Résumé du contenu : Cet article présente les paramètres techniques, la performance structurelle et les principaux composants du Manifold GH-700.
Un Manifold de fracturation est un équipement important dans les opérations de fracturation. Par le passé, la Chine n’avait pas de fabricant fixe produisant ce type de produit par lots. Lorsque les champs pétrolifères ont adopté des procédés d’exploitation de fracturation, chacun fabriquait un équipement par lui-même, et les structures étaient différentes.
Pour répondre aux besoins du développement rapide de l’industrie pétrolière, accélérer le rythme de la construction socialiste, réaliser le grand objectif d’atteindre les Quatre Modernisations d’ici l’an 2000 proposées par notre cher Premier ministre Zhou Enlai dans le rapport de travail gouvernemental du Quatrième Congrès national populaire, et soutenir la révolution mondiale, Notre usine a entrepris la tâche d’essai de production pour le Modèle 70 Manifold de fracturation en 1974. Le Manifold a été conçu par l’Institut de recherche sur les équipements de forage et de production de l’Administration pétrolière du Jianghan. En décembre 1975, deux ensembles ont été fabriqués à l’essai et envoyés successivement aux champs pétrolifères de Shengli et de Dagang pour des essais industriels. Lors des essais, des opérations de fracturation et de contrôle du sable ont été réalisées respectivement. Les principaux fluides de fracturation comprenaient l’eau, le pétrole brut et la gomme sesbania. Quatre puits et cinq puits d’exploitation furent achevés. La pression maximale était de 320 kg/cm2. Deux essais de pression dynamique au sol ont également été réalisés, avec une pression maximale de 640 kg/cm2, une durée de 24 minutes et 20 m3 d’eau pompée. Après une évaluation conjointe par les organisations de conception, de fabrication et d’utilisateurs, il a été soumis au groupe de fabrication du ministère de l’industrie pétrochimique pour approbation et est actuellement en production en petits lots.
1. Paramètres techniques du Manifold GH-700
La structure de la variété est illustrée à la Figure 1.
Figure 1. Structure de la variété GH-700
1 à 2 en union haute pression ; 2- vanne unidirectionnelle ; 3- Union Phi 45 x 700 ATM ; 4- Vanne à boisseau ; 5- Soupape de décharge.
1. Adapté aux opérations de fracturation jusqu’à 700 kg/cm2.
2. Pression de travail maximale : 700 kg/cm2.
3. Pression de test d’étanchéité : 800 kg/cm2.
4. Pression de test de résistance : 1000 kg/cm2.
5. Alésage de la conduite principale : phi 54.
6. Étalage de la ligne secondaire : phi 64.
2. Structure du Manifold GH-700 et notes de fonctionnement
Le Manifold est principalement composé de vannes unidirectionnelles, de vannes à bouchon, de vannes de purge, de joncions, de T, de croix et de Tronçons droits courts (Tronçon droit court (pup joint)). Il compte 14 connexions au total. Les 10 connexions équipées de vannes unidirectionnelles peuvent respectivement se connecter à 10 bogies de fracture. La connexion équipée de la vanne de purge est connectée à la ligne de purge. Une connexion sur la ligne secondaire derrière le Vanne à boisseau est équipée d’une vanne unidirectionnelle et peut se connecter à un bogie d’équilibre. Les deux connexions principales se connectent à la tête de puits de fracture.
Le centre de la variété se compose de deux lignes principales avec une distance centrale de 779,5 mm. L’ensemble peut être fixé sur le châssis d’un camion Jiefang CA-10 ou CA-30 pour former un bogie Manifold. Les extrémités de la ligne secondaire sont équipées de jonctions de 2 pouces et peuvent se connecter directement aux bogies de fracturation SYC-700 et YLC-500.
3. Composants principaux de la variété
1. Vanne unidirectionnelle. La structure est illustrée à la Figure 2.
Figure 2. Vanne unidirectionnelle
1- glande ; 2- printemps ; Ensemble 3 soupapes ; siège 4 soupapes ; Corps à 5 soupapes.
La vanne unidirectionnelle est relativement simple à fabriquer et pratique à réparer. Son ensemble de soupapes est similaire à celui du camion de fracturation AC-700, il fonctionne donc de manière sûre et fiable et n’est pas sujet au sable collant. Lors de la fracturation, si un camion de fracturation tombe en panne et doit être arrêté pour réparation, la vanne unidirectionnelle peut automatiquement couper le fluide à haute pression dans la conduite sous pression différentielle, permettant la réparation pendant que l’opération de fracturation se poursuit normalement.
2. Vanne à boisseau. La structure est illustrée à la Figure 3.
Figure 3. Vanne à boisseau
1- roue à main ; 2- bouchon ; 3- corps de soupapes ; 4- plaque à soupapes ; 5- glande.
Une paire de plaques de soupapes est disposée entre le bouchon et le corps de vannes. L’espace entre les plaques de soupape, le corps de la valve et le bouchon peut être ajusté via le prélas, permettant ainsi à la vanne de sceller tout en s’ouvrant et en se fermant avec relativement peu d’effort. La cavité de la valve est remplie d’une graisse d’étanchéité haute pression pour améliorer l’étanchéité et la lubrification. La vanne est facile à démonter et à assembler, s’ouvre et se ferme rapidement, et sert à changer la direction du flux. Sa limite est qu’il n’est pas facile de tourner sous pression. Les principaux composants du clapet à bouchon sont le corps de la valve, la bougie et les plaques de la soupape.
Corps de soupapes : le matériau est de l’acier 35CrMo, trempé et trempé selon HB 204-280. Au début, le canon effilé de 1:7 était meulé. En raison d’erreurs d’alignement, le canon conique et les alésages droits aux extrémités supérieures et inférieures n’étaient pas concentriques, et l’essai de pression n’a atteint que 50 kg/cm2. Par la suite, le tournage de précision a été adopté pour chaque alésage. Lors du tournage brut des alésages latéraux, le côté opposé n’était pas percé, ce qui contribuait à garantir la qualité du canon conique. La fabrication d’essai a montré que le tournage de précision était un meilleur procédé.
Plaques de soupapes : deux problèmes ont été rencontrés lors de la fabrication d’essai.
R. Matériel. La conception nécessitait de la fonte ductile. Au début, la qualité de la fonte était médiocre, si bien que la fonte ordinaire a été utilisée à la place. Lorsque l’essai de pression atteignit 50 kg/cm2, la plaque de soupape se fractura. Trois parties consécutives ont échoué de la même manière. Après l’utilisation de la fonte ductile, la pièce a réussi, montrant que la fonte ordinaire n’était pas adaptée à la plaque de soupapes.
B. Usinage de la rainure d’étanchéité de la plaque de soupapes. Comme il est difficile d’usiner une rainure circulaire de profondeur égale sur une surface conique, un dispositif spécial a été fabriqué. La rainure circulaire est formée par une combinaison de translation et de rotation. Le dispositif est utilisé sur une fraiseuse verticale. Le dispositif est fixé sur la table, puis la tête de fraisage est tournée à un angle parallèle à la pièce. Un disque de coupe est monté sur la broche, et la position de la coupeuse sur le disque doit garantir que son diamètre de rotation corresponde au diamètre de rainure requis de la pièce.
Figure 4. Dispositif de fraisage à rainures circulaires
1- pièce ; 2- disque coupeur ; 3- portement ; 4- support de roulement ; 5- arbre de luminaire ; 6- paliers ; 7- support ; 8 vitesses ; 9- support de rack ; 10 - petit toboggan ; 11- noix ; 12- vis d’avance ; 13- Poignée.
Le luminaire fonctionne comme suit : la poignée tournante 13 entraîne la vis de boucle 12, et l’écrou 11 déplace la petite glissière 10. La culasse supporte le siège 4 avec les roulements 3 et 6. L’arbre de luminaire 5 est installé dans les roulements. L’extrémité droite de l’arbre maintient la pièce 1, et l’extrémité gauche porte la pignonne 8. L’engrenage s’accorde avec le rack fixe 7. Lorsque la pièce avance, elle tourne vers l’arrière autour de l’arbre du luminaire, permettant ainsi de fraiser la rainure d’étanchéité.
Le principe de conception est que fraiser la rainure d’étanchéité nécessite deux mouvements : la translation et la rotation dans la direction opposée à la translation. L’analyse montre que la distance de course de l’engrenage doit être égale au diamètre du disque de coupe. Comme l’engrenage de fixation et la pièce sont montés sur le même arbre, leurs angles de rotation sont égaux. Ainsi, la longueur d’arc du cercle de pas par laquelle l’engrenage tourne est égale au diamètre du disque de coupe, comme montré à la Figure 5.
Figure 5. Formation d’une rainure d’étanchéité pour joints toriques
3. Vanne de décharge. La vanne de purge fonctionne de manière fiable, est relativement facile à usiner, s’ouvre et se ferme avec peu d’effort sous haute pression, et convient à une utilisation comme soupape de décharge de pression. Lors de la fracture ou lorsque la circulation inverse est nécessaire après la fracture, la vanne de la tête de puits peut être fermée et la vanne de purge ouverte pour libérer la pression de la ligne de surface. Après que le Vanne à boisseau est placé à la position requise, la vanne à porte principale peut être ouverte pour une circulation inverse. La structure est illustrée à la Figure 6.
Figure 6. Vanne de purge
1- glande ; 2- corps de soupapes ; 3- élément à soupapes ; siège 4 soupapes ; 5- bouchon de pression ; Tige 6 soupapes.
À l’heure actuelle, la compréhension du Manifold Model 700 reste insuffisante. Il doit être testé davantage en usage, amélioré en continu et perfectionné étape par étape.
