2024年2月21日发(作者：蔺书桃)
压裂用高低压管汇设计原则及发展趋势
摘要：随着国内非常规页岩油气的持续开发，压裂设备得到快速的发展,为压裂工程的高效实施提供了重要保障。高低压管汇作为油田压裂现场的关键管汇设备，其结构设计和发展趋势支撑着未来我国复杂页岩油气的开发。高低压管汇主要结构有高压管汇、低压管汇和底橇。油田现场压裂时，混砂车将混合后的压裂液通过低压管汇分流进各台压裂车上的压裂泵，流经压裂泵后的压裂液为高压流体，再通过高压管汇的汇集，统一运输至井口进行压裂作业。本文总结了传统高低压管汇橇和现阶段常用高低压管汇橇的结构形式、功能特点和常见问题，并讨论了高低压管汇橇在未来市场上的发展趋势。
关键词：高低压管汇 高压由壬 法兰连接
0引言
高低压管汇作为压裂作业中重要的管汇装备，经过几十年的发展，由早期的由壬连接形式的小通径管汇橇发展为如今法兰连接形式的大通径管汇橇，从外形结构到过流参数都有较大的改进。但由于目前高低压管汇方面的研究较少，因此根据高低压管汇的连接形式、常用配置、工况条件、应用情况等方面对国内目前压裂用高低压管汇进行总结。对于油气装备制造具有重要意义。
1传统高低压管汇
早期压裂现场运用的高低压管汇为由壬连接形式。由各种整体接头、整体直管、旋塞阀等高压件组成高压管汇，由各种低压直管、蝶阀、低压由壬等组成低压管汇，由各种结构件和支架组成橇架，高压管汇垂直于低压管汇的正上方，均固定在橇架上。通常高压管汇主通道通径为 4″（Φ88.9mm），侧通道通径为3″（Φ69.7mm），额定工作压力有20000psi和15000psi；低压管汇主管规格有10″和8″，侧管规格为4″（Φ100mm），额定工作压力为1MPa。高压管汇通常有三种组合形式：单通道、双通道和三通道（如图1）。单通道高压管汇由一条主通道和多个侧通道构成，侧通道数量对应压裂现场所需压裂车的数量；每个侧通道
安装一个旋塞阀，用于通道开断。与之类似，双通道高压管汇由两条主通道和多个侧通道构成；三通道高压管汇由三条主通道和多个侧通道构成。主通道越多，管道内可以承载的总排量越大，排量越大越有利于进行大规模压裂。由于越来越多的压裂需要大排量作业，单通道高压管汇易出现过载作业情况，对管道的冲刷过大，存在较大的安全隐形。因此，大多数情况选用多通道高压管汇。
图1
2大通径高低压管汇
随着大规模压裂在钻采现场应用广泛，传统高低压管汇暴露出许多问题[1]。因此，大通径高低压管汇（见图2）逐步替代了传统的结构，成为压裂现场最常用的高低压管汇结构。大通径高低压管汇依然采用橇装形式，高低压管汇固定在一个橇架上，高压管汇垂直安装于低压管汇的上方；由于运输限制，一般一组高低压管汇最多设置10个侧通道，可单橇使用，也可多橇组合使用。常用的压力级别有15000psi和20000psi，主通径尺寸有7-1/16″（Φ180mm）和5-1/8″（Φ130mm），侧通径一般使用3-1/16″（Φ78mm）。高压管汇采用法兰连接形式，便于连接且增强稳定性，由螺柱多通作为主、侧通道连接装置，侧通道通过由壬法兰连接旋塞阀，形成主侧通径开断功能。过去，侧通道的支架采用分体形式，即分螺柱多通支架和旋塞阀支架，相互独立固定在橇架上，但会在侧通道的由壬法兰和旋塞阀连接部位出现振动疲劳引起的刺漏问题。因此，现在基本使用整体支架，使螺柱多通和侧通道的高压件固定在一起。法兰连接部位使用密封垫环形成硬密封，在高振动工况下，也是易出现疲劳损伤的关键部位，因此常采用密封环槽堆焊625合金的形式来提高密封面的硬度。
图2
3国内高低压管汇发展趋势
以往高低压管汇使用时由现场操作人员进行手动开关，因压裂现场需要10台到20台压裂车同时工作，则开关高压管汇中的旋塞阀需消耗操作人员较大劳动力；并且，现场作业区为高压区，即使操作时高压管汇内为卸压状态，但任有较大的风险，安全性低。因此，国内常用液动旋塞阀代替传统的手动旋塞阀，安装在高压管汇侧通道处，再通过液压管线集成在远程控制箱中，控制箱由电力驱动，采取一键式控制，实时掌握阀门运行状态，显著降低管汇阀门开关操作劳动强度，形成远程电控液动高低压管汇。随着国内压裂技术的发展，人文关怀的提高，打造出大通径远程群控压裂管汇系统。可实现压裂高低压管汇、压裂分流管汇、压裂机组控制系统集成，联通压裂管汇阀门和压裂机组控制系统数据，有效提升设备运行和阀门群控联动的安全性。在管汇橇上，集成布局多联阀组、远程控制器、液压管线。远控阀门配套压力传感器和触点位置传感器，有效防止误操作。整套压裂管汇控制系统可在中控室、平板电脑、液压站三处操作，多平台、多点位控制，减少人力物力浪费，提高工作效率，且更加高效保障压裂作业安全。
4 结语
发展至今，经过传统高低压管汇到大通径高低压管汇再到远程控制高低压管汇的变化，可以看出高低压管汇在不断依据市场需求而转变。国内高压管汇正向25000psi（175MPa）超高压发展，已有厂家研制出超高压管汇件，亟待市场检验。
[1]宋全友. 深层页岩气压裂新型高压管汇研制与应用[J]. 江汉石油职工大学学报, 2019, 32(6):4.
林雅琦133****6902中石化四机石油机械有限公司 湖北荆州 434020
2024年2月21日发(作者：蔺书桃)
压裂用高低压管汇设计原则及发展趋势
摘要：随着国内非常规页岩油气的持续开发，压裂设备得到快速的发展,为压裂工程的高效实施提供了重要保障。高低压管汇作为油田压裂现场的关键管汇设备，其结构设计和发展趋势支撑着未来我国复杂页岩油气的开发。高低压管汇主要结构有高压管汇、低压管汇和底橇。油田现场压裂时，混砂车将混合后的压裂液通过低压管汇分流进各台压裂车上的压裂泵，流经压裂泵后的压裂液为高压流体，再通过高压管汇的汇集，统一运输至井口进行压裂作业。本文总结了传统高低压管汇橇和现阶段常用高低压管汇橇的结构形式、功能特点和常见问题，并讨论了高低压管汇橇在未来市场上的发展趋势。
关键词：高低压管汇 高压由壬 法兰连接
0引言
高低压管汇作为压裂作业中重要的管汇装备，经过几十年的发展，由早期的由壬连接形式的小通径管汇橇发展为如今法兰连接形式的大通径管汇橇，从外形结构到过流参数都有较大的改进。但由于目前高低压管汇方面的研究较少，因此根据高低压管汇的连接形式、常用配置、工况条件、应用情况等方面对国内目前压裂用高低压管汇进行总结。对于油气装备制造具有重要意义。
1传统高低压管汇
早期压裂现场运用的高低压管汇为由壬连接形式。由各种整体接头、整体直管、旋塞阀等高压件组成高压管汇，由各种低压直管、蝶阀、低压由壬等组成低压管汇，由各种结构件和支架组成橇架，高压管汇垂直于低压管汇的正上方，均固定在橇架上。通常高压管汇主通道通径为 4″（Φ88.9mm），侧通道通径为3″（Φ69.7mm），额定工作压力有20000psi和15000psi；低压管汇主管规格有10″和8″，侧管规格为4″（Φ100mm），额定工作压力为1MPa。高压管汇通常有三种组合形式：单通道、双通道和三通道（如图1）。单通道高压管汇由一条主通道和多个侧通道构成，侧通道数量对应压裂现场所需压裂车的数量；每个侧通道
安装一个旋塞阀，用于通道开断。与之类似，双通道高压管汇由两条主通道和多个侧通道构成；三通道高压管汇由三条主通道和多个侧通道构成。主通道越多，管道内可以承载的总排量越大，排量越大越有利于进行大规模压裂。由于越来越多的压裂需要大排量作业，单通道高压管汇易出现过载作业情况，对管道的冲刷过大，存在较大的安全隐形。因此，大多数情况选用多通道高压管汇。
图1
2大通径高低压管汇
随着大规模压裂在钻采现场应用广泛，传统高低压管汇暴露出许多问题[1]。因此，大通径高低压管汇（见图2）逐步替代了传统的结构，成为压裂现场最常用的高低压管汇结构。大通径高低压管汇依然采用橇装形式，高低压管汇固定在一个橇架上，高压管汇垂直安装于低压管汇的上方；由于运输限制，一般一组高低压管汇最多设置10个侧通道，可单橇使用，也可多橇组合使用。常用的压力级别有15000psi和20000psi，主通径尺寸有7-1/16″（Φ180mm）和5-1/8″（Φ130mm），侧通径一般使用3-1/16″（Φ78mm）。高压管汇采用法兰连接形式，便于连接且增强稳定性，由螺柱多通作为主、侧通道连接装置，侧通道通过由壬法兰连接旋塞阀，形成主侧通径开断功能。过去，侧通道的支架采用分体形式，即分螺柱多通支架和旋塞阀支架，相互独立固定在橇架上，但会在侧通道的由壬法兰和旋塞阀连接部位出现振动疲劳引起的刺漏问题。因此，现在基本使用整体支架，使螺柱多通和侧通道的高压件固定在一起。法兰连接部位使用密封垫环形成硬密封，在高振动工况下，也是易出现疲劳损伤的关键部位，因此常采用密封环槽堆焊625合金的形式来提高密封面的硬度。
图2
3国内高低压管汇发展趋势
以往高低压管汇使用时由现场操作人员进行手动开关，因压裂现场需要10台到20台压裂车同时工作，则开关高压管汇中的旋塞阀需消耗操作人员较大劳动力；并且，现场作业区为高压区，即使操作时高压管汇内为卸压状态，但任有较大的风险，安全性低。因此，国内常用液动旋塞阀代替传统的手动旋塞阀，安装在高压管汇侧通道处，再通过液压管线集成在远程控制箱中，控制箱由电力驱动，采取一键式控制，实时掌握阀门运行状态，显著降低管汇阀门开关操作劳动强度，形成远程电控液动高低压管汇。随着国内压裂技术的发展，人文关怀的提高，打造出大通径远程群控压裂管汇系统。可实现压裂高低压管汇、压裂分流管汇、压裂机组控制系统集成，联通压裂管汇阀门和压裂机组控制系统数据，有效提升设备运行和阀门群控联动的安全性。在管汇橇上，集成布局多联阀组、远程控制器、液压管线。远控阀门配套压力传感器和触点位置传感器，有效防止误操作。整套压裂管汇控制系统可在中控室、平板电脑、液压站三处操作，多平台、多点位控制，减少人力物力浪费，提高工作效率，且更加高效保障压裂作业安全。
4 结语
发展至今，经过传统高低压管汇到大通径高低压管汇再到远程控制高低压管汇的变化，可以看出高低压管汇在不断依据市场需求而转变。国内高压管汇正向25000psi（175MPa）超高压发展，已有厂家研制出超高压管汇件，亟待市场检验。
[1]宋全友. 深层页岩气压裂新型高压管汇研制与应用[J]. 江汉石油职工大学学报, 2019, 32(6):4.
林雅琦133****6902中石化四机石油机械有限公司 湖北荆州 434020