大通径压裂快速连接管汇技术现状及发展建议

大通径压裂快速连接管汇技术现状及发展建议

魏申义

中海油田服务股份有限公司 天津 300459

摘要：根据我国油气资源现状,响应国家能源安全战略规划，加大常规及非常规油气藏力度的要求，随着定向井技术的成熟，井场大量采用丛式井开发，为了提高完井效率，多采用拉链式作业完成射孔与地层压裂增产作业。传统固定式管汇连接方式，管汇安装工作量大、安全风险点多、风险高，大通径压裂快速连接管汇应运而生。其用一根管道提供了压裂液从压裂管汇撬传输到井口的通道，并且在快插井口的配合下可以实现多井口快速轮换作业需求，改变了传统丛式固定管汇连接方式，减少了85%以上的管汇连接量及风险点。目前美国走在压裂技术的前沿，在大通径压裂快速连接管汇技术方面开发应用比较成熟，形成了多种路线方案，并仍在持续改进中，我国在大通径压裂管汇研制应用方面处于刚起步阶段。因此找到适合于我国应用及市场需求的设计开发方向，对我国在油气开发的增产增效方面具有十分重要的意义。

关键词：大通径压裂；管汇技术；现状及发展

引言

工艺管线建造安装过程工序多、周期长、质量要求高，各道工序之间需密切衔接，才能实现海工装备最优化的建造工序和周期。压力试验作为工艺管线建造安装后的重要检验手段，可对焊口焊道强度、阀门法兰连接点密封性等进行测试，以保证管道系统的正常调试和运行。对关键试压工序进行质量控制，找出试压过程中的关键控制节点，有利于提高工艺管线压力试验成功率，提高海工装备制造的整体水平。

1技术概况

自压裂技术在美国掀起页岩油气开发革命以来，围绕压裂的配套新技术新设备层出不穷，使得压裂的工作效率、可靠性、安全性及便利性要求不断提高。大通径压裂快速连接管汇作为替代小通径多通道压裂管路作业及大通径固定管路作业的新设备，就是近几年开发并成功应用的一个高效连接与快速井口切换关键设备之一。大通径压裂快速连接管汇主要的产品开发商包括美国NOV公司、HALLIBURTON公司、FORUM公司及FHE公司等。

2HALLIBURTON大通径压裂快连管汇车

HALLIBURTON公司的大通径压裂快连管汇车的外观，主要技术参数为：管汇最大通径为130mm（5-1/8in），最高工作压力为105MPa，最大流量满足15.9m3/min，可以满足两口间距5～10m的井位同时作业需要。其特点是：管汇采用专有小尺寸活动接头，密封可靠、承载力强；管汇通过活动接头实现五自由度设计，在随车吊辅助下完成空间位置的转换；尾部连接远程液压控制快插装置，实现与井口的快速连接与脱开，安全、高效；吊车动力源由汽车底盘提供，无需配置独立的动力系统；底盘采用6×4底盘，整车尺寸小于10m，道路适用性十分广泛。其不足之处在于快插装置连接于高压管汇尾端，由于质量大，造成管汇整体工作范围受限，如果增加作业半径，对随车吊及底盘都要求会更高；另外由于管汇采用悬臂式设计，管汇根部旋转接头受力恶劣，降低管汇的可靠性及安全性；采用硬管设计，弯头多且弯头处冲蚀明显。

3管线安装与完善

管线、阀门、管鞋、支架等是试压包系统的基本组成部分，按照管线三维图完成单管、附件等的安装工作，是试压包完善的前提条件。受项目材料采购、到货等影响，部分特殊安装材料会出现晚到货情况，无法在试压前完成安装，因此需甄别此类未安装材料是否影响整个试压包系统的查线工作。原则上，试压包查线前，需完成工艺管线上的动火作业，避免查线后管线焊口修改，重新进行无损检测。试压前查线工作，需根据图纸核查现场管线、附件等的实际安装情况，对未按图施工的部件进行记录并整理成尾项清单，供施工人员进行试压前完善施工。

4NOV公司大通径压裂快连管汇撬

NOV公司压裂快连管汇撬，主要技术参数与NOV基本一致，管汇最大通径19.2mm(8in)，最高工作压力为105MPa，最大流量满足21.46m3/min。区别之一在于采用撬装模式，相对于车装成本大大降底；另外，尾部只连接快插接头，吊装质量更轻，在相同吊车配置下，管汇可以做得更长，可以满足3口井轮换作业。撬装模式虽然省去了车头，但是同样带来了缺点：首先需要独立配置动力站为随车吊提供动力，并提供电源为控制系统供电；其次由于采用撬装，整车尺寸更大，尺寸达12m以上，道路适用性不如HALLIBURTON的产品；另外与HALLIBURTON方案一致采用悬臂式设计，同样存在根部旋转接头受力恶劣、弯头多、弯头处冲蚀明显等缺点。

5FHE公司大通径压裂快连管汇撬

FHE公司大通径压裂快连管汇撬最大管径尺寸为177.8mm（7in），最高工作压力为105MPa；其与折臂吊设计成一体，主直管与两节吊臂钢性连接，通过两个U形活动关节弥补吊臂角度变化过程中的管件长度变化；采用工厂机械手主动智能控制方案，工作过程中通过各部件的复合运动，实现插拔作业。其控制的主要内容包括折臂的自动控制及插拔头的主动旋转：折臂的控制保证在定位井口后，折臂吊头部可以带动插拔头直线向下运动；插拔头的智能控制，保证快连接头垂直朝下，便于与井口对接。相较于前两种硬管连接，其优点在于高压管汇的重力完全由吊臂承载，对管汇根部无附加力矩，增强了旋转接头的可靠性及安全性；可以实现轨迹记忆及重复定位功能，实现一键操作，自动化水平为所有方案中最高的一种。其缺点为：自动化机械臂设计对于多变的工作环境中显得有点水土不服，适用性不强，对工作效率提高程度不明显，没有发挥其应有的自动化水平；由于采用更高的自动化设计，要求极高的液压系统控制精度，其成本为所有方案中最高的一种，性价比不高。

6NOV公司大通径压裂快连管汇撬

NOV公司压裂快连管汇撬的外观，主要技术参数与NOV基本一致，管汇最大通径19.2mm(8in)，最高工作压力为105MPa，最大流量满足21.46m3/min。区别之一在于采用撬装模式，相对于车装成本大大降底；另外，尾部只连接快插接头，吊装质量更轻，在相同吊车配置下，管汇可以做得更长，可以满足3口井轮换作业。撬装模式虽然省去了车头，但是同样带来了缺点：首先需要独立配置动力站为随车吊提供动力，并提供电源为控制系统供电；其次由于采用撬装，整车尺寸更大，尺寸达12m以上，道路适用性不如HALLIBURTON的产品；另外与HALLIBURTON方案一致采用悬臂式设计，同样存在根部旋转接头受力恶劣、弯头多、弯头处冲蚀明显等缺点。

结束语

压裂施工作业压力和排量的不断增高，对自动化压裂装备具有迫切的需求。压裂管汇的发展同其它压裂相关设备发展一样，充分体现了以下几个特征：1）用大通径单管代替传统小通径多通道压裂管路作业，整体结构更加简化，密封性能更可靠，寿命更长，更加高效，满足多井口拉链式作业需要。2）操作方式上，从人工手动连接管汇向快速化、机械化、自动化方向发展。目前已成功开发多种快连方案，满足快速连接需要；设备操作采用远程气、液控制等方式进行控制。3）设计方法上，采用有限元、运动仿真等多种手段，对整体空间运动、过程受力、内部流体流场及流体对内部抗冲蚀性能进行分析、优化。4）在适用性上，满足多种复杂地形的道路运输需求，满足操作简便性、大排量、高压力的井口压裂作业需求等。

参考文献

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