Cum se adresează fracturarea furtunului de înaltă presiune și vibrații?

În operațiuni de fracturare, Fracturarea furtunurilor Trebuie să reziste la pulsarea de înaltă presiune (fluctuații de presiune) și vibrații mecanice, să prezinte cerințe extreme asupra proiectării structurale și a proprietăților materialelor lor. Mai jos sunt mecanismele de bază prin care furtunurile de fracturare abordează aceste provocări:

1. Proiectarea stratului de armare: absorbția fluctuațiilor de presiune și a energiei vibrațiilor
   Strat de împletitură din sârmă de oțel de înaltă rezistență
   Stratul de împletitură din sârmă de oțel servește ca structură primară care poartă presiune a furtunului, utilizând împletitura încrucișată cu mai multe straturi (de exemplu, 4 sau 6 straturi) pentru a forma un „schelet de plasă” care distribuie uniform presiune ridicată pe peretele furtunului, reducând la minimum concentrațiile de stres localizate.
   Analogie: similar cu barele de armare din beton armat, împletitura cu sârmă de oțel acționează ca rebar, în timp ce stratul de cauciuc funcționează ca beton, care rezistă colectiv.
   Strat de armare a fibrelor aramid (opțional)
   Fibrele Aramid (de exemplu, Kevlar) oferă un modul de înaltă rezistență și un modul elastic scăzut, capabil să absoarbă energia de vibrații de înaltă frecvență și să reducă deteriorarea oboselii furtunului.
   Avantaj: mai ușor decât firul de oțel, potrivit pentru aplicații sensibile la greutate.

2. Proiectarea cuplajului: reducerea concentrației de stres și a riscurilor de scurgere
Cuplare integrală
Cuplarea este modelată în corpul furtunului prin vulcanizare, eliminând problemele de slăbire a șurubului asociate cu conexiunile tradiționale cu flanșă.
Principiul: Structura integrală transferă direct presiunea către stratul de împletitură din sârmă de oțel, minimizând concentrația de tensiune la cuplare.
Cuplarea cu vibrații
Încorporează tampoane tampon elastice (de exemplu, cauciuc sau poliuretan) în cuplaj pentru a absorbi energia vibrațiilor și a preveni oboseala metalică.
Aplicație: utilizat în mod obișnuit în conexiuni la echipamentele de pompare intensiv cu vibrații.

3. Selecția materialului cauciuc: echilibrarea flexibilității și rezistența la uzură
Căptușeală interioară
Utilizează cauciuc de nitril hidrogenat (HNBR) sau poliuretan termoplastic (TPU), oferind un modul elastic ridicat și rezistență la uzură pentru a rezista la abraziunea din lichidele de fracturare încărcate de nisip.
Studiu de caz: Căptușelile interioare TPU reduc ratele de uzură cu 50% în comparație cu cauciucul NBR tradițional sub frecarea particulelor de nisip.
Capac exterior
Utilizează cauciuc de cloropren (CR) sau cauciuc de nitril (NBR), oferind rezistență la vreme și proprietăți anti-îmbătrânire pentru a preveni fisurarea expunerii la UV și ozonului.

4. Testare și validare dinamică: asigurarea longevității furtunului
Testarea pulsării presiunii
Simulează fluctuațiile de presiune din lumea reală (de exemplu, 0-15.000 cicluri PSI) pentru a evalua viața de oboseală a furtunului.
Standard: Specificațiile API 7K necesită furtunuri să treacă cel puțin 100.000 teste de ciclu de presiune.
Testarea vibrațiilor
Montează furtunul pe un tabel de vibrații, aplicând vibrații verticale/orizontale pentru a evalua performanța de etanșare a cuplajelor și a corpurilor furtunului.
Metric: Intervalul de frecvență a vibrațiilor de obicei 5–50 Hz, accelerația care nu depășește 10g.

5. Exemplu din lumea reală: Aplicarea furtunului de fracturare într-un puț de gaz de șist
Condiții de funcționare: fracturarea debitului de lichid de 200 bbl/min, presiunea de 10.000 psi și conținutul de nisip de 10%.
Soluţie:
Adoptează un strat de armare a fibrei Aramid de sârmă de oțel cu 6 straturi.
Utilizează căptușeala interioară TPU și capacul exterior CR.
Cuplarea prezintă un design integral cu un tampon de cauciuc.
Rezultat: furtunul a funcționat continuu timp de 100 de ore fără scurgeri, cu deplasarea cuplajului sub teste vibrații care măsoară mai puțin de 0,5 mm.