A đa tạp là một hệ thống phân phối chất lỏng áp suất cao được sử dụng trong các hoạt động bẻ gãy thủy lực để thu thập, định hướng và kiểm soát chất lỏng bẻ gãy có áp suất từ nhiều đơn vị bơm đến một hoặc nhiều đầu giếng cùng một lúc. Nếu không có nó, việc điều phối đầu ra của 10–40 máy bơm áp suất cao vào một giếng duy nhất với tốc độ dòng chảy theo yêu cầu của việc hoàn thiện hiện đại sẽ là không thể về mặt vật lý. Hướng dẫn này bao gồm mọi thứ mà kỹ sư, người vận hành và nhóm mua sắm cần biết — từ các thành phần cốt lõi và kiểu thiết kế cho đến xếp hạng áp suất, tiêu chuẩn vật liệu và các phương pháp vận hành tốt nhất.
Frac Manifold là gì và nó hoạt động như thế nào?
A đa tạp có chức năng như trung tâm chất lỏng trung tâm của dàn khoan thủy lực - tổng hợp dòng chảy từ nhiều bộ phận bơm, cung cấp khả năng cách ly và kiểm soát dòng chảy, đồng thời cung cấp chất lỏng ở áp suất được kiểm soát tới sắt xử lý đầu giếng. Hãy coi nó như một nút giao thông đường cao tốc: nhiều làn đường có lưu lượng giao thông lớn (xe bơm) hợp nhất thành một đường dẫn được kiểm soát dẫn đến một điểm đến duy nhất (giếng giếng).
Trong cách bố trí giếng khoan điển hình, ống góp frac được cài đặt xuôi dòng của tên lửa (tiêu đề đầu ra bơm frac) và ngược dòng của cây frac (còn được gọi là ngăn xếp frac) trên mỗi giếng riêng lẻ. Chất lỏng bẻ gãy di chuyển từ các bộ phận bơm vào đầu áp suất cao của ống góp, nơi các van kiểm soát giếng nào nhận chất lỏng tại bất kỳ thời điểm nào.
Một điển hình đa tạp gãy phải chịu được áp lực công việc của 10.000–20.000 psi và tốc độ dòng chảy vượt quá 100 thùng mỗi phút (bpm) , khiến nó trở thành một trong những thiết bị đòi hỏi cơ khí cao nhất trên bất kỳ địa điểm giếng nào. Trong cấu hình fracking dây kéo, ống góp cho phép xe bơm chạy gần như liên tục bằng cách chuyển nhanh dòng chất lỏng từ giếng này sang giếng khác, cải thiện đáng kể việc sử dụng thiết bị.
Các thành phần chính của Frac Manifold
Mỗi đa tạp frac, bất kể cấu hình, đều được xây dựng xung quanh một bộ cốt lõi gồm các thành phần chứa áp suất và kiểm soát dòng chảy. Hiểu từng bộ phận là điều cần thiết cho việc mua sắm, kiểm tra và bảo trì.
1. Van Frac (Van cổng)
Van Frac là các yếu tố kiểm soát dòng chảy chính. Có sẵn ở cả cấu hình thủ công và thủy lực (được dẫn động), chúng là những bộ phận dễ bị xói mòn nhất do chất lỏng chứa proppant bị mài mòn. Các thiết kế hiện đại có hình dạng lỗ khoan đầy đủ để giảm thiểu sự sụt giảm áp suất, bịt kín hai chiều và các vòng đệm được cung cấp năng lượng bằng lò xo giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng một cách đáng kể. Kích thước lỗ khoan phổ biến bao gồm 4-1/16", 5-1/8", 7-1/16" và 9" .
2. Đầu Frac (Đầu Dê)
các đầu gãy xương , còn được gọi là đầu dê, cung cấp nhiều cửa vào trên một thân - thường là 2 đến 4 cửa ra bên - cho phép một số xe bơm kết nối với ống góp đồng thời. Đây là điểm hội tụ chính để chất lỏng áp suất cao đi vào hệ thống ống góp.
3. Cuộn đệm
cuộn đệm cung cấp các đoạn ống chạy thẳng giữa các phụ kiện, duy trì kích thước lỗ khoan cần thiết và cho phép cấu hình ống góp để phù hợp với khoảng cách giữa các đệm giếng. Chúng phải phù hợp với cấp áp suất và đặc tính vật liệu của tất cả các bộ phận được kết nối.
4. Áo thun và thánh giá đính đá
Cây thánh giá và ống nối chữ T là các phụ kiện phân nhánh tạo nên cấu trúc nhiều đầu ra của ống góp. Thập giá sáu chiều được sử dụng trong cấu hình mật độ cao, cho phép chất lỏng được dẫn đến nhiều cây phân đoạn mà không cần thêm đường ống. Chúng thường được rèn thành một khối duy nhất để tối đa hóa tính toàn vẹn của áp suất.
5. Trượt tích hợp
các trượt là cơ sở kết cấu hỗ trợ tất cả các thành phần đa dạng theo cách sắp xếp cố định, được thiết kế sẵn. Một thanh trượt tích hợp mang lại khả năng chống sốc mạnh mẽ, đơn giản hóa việc lắp đặt và đảm bảo tất cả các bộ phận vẫn được căn chỉnh chính xác trong điều kiện bơm có độ rung cao. Các ống góp gắn trên thanh trượt có thể được vận chuyển như một bộ phận duy nhất và được kết nối với việc lắp ráp tại chỗ tối thiểu.
Những loại đa tạp Frac nào có sẵn?
Đa tạp Frac thuộc nhiều nhóm thiết kế riêng biệt, mỗi nhóm được tối ưu hóa cho các cấu hình đệm giếng cụ thể và chiến lược vận hành. Việc chọn đúng loại ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất bơm, thời gian lắp đặt và tổng chi phí hoàn thành.
Giếng đơn (Thông thường)
các simplest design, used when fracturing only one wellbore at a time. All pump truck outputs converge at a single high-pressure header leading to one frac tree. While straightforward, this approach results in significant pump downtime between stages as equipment is repositioned. It remains common in older single-well completions.
Dây kéo (Chuyển hướng) Manifold
các đa dạng dây kéo là thiết kế chủ đạo cho việc hoàn thiện tấm đệm nhiều giếng. Nó kết nối với đầu ra của nhiều cây phân đoạn và sử dụng hệ thống van của mình để nhanh chóng chuyển hướng áp lực bẻ gãy từ giếng này sang giếng khác, cho phép xe bơm chạy gần như liên tục. Điều này làm giảm đáng kể thời gian phi sản xuất (NPT). Ống góp dây kéo có sẵn ở các cấu hình thẳng, 30 độ, hình chữ H và hình chữ L để phù hợp với các bố cục đệm khác nhau.
Frac Chuyển hướng Manifold (Đa đoạn)
Được thiết kế đặc biệt cho việc bẻ gãy nhiều giếng đồng thời, các hệ thống này có hai, ba, bốn hoặc nhiều đường dẫn độc lập, mỗi đường dẫn có đầu vào và đầu ra riêng. Cấu hình bao gồm Dọc kép, Dọc ba, Scud ba, và những người khác. Vận hành dây chuyền cho phép nhiều giếng được kích thích theo trình tự nhanh chóng mà không cần di chuyển thiết bị bơm.
Đa tạp lỗ lớn
Hệ thống ống góp có lỗ khoan lớn thay thế các kết nối sắt nhiều dây truyền thống của các thiết lập frac thông thường bằng một đầu vào đường kính lớn duy nhất kết nối với ống góp dây kéo. Điều này làm giảm đáng kể tổng số kết nối, đường dẫn rò rỉ tiềm ẩn và thời gian lắp đặt. Một đầu vào có lỗ khoan lớn duy nhất giúp giảm nhiễu loạn chất lỏng, giảm chi phí lao động và đưa nhân viên ra khỏi khu vực kết nối có rủi ro cao.
Đa tạp dạng dây kéo và Đa dạng Frac thông thường: So sánh trực tiếp
các zipper manifold offers decisive advantages over conventional single-well setups in pad drilling environments. The table below summarizes the key differences.
| tính năng | Đa dạng thông thường | Dây kéo Frac đa dạng |
| Cấu hình giếng | Giếng đơn cho mỗi thiết lập | Nhiều giếng cùng lúc |
| Thời gian hoạt động của máy bơm | Thấp (thời gian ngừng hoạt động đáng kể giữa các giai đoạn) | Cao (bơm gần như liên tục) |
| Thời gian chuẩn bị | Dài hơn (tái định vị trên mỗi giếng) | Ngắn hơn (kết nối đơn tới nhiều cây) |
| Kết nối sắt | Nhiều (dây có lỗ nhỏ) | Ít hơn (đặc biệt là các phiên bản có lỗ khoan lớn) |
| Rủi ro rò rỉ | Cao hơn (nhiều điểm kết nối hơn) | Thấp hơn (giảm tổng số kết nối) |
| Ứng dụng tốt nhất | Hoạt động giếng đơn, khối lượng thấp | Khoan nhiều giếng, chơi đá phiến |
| Chi phí mỗi giai đoạn | Cao hơn | Thấp hơn (sử dụng thiết bị tốt hơn) |
Bảng 1: So sánh đa tạp frac thông thường và đa tạp frac dây kéo qua các thông số vận hành chính.
Xếp hạng áp suất đa dạng Frac: Cách chọn đúng loại
Lựa chọn mức áp suất chính xác cho đa tạp là quyết định quan trọng nhất về mặt an toàn trong quá trình lựa chọn thiết bị. Giảm kích thước tạo ra nguy cơ thất bại thảm hại; kích thước quá khổ làm tăng thêm trọng lượng và chi phí không cần thiết. Các cấp áp suất làm việc tiêu chuẩn là 5.000 psi (5K), 10.000 psi (10K) và 15.000 psi (15K) , với một số hệ thống chuyên dụng được định mức tới 20.000 psi đối với các thành tạo cực sâu hoặc áp suất cao.
Tất cả các thành phần chứa áp suất đa dạng của frac phải được kiểm tra thủy tĩnh để 1,5× áp suất làm việc của họ trước khi triển khai, theo yêu cầu API 16C. Điều này có nghĩa là một ống góp 10.000 psi phải chịu được áp suất thử nghiệm 15.000 psi mà không bị rò rỉ hoặc biến dạng vĩnh viễn.
| Lớp áp lực | Áp suất làm việc | Kiểm tra thủy tĩnh | Ứng dụng điển hình |
| 5K | 5.000 psi | 7.500 psi | Giếng cạn áp suất thấp, tầng than mêtan |
| 10K | 10.000 psi | 15.000 psi | Vở đá phiến tiêu chuẩn (Permian, Marcellus) |
| 15K | 15.000 psi | 22.500 psi | Hình thành áp suất cao, hoàn thành sâu |
| 20K | 20.000 psi | 30.000 psi | Giếng siêu HPHT, thành tạo biên giới |
Bảng 2: Các loại áp suất đa dạng frac tiêu chuẩn, yêu cầu kiểm tra thủy tĩnh và môi trường ứng dụng điển hình.
Vật liệu và Luyện kim: Tại sao việc lựa chọn vật liệu Frac Manifold lại quan trọng
Các thành phần đa dạng Frac hoạt động trong một trong những môi trường cơ học khắc nghiệt nhất trong ngành dầu khí - áp suất cao duy trì kết hợp với chất lỏng bẻ gãy có tính mài mòn cao, thường bị ăn mòn mang proppant (cát hoặc gốm) với vận tốc có thể ăn mòn thép nhanh chóng. Do đó, việc lựa chọn vật liệu không phải là sự cân nhắc thứ yếu mà là yếu tố quyết định thiết kế chính.
các most widely used base material for pressure-containing components is Thép mạ crôm AISI 4130 , được sản xuất thông qua quá trình rèn tích hợp - không phải đúc hoặc chế tạo. Thép rèn cung cấp các đặc tính cơ học vượt trội, cấu trúc hạt mịn hơn và khả năng chống nứt do mỏi cao hơn so với các loại thép đúc tương đương. Việc rèn cũng đảm bảo không có khoảng trống hoặc độ xốp bên trong có thể gây ra các vết nứt dưới tải trọng áp suất theo chu kỳ.
Đối với các ứng dụng liên quan đến hydro sunfua (H₂S) trong môi trường dịch vụ chua, các bộ phận phải tuân thủ NACE MR0175 / ISO 15156 để ngăn chặn hiện tượng nứt do ứng suất sunfua. Viền van - bộ phận bịt kín bên trong và kiểm soát dòng chảy dễ bị xói mòn nhất - có thể kết hợp với thép cứng, lớp phủ Stellite hoặc lớp phủ gốm để kéo dài thời gian sử dụng.
Cách chọn đa tạp Frac phù hợp cho hoạt động của bạn
các right frac manifold selection depends on a structured evaluation of six key parameters. Rushing this decision leads to mismatched equipment, costly field modifications, and safety exposure.
Bước 1: Xác định áp suất xử lý tối đa
Xem xét thiết kế giếng khoan, độ dốc đứt gãy thành hệ và áp suất xử lý bề mặt dự kiến để hoàn thành. Chọn loại áp suất đa dạng có biên độ thiết kế ít nhất 10–15% so với áp suất xử lý dự đoán tối đa.
Bước 2: Xác định số lượng giếng cần kích thích
Đối với hoạt động của một giếng, một ống góp thông thường là đủ. Đối với việc khoan đệm có hai giếng trở lên, ống góp có khóa kéo là lựa chọn thích hợp. Số lượng giếng xác định số lượng lối đi, cửa ra và van phân chia mà ống góp phải cung cấp.
Bước 3: Đánh giá các yêu cầu về tốc độ dòng chảy
Tính tổng tốc độ dòng chất lỏng cần thiết cho thiết kế kích thích tính bằng thùng trên phút (bpm). Đường kính lỗ ống góp - thường là 4-1/16", 5-1/8", 7-1/16" hoặc 9" - phải có kích thước để giữ vận tốc chất lỏng trong giới hạn xói mòn đồng thời cung cấp tốc độ dòng chảy cần thiết mà không giảm áp suất quá mức.
Bước 4: Đánh giá bố cục tấm lót giếng và các hạn chế về mặt vật lý
các pad geometry determines which manifold configuration — straight, L-shape, H-shape, or 30-degree — will fit with minimal additional iron. Many frac manifolds are modular, allowing field adjustment to match varying well spacing between 10 and 30 feet or more.
Bước 5: Xác nhận tuân thủ API và truy xuất nguồn gốc
Tất cả các bộ phận chịu áp lực phải được sản xuất và thử nghiệm theo tiêu chuẩn API Thông số 6A và Thông số kỹ thuật API 16C . Yêu cầu đầy đủ tài liệu truy xuất nguồn gốc vật liệu — giấy chứng nhận của nhà máy, hồ sơ xử lý nhiệt, báo cáo kiểm tra kích thước và chứng chỉ kiểm tra áp suất — cho mọi bộ phận trước khi chấp nhận giao hàng.
Bước 6: Xem xét loại dẫn động van
Van thủ công có chi phí thấp hơn nhưng hoạt động chậm hơn, tăng thời gian chuyển đổi giữa các giếng. Van dẫn động thủy lực cho phép chuyển đổi nhanh chóng, giảm sự tiếp xúc của nhân viên với vùng áp suất cao và cho phép điều khiển kỹ thuật số từ xa. Đối với các hoạt động fracking dây kéo tần số cao, dẫn động thủy lực hoặc điện thủy lực mang lại lợi thế hiệu quả đáng kể.
Thực hành tốt nhất về vận hành và bảo trì đa dạng Frac
Kỷ luật vận hành và bảo trì phù hợp là yếu tố tách biệt các hệ thống đa dạng có thời gian hoạt động cao với các hệ thống tạo ra thời gian phi sản xuất tốn kém (NPT). Thực hiện theo các thực hành đã được chứng minh sau:
- Kiểm tra thủy tĩnh trước khi làm việc: Kiểm tra áp suất toàn bộ cụm ống góp đến áp suất làm việc 1,5× trước khi công việc bắt đầu và sau khi thay thế bất kỳ bộ phận nào.
- Kiểm tra trực quan tất cả các điểm kết nối: Kiểm tra các mối nối cánh, mối nối đinh tán và ren liên kết búa xem có bị mòn, ăn mòn hoặc hư hỏng cơ học trước mỗi giai đoạn không.
- Bôi trơn và bôi trơn van: Duy trì việc phun mỡ van frac theo khoảng thời gian của nhà sản xuất. Van khô hoặc bôi trơn kém là nguyên nhân hàng đầu gây hỏng van tại hiện trường.
- Theo dõi chu kỳ van: Mỗi van frac đều có tuổi thọ định mức. Duy trì nhật ký hoạt động và thay thế các van trước khi chúng đạt đến giới hạn dịch vụ được nhà sản xuất khuyến nghị.
- Xả nước sau công việc: Sau mỗi công việc, xả ống góp bằng nước sạch để loại bỏ proppant có thể bít kín các lối đi bên trong và đẩy nhanh quá trình ăn mòn trong quá trình bảo quản.
- Biên bản tháo dỡ và kiểm tra: Giữa các công việc, hãy tháo rời, làm sạch và kiểm tra kích thước lỗ khoan của van frac và thánh giá xem có bị ăn mòn không. Thay thế các bộ phận đã mất hơn 10% độ dày thành.
Câu hỏi thường gặp về Frac Manifold
Hỏi: Sự khác biệt giữa ống góp frac và ống góp cuộn cảm là gì?
A đa tạp được sử dụng trong giai đoạn phun của vết nứt thủy lực - nó phân phối chất lỏng áp suất cao vào giếng khoan. A nghẹt thở đa dạng được sử dụng trong quá trình kiểm soát và sản xuất giếng - nó kiểm soát dòng chất lỏng ra ngoài của giếng, quản lý việc giảm áp lực. Cả hai phục vụ các hướng dòng chảy ngược nhau và có các yêu cầu về áp suất và xói mòn khác nhau.
Câu hỏi: Tiêu chuẩn API nào áp dụng cho đa tạp frac?
Hệ thống đa dạng Frac chủ yếu được điều chỉnh bởi API Thông số 6A (thiết bị đầu giếng và cây thông Noel) và Thông số kỹ thuật API 16C (thiết bị nghẹt thở và tắt, cũng bao gồm các bộ phận đa dạng bị gãy áp suất cao). Các ứng dụng dịch vụ chua phải đáp ứng thêm NACE MR0175 / ISO 15156 .
Hỏi: Một ống dây kéo điển hình có bao nhiêu van frac?
Một điển hình zipper manifold for a two-well pad will have a minimum of 4–6 frac valves (inlet and outlet valves for each well circuit). For a four-well pad configuration, 8–12 or more valves may be required depending on the design. Some high-density multi-well systems use 20 or more valves in total.
Hỏi: Điều gì gây ra lỗi đa tạp frac?
các most common failure modes are: (1) mòn ăn mòn trên phần trang trí van và các phụ kiện từ chất lỏng chứa proppant; (2) mệt mỏi kết nối tại các mối nối búa hoặc đinh tán do chu trình áp suất và rung động; (3) lỗi niêm phong do bôi trơn không đủ hoặc quá tải; và (4) ăn mòn từ chất lỏng xử lý có tính axit hoặc nước mặn trong chất lỏng bẻ gãy được thu hồi. Kiểm tra thường xuyên và tuân thủ các khoảng thời gian dịch vụ là chiến lược giảm thiểu chính.
Hỏi: Van cổng đa dạng frac có thể là thủy lực và thủ công trên cùng một hệ thống không?
Đúng. Cấu hình kết hợp là phổ biến, trong đó các van chuyển mạch tần số cao (những van thay đổi trạng thái giữa mỗi giai đoạn) là thủy lực để đảm bảo tốc độ và an toàn, trong khi các van cách ly hoặc van không được sử dụng thường xuyên vẫn được sử dụng thủ công để giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống. Đây là một thỏa hiệp kỹ thuật thực tế được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực này.
Hỏi: Frac manifold có giống như tên lửa không?
Không. A tên lửa (còn được gọi là đầu ra của máy bơm frac) thu thập lưu lượng từ nhiều đơn vị bơm frac riêng lẻ và đưa nó đến một ổ cắm duy nhất - nó nằm ở thượng nguồn của ống góp frac. các đa tạp nhận đầu ra áp suất cao kết hợp đó và sau đó phân phối nó đến các cây phân đoạn giếng riêng lẻ. Chúng là những thành phần bổ sung nhưng khác biệt.
Bài học chính
- A đa tạp là trung tâm phân phối áp suất kết nối các bộ phận bơm với đầu giếng trong hoạt động bẻ gãy thủy lực.
- Ống góp phân đoạn dây kéo cho phép bơm gần như liên tục qua nhiều giếng, giảm đáng kể thời gian không sản xuất so với các thiết lập thông thường.
- Lựa chọn loại áp suất (5K, 10K, 15K) phải bao gồm mức chênh lệch tối thiểu 10–15% so với áp suất xử lý dự kiến tối đa.
- Tất cả các thành phần phải được kiểm tra ở áp suất làm việc 1,5× trên mỗi API 16C trước khi triển khai.
- Tích hợp rèn AISI 4130 là vật liệu cơ bản tiêu chuẩn; dịch vụ chua yêu cầu tuân thủ NACE MR0175.
- Bôi trơn van thường xuyên, theo dõi chu trình và xả nước sau khi làm việc là những phương pháp bảo trì có tác động mạnh nhất để tối đa hóa tuổi thọ của ống góp.
+86-0515-88429333
Liên hệ với chúng tôi
