پشته های فراک چیست؟ چگونه کار می کنند و چرا در نفت اهمیت دارند

پشته های فراک مجموعه‌های سر چاهی با فشار بالا هستند که در سطح چاه نفت یا گاز در طول عملیات شکست هیدرولیکی نصب می‌شوند و برای کنترل و جداسازی فشارهای شدید ایجاد شده در هنگام پمپاژ سیال شکستگی به سازند با نرخ‌های 50 تا 150 بشکه در دقیقه و فشار به 15000 psi یا بالاتر طراحی شده‌اند. این مجموعه‌های شیر و اتصالات تخصصی که درختان شکسته یا درختان شکسته نیز نامیده می‌شوند، در بالای محفظه سر چاه قرار می‌گیرند و رابط مهار فشار اولیه بین چاه و تجهیزات پمپ شکست را فراهم می‌کنند. بدون یک پشته فرک با رتبه بندی مناسب، کنترل سر چاه در طول عملیات شکست با سرعت بالا و فشار بالا غیرممکن خواهد بود و خطر انفجار فاجعه بار برای پرسنل، تجهیزات و محیط اطراف ایجاد می کند. این راهنما توضیح می‌دهد که پشته‌های فرک چیست، هر جزء چگونه کار می‌کند، درجه‌بندی فشار برای انواع چاه‌های مختلف اعمال می‌شود، و چگونه پشته‌های فرک با درخت‌های تولیدی و جلوگیری‌کننده‌های فوران مقایسه می‌شوند.

پشته فراک چیست و چه تفاوتی با درخت کریسمس دارد؟

پشته فرک یک مجموعه سرچاهی موقت و پرفشار است که به طور خاص برای فاز شکست هیدرولیک تکمیل چاه طراحی شده است، در حالی که درخت کریسمس (درخت تولید) یک مجموعه دائمی است که پس از اتمام برای کنترل جریان تولید طولانی مدت نصب می شود - این دو اهداف عملیاتی کاملاً متفاوتی را انجام می دهند و با مشخصات فشار و جریان متفاوت رتبه بندی می شوند.

این تمایز در عملیات میدانی بسیار مهم است. یک درخت کریسمس تولیدی معمولی برای تنظیم جریان تولید در حالت پایدار در فشارهای نسبتاً متوسط ​​در سر چاه، معمولاً در محدوده 3000 تا 5000 psi برای اکثر چاه‌های معمولی طراحی شده است. در مقابل، یک پشته فرک باید در برابر فشارهای پویا و تپنده‌ای بالا که توسط پمپ‌های شکست چندین اسب بخاری که به‌طور همزمان کار می‌کنند، با درجه‌بندی فشار کاری 10000 psi، 15000 psi یا در کاربردهای فوق‌فشار بالا، 20000 psi مقاومت کند.

تمایزات کلیدی بین پشته فرک و درخت کریسمس عبارتند از:

• هدف: پشته‌های Frac فقط در طول عملیات شکستن کامل چاه استفاده می‌شوند که معمولاً طی چند روز تا چند هفته پس از اتمام برنامه شکستگی حذف می‌شوند. درختان کریسمس تا پایان مرحله تولید روی چاه باقی می مانند، که اغلب در دهه ها اندازه گیری می شود.
• درجه فشار: پشته های فرک برای فشار کاری 10000 تا 20000 psi درجه بندی می شوند. درختان تولید استاندارد برای چاه های نفت معمولی معمولاً 2000 تا 5000 psi رتبه بندی می شوند، اگرچه درختان چاه گاز فشار بالا ممکن است تا 10000 psi رتبه بندی شوند.
• پیکربندی حفره: پشته‌های Frac برای تزریق با سرعت بالا پیکربندی شده‌اند، با پیکربندی‌های شیر با سوراخ بزرگ که تلفات فشار اصطکاک را در حین پمپاژ به حداقل می‌رساند. درختان تولیدی برای تولید ثابت با نرخ پایین تر، کنترل چوک و اندازه گیری جریان را در اولویت قرار می دهند.
• انواع شیر: پشته‌های Frac از شیرهای دروازه‌ای استفاده می‌کنند که برای مقاومت در برابر فرسایش ناشی از دوغاب مملو از پروپانت طراحی شده‌اند. درختان تولیدی از دریچه های خفه کننده، دریچه های سوزنی و تجهیزات کنترل جریان مناسب برای جریان های تولید هیدروکربن تمیز استفاده می کنند.
• مشخصات مواد: بدنه‌های پشته Frac معمولاً از فولادهای آلیاژی با استحکام بالا با سطوح داخلی سخت شده و پوشش‌های مقاوم در برابر فرسایش ساخته می‌شوند تا در برابر قرار گرفتن مکرر در معرض دوغاب ساینده با سرعت بالا مقاومت کنند.

پشته Frac چگونه کار می کند؟ اجزای کلیدی توضیح داده شده است

پشته شکسته به عنوان مجموعه ای از شیرها و اتصالات مستقل عمل می کند که به صورت عمودی روی پوشش سر چاه چیده شده اند، که هر کدام یک عملکرد خاص کنترل فشار یا جداسازی جریان را انجام می دهند که مجموعاً به اپراتورها اجازه می دهد تا فشار سر چاه را در طول هر مرحله از عملیات شکستگی به طور ایمن مدیریت کنند.

با خواندن از پایین به بالا یک مجموعه معمولی پشته فراک، اجزای اصلی عبارتند از:

سر پوشش و سر لوله

سر پوشش قطعه پایه ای است که بر روی پوشش سطحی رزوه یا جوش می شود و اتصال اولیه حاوی فشار را بین رشته پوشش و مجموعه سر چاه بالای آن فراهم می کند. سرهای بدنه شامل خروجی های جانبی برای نظارت بر فشار حلقوی پوشش و در برخی از پیکربندی ها برای عملیات سیمان کاری هستند. سر لوله در بالای سر پوشش قرار می گیرد و رشته لوله تولیدی را در داخل بدنه آویزان می کند در حالی که فضای حلقوی بین آنها را آب بندی می کند. این دو جزء با هم، پایه دائمی را تشکیل می دهند که هم پشته فرک و هم بعداً درخت کریسمس تولیدی روی آن نصب می شود.

آداپتور سر چاه یا اسپول اسپیسر

آداپتور سر چاه یا قرقره اسپیسر فلنج سر لوله را به پایین پشته فرک متصل می کند و اندازه فلنج و انتقال کلاس فشار صحیح را بین سر چاه دائمی و تجهیزات موقت فرک بالای آن فراهم می کند. فلنج‌های استاندارد API در کلاس‌های فشاری شامل 2000، 3000، 5000، 10000 و 15000 psi مشخص می‌شوند، با اندازه‌های فلنج مربوطه که باید در سرتاسر مجموعه پشته فرک مطابقت داشته باشند. قرقره اسپیسر همچنین پورت های خروجی جانبی را برای خطوط کشتن، نظارت و تزریق مواد شیمیایی در هنگام شکستگی فراهم می کند.

دریچه اصلی دروازه (شیر اصلی پایین)

دریچه اصلی دریچه جداسازی چاه اولیه در پشته فرک است که بلافاصله بالای سر چاه قرار می گیرد و می تواند با بسته شدن در سراسر سوراخ کامل دهانه چاه در مواقع اضطراری یا خاموش شدن برنامه ریزی شده، به طور کامل در چاه بسته شود. شیرهای دروازه اصلی در پشته های فرک معمولاً شیرهای دروازه تمام باز با اندازه سوراخ مطابق با سوراخ سر چاه هستند - معمولاً 2-1/16 اینچ، 3-1/16 اینچ یا 4-1/16 اینچ - که به ابزارهای سیمی و لوله های سیم پیچی اجازه می دهند بدون محدودیت در هنگام باز عبور کنند. این دریچه‌ها با فشار کاری مشابه خود پشته فرک ارزیابی می‌شوند و در صورت نیاز به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در شرایط چاه جریانی بسته شوند.

شیر سواب (شیر اصلی بالا)

شیر سواب بالای شیر دروازه اصلی قرار می گیرد و به عنوان یک نقطه جداسازی چاه ثانویه عمل می کند، که عمدتاً برای کنترل دسترسی به چاه برای عملیات سیم کشی، آزمایش چاه و نظارت بر فشار بدون نیاز به کارکردن شیر اصلی پایینی استفاده می شود. در عملیات معمول، شیر سواب دریچه ای است که اغلب باز و بسته می شود و وضعیت صندلی اصلی شیر را برای استفاده واقعی از ایزوله اضطراری حفظ می کند. شیر سواب همچنین بالاترین دریچه ای است که هنگام اجرای ابزارهای سیمی به داخل چاه تحت فشار، یک روان کننده یا جعبه پرکننده از طریق آن متصل می شود.

دریچه های بال و صلیب های فراک

دریچه های بال از سوراخ اصلی پشته فرک در زوایای 90 درجه از طریق اتصالات ضربدری یا سه راهی منشعب می شوند و مسیرهای جریان فشار بالا را فراهم می کنند که از طریق آن مایع شکستگی به داخل چاه پمپ می شود و از طریق آن سیال جریان برگشتی پس از عملیات شکستگی به سطح باز می گردد. یک متقاطع فرک استاندارد دارای یک سوراخ عمودی (مسیر سوراخ چاه از پشته) و دو یا چهار درگاه خروجی افقی مجهز به شیرهای بال است. شیرهای چند بال امکان اتصال همزمان آهن شکسته، خطوط کشنده، گیج های نظارت بر فشار و خطوط تزریق مواد شیمیایی را فراهم می کنند. در طول عملیات پمپاژ، شیرهای بال متصل به آهن شکستگی کاملاً باز هستند، در حالی که شیرهای خط کش و شیرهای نظارت بسته باقی می مانند.

شکستگی سر (سر فرک یا سر بز)

سر شکستگی که معمولاً به دلیل ظاهر مشخصه چند خروجی آن، کله بزی نامیده می شود، بالاترین جزء پشته شکستگی و نقطه اتصال اولیه برای خطوط آهن شکسته با فشار بالا است که سیال را از تجهیزات پمپاژ به دهانه چاه می رساند. یک کله بزی معمولی دارای 4 تا 8 خروجی رزوه ای یا فلنج دار است که به صورت شعاعی در اطراف یک سوراخ مرکزی چیده شده اند، که به چندین خط پمپ اجازه می دهد تا به طور همزمان به یکدیگر متصل شوند تا به کل نرخ تزریق سیال مورد نیاز برای درمان شکستگی دست یابد. هر خروجی دریچه جداسازی مخصوص به خود را دارد که به خطوط پمپ جداگانه اجازه می دهد تا زمانی که سایر خطوط فعال باقی می مانند، متصل، جدا شوند و فشار آزمایش شوند. سر بزها با فشار کاری مشابه بقیه پشته فراکسی درجه بندی می شوند و برای توزیع جریان دوغاب محرک با سرعت بالا از ورودی های متعدد به داخل چاه منفرد بدون ایجاد تلاطم یا فرسایش بیش از حد طراحی شده اند.

رتبه بندی فشار پشته فراک و زمانی که هر رتبه استفاده می شود

درجه بندی فشار پشته فرک باید با حداکثر فشار تصفیه سطح پیش بینی شده برای چاه مطابقت داشته باشد یا از آن فراتر رود، که بستگی به گرادیان فشار شکست تشکیل، نرخ تزریق مایع برنامه ریزی شده، و تلفات فشار اصطکاک در سوراخ چاه و سوراخ ها دارد.

جدول 1: درجه بندی فشار کاری پشته Frac، فشارهای آزمایشی مربوطه، و کاربردهای چاه معمولی بر اساس کلاس فشار سازند.

رتبه 15000 psi به پرکاربردترین مشخصات در توسعه غیر متعارف شیل آمریکای شمالی تبدیل شده است. در نمایشنامه‌های مهمی مانند حوض پرمین، ایگل فورد و مارسلوس، فشارهای سطحی معمولاً به 8000 تا 12000 psi در مراحل اولیه شکستگی و انتشار اولیه می‌رسد، و یک پشته فرک 15K را به حداقل مشخصات استاندارد برای اکثر برنامه‌های تکمیل در این حوضه تبدیل می‌کند. فشار کاری 15K یک حاشیه ایمنی 25% بالاتر از حداکثر فشار تصفیه 12000 psi را فراهم می کند که مطابق با API و عملکرد ایمنی صنعت است.

چرا پشته های Frac برای ایمنی شکستگی هیدرولیک ضروری هستند؟

پشته های فرک آخرین خط دفاع از فشار سر چاه در طول شکستگی هیدرولیکی هستند، دوره ای که چاه عمداً تحت بالاترین فشارهای سطحی قرار می گیرد که تا به حال تجربه کرده است -- فشارهایی که در صورت کنترل نشدن می تواند باعث خرابی دهانه چاه، فوران سطح و آسیب فاجعه بار پرسنل در عرض چند ثانیه شود.

مهار فشار در طول شکستگی چند مرحله ای

تکمیل چاه های افقی مدرن در سازندهای شیل شامل 20 تا 60 یا بیشتر مراحل شکستگی جداگانه است، که هر مرحله نیاز به مجموعه سرچاهی دارد که به طور ایمن حاوی تزریق سیال با فشار بالا به مدت 30 تا 90 دقیقه در هر مرحله باشد، با قرار گرفتن کل سر چاه در معرض فشار بالا که چندین روز در هر چاه را در بر می گیرد. یک برنامه تکمیل واحد در حوضه پرمین ممکن است شامل پمپاژ 20 تا 40 میلیون پوند در هر چاه در تمام مراحل، با حداکثر نرخ تصفیه 100 بشکه در دقیقه در هر مرحله باشد. پشته فرک باید یکپارچگی مهار فشار کامل را در کل این برنامه حفظ کند، بدون تحمل برای تخریب آب بندی دریچه یا خستگی بدن.

جداسازی چاه اضطراری

در صورت خرابی تجهیزات سطحی، نشت آهن شکستگی، یا رویداد کنترل سوراخ چاه در حین عملیات پمپاژ، شیر دروازه اصلی در پشته شکسته، قابلیت جداسازی اضطراری را برای بسته شدن در چاه و توقف تمام جریان در عرض چند ثانیه فراهم می کند. این قابلیت جداسازی سریع همان چیزی است که یک رویداد کنترل چاه مدیریت شده را از یک انفجار جدا می کند. آمار کنترل چاه صنعت نشان می دهد که اکثر حوادث انفجار سطحی در طول عملیات تکمیل شامل خرابی سر چاه یا تجهیزات سطحی است که یکپارچگی و عملکرد دریچه های پشته شکسته تحت شرایط جریان را به یک پارامتر ایمنی حیاتی تبدیل می کند. تمام شیرهای پشته شکسته طبق استانداردهای صنعتی (API Spec 6A و API Spec 16C) باید قبل از نصب بر روی چاه برقی تا فشار کاری کامل آزمایش شوند.

مدیریت فرسایش Proppant

دوغاب شکست هیدرولیکی که از طریق یک پشته فرک پمپ می شود حاوی غلظت 0.5 تا 4 پوند در هر گالن شن یا مواد سرامیکی است که با سرعت 20 تا 50 فوت در ثانیه از میان بدنه و اتصالات سوپاپ حرکت می کند و شرایط فرسایشی شدیدی را ایجاد می کند که به سرعت اجزای استاندارد شیر را از بین می برد. اجزای پشته Frac در معرض جریان دوغاب از آلیاژهای فولادی سخت شده با مقادیر سختی سطحی 55 تا 65 راکول C و در کاربردهای با حجم بالا، آسترهای داخلی کاربید یا سرامیکی در مناطق با بالاترین فرسایش مانند خروجی‌های سر بز و درگاه‌های متقاطع فرک ساخته می‌شوند. نظارت بر عمر قطعات و زمان‌بندی تعویض، بخش‌های استاندارد برنامه‌های تعمیر و نگهداری پشته شکسته هستند تا از خرابی‌های حین سرویس در اثر آسیب‌های فرسایشی انباشته جلوگیری کنند.

Frac Stacks در مقابل Blowout Preventers در مقابل درختان تولید: مقایسه کامل

پشته‌های فرک، جلوگیری‌کننده‌های فوران (BOPs)، و درخت‌های کریسمس تولیدی سه مرحله متمایز از زندگی چاه را انجام می‌دهند و برای عملکردهای کنترل فشار اساساً متفاوت طراحی شده‌اند، اگرچه ممکن است هر سه به طور همزمان در یک چاه در مرحله تکمیل وجود داشته باشند.

جدول 2: پشته های فرک در مقایسه با جلوگیری کننده ها و درختان کریسمس تولیدی بر اساس عملکرد، درجه فشار، مدت زمان و ویژگی های طراحی.

کدام صنایع و انواع چاه ها از پشته های Frac استفاده می کنند؟

پشته‌های فرک در تمام بخش‌های صنعت نفت و گاز استفاده می‌شوند، جایی که شکستگی هیدرولیکی به عنوان بخشی از تکمیل یا تحریک چاه انجام می‌شود، با بیشترین غلظت استفاده در شیل‌های غیر متعارف آمریکای شمالی و بازی‌های نفتی تنگ که در آن شکستگی اختیاری نیست، بلکه یک نیاز اساسی برای تولید تجاری است.

نفت و گاز شیل غیر متعارف

توسعه غیر متعارف شیل اکثریت قریب به اتفاق تقاضا برای پشته فراک در آمریکای شمالی را به خود اختصاص می دهد، به طوری که حوضه پرمین به تنهایی میزبان بیش از 400 دکل حفاری فعال در دوره های اوج فعالیت است، که هر چاه برای مرحله تکمیل که پس از حفاری انجام می شود به یک پشته فرک نیاز دارد. چاه های افقی در بازی های اصلی شیل از جمله حوضه پرمین، ایگل فورد، باکن، مارسلوس و هاینزویل اساساً بدون شکستگی هیدرولیکی غیرمولد هستند. نفوذپذیری سنگ در این سازندها به طور معمول 0.0001 تا 0.001 میلیدارسی است، هزاران بار کمتر از مخازن معمولی، به این معنی که جریان طبیعی به چاه بدون شبکه شکست ایجاد شده توسط برنامه شکست ناچیز است. هر یک از حدود 10،000 تا 14،000 چاه افقی که سالانه در آمریکای شمالی در اوج فعالیت تکمیل می شود، به یک پشته فرک نیاز دارد.

گاز محکم و تحریک متعارف

چاه‌های گاز فشرده معمولی در سازندهایی مانند تاقدیس Pinedale، حوضه رودخانه سبز، و پخش‌های گازی مختلف در قاره میانی نیز برای تکمیل به پشته‌های فرک نیاز دارند، اگرچه اینها اغلب برنامه‌های شکستگی تک مرحله‌ای یا محدود هستند که در فشارهای تصفیه پایین‌تر از تکمیل‌های شیل چند مرحله‌ای عمل می‌کنند. بسیاری از چاه‌های گاز معمولی که در ابتدا بدون شکستگی تکمیل شده‌اند نیز با استفاده از پشته‌های فرک برای بهبود تولید از مناطق تخلیه‌شده مجدداً شکسته شده‌اند (تحریک‌شده)، عملی که عمر اقتصادی هزاران چاه گاز معمولی بالغ را در سراسر آمریکای شمالی و بین‌المللی افزایش داده است.

توسعه انرژی زمین گرمایی

توسعه سیستم زمین گرمایی پیشرفته (EGS)، که از شکستگی هیدرولیکی برای ایجاد شبکه‌های شکست نفوذپذیر در سازندهای سنگ خشک داغ برای استخراج گرما استفاده می‌کند، یک کاربرد نوظهور برای پشته‌های فراکسی خارج از بخش سنتی نفت و گاز است. پروژه‌های EGS، از جمله پروژه‌های نمایشی در نوادا، یوتا، و در سطح بین‌المللی در استرالیا و آلمان، از همان فناوری شکست فشار بالا مانند تکمیل‌های نفت و گاز استفاده می‌کنند و به پشته‌های شکستی نیاز دارند که بر اساس فشارهای سرچاهی تولید شده در طول تحریک ارزیابی شوند. از آنجایی که توسعه انرژی زمین گرمایی تحت مشوق های انرژی تجدیدپذیر گسترش می یابد، انتظار می رود تقاضا برای پشته فراکسی از این بخش تا اواخر دهه 2020 افزایش یابد.

چگونه پشته های Frac قبل از یک کار شکستگی نصب و آزمایش می شوند؟

نصب پشته Frac و آزمایش فشار قبل از کار، مراحل ایمنی اجباری هستند که باید قبل از اتصال یا تحت فشار قرار گرفتن تجهیزات پمپ شکستگی تکمیل و مستند شوند، طبق رویه‌های مشخص شده توسط API Spec 6A و برنامه‌های مهندسی کنترل و تکمیل چاه اپراتور.

1. آماده سازی سر چاه: پشته BOP حفاری پس از محکم شدن و سیمان شدن چاه از سر چاه خارج می شود. فلنج های سر چاه بازرسی، تمیز می شوند و با واشرهای حلقه ای مناسب برای کلاس فشار پشته فرک در حال نصب نصب می شوند.
2. مونتاژ پشته Frac: اجزای پشته شکسته به ترتیب از پایین به بالا مونتاژ می شوند - قرقره اسپیسر، شیر اصلی، شیر سواب، متقاطع فرک، شیرهای بال، و سر شکستگی - با استفاده از مقادیر گشتاور کالیبره شده برای همه پیچ های فلنج. هر اتصال فلنج به تعداد مشخصی پیچ، درجه پیچ و مشخصات گشتاور در جداول API Spec 6A نیاز دارد.
3. تست عملکرد فشار کم: همه شیرهای موجود در پشته فرک با فشار پایین (باز و بسته) در فشار پایین، معمولاً 300 تا 500 psi، آزمایش می‌شوند و از آب برای تأیید درستی عملکرد هر شیر و حفظ فشار روی هر دو صندلی قبل از شروع آزمایش فشار بالا استفاده می‌کنند.
4. تست نشت فشار بالا: کل مجموعه پشته فرک تحت فشار آزمایشی مشخص شده توسط اپراتور آزمایش می شود، که معمولاً برابر با حداکثر فشار پیش بینی شده تصفیه سطح برای کار است. عمل صنعت معمولاً مستلزم نگه داشتن فشار تست به مدت 15 دقیقه با افت فشار صفر قبل از پذیرش آزمون است. هر افت فشاری نیاز به شناسایی و تعمیر منبع نشتی قبل از آزمایش مجدد دارد.
5. اسناد و امضا: نتایج آزمایش شامل فشار تست، زمان نگهداری، نمودار فشار و اسامی پرسنل شاهد آزمایش در پرونده تکمیل چاه ثبت می شود. اکثر اپراتورها از نماینده شرکت، ناظر خدمات شکستگی و افسر ایمنی محل چاه می‌خواهند تا پیش از شروع عملیات شکستگی، سوابق آزمایش فشار را امضا کنند.

آخرین نوآوری ها در فناوری Frac Stack چیست؟

صنعت انباشته فرک در پاسخ به فشارهای دوگانه فشارهای تصفیه بالاتر در چاه‌های عمیق‌تر و پیچیده‌تر و تقاضاهای اپراتور برای زمان‌های سریع‌تر دکل‌سازی و سکون به منظور کاهش هزینه‌های زمانی غیرمولد، ایجاد نوآوری در مواد، سیستم‌های اتصال و قابلیت‌های عملیات از راه دور به سرعت در حال تکامل است.

• اتصالات میخ دار جایگزین فلنج ها: فلنج‌های API پیچ‌دار سنتی به زمان و تجهیزات گشتاور قابل توجهی برای آماده‌سازی و شکستن نیاز دارند. طرح‌های جدیدتر پشته فرک از اتصالات میخ دار با اتصال سریع استفاده می‌کنند که می‌توانند در کسری از زمان ساخته شوند و زمان نصب پشته فرک را از چند ساعت به کمتر از یک ساعت در تکمیل‌های تکراری کاهش می‌دهند.
• تجهیزات دارای امتیاز 20000 psi: از آنجایی که تکمیل چاه های فوق عمیق در سازندهایی مانند اهداف گاز عمیق شیل هاینزویل و برنامه های تکمیل آب های عمیق در حال ظهور فشارهای تصفیه را به سمت و بالاتر از 15000 psi سوق می دهد، صنعت فرک استک مجموعه های تجاری فشار کاری 20000 psi را با استفاده از فولادهای آلیاژی تقویت شده و ماشینکاری دقیق با کاربردهای زیر کریسمس توسعه داده است.
• فعال سازی شیر از راه دور: دریچه‌های انباشته شکسته با تحریک الکتریکی یا هیدرولیکی که می‌توانند از فاصله ایمن یا از کابین کنترل کار کنند، پرسنل را در حین عملیات پمپاژ با فشار بالا از ناحیه سر چاه دور می‌کنند و قرار گرفتن در معرض منطقه پیامد یک رویداد بالقوه انتشار فشار بالا را کاهش می‌دهند.
• پایش فرسایش یکپارچه: برخی از مجموعه‌های پیشرفته پشته فراصوتی اکنون سنسورهای ضخامت دیواره اولتراسونیک را در مکان‌های دارای بالاترین فرسایش در سر بز و متقاطع فراصوتی ترکیب می‌کنند، و داده‌های ضخامت دیواره باقی‌مانده را در زمان واقعی به مهندسان تکمیل می‌کنند و تصمیم‌های بازنشستگی قطعات مبتنی بر داده را به جای برنامه‌های تعویض مبتنی بر تقویم امکان‌پذیر می‌سازند.
• ادغام اتوماسیون با سیستم های e-frac: ظهور ناوگان پمپ های شکست الکتریکی (e-frac) که کارایی بالاتر و انتشار کمتری نسبت به ناوگان پمپ های دیزل ارائه می دهند، باعث توسعه سیستم های کنترل پشته شکسته می شود که با معماری کنترل خودکار پمپ ادغام می شود و هماهنگی پاسخ فشار بین دریچه های سر چاه و تجهیزات پمپاژ را بدون دخالت دستی اپراتور در دهانه چاه امکان پذیر می کند.

سوالات متداول در مورد Frac Stacks

تفاوت بین پشته فرک و درخت فراک چیست؟

پشته فرک و درخت فرک به یک مجموعه اشاره دارند - شیر فشار بالا و سیستم اتصالات در سر چاه که در عملیات شکست هیدرولیکی استفاده می شود - با "درخت فرک" اصطلاح رایج تر در عملیات صحرایی و "پشته فرک" بیشتر در مشخصات مهندسی و تجهیزات استفاده می شود. هر دو اصطلاح مونتاژ موقت سر چاه را توصیف می کنند که پس از تکمیل چاه جایگزین BOP حفاری می شود و پس از اتمام برنامه شکستگی با درخت کریسمس تولید دائمی جایگزین می شود. این اصطلاحات در بیشتر زمینه های صنعت قابل تعویض هستند.

یک پشته فرک چه مدت روی چاه باقی می ماند؟

یک پشته فرک معمولاً در طول برنامه شکستگی به اضافه دوره جریان برگشت اولیه روی چاه باقی می‌ماند، که از چند روز در تکمیل چاه‌های معمولی تک مرحله‌ای تا چهار تا هشت هفته در تکمیل‌های شیل افقی چند مرحله‌ای پیچیده با برنامه‌های جریان برگشت طولانی متغیر است. پس از تکمیل برنامه شکستگی و مدیریت جریان اولیه، پشته فرک برداشته شده و با درخت کریسمس تولید دائمی جایگزین می شود. پشته‌های Frac در بیشتر موارد تجهیزات اجاره‌ای هستند، با نرخ‌های روزانه از 500 تا 3000 دلار در روز بسته به کلاس فشار و پیکربندی، که انگیزه‌ای برای اپراتورها ایجاد می‌کند تا زمان قرار گرفتن پشته فرک در چاه را به حداقل برسانند.

چه استانداردهای API بر طراحی و آزمایش پشته frac حاکم است؟

پشته های Frac مطابق با مشخصات API 6A (تجهیزات سر چاه و درخت کریسمس) طراحی، تولید و آزمایش می شوند که الزامات مواد، روش های آزمایش فشار، استانداردهای ابعادی، و الزامات مدیریت کیفیت را برای تمام دریچه ها و اتصالات سر چاه از جمله موارد مورد استفاده در خدمات شکستگی مشخص می کند. علاوه بر این، API Spec 6AF2 الزامات تکمیلی را برای تجهیزات شکست به طور خاص فراهم می کند، که مقاومت در برابر فرسایش، تست فشار چرخه بالا و مشخصات سختی مواد مربوط به خدمات دوغاب پیشران را پوشش می دهد. تجهیزات مورد استفاده در محیط های سولفید هیدروژن (گاز ترش) نیز باید با NACE MR0175/ISO 15156 برای مقاومت در برابر ترک خوردگی در تنش سولفید مطابقت داشته باشند.

آیا می توان از پشته فرک چندین بار در چاه های مختلف استفاده کرد؟

بله -- پشته های فرک به عنوان تجهیزات اجاره ای قابل استفاده مجدد طراحی شده اند و به طور معمول در بسیاری از چاه ها در طول عمر مفید خود مورد استفاده قرار می گیرند، مشروط بر اینکه تست فشار و عملکرد مورد نیاز را بین کارها پشت سر بگذارند و تعمیر و نگهداری و بازرسی برنامه ریزی شده را برای رفع آسیب فرسایش و سایش آب بندی دریچه دریافت کنند. در بین موارد استفاده، اجزای پشته شکسته جدا می شوند، با استفاده از روش های آزمایش بصری و غیر مخرب (بازرسی ذرات مغناطیسی، اندازه گیری ضخامت دیواره اولتراسونیک)، درزگیرها و صندلی های فرسوده جایگزین می شوند، و مجموعه قبل از استقرار در چاه بعدی، تست فشار و تایید مجدد می شود. یک پشته فرک 15000 psi که به خوبی نگهداری می شود ممکن است 20 تا 50 یا بیشتر کار شکستگی را در طول عمر خود قبل از پوشیدن بدن به بازنشستگی انجام دهد.

چه عواملی باعث خرابی پشته فرک می شوند و چگونه از آنها جلوگیری می شود؟

متداول‌ترین حالت‌های خرابی پشته فرک عبارتند از فرسایش بدنه و نشیمنگاه سوپاپ‌ها از دوغاب پیش‌پاش، ترک‌خوردگی ناشی از خستگی در اتصالات فلنج ناشی از بارگذاری فشار سیکل بالا، و خرابی آب‌بند در بسته‌بندی سوپاپ از چرخه‌های باز و بسته شدن مکرر تحت فشار دیفرانسیل بالا. پیشگیری متکی بر تطبیق فشار تجهیزات و درجه فرسایش با شرایط واقعی تصفیه، انجام بازرسی کامل و تعویض اجزا بین کارها، رعایت حداکثر غلظت ماده و محدودیت‌های نرخ پمپ مشخص شده در پارامترهای سرویس تجهیزات، و آزمایش فشار مجموعه تا فشار آزمایش مورد نیاز قبل از هر بار استقرار است. ردیابی آماری اندازه‌گیری‌های ضخامت دیواره اجزا در کارهای متوالی به شرکت‌های خدماتی اجازه می‌دهد تا روند فرسایش را شناسایی کرده و اجزا را قبل از رسیدن به حداقل ضخامت مجاز دیوار بازنشسته کنند.

چگونه تعداد اتصالات پمپ روی یک پشته فرک بر عملیات شکستگی تأثیر می گذارد؟

تعداد پورت های اتصال پمپ در سر بز پشته شکسته تعیین می کند که چند خط پمپ همزمان می تواند به سر چاه متصل شود و مستقیماً حداکثر نرخ تزریق قابل دستیابی را برای درمان شکستگی محدود می کند. یک سر بز با چهار خروجی متصل به چهار خط پمپ شکسته که هر کدام با سرعت 20 بشکه در دقیقه جریان دارد، حداکثر نرخ سرچاهی 80 بشکه در دقیقه را از طریق پشته فرک ارائه می دهد. تکمیل‌های مدرن با نرخ بالا در حوضه پرمین و سایر بازی‌های شیل ممتاز، اغلب به نرخ‌های تصفیه 80 تا 120 بشکه در دقیقه نیاز دارند تا حجم‌های بزرگ را به طور کارآمد قرار دهند، که نیازمند پیکربندی‌های هشت خروجی بز یا پیکربندی دو سر بز برای ارائه ظرفیت اتصال کافی برای اندازه ناوگان پمپ مورد نیاز برای دستیابی به این نرخ‌ها هستند.

نتیجه گیری: چرا پشته های Frac سنگ بنای ایمنی تکمیل چاه باقی می مانند

پشته‌های فرک یکی از سخت‌ترین دسته‌های تجهیزات کنترل فشار میدان نفتی را نشان می‌دهند که در تقاطع فشار شدید، شرایط جریان بسیار ساینده و الزامات ایمنی حیاتی در طول شدیدترین دوره قرار گرفتن در معرض فشار در طول عمر هر چاهی کار می‌کنند. نقش آنها در فعال کردن انقلاب غیرمتعارف نفت و گاز آمریکای شمالی - که ایالات متحده را از یک واردکننده خالص نفت به بزرگترین تولیدکننده نفت خام در جهان تبدیل کرد - نمی تواند اغراق آمیز باشد. بدون فناوری انباشته شکسته قابل اعتماد و فشار بالا که قادر به مقاومت در برابر فشارهای تصفیه و شرایط فرسایش محرک تکمیل‌های چند مرحله‌ای مدرن باشد، توسعه اقتصادی سازندهای شیل غیرممکن بود.

همانطور که برنامه‌های تکمیل به سمت اهداف عمیق‌تر، فشارهای تصفیه بالاتر و حجم‌های پشتیبانی بیشتر در هر چاه ادامه می‌یابند، فن‌آوری frac stack به طور موازی از طریق درجه‌بندی فشار بالاتر، سیستم‌های اتصال سریع‌تر، قابلیت‌های عملیات از راه دور و نظارت یکپارچه برای برآورده کردن خواسته‌های نسل بعدی تکمیل چاه‌های غیر متعارف به طور ایمن و کارآمد در حال پیشرفت است. برای هر اپراتور، پیمانکار حفاری، یا مهندس تکمیل که در عملیات شکست هیدرولیک دخیل است، درک مشخصات پشته شکستگی، الزامات نصب و استانداردهای نگهداری، دانش اختیاری نیست، بلکه یک صلاحیت ایمنی و عملیاتی اساسی است.