Što je frac manifold? Potpuni vodič za vrste, komponente, nazivne tlakove i odabir

A frac manifold je visokotlačni distribucijski sustav tekućine koji se koristi u operacijama hidrauličkog frakturiranja za prikupljanje, usmjeravanje i kontrolu tekućine za frakturiranje pod tlakom iz više pumpnih jedinica u jedno ili više ušća bušotine istovremeno. Bez toga, koordiniranje izlaza 10-40 visokotlačnih pumpi u jednu bušotinu pri brzinama protoka koje zahtijevaju moderna dovršenja bila bi fizički nemoguća. Ovaj vodič pokriva sve što inženjeri, operateri i timovi za nabavu trebaju znati — od osnovnih komponenti i tipova dizajna do ocjena tlaka, stiarda materijala i najboljih operativnih praksi.

Što je Frac Manifold i kako radi?

A frac manifold funkcionira kao središnje središte tekućine u širenju hidrauličkog frakturiranja — agregiranje protoka iz višestrukih pumpnih jedinica, pružanje mogućnosti izolacije i kontrole protoka te isporuka tekućine pod kontroliranim tlakom do željeza za obradu ušća bušotine. Zamislite to kao čvorište autoceste: više prometnih traka velike količine (kamioni pumpe) stapaju se u kontrolirani protok koji vodi do jednog odredišta (bušotina).

U tipičnom rasporedu nalazišta bušotine, razvodnik frac je instaliran nizvodno projektila (izlazni kolektor frac pumpe) i uzvodno frac stabala (također poznatih kao frac stacks) na svakoj pojedinačnoj bušotini. Tekućina za lomljenje putuje od pumpnih jedinica do visokotlačnog kolektora razvodnika, gdje ventili kontroliraju koja bušotina prima tekućinu u bilo kojem trenutku.

Tipično razdjelnik frakturiranja mora podnijeti radni pritisak od 10 000–20 000 psi i prekoračenje protoka 100 barela u minuti (bpm) , što ga čini jednim od mehanički najzahtjevnijih dijelova opreme na bilo kojoj bušotini. U konfiguraciji frackinga sa zatvaračem, razdjelnik omogućuje gotovo neprekidan rad kamiona s pumpama brzim prebacivanjem protoka tekućine iz jedne bušotine u drugu, dramatično poboljšavajući iskorištenost opreme.

Ključne komponente razvodnika frakture

Svaki frac razvodnik, bez obzira na konfiguraciju, izgrađen je oko osnovnog skupa komponenti za zadržavanje tlaka i kontrolu protoka. Razumijevanje svakog dijela bitno je za nabavu, inspekciju i održavanje.

1. Frac ventili (zasuni)

Frac ventili su primarni elementi za kontrolu protoka. Dostupni u ručnim i hidrauličkim (pokrenutim) konfiguracijama, oni su komponente koje su najosjetljivije na eroziju od tekućine pune abrazivnog propanta. Moderni dizajni imaju geometriju punog provrta kako bi se smanjio pad tlaka, dvosmjerno brtvljenje i opružne brtve koje značajno produljuju radni vijek. Uobičajene veličine provrta uključuju 4-1/16", 5-1/8", 7-1/16", i 9" .

2. Frac Head (Goat Head)

The frac glava , koji se naziva i kozja glava, pruža višestruke ulaze na jednom tijelu — obično 2 do 4 bočna izlaza — omogućujući da se nekoliko kamiona s pumpama istovremeno spoji na razvodnik. To je primarna točka konvergencije za visokotlačnu tekućinu koja ulazi u sustav razdjelnika.

3. Razmaknice

Razmaknice osigurati ravne dijelove cijevi između fitinga, održavajući potrebne dimenzije provrta i dopuštajući da se razdjelnik konfigurira tako da odgovara razmaku jastučića bušotine. Moraju odgovarati klasi tlaka i specifikaciji materijala svih povezanih komponenti.

4. Križevi i majice s nitnama

Križnice i T-račve su razgranati spojevi koji stvaraju arhitekturu razdjelnika s više izlaza. Šestokraki križevi koriste se u konfiguracijama visoke gustoće, omogućujući da se tekućina usmjeri na više frak stabala bez dodatnih cjevovoda. Oni su obično kovani kao jedno tijelo kako bi se maksimizirao integritet pritiska.

5. Integralni klizač

The klizati je strukturna baza koja podržava sve komponente razdjelnika u fiksnom, unaprijed projektiranom rasporedu. Integrirani klizač pruža jaku otpornost na udarce, pojednostavljuje postavljanje i osigurava da sve komponente ostanu pravilno poravnate u uvjetima pumpanja s visokim vibracijama. Razdjelnici montirani na nosače mogu se transportirati kao jedna jedinica i spojiti uz minimalnu montažu na licu mjesta.

Koje su vrste razdjelnika za frakiranje dostupne?

Frac razdjelnici spadaju u nekoliko različitih dizajnerskih obitelji, od kojih je svaka optimizirana za specifične konfiguracije jastučića i operativne strategije. Odabir pravog tipa izravno utječe na učinkovitost pumpanja, vrijeme postavljanja i ukupne troškove završetka.

Razdjelnik s jednom bušotinom (konvencionalni).

Najjednostavniji dizajn, koji se koristi pri lomljenju samo jedne bušotine odjednom. Svi izlazi kamiona pumpe konvergiraju u jednom visokotlačnom kolektoru koji vodi do jednog frac stabla. Iako je jednostavan, ovaj pristup rezultira značajnim zastojem pumpe između stupnjeva kako se oprema premješta. Ostaje uobičajena pojava u starijim završecima s jednom bušotinom.

Zatvarač (skretni) razvodnik

The zatvarač frac manifold je dominantan dizajn za završetak jastučića s više bušotina. Povezuje se na izlaze više frac stabala i koristi svoj sustav ventila za brzo preusmjeravanje tlaka frakturiranja s jedne bušotine na drugu, omogućujući kamionima pumpama da rade gotovo neprekidno. To dramatično smanjuje neproduktivno vrijeme (NPT). Razdjelnici s patentnim zatvaračem dostupni su u ravnim konfiguracijama, pod kutom od 30 stupnjeva, H-obliku i L-obliku kako bi odgovarali različitim rasporedima jastučića.

Frac preusmjeravajući razvodnik (više prolaza)

Osmišljeni posebno za istovremeno frakturiranje više bušotina, ovi sustavi imaju dva, tri, četiri ili više neovisnih prolaza, svaki sa svojim vlastitim ulazom i izlazom. Konfiguracije uključuju Dual Vertical, Triple Vertical, Triple Scud, i drugi. Lančani rad omogućuje stimulaciju više bušotina u brzom nizu bez pomicanja opreme pumpe.

Razdjelnik velikog provrta

Sustavi razdjelnika velikog promjera zamjenjuju tradicionalne željezne spojeve s više žica konvencionalnih frac postavki s jednim ulazom velikog promjera koji se spaja na razvodnik s patentnim zatvaračem. To značajno smanjuje ukupan broj priključaka, potencijalne putove curenja i vrijeme postavljanja. Jedan ulaz velikog provrta smanjuje turbulenciju tekućine, smanjuje troškove rada i uklanja osoblje iz visokorizičnih zona povezivanja.

Zip razvodnik u odnosu na konvencionalni frak razvodnik: izravna usporedba

Razvodnik s patentnim zatvaračem nudi odlučujuće prednosti u odnosu na konvencionalne postavke s jednom bušotinom u okruženjima bušenja s jastučićima. Tablica u nastavku sažima ključne razlike.

Tablica 1: Usporedba konvencionalnog frac razvodnika i zipper frac razvodnika po ključnim radnim parametrima.

Oznake tlaka razvodnika frakture: Kako odabrati pravu klasu

Odabir ispravnog stupnja tlaka za a frac manifold je sigurnosno najkritičnija odluka u procesu odabira opreme. Premala veličina stvara rizik od katastrofalnog kvara; predimenzioniranje dodaje nepotrebnu težinu i troškove. Standardne klase radnog tlaka su 5000 psi (5K), 10000 psi (10K) i 15000 psi (15K) , s nekim specijaliziranim sustavima ocijenjenim na 20 000 psi za ultra duboke ili visokotlačne formacije.

Sve komponente frac kolektora koje sadrže tlak moraju biti hidrostatski ispitane 1,5× njihov radni tlak prije postavljanja, prema zahtjevima API 16C. To znači da razvodnik od 10 000 psi mora izdržati ispitni tlak od 15 000 psi bez curenja ili trajne deformacije.

Tablica 2: Standardne klase tlaka razvodnika frac, zahtjevi za hidrostatsko ispitivanje i tipična okruženja primjene.

Materijali i metalurgija: zašto je bitan odabir materijala razvodnika frakture

Komponente razdjelnika frakture rade u jednom od najsurovijih mehaničkih okruženja u industriji nafte i plina — dugotrajni visoki tlak u kombinaciji s visoko abrazivnim, često korozivnim tekućinama za frakturiranje koje nose propant (pijesak ili keramiku) pri brzinama koje mogu brzo erodirati čelik. Odabir materijala stoga nije sekundarna stvar, već primarni pokretač dizajna.

Najrašireniji osnovni materijal za komponente pod pritiskom je AISI 4130 krom-moli čelik , proizveden integralnim kovanjem — ne lijevanjem ili proizvodnjom. Kovani čelik pruža vrhunska mehanička svojstva, finiju strukturu zrna i veću otpornost na pucanje uslijed zamora u usporedbi s lijevanim ekvivalentima. Kovanje također osigurava da nema unutarnjih šupljina ili poroznosti koje bi mogle izazvati pukotine pod cikličkim tlačnim opterećenjem.

Za primjene koje uključuju sumporovodik (H₂S) u kiselim radnim okruženjima, komponente moraju biti u skladu s NACE MR0175 / ISO 15156 kako bi se spriječilo sulfidno pucanje uslijed naprezanja. Obloga ventila — unutarnje brtvljenje i elementi za kontrolu protoka koji su najviše izloženi eroziji — mogu sadržavati kaljeni čelik, Stellite slojeve ili keramičke premaze za produljenje servisnih intervala.

Kako odabrati pravu frakcionu granu za svoj rad

Odabir pravog razvodnika frac ovisi o strukturiranoj procjeni šest ključnih parametara. Žurba s ovom odlukom dovodi do neusklađene opreme, skupih izmjena na terenu i sigurnosne izloženosti.

Korak 1: Odredite maksimalni tlak liječenja

Pregledajte dizajn bušotine, gradijent loma formacije i predviđeni tlak obrade površine za završetak. Odaberite klasu tlaka u razvodniku s najmanje 10–15% projektirane margine iznad maksimalnog predviđenog tlaka obrade.

Korak 2: Definirajte broj jažica koje treba stimulirati

Za rad s jednom bušotinom dovoljan je konvencionalni razvodnik. Za bušenje s jastučićem s dvije ili više bušotina, razvodnik za fraciranje sa zatvaračem je odgovarajući izbor. Broj bušotina određuje koliko prolaza, izlaza i frak ventila razdjelnik mora osigurati.

Korak 3: Procijenite zahtjeve za protokom

Izračunajte ukupnu brzinu protoka tekućine potrebnu za dizajn stimulacije u barelima po minuti (bpm). Promjer provrta razvodnika — obično 4-1/16", 5-1/8", 7-1/16" ili 9" — mora biti dimenzioniran tako da održi brzinu tekućine unutar granica erozije, a istovremeno daje potrebnu brzinu protoka bez pretjeranog pada tlaka.

Korak 4: Procijenite raspored jama i fizička ograničenja

Geometrija jastučića određuje koja će konfiguracija razvodnika - ravna, L-oblika, H-oblika ili 30 stupnjeva - odgovarati uz minimalno dodatno željezo. Mnogi frak razdjelnici su modularni, omogućujući prilagodbu polja kako bi odgovarala različitim razmacima između bušotina između 10 i 30 stopa ili više.

Korak 5: Potvrdite API usklađenost i sljedivost

Sve komponente pod tlakom moraju biti proizvedene i ispitane u skladu s API specifikacija 6A and API specifikacija 16C . Zahtijevajte potpunu dokumentaciju o sljedivosti materijala — potvrde mlina, zapise o toplinskoj obradi, izvješća o inspekciji dimenzija i potvrde o ispitivanju tlaka — za svaku komponentu prije prihvaćanja isporuke.

Korak 6: Razmotrite vrstu aktiviranja ventila

Ručni ventili jeftiniji su, ali se sporije aktiviraju, produžujući vrijeme prebacivanja između bušotina. Hidraulički pokretani ventili omogućuju brzo prebacivanje, smanjuju izloženost osoblja zonama visokog tlaka i omogućuju daljinsko digitalno upravljanje. Za visokofrekventne operacije frackinga zatvaračem, hidrauličko ili elektrohidrauličko pokretanje pruža značajnu prednost učinkovitosti.

Najbolje operativne prakse i održavanje frakcionog razvodnika

Pravilno održavanje i operativna disciplina su ono što razdvaja sustave frac razdjelnika s velikim vremenom rada od onih koji stvaraju skupo neproduktivno vrijeme (NPT). Slijedite ove provjerene prakse:

• Hidrostatičko ispitivanje prije rada: Ispitajte tlak cijelog sklopa razvodnika na 1,5× radni tlak prije početka posla i nakon bilo kakve zamjene komponenti.
• Vizualni pregled svih priključnih točaka: Prije svake faze provjerite krilne spojeve, spojeve s klinovima i navoje čekićastog spoja na eroziju, koroziju ili mehanička oštećenja.
• Mazanje i podmazivanje ventila: Održavajte ubrizgavanje masti za frac ventil prema intervalima proizvođača. Suhi ili nedovoljno podmazani ventili vodeći su uzrok kvara ventila na terenu.
• Ciklusi pratećeg ventila: Svaki frac ventil ima nazivni životni ciklus. Održavajte dnevnik pokretanja i zamijenite ventile prije nego što dosegnu preporučenu granicu servisiranja proizvođača.
• Ispiranje nakon posla: Nakon svakog posla, isperite razvodnik čistom vodom kako biste uklonili propant koji može zatvoriti unutarnje prolaze i ubrzati koroziju tijekom skladištenja.
• Dokumentirano rastavljanje i pregled: Između poslova, rastavite, očistite i dimenzionalno pregledajte provrt frac ventila i križeva na erozivno trošenje. Zamijenite komponente koje su izgubile više od 10% debljine stijenke.

Često postavljana pitanja o razdjelnicima frakture