La fracturación hidráulica de los yacimientos de petróleo es una de las principales medidas para aumentar la inyección en pozos de petróleo y agua, y el equipo de fracturación desempeña un papel importante en el efecto de fracturación. El equipo de fracturación incluye principalmente el camión de fracturación, el camión de la mezcladora,
Manifold de línea de flujo de alta presión
camión, camión de arena, camión de instrumentación y equipos relacionados.
1. Requisitos de las operaciones en fondo para equipos de fracturación
La función del equipo de fracturación es utilizar un camión fracturador para aumentar la presión del fluido de fractura y bombearlo dentro de la formación, creando nuevas fracturas o extendiendo fracturas originales en la zona productora en el fondo del pozo. El camión mezclador mezcla proppant con fluido de fractura en una determinada proporción y lo suministra al camión fracturador, de modo que el fluido que transporta arena entra en la formación, rellena las fracturas abiertas, forma una zona de alta permeabilidad y aumenta la producción de pozos de petróleo y la velocidad de inyección de agua en pozos.
Según su función, el equipo de fracturación debe cumplir con los siguientes requisitos.
1. Presión y desplazamiento determinados
Los yacimientos de petróleo están enterrados en formaciones rocosas a cientos o miles de metros bajo tierra. Cuanto más profundo es el depósito, mayor es la presión. Además, diferentes rocas tienen diferentes densidades, por lo que la presión también varía. Por lo tanto, el equipo de fracturación debe tener suficiente presión para fracturar la zona petrolífera y debe alcanzar un cierto desplazamiento, porque cuanto mayor es el desplazamiento, mayor es el radio de fractura.
2. Rendimiento de trabajo continuo y fiable
La fractura no es una operación instantánea. La fractura de un pozo poco profundo suele durar decenas de minutos, mientras que la fractura de un pozo profundo lleva varias horas. Por lo tanto, el equipo de fracturación funciona continuamente bajo alta presión y gran desplazamiento. Si el equipo de fracturación falla, la operación de fracturación fallará, por lo que el equipo debe tener una alta fiabilidad continua.
3. Buena resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión del equipo principal
La bomba batidora del camión mezclador, la bomba de fracturación del camión fracturador y equipos relacionados trabajan con fluidos que contienen arena y ácidos. La arena desgasta partes y el ácido corroe partes. Por lo tanto, las piezas relacionadas de este equipo deben tener buena resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión para satisfacer las necesidades de diferentes operaciones de fracturación.
4. Buen rendimiento fuera de carretera
Las operaciones de fracturación se llevan a cabo en el lugar del pozo, donde normalmente no hay superficies formales de carretera. Por lo tanto, el equipo de fracturación debe tener un buen rendimiento fuera de carretera para adaptarse a la conducción en diferentes superficies de carretera.
2. Camión fracturador
El camión de fracturación es el equipo principal para la fracturación de yacimientos. Consiste principalmente en un camión portador, motor de cubierta, caja de cambios, bomba de fractura, consola de operación y Manifold de línea de flujo de alta presión.
1. Camión de fracturación YLC-1000
El camión de fracturación YLC-1000 fue diseñado por el Instituto de Investigación de Campos Petrolíferos de Yumen y comúnmente se le conoce como el camión de fracturación de mil tipos. Este camión fracturador tiene tres modelos: A, B y D. Sus características son alta presión, gran desplazamiento, carrera larga, estructura sencilla y operación y uso convenientes.
1) Transmisión
La caja de transmisión del bogie fracturador YLC-1000D es una estructura de engranajes helicoidales cilíndricos de tres ejes y cuatro velocidades, con cambio hidráulico y lubricación por pulverización de aceite. Sus características incluyen una estructura de cilindro bidireccional que utiliza embragues de fricción hidráulica de placas; invertir a través de una válvula de lubricación electromagnética; y engranajes de malla constante desde la caja de cambios hasta la caja de reducción planetaria. El cambio de marchas no tiene ruido de impacto y también puede ser operado a distancia. Las velocidades y rutas de transmisión para cada marcha son las siguientes:
Marcha I: embrague inferior acoplado a la derecha, embrague superior encajado a la derecha, a través de las marchas 8-7-6-5 y la caja de cambios de reducción planetaria hasta la bomba de fractura. Relación de transmisión 2,083, velocidad del eje de salida 535 r/min.
Marcha II: embrague inferior acoplado a la derecha, embrague superior a la izquierda, a través de las marchas 8-7-3-4 y la caja de cambios de reducción planetaria a la bomba de fractura. Relación de transmisión 2,033, velocidad del eje de salida 738 r/min.
Marcha III: embrague inferior acoplado a la izquierda, embrague superior engranado a la derecha, a través de las marchas 1-2-6-5 y la caja de cambios reductora planetaria a la bomba de fractura. Relación de transmisión 1,509, velocidad del eje de salida 996 r/min.
Marcha IV: embrague inferior acoplado a la izquierda, embrague superior engranado a la izquierda, a través de las marchas 1-2-3-4 y la caja de cambios de reducción planetaria hacia la bomba de fractura. Relación de transmisión 1,039, velocidad del eje de salida 1372 r/min.
2) Bomba de fracturación
La bomba de fractura es una bomba de émbolo horizontal de tres cilindros de acción simple. En comparación con las bombas de émbolo convencionales, presenta las siguientes características:
(1) El cigüeñal está fundido de forma integral y utiliza una estructura de cuatro soportes, proporcionando un soporte estable y un peso ligero.
(2) La biela utiliza rodamientos deslizantes.
(3) El centro del cigüeñal es 50 mm más bajo que el centro del cabezal transversal, por lo que las guías superior e inferior del cabezal transversal se desgastan de forma uniforme.
(4) El émbolo y el cabezal de cruce están conectados por una varilla de muelle, facilitando el centrado y evitando el desgaste y atascamiento excéntricos del émbolo.
(5) Se utilizan sellos autosellantes de alta presión tipo Y entre la cabeza de la bomba y los asientos de sello de tapa de cilindro horizontal y vertical, con estructura sencilla y sellado fiable.
(6) El muelle de la válvula de succión está fijado por el asiento de sellado horizontal de la tapa del cilindro, con una estructura sencilla y un mecanizado y uso convenientes.
(7) El empaquetado y el caucho de válvulas utilizan caucho poliuretano, que tiene alta resistencia, buena resistencia al desgaste, buena resistencia al aceite y alta resistencia a la compresión, lo que prolonga la vida útil.
(8) Se utiliza una caja de engranajes reductora planetaria fuera de la bomba. La potencia entra por el engranaje solar y sale por el chasis. Los engranajes planetarios utilizan rodamientos rodantes, simplificando la estructura.
El principio de funcionamiento de la bomba fracturadora es el mismo que el de una bomba recíproca.
En los últimos años, ha aparecido una nueva estructura de bomba hidráulica de refuerzo con carrera larga y frecuencia baja. El principio de funcionamiento es que un pistón de gran diámetro acciona un émbolo de pequeño diámetro. El gran pistón es accionado por un fluido a alta presión descargado desde un camión de fractura normal, y la secuencia de admisión y descarga del fluido de potencia está controlada mediante una válvula de control. La presión máxima de la bomba puede alcanzar los 155 MPa, la carrera es de 1,534 m, la fluctuación de presión es pequeña y puede bombear fluidos con una relación de arena muy alta, lo que la hace adecuada para fracturaciones de pozos profundos y ultraprofundos.
2. Especificaciones técnicas de los camiones de fractura comunes
3. Camión batidor
La función del camión batidor es extraer el fluido de fracturación del tanque de fractura hacia el tanque de la batidora, transportar proppant al tanque de la batidora, remover y mezclar, suministrar el fluido mezclado al camión fracturador, ayudar en el suministro aditivo y cooperar con el camión fracturador durante la operación.
1. Estructura del camión batidor
El camión mezclador consiste principalmente en camión transportador, motor de cubierta o motor de camión transportador, caja de cambios de transmisión, sistema de suministro de fluidos, dispositivo de transporte de arena, sistema de mezcla, sistema de descarga, sistema de control operativo y sistema auxiliar.
El camión transportista utiliza un camión pesado de alto rendimiento y alta potencia, como Huanghe o Mercedes-Benz, con gran capacidad de carga y fuerte capacidad todoterreno.
El motor de cubierta es la principal fuente de energía para el suministro de fluidos, el transporte de arena, la mezcla y los sistemas de descarga. Su potencia debe ser mayor que la suma de las potencias requeridas por todas las máquinas en funcionamiento. Los camiones batidor más antiguos usaban motores de gasolina con baja potencia y baja relación de arena. Los camiones mezcladores actuales utilizan principalmente motores diésel de alta potencia, como el motor diésel OM403 en el camión batidor SHC60B con 235 kW de potencia, o emplean el mismo motor tanto para la conducción como para la conducción en plataforma, como el camión mezclador HSC-300 con motor Cummins KTA-1150C-600, 448 kW de potencia operativa y 224 kW de potencia de conducción.
El sistema de suministro de fluido extrae el fluido de fracturación del tanque de fracturación y lo suministra al tanque de mezcla. Consiste principalmente en mangueras, tuberías de succión y bombas centrífugas.
El sistema de transporte de arena transporta la propensa al tanque de mezcla. Sus principales componentes son la tolva de entrada de arena, el barril para transportar arena, el transportador de tornillo y el dispositivo de dosificación.
El sistema de mezcla mezcla el fluido de fracturación entrante y el propante de forma uniforme en una determinada proporción, y luego suministra el fluido transportador de arena a cada camión fracturador a través de la bomba de arena. Consiste principalmente en tanque de mezcla, bomba de arena y tubería de descarga.
El sistema operativo controla cada mecanismo según comandos.
El sistema auxiliar gestiona principalmente la entrada de diversos aditivos.
En un camión batidor de aspiración de aire, el transporte mecánico de arena por tornillo se convierte en transporte de arena por aspiración de aire. Su principio es utilizar la acción de succión de un soplador para crear un cierto vacío en la tubería. Cuando la velocidad del aire supera la velocidad de sedimentación de la arena, la arena es levantada y transportada por el flujo de aire a través de la tubería de succión hacia el tanque de la batidora. La potencia la suministra el motor de cubierta, se reduce por la caja de cambios y se transmite a la caja de transferencia. Tres ejes de salida de la caja de transferencia accionan simultáneamente el soplador, la bomba de suministro de agua y la bomba de arena, suministrando el fluido mezclado que transporta arena al camión fracturador.
2. Especificaciones técnicas del camión batidor
4. Otros equipos de fracturación
Además de los camiones de fractura y camiones mezcladores, las operaciones de fractura también requieren otros equipos como camión de equilibrio, camión de arena, camión de instrumentación y camión de Manifoldes.
1. Camión de equilibrio
El bogie de balanceo inyecta líquido a cierta presión en el anillo de la carcasa sobre el empaquetadero, equilibrando parte de la presión diferencial a través del empaquetador, mejorando las condiciones de trabajo del empaquetador y protegiendo al empaquetador y la carcasa. También puede utilizarse para tratar accidentes como fracturas de tapón de arena, lavado inverso o daños por circulación inversa de pozos.
El camión de equilibrio suele ser reemplazado por un camión de cementación. Se selecciona un modelo de camión cementante que cumpla con la presión de equilibrio diseñada. En la práctica de campo actual, los camiones de cementación SNC-300H se utilizan para pozos poco profundos y los camiones de cementación SNC-400 para fracturaciones en pozos profundos.
2. Camión de arena
El camión de arena transporta proppant fracturado, como arena de cuarzo, proppant cerámico, cáscara de nogal y bolas metálicas, y vierte el proppant en la tolva de entrada de arena del camión batidor para completar la adición de arena. Un camión de arena generalmente utiliza un chasis pesado con un depósito de arena instalado y basculamiento hidráulico tipo cilindro. Las unidades de campo incluyen Hino, Tatra, Steyr y Tiema. Las especificaciones técnicas del camión de arena YSC-15 son las siguientes:
Camión transportista: Tiema (TM) SC2830/6 x 6-45
Potencia del motor: 220 kW
Régimen del motor: 2500 r/min
Capacidad del tanque de arena: 10 m3
Ángulo de inclinación del tanque de arena: 45 grados
Altura mínima al suelo: 970 mm
Tiempo de levantamiento: 23 s
Masa a plena carga: 2700 kg
3. Camión de instrumentación
El camión de instrumentación consta de instrumentos, pantallas, ordenadores y sistemas relacionados para medir parámetros de fracturación. Mide la presión, el caudal y el flujo acumulado durante la fracturación, mide la relación de arena, muestra las curvas y dinámicas de fracturación, y calcula diversos parámetros de fracturación. También está equipado con equipos de comunicación para contactar con camiones fracturadores y camiones batidores, por lo que también se le denomina camión de mando de fracturación. Las unidades de campo incluyen camiones de instrumentación Chevrolet de Estados Unidos y camiones de instrumentación Huaxi fabricados en Mianyang, Sichuan, China.
4. Bogie Manifold
El camión Manifold es un vehículo especialmente utilizado para transportar Manifold de fracturamiento. Está equipado con una bola hidráulica. Tras llegar al lugar del pozo, eleva el Manifold hasta el suelo para la conexión y operación de fracturación. Tras el trabajo, levanta el Manifold de nuevo al camión para su devolución. El bogie portador para el camión Manifold generalmente utiliza el mismo tipo de camión pesado que el camión fracturador, facilitando el mantenimiento y la gestión.
