一种大通径高低压分配压裂一字型管汇装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种大通径高低压分配压裂一字型管汇装置，特别是一种大通径高低压分配压裂一字型管汇装置。


背景技术：

[0002]
高压管汇是油田酸化压裂作业中必不可少的设备，随着压裂作业深度的不断增大，管汇承受越来越高的压裂压力，其强度直接影响着压裂作业中安全问题。管弯头是高压管汇最易发生冲蚀和疲劳破坏的地方，且弯头外侧内壁面处为最大危险区。
[0003]
高压管汇弯头受到的破坏是由于冲蚀疲劳引起的，冲蚀对管汇弯头表面的破坏主要是机械力产生的，其次是腐蚀因素。高速压裂液中携带的支撑剂(陶粒砂)具有较大的动能且其硬度大于被冲蚀的管汇的硬度。当固体粒子撞击弯头表面时，会造成短程的微切削和塑性变形的坑，在若干粒子的长时间冲击下就会形成磨损，当流速很高时，甚至水滴等软粒子也会造成冲蚀，加之较高压力和反复应力作用甚至会使得管汇容易产生疲劳断裂。
[0004]
高压压裂泵的工作特点是在吸液和排液的过程中呈间歇性和周期性，当这种高压液体流经管汇时，在一些阀门和弯头部位会产生激振力，当某个部位的激振力发生的时间到了一定的极限，就会使压裂管系出现一定的机械振动响应。这种振幅与液流的压力呈正比关系。水力压裂作业中，高压管汇器件属于同时承受高压作用和液固两相流冲蚀作用的高风险管件，针对水力压裂工况下，压裂液中支撑剂颗粒对地面设备高压管汇的冲蚀磨损研究目前还比较少。连接弯头是高压管汇的重要组成部分，由于其结构的特殊性，相对于直管等管件的其他部位更容易遭受流体介质的冲蚀破坏。有研究称，弯头的冲蚀磨损率比直管段大约高50倍。一旦因冲蚀破坏导致管件发生刺漏、破裂或控制失灵，很可能会造成设备损坏甚至人员伤亡等重大生产安全事故；因此，准确预测颗粒对设备的冲蚀并制定相应的减弱冲蚀措施显得越来越重要。对于高压管汇的安全评定来说，准确检测高压管汇的最小减薄壁厚是进行准确评价的基础，准确预测高压管汇的冲蚀磨损，找到管道壁厚减薄最严重的区域，成为失效监测和预测的关键。
[0005]
另外常规压裂管汇在高压作业过程中，由于管汇中有多处直角，导致管汇的振动问题对实际工程作业的安全性和设备寿命造成了很大影响，而流固耦合是造成管道振动的重要原因之一。压裂技术作为目前最常用的增产技术，已成为提高采收率和非常规油气开采的主要手段，而高压管汇作为油气压裂装备主要输出部件，不仅承受着内部高压作用，还要承受内部压力波动以及外界激励引起的振动，恶劣的工况易导致早期破坏。当外界的激励频率接近固有频率时，结构很容易发生共振，造成结构的损坏，因此在结构设计时，应避免结构件的频率与外界激励频率相接近，以免产生共振现象。
[0006]
专利cn109630083a公开了一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统及方法，主要是实现喷砂射孔环空压裂地面控制系统，利用小型压裂车从连续油管内部注入压裂液经过地面管汇实现洗井，对于压裂管汇的布置仍然按照常规结构，包括弯接头和多油壬组装，仍然难以摆脱管汇收到早期冲蚀的弊端。
[0007]
专利cn110056548a公开了一种压裂管汇快速连接装置液压控制系统，包括多种液控单元，液压油缸的两端均固接管汇活动臂，管汇活动臂其实就是一种管接头结构，对于压裂车排出管汇的组成部分，需要承担高压输出功能，冲蚀和高压流体的冲蚀作用仍然较大，长时间作用会影响该结构的稳定性，其中管路连接比较复杂，对于在大流量的压裂施工中存在较多缺陷，只能作为临时转换结构使用。
[0008]
专利cn110864014a公开了一种压裂管汇橇快速连接装置液压助力系统，主要是解决现有技术中液压系统结构复杂、操作困难的问题，该系统使用了多种卸荷阀以及弯接头活动臂，与前述专利结构类似，并引入了气动控制结构，虽然在一定程度上解决了压裂液换向的功能，但是该结构系统无法满足大流量的压裂液吸入和排出要求。
[0009]
专利cn111140699a公开一种超高压压裂管汇与井口装置间的联接管路，联接管道为倾斜管线，很难保证该结构的稳定性，需要配备短立柱零部件，安装和制造存在一定难度，局部存在孔径较小的弯接头，对于流体流动性能较差，不适于大排量的压裂使用范围。
[0010]
专利cn203362146u公开了一种超高压压裂管汇设备，该结构由多个油壬、液动闸阀、手动闸阀组成，压裂头安装在短接头侧面位置，离闸阀不到一米，对于液动闸阀、手动闸阀控制高压流体有一定困难，很难达到控制压力的目的。
[0011]
专利cn203430496u、cn203531876u、cn203879476u公开的三种压裂管汇装置，该压裂管汇主要用于压裂车的组成结构中，不适于大排量压裂操作。
[0012]
专利cn204327058u公开了一种耐高压、多管路、组合式压裂管汇，该管汇结构由多条交叉的支管与升高的压裂短接组成，高压压裂液在支管中流动过程中，会发生冲蚀，高压流体三叉管中流动并不畅通，不能长期稳定输送压裂液。专利cn206111161u公开了一种大通径、多井位压裂管汇，压裂头连接在是个位置，呈十字形结构，整体仍然与专利cn203362146u结构类型相似，压裂头固定在某个井口，不能换向和移动。专利cn206429235u公开的一种抗冲蚀斜向压裂管汇，在压裂主管侧面水平安装有分支管路，分支管路呈对称分布，增加的油壬较多，通径较小，不利于大排量压裂液的输送。
[0013]
专利cn209277864u公开了一种轻型高低压压裂管汇，该结构由高低压压裂管汇组成，并固定在管汇撬上，t型三通在输送压裂液中起到主要连接作用，整体通径较小，属于固定翼结构，不易更换和流体的换向。
[0014]
专利cn210141121u公开了一种大通径压裂作业用提速提效装置，主要由三通、旋转装置、油壬、压裂管汇组成，其中旋转装置可以对管汇进行换向安装，但该压裂装置主要用于管道局部换向作用，在局部换向过程中，管道中的流体仍然存在冲蚀和局部涡流作用，这些部位会受到高压流体的冲蚀，在压裂液排出口并不能实现换向，并且该旋转结构为油壬和短节组成，换向通径较小，不适用于大排量也列也的输送。经过对上述各厂家和科研单位对高压压裂管汇专利和使用等资料的收集和分析，上述专利主要存在一下问题：
[0015]
1、对于压裂管汇的布置仍然按照常规结构，包括弯接头和多油壬组装，仍然难以摆脱管汇受到早期冲蚀的弊端。
[0016]
2、长时间作用会影响该结构的稳定性，其中管路连接比较复杂，对于在大流量的压裂施工中存在较多缺陷，只能作为临时转换结构使用。
[0017]
3、安装和制造存在一定难度，局部存在孔径较小的弯接头，对于流体流动性能较差，不适于大排量的压裂使用范围。
[0018]
4、高压压裂液在支管中流动过程中，会发生冲蚀，高压流体三叉管中流动并不畅通，不能长期稳定输送压裂液，压裂头固定在某个井口，不能换向和移动。
[0019]
5、增加的油壬较多，通径较小，不利于大排量压裂液的输送。整体通径较小，属于固定翼结构，不易更换和流体的换向。
[0020]
6、有些管汇专利可以在局部换向过程中，管道中的流体仍然存在冲蚀和局部涡流作用，增加了管道了震荡，引起管道接头的松动，并且换向通径较小，不适用于大排量也列也的输送。


技术实现要素：

[0021]
针对上述技术问题，本实用新型提供一种大通径高低压分配压裂一字型管汇装置，保证大排量和压力稳定输送作业。
[0022]
具体的技术方案为：
[0023]
一种大通径高低压分配压裂一字型管汇装置，包括高压一字型管汇、低压一字型管汇、压裂机组、井口旋转换向机构；
[0024]
高压一字型管汇两端通过法兰短节分别连接一个井口旋转换向机构；
[0025]
高压一字型管汇上通过高压压裂液入口管线连接压裂机组；
[0026]
压裂机组通过低压压裂液入口管线连接低压一字型管汇。
[0027]
其中，所述的高压一字型管汇包括，两端的法兰短节，法兰短节均连接第一双法兰短节，两个第一双法兰短节之间有多个依次连接的第二双法兰短节；
[0028]
第一双法兰短节与第二双法兰短节之间，相邻的第二双法兰短节之间，均连接有四通，四通上的通孔通过母油壬法兰和油壬盘根连接高压压裂液入口管线。
[0029]
进一步的，所述的低压一字型管汇包括不锈钢管线，所述的不锈钢管线两端分别连接不锈钢母油壬、第一不锈钢蝶阀、不锈钢蝶阀法兰、偏心变径短节，不锈钢母油壬左端连接压裂液入口管线；
[0030]
不锈钢管线上设有多个开孔，开孔处设有t型法兰、公油壬法兰总成、第二不锈钢蝶阀；第二不锈钢蝶阀连接低压压裂液入口管线；
[0031]
相邻的不锈钢管线通过不锈钢焊接母油壬总成连接。
[0032]
优选的，所述的井口旋转换向机构，包括，两端设立的换向法兰，其中一个换向法兰为压裂液入口方向，连接压裂树连接管，另外一个换向法兰为压裂液出口方向，连接地面压裂管汇连接管；
[0033]
在两个换向法兰之间依次连接五个三通，分别为第一三通、第二三通，第三三通、第四三通、第五三通；换向法兰与三通之间，相邻的三通之间，均通过旋转轴连接，其中第一三通与高压一字型管汇的法兰短节连接。
[0034]
本实用新型的井口换向结构属于直管结构，而且布置在井口，可以根据井口位置对旋转轴进行移动，直管的通径和短节通径一致，没有变径，因此可以保证大排量和压力稳定输送作业，有效减少连接油壬的布置，减少管道内壁的冲蚀，该装置使用时间长久，使用效率高。
[0035]
1、减少了弯接头和多油壬组装，能够摆脱管汇受到早期冲蚀的弊端。
[0036]
2、长时间作用不会影响该结构的稳定性，其中管路连接比较简单，对于在大流量
的压裂施工中不存在缺陷，能作为长时间转换结构使用。
[0037]
3、安装和制造容易实现，局部不存在孔径较小的弯接头，对于流体流动性能较好，适于大排量的压裂使用范围。
[0038]
4、高压压裂液在支管中流动过程中，主要以大通径直管连接，减少了会高压携砂液体对管道的冲蚀，方便多井口使用。
[0039]
5、管道中的流体不存在冲蚀和局部涡流作用，减少了管道了震荡，不会引起管道接头的松动，并且换向通径较大，适用于大排量压裂液的输送。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1为本实用新型的结构示意图；
[0042]
图2为本实用新型高压一字型管汇的结构示意图；
[0043]
图3为本实用新型低压一字型管汇的结构示意图；
[0044]
图4为本实用新型井口旋转换向机构的结构示意图
具体实施方式
[0045]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0046]
如图1所示，一种大通径高低压分配压裂一字型管汇装置，包括高压一字型管汇i、低压一字型管汇iii、压裂机组ii、井口旋转换向机构iv；
[0047]
高压一字型管汇i两端通过法兰短节1分别连接一个井口旋转换向机构iv；
[0048]
高压一字型管汇i上通过高压压裂液入口管线19连接压裂机组ii；
[0049]
压裂机组ii通过低压压裂液入口管线18连接低压一字型管汇iii。
[0050]
如图2所示，所述的高压一字型管汇i包括，两端的法兰短节1，法兰短节1均连接第一双法兰短节2，两个第一双法兰短节2之间有多个依次连接的第二双法兰短节3；
[0051]
第一双法兰短节2与第二双法兰短节3之间，相邻的第二双法兰短节3之间，均连接有四通4，四通4上的通孔6通过母油壬法兰5和油壬盘根7连接高压压裂液入口管线19。
[0052]
法兰短节或者双法兰短节2之间通过双头螺栓连接，并且设有密封垫环。
[0053]
如图3所示，所述的低压一字型管汇iii包括不锈钢管线12，所述的不锈钢管线12两端分别连接不锈钢母油壬8、第一不锈钢蝶阀9、不锈钢蝶阀法兰10、偏心变径短节11，不锈钢母油壬8左端连接压裂液入口管线17；
[0054]
不锈钢管线12上设有多个开孔，开孔处设有t型法兰15、公油壬法兰总成13、第二不锈钢蝶阀14；第二不锈钢蝶阀14连接低压压裂液入口管线18；
[0055]
相邻的不锈钢管线12通过不锈钢焊接母油壬总成16连接。
[0056]
不锈钢蝶阀处均设有弹簧垫圈。
[0057]
如图4所示，所述的井口旋转换向机构iv，包括，两端设立的换向法兰22，其中一个换向法兰22为压裂液入口方向p1，连接压裂树连接管29，另外一个换向法兰22为压裂液出口方向p2，连接地面压裂管汇连接管28；
[0058]
在两个换向法兰22之间依次连接五个三通，分别为第一三通31、第二三通32，第三三通33、第四三通34、第五三通35；换向法兰22与三通之间，相邻的三通之间，均通过旋转轴连接，其中第一三通31与高压一字型管汇i的法兰短节1连接。
[0059]
通过不同位置的法兰旋转连接，井口旋转换向机构iv的每个位置可以旋转。
[0060]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0061]
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
[0062]
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。