Sala de Investigación de Equipos de Producción de Prueba, Instituto de Investigación de Equipos de Perforación y Producción, Administración de Petróleo de Jianghan
Con el desarrollo de la tecnología de producción petrolífera, la fracturación de yacimientos se ha convertido en una medida técnica importante para una producción estable y alta a largo plazo en los yacimientos petrolíferos. En los últimos años, la tecnología de fracturación ha evolucionado rápidamente, generando una necesidad urgente de equipos de fracturación completos capaces de cumplir condiciones de operación de alta presión, alto desplazamiento, alta relación de arena, gran tamaño de arena, gran volumen de arena y alta viscosidad de fluidos.
Para satisfacer estas necesidades, en 1973 comenzó la investigación experimental sobre un Manifold de fracturamiento de 700 kg/cm2. En marzo de 1975, el primer conjunto de Manifoldes fue fabricado en pruebas en la planta de reparación de maquinaria de perforación y producción. Tras superar una prueba de presión estática de 1000 kg/cm2 y una de presión dinámica de 700 kg/cm2, se sometió a pruebas de campo en mayo. Se utilizó sucesivamente en operaciones de acidificación y fracturación en la mina de gas Jiannan y el campo petrolífero Jianghan para operaciones de siete pozos. La presión máxima de la bomba alcanzó los 605 kg/cm2 y el desplazamiento máximo de 1925 L/min.
1. Descripción estructural
El Manifold de fracturamiento de 700 kg/cm2, mostrado en la Figura 1, está compuesto principalmente por válvulas de retención, válvulas de tapa, válvulas de purga, uniones, tees, cruces y Tramos rectos cortos (Tramo recto corto (pup joint)). Cuenta con 81 conexiones en total. Las 41 conexiones equipadas con válvulas de retención pueden conectarse a 41 bogies de fractura. Dos conexiones equipadas con válvulas de purga pueden conectarse a la línea de purga, y otras dos conexiones conectan al cabezal de pozo fracturado.
Figura 1. 700 kg/cm2 Manifold de fracturamiento
1-2 en Unión; 2- Válvula de retención; 3- 2 1/2 en unión; 4- Válvula de tapón; 5- válvula de purga; 6-3 en Union.
La distancia central entre las dos líneas principales de la variedad es de 780 mm. Pueden fijarse en el chasis de un camión Jiefang CA-01 o CA-03 para formar un bogie Manifold. El diámetro de la línea principal es de 54 mm y el de la ramal de 46 mm. Los extremos de las líneas secundarias están equipados con uniones de 2 pulgadas y pueden conectar directamente a los bogies de fractura SYC-700 y YLC-500.
La Válvula de retención utilizada en esta variedad se muestra en la Figura 2. Es fácil de fabricar y cómoda de reparar. Su conjunto de válvulas es similar al del camión fracturador ACF-700, con un funcionamiento fiable, bajo riesgo de que la arena se atasque y una vida útil relativamente larga.
Figura 2. Válvula de retención
1- glándula; 2- primavera; Conjunto de 3 válvulas; asiento de 4 válvulas; Cuerpo de 5 válvulas.
La estructura de la válvula de tapón se muestra en la Figura 3. Un par de placas de válvula se colocan entre el tapón y el cuerpo de válvulas. La prensaestopas 5 ajusta el espacio entre las placas de la válvula, el tapón y el cuerpo de la válvula, permitiendo que la válvula selle mientras sigue abriéndose y cerrando con un esfuerzo relativamente bajo. La cavidad de la válvula debe rellenarse con grasa de sellado a alta presión para mejorar el sellado y la lubricación.
Figura 3. Válvula de tapón
1- volante; 2- enchufe; 3- cuerpo de válvulas; 4- placa de válvulas; 5- glándula.
Este Válvula de tapón es fácil de desmontar y montar, y se abre y cierra rápidamente: gira 90 grados para abrir y gira 90 grados en sentido contrario para cerrar. En comparación con válvulas de tapa cónicas y válvulas de bola, requiere un par de funcionamiento menor y es muy adecuado como válvula principal de un Manifold de fracturamiento.
La válvula de purga, mostrada en la Figura 4, tiene una estructura sencilla, funcionamiento fiable y fácil fabricación. Se abre y cierra con poco esfuerzo bajo alta presión y es especialmente adecuada como válvula de alivio de presión.
Figura 4. Válvula de purga
1- glándula; 2- cuerpo de válvulas; 3- elemento de válvulas; asiento de 4 válvulas; 5- tapa de presión; Vástago de 6 válvulas.
2. Resultados de las pruebas
1. Ensayo de presión estática
Las válvulas de retención, válvulas tapón, válvulas de purga y codos móviles en el Manifold se probaron por separado como piezas individuales. La presión de prueba de sellado era de 800 kg/cm2 y la presión de resistencia de prueba era de 1000 kg/cm2. Tras superar las pruebas de las piezas individuales, el Manifold se ensamblaba según la Figura 1 y se probaba como un conjunto completo a 1000 kg/cm2. No hubo filtraciones, fugas ni caídas de presión en 10 minutos.
2. Prueba de presión dinámica
Cinco bogies fracturadores SYC-700 estaban conectados a las conexiones de válvulas de retención del Manifold. Se tapó una conexión a la línea principal, otra se instaló una tobera y las demás conexiones se taparon. Se realizó una prueba de presión dinámica de 700 kg/cm2, y no hubo filtraciones ni fugas en los 30 minutos.
3. Prueba de campo
Este Manifold se utilizó primero para acidificar en un pozo de la mina de gas de Jiannan y más tarde para fracturar seis pozos en el campo petrolífero de Jianghan. Los parámetros operativos se muestran a continuación.
Parámetros de funcionamiento para acidificación y fractura con la Manifold de fracturamiento de 700 kg/cm2
| No. | Fecha de operación | Pues no. | Presión máxima de bomba | Desplazamiento máximo | Porcentaje de la arena | Fluido total | Arena total añadida | Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Mayo | Jian 29 | Acidificación, sin fugas, Válvula de tapón no instalado | |||||
| 2 | Junio | Wangxi 7-4 | 580 | 80 | 3.1 | Fracturas, sin fugas, Válvula de tapón no instalado | ||
| 3 | 21 de junio | Wangxi 12-7 | 580 | 1500 | 10.5 | 80 | 4.65 | 1. Válvulas de tapón instaladas 2. Las conexiones de los camiones aumentaron de 12 a 16 cabezas 3. Fugas en tres roscas de tubería |
| 4 | 8 de julio | Wangxi 9-6 | 650 | 1600 | 11 | 80 | 4.2 | |
| 5 | 9 de julio | Wangxi 7-5 | 640 | 1640 | 12 | 80 | 5.6 | |
| 6 | 17 de julio | Wang 51 | 350 | 1925 | 16.7 | 80 | 8.64 | |
| 7 | 25 de julio | Wangxi 10-7 | 530 | 10 | 80 | 5.3 | ||
| Nota: tras aumentar el número de conexiones de 12 a 16, la línea fue desmontada y reensamblada, lo que dañó las roscas de los tubos. Como resultado, aparecieron tres puntos de fuga en la rosca de la tubería. | ||||||||
Los componentes principales del Manifold de fracturamiento son tres tipos de válvulas. Tras fracturar cuatro pozos, se inspeccionó la goma de la válvula de retención y permaneció en buen estado. Como la línea de descarga del camión fracturador no tenía válvula de alivio de presión, la prueba no mostró directamente si el Válvula de retención podía sellar después de que un camión fracturador se detuviera durante la operación. Sin embargo, el análisis indicó que mientras la goma de la válvula de retención no estuviera dañada, abrir la válvula de alivio en la línea de salida del camión fracturador tras un apagado a mitad de operación crearía una presión diferencial a través de la Válvula de retención, permitiendo que sellara.
El Válvula de tapón también se probó en cuatro pozos. Las dos primeras válvulas de tapón tenían una calidad de fabricación insuficiente porque los puertos del tapón, las placas de válvula y el cuerpo de la válvula no estaban alineados correctamente. Por ello, estaban fuertemente erosionados por la arena, pero aún podían sellarse. En septiembre, se fabricaron cuatro válvulas de tope más, y cada una superó las pruebas de montaje y presión en el primer intento. Fueron preparados para su instalación en el segundo Manifold para pruebas de campo. Tras siete pruebas de acidificación y fractura del pozo, la válvula de descarga se selló de forma fiable y se abrió y cerró de forma flexible con poco esfuerzo.
3. Comentarios generales
1. Este Manifold de fracturamiento puede satisfacer básicamente los requisitos actuales del proceso de acidificación y fracturación y puede utilizarse para operaciones de acidificación y fracturación a 700 kg/cm2. Se recomienda la producción en pequeños lotes y las pruebas ampliadas.
2. Basándose en los resultados previos de fabricación y pruebas, se recomiendan las siguientes mejoras de diseño.
En primer lugar, las conexiones originales de rosca de tubería de 2 1/2 pulgadas usadas para la línea principal, las tees y las cruces tienen altos requisitos de mecanizado. Su fiabilidad de sellado a 700 kg/cm2, especialmente tras acidificación, es insuficiente. Además, las posiciones de montaje de las tees y cruces son difíciles de ajustar e instalar. Deberían cambiarse a conexiones de rosca trapezoidal T58 x 5-3 y T70 x 4-3 con sellado en juntas tóricas. Las posiciones de montaje de las tees y cruces pueden ajustarse añadiendo o quitando cuñas. La conexión de brida de la válvula de tapa también debe cambiarse por una rosca trapezoidal T58 x 5-3.
En segundo lugar, la línea de conexión desde la salida del Manifold hasta la cabeza del pozo originalmente usaba tubería de perforación de 3 pulgadas. La tubería más larga medía 4 m y pesaba más de 100 kg, lo que dificultaba la instalación. El codo móvil también era pesado, con más de 60 kg, y difícil de instalar. La línea de conexión debe cambiarse a tubería de perforación de 2 pulgadas con longitudes de 3 m, 2 m y 1 m, y el codo móvil debe modificarse en consecuencia para reducir peso y mejorar la comodidad de la instalación.
En tercer lugar, para cumplir con los nuevos requisitos de proceso, el número de válvulas de tope debería aumentarse de dos a cinco, y se deberían añadir dos válvulas de aguja para cumplir con los requisitos de bolas de caída y medición remota. La estructura modificada se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Plan de mejora para el Manifold de fracturamiento de 700 kg/cm2. El lado izquierdo, que no se muestra, es el mismo que la Figura 1.
1- Válvula de retención; 2- Válvula de tapón; 3- válvula de purga; Válvula de aguja 4.
