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。
第一节 压裂设备及管柱
一、地面设备
1、压裂井口
压裂井口一般可分为两类：
1 用采油树压裂，采油树型号可分为250、350、600、700、1050型，250型工作压力25MPa，主要用于浅井，其它型号分别用于中深井、深井和超深井，如果单位以大气压计算，工作压力基本与型号命名相同。
2 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，完成压裂施工，大弯管、投球器及井口球阀工作压力70MPa或100MPa。
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。
二、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。压裂泵是压裂车的主机。对压裂车技术性能要求大部分是对压裂泵提出的。目前各油田压裂车组在产地、品牌和型号上有很多不同种类。几种常见的压裂车性能参数见表1，S—2000型泵压力排量表见表2。
能否只介绍江汉在用的性能参数
表1 压裂车性能参数
型    号
NOWSCO/STP2000
W1500/K184
LTJ5290TYL105
SJX5321TYL105
FC-2251
SJX5180TJC13C/T815
生产厂家
加NOWSCO公司
美西方公司
甘兰通厂
鄂四机厂
美SS公司
鄂四机厂
最高工作压力
97.3MPa
99MPa
69 MPa
100 MPa
100 MPa
49MPa
最大工作排量
2．1m3/min
1.8m3/min
1．4 m3/min
1．8 m3/min
2．064 m3/min
1．24 m3/min
最大水马力
2000HP
1500HP
886HP
1080KW
2000HP
220KW
底盘型号
肯沃斯C-500B
K-184E
BENZ3538
BENZ3538K
BENZ3538K
T815
底盘发动机型号
CAT3406C
CAT3406B
OM423A
OM402LA
OM442LA
太脱拉3-929-30
底盘发动机功率
343KW
350HP
381HP
280KW
208KW
车台发动机型号
CAT3512DITA
CAT3512DITA
CAT3508DITA
CAT3512DITA
CAT3512DITA
MWM TBD234V8
车台发动机额定功率
2250HP
1800HP
1045HP
1800HP
2250HP
367KW
车台传动箱
A1lison CLT9884
A1lison CLT9884
A1lison DP8962
A1lisonCLT9884
A1lisonS9800
CDQ500
压裂泵型号
TWS-2000
OPI1800CWS
PG03(动)TL06（液）
表2  S—2000型泵压力排量表                                         
档
位
传动箱
传动比
1900r/min
1800r/min
1700r/min
冲次
北方奔驰n/min
压力
MPa
排量
m3/min
冲次
n/min
排量
m3/min
冲次
n/min
排量
m3/min
1
3.75:1
80
172.035
0.5
76
0.47
71
0.45
2
2.69:1
111
123.576
0.69
105
0.66
99
0.62
3
2:20:1
136
100.992
0.85
129
0.80
122
0.76
4
1.77:1
169
81.022
1.06
160
1.00
151
0.94
5
1.58:1
189
72.544
1.18
179
1.12
169
1.06
6
1.27:1
235
58.198
1.47
223
1.39
211
1.32
7
1.00:1
299
45.876
1.87
283
1.77
268
1.67
8
0.21:1
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。目前常用的几种混砂车性能参数见表3。
表3  常见混砂车性能参数表
型号
NOWSCO/STL-70
100BPM/K184
SJX5240THS210
LTJ5190THSL60
MC-70
HSC-60B
生产厂家
加NOWSCO公司
美西方公司
鄂四机厂
甘兰通厂
美SS公司
甘兰通厂
最大排量
70桶/min
100桶/min
12m3/min
7m3/min/9.5m3/min
70桶/min
60桶/min
最大压力
419KPa（60psi）
0.5MPa
0.5MPa/0.6MPa
698.5Kpa（100psi）
最大输砂量
8165kg/inin
3.5 m3/min
3.5 m3/min
7000kg/min 4m3左右
底盘型号
C500B
K-184
北方奔驰2629
奔驰2631/2628
奔驰3538AK
奔驰2628
底盘发动机型号
CAT3406C
K19/KTA60
OM441/OM442
OM442LA
OM442
底盘发动机功率
343KW
600HP
230KW/206KW
280KW
204KW
车台发动机型号
CAT3408B
CAT3408B
CAT3406C
NTTA-84-P450
车台发动机功率
375KW
377KW
441KW
供液泵
MISSION8″×10″×14″
MISSION8″×10″×140″
MISSION8″×10″×14″
MISSION8″×10″×14″
MISSION8″×10″×14″
砂泵
MISSION8″×10″×140″
兰州砂泵
兰州砂泵
MISSION8″×10″×14″
干粉添加剂
0-50/0-100kg/min
0-32/0-90kg/min
1个干粉添加系统
1个干粉添加系统
2.8-27/5.6-54 1/min
砂比计
20/200mci
20mci
200mci
20mci
200mci
液添泵
173/322/1014 1min
0-19/0-76/0-500 1/min
113/492 1/min
800 1/min
5-50/20-200/40-400 1/min
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。
三、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。目前井下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。
1、压裂油管
压裂应使用专用油管。抗压强度应满足设计要求。浅井、低压可用J55钢级，内径Ф62mm油管（外径φ73mm）；中深井和深井使用N80或P105的内径Ф62mm外加厚、平式油管或Ф76mm油管，最高限压分别是70Mpa和90Mpa。
2、封隔器
目前压裂用封隔器种类较多，浅井使用扩张式或压缩式50℃低温胶筒封隔器。深井使用扩
张式、压缩式或机械式90℃以上胶筒封隔器。深井大通径CS-1封隔器，工作压力105Mpa，工作温度可达177℃。
3、喷砂器
喷砂器主要作用一是节流，形成压裂管柱内外压差，保证封隔器密封；二是通往地层的通道口，使压裂液进入油层，三是避免压裂砂直接冲击套管内壁造成伤害。
4、压裂管柱
压裂管柱一般分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。
1）笼统压裂管柱
笼统压裂管柱结构为：油管+水力锚+封隔器+喷嘴。
2）分层压裂管柱
分层压裂管柱包括：
①双封卡单层：Ф73mm或Ф88.9mm外加厚油管+水力锚+封隔器+喷砂器+封隔器+死堵。压裂之后可以用上提的方法压裂其它卡距相同层段。
②三封卡双层：Ф73mm或Ф88.9mm油管+水力锚+封隔器+喷砂器（带套）+封隔器+喷砂器（无套）+封隔器+死堵。可以不动管柱压裂二层。
③四封卡三层：Ф73mm或Ф88.9mm油管+封隔器+喷砂器（甲套）+封隔器+喷砂器（乙套）+封隔器+喷砂器（丙无套）+封隔器+死堵。可以不动管柱压裂三层。
在压裂管柱的丈量和组配过程中要考虑到油管由于温度效应、活塞效应、膨胀效应、弯曲效应引起的油管长度变化。
第二节 压裂液
压裂液的主要功能是传递能量，使油层张开裂缝并沿裂缝输送支撑剂，它的性能对于能否造出一条足够尺寸、并具有足够导流能力的填砂裂缝是密切相关的。因此，了解压裂液的特点和性能是十分必要的。
一、压裂液的作用
压裂液的主要作用，是将地面设备的能量传递到油层岩石上，将油层岩石劈开形成裂缝，把支撑剂输送到裂缝中。压裂液在施工中按不同阶段的作用可分为前置液、携砂液、顶替液三种。
1、前置液
前置液的作用是压开地层并造成一定几何尺寸的裂缝，以备后面的携砂液的进入。在温度较高的地层里，它还可以起到一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在前置液中加入一定量的细砂，以堵塞地层中的微隙，减小液体的滤失。前置液液性一般是交联压裂液。
2、携砂液
携砂液即含有支撑剂的砂浆。其作用是将支撑剂带入裂缝中，并将支撑剂填在裂缝内预定位置上的作用。和前置液一样也有造缝及冷却地层的作用。携砂液由于需要携带密度很高的支撑剂，必须使用交联压裂液。
3、顶替液
顶替液的作用是将井筒中全部携砂液替入裂缝中，防止井筒沉砂。顶替液液性一般是活性水。
二、压裂液的性能
为了压裂施工的顺利实施，要求压裂液具有以下性能：
1、滤失性
滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少。添加防滤失剂能改善造壁性，大大减少滤失量。
2、携砂性
指压裂液对于支撑剂的携带能力。主要取决于液体的粘度、密度及其在管道和裂缝中的流速。粘度高携砂能力强。
3、降阻性
指压裂液在管道流动时的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，压裂设备效率也越高。摩阻过高会导致井口施工压力过高，从而降低排量，影响压裂施工。
4、稳定性
压裂液应具备热稳定性，不能由于温度升高而使粘度有较大的降低。还应有抗剪切稳定性，不会因流速的增加而大幅度降解。
5、配伍性
压裂液进入油层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于油气渗流的物理—化学反应，例如不会引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层。
6、低残渣
要尽量降低压裂液中水不溶物（残渣）的数量，以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率。
7、易返排
施工结束后大部分注入液体应能返排出井外，以减少压裂液对油层的伤害。
由此可知，一种较好的压裂液应具备滤失小、携砂能力强、摩阻低、稳定性好、配伍性好、低残渣、易返排等性能。随着石油工业的发展，压裂施工的规模越来越大，压裂液用量越来越大，因而压裂液还应具备货源广、成本低，配制简单等特点，以满足大型压裂和新井压裂施工。