压裂常用的井下工具.doc

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，℃        90

2、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。（如图2所示）

图2  Y344型封隔器结构图
3）工作原理
当将此封隔器下至井下预定深度坐封时，从油管内打入高压液体加液压。高压液体经过中心管的孔眼和滤网罩作用在上活塞和下活塞上，推动活塞上行压缩胶筒，使胶筒直径变大，密封油、套管环形空间。当需要解封时只须放掉油管内的液压，活塞便在胶筒的弹力作用下退回，胶筒便回收而解封。
4）Y344型封隔器主要技术参数（见表2）
表2  Y344主要技术参数表
参数        Y344-114        Y344-148
最大外径，mm        φ114        φ148
最小通径，mm        φ48        φ60
总长，mm        1295        1440
坐封压力，MPa        1.2        1.2
工作压力，MPa        60        60
工作温度，℃        120        120

3、Y241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
主要有调节钢套、反洗活塞、胶筒座、锯齿锁定套、卡瓦块、卡瓦套、控制环、皮碗、上下胶筒、上接头、锁环、下活塞、下中心管、压帽、中胶筒、中心管、锥体等组成。（如图3所示）

图3  Y241型封隔器结构图
3）工作原理
采用液压坐封、上提管柱解封的工作方式。在油管内液体压力的作用下，封隔器坐封活塞上行打开限位机构，推动卡瓦锚定部分上行并压缩胶筒，实现坐封和锚定，同时锁紧机构进入锁紧状态。在油管内液体压力消失后，由于锁紧机构进入锁紧状态，卡瓦锚定部分不会回收使封隔器一直处于坐封状态。上提管柱，封隔器中心管与外层各部分发生错动解除锁紧状态，其它各部分在摩擦力和弹性力作用下恢复原位，实现封隔器的解封。
4）Y241型封隔器主要技术参数（见表3）
表3  Y241主要技术参数表
规    格        Y241—148        Y241—115
总长，mm        1548        1430
最大外径，mm        φ148        φ115
内径，mm        φ62        φ54
坐封压力，MPa        29        29
工作压力，MPa        60        60
工作温度，℃        120        120
卡瓦张开外径，mm        165        130
解封力，kN        15～20        15～20
连接螺纹        2 7/8 UPTBG        2 7/8 UPTBG

4、Y341型封隔器
1）作用：主要用于分层试油、分层采油、分层找水、堵水，也可以和配套工具组合用于分层压裂酸化等，一般可以多级使用。
2）结构
主要有上接头、锁套、解封剪钉座、坐封剪钉、锥环、锁环、索还座、上平衡活塞、缸套、外中心管、内中心管、下平衡活塞、胶筒、上下调节环、坐封剪钉、坐封活塞、活塞套、下接头等组成。（如图4所示）

图4  Y341型封隔器结构图
3）工作原理
坐封时，从油管内加液压，液压推动活塞上行，坐封剪钉被剪断，坐封活塞推动上下调节环外中心管、锁紧座一起上行压缩胶筒并锁紧，使封隔器处于坐封状态。解封时，上体油管柱，解封剪钉被剪断，解封剪钉座、锥环和锁环被卡在锁套内，随管柱向上运动。锁紧座、外中心管、上调节环、下调节环、和坐封活塞在胶筒的弹力作用下退回，胶筒收回解封。
4）Y341型封隔器主要技术参数（见表4）
表4  Y341主要技术参数表
型    号        Y341-115        Y341-148
最大外径（mm）        φ115        φ148
内 通 径（mm）        φ50        φ60
总    长（mm）        1460        1580
工作压力（MPa）        60        60
工作温度（℃）        120        120
坐封压力（MPa）        15        15
反洗排量（m3/h）        30        30
解 封 力（kN）        15～25        15～25
5、Y111型封隔器
1）作用：该封隔器适用于分层试油、采油、找水、堵水和酸化。可单独使用，也可与卡瓦式封隔器或支撑卡瓦配套使用。
2）结构
   主要有上接头、胶筒座、胶筒、中心管、“O”型胶圈、承压接头、坐封剪钉、压缩距垫环、下接头等。（如图5所示）

图5  Y111型封隔器结构图
3）工作原理
按所需坐封高度（油管挂距顶死法兰的高度）下放管柱。因承压接头和下接头与尾管（或卡瓦式封隔器，或支撑卡瓦）为支点，坐封剪钉在一定的管柱重量作用下被剪断，则上接头、调节环、中心管和键一起下行压缩胶筒，使胶筒的外径变大，封隔油、套管的环形空间。上提管柱，胶筒就收回恢复原状。
4）Y111-115型封隔器主要技术参数（见表5）
表5  Y111-115型封隔器主要技术参数表
参  数        Y111-115
最大外径，mm        φ115
最小通径，mm        φ62
总    长，mm        626
坐封载荷， kN        60～80
工作压力，MPa        上15下8
工作温度，℃        120

6、JXY221-115封隔器
1）作用：适用于分层试油、采油、测试、找水、堵水、酸化等工艺，可单独使用，也可与Y111型封隔器配合使用。
2）结构（见图６）

             图6   JXY221封隔器结构图
3）工作原理
JXY 221封隔器在下钻前，必须把它倒槽至下钻状态下钻至设计位置后，上提1m，右旋2/3圈，此时下接头上的定位销从牵引体的J型槽中滑出，释放中心管下行，将首先关闭和密封旁通阀，继续下放管柱，推动胶筒和锥体下行，由于牵引体上的扶正块的摩擦作用，在下放过程中，牵引体上的卡瓦和锥体产生相对移动，锥体就会撑开卡瓦,使封隔器上的卡瓦牢固锚定在套管壁上，继续施加座封载荷，封隔器的胶筒受压缩胀大，当载荷增加至60～80KN时，封隔器就会可靠座封。完成施工后，直接上提管柱将首先打开封隔器的旁通阀平衡上下压力,继续上提管柱封隔器就会解封。上提管柱后封隔器自动处于下钻状态,此时可以继续起钻，也可以直接下放管柱继续下钻，需要座封的时候重复座封动作即可。该封隔器可以按照设计需要重新座封多次。
4）主要技术参数

表６ JXY221—115型封隔器主要技术参数表
规格型号        JXY221—115
总长，mm        1390
外径，mm        φ115
内径，mm        φ48
座封负荷，kN        60～80
工作温度，℃        120
卡瓦张开外径，mm        128.5
连接螺纹        2 7/8 UPTBG

第二部分：控制类工具
1、水力锚
1）作用：防止井下工具产生轴向位移。用于油层水力压裂、水井增注改造、水力喷砂、切割（或喷砂射孔）等井下作业管柱的锚定。
2）结构
按水力锚的锚爪限位方式分为:扶正式(KFZ)、挡板式(KDB)、板簧式(KBH)，一般我们常用的是扶正式和挡板式两种。锚牙的复位分为弹簧复位、胶件复位和自由复位三种。常用的是弹簧复位，自由复位方式是一种新型结构，工作更可靠，但结构更复杂。结构见图7、图8。

图7  扶正式水力锚结构图

图8 挡板式水力锚结构图
3）工作原理
从油管内打入高压液体，锚爪在高压的作用下压缩内压簧和外压簧，并被推向套管壁、卡紧在套管内壁上。 以此来克服在作业施工中产生的轴向推力，起到固定井下管柱位置的作用。
4）水力锚技术参数（见表7）
表7 水力锚主要技术参数表
规格型号        KFZ117-46
        KDB112-42        KDB146-60
钢体最大外径，mm        φ117        φ112        φ146
钢体内径，mm        φ46        φ42        φ60
工作压差，MPa        60        60        60
工作温度，℃        120        120        120
启动压差，MPa        0.6~1.0MPa
2、滑套导压阀
1）作用：适用于油气井不动管柱分层压裂施工，在压裂下层时处于关闭状态，压上层时打开，且形成一定的节流压差保证封隔器的可靠座封。
2）结构
主要由滑套、滑套节流阀剪钉、内眼管、喷嘴、球座瓦片、上接头、外钢套、下接头等组成。（如图7所示）

图8 滑套导压阀结构图
3）工作原理
使用时投球，钢球落入滑套导压阀中与滑套连接的球座瓦片上，当加压后，剪断销钉，球座瓦片带动滑套下移，开启出液孔，打开油套连通通道。当滑套随着球座瓦片一起向下移动到一定位置后，球座瓦片散开，使阀体通过直径扩大，座落在球座瓦片上的钢球可以自由通过阀体掉落到管柱下部。
4）滑套导压阀主要技术参数（见表8）

表8  滑套导压阀主要技术参数表
参 数        滑套导压阀（A级）        滑套导压阀（B级）
最大外径，mm        φ114        φ114
内 通 径，mm        φ42        φ34
总    长，mm        520        520
工作压力，MPa        60        60
工作温度，℃        120        120
坐封压力，MPa        滑套开启压力5～8        滑套开启压力5～8
3、导压喷砂器
1）作用
在选层压裂、酸化时坐封上、下封隔器，并且提供流体进入地层通道。
2）结构
主要由上接头、导压本体、导压内套、滤网、喷咀等组成。
3）工作原理
    从油管内经上接头泵入高压液体，经喷咀节流，承压体变向后沿导压本体的侧孔注入地层，产生的压差使上封隔器坐封。同时，高压液体经内外导压体的空隙流向下封隔器，使下封隔器坐封。
4）KPS-114导压喷砂器的主要技术参数

表9  KPS-114导压喷砂器主要技术参数表
参 数        KPS-114导压喷砂器
总长，mm        663
最大外径，mm        φ114
工作压力，MPa        35
工作温度，℃        90
连接螺纹        2 7/8 UPTBG