A fraturação hidráulica de reservatórios de petróleo é uma das principais medidas para aumentar a injeção em poços de petróleo e água, e os equipamentos de fraturamento desempenham um papel importante no efeito de fraturamento. Equipamentos de fraturamento incluem principalmente caminhão de fratura, caminhão blender,
Manifold de Linha de Fluxo de Alta Pressão
caminhão, caminhão de areia, caminhão de instrumentação e equipamentos relacionados.
1. Requisitos para operações em poço para equipamentos de fraturamento
A função dos equipamentos de fraturamento é usar um caminhão fraturador para aumentar a pressão do fluido de fraturação e bombeá-lo para dentro da formação, criando novas fraturas ou estendendo fraturas originais na zona produtora no fundo do poço. O caminhão liquidificador mistura proppant com fluido de fraturação em uma certa proporção e o fornece ao caminhão fraturador, de modo que o fluido transportador de areia entre na formação, preenche as fraturas abertas, forma uma zona de alta permeabilidade e aumenta a produção de poços de petróleo e a taxa de injeção de poço de água.
De acordo com sua função, os equipamentos de fraturamento devem atender aos seguintes requisitos.
1. Certa pressão e deslocamento
Reservatórios de petróleo estão enterrados em formações rochosas a centenas a milhares de metros de profundidade. Quanto mais profundo o reservatório, maior a pressão. Além disso, diferentes rochas têm densidades diferentes, então a pressão também varia. Portanto, equipamentos de fraturamento devem ter pressão suficiente para fraturar a zona de petróleo e devem atingir um certo deslocamento, pois quanto maior o deslocamento, maior o raio de fratura.
2. Desempenho de Trabalho Contínuo e Confiável
Fraturar não é uma operação instantânea. A fraturação de um poço raso geralmente leva dezenas de minutos, enquanto a fraturação de um poço profundo leva várias horas. Portanto, os equipamentos de fraturamento funcionam continuamente sob alta pressão e grande deslocamento. Se o equipamento de fraturamento falhar, a operação de fraturamento falhará, portanto o equipamento deve ter alta confiabilidade contínua.
3. Boa resistência ao desgaste e resistência à corrosão do equipamento principal
A bomba do blender do caminhão blender, a bomba de fraturação do caminhão de fraturação e equipamentos relacionados trabalham com fluidos contendo areia e ácido. A areia desgasta partes e o ácido corroe partes. Portanto, as partes relacionadas desse equipamento devem ter boa resistência ao desgaste e à corrosão para atender às necessidades de diferentes operações de fraturação.
4. Bom desempenho fora de estrada
As operações de fraturamento são realizadas no local do poço, onde superfícies formais de estrada geralmente não estão disponíveis. Portanto, equipamentos de fraturamento devem ter bom desempenho off-road para se adaptarem à condução em diferentes superfícies de estrada.
2. Caminhão de Fratura
O caminhão de fraturamento é o principal equipamento para fraturamento de reservatórios. Consiste principalmente em caminhão transportador, motor de convés, caixa de câmbio, bomba de fratura, console operacional e Manifold de fluxo de alta pressão.
1. Caminhão de Fraturação YLC-1000
O caminhão fraturador YLC-1000 foi projetado pelo Instituto de Pesquisa do Campo Petrolífero Yumen e é comumente chamado de caminhão fraturador do tipo mil. Esse caminhão fraturador possui três modelos: A, B e D. Suas características são alta pressão, grande deslocamento, curso longo, estrutura simples e operação e uso convenientes.
1) Transmissão
A caixa de transmissão do caminhão de fraturamento YLC-1000D é uma estrutura de engrenagem helicoidal cilíndrica de três eixos e quatro marchas, com troca hidráulica e lubrificação por spray de óleo. Suas características incluem uma estrutura de cilindro bidirecional usando embreagens hidráulicas de atrito em placas; reversão através de uma válvula de lubrificação eletromagnética; e engrenagens de malha constante da caixa de engrenagens até a caixa de redução planetária. A troca de marcha não tem impacto no ruído e também pode ser operada remotamente. As velocidades e rotas de transmissão para cada marcha são as seguintes:
Engrenagem I: embreagem inferior engatada à direita, embreagem superior engatada à direita, através das engrenagens 8-7-6-5 e a caixa de engrenagem redutora planetária até a bomba de fratura. Relação de transmissão 2,083, velocidade do eixo de saída 535 r/min.
Engrenagem II: embreagem inferior engatada à direita, embreagem superior engatada à esquerda, através das marchas 8-7-3-4 e da caixa de engrenagens redutoras planetárias até a bomba de fratura. Relação de transmissão 2,033, velocidade do eixo de saída 738 r/min.
Engrenagem III: embreagem inferior engatada à esquerda, embreagem superior engatada à direita, pelas engrenagens 1-2-6-5 e a caixa de engrenagem redutora planetária até a bomba de fratura. Relação de transmissão 1.509, velocidade do eixo de saída 996 r/min.
Engrenagem IV: embreagem inferior engatada à esquerda, embreagem superior engatada à esquerda, passando pelas engrenagens 1-2-3-4 e pela caixa de redução planetária até a bomba de fratura. Relação de transmissão 1,039, velocidade do eixo de saída 1372 r/min.
2) Bomba de fraturação
A bomba de fraturação é uma bomba de êmbolo horizontal de três cilindros de ação simples. Comparado às bombas de êmbolo comuns, possui as seguintes características:
(1) O virabrequim é integralmente fundido e utiliza uma estrutura de quatro suportes, proporcionando suporte estável e peso leve.
(2) A biela usa rolamentos deslizantes.
(3) O centro do virabrequim é 50 mm menor que o centro da cabeça transversal, então as guias superiores e inferiores das cabeças cruzadas se desgastam uniformemente.
(4) O êmbolo e a cabeça transversal são conectados por uma haste de mola, facilitando o centralizamento e prevenindo desgaste e travamento excêntricos do êmbolo.
(5) Vedações auto-vedantes do tipo Y de alta pressão são usadas entre a cabeça da bomba e os assentos das tampas horizontais e verticais dos cilindros, com estrutura simples e vedação confiável.
(6) A mola da válvula de sucção é fixada pelo assento de vedação horizontal da tampa do cilindro, com estrutura simples e usinagem e uso convenientes.
(7) A borracha de enchimento e de válvulas utiliza borracha poliuretano, que possui alta resistência, boa resistência ao desgaste, boa resistência ao óleo e alta resistência à compressão, prolongando a vida útil.
(8) Uma caixa de engrenagem redutora planetária é usada fora da bomba. A potência entra pela engrenagem solar e sai pela estrutura. As engrenagens planetárias utilizam rolamentos rolantes, simplificando a estrutura.
O princípio de funcionamento da bomba de fraturação é o mesmo de uma bomba de recíproco.
Nos últimos anos, surgiu uma nova estrutura de bomba hidráulica de reforço com curso longo e baixa frequência de curso. O princípio de funcionamento é que um pistão de grande diâmetro aciona um êmbolo de pequeno diâmetro. O grande pistão é acionado por fluido de alta pressão liberado de um caminhão de fraturamento normal, e a sequência de admissão e descarga do fluido de potência é controlada por uma válvula de controle. A pressão máxima da bomba pode chegar a 155 MPa, o curso é de 1,534 m, a flutuação de pressão é pequena e pode bombear fluido com uma relação de areia muito alta, tornando-a adequada para fraturamento de poços profundos e ultraprofundos.
2. Especificações Técnicas dos Caminhões de Fraturamento Comuns
3. Caminhão Liquidificador
A função do caminhão blender é puxar o fluido de fratura do tanque de fraturação para o tanque do blender, transportar proppant para o tanque do blender, mexer e misturar, fornecer o fluido misturado ao caminhão de fraturação, auxiliar no fornecimento aditivo e cooperar com o caminhão de fraturação durante a operação.
1. Estrutura do Caminhão Blender
O caminhão blender consiste principalmente em caminhão transportador, motor de convés ou motor de caminhão transportador, caixa de câmbio de transmissão, sistema de fornecimento de fluidos, dispositivo de transporte de areia, sistema de mistura, sistema de descarga, sistema de controle operacional e sistema auxiliar.
O caminhão transportador utiliza caminhões pesados de alto desempenho e alta potência, como Huanghe ou Mercedes-Benz, com grande capacidade de carga e forte capacidade off-road.
O motor de convés é a principal fonte de energia para fornecimento de fluidos, transporte de areia, mistura e sistemas de descarga. Seu poder deve ser maior que a soma das potências exigidas por todas as máquinas em funcionamento. Caminhões blender mais antigos usavam motores a gasolina com baixa potência e baixa relação de areia. Os caminhões blender atuais usam principalmente motores diesel de alta potência, como o motor diesel OM403 no caminhão blender SHC60B com potência de 235 kW, ou utilizam o mesmo motor tanto para condução quanto para operação em deck, como o caminhão blender HSC-300 com motor Cummins KTA-1150C-600, 448 kW de potência operacional e 224 kW de potência de tração.
O sistema de fornecimento de fluido retira o fluido de fratura do tanque de fraturação e o fornece ao tanque de mistura. Consiste principalmente em mangueiras, tubos de sucção e bombas centrífugas.
O sistema de transporte de areia conduz o proppant para o tanque de mistura. Seus principais componentes são o funil de entrada de areia, o barril de transporte de areia, o transportador de parafuso e o dispositivo de medição.
O sistema de mistura mistura o fluido de fraturação e o propante de entrada uniformemente em uma certa proporção, depois fornece o fluido transportador de areia para cada caminhão de fraturação através da bomba de areia. Consiste principalmente em tanque de mistura, bomba de areia e tubo de descarga.
O sistema operacional controla cada mecanismo de acordo com comandos.
O sistema auxiliar lida principalmente com a entrada de vários aditivos.
Em um caminhão de mistura de ar succionado, o transporte mecânico de areia por parafuso é substituído pelo transporte de areia por aspiração de ar. Seu princípio é usar a ação de sucção de um soprador para criar um certo vácuo no duto. Quando a velocidade do ar excede a velocidade de sedimentação da areia, a areia é levantada e transportada pelo fluxo de ar através do tubo de sucção até o tanque do liquidificador. A potência é fornecida pelo motor do deck, reduzida pela caixa de câmbio e transmitida para a caixa de transferência. Três eixos de saída da caixa de transferência acionam simultaneamente o soprador, a bomba de abastecimento de água e a bomba de areia, fornecendo o fluido misto que transporta areia ao caminhão de fraturação.
2. Especificações Técnicas do Caminhão Blender
4. Outros Equipamentos de Fraturamento
Além de caminhões de fraturação e caminhões blender, as operações de fraturamento também exigem outros equipamentos, como caminhão de equilíbrio, caminhão de areia, caminhão de instrumentação e caminhão Manifold.
1. Caminhão de Equilíbrio
O caminhão de balanceamento injeta líquido a certa pressão no anel do revestimento acima do empacotador, equilibrando parte da pressão diferencial ao longo do empacotador, melhorando as condições de trabalho do empacotador e protegendo o empacotador e o revestimento. Também pode ser usado para lidar com acidentes como fratura de plugue de areia, lavagem reversa ou dano reverso de poços.
O caminhão de balanceamento geralmente é substituído por um caminhão de cimento. É selecionado um modelo de caminhão de cimento que atenda à pressão de balanceamento projetada. Na prática de campo atual, caminhões de cimento SNC-300H são usados para poços rasos e caminhões de cimento SNC-400 são usados para fraturação em poços profundos.
2. Caminhão de Areia
O caminhão de areia transporta propant fraturado, como areia de quartzo, cerâmica proppant, casca de nogueira e bolas de metal, e despeja o proppant no funil de entrada de areia do caminhão do blender para completar a adição de areia. Um caminhão de areia geralmente utiliza um chassi pesado com um tanque de areia instalado e basculo hidráulico de cilindro. As unidades de campo incluem Hino, Tatra, Steyr e Tiema. As especificações técnicas do caminhão de areia YSC-15 são as seguintes:
Caminhão transportador: Tiema (TM) SC2830/6 x 6-45
Potência do motor: 220 kW
Rotação do motor: 2500 r/min
Capacidade do tanque de areia: 10 m³
Ângulo de inclinação do tanque de areia: 45 graus
Altura livre mínima do solo: 970 mm
Tempo de levantamento: 23 s
Peso total a carga: 2700 kg
3. Caminhão de Instrumentação
O caminhão de instrumentação consiste em instrumentos, displays, computadores e sistemas relacionados para medir parâmetros de fraturação. Mede pressão, vazão e fluxo cumulativo durante a fraturação, mede a razão da areia, apresenta curvas e dinâmicas de fraturação, e calcula vários parâmetros de fraturamento. Também está equipado com equipamentos de comunicação para contato com caminhões de fratura e caminhões de mistura, por isso também é chamado de caminhão de comando de fraturamento. As unidades de campo incluem caminhões de instrumentação Chevrolet dos Estados Unidos e caminhões de instrumentação Huaxi fabricados em Mianyang, Sichuan, China.
4. Caminhão Manifold
O caminhão Manifold é um veículo especialmente usado para transportar Manifold de fraturamento. Está equipado com um braço hidráulico. Após chegar ao local do poço, ele eleva o Manifold até o solo para conexão e operação de fraturação. Após o serviço, ele levanta o Manifold de volta para o caminhão para devolução. O caminhão transportador para o caminhão Manifold geralmente usa o mesmo tipo de caminhão pesado do caminhão fraturador, facilitando a manutenção e o gerenciamento.
