水力压裂增水技术具有增水效果明显、设备简单、施工成本低、安全环保等优点,主要用于基岩水井、地热井、卤水井等增水压裂作业。基岩水井水力压裂增水技术为缺水山区提供了一种新的增加基岩水井出水量的有效技术手段,填补了国内空白。自2010年以来,分别在河北、山东、北京、青海、安徽、河南、贵州等地进行了100余眼水井的压裂增水试验与应用,取得了显著的增水效果。
技术原理
水力压裂增水技术,是利用高压泵泵入高压流体经地表管汇、管路流程和井内压裂器具压入井内,以超过地层吸液能力的排量向地层内注入的高压流体达到或超过地层应力和地层的抗张强度时,岩层起裂并形成裂缝,不断注入的高压流体使裂缝扩展并向四周延伸,将地层内的裂隙构造贯通,提高目的层的汇流与导流能力,达到单井增大水量的目的。


压裂示意图
设备与器具
地表设备
地表设备(自有设备)主要包括压裂泵车、高压管汇、高压管路等。
压裂泵车
压裂泵车是以载重汽车为安装机座的移运式压裂设备,是在车上装一台卧式三缸柱塞泵进行压裂的设备。柱塞泵由车载柴油机驱动,该设备主要用于压裂、洗井及井口试压等。整车设备操作由电路系统、气路系统及机械传动系统来实现,所有操作均集中在操作室控制台上。

自有的三台压裂泵车
压裂车现场应用
高压管汇
由旋塞阀、单向阀、安全阀、T型三通与旋塞阀和返排口、由壬总成等组成。高压管汇的功用是泵入的压裂液体经旋塞阀、单向阀、安全阀、高压管等进入井内实施压裂。

高压管汇
高压管路
主要是向孔内压裂器具注压裂液用,距离与角度可调。

高压管路
井内器具
井内器具主要包括封隔器、水力锚、定压开启阀、卸荷阀等。
封隔器
封隔器是水井压裂的关键器具之一,压裂施工时,封隔器依靠压裂液或清水的压力,使胶筒与管壁或裸眼孔壁贴紧,并膨胀座封,将压裂段与非压裂段有效隔离。封隔器具有足够高的耐压强度和膨胀比,能克服强大的水力剪切,卸荷后能自行收缩,当压裂工作结束后能顺利提出,目前常用K344型系列封隔器。


单封隔器

双封隔器
K344系列水力扩张式封隔器性能指标参数表

封隔器优势特点
水力锚
水力锚作用:
压裂液顶驱钢制锚爪嵌入井壁平衡高压流体产生的巨大向上顶驱力,有足够的钢度和伸缩比。压裂施工时,依靠压裂液或清水的压力,顶驱锚爪伸出嵌入孔壁,产生的锚固力足以克服单座封压裂工艺条件下的高压流体产生向上的顶驱力,与封隔器配套将压裂段与非压裂段有效隔离;卸荷后水力锚的锚爪能自行收缩,并能顺利在井内提出。
水力锚性能参数:
① 承压力≥40Mpa;
② 锚爪伸缩比1.1-1.2。井孔口径与水力锚的径差在20-30mm之间。

水力锚
定压开启阀
开始泵入压裂液时阀门在关闭状态,使井中钻柱内、外产生压差,控制压裂液首先进入封隔器或水力锚,使封隔器有效座封,水力锚锚爪吃入岩层锚固,随着系统压力不断升高并达到某一值时,开启阀打开,压裂液进入井(孔)内,当高能流体足以克服岩石的梯度压力和抗张强度时,岩层起裂并形成裂缝。

定压开启阀
卸荷阀
通过卸荷阀可将钻杆柱内的压裂液面降至静水位置,消除钻柱内、外压差,封隔器安全收缩。
