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水 力 压 裂 工 艺
培 训 讲 义

第一采油一厂工程技术大队
6月
序言：
水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产一项关键工艺技术。它利用液体传导压力性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力排量将高粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超出油层地应力和岩石抗张强度，在地层产生裂缝，继续将带有支撑剂携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸，边得到支撑。停泵后就在油层形成了含有一定宽度高渗透填砂裂缝，因为这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方法，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂。水力压裂包含理论力学、材料力学、热化学、高分子化学、机械制造等多个学科。
一、压裂液
压裂液关键功效是传输能量，使油层张开裂缝并沿裂缝输送支撑剂。其性能好坏对于能否造出一条足够尺寸、并含有足够导流能力填砂裂缝亲密相关，所以，有必需了解压裂液特点和性能。
（一）压裂液作用
压裂液关键作用是将地面设备能量传输到油层岩石上，在地层形成裂缝，并携带支撑剂填充到裂缝中。根据在压裂施工中不一样阶段作用能够分为前置液、携砂液、替挤液三种。
1、前置液；用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝液体。在高温井层中，还含有一定降温作用。
2、携砂液：携带支撑剂进入地层，把支撑剂充填到预定位置液体。和前置液一样也含有造缝及冷却地层作用。因为携带比重较高支撑剂，必需使用交联压裂液。
3、替挤液：把压裂管柱、地面管汇中携砂液全部替入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵液体。组成和前置液一致。
（二）压裂液性能
为确保压裂施工顺利实施，要求压裂液含有以下性能特点
1、滤失性：关键取决于压裂液本身粘度和造壁性，粘度高则滤失少。添加防滤失剂能改善压裂液造壁性，大大降低滤失量。
2、携砂性：指压裂液对于支撑剂携带能力。关键取决于液体粘度、密度及其在管道和裂缝中流速，粘度越高，携带能力越强。
3、降阻性：指压裂液在管道中流动时水力摩擦阻力特征，摩阻越小，压裂设备效率越高。摩阻过高会造成井口压力高，从而降低排量，影响压裂施工。
4、稳定性：压裂液应含有热稳定性，不能因为温度升高而使粘度有较大损失；还应含有抗剪切稳定性，不会因为流速增加而大幅度降解。
5、配伍性：压裂液进入地层后和多种岩石矿物及地层流体相接触，不应产生不利于油气渗流物理—化学反应，比如不会引发粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层。
6、低残渣：要尽可能降低压裂液中水不溶物数量，以免降低油气层和填砂裂缝渗透率。
7、易返排：施工结束后大部分注入液体应能返排出井筒，降低压裂液对地层伤害。尤其是低压井返排尤其关键。
所以，压裂液应含有滤失小、携砂能力强、摩阻低、稳定性好、配伍性好、低残渣、易返排等特点。另外因为压裂施工规模越来越大，压裂液用量越来越大，压裂液还应含有货源逛、成本低、配制简单特点，以满足大型压裂和新井压裂施工要求。
（三）压裂液分类
最早采取压裂液是油基压裂液，20世纪50年代开始应用胍胶稠化水基压裂液，60年代发展了交联胍胶压裂液，70年代开发出羟丙基胍胶，80年代采取了延迟交联水基压裂液，90年代压裂液向“清洁”无伤害压裂液体系发展。
按造分散介质不一样，压裂液关键分为水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂（清洁）压裂液和浓缩压裂液。
关键介绍现在广泛应用水基压裂液。
（四）水基压裂液
是以水作为分散介质，添加多种处理剂，尤其是水溶性聚合物，形成含有压裂工艺要求较强综合性能工作液。通常水溶性聚合物和添加剂水溶液称为线形胶或稠化水压裂液。线形胶一旦加入交联剂，会形成含有粘弹性交联冻胶，交联冻胶含有部分固体性质，但在一定排量和压力下能够流动。水基压裂液以安全、清洁和轻易以添加剂控制其性质得到广泛应用，除了极少数尤其是水敏性地层外，水基压裂液是压裂液技术发展最快、最全方面体系。
1、线形胶压裂液
是由水溶性聚合物稠化剂和其它添加剂组成，含有流动性，通常属于非牛顿流体，可近似用幂率模型来描述。经典压裂液配方：稠化剂（香豆胶0.4-0.6%，胍胶0.3-0.5%，羟丙基胍胶0.2-0.5%）+杀菌剂（甲醛0.2-0.5%）+粘土稳定剂（KCL2%）+破乳剂（SP1690.1-0.2%）+破胶剂（过硫酸铵20-100mg/L）。
线形胶压裂液含有一定表观粘度和低滤失性，减阻性能好，易破胶对地层伤害小；但对温度、剪切速率敏感。通常见于注水井和浅层油气藏压裂。
2、交联冻胶压裂液
同线形胶压裂液对比，联冻胶压裂液含有更强粘弹性和塑性，在造缝和携砂能力等综合性能方面优于线形胶压裂液，但因为破胶降粘相对困难，所以破胶剂使用由为关键 。
经典压裂液配方：
基液：稠化剂（0.3-0.7%香豆胶、胍胶、羟丙基胍胶）+杀菌剂（甲醛0.2-0.5%）+粘土稳定剂（KCL2%）+破乳剂+助排剂（0.2-0.6%DL）+降滤失剂+PH值调整剂+温度稳定剂。
交联液：交联剂（硼砂、有机硼、有机锆、有机钛）+破胶剂（过硫酸铵少许），视交联比和交联性能配制交联液浓度。
为了适应不一样井层情况，经过调整添加剂用量，压裂液还能够分为低温（20-60℃）、中温（60-120℃）、高温（120℃以上）体系。
3、水基压裂液添加剂
（1）稠化剂：水溶性聚合物作为稠化剂是水基压裂液基础添加剂，用以提升粘度、降低滤失、悬浮和携带支撑剂。能够用植物胶（如胍胶、香豆胶、田箐胶）及其衍生物（羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等）、生物聚合物如黄胞胶和合成聚合物（聚丙烯酰胺）。
（2）交联剂：交联剂是经过交联离子将溶解于水中高分子链上活性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶化学剂。比较常见且形成工业化交联剂为硼砂、有机硼、有机锆、有机钛等。
（3）粘土稳定剂：使用水基压裂液，将引发粘土沉积、颗粒膨胀或运移。在施工中压裂液对储集层粘土矿物伤害通常是水敏性和碱敏性叠加作用结果。水溶性介质能使粘土矿物膨胀、分散或运移；同时水基压裂液以碱性交联为主，滤液粘土稳定剂，使用浓度为1-2%。
（4）杀菌剂：用于抑制和杀死微生物，使配制基液性能稳定，预防聚合物降解，同时阻止储集层内细菌生长。
甲醛、乙二醛、戊二醛含有良好杀菌防腐作用，使用浓度0.5-1.0%。
（5）表面活性剂：水基压裂液表活剂含有压后助排和防乳破乳作用。因为乳化液粘度较高，在井筒周围和地层原油发生乳化，会产生严重生产堵塞。应用表面活性剂能够保持破乳剂活性，达成防乳破乳作用。
（6）抗高温稳定剂：高温下压裂液粘度下降主，要因为氧存在加剧了压裂液降解速度，所以常见甲醇、硫代硫酸钠、三乙醇胺等作为稳定剂。
（7）降滤失剂：水基线形胶和冻胶压裂液因为含有较高表观粘度和能形成滤饼特征，可控制压裂液降解速度，但通常天然裂缝发育储集层应加入降滤失剂。常见 为柴油、油溶性树脂、聚合物和硅粉。
（8）破胶剂：是压裂液中一个关键添加剂，关键使压裂液中冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，降低对储集层伤害。常见破胶剂包含酶、氧化剂、和酸。生物酶和催化氧化剂系列适适用于20-54℃低温破胶剂；通常氧化破胶体系适适用于54-93℃，而有机酸适适用于93℃以上破胶作用。
（9）滤饼溶解剂：压裂液在施工中因为滤失性造成聚合物浓缩，使压裂液在裂缝和裂缝表面形成致密滤饼，常规破胶剂不能将其破坏，所以需要滤饼溶解剂进行处理。
（10）缓冲剂：在水基压裂液中，通常见pH值调整剂控制稠化剂水合增粘速度、所需PH值范围和交联时间和控制细菌生长。
常见PH值调整剂为碳酸氢钠、碳酸钠、柠檬酸、福马酸和氢氧化钠。
4、常见水基压裂液及性能指标
现在广泛应用压裂液有田箐胶、香豆粉和胍尔胶压裂液，经过对三种压裂液性能指标进行对比，能够看出田箐胶水不溶物高，压裂液残渣含量为1200mg/L，对地层和裂缝导流能力伤害较大，而且其流变性和携砂能力较差，所以，我们首选香豆粉、其次为胍胶压裂液。
现在常见胍胶、香豆胶、改性胍胶各项技术标准见表1

三种压裂液性能对比 表1
压裂液
类型
水不溶物
（%）
岩心伤害率
（%）
残渣（mg/l）
田箐胶
30
45.5
1200
香豆粉
9
23.1
334
胍胶
16
34.3
356

水基压裂液技术指标表 表2

序号
项 目
指 标
1
基液粘度mpas
≥33
2
冻胶初始粘度 （mpas）
≥300
3
冻胶剪切30min粘度（mpas）
≥150
4
破胶性能（mpas）
24h粘度小于10mpas
5
残渣含量（mg/l）
≤400
6
稠度系数（mpa.sn）
≥10×102
7
流动行为指数
0.2-0.7
8
破胶液表面张力（mN/m）
≤30
9
破胶液煤油界面张力（mN/m）
≤5
10
初滤失量m3/m2
≤2×10-3
11
滤失系数m/min-2
≤1×10-3

二、压裂支撑剂
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一个固体颗粒。它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支撑裂缝带，使流体在支撑剂中有较高流通性，降低流体流动阻力，达成增产、增注目标。支撑剂通常分为天然和人造两大类。
（一）支撑剂种类
1、石英砂
石英砂多产于沙漠、河滩和沿海地带。如中国兰州砂、承德砂、内蒙砂。
天然石英砂化学成份是氧化硅，伴有少许氧化铝、氧化铁、氧化钾、氧化钙和氧化镁。
天然石英砂矿物组分以石英为主。其含量是衡量石英砂质量关键指标。压裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少许长石、燧石和其它喷出岩、变质岩等岩屑。
从石英微观结构看，可分为单晶石英和复晶石英两种，单晶石英颗粒质量越大，石英砂抗压强度越高。
通常石英砂视密度2.65g/cm3，体积密度1.70g/cm3，承压20-34Mpa。
2、陶粒
人造陶粒关键由铝矾土（氧化铝）烧结或喷吹而成，含有较高抗压强度，可划分中等强度和高强度两种陶粒。
中等强度陶粒是由铝矾土或铝质陶土制成，视密度2.7-3.3g/cm3。组分为氧化铝或铝质，其质量分数46%-77%，硅质含量12%-55%，氧化物约10%。承压55-80Mpa。
高强度陶粒是由铝矾土或氧化镐制成，视密度3.4g/cm3。化学组分：氧化铝85%-90%，氧化硅3%-6%，氧化铁约4-7%。氧化钛、氧化锆3%-4%。承压100Mpa。
3、树脂砂
树脂砂是将树脂薄膜包裹到石英砂表面上，经热固处理制成。视密度2.55g/cm3。在低应力下，树脂砂性能和石英砂靠近，在高应力下，树脂砂性能远远优于石英砂。中等强度低密度或高密度树脂砂可承压55-69Mpa，它适应了低强度天然石英砂和高强度铝土支撑剂间强度要求，相对密度较低，便于携砂和铺砂。
树脂砂分为两种，固化砂和固化砂。固化砂是在地层温度下固结，这对预防压后出砂及预防地层吐砂有一定效果。预固化砂在地面已形成完好树脂薄膜包裹砂子，其优点是：
（1）树脂薄膜包裹砂子，增加了砂粒间接触面积，从而提升了抗闭合能力；
（2）树脂薄膜可将压碎了砂粒、粉砂包裹起来，降低了颗粒运移和堵塞孔道机会，从而改善了导流能力；
（3）树脂砂总体积密度比中强度和高强度人造支撑剂低很多，便于悬浮，降低了对压裂液要求。
（二）压裂支撑剂关键性能
1、支撑剂性能定义
（1）支撑剂球度
就是指支撑剂颗粒靠近球形程度
SP=dn/dc
SP------球度，
Dn---颗粒等值体积球体直径，mm
dc---颗粒外接球体直径，mm
（2）支撑剂圆度
圆度指支撑剂棱角相对锐度或曲率量度。
（3）酸溶解度
在要求酸溶液及酸溶解时间内，确定一定质量支撑剂被酸溶解质量和支撑剂总质量百分比，称为酸溶解度。
（4）支撑剂浊度
在要求体积蒸馏水中加入一定体积支撑剂，搅拌后液体浑浊程度称为支撑剂浊度。
（5）支撑剂密度
视密度：单位质量支撑剂和其颗粒体积之比。
体积密度：单位质量支撑剂和其堆积体积之比。
（6）抗破碎能力
对一定体积支撑剂，在额定压力下进行承压测试，确定破碎率表征了支撑剂抗破碎能力，破碎率高，抗破碎能力低。
2、支撑剂性能指标
（1）粒径分布
标准筛检测组合表 表3
粒径范围，mm
1.25-0.9
0.9-0.45
0.45-0.24
目 数
16/20
20/40
40/70
标准筛组合
mm
1.6
1.25
0.63
1.25
0.9
0.45
1.0
0.63
0.35
0.9
0.5
0.28
0.75
0.45
0.224
0.63
0.35
0.125
底盘
底盘
底盘
支撑剂粒径范围可分为0.24-0.45mm，0.45-0.9mm，0.9-1.25mm三种规格。能够依据下表进行检测，落在公称直径范围内样品质量不低于样品总质量90%；小于支撑剂下限质量不应超出总质量2%；大于顶筛样品质量不应超出总质量0.1%；落在支撑剂下限筛子样品质量不低于样品总质量10%；
（2）支撑剂球度、圆度
天然石英砂球度、圆度应大于0.6，人造陶粒球度、圆度应大于0.8。
（3）支撑剂酸溶解度
多种支撑剂许可酸溶解度数值见下表4，天然石英砂和人造支撑剂酸溶解度数值应符协议一标准。
支撑剂酸溶解度表 表4
粒径范围，mm
酸溶解度最大值，%
1.25-0.9
≤5
0.9-0.45
≤5
0.45-0.24
≤7
（4）支撑剂浊度
支撑剂浊度应低于100NTU或100度。
（5）支撑剂破碎率
石英砂、陶粒抗破碎能力应符合表5、表6
石英砂抗破碎指标表 表5
粒径范围，mm
闭合压力，MPa
破碎时受力，KN
破碎率，%
1.25-0.9
21
42.56
≤14
0.9-0.45
28
56.75
≤14
0.45-0.24
35
70.94
≤8
人造陶粒抗破碎指标表 表6
粒径范围，mm
破碎率，%
1.25-0.9
25
0.9-0.45
10
0.45-0.24
8
3、支撑裂缝导流能力影响原因
支撑裂缝导流能力是指裂缝传导储集层流体能力，并以支撑带渗透率（Kf）和宽度（Wf）乘积（KfWf）来表示。影响支撑剂导流能力原因关键有支撑裂缝承受作用力、支撑剂物理性质、支撑剂铺植置浓度，和支撑剂对岩石嵌入、承压时间和压裂液伤害等原因。
（1）地应力和地层孔隙压力影响
对于压裂井，压裂后形成支撑带中支撑剂承受着裂缝闭合压力PP，她是地层地应力即最小主地应力σmin和地层孔隙压力之差，生产时最低地层孔隙压力应是井底流压Pf，即：
PP =σmin-Pf
支撑剂导流能力伴随闭合压力增加而降低，见曲线1

曲线1导流能力随闭合压力改变曲线
（2）支撑剂物理性能对导流能力影响
支撑剂物理性能包含粒径、圆球度、强度、浊度、酸溶解度、密度，其中对裂缝导流能力影响比较敏感关键是粒径、圆球度、强度。
①粒径大小及其均匀程度影响着支撑裂缝孔隙度和渗透率。在低闭合压力，大粒径支撑剂可提供高导流能力，但输送比较困难，要求裂缝有足够动态宽度。粒径相对集中，比较均匀支撑剂可提供更高导流能力。
②圆球度好支撑剂能承受高闭合压力，在低闭合压力下，带有棱角支撑颗粒比圆球度好含有更高导流能力。
③破碎率低，导流能力高，所以通常依据支撑剂破碎率选择支撑剂。
（3）支撑剂铺置浓度对导流能力影响
支撑剂铺置浓度指单位裂缝壁面积上支撑剂量，单位kg/m2，导流能力随铺置浓度增加而增加，多层铺置能够降低支撑剂破碎程度，能够提升裂缝宽度，所以提升导流能力。
（4）支撑剂压碎和嵌入对导流能力影响
当裂缝闭合在支撑带上时，支撑剂颗粒将由裂缝壁面嵌入岩层或被压碎，二者全部影响缝宽和渗透率，造成导流能力下降。这和岩石硬度相关键关系，当岩石杨氏模量大于28000Mpa时，对支撑剂压碎影响起关键作用；当岩石杨氏模量小于28000Mpa时，对支撑剂嵌入影响起主导作用。
支撑剂在裂缝中多层排列有利于减缓嵌入影响，铺置浓度越大，嵌入影响就越小。
（5）压裂液对导流能力影响
压裂后，压裂液破胶返排，但仍有部分破胶较差压裂液及残渣滞留在支撑带孔隙中，和压裂液在缝壁形成滤饼，全部会造成导流能力下降。
多种压裂液对裂缝导流能力影响见下表7
压裂液对导流能力影响情况表 表7
压裂液种类
裂缝导流能力保持系数，%
生物聚合物
95
泡沫压裂液
80-90
聚合物乳化液
65-85
油基冻胶
45-70
线形溶胶
45-55
羟丙基胍胶
10-50
三、压裂设备和压裂管柱
（一）地面压裂设备
1、压裂专用井口
压裂井口通常可分为两类：
（1）用采油树压裂，按采油树型号分为250、350、600、700、1050型。250型工作压力25 Mpa，用于浅井，其它分别用于中深井、深井和超深井。气井压裂关键采取这类井口，可预防压后产气量大，能够直接关闭井口阀们，用压裂管柱生产。
（2）采取大弯管、投球器、井口球阀和井口控制器专用压裂井口，大弯管、投球器、井口球阀工作压力70 Mpa，最大过砂量150 m3。
2、压裂地面管汇
常见有压裂管汇车和专用地面管汇。专用地面管汇有8个连接头，压裂车可任选一个连接。
高压管汇外径ф76mm，内径ф60mm最高压力100 Mpa。

（二）压裂车组
压裂车组关键包含压裂车、混砂车、仪表车和管汇车。
经典压裂车组及性能参数表 表8
车 型
综合性能参数
备 注
西方压裂车

档
位
传动箱
1900r/min
1800r/min
1700r/min
1、大泵水功率1300马力；
2、柱塞直径114.3mm
3、冲程203.2mm
传动比
冲次
n/min
排量
m/min
压力
MPa
冲次
n/min
排量
m/min
冲次
n/min
排量
m/min
1
3.655
81.8
0.5
99.4
77.5
0.473
73.2
0.447
2
2.625
113.9
0.696
84
107.9
0.659
101.9
0.622
3
2.176
137.4
0.839
69.7
130.2
0.795
123.0
0.751
4
1.781
167.9
1.025
57
150.1
0.972
150.2
0.917
5
1.563
191.3
1.168
50.0
181.3
1.107
171.2
1.046
6
1.279
233.8
1.428
41.0
221.5
1.353
209.2
1.278

7
1.000
299.1
1.827
32.0
283.3
1.730
267.6
1.635
8
0.718
416.6

西方
混砂车

整机参数
最大排量＝15.9m3/min ，最大输砂量=8165kg/min 混合罐容积＝1.0 m3/min
吸、排液
管汇
8个阀门，有替挤旁通。
吸入泵
压力＝0.21MPa 排量＝15.9 m3/min
砂　泵
压力＝0.46MPa 排量＝15.9m3/min
液体添加泵
泵1排量＝0~191 L/min，泵2 排量＝76 L/min，交联泵排量=0~500 L/min
干粉添加泵
泵1排量=0~32kg/min，泵2排量=0~90kg/min
仪表车

大泵控制
电源、发动机、档位、泵速、紧急制动、报警

计算机
TS—80、PDU监测系统、数显器
打印机
4笔绘图器
其它
HDE现场参数校正仪、SM—A压差式砂密度计
1、压裂车
是压裂关键动力设备，其作用是产生高压，大排量向地层注入压裂液，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。关键由运载汽车、驱泵动力、传动装置、压裂泵四部分组成。
2、混砂车
作用是将支撑剂、压裂液及多种添加剂按一定百分比混合，并将混好携砂液供给压裂车压入井内。现在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。关键由供液、输砂、传动三个系统组成。
3、其它设备
包含仪表车、液罐、砂罐。仪表车是用于施工中统计多种参数，控制其它压裂设备中枢系统，又称压裂指挥车。
（三）压裂工具和压裂管柱
1、压裂工具
压裂管柱关键由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚、安全接头等组成。
（1）压裂封隔器
压裂封隔器关键起封隔油层目标，保障压裂细分改造要求，可分为扩张式和压缩式两类，常见封隔器性能和特点见下表
压裂封隔器性能表 表9
名称

用途
工作压力
Mpa
温度
℃
外径
mm
长度
mm
K344-114

常规低温浅井
压裂
50
70
114
870
K344-114
导压封隔器
大砂量、高砂比压裂
50
90
114
1470
K344-114
可洗井
用于斜直井分层压裂
50
70
114
1066
Y344-114

用于中深井
压裂
70
120
114
1255
Y344-114
可洗井
常规井高砂比压裂
50
70
114
1255

Y443-114
高温、深井压裂
80
150
114
-
（2）喷砂器
喷砂器作用一是节流，造成套管内外压差，确保封隔器密封，二是通往地层通道口，三是避免压裂砂直接冲击套管内壁造成伤害。
（3）压裂油管
压裂油管应使用专用油管，抗压强度满足设计要求。低压浅井可用钢级J55ф62mm油管，呈压55 Mpa；中深井和深井分别应用呈压70Mpa、钢级N80和呈压90Mpa 、钢级P105外加厚油管。
2、压裂管柱
（1）滑套式分层压裂管柱
该管柱可广泛应用于一般压裂、多裂缝压裂、选择性压裂、限流压裂、反复限流压裂。投球打套子一次可压裂三层，上提可压裂四层。见图1。
根据管柱承压可分为40Mpa、55 Mpa管柱。40Mpa常见于一般压裂、多裂缝压裂、选择性压裂等老井压裂，破裂压力低、排量在2.4 m3/min左右；55 Mpa管柱用于破裂压力高、排量要求3.8 m3/min左右新井限流法压裂。

滑套式分层压裂管柱图（图1）
扩张式封隔器
压裂层段3
压裂层段2
压裂层段1
喷砂器3（带套）
喷砂器2（带套）
喷砂器1（不带套）
丝堵

（2）平衡压裂管柱
适适用于三次加密井压裂，其油层性质差、纵向上分散，隔层薄，能够避免压裂压窜。
隔层上下层段全部射孔，施工时液体经过平衡器出液口和喷砂器出液口同时进入平衡层和压裂层，打完前置液后投球打下平衡器滤砂滑套，使平衡器出液口出液不出砂。因为压前在需要保护隔层上下建立起一定平衡压力，在压裂层形成裂缝、加砂过程中，平衡层仍进液不进砂，从而减小了需要保护隔层上下压差，使得在压裂过程中需要保护隔层得到有效保护，压后平衡层裂缝自然闭合。
图2保护隔层压裂原理图

（3）桥塞压裂管柱
针对常规压裂管柱卡距小于40m、跨距小于140m不足，引进了适合大跨距，油层分散井段施工桥塞压裂管柱。
图3 桥塞管柱示意图

压裂时将可取式桥塞释放于预设压裂层段下面，上提管柱至待压层段上面，此时卡距内没有油管连接，能够将多个分散薄差油层封隔在一个压裂层段中进行改造，降低了压裂成本，提升了薄差油层开发价值。因为含有反洗井功效，可满足施工中控制替挤量和高砂比要求。
一、 四、压裂工艺
1、 1、一般压裂工艺
利用不压井、不放喷井口装置，将压裂管柱及其配套工具下入井内预定位置，实现不压井、不放喷作业。当压完第一层（最下一层）后，经过投球器和井口球阀分别投入不一样直径钢球，逐次将滑套憋到已用喷砂器内堵死水眼，打开上部喷砂器通道，然后依次再进行压裂。当最终一层替挤完后，立即活动管柱，并投入堵塞器，从而实现不压井、不放喷起出油管。
适适用于一般射孔完井，一个压裂卡段压裂加砂只形成一个支撑裂缝，是我厂关键采取压裂工艺。
2、 2、多裂缝压裂工艺
依据被压开油层吸液开启压力低，吸液量大特点，压开一个层后，在较低排量向油层替入高强度水溶（或油溶）转向剂、（蜡球、树脂球）封堵已压开层射孔炮眼，迫使压裂液转向进入其它层，在替入泵压显著升高，开启其它泵车压裂第二层。整个过程，压裂加砂—封堵—压裂加砂，在一个压裂卡距中，经过蜡球封堵射孔炮眼，压裂液转向，压裂加砂改造多层。
其工艺特点，在一般射孔完井，达成一井压裂多层，一段压多缝目标。用于常规射孔井，分层压裂管柱卡不开多个性质相近差油层压裂改造。
3、 3、选择性压裂工艺
利用油层内不一样部位或各油层间吸液能力不一样特点，经过投入暂堵剂将渗透率高、吸液能力强、开启压力低高含水部位、层或人工裂缝临时封堵，迫便压裂液分流，从而在其它部位或层内压开新裂缝，达成选择性压裂目标，暂堵剂是油溶性，在一定温度条件下，可变软溶于原油中，开井即可解堵。
用于常规射孔井，针对厚油层改造采取一个压裂工艺。常见暂堵剂有石蜡、高压聚乙稀、松香和重晶石粉。
4、 4、限流法压裂工艺
用于加密井，薄、差油层完井改造。要求低密度、定位射孔，大排量压裂施工，其原理：当破裂压力较低油层被压开后，吸液能力增加，其射孔炮眼产生节流压力损失，在排量增加条件下，套管内压力继续升高，依次压开破压相近油层，在一定压裂排量下，达成一次压裂加砂处理多个目标层。每个压裂卡段炮眼10个左右。
假如地面能够提供足够大注入排量，就能一次加砂同时处理更多目标层。

夹层
夹层
19.5MPa
17.5MPa
18.5MPa
夹层
夹层
19.5MPa
17.5MPa
18.5MPa
夹层
夹层
19.5MPa
17.5MPa
18.5MPa
夹层
夹层
19.5MPa
17.5MPa
18.5MPa
（过程二）
（过程一）
（过程三）
（过程四）
5、 限流法压裂示意图 图4
6、 5、复合压裂工艺
适适用于常规射孔井，复合压裂这里指在一个作业期内，采取高能气体燃爆压裂和一般水力压裂对油、水井前后进行压裂改造，其工艺技术特点。利用这两种压裂工艺造缝机理不一样，二者相互补充，高能气体压裂先在井筒近井地带一次燃爆形成立体网状裂缝体系，随即进行一般水力压裂，在高能气体燃爆形成裂缝引导下，使这些裂缝得到延伸、支撑。在井筒近井地带形成立体网状支撑裂缝，发挥两种压裂工艺优势，提升油井工艺效果。
复合压裂工艺是我们厂首次在大庆油田提出此工艺概念，并实施了第一口压裂井。该工艺适适用于多油层、非均质常规射孔井油层改造，施工时应合适提升压裂液粘度、前置液量和施工排量，避免狭窄裂缝过多引发砂堵。
6、CO2泡沫压裂工艺
它是以液态CO2或CO2和其它压裂液混合，加入对应添加剂，来替换压裂施工中所使用常规水基压裂液压裂施工工艺技术。
CO2压裂液关键成份是液态CO2、原胶液和若干种化学添加剂。在压裂施工注入过程中，随深度增加，温度逐步升高，达成一定温度后，CO2开始汽化，形成原胶为外相，CO2为内相两相泡沫液。因为泡沫液含有气泡稠密密封结构，气泡间相互作用而影响其流动性，从而使泡沫含有“粘度”，所以含有良好携砂性能，在压裂施工中起到和常规水基压裂液相同作用。
因为液态CO2在地层中既能溶于油，也能溶于水，所以可改善原油物性，降低油水界面张力。CO2泡沫可在裂缝壁面形成阻挡层，可大大降低滤失及对地层伤害。另外，泡沫压裂液PH值在3.5左右，可有效预防粘土膨胀，还对地层起到一定解堵作用。所以，泡沫压裂液比水基压裂液更适适用于对深层气井、低渗低压油井、水敏性地层和稠油井压裂改造。
7、端部脱砂压裂工艺
脱砂压裂是利用压裂液滤失特征，在压裂过程中，当裂缝扩展到预定长度时，在裂缝端部人为地造成砂堵，从而阻止裂缝深入扩展。裂缝端部形成砂堵以后，以大于裂缝向地层中滤失量排量，继续按设计加砂方案向裂缝中注入混砂液。伴随注入时间增加，注入压力和裂缝宽度会逐步增加，裂缝中支撑剂浓度也越来越高，当地面泵压达成预定压力时停止施工，就能够取得较高裂缝导流能力，这么既控制了裂缝半径，又实现了较高裂缝导流能力。
该工艺关键应用于油层渗透率较高，油水井井距小，需要形成短宽缝压裂施工井层。选择压裂液粘度相对较低，以确保一定滤失量；同时要用反洗井管柱，避免砂堵事故。
五、压裂油层保护
压裂对油层伤害关键是压裂液和储集层岩石及地层流体相互作用综合结果，所以降低压裂液伤害，应加强室内研究，并重视在施工过程中进行保护。
（一）地层伤害原因
1、因为压裂液注入，改变了地层原始含油饱和度，并产生两相流动，流动阻力加大，毛细管力作用致使压裂液返排困难和阻力增加，甚至出现严重和持久水锁现象。
2、压裂液残渣及压裂液在裂缝壁面上形成难以降解滤饼对地层伤害。残渣会堵塞地层孔喉，还会滞留在裂缝中损害裂缝导流能力。
3、压裂过程中引发粘土矿物膨胀和颗粒运移，使流动孔隙减小；粘土颗粒随压裂液滤入地层，形成桥堵，造成伤害。
4、压裂液和原油乳化，乳化液经过毛细管、喉道时存在贾敏效应，造成液堵。
5、压裂液进入地层后，因为地层流体温度下降，因为冷却效应，使原油中蜡及沥青析出，造成伤害。
6、压裂液和地层流体配伍性不好，产生化学反应生成沉淀，和添加剂使用不妥造成岩石润湿性改变等伤害。
7、支撑剂伤害。杂质含量过高堵塞地层孔道；小颗粒支撑剂运移堵塞裂缝；支撑剂破碎率高形成微颗粒，降低裂缝导流能力。
8、方法不妥造成地层伤害。钻井液、压井液伤害；未加防膨剂造成水敏地层被伤害；酸敏地层采取常规酸化处理也会造成伤害。
（二）压裂施工油层中保护方法
1、优选压裂液降低储层伤害
压裂液残渣滞留在裂缝和空隙中，对裂缝导流能力和储层渗透率回造成较大影响，应优选增稠剂，使用合理浓度和交联比，在满足施工条件下，降低粉剂浓度。
2、降低乳化伤害。合适加入破乳剂可有效预防乳化带来影响。
3、降低水敏影响。采取KCL防膨剂可抑制粘土颗粒分散；有机防膨剂还能够以长分子链形式吸附在粘土表面，预防颗粒运移和分散。
4、降低滤液造成水锁伤害。采取高效助排剂可有效降低返排阻力，降低压裂液表面张力、界面张力，有效改善增产方法效果。
5、合理控制扩散压力时间，立即返排，必需时采取强制闭合方法，使用小喷嘴放喷，降低压裂液滤失，使裂缝在不停排出同时快速闭合。
6、提升多种添加剂连续性和稳定性，提升破胶剂性能，降低地层伤害和污染。
六、压裂施工和质量要求
（一）压裂施工过程
压裂施工通常包含以下工序：循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤、扩散压力、活动管柱。特殊情况可进行酸预处理、小型压裂测试、压后压降监测等工序。
1、循环：目标是检验压裂车组设备性能，确保地面步骤管线通畅。循环时单车排量不低于1m3/min，时间不少于30s。
2、试压：平稳开启压裂车高压泵，对井口阀门以上设备和地面管线进行承压性能试验，压力为估计泵压1.2-1.5倍，稳压5min，不刺不漏压力不降为合格。
3、试挤：打开井口阀门，关闭循环放空阀门，逐台开启压裂车，按设计要求排量将压裂液挤入地层，压力由低到高直到稳定。检验井下管柱和工具情况，检验压裂层位吸液能力。
4、压裂：试挤正常后，逐台开启压裂车，以高压大排量连续挤入前至液，使裂缝形成并扩展延伸。油层破裂瞬间破裂压力和地层深度比值，称为压裂破裂梯度，反应油层破裂难易程度。
5、加砂：油层裂缝形成后，泵压和排量稳定后便可加砂。要分段控制好混砂比，要逐步提升且均匀加砂，确保压力、排量平稳，严禁中途停泵。
6、替挤：加砂完成后，打开混砂车旁通替挤步骤，向井内注入替挤液，将携砂液替挤到油层裂缝中，要严格实施设计，严禁超量替挤。
7、关井扩散压力：压裂施工结束后，关闭全部进出口阀门，等候压裂液破胶滤失及裂缝闭合，预防出砂，造成裂缝口铺砂浓度过低。
8、活动管柱：负荷应不超出管柱悬重200KN，上提速度控制在0.5m/min，活动行程大于5m。要达成管柱提放自如，拉力表悬重正常。
（二）压裂施工质量要求
1、压裂管柱质量要求
（1）压裂管线应用N80以上钢级油管或短接连接，严禁应用玻璃油管、涂料油管、和软管线连接。
（2）高压管汇初端到井口距离在40-600m，连接方向为进液管指向井口方向；压裂管柱无水利锚，应在井口套管头、压裂装置用19mm钢丝绳固定。
（3）压裂管柱喷砂器和下封隔器直接连接，最下一级封隔器以下尾管长度大于8m，压裂管柱底端距井内砂面或人工井底距离大于10m。
（4）K344-113压裂管柱最多许可使用4级封隔器，上提一次；Y344-114压裂管柱最多许可使用2级封隔器，上提2次。
（5）严禁用压裂管柱进行替喷、冲砂、压井、打捞作业。
2、压前作业质量要求
（1）探砂面：一律采取光油管硬探，砂面深度以指重表悬重下降二格，拉力表下降0.5吨，连探三次数据一致为准，其管柱深度为砂面深度。
（2）冲砂：冲砂管柱丝扣要上紧，做到不刺不漏，冲砂管以砂面以上2米左右进行冲砂，液量充足，排量不低于20方/时。连续三次测得出口含砂量小于0.2%为合格。
（3）压井：压裂施工严禁压井，如确需压井作业，必需推行审批手续。
（4）替喷：深度必需距人工井底1-2m；替喷要根本，水量充足（通常为井筒容积2.5倍），排量20方/小时，出口比重1.01为合格；出水中准接软管线，不准接90度弯头。
（5）刮蜡：
a、刮蜡用小于套管内径6mm刮蜡器进行刮蜡，以下不去可依据实际情况缩小刮蜡器外径。
b、泵挂深度小于800m，则刮蜡深度至800m，泵挂深度大于800m，则刮蜡至设计泵挂深度。
c、刮蜡后，替入井筒容积1.2-1.5倍热水进行循环，洗出井内死油、死蜡，如压井刮蜡，则用同比重泥浆进行循环。
3、压裂施工过程质量要求
（1）压裂前后要探砂面，底界距砂面或井底距离大于15m。
（2）循环时单车泵排量不低于1m3/min，时间大于30s，排静残液、余砂。
（3）加砂过程要保持连续性，不抽闲，加砂均匀严禁中途停泵；
（4）加砂施工要注意观察套压表，压力上升超出8mpa应停止施工，打开套管放空，再观察压力改变，如在6mpa以下套压能稳住，可继续加砂施工。
（5）投钢赇打喷砂器滑套时，投入钢球规格和喷砂器滑套对应，排量控制在0.4-0.6 m3/min。
（6）压裂施工中严禁放喷，已防砂卡及压裂层段吐砂。
（7）多裂缝压裂投暂堵剂排量控制在0.4-0.6 m3/min；破裂压力要在同排量下提升2mpa以上，不然再次封堵，追加1/2蜡球量。在限压40mpa时，如第一条缝超出35mpa以上，可终止多裂缝施工。
（8）替挤量小于