[发明专利]一种大通径高低压分配压裂一字型管汇装置

说明书

本发明涉及，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；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；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；压裂机组通过低压压裂液入口管线连接低压一字型管汇。本发明的井口换向结构属于直管结构，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，中间不存在变径结构，可以保证大排量和压力稳定输送作业，减少管道内壁的冲蚀，减少了弯接头和多油壬组装。该装置结构简单，可靠性高，便于安装，使用时间长久，使用效率高。

技术领域

本发明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

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。

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。

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。

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。

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。

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。