指重表。
4、施工过程注：以51/2套管压裂为例。
所用工具为: AQJT-100ZX 、YLK344-108AZX、SLM-114A、PSQ上-100、PSQ中-100、PSQ下-95。
封隔器下至设计位置后，装好井口，接好管线，从油管内加压，排量每分钟不大于0.5m3，低替所需的液体后提高排量进行施工，（封隔器、水力锚的工作压力0.6- 1.5Mpa）。
第一段施工完毕后从油管投入φ35钢球一个，加压16Mpa-20Mpa打掉滑套，使第二层封隔器和喷砂器处于工作状态，对第二段实施压裂。
施工完毕，再从油管投入φ42钢球，加压16Mpa-20Mpa打掉滑套，对第三段实施压裂。
全井施工完毕（在有条件的情况下最好反洗井），上提管柱即可。
如起管柱遇阻无法提出管柱，从油管投入Φ55钢球一个加压20-22Mpa，打开安全接头的滑套，安全接头断开、上提管柱，使管柱与工具脱开，提出管柱再作处理。
安全接头（压裂AQJT90～108）ZX一、概述ZX安全接头采用分瓣卡爪结构，该结构具有抗拉强度高、打脱可靠、打捞方便等特点。
打捞时采用捞锚打捞。
三、工作原理（以AQJT-95ZX安全接头为例）安全接头主要有上体、滑套、剪断销钉、下体等部件组成。
其主要工作原理是接在压裂管柱之上，随压裂管柱下至设计深度。
当压裂管柱施工后被砂卡或被砂埋时，通过反洗井等措施也无法解卡时，从油管投入φ50钢球一个，加压20-22 MPa（油管内地层压力除外）直至销钉被剪断，滑套下行，此时上提油管提出安全接头以上部分，再进行丢掉管柱的打捞处理。
高温高压分层压裂工具
2010年
共完成137口井：
封上压下116口； 单封压两层20口； 双封压双层1口。
2009年
汇报内容
一、简介
二、常用的工具及管柱
三、几种新管柱应用及前景
四、影响卡封因素分析 五、压裂工具研发方向
二、常用的工具及管柱
（一）139.7mm套管常用压裂封隔器
二、常用的工具及管柱
工 具 型
号
Y221-114 139．7 7.72 9.17 114 1180 47 70 150
Y241-110 139．7 9.17 110 1135 43 10.54
工具最大外径 （mm） 工具长度 最小通径 （mm） （mm）
最大工作压差 （MPa） 耐 温 （о C）
推荐座封压力 （MPa）
二、常用的工具及管柱
工具型号 适用套管外径 （mm） 适用套管壁 （mm） 7.72
Y111-114 139．7 9.17 114 1140 9.17
该工具为锚单向防顶（ 5 ）、液压坐封（ 4 ） 、上提解封（ 1 ） 复合式封隔器，采用反循环洗井通道一体化设计。其结构较复杂、 坐封操作方便，同时具有反洗井功能的特点。主要为单封护套设
计，不适用大斜井（易导致裙边破损而失效）。
?114.5
?115.5
?113.5
2
7
8
UP TBG
2
7
8
UP TBG
共完成252口井：
封上压下116口； 单封压两层57口； 双封压双层46口； 双（三）封压三层32+1口井。
2012年
共完成214口井：
封上压下100口； 单封压两层71口； 双封压双层31口； 双封压三层12口井。 封上压下150口； 单封压两层38口； 双封压双层9口。
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第五节（压裂工艺管柱）
Y211系列封隔器，是压缩式的，单向卡瓦固定的封隔器。
于2000年初适用推广，在2000至2005年拥有100、115、148等外径尺寸，满足不同内径套管。
该系列封隔器具有入井顺利，中途不误坐封，坐封解封操作简单、密封可靠，承压高，通径大，摩阻小等优点。
适用于油井的找水、堵水、验窜、试油、防砂、压裂等工艺。
具有坐封力大，适用于800至5000的井段坐封压裂。
能够应对大排量，大砂量的考验。
原理：封隔器下井时摩擦体上的换向销始终位于轨迹草的短槽内上下运动，当封隔器下至预定深度以后，按要求上体管柱到一定高度。
使换向销位于轨迹槽短槽的下死点，正转油管使换向销脱离轨迹短槽的限制，然后下放管柱，使锥体下移推开卡瓦并咬在套管内壁上，继续下放管柱，胶筒受压胀大，密封油套环形空间，从而完成封隔器的坐封过程。
特点： 1、采用上提下放管柱方式座封，上提方式解封，操作工艺简单。
2、采用单卡瓦支承，座封灵活可靠。
3、与水力锚、尾管配合使用，增加其稳定性和节流效果，4，配合高温胶筒，胶件可承受深井高温压裂作业。
5、配合扶正套等工具可以更安全、稳定的下井以及施工。
工作参数：1.工具总长（mm）: 2075
2.钢体最大外径（mm）：Ф115
3.扶正块张开最大外径（mm）：Ф134～Ф136
4.扶正块并紧最大外径（mm）：Ф116
5.内通径(mm): Ф48
6.承受压差(MPa)：正向25,反向8
7.工具两端连接螺纹：27/8 TBG
8.坐封力（KN）：80～100
9.适用套管：51/2
使用情况：2000年至2004年间共使用169+307+256+316+214=1262井次，情况见下表
表1
Y511系列封隔器，于2005年年初进行推广铺开，并经行大范围的应用。
并逐渐替换了Y211系列封隔器，该系列继承了211系列封隔器具有入井顺利，中途不误坐封，坐封解封操作简单、密封可靠，承压高，通径大，摩阻小等优点，能够应对大排量，大砂量的考验。
Y511系列改进了与管柱的连接方式，采用了丝扣连接，使得连接更可靠，更易于适用，改进了滑块销及轨道，改外接轨道为内嵌式，能有效防止滑道异物卡死的现象，提高稳定性能。
增加反循环阀工艺管柱连接，在出现砂堵故障时能够顺利反洗，增加安全系数。
使用情况：由05年初至2009年Y511封隔器及水力锚管柱组合共使用298+285+251+190+88=1112井次，具体使用情况见下表
表2
K344系列封隔器，配合各种尺寸套管，有着入井容易，操作简单，坐封解封不需要专门操作，密封可靠，通径大等优点。
该系列广泛应用于精细分层、多封多层压裂，酸化，防砂等作业，对于油田增产工艺有一定的积极作用。
广泛使用与4000米以下的井的压裂施工。
于2006年在长庆市场推广62井次，并逐渐向油区内发展，至2010年油区内外围奈曼完成多层压裂40余井次。
工作原理：当油管内加液压时，经过其内部的过滤网罩，下接头的孔眼和中心管的水槽作用于胶筒内壁，使其膨胀，封隔油套环形空间，放掉油管压力，封隔器即自行解封。
特点：1.配合多级滑套及不同尺寸钢球，进行多级压裂。
2、可配合化学暂堵剂进行再次造缝，及多层压裂。
3、配合安全接头增加管柱整体的安全系数。
4、其配套工具底喷及滑套喷砂器由于磨损消耗，无法承受高排量，大砂量的压裂施工作业。
性能参数：
1．工具总长（mm）： 1265
2．最大外径（mm）：Ф110～Ф114
3．最小通径（mm）：Ф60～Ф62
4．扩张压力（MPa）： 0.8～１.2
5. 最大允许工作压差（MPa）： 25～50
6. 两端连接扣： 27/8TBG
使用情况：该系列从2005年至2010年使用情况见下表
表3
可捞式桥塞，桥塞是针对已投产再次进行压裂，等同注灰的封隔方式，相对于注灰而言，桥塞有着入井及回收方便，成本低，对油层污染等特点。
早在2000年初在油区内部推广及运用，是一项成熟的工艺。
工作原理：将可捞式桥塞与座封工具正确连接并下至井下预定位置，校准深度。
在地面用泵车向油管加内压，迫使座封工具的活塞与芯轴产生相对运动，推动桥塞卡瓦咬紧套管内壁，压缩桥塞胶筒密封套管环空。
在此同时，桥塞内部结构自锁，拉断张力棒（环），座封工具随油管起出井口，桥塞牢牢卡封在井下预定位置。
解封：用油管和钻杆下入专门的解封工具，抓住桥塞解封套，上提管柱，解除桥塞自锁，胶筒收缩，卡瓦退回卡瓦筒内，桥塞解封，其总成随油管起至地面。
使用情况：2000年至2005年共使用38井次。
压裂井口及放喷总成投球和井口保护器：随着压裂层位的不断加深，井口种类也在更新，其承压能力也在不断地加强，安全系数在不断的提高，从2000年就大规模使用LH-70井口，从2002年推广承压能力更高的KL105/60井口，配合井口的还有增加安全系数的井口保护器，简化分层压裂投球操作的防喷总成投球器也在期间得到了大力的推广和应用。