ケーシング スプール ティーとクロス フラクヘッドとは何ですか? 坑口システムでどのように機能しますか?

あ ケーシングスプールティーとクロスフラクヘッド これは、高圧流体の流れを制御し、坑井内に誘導するために水圧破砕 (フラッキング) 作業中に使用される特殊な坑口アセンブリのコンポーネントです。ケーシングのスプール形状 (ティー (T 字型) またはクロス (X 字型) 出口構成) をフラクヘッドと統合し、坑井の完全性を維持しながら破砕流体の同時注入を可能にします。実際には、これは地表ポンプ装置とケース入り坑井の間の臨界圧力インターフェースとして機能し、通常は次のように評価されます。 5,000 psi ～ 15,000 psi の作動圧力 、編成要件に応じて。

坑口システムのケーシングスプールとは何ですか

あ casing spool is a flanged, cylindrical body installed between the casing head and the tubing head (or BOP stack) in a wellhead system. It provides the structural housing for casing hangers and offers side outlet ports for annular access and pressure monitoring.

として構成されている場合、 ティーまたはクロス 、スプールには 1 つまたは 2 つの横方向の出口が追加されます。

• ティー構成: 1 つの垂直ボア、1 つの横方向出口 - 単一の破砕ライン接続が必要な場合に使用されます。
• クロス構成: 1 つの垂直ボア、2 つの対向する横方向の出口 - 同時デュアルライン注入またはモニタリングが必要な場合に使用されます。

これらのコンセントは通常、API 6A または 16A 規格に準拠したフランジが付いており、一般的なサイズは次のとおりです。 直径2-1/16インチ～4-1/16インチ 側面ポートとメインボアに 7-1/16インチ～13-5/8インチ さまざまなケーシングサイズに対応します。

フラクヘッドとは何ですか、そしてなぜスプールに取り付けられるのか

あ frac head (also called a fracturing head or frac manifold head) is a compact, high-pressure valve assembly mounted on top of the wellhead or casing spool during a fracturing job. Its primary function is to provide a sealed, multi-port entry point for fracturing fluid from surface pumps.

フラクヘッドの主な機能的役割は次のとおりです。

• 破砕流体を複数のポンプラインからケーシング環状部またはチューブストリングに分配する
• 各ポンプ車接続からの流れを制御するハウジング隔離バルブ (通常はゲートバルブ)
• Frac ステージ間で迅速に接続および切断できる圧力定格インターフェースを提供します。
• 水圧破砕で使用される研磨性の高速スラリーから恒久的な坑口コンポーネントを保護します。

フラクヘッドと一体化した場合 ケーシングスプールティーまたはクロス を組み合わせたアセンブリにより、オペレータは流体を複数のゾーンまたは環状体に同時に注入できます。これは、最新の多段階破砕プログラムにおける重要な要件です。

結合アセンブリが段階的にどのように機能するか

ケーシング スプール ティーとクロス フラク ヘッドは、坑井刺激中に統合圧力管理システムとして動作します。一般的な frac ジョブ中にどのように機能するかは次のとおりです。

1. 坑口の準備: ケーシングのスプール ティーまたはクロスは、破砕が開始される前に、恒久的な坑口スタックの一部として着陸され、圧力テストが行われます。
2. フラクヘッドの取り付け: フラクヘッドは、作業圧力に応じた定格のリング ガスケット シール (BX または RX タイプ) を使用して、ケーシング スプールの上部フランジにボルトで固定されます。 10,000 psi または 15,000 psi .
3. ポンプライン接続: 高圧鉄（処理鉄）は、フラックスポンプトラックからフラックスヘッドまたはスプール出口の横ポートに接続されます。
4. 圧力絶縁: 各入口ポートのゲートバルブを選択的に開き、各ポンプラインからの流体の流入を制御します。スプール出口の圧力計は環状圧力をリアルタイムで監視します。
5. フラクチャリングの実行: 破砕流体（水、プロパント（砂またはセラミック）、化学添加剤など）は、 50 ～ 150 バレル/分 (bpm) 坑井を下ってターゲット地層を破壊します。
6. Frac 後の分離: あfter each stage, valves are closed, pressure is bled off safely through the spool outlets, and the frac head is repositioned or removed for the next stage.

主な仕様と圧力定格

正しいアセンブリを選択するには、機器の仕様を坑井の設計圧力、ケーシングのサイズ、地層の特性に適合させる必要があります。以下の表は、一般的な仕様をまとめたものです。

ティー構成とクロス構成: それぞれをいつ使用するか

T 字構成とクロス構成のどちらを選択するかは、アクセスが必要な環状スペースの数と frac プログラムの操作の複雑さに依存します。

ティー構成

より単純な単一アニュラス坑口に最適です。 T 型は、流体注入、圧力監視、または環状キルラインへのアクセスに使用できる片側出口を提供します。たとえば、 9-5/8 インチの単一環状ケーシングストリング 、ティースプールは、坑口に過剰な設計を施すことなく、フラク流体の供給と圧力計の取り付けの両方を効率的に処理します。

クロスコンフィギュレーション

2 つの個別の横方向接続が必要な場合に必要です。たとえば、1 つの出口がポンプマニホールドに接続され、反対側の出口がリアルタイムの環状圧力監視または化学薬品注入ラインに使用される場合です。クロススプールを標準装備 二重ストリングの完成と複雑な複数のアニュラス坑口 深水井戸または高圧高温 (HPHT) 井戸で使用されるものなど。

より広範な坑口システム内での役割

このアセンブリがどこに適合するかを理解するために、典型的な陸上油井を下から上に積み重ねたものを考えてみましょう。

• 導体ハウジング — 坑口全体をサポートします。浅い深さ (30 ～ 100 フィート) に設定
• 表面ケーシングヘッド — 最初の圧力含有コンポーネント。表面ケーシングをサポート
• ケーシングスプールティーまたはクロス — ケーシングヘッドの上に取り付けられます。横方向のアクセスとフラクヘッド取り付けポイントを提供します ← このコンポーネント
• フラクヘッド — 刺激操作中にスプールトップフランジに一時的に取り付けられます
• BOPスタックまたはチューブヘッド — 生産段階での破砕後に設置

ケーシングのスプールティー/クロスは、 圧力橋 恒久的な坑口と一時的な破砕装置の間。 frac プログラムが完了すると、frac ヘッドが取り外され、生産段階の環状モニタリングのためにスプール出口にキャップが取り付けられるかゲートバルブが取り付けられます。

安全性と圧力の完全性に関する考慮事項

このアセンブリは坑井の耐用期間中に坑口コンポーネントに見られる最高の圧力で動作するため、圧力の完全性については交渉の余地がありません。主な安全要件は次のとおりです。

• 工場受け入れテスト (FAT): すべてのスプールとフラクヘッドは静水圧テストを受ける必要があります。 定格使用圧力の1.5倍 API 6A セクション 11 に従って出荷前に。
• 現場での圧力試験: 各フラクステージの前に、設置されたアセンブリは最小保持時間、定格使用圧力でテストされます。通常は、 テスト圧力で 3 分間 圧力降下ゼロが許容されます。
• 厳しいサービスのコンプライアンス: H₂S が存在する場合、材料は以下に適合する必要があります。 NACE MR0175 / ISO 15156 硫化物応力亀裂（SSC）を防止します。
• 耐浸食性: 横方向の出口には、高速のプロッパント スラリーによる浸食に耐えるために、炭化タングステンまたは硬化鋼のシート インサートが取り付けられることがよくあります。
• 目視検査および臨死体験検査: 磁粉試験 (MPI) または超音波試験 (UT) は、PSL (製品仕様レベル) 2 または 3 要件に従って、重要な溶接部およびボア表面に対して実行されます。

現場での一般的なアプリケーション

ケーシング スプール ティーおよびクロス フラクヘッドは、さまざまな破砕状況で使用されます。

• シェールガスとタイトオイルの関係 (例: パーミアン盆地、マーセラス頁岩): クロススプールを使用した多段階のプラグアンドパーフ完成で、同時デュアルライン注入が可能です。 10,000 ～ 15,000 psi
• 従来の垂直井戸: 1 本の横線で十分な T スプールを使用した単一ステージ Frac ジョブ
• 炭層メタン (CBM) 井戸: 窒素または CO₂ 注入用の T 型スプールを備えた低圧アプリケーション (5,000 psi クラス)
• 地熱井: あdapted cross spool configurations for high-temperature stimulation operations