La fracturation hydraulique des réservoirs de pétrole est l’une des principales mesures pour augmenter l’injection dans les puits de pétrole et d’eau, et les équipements de fracturation jouent un rôle important dans cet effet de fracturation. Les équipements de fracturation comprennent principalement le camion de fracturation, le camion blender,
Manifold de ligne de flux haute pression
camion, camion de sable, camion d’instrumentation et équipements associés.
1. Exigences des opérations en fond de puits pour les équipements de fracturation
La fonction des équipements de fracturation est d’utiliser un camion de fracturation pour augmenter la pression du fluide de fracturation et le pomper dans la formation, créant ainsi de nouvelles fractures ou prolongeant les fractures originales dans la zone de production au fond du puits. Le camion blender mélange le propant avec le fluide de fracturation dans un certain rapport et le fournit au camion de fracturation, de sorte que le fluide transportant le sable entre dans la formation, remplit les fractures ouvertes, forme une zone de haute perméabilité et augmente la production de puits de pétrole ainsi que le taux d’injection d’eau dans le puits.
Selon sa fonction, les équipements de fracturation doivent répondre aux exigences suivantes.
1. Certaine pression et déplacement
Les réservoirs pétroliers sont enfouis dans des formations rocheuses à des centaines voire des milliers de mètres sous terre. Plus le réservoir est profond, plus la pression est élevée. De plus, différentes roches ont des densités différentes, donc la pression varie également. Par conséquent, les équipements de fracturation doivent subir une pression suffisante pour fracturer la zone pétrolière et doivent atteindre un certain déplacement, car plus le déplacement est important, plus le rayon de fracture est important.
2. Performance de travail continue et fiable
La fracture n’est pas une opération instantanée. La fracturation d’un puits peu profond prend généralement des dizaines de minutes, tandis que la fracturation d’un puits profond prend plusieurs heures. Par conséquent, les équipements de fracturation fonctionnent en continu sous haute pression et avec un grand déplacement. Si l’équipement de fracturation tombe en panne, l’opération de fracturation échouera, donc l’équipement doit avoir une grande fiabilité continue.
3. Bonne résistance à l’usure et à la corrosion des équipements principaux
La pompe mélangeuse du camion mélangeur, la pompe de fracturation du camion de fracturation et les équipements associés fonctionnent avec les fluides contenant du sable et contenant de l’acide. Le sable use certaines parties et l’acide corrode certaines parties. Par conséquent, les pièces apparentées de cet équipement doivent avoir une bonne résistance à l’usure et à la corrosion pour répondre aux besoins de différentes opérations de fracturation.
4. Bonnes performances tout-terrain
Les opérations de fracturation sont réalisées sur le site du puits, où les surfaces routières, formelles, sont généralement indisponibles. Par conséquent, les équipements de fracturation doivent avoir de bonnes performances tout-terrain pour s’adapter à la conduite sur différentes surfaces routières.
2. Camion de fracturation
Le camion de fracturation est l’équipement principal pour la fracturation des réservoirs. Il se compose principalement d’un bogie porteur, d’un moteur de plateau, d’une boîte de vitesses, d’une pompe de fracturation, d’une console d’exploitation et d’un Manifold à ligne de flux haute pression.
1. Camion de fracturation YLC-1000
Le camion de fracturation YLC-1000 a été conçu par l’Institut de recherche pétrolifère de Yumen et est communément appelé le camion de fracturation de type mille. Ce camion de fracturation a trois modèles : A, B et D. Ses caractéristiques sont la haute pression, le grand déplacement, la course longue, la structure simple, ainsi qu’une utilisation et une utilisation pratiques.
1) Transmission
La boîte de transmission du bogie de fracturation YLC-1000D est une structure hélicoïdale cylindrique à trois arbres et quatre vitesses, avec déplacement hydraulique et lubrification par pulvérisation d’huile. Ses caractéristiques incluent une structure à cylindres bidirectionnels utilisant des embrayages hydrauliques à friction à plaque ; inverser via une vanne de lubrification électromagnétique ; et des engrenages à maillage constant de la boîte de vitesses à la boîte de réduction planétaire. Le passage de vitesses n’a aucun bruit d’impact et peut aussi être télécommandé. Les vitesses et les itinéraires de transmission pour chaque vitesse sont les suivants :
Rapport I : embrayage inférieur engagé à droite, embrayage supérieur engagé à droite, à travers les rapports 8-7-6-5 et la boîte de réduction planétaire à la pompe de fracture. Rapport de transmission 2,083, vitesse d’arbre de sortie 535 r/min.
Rapport II : embrayage inférieur engagé à droite, embrayage supérieur engagé à gauche, à travers les engrenages 8-7-3-4 et la boîte de réduction planétaire vers la pompe de fracture. Rapport de transmission 2,033, vitesse d’arbre de sortie 738 r/min.
Transmission III : embrayage inférieur engagé à gauche, embrayage supérieur engagé à droite, à travers les engrenages 1-2-6-5 et la boîte de réduction planétaire vers la pompe de fracture. Rapport de transmission 1,509, vitesse d’arbre de sortie 996 r/min.
Rapport IV : embrayage inférieur engagé à gauche, embrayage supérieur engagé à gauche, à travers les engrenages 1-2-3-4 et la boîte de réduction planétaire jusqu’à la pompe de fracture. Rapport de transmission 1,039, vitesse d’arbre de sortie 1372 r/min.
2) Pompe de fracturation
La pompe de fracturation est une pompe à piston horizontale à trois cylindres à simple action. Comparé aux pompes à piston ordinaires, il présente les caractéristiques suivantes :
(1) Le vilebrequin est coulé intégralement et utilise une structure à quatre supports, assurant un soutien stable et un poids léger.
(2) La bielle utilise des roulements coulissants.
(3) Le centre du vilebrequin est 50 mm plus bas que le centre de la tête transversale, de sorte que les guides supérieurs et inférieurs s’usent uniformément.
(4) Le plongeur et la tête de croix sont reliés par une tige à ressort, facilitant le centrage et évitant l’usure et le blocage excentriques des pistons.
(5) Des joints auto-joints de type Y à haute pression sont utilisés entre la tête de pompe et les sièges des joints horizontaux et verticaux du couvercle de bouteille, avec une structure simple et un étanchéité fiable.
(6) Le ressort de la soupape d’aspiration est fixé par le siège d’étanchéité horizontal à couvercle de cylindre, avec une structure simple et un usinage et une utilisation pratiques.
(7) Le caoutchouc de garniture et de soupapes utilisent du caoutchouc polyuréthane, qui présente une grande résistance, une bonne résistance à l’usure, une bonne résistance à l’huile et une forte résistance à la compression, prolongeant ainsi la durée de service.
(8) Une boîte de réduction planétaire est utilisée à l’extérieur de la pompe. La puissance entre par le pignon solaire et ressort par le cadre. Les engrenages planétaires utilisent des roulements roulants, simplifiant ainsi la structure.
Le principe de fonctionnement de la pompe à fracturation est le même que celui d’une pompe alternative.
Ces dernières années, une nouvelle structure de pompe d’appoint hydraulique avec une course longue et une fréquence de course basse est apparue. Le principe de fonctionnement est qu’un piston de grand diamètre entraîne un piston de petit diamètre. Le grand piston est entraîné par un fluide haute pression déchargé d’un camion de fracture normal, et la séquence d’admission et de décharge du fluide de puissance est contrôlée par une vanne de contrôle. La pression maximale de la pompe peut atteindre 155 MPa, la course est de 1,534 m, la fluctuation de pression est faible, et elle peut pomper un fluide avec un rapport de sable très élevé, ce qui la rend adaptée à la fracturation de puits profonds et ultra-profonds.
2. Spécifications techniques des bogies de fracturation courants
3. Camion Blender
La fonction du camion blender est d’aspirer le fluide de fracturation du réservoir de fracturation vers le réservoir du blender, de transporter le propant dans le réservoir du blender, de le remuer et de le mélanger, de fournir le fluide mélangé au camion de fracturation, d’aider l’approvisionnement en additifs et de coopérer avec le camion de fracturation pendant le fonctionnement.
1. Structure du Blender Truck
Le camion blender se compose principalement de camion transporteur, moteur de plateforme ou moteur de camion transporteur, boîte de vitesses de transmission, système d’alimentation en fluide, dispositif de transport de sable, système de mélange, système de décharge, système de contrôle d’exploitation et système auxiliaire.
Le camion transporteur utilise un camion lourd haute performance et puissant, comme Huanghe ou Mercedes-Benz, doté d’une grande capacité de transport et d’une forte capacité tout-terrain.
Le moteur de plateau est la principale source d’alimentation pour l’alimentation en fluide, le transport du sable, le mélange et les systèmes de décharge. Sa puissance doit être supérieure à la somme des puissances requises par toutes les machines en service. Les anciens camions blenders utilisaient des moteurs à essence avec faible puissance et faible rapport de sable. Les camions blenders actuels utilisent principalement des moteurs diesel à haute puissance, comme le moteur diesel OM403 sur le camion blender SHC60B de 235 kW, ou utilisent le même moteur pour la conduite et la course sur plateau, comme le camion blender HSC-300 avec un moteur Cummins KTA-1150C-600, 448 kW de puissance opérationnelle et 224 kW de puissance de conduite.
Le système d’alimentation en fluide extrait le fluide de fracturation du réservoir de fracturation et l’apporte au réservoir de mélange. Il se compose principalement de tuyaux, de tuyaux d’aspiration et de pompes centrifuges.
Le système de transport de sable transporte le propant dans la cuve de mélange. Ses principaux composants sont la trémie d’entrée de sable, le baril de transport de sable, le convoyeur à vis et un dispositif de dosage.
Le système de mélange mélange le fluide de fracturation entrant et le propant uniformément dans un certain ratio, puis fournit le fluide transportant le sable à chaque camion de fracturation via la pompe à sable. Il se compose principalement d’un réservoir de mélange, d’une pompe à sable et d’une conduite de décharge.
Le système d’exploitation contrôle chaque mécanisme selon des commandes.
Le système auxiliaire gère principalement l’apport de divers additifs.
Dans un camion mélangeur à aspiration d’air, le transport mécanique de sable par vis est remplacé par le transport par aspiration par sable par air. Son principe consiste à utiliser l’action d’aspiration d’un souffleur pour créer un certain vide dans la canalisation. Lorsque la vitesse de l’air dépasse la vitesse de décantation du sable, le sable est soulevé et transporté par le flux d’air à travers le tuyau d’aspiration jusqu’au réservoir du mélangeur. La puissance est fournie par le moteur du plateau, réduite par la boîte de vitesses et transmise à la boîte de transfert. Trois arbres de sortie de la boîte de transfert entraînent simultanément le souffleur, la pompe d’alimentation en eau et la pompe à sable, fournissant le fluide mixte transportant le sable au camion de fracturation.
2. Spécifications techniques du camion blender
4. Autres équipements de fracturation
En plus des camions de fracture et des camions blenders, les opérations de fracturation nécessitent également d’autres équipements tels que le camion d’équilibrage, le camion à sable, le camion d’instrumentation et le camion Manifold.
1. Camion d’équilibrage
Le bogie d’équilibrage injecte du liquide à une certaine pression dans l’anneau du tubage au-dessus de l’emballage, équilibrant une partie de la pression différentielle à travers l’emballage, améliorant les conditions de fonctionnement de l’emballage et protégeant l’emballage ainsi que le tubage. Il peut également être utilisé pour traiter des accidents tels que la fracture d’un bouchon de sable, un lavage inversé ou la destruction de puits par circulation inversée.
Le camion d’équilibrage est généralement remplacé par un camion de cimentage. Un modèle de camion de ciment répondant à la pression d’équilibrage prévue est choisi. Dans la pratique actuelle sur le terrain, les camions de ciment SNC-300H sont utilisés pour les puits peu profonds et les camions de ciment SNC-400 sont utilisés pour la fracturation en puits profonds.
2. Camion de sable
Le camion de sable transporte de la propant fracturée, comme le sable de quartz, la proppant céramique, la coquille de noix et les billes métalliques, puis déverse la proppant dans la trémie d’entrée de sable du camion blender pour compléter l’ajout de sable. Un camion de sable utilise généralement un châssis lourd avec un réservoir de sable installé dessus et un basculement hydraulique de cylindre. Les unités de terrain comprennent Hino, Tatra, Steyr et Tiema. Les spécifications techniques du camion à sable YSC-15 sont les suivantes :
Camion transporteur : Tiema (TM) SC2830/6 x 6-45
Puissance moteur : 220 kW
Régime moteur : 2500 r/min
Capacité du réservoir de sable : 10 m3
Angle d’inclinaison du réservoir de sable : 45 degrés
Garde au sol minimale : 970 mm
Temps de levage : 23 s
Masse pleine charge : 2700 kg
3. Camion d’instrumentation
Le camion d’instrumentation comprend des instruments, des affichages, des ordinateurs et des systèmes associés pour mesurer les paramètres de fracture. Il mesure la pression, le débit et l’écoulement cumulatif lors de la fracturation, mesure le rapport de sable, affiche les courbes et dynamiques de fracturation, et calcule divers paramètres de fracturation. Il est également équipé d’équipements de communication pour contacter les camions de fracturation et les camions de mélangeur, ce qui l’appelle aussi un camion de commandement de fracturation. Les unités de terrain comprennent des camions d’instrumentation Chevrolet des États-Unis et des camions d’instrumentation Huaxi fabriqués à Mianyang, Sichuan, Chine.
4. Bogie Manifold
Le camion Manifold est un véhicule spécialement utilisé pour transporter Manifold de fracturation. Il est équipé d’une bôme hydraulique. Après l’arrivée sur le site du puits, il soulève le Manifold au sol pour la connexion et l’opération de fracturation. Après le travail, il soulève le Manifold sur le camion pour le retour. Le bogie porteur du camion Manifold utilise généralement le même type de camion lourd que le camion fractureur, ce qui facilite l’entretien et la gestion.
