高温高压分层压裂工具

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 。

第 51 卷 第 3 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.3 2023 年 5 月PETROLEUM　DRILLING　TECHNIQUES May, 2023◄油气开发►doi:10.11911/syztjs.2022117引用格式：陈超峰，张一军，李强，等. 高温高压储层“光油管”试油压裂一体化工艺[J]. 石油钻探技术，2023, 51（3）：113-118.CHEN Chaofeng, ZHANG Yijun, LI Qiang, et al. Integrated technology of bare tubing oil testing and fracturing in high-temperature and high-pressure reservoirs [J]. Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(3)：113-118.高温高压储层“光油管”试油压裂一体化工艺陈超峰1， 张一军2， 李 强3， 杨晓儒1， 陈 锐2， 杜宗和1（1. 中国石油新疆油田分公司勘探事业部, 新疆克拉玛依 834000；2. 中国石油新疆油田分公司工程技术研究院, 新疆克拉玛依 834000；3. 中国石油新疆油田分公司安全环境监督中心, 新疆克拉玛依 834000）摘　要: 准噶尔盆地南缘西段清水河组储层埋藏深、高温、高压，基质物性差，试油与压裂改造时受到超高地层压力、超高地层破裂压力、井身结构、管柱及工具结构等因素限制，储层改造不充分。

为此，基于南缘西段深层高压油井储层特点，采用环空替入加重液降套压、前置液顶替加重液防超压、油套双流程控压等技术措施，形成了“光油管”试油压裂一体化工艺，其具有降低工具失效风险、可有效监测套压和提高施工安全系数等优点。

“光油管”试油压裂一体化工艺在南缘西段超深、超高压井应用了5井次，工艺实施成功率100 %，测试成功率100 %，其中高泉6井压后日产油量126.81 m3，日产气量8 300 m3。

水力压裂流程、常用工具、工艺流程图压裂是针对具体井、地层条件、流体性质、井特性已经确定所提出提高产量的措施：1、注水保持地层压力。

2、人工举升降低井底流动压力。

3、对于低渗透地层水力压裂。

压裂的作用：1、提高勘探含油气评价、增加可采储量。

2、油气井增产、水井曾注。

3、调整储层之间矛盾、改善产油、吸水剖面。

4、提高采收率。

水力压裂增产原理：1、沟通油气储层区、增加单井的可控储量扩大渗流面积。

2、变径向流动为线性流动。

水力压裂施工现场设备主要有地面设备和压裂车组两部分：1、材料：压裂液和支撑剂。

2、参数：排量和压力。

3、设备：泵车、液罐车、砂车、仪表车。

地面工具：封井器、井口球阀、投球器、活动弯头、油壬、蜡球管汇、压裂管汇等。

压裂车组：泵车（它的作用是向井内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，把支撑剂挤入地层缝隙，压裂车技术要求为压力高、排量大、耐腐蚀、抗耐磨损强等特性。

）混砂车（其作用是按照一定的比例混砂，并把混砂液供给压裂车。

）平衡车（作用是保持封隔器上下压差在一定的范围内，保护封隔器和套管。

或者当出现堵啥或者砂卡时还可以进行反洗井和压井排除故障等。

）仪表车（作用是在压裂施工时远距离控压裂车和砂混车，显示和采集施工参数，施工监测以及模拟压裂裂缝，对施工进行评价分析。

）管汇车（其作用是运输管汇、高压三通、四通、单流阀和控制阀等。

）水力压裂施工程序：A循环: 将压裂液由液罐车打到压裂车,在有压裂车反回罐车，循环时要逐车进行。

以出口正常排液为正常。

B试压: 管死井口总阀、对地面高压管线、井口、连接四口、油壬等连续憋压30-40mpa，持续3-4min不刺不漏为合格。

C试挤: 试压合格后，打开总阀门，用1-2台压裂车将试压液挤入井内油层，直到压力平衡为止。

D压裂: 在试挤压力和排量稳定后，同时启动全部压井车辆向井内注入压井液，使井底压力迅速提E:加入支撑剂。

F:泵入顶替液，预计加沙量完全加入后，就立即泵入顶替液，把地面管线以及井筒内携带砂液全部顶进裂缝中去，防止余砂沉入井底造成砂卡。

压裂酸化设备简介压裂设备是利用高压液体将石油储层中的裂缝扩大，并将裂缝中的地层流体推出来，从而提高油藏的渗透率和产量。

酸化设备则是利用酸液来溶解地层中的一些不易流动的矿物质，使得原油能够更容易地流向井口。

通过压裂和酸化作业的组合，可以有效地提高油田的产能。

压裂酸化设备通常会由液压泵、搅拌槽、压裂车、管线等部件组成。

在作业过程中，首先需要准备好压裂液或酸液，然后将其通过管线输送到井口附近的压裂设备，最后由专业人员操作设备进行压裂或酸化作业。

在油田的生产中，压裂酸化设备可以有效地提高油田的产量，延长油田的生产寿命，对于不易开采的油藏有着重要的意义。

同时，随着技术的不断发展，压裂酸化设备也在不断更新换代，使其在油田开采中发挥更大的作用。

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在石油开采中，压裂酸化设备已经成为了必不可少的工具。

在特定的地质条件下，油藏的压裂酸化作业可以有效地改善油井的产能，提高原油的采收率。

本文将进一步介绍压裂酸化设备的工作原理、应用范围以及在油田开采中的重要性。

**工作原理**压裂酸化设备的工作原理基于液体的高压施加以及化学物质对地层的影响。

在压裂作业中，通过高压液体（通常是水）将裂缝扩大，从而提高地下岩石的渗透性，促进原油从油藏中流出。

而在酸化作业中，通过酸液对地层进行处理，溶解一些不易流动的矿物质，改善地层渗透性，使得原油更容易流向井口。

这两种作业方法的结合能够显著地提高油井的产能。

在实际操作中，液压泵会将高压液体或酸液输送到井下，通过管道将液体注入到井下的地层中。

精确的液体输送和控制系统能够确保压裂和酸化作业能够达到预期的效果。

**应用范围**压裂酸化设备主要应用于非常规油气开发领域，如页岩气、致密油、和带水汽油等。

在这些非常规油气开发领域，由于原油、天然气在地层中的固有性质，例如低渗透率和高粘度，常规的油气开采技术难以对其进行有效开发。

压裂酸化设备通过改善地层渗透性，减小油气在地层中的阻力，提高产量效率，因此在这些领域具有得天独厚的优势。

井下压裂⼯具应⽤井下压裂⼯具应⽤⽬录分层压裂⼯具简介（⼀）、分层压裂井下⼯具组合（1）Y221封隔器+ 单滑套喷砂器+ 安全接头（2）Y221封隔器+ 单滑套喷砂器+ Y111封隔器+ 循环阀+ 安全接头（3）Y221封隔器+ 平衡阀+ 单滑套喷砂器+ 伸缩器 + Y111封隔器+ 循环阀+ 安全接头（4）Y221封隔器+ 双滑套喷砂器+ Y111封隔器+ 循环阀+ 安全接头（5）221 + 敞⼝喷砂器+ Y111 组合+ 循环阀+ 安全接头（⼆）Y221A型找漏验套⼯具Y221A型封隔器的改进措施施⼯⽅式使⽤注意事项现场应⽤情况（三）XF105/60型卡封专⽤井⼝结构及特点技术原理现场使⽤情况卡封压裂专⽤井⼝现场使⽤统计表井下压裂⼯具情况总结分层压裂⼯具简介随着⽼油⽥进⼊开发后期，主⼒油⽓藏进⼊采空或⾼含⽔阶段，因此出现产量逐渐下滑状态。

为了保持油⽥的稳产和上储的⽣产实际需求,对⼆、三油⽓藏的开发⽇益重要。

压裂是重要的开发增产⼿段，可是⽬前主要采⽤多层合压的施⼯⽅式，这种压裂⽅式对油层的压裂针对性不强，不能清晰的认识各层的产能情况和充分发挥各层⽣产能⼒，同时也不能很好的达到压裂的预期⽬的。

例如：对⼀⼝井三个层位进⾏合压，由于地层本⾝应⼒差异、地层能量差异或钻井和作业过程中造成的外来污染等原因，造成了油⽓层破裂压⼒差异。

因此在⼀次施⼯中如果各层破裂压⼒相差很⼤那么只能打开破裂压⼒⼩的层，即使是多次进⾏重复压裂，其压裂施⼯的结果可能只是反复地对同⼀个层位进⾏改造，⽽其他的两个层位未达到压裂改造⽬的；如果三个层破裂压⼒相差不⼤，施⼯中虽然可能都有不同程度的打开，但是也不能完全达到压裂施⼯的设计意图。

即使过去采⽤投球分层压裂、添砂分层压裂或者采⽤桥塞封堵⾮压裂层的⽅式进⾏分层压裂，但是由于多⽅⾯的原因造成投球分压的效果不明显；⽽采⽤添砂或桥塞分层压裂的⽅式施⼯量⼤、作业周期长、作业成本⾼昂，不适合⼤量应⽤，因此开展了⼀次性双封⼯艺管串分层压裂的研究。

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）: 20752.钢体最大外径（mm）：Ф1153.扶正块张开最大外径（mm）：Ф134～Ф1364.扶正块并紧最大外径（mm）：Ф1165.内通径(mm): Ф486.承受压差(MPa)：正向25,反向87.工具两端连接螺纹：27/8 TBG8.坐封力（KN）：80～1009.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1Y511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。

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。

目前压裂常用的井下工具有那些？各有什么作用？目前压裂常用的井下工具主要有：封隔器、导压喷砂器、水力锚、直嘴子及其它辅助工具。

它们的作用是：封隔器：用于分层压裂，将其下入射孔段底部1.5米左右。

对于上部套管需要保护的井，要下入保护上部套管的封隔器，使封隔器上部套管在压裂时不承受高压。

导压喷砂器：是与封隔器配套使用一次完成多层分压的喷砂工具。

作用：控制施工排量、产生压差。

改变压裂液流动方向。

水力锚：用于压裂施工时，固定管柱，防止管柱由于高压断脱在井内造成事故。

固定管柱，防止油管受压后上顶、产生弯曲、变形。

帮助封隔器工作，保护封隔器胶筒不因油管位移产生破裂失封，致使压裂失败。

直嘴子：控制施工排量。

产生压差，利于封隔器工作。

井下处常用压裂井下工具压裂施工井下工具分类•封隔器•控制类工具第一部分：封隔器1、K344型封隔器1）作用：该封隔器适用于中深井的合层、任意一层或分层的压裂与酸化作业，可以组成一次分压多层的压裂管柱和一次分酸多层的酸化施工管柱。

2）结构主要有上接头、胶筒座、胶筒、中心管、“O”型胶圈、滤网、下接头等。

（如图1所示）图1 K344型封隔器结构图3）工作原理封隔器下入井下设计深度后，从油管内加液压，高压液体经过滤网、下接头的孔眼和中心管的水槽作用在胶筒的内腔。

由于此压力大于油、套管环形空间的压力而形成压力差。

在此压差的作用下，胶筒胀大将油套管环形空间封隔住。

解封时只需泄掉油管内的高压，使油管与油套管环形空间的压力平衡，胶筒靠本身的弹力收回便可解封。

4）K344-115型封隔器主要技术参数（见表1）表1 K344-115主要技术参数表最大外径，mm φ115最小通径，mm φ55长度，mm 926坐封压力，MPa 0.5~1.5工作压力，MPa 35工作温度，℃902、Y344型封隔器1）作用：该封隔器主要用于分层压裂、分层酸化、以及实现某种技术目的进行的地层封隔作业。

2）结构主要有上接头、压帽、梯形盘根、中心管、衬套、胶筒、隔环、下胶筒座、上活塞、上缸套、中间接头A、短中心管、下活塞、下缸套、中间接头B、“O”型胶圈、和下接头等组成。

水力压裂流程、常用工具、工艺流程图
裂是针对具体井、地层条件、流体性质、井特性已经确定所提出提高产量的措施：
1、注水保持地层压力。

2、人工举升降低井底流动压力。

3、对于低渗透地层水力压裂。

水力压裂作用：
1、提高勘探含油气评价、增加可采储量。

2、油气井增产、水井曾注。

3、调整储层之间矛盾、改善产油、吸水剖面。

4、提高采收率。

5、其他工业方面的工业排污处理。

2、变径向流动为线性流动。

水力压裂施工现场设备主要有地面设备和压裂车组两部分：、材料：压裂液和支撑剂。

、参数：排量和压力。

、设备：泵车、液罐车、砂车、仪表车
管汇车（其作用是运输管汇、高压三通、四通、单流阀和控制阀等。

）
压裂: 在试挤压力和排量稳定后，同时启动全部压井车辆向井内注入压井液，使井底压力迅速提
:加入支撑剂。

压裂作业设备配套
设备人员到达现
审
图1-1压裂工艺流程图。

水平井压裂工具：趾端滑套页岩气水平井分段压裂施工前，通常采用连续油管射孔建立第一段压裂通道。

目前页岩气储层平均埋深超过3500m，井深超过5500m。

连续油管一般作业长度小于等于5500m，且在井眼轨迹复杂、井斜角及狗腿度大、水平段末端呈“上翘型”等情况下易发生卡钻、自锁等问题。

趾端压裂滑套作为第一级压裂滑套，随套管一起入井至预定位置，并完成固井作业，压裂时只需通过井口打压的方式即可打开滑套，形成第一段压裂通道，可代替连续油管射孔作业，提高作业效率，降低作业风险和成本。

1趾端滑套适用环境及技术要求1.1适用环境：趾端滑套主要用于深层长水平段页岩气井第一段压裂施工环境：①地层温度介于0-150℃；②压力介于0.1-140MPa；③固井环境；1.2技术要求：趾端滑套主要实现在高温、高压、固井环境中建立第一段压裂通道的功能，需满足以下3个方面的要求：①高温、高压下的密封性；②精确开启；③固井及大排量压裂施工的要求。

2趾端滑套的结构趾端滑套主要由上接头、下接头、“O”形密封圈、定位销钉、内滑套和破裂盘等零件组成。

上、下接头通过螺纹连接，采用密封圈密封。

内滑套装在上、下接头内部腔室中，与上接头通过定位销钉固定，破裂盘装在内滑套上。

3趾端滑套工作原理趾端滑套作为第一级压裂滑套，与套管一起下入、固井；压裂施工前，从井口向套管内打压，任一破裂盘被击穿后，定位销钉被剪断，内滑套上行，滑套打开，建立起第一段压裂通道。

4技术优势及相关技术参数4.1技术优势趾端压裂滑套只需通过井口打压的方式即可打开，形成第一段压裂或泵送通道，与常规连续油管带射孔枪建立第一段压裂通道相比，趾端压裂滑套具有以下4个优势：4.1.1通过套管内部打压的方式开启滑套，建立第一段压裂通道，其开启压力由套管内绝对压力决定；4.1.2无需射孔，不受井深、水平段长度、连续油管工作长度等因素的影响；4.1.3特别适用于深层长水平段页岩气井的固井环境。

压裂喷砂孔采用可溶性材料封堵，避免固井时水泥进入滑套内；内滑套采用上行开启的方式，防止固井作业导致滑套意外开启；滑套内表面采用特殊涂层处理，避免水泥固结，影响正常开启；破裂盘传压孔采用高温固体黄油封堵，避免固井水泥进入。