江汉石油管理局钻采设备研究所试采设备研究室
随着采油工艺的发展,油层压裂成为油田长期稳产、高产的主要技术措施。近几年来,压裂工艺技术发展很快,迫切需要能满足高压力、大排量、高含砂比、大砂径、大砂量和高粘度压裂液等工作条件的成套压裂设备。
为了适应上列需要,我们从1973年起开展了70公斤/平方厘米压裂管汇的试验研究,并于1975年3月在我局钻采机修厂试制出第一套管汇。这套管汇,经1000公斤/平方厘米静压试验和700公斤/平方厘米动压试验合格后,于5月份投入现场试验,先后在建南气矿和江汉油田酸化压裂7个井次,最高泵压605公斤/平方厘米,最大排量1925升/分。
一、结构说明
700公斤/平方厘米压裂管汇（图1）主要由单向阀2、旋塞阀4、放空阀5和由壬、三通、四通、短节等组成。共有81个接头,其中装有单向阀的41个接头可连接41台压裂车,装有放空阀的两个接头可接放空管线,另外两个接头与压裂井口连接。
图1 700公斤/平方厘米压裂管汇
1-2"由壬；2-单向阀；3-2 1/2"由壬；4-旋塞阀；5-放空阀；6-3"由壬
管汇中间两条主管线的中心距为780毫米,可以固定在CA—01或CA—03解放汽车的大梁上,构成管汇车。主管线通径为54毫米,支管线通径为46毫米。支管线端部装有2”由壬,可直接与SYC—700和YLC—500压裂车连接。
这种管汇采用的单向阀见图2，其特点是制造简易,检修方便。它的凡尔总成与ACF一700压裂车的凡尔总成结构相似,工作可靠,不易发生砂卡,使用寿命也较长。
图2 单向阀
1-压盖；2-弹簧；3-凡尔总成；4-凡尔座；5-阀体
旋塞阀结构如图3所示,在旋塞与阀体之间有一对阀片,通过压盖5可调节阀片、旋塞、阀体三者之间的间隙,使之既能密封,开关又较轻便。阀腔内应注满高压密封润滑脂,以改善密封和润滑性能。
图3 旋塞阀
1-转轮；2-旋塞；3-阀体；4-阀片；5-压盖
这种旋塞阀拆装方便,开关迅速（转90°开,反转90°关）,比同类型的锥形旋塞阀（旋塞为圆锥面）和球阀开关力矩小,很适于作压裂管汇的总闸门。
放空阀（图4）结构简单,工作可靠,加工制造容易,且在高压下开关省力,特别适于作泄压阀门。
图4 放空阀
1-压盖；2-阀体；3-凡尔；4-凡尔座；5-压帽；6-阀杆
二、试验情况
1、静压试验
管汇中的单向阀、旋塞阀、放空阀和活动弯头都曾分别进行单个部件的静压试验,密封试验压力为800公斤/平方厘米,强度试验压力为1000公斤/平方厘米。单个部件试验合格后,按照图1组装并进行整体试验,试验压力为1000公斤/平方厘米,在10分钟内不渗不漏,没有压降。
2、动压试验
在管汇装有单向阀的接头上分别连接5台SYC一700压裂车,主管线的接头一个堵死,一个装上喷咀,其余接头堵死。进行700公斤/平方厘米的动压试验,在30分钟内不渗不漏。
3、现场试验
这种管汇曾在建南气矿进行了一口井的酸化施工,后来又在江汉油田进行了六口井的压裂施工,施工参数见下表。
700公斤/平方厘米压裂管汇酸化压裂施工参数表
| 序号 | 施工时间 | 井号 | 最高泵压 | 最大排量 | 砂比% | 总液量 | 总加砂量 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 5月 | 建29 | 酸化、无渗漏，未装旋塞阀 | |||||
| 2 | 6月 | 王西7-4 | 580 | 80 | 3.1 | 压裂、无渗漏，未装旋塞阀 | ||
| 3 | 6月21日 | 王西12-7 | 580 | 1500 | 10.5 | 80 | 4.65 | 1、装旋塞阀 2、接车台数由12个头增加到16个头 3、油管扣三处漏 |
| 4 | 7月8日 | 王西9-6 | 650 | 1600 | 11 | 80 | 4.2 | |
| 5 | 7月9日 | 王西7-5 | 640 | 1640 | 12 | 80 | 5.6 | |
| 6 | 7月17日 | 王51 | 350 | 1925 | 16.7 | 80 | 8.64 | |
| 7 | 7月25日 | 王西10-7 | 530 | 10 | 80 | 5.3 | ||
| 说明：接头由12个增加到16个后，管线经过重新拆装，造成油管扣损坏。因此，有三处油管扣渗漏。 | ||||||||
压裂管汇的主要部件是三种阀门。单向阀在压裂4口井后,经检查凡尔胶皮仍然很好。由于压裂车排出管线没有泄压阀门,因此当压裂车在压裂过程中停车后是否可以密封,试验中还看不出来。但我们分析,只要单向阀的凡尔胶皮不坏,压裂车在施工中间停车后,把压裂车出口管线的泄压阀门打开,使单向阀两边造成压力差,应该可以密封。旋塞阀也进行了4口井的现场试验。第一次加工的两个旋塞阀质量不够好（旋塞、阀片和阀体的通孔对不准），因此受砂子冲刷磨损比较严重,但仍然可以密封。在9月份我们又试制了四个旋塞阀,均做到一次组装、一次试压合格。准备装在第二套管汇上进行现场试验。放空阀经过7口井的酸化压裂试验,密封可靠,开关灵活轻便。
三、综合意见
（一）这种压裂管汇可以基本满足目前的酸化压裂工艺,在700公斤/平方厘米的压力下进行酸化压裂施工。建议进行小批生产,扩大试验。
（二）根据前一阶段试制和试验情况,在设计上做下列改进：
1、主管线和三通、四通用2 1/2”油管丝扣连接,加工要求高,在700公斤/平方厘米下使用（特别是在经过酸化后）密封不可靠,而且三通和四通的安装位置不容易调整,不好安装。改用T58×5一3和T70×4一3梯形扣连接,用O形圈密封。三通和四通安装位置的调整可通过增减垫片来实现。旋塞阀的法兰连接也改用（T58×5一3）梯形丝扣连接。
2、从管汇出口到井口的连接管线用3”钻杆,最长的4米,重量在100公斤以上,重量太大,不易安装。活动弯头重量大（60多公斤）不易安装。改用2”钻杆,长度分别为3米、2米和1米,并对活动弯头作相应修改,减轻重量,便于安装。
3、根据新工艺的要求,将旋塞阀由两个增加到五个,并增加两个针形阀（适应投球和遥测要求）。修改后的结构如图5所示。
图5 700公斤/平方厘米压裂管汇改进方案（左边未画出部分与图1相同）
1-单向阀；2-旋塞阀；3-放空阀；4-针型阀
