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 压裂车性能参数表2 S—2000型泵压力排量表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。

第三节支撑剂支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来支撑裂缝阻止裂缝重新闭合的一种固体颗粒。

它的作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝，从而在储集层中形成远远高于储集层渗透率的支撑裂缝带。

使流体在支撑裂缝中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目的。

为了适应各种不同地层以及不同井深压裂的需要，人们开发了许多种类的支撑剂，大致可分为天然和人造两大类。

支撑剂性能主要是物理性能和导流能力。

目前常用的支撑剂有天然石英砂和人造支撑剂陶粒。

1、石英砂石英砂多产于沙漠、河滩或沿海地带。

如美国渥太华砂、约旦砂和国内兰州砂、承德砂、内蒙砂等。

天然石英砂的主要化学成分是氧化硅，同时伴有少量的氧化铝、氧化铁、氧化钾、氧化钠及氧化钙与氧化镁。

天然石英砂的矿物组分以石英为主。

石英含量（质量百分比）是衡量石英砂质量的重要指标，我国压裂用石英砂中的石英含量一般在80%左右，且伴有少量长石、燧石及其他喷出岩、变质岩等岩屑。

就石英砂的微观结构而言，石英可分为单晶石英与复晶石英两种晶体结构。

在天然石英砂的石英含量中，单晶石英颗粒所占的质量百分比愈大，则该种石英砂的抗压强度愈高。

一般石英砂的视密度约为2.65 g/cm3左右，体积密度约为1.70 g/cm3。

承压20MPa～34MPa。

2、陶粒人造陶粒是一种主要由铝矾土（氧化铝）烧结或喷吹而成的，它具有较高的抗压强度，一般划分中等强度和高强度两种陶粒支撑剂。

中等强度陶粒支撑剂材料是由铝矾土或铝质陶土制造的，视密度为2.7-3.3g/cm3。

其组分为氧化铝或铝质，其质量分数为46%-77%，硅质含量占12%-55%，还有不到10%的其他氧化物。

最终晶相分析表明，低铝材料的组成大部分为莫来石，以及少量的方石英，颜色大多呈灰色。

承压55MPa～80MPa 。

高强度陶粒支撑剂由铝矾土或氧化锆等材料制成，视密度约为3.4 g/cm3或更高。

其化学组分为：氧化铝占85%-90%，氧化硅占3%-6%，氧化铁占4%-7%，硅酸氧化锆、氧化钛占3%-4%，高含量的铝硅物料使这种支撑剂比中强支撑剂具有更大的密度，物料经热处理后，主要晶相是刚玉，但也存在少量的莫来石晶相或玻璃晶相，颜色呈黑色。

承压100MPa。

3、树脂砂树脂砂是将树脂薄膜包裹到石英砂的表面上，经热固处理制成。

它的视密度为 2.55 g/cm3左右，略低于石英砂。

在低应力下，树脂砂的性能与石英砂相近，但在高应力下，树脂砂的性能则远远优于石英砂。

中等强度低密度或高密度的支撑剂能耐受55～69MPa的闭合压力，它适应了低强度天然砂与高强度铝土支撑剂之间的强度要求，再加上它的比重比较低，便于携砂与铺砂，因此被称为第二代的人造支撑剂。

由于它具有一定的强度与价格便宜的优点，代替了烧结铝土支撑剂50％的用量。

包层砂可分为两种，固化与预固化砂。

固化砂在地层温度下固结，这对防止压后吐砂及防止地层吐砂有一定的效果。

预固化砂在地面上已形成完好的树脂薄膜包裹的砂子，象一般加砂一样，随携砂液体进入裂缝。

这种包层砂子的优点是：（1）树脂薄膜包裹起来的砂子，增加了砂粒间的接触面积，从而提高了抵抗闭合压力的能力。

（2）树脂薄膜可将压碎了的砂粒小块、粉砂包裹起来，减少了微粒的运移与堵塞孔道的机会，从而改善了导流能力。

（3）树脂包层砂总的体积密度比上述中强度与高强度人造支撑剂要低许多，因此便于悬浮，降低了对携砂液的要求。

第四节压裂过程中油层保护压裂是油水井增产、增注的重要技术手段之一。

措施不当也会给油层带来伤害。

压裂对油层的伤害主要是压裂液与储集层岩石及地层流体相互作用的综合结果。

伤害机理不仅涉及到储集层本身的类型和特性，而且贯穿于整个作业过程中。

因此，降低压裂液的伤害，既应加强室内研究，也应该充分注重在施工过程中可能产生的伤害。

一、地层伤害的因素l、在压裂施工过程中，向地层中注入压裂液，压裂液滤液沿裂缝渗滤入地层，改变了地层中原始含油饱和度，并产生两相流动，流动阻力加大，毛管力的作用致使压裂后返排困难和流体阻力增加，可能出现严重和持久的水锁现象。