راهنمای شیلنگ فرکینگ: انواع، مواد و کاربردهای میدان نفتی

شیلنگ فرکینگ چیست؟

شلنگ فرکینگ - به طور رسمی a شیلنگ انتقال شکستگی هیدرولیک - یک مجرای انعطاف پذیر با فشار بالا است که برای جابجایی حجم زیادی از سیال بین تجهیزات سطحی در طول عملیات تحریک چاه نفت و گاز طراحی شده است. در یک مکان معمولی frac، این شیلنگ‌ها واحدهای پمپاژ فشار بالا، مخلوط‌کن‌ها، مخازن فرک، منیفولدها و آهن سرچاهی را به هم متصل می‌کنند و همه چیز را از آب خام و مایع شکستگی گرفته تا دوغاب مملو از مواد و افزودنی‌های شیمیایی تحت فشار مداوم و چرخه بالا مدیریت می‌کنند.

بر خلاف شیلنگ های صنعتی استاندارد، شیلنگ های فرکینگ باید به طور همزمان چهار الزام رقیب را برآورده کنند: مقاومت فشار (فشار کاری 500-15000 psi بسته به موقعیت در مدار)، مقاومت در برابر سایش در برابر جریان های مملو از مواد، سازگاری شیمیایی با طیف گسترده ای از افزودنی های مورد استفاده در سیالات تکمیل، و دوام میدان در طول چرخه های مکرر استقرار، کشیدن و اتصال در زمین های ناهموار میدان نفتی. انتخاب مواد برای لوله داخلی - TPU، لاستیک یا کامپوزیت - اهرم اصلی است که کنترل می کند شلنگ چقدر هر چهار خواسته را برآورده می کند.

کاربرد شیلنگ فرکینگ در صنعت میادین نفتی

یک عملیات شکست هیدرولیکی منفرد شامل چندین مدار سیال مجزا است که هر یک فشارها، دماها و ترکیبات شیمیایی سیال متفاوتی را بر شیلنگ های درگیر اعمال می کند. درک این مدارها برای تعیین شیلنگ مناسب برای هر موقعیت ضروری است.

خطوط آهن پرفشار و پمپ به سر چاه

بالاترین وضعیت تنش در هر مدار فرک، اتصال بین منیفولد پمپ فشار بالا و سر چاه است. فشار کاری در اینجا به طور معمول افزایش می یابد 10000–15000 psi ، نیاز به آهن فرک فولادی یا شلنگ انعطاف پذیر با فشار فوق العاده بالا با فشار کامل سر چاه دارد. این خطوط مایع شکستگی - آب، ژل، یا آب لغزنده - مخلوط با سیلیس یا سرامیک را با غلظت حداکثر 8 پوند در هر گالن کنترل می کنند.

خطوط انتقال و مکش کم فشار

در سمت مکش پمپ - بین مخازن فرک، مخلوط‌کن‌ها و ورودی‌های پمپ - فشار تا 50-300 psi محدوده در اینجا، شیلنگ‌های مسطح یا مکنده با قطر بزرگ (3 تا 6 اینچ) مایع شکستگی مخلوط را با سرعت جریان بالا انتقال می‌دهند. ساییدگی ناشی از حمله مواد شیمیایی و بیوسیدها، بازدارنده‌های رسوب، و کاهنده‌های اصطکاک مکانیسم‌های تخریب غالب هستند.

خطوط تامین و انتقال آب

حجم زیادی از آب منبع - معمولا 3 تا 15 میلیون گالن در هر مرحله فراک در نمایش‌های غیر متعارف - باید از محفظه‌ها، گودال‌ها یا خطوط لوله به محل ذخیره‌سازی منتقل شوند. این خطوط انتقال فواصل صدها متری تا چند کیلومتری را در زمین های آماده نشده پوشش می دهند و شلنگ تخت خواب سبک و مقاوم در برابر سایش را به راه حل ترجیحی تبدیل می کنند.

خطوط تزریق مواد شیمیایی

افزودنی‌های شیمیایی غلیظ - اسیدها، سورفکتانت‌ها، بازدارنده‌های خوردگی، عوامل ژل‌کننده - با سرعت‌های دقیق از طریق شلنگ‌های تزریق شیمیایی با قطر کوچک (2-2 اینچ) به جریان فرک تزریق می‌شوند. این خطوط نیاز به مقاومت شیمیایی برتر در طیف وسیعی از pH دارند، اغلب از pH 1 (تحریک اسیدی) تا pH 13 (درمان های با مقیاس قلیایی بالا).

جریان برگشتی و انتقال آب تولید شده

پس از شکستگی، چاه سیال جریان برگشتی تولید می کند - مخلوطی از آب فرک تزریقی، آب نمک تشکیل، هیدروکربن ها، و مواد محرک باقیمانده - که باید جذب، انتقال، و تصفیه یا دفع شود. شیلنگ های فلوبک باید محتوای هیدروکربن، کل جامدات محلول (TDS) و جامدات معلق را به طور همزمان مدیریت کنند.

شیلنگ مقاوم در برابر سایش برای استفاده در میدان نفتی

Proppant - ماسه سیلیس یا سرامیک مهندسی شده - عامل ساینده اولیه در کاربردهای شلنگ میدان نفتی است. در سایت های frac، غلظت پروپانت در دوغاب می تواند برسد 4-8 پوند/گال (480-960 کیلوگرم بر مترمکعب) و سرعت جریان در خطوط انتقال معمولاً بیش از 3 متر بر ثانیه است. تحت این شرایط، سوراخ داخلی لاستیکی استاندارد NBR با سرعت هایی فرسایش می یابد که می تواند یک شیلنگ را در یک مرحله فرک به شکست تبدیل کند.

TPU (پلی اورتان ترموپلاستیک) ماده ای است که اقتصاد تعویض شلنگ میدان نفتی را تغییر داد. در تست سایش DIN 53516، ترکیبات TPU به کاهش حجم دست می یابند 20-60 میلی متر³ در مقابل 150-300 mm³ برای NBR استاندارد - ضریب بهبود 5 تا 15. در شرایط مزرعه با پروپانت سیلیس، این به معنای عمر مفید چندین برابر بیشتر از معادل های لاستیکی با ضخامت دیواره یکسان است.

مزیت عملکرد از ساختار جدا شده از میکروفاز TPU ناشی می شود: بخش های سخت سخت در برابر نفوذ ذرات مقاومت می کنند در حالی که بخش های نرم انعطاف پذیر انرژی ضربه را جذب می کنند و از شروع ترک جلوگیری می کنند. برای خدمات میدان نفتی، لوله های داخلی TPU معمولاً در مشخص شده است Shore A 88–95 با ضخامت دیواره 4-8 میلی متر بسته به غلظت و سرعت جریان.

فراتر از سوراخ داخلی، ژاکت بیرونی نیز به مقاومت در برابر سایش نیاز دارد: شیلنگ های میدان نفتی به طور معمول روی کاسه، لنت های سنگریزه و توری فولادی کشیده می شوند. پوشش بیرونی لاستیکی TPU یا SBR تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش با حداقل سختی Shore A 60 برای شیلنگ های سرویس میدان نفتی استاندارد است.

شیلنگ کشیدن TPU برای کاربردهای زمین ناهموار

سایت های میدان نفتی برخی از سخت ترین شرایط زمین را برای استقرار شلنگ های انعطاف پذیر ارائه می دهند. بالشتک های چاه در نمایش های غیر متعارف - حوضه پرمین، ایگل فورد، مارسلوس، هاینزویل - معمولاً بر روی کالیشه، شن فشرده یا سنگ بومی ساخته می شوند و مسیرهای دسترسی اطراف از جاده های اصلاح نشده، خندق های زهکشی، خطوط حصار و مراتع ناهموار عبور می کنند.

یک خط انتقال آب 500 متری در شیلنگ لاستیکی NBR با قطر 4 اینچ تقریباً وزن دارد. 650-800 کیلوگرم - نیاز به ماشین آلات برای تخمگذار و بازیابی. شیلنگ تخت خواب TPU معادل وزن دارد 380-500 کیلوگرم کاهشی که به خدمه کوچکتر اجازه می دهد تا خطوط را به صورت دستی یا با تجهیزات سبک تر مستقر کرده و بازیابی کنند و به طور مستقیم هزینه های عملیاتی هر مرحله را کاهش دهد.

ترکیب کاهش وزن در یک کار فراک کامل. در یک پد با 8 تا 12 چاه که هر کدام به خطوط انتقال آب به طول 300 تا 800 متر نیاز دارند، اختلاف تجمعی بین TPU و لاستیک می تواند برابر باشد. چندین تن متریک وزن شلنگ ، بر لجستیک حمل و نقل، خستگی خدمه و زمان استقرار در هر مرحله تأثیر می گذارد.

اجرای هوای سرد در نمایشنامه های شمالی (باکن، مونتنی، دوورنی) به همان اندازه قابل توجه است. لاستیک NBR به طور قابل ملاحظه ای زیر 20- درجه سانتیگراد سفت می شود، که سیم پیچ شدن شیلنگ های با قطر بزرگ را دشوار می کند و خطر خمیدگی و آسیب اتصال را در هنگام استقرار در صبح سرد افزایش می دهد. TPU انعطاف پذیری خود را حفظ می کند -40 درجه سانتی گراد ، از بین بردن محدودیت های کنترل دمای سرد.

شلنگ صنعتی انعطاف پذیر سبک وزن: چرا در سایت های Frac مهم است

سرعت عملیاتی شکست هیدرولیک - که در آن ساعات پمپ مستقیماً اقتصاد چاه را تعیین می کند - فشار شدیدی را برای به حداقل رساندن زمان نصب و راه اندازی دکل ایجاد می کند. هر ساعتی که برای گذاشتن شلنگ یا عیب‌یابی یک خط پیچ خورده یا شکست خورده صرف می‌شود، تعداد مراحل فراکس تکمیل شده در روز را کاهش می‌دهد، با پیامدهای هزینه‌ای که به ده‌ها هزار دلار در هر مرحله در حوضه‌های پرهزینه می‌رسد.

شیلنگ های انعطاف پذیر سبک وزن از طریق سه مکانیسم زمان نصب را کاهش می دهند. اول، وزن کمتر در واحد طول به خدمه دو نفره اجازه می دهد تا خطوطی را که در غیر این صورت به لیفتراک یا جرثقیل نیاز دارند، مدیریت کنند. دوم، انعطاف پذیری برتر در دمای پایین دوره گرم کردن شیلنگ های لاستیکی را قبل از اینکه بتوان به طور ایمن در هوای سرد باز کرد را حذف می کند. سوم، قطر سیم پیچ کوچکتر (TPU صاف تر و محکم تر از لاستیک می پیچد) اجازه می دهد تا شلنگ بیشتری روی یک کامیون تک قرقره حمل شود و تعداد بارهای کامیون مورد نیاز برای یک پد بزرگ کاهش می یابد.

به طور خاص برای شیلنگ های صاف انتقال آب، فرمت بسته مسطح مزایای لجستیکی بیشتری را ارائه می دهد: یک بخش 500 متری از شیلنگ تخت 4 اینچی TPU به یک رول فرو می رود. قطر 300-400 میلی متر ، در مقایسه با یک شیلنگ لاستیکی با سوراخ سفت و سخت که به هیچ وجه قابل جمع شدن نیست. این تفاوت تعیین می کند که آیا شیلنگ را می توان در یک تخت پیکاپ حمل کرد یا به یک تریلر مخصوص حلقه شلنگ نیاز دارد.

شیلنگ انتقال آب برای سایت های فرکینگ

مدیریت آب یکی از بزرگترین چالش های لجستیکی در تکمیل چاه های غیر متعارف است. یک چاه افقی واحد در حوضه پرمین نیاز دارد 10 تا 20 میلیون گالن آب در سراسر برنامه تکمیل آن؛ توسعه پد کامل با هشت چاه می تواند 80 تا 160 میلیون گالن نیاز داشته باشد. انتقال این حجم از منبع به محل چاه، و مدیریت جریان برگشت و آب تولید شده از محل چاه به دفع، نیازمند زیرساخت شلنگی قوی و قابل استفاده مجدد است.

برای انتقال آب سطحی - از چاله‌ها، حوضچه‌ها، رودخانه‌ها یا خطوط لوله - راه‌حل استاندارد شلنگ مکش/تخلیه با قطر بزرگ یا نیمه سفت و سخت است. 3 تا 8 اینچ (75-200 میلی متر) محدوده پارامترهای کلیدی مشخصات عبارتند از:

• فشار کاری : 6-16 بار برای تخلیه صاف. 6-10 بار با درجه خلاء کامل (-0.9 بار) برای شلنگ مکش.
• مواد سوراخ داخلی : TPU برای مقاومت سایشی طولانی مدت در برابر رسوبات معلق و رسوبات. لاستیک EPDM برای آب با دمای بالا بالای 70 درجه سانتیگراد.
• تقویت : نخ پلی استر با مقاومت بالا یا پارچه پلی استر برای شلنگ تخت. مارپیچ فولادی برای شلنگ مکش که نیاز به مقاومت در برابر فروپاشی دارد.
• نوع کوپلینگ : اتصالات Camlock (بادامک و شیار) از آلومینیوم یا چدن داکتیل برای اتصال میدان سریع. برای خاتمه دائمی نواری یا چین دار شده است.
• مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش : ژاکت بیرونی تثبیت شده با کربن سیاه یا مهار شده با اشعه ماوراء بنفش برای شیلنگ هایی که در تمام طول سال در خارج از منزل نگهداری می شوند و مستقر می شوند اجباری است.

قابلیت استفاده مجدد در چندین کار فرک، محرک اقتصادی اصلی است: یک شلنگ انتقال آب صاف TPU که در 8 تا 12 مرحله فرک نصب شده قبل از تعویض، هزینه کمتری در هر مرحله نسبت به شیلنگ لاستیکی که هر 2 تا 3 مرحله تعویض می‌شود، ارائه می‌کند، حتی با قیمت خرید واحد بالاتر.

شیلنگ مقاوم در برابر مواد شیمیایی برای کاربردهای میدان نفتی

سیالات تکمیل میدان نفتی یک محیط شیمیایی منحصر به فرد گسترده و تهاجمی را ارائه می دهند. یک فرمول مدرن مایع frac می تواند حاوی 15 تا 25 افزودنی شیمیایی متمایز از جمله اسید هیدروکلریک (برای مراحل تحریک اسید، معمولاً 7.5-15٪ HCl)، کاهنده های اصطکاک (بر پایه پلی آکریل آمید)، بیوسیدها (گلوتارآلدئید، DBNPA)، بازدارنده های رسوب (مبتنی بر فسفونات)، عوامل ژل کننده (صمغ گوار، صمغ گوار، شکن کننده ها (ترکیب متقاطع کنزیرونیوم یا ه.

هیچ پلیمری در تمام این شیمی ها برتری ندارد. چارچوب انتخاب عملی برای شیلنگ شیمیایی میدان نفتی به شرح زیر است:

• TPU مبتنی بر اتر : مقاومت عالی در برابر اسیدهای رقیق، قلیایی ها و افزودنی های مبتنی بر آب. مقاوم در برابر هیدرولیز در سرویس مداوم مرطوب. انتخاب استاندارد برای شیلنگ های عمومی انتقال مایع فرک.
• TPU مبتنی بر استر خواص مکانیکی برتر اما مستعد هیدرولیز در غوطه وری طولانی مدت در آب است. مناسب برای انتقال مواد شیمیایی خشک یا متناوب.
• شیلنگ با پوشش UHMWPE : بهترین مقاومت شیمیایی در کلاس تقریباً در تمام مواد شیمیایی میدان نفتی، از جمله هیدروکلراید غلیظ و حلال های هیدروکربنی. برای خطوط تزریق اسید غلیظ مورد نیاز است.
• لاستیک NBR : مقاومت خوب در برابر هیدروکربن های آلیفاتیک و سیالات مبتنی بر نفت. برای انتقال آب و روغن تولید شده در جایی که محتوای هیدروکربن بالا باشد ترجیح داده می شود.
• شیلنگ با روکش PTFE : مقاومت شیمیایی جهانی شامل حلال های معطر و اسیدهای اکسید کننده. برای تزریق مواد شیمیایی با ارزش بالا که در آن خطر آلودگی باید حذف شود مشخص شده است.

همیشه فرمول شیمیایی خاص - از جمله غلظت و دما - را با جدول سازگاری شیمیایی منتشر شده سازنده شیلنگ قبل از تعهد به مشخصات مواد ارجاع دهید. خرابی های میدانی در شیلنگ های تزریق مواد شیمیایی به طور نامتناسبی ناشی از انتخاب ناسازگار لوله داخلی است، نه اضافه بار فشار.

شیلنگ گل حفاری توضیح داده شده است

شلنگ گل حفاری - همچنین به نام a شلنگ دوار، شلنگ کلی یا شلنگ برگشت گل بسته به موقعیت آن در سیستم گردش - سیال حفاری (گل) را بین منیفولد پایپ، چرخاننده یا درایو بالا و رشته مته در حین عملیات حفاری فعال منتقل می کند. این یکی از حیاتی ترین شیلنگ های ایمنی روی یک دکل است که در فشارهای حداکثر کار می کند 7500 psi (517 بار) در حالی که به طور همزمان با بلوک مسافر خم می شود و می چرخد.

شیلنگ های چرخشی تولید می شوند API 7K استانداردهایی که شش درجه خدمات (A تا F) را با فشار کاری و اندازه سوراخ تعریف می کنند. شیلنگ چرخشی 4 اینچی معمولی در یک دکل زمینی با فشار کاری کار می کند 3000–5000 psi ، با حداقل فشار ترکیدگی چهار برابر فشار کاری. ساختار شامل یک لوله داخلی لاستیکی نیتریل، چندین لایه تقویت کننده مارپیچی سیم فولادی با کشش بالا (معمولاً 4 تا 6 لایه)، یک لایه جداکننده پارچه و یک ژاکت بیرونی مقاوم در برابر سایش است.

گل حفاری خود یک سیال پیچیده است: گل‌های مبتنی بر آب (WBM) حاوی سوسپانسیون‌های رسی، عوامل وزن‌دهنده باریت و افزودنی‌های شیمیایی مختلف هستند. گل های مبتنی بر روغن (OBM) از دیزل یا روغن پایه مصنوعی استفاده می کنند و محیط شیمیایی تهاجمی تری را برای ترکیبات لاستیکی ارائه می دهند. لوله های داخلی مبتنی بر استر یا NBR به خوبی WBM را اداره می کنند. سرویس OBM معمولاً نیاز دارد نیتریل هیدروژنه (HNBR) یا فلورالاستومر (FKM) ترکیبات داخلی برای مقاومت کافی در برابر تورم.

فراتر از شیلنگ دوار، سیستم گردش دکل شامل شیلنگ های ویبراتور (اتصال لوله ایستاده به شیلنگ دوار، جذب ضربان پمپ)، شیلنگ ها را خفه کنید و بکشید (API 16C، درجه بندی شده به فشار بسته شدن کامل سر چاه برای کنترل چاه)، و شیلنگ های برگشت گل (خطوط با قطر زیاد و کم فشار که گل را از نوک ناقوس به شیل شیکرها برمی گرداند).

شیلنگ جریان برگشتی و سیستم های انتقال فاضلاب

پس از شکست هیدرولیکی، چاه برای تولید باز می شود و جریان برگشت شروع می شود. بازگشت مایع به سطح در روزهای اول تا هفته های پس از تحریک - نامیده می شود جریان برگشتی - مخلوط پیچیده ای است که به طور قابل توجهی در طول زمان تکامل می یابد: در ابتدا تحت تسلط آب فراکسی تزریق شده است، به تدریج ویژگی های تشکیل دهنده آب نمک بیشتری را به خود می گیرد، با افزایش TDS (کل مواد جامد محلول، گاهی اوقات بیش از حد). 200000 میلی گرم در لیتر )، محتوای هیدروکربن (گاز و میعانات)، مواد رادیواکتیو طبیعی (NORM)، سولفید هیدروژن (H2S) در مخازن ترش، و ریزه‌های باقیمانده رادیواکتیو.

این مشخصات سیال مشخصات شیلنگ سختی را ایجاد می کند که الزاماتی را که معمولاً توسط محصولات جداگانه مورد توجه قرار می گیرد ترکیب می کند:

• مقاومت در برابر هیدروکربن : میعانات و نفت خام لوله های داخلی مقاوم در برابر هیدروکربن های آلیفاتیک را متورم و تخریب می کنند. NBR و HNBR انتخاب های استاندارد هستند. گریدهای اتر TPU مقاومت هیدروکربنی متوسطی را ارائه می دهند.
• مقاومت H2S : سولفید هیدروژن هم به کوپلینگ های فلزی و هم به برخی الاستومرها حمله می کند. انطباق با NACE MR0175 / ISO 15156 بر انتخاب مواد برای کوپلینگ های سرویس ترش حاکم است. لوله های داخلی FKM در محیط های H2S بالا مشخص می شوند.
• مقاومت در برابر سایش : ریزدانه‌های باقیمانده و ماسه تشکیل‌دهنده در طول جریان برگشت به حالت تعلیق باقی می‌مانند و ساییدگی سوراخ را به مکانیزم تخریب فعال تبدیل می‌کنند. شیلنگ با پوشش TPU در جایی که محتوای جامد قابل توجه است ترجیح داده می شود.
• تحمل دما دمای سیال جریان برگشتی در سطح به عمق چاه و گرادیان زمین گرمایی بستگی دارد. چاه های عمیق در حوضه های گرم می توانند مایعات تولید کنند 60-90 درجه سانتیگراد ، نزدیک شدن به حد عملیاتی بالای TPU استاندارد.

انتقال آب تولید شده - انتقال آب نمک سازند تصفیه شده یا تصفیه نشده از محل چاه به چاه های دفع، گودال های تبخیر یا تاسیسات بازیافت - نشان دهنده یک نیاز مداوم در طول عمر تولید چاه است، نه فقط در طول تکمیل. برای جایگزینی خط لوله آب تولیدی در فواصل طولانی یا مسیریابی موقت، با قطر بزرگ شیلنگ تخت خواب TPU در سوراخ 4 تا 8 اینچی راه حلی مقرون به صرفه و قابل استقرار مجدد ارائه می دهد که از هزینه مجوز و سرمایه لوله مدفون دائمی جلوگیری می کند.

سیستم‌های انتقال فاضلاب نیز باید الزامات مهار ثانویه را تحت مقررات EPA و ایالتی بررسی کنند. سیستم های خرطومی که در نزدیکی مناطق حساس به محیط زیست یا آب های سطحی استفاده می شوند، معمولاً در داخل محفظه های ثانویه مستقر می شوند یا با ساختارهای شیلنگ دو جداره جفت می شوند که یک لایه تشخیص نشت بین بافتی بین لوله های داخلی و خارجی ایجاد می کند.