【聚焦设备】看看Cippe2018展览会上的压裂工具

1、桥塞

贝克休斯、斯伦贝谢、哈里伯顿和威德福四大技术服务公司都有比较成熟的桥塞，桥塞的关键技术指标是耐温性、承压性和可钻性，其中斯伦贝谢的Copperhead Extreme桥塞比较有优势，其主体材料选用铝质材料，可实现耐压103MPa，耐温204℃。

斯伦贝谢Copperhead桥塞示意图

2、投球滑套

目前，北美市场上各公司生产的投球、可钻滑套均可实现耐温177℃、耐压68MPa，不同之处在于滑套的工作原理，其中最突出的是威德福的Zoneselect i-ball滑套，该滑套颠覆了常规滑套的设计思路，采用同一尺寸压裂球打开多个滑套。

威德福Zoneselect i-ball滑套剖面图

3、永久式封隔器

贝克休斯、斯伦贝谢、哈里伯顿和威德福四大技术服务公司均有自己的产品，不同之处在于密封件材料和几何形状，关键技术指标是封隔器的耐温性和耐压差性。其中贝克休斯的产品系列最全（2 3/8～13 3/8英寸），最大能实现耐压差103MPa、耐温232℃。

贝克休斯永久封隔器示意图

4、可取式封隔器

市场上的可取式封隔器不同之处在于可取式机构，关键技术指标是封隔器的耐温和耐压差。斯伦贝谢的可取式封隔器主要有XHP、Hydro和MRP等，最大工作温度可达218℃，工作压差52～103MPa，适用于4 1/2～10英寸尺寸的套管；贝克休斯和哈里伯顿的可取式封隔器耐温和耐压性能相当，耐温204℃，耐压52~103MPa。

斯伦贝谢可取式封隔器剖面图

贝克休斯可取式封隔器剖面图

5、膨胀封隔器

主要有遇油和遇水膨胀式封隔器，关键技术指标是压差、工作温度和坐封时间，市场上有许多类型的膨胀式封隔器，但由于加工的主体材料不同，各公司的产品具有不同的性能。哈里伯顿的Swellpacker膨胀封隔器最大工作压差103MPa，最大工作温度200℃，坐封时间20小时；斯伦贝谢的ResPack膨胀式封隔器最大工作压差103MPa，最大工作温度126℃，坐封时间11小时。

哈里伯顿膨胀封隔器示意图

斯伦贝谢膨胀封隔器的应用示意图

6、悬挂器

悬挂器在设计上最大的不同点是坐封机构，关键技术指标有压差、温度和坐封方式。目前，市场上的悬挂器多选用液压坐封方式，贝克休斯的Flex-Lock产品性能相对最优，最大工作压差103MPa，最大工作温度260℃。

贝克休斯Flex-Lock悬挂器剖面图

7、泵车

压裂泵车的关键技术指标是马力和持久性，一般以2500水马力泵车居多，如NOV的Stimulation泵车、NRG的2500HP Frac Pump泵车等。除此之外，Stewart&Stevenson公司生产的FC-3001 Bodyload泵车采用Triplex或Quintuplex泵，可实现3000水马力。

NRG 2500 HP泵车

8、混砂车

混砂车的关键技术指标是最大支撑剂输入速率和混拌能力。Stewart&Stevenson公司的MT-132 Blender混砂车水马力最大，可达到1500马力，支撑剂最大输入速率为21250磅/分钟；哈里伯顿的FB4K Blender混砂车混拥有1125马力，混拌能力最强，混拌能力达120桶/分钟。

MT-132 Blender混砂车

1、可溶材料和可溶球（Dissolvable Balls）

近年来，随着压裂工艺和工具的发展，可溶材料已逐渐应用到压裂球和压裂工具（如压裂球座、桥塞、柱塞和射孔工具等）的加工制造中。与普通压裂球和压裂工具相比，可溶材料压裂球和压裂工具在压裂作业后不需要钻磨，在一定温度条件下与水或其它溶剂反应实现部分或全部溶解，大幅缩短了作业时间，降低了施工难度。

目前，可溶材料主要应用在压裂球上。根据材料的成份不同，分为两种：非金属聚合物(polymer)可溶材料和金属基质(metallic)可溶材料。非金属聚合物可溶材料一般不需要特殊溶剂，可直接溶解于水中，不影响环境，溶解速率和温度成正比；缺点是强度不足和溶解不可控（因井下压裂液等均含有水）。金属基质可溶材料强度较高，需要特殊溶剂，可以控制溶解进程。目前仅少数公司拥有金属基质可溶压裂球，如贝克休斯、斯伦贝谢等。

聚合物可溶球市场上有商业化产品提供，主要生产厂商和产品如下：

（1）Magnum公司的FASTBALL(2012年研制成功)，相对密度1.5，尺寸从直径0.75～4.625英寸，精度为+/-0.005英寸，溶解于水，不需要特殊溶剂。压力（抗压）极值与压裂球大小，球座与球径的差值，以及温度等都密切相关。一般以直径2.125英寸的压裂球和2.25英寸的球座在室温下测定的压力值来描述某种可溶压裂球的压力（抗压）极值。

（2）TEAM Oil Tools公司的可溶压裂球，相对密度1.5，尺寸大小从直径0.75～4.625英寸，压力极值为10000Psi，不需要特殊溶剂，溶解于水。

（3）Energy Products Incorporated (EPI)公司的soluball压裂球，相对密度1.1，直径0.875英寸，溶解速率随温度的增加急剧加快，温度越高，溶解速率越快。

（4）Bruce Diamond Corporation公司的Dissolvaball水溶聚合物压裂球，溶解速率快，直径3英寸的压裂球在200℉下14天左右90%材料可以溶解掉。根据BDC公司提供的最新测试结果（2013年3月22日测试）：室温下，直径2.125英寸的压裂球在直径1.875英寸的球座上可以承压15000Psi。

（5）贝克休斯的IN-tallic压裂球是一种金属基质可溶材料，耐高温高压，可与返排液发生反应，实现压裂球降解，与低浓度酸也可实现快速溶解。采用最新的CEM技术（通过在复合颗粒结构内改变纳米级的表面处理技术）可控制电化学反应速度，试验表明：直径3.5英寸的可溶球在150℉下与3%氯化钾溶液反应，大约在100小时后降解为原体积的55%，210小时后降解为原体积的8%，460小时后完全降解。

Baker Hughes可溶球溶解过程示意图

2、可膨胀材料与膨胀封隔器（Swellable Packers）

TAM公司是世界上最主要的膨胀式井下工具供应商，从1968年开始合作生产膨胀式封隔器胶筒，是最早开始膨胀式封隔器研发的公司。经过多年发展，TAM拥有专业的橡胶测试实验室，能对其新型或特种封隔器的应用效果进行检测。目前已成功研发出FREECAP系列膨胀式封隔器，该封隔器分为遇水、遇油或遇混合液膨胀型，可有效地进行层间分隔、油井增注、智能井、选择性生产、强化固井等作业。

TAM FREECAP分两类，适用于现场多种规格套管，无论是裸眼完井还是套管完井，TAM FREECAP封隔器遇到井筒内流体，吸收、膨胀从而实现密封，没有运动部件，不需要动管柱，因此不易产生使工具产生机械性能的破坏和失败。

3、远程电磁控制滑套（EM Remote Control）

ShareWellEnergy Service公司的远程电磁控制滑套利用远程控制系统开关滑套，不需要电缆将地面和井下连接，通过电磁波发送信号来控制滑套开关，同时利用蓄电池为滑套提供动力。它的局限性在于滑套远程开关控制的可靠性主要依赖于地层属性，尤其是地层电阻率。

4、Q-10TM泵车（Pump Truck）

北美在压裂泵车方面的革新主要体现在以下几方面：

（1）压裂泵工作模式的转变：由于压裂施工作业由间隙式工作模式向连续作业转变，国外压裂泵工作周期及使用模式大幅调低了推荐的压裂泵平均工作压力以及压裂车平均功率利用率（由80%调为45%）。

（2）要求更大的功率储备：对于动力系统的要求平均负荷率不超过50%，满负荷工作时间不超过5%，所有设备都要求尽量大的功率储备系数。

美国和加拿大是世界上主要生产压裂设备的国家，2300～2500水马力大型成套压裂装备是主力机型。目前世界上最先进的哈里伯顿Q-10TM泵车采用直列五缸设计、双燃料系统（天然气或柴油），最大程度地减少振动和无效工作时间，并且延长泵的耐用性。

Q-10TM泵车