Salle de recherche sur les équipements de production d’essai, Institut de recherche sur les équipements de forage et de production, Administration pétrolière du Jianghan
Avec le développement de la technologie de production pétrolière, la fracturation des réservoirs est devenue une mesure technique majeure pour une production stable et élevée à long terme dans les champs pétrolifères. Ces dernières années, la technologie de fracturation a rapidement évolué, créant un besoin pressant d’équipements de fracturation complets capables de répondre à des conditions de fonctionnement à haute pression, fort déplacement, rapport de sable élevé, grande taille de sable, volume de sable élevé et fluide à haute viscosité.
Pour répondre à ces besoins, des recherches expérimentales sur un Manifold de fracturation de 700 kg/cm2 ont commencé en 1973. En mars 1975, le premier ensemble de Manifolds a été testé à l’usine de réparation de machines de forage et de production. Après avoir réussi un essai de pression statique de 1000 kg/cm2 et un test de pression dynamique de 700 kg/cm2, il a été mis en test sur le terrain en mai. Il a été utilisé successivement dans des opérations d’acidification et de fracturation à la mine de gaz Jiannan et au champ pétrolifère de Jianghan pour sept puits d’exploitation. La pression maximale de la pompe atteignait 605 kg/cm2 et le déplacement maximal atteignait 1925 L/min.
1. Description structurelle
Le Manifold de fracturation de 700 kg/cm2, illustré à la Figure 1, est principalement composé de clapets anti-retour, de vannes à bouchon, de vannes de purge, de jonctions, de T, de croix et de Tronçons droits courts (Tronçon droit court (pup joint)). Il compte 81 connexions au total. Les 41 connexions équipées de clapets anti-retour peuvent être connectées à 41 bogies de fracturation. Deux connexions équipées de vannes de purge peuvent se connecter à la conduite de déchargement, et deux autres connexions se connectent à la tête de puits de fracture.
Figure 1. 700 kg/cm2 Manifold de fracturation
1 à 2 en union ; 2- Clapet anti-retour ; 3 - 2 1/2 en union ; 4- Vanne à boisseau ; 5- soupape de purge ; 6-3 en Union.
La distance centrale entre les deux lignes principales dans la variété est de 780 mm. Ils peuvent être fixés sur le châssis d’un camion Jiefang CA-01 ou CA-03 pour former un bogie Manifold. L’alésage de la ligne principale est de 54 mm et celui de la ligne de branchement de 46 mm. Les extrémités des lignes secondaires sont équipées de jonctions de 2 pouces et peuvent se connecter directement aux bogies de fracturation SYC-700 et YLC-500.
La Clapet anti-retour utilisée sur cette variété est illustrée à la Figure 2. Il est simple à fabriquer et pratique à réparer. Son ensemble de soupapes est similaire à celui du camion de fracturation ACF-700, avec un fonctionnement fiable, un faible risque de sable collé et une durée de vie relativement longue.
Figure 2. Clapet anti-retour
1- glande ; 2- printemps ; Ensemble 3 soupapes ; siège 4 soupapes ; Corps à 5 soupapes.
La structure du clapet à bouchon est illustrée à la Figure 3. Une paire de plaques de soupapes est disposée entre le bouchon et le corps de vannes. Le gland 5 ajuste l’espace entre les plaques de soupape, le bouchon et le corps de vanne, permettant à la vanne de sceller tout en s’ouvrant et fermant avec relativement peu d’effort. La cavité de la valve doit être remplie d’une graisse d’étanchéité haute pression pour améliorer l’étanchéité et la lubrification.
Figure 3. Vanne à boisseau
1- roue à main ; 2- bouchon ; 3- corps de soupapes ; 4- plaque à soupapes ; 5- glande.
Ce Vanne à boisseau est facile à démonter et à assembler, et s’ouvre et se ferme rapidement : tournez de 90 degrés pour ouvrir et tournez de 90 degrés dans l’autre sens pour fermer. Comparé à des vannes à boucle coniques et à billes similaires, il nécessite un couple de fonctionnement plus faible et est très adapté comme vanne principale d’un Manifold de fracturation.
La vanne de décharge, illustrée à la Figure 4, possède une structure simple, un fonctionnement fiable et une fabrication facile. Elle s’ouvre et se ferme avec peu d’effort sous haute pression et est particulièrement adaptée comme soupape de décharge de pression.
Figure 4. Vanne de purge
1- glande ; 2- corps de soupapes ; 3- élément à soupapes ; siège 4 soupapes ; 5- bouchon de pression ; Tige 6 soupapes.
2. Résultats des tests
1. Essai de pression statique
Les clapets anti-retour, les clapets à bouchon, les vannes de purge et les coudes mobiles du Manifold ont été testés séparément en pièces individuelles. La pression d’essai d’étanchéité était de 800 kg/cm2 et la pression d’essai de résistance était de 1000 kg/cm2. Après que les pièces individuelles aient réussi les tests, le Manifold était assemblé selon la Figure 1 et testé comme un ensemble complet à 1000 kg/cm2. Il n’y a eu aucune fuite, fuite ou baisse de pression en moins de 10 minutes.
2. Test de pression dynamique
Cinq bogies de fracturation SYC-700 étaient reliés aux connexions du clapet anti-retour du Manifold. Une connexion principale a été bouchée, une autre munie d’une buse, et les autres connexions ont été bouchées. Un test de pression dynamique de 700 kg/cm2 a été réalisé, et il n’y a eu ni infiltration ni fuite dans les 30 minutes.
3. Test sur le terrain
Ce Manifold a d’abord été utilisé pour l’acidification d’un puits à la mine de gaz de Jiannan, puis pour la fracturation de six puits du champ pétrolifère de Jianghan. Les paramètres de fonctionnement sont indiqués ci-dessous.
Paramètres de fonctionnement pour l’acidification et la fracturation avec les 700 kg/cm2 Manifold de fracturation
| Non. | Date d’exploitation | Eh bien non. | Pression maximale de la pompe | Déplacement maximal | Pourcentage de sable | Fluide total | Sable total ajouté | Remarques |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Mai | Jian 29 | Acidification, pas de fuite, Vanne à boisseau non installé | |||||
| 2 | Juin | Wangxi 7-4 | 580 | 80 | 3.1 | Fracturation, pas de fuite, Vanne à boisseau non installé | ||
| 3 | 21 juin | Wangxi 12-7 | 580 | 1500 | 10.5 | 80 | 4.65 | 1. Clapet à bouchon installés 2. Les connexions des camions sont passées de 12 à 16 têtes 3. Trois fuites de filetage de tuyau |
| 4 | 8 juillet | Wangxi 9-6 | 650 | 1600 | 11 | 80 | 4.2 | |
| 5 | 9 juillet | Wangxi 7-5 | 640 | 1640 | 12 | 80 | 5.6 | |
| 6 | 17 juillet | Wang 51 | 350 | 1925 | 16.7 | 80 | 8.64 | |
| 7 | 25 juillet | Wangxi 10-7 | 530 | 10 | 80 | 5.3 | ||
| Note : après l’augmentation du nombre de connexions de 12 à 16, la ligne a été démontée et remontée, ce qui a endommagé les filetages des tuyaux. En conséquence, trois points de fuite dans le filetage du tuyau sont apparus. | ||||||||
Les principaux composants de la Manifold de fracturation sont trois types de vannes. Après la fracture de quatre puits, le caoutchouc de la valve anti-retour a été inspecté et est resté en bon état. Comme la conduite de décharge du camion de fracturation ne possédait pas de soupape de décharge de pression, l’essai n’a pas directement montré si le Clapet anti-retour pouvait sceller après l’arrêt d’un camion fracturant pendant le fonctionnement. Cependant, l’analyse a indiqué que tant que le caoutchouc du clapet anti-retour n’était pas endommagé, ouvrir la soupape de décharge sur la conduite de sortie du camion de fracture après un arrêt en cours de fonctionnement créerait une pression différentielle à travers le Clapet anti-retour, lui permettant de sceller.
Le Vanne à boisseau a également été testé sur le terrain dans quatre puits. Les deux premiers clapets à bouchon étaient de qualité de fabrication insuffisante car les conduits du bouchon, des plaques de soupape et du corps de la valve n’étaient pas alignés correctement. Ils étaient donc fortement érodés par le sable, mais ils pouvaient encore sceller. En septembre, quatre autres vannes à bouchon furent fabriquées en essai, chacune ayant réussi les tests d’assemblage et de pression dès la première tentative. Ils ont été préparés pour être installés sur le second Manifold pour des essais sur le terrain. Après sept tests d’acidification et de fracture du puits, la valve de décharge s’est scellée de manière fiable et s’est ouverte et fermée de manière flexible avec peu d’effort.
3. Commentaires généraux
1. Ce Manifold de fracturation peut essentiellement répondre aux exigences actuelles du processus d’acidification et de fracturation et peut être utilisé pour des opérations d’acidification et de fracturation à 700 kg/cm2. Une production en petits lots et des tests élargis sont recommandés.
2. Sur la base des résultats de fabrication et d’essais précédents, les améliorations de conception suivantes sont recommandées.
Premièrement, les connexions tubulaires d’origine de 2 1/2 pouces utilisées pour la ligne principale, les T et les croisées ont des exigences d’usinage élevées. Leur fiabilité d’étanchéité à 700 kg/cm2, surtout après acidification, est insuffisante. De plus, les positions de fixation des T et des croix sont difficiles à ajuster et à installer. Ils doivent être remplacés par des connexions trapèze filetées T58 x 5-3 et T70 x 4-3 avec joint torique. La position de fixation des T et des croix peut être ajustée en ajoutant ou en retirant des cales. La connexion à la bride de la valve à bouchon doit également être remplacée par une connexion à filetage trapèze-oïdal T58 x 5-3.
Deuxièmement, la ligne de connexion entre la sortie du Manifold et la tête de puits utilisait à l’origine un tuyau de forage de 3 pouces. Le tuyau le plus long mesurait 4 m et pesait plus de 100 kg, ce qui rendait l’installation difficile. Le coude mobile était également lourd, dépassant 60 kg, et difficile à installer. La ligne de connexion doit être modifiée pour un tube de forage de 2 pouces de 3 m, 2 m et 1 m, et le coude mobile doit être modifié en conséquence pour réduire le poids et améliorer la commodité d’installation.
Troisièmement, pour répondre aux nouvelles exigences de procédé, le nombre de vannes à bouchon devrait passer de deux à cinq, et deux vannes à aiguille devraient être ajoutées pour répondre aux exigences de ball-drop et de mesure à distance. La structure modifiée est illustrée à la Figure 5.
Figure 5. Plan d’amélioration pour le Manifold de fracturation de 700 kg/cm2. Le côté gauche, non montré, est le même que la Figure 1.
1- Clapet anti-retour ; 2- Vanne à boisseau ; 3- soupape de purge ; 4 valves à aiguille.
