Ano ang Frac Manifold? Isang Kumpletong Gabay sa Mga Uri, Mga Bahagi, Mga Rating ng Presyon, at Pagpili

A frac manifold ay isang high-pressure fluid distribution system na ginagamit sa hydraulic fracturing operations upang kolektahin, idirekta, at kontrolin ang may pressure na fracturing fluid mula sa maraming pump unit patungo sa isa o higit pang wellheads nang sabay-sabay. Kung wala ito, ang pag-coordinate ng palabasput ng 10–40 high-pressure pump sa isang wellbore sa mga rate ng daloy na kinakailangan ng mga modernong pagkumpleto ay magiging pisikal na imposible. Sinasaklaw ng gabay na ito ang lahat ng kailangang malaman ng mga inhinyero, operator, at procurement team — mula sa mga pangunahing bahagi at mga uri ng disenyo hanggang sa mga rating ng presyon, mga pamantayan ng materyal, at pinakamahuhusay na kagawian sa pagpapatakbo.

Ano ang Frac Manifold at Paano Ito Gumagana?

A frac manifold gumaganap bilang central fluid hub ng hydraulic fracturing spread — pinagsama-samang daloy mula sa maraming pump unit, na nagbibigay ng kakayahan sa pag-isolate at flow-control, at naghahatid ng fluid sa kontroladong presyon sa wellhead na nagpapagamot ng bakal. Isipin ito bilang isang highway interchange: maraming lane ng mataas na dami ng trapiko (mga pump truck) na nagsasama sa isang kinokontrol na daanan ng daloy na humahantong sa iisang destinasyon (ang wellbore).

Sa isang karaniwang layout ng well-site, naka-install ang frac manifold sa ibaba ng agos ng misil (frac pump output header) at upstream ng mga frac tree (kilala rin bilang frac stack) sa bawat indibidwal na balon. Ang fracturing fluid ay naglalakbay mula sa mga unit ng pump papunta sa high-pressure header ng manifold, kung saan kinokontrol ng mga balbula kung aling wellbore ang tumatanggap ng fluid sa anumang partikular na satali.

Isang tipikal fracturing manifold dapat pangasiwaan ang mga pressure sa pagtatrabaho ng 10,000–20,000 psi at lumalampas ang mga rate ng daloy 100 bariles kada minuto (bpm) , na ginagawa itong isa sa mga pinaka mekanikal na hinihingi na mga piraso ng kagamitan sa anumang lugar ng balon. Sa isang zipper fracking configuration, ang manifold ay nagbibigay-daan sa mga pump truck na tumakbo nang halos tuluy-tuloy sa pamamagitan ng mabilis na paglipat ng daloy ng fluid mula sa isang balon patungo sa isa pa, na lubhang nagpapahusay sa paggamit ng kagamitan.

Mga Pangunahing Bahagi ng isang Frac Manifold

Ang bawat frac manifold, anuman ang configuration, ay binuo sa paligid ng isang pangunahing hanay ng mga bahagi na naglalaman ng presyon at kontrol sa daloy. Ang pag-unawa sa bawat bahagi ay mahalaga para sa pagkuha, inspeksyon, at pagpapanatili.

1. Frac Valves (Gate Valves)

Mga balbula ng frac ay ang mga pangunahing elemento ng kontrol sa daloy. Magagamit sa parehong manu-mano at haydroliko (naka-aktibo) na mga pagsasaayos, ang mga ito ang mga sangkap na pinaka-mahina sa pagguho mula sa nakasasakit na proppant-laden fluid. Nagtatampok ang mga modernong disenyo ng full-bore na geometry para mabawasan ang pressure drop, two-way sealing, at spring-energized seal na makabuluhang nagpapahaba ng buhay ng serbisyo. Kasama sa mga karaniwang sukat ng bore 4-1/16", 5-1/8", 7-1/16", at 9" .

2. Frac Head (Ulo ng Kambing)

Ang frac ulo , na tinatawag ding ulo ng kambing, ay nagbibigay ng maraming mga pumapasok sa iisang katawan — karaniwang 2 hanggang 4 na saksakan sa gilid — na nagpapahintulot sa ilang pump truck na kumonekta sa manifold nang sabay-sabay. Ito ang pangunahing convergence point para sa high-pressure fluid na pumapasok sa manifold system.

3. Spacer Spools

Spacer spools ibigay ang mga straight-run pipe section sa pagitan ng mga fitting, pinapanatili ang mga kinakailangang sukat ng bore at pinapayagan ang manifold na i-configure upang tumugma sa well pad spacing. Dapat silang tumugma sa klase ng presyon at detalye ng materyal ng lahat ng konektadong bahagi.

4. Studded Crosses at Tees

Ang mga krus at tee ay ang mga sumasanga na mga kabit na lumilikha ng multi-outlet na arkitektura ng manifold. Six-way na mga krus ay ginagamit sa mga high-density na configuration, na nagbibigay-daan sa fluid na maidirekta sa maraming frac tree nang walang karagdagang piping. Ang mga ito ay karaniwang pineke bilang isang solong katawan upang i-maximize ang integridad ng presyon.

5. Integral Skid

Ang magpadulas ay ang structural base na sumusuporta sa lahat ng manifold na bahagi sa isang nakapirming, pre-engineered na kaayusan. Ang isang integral skid ay naghahatid ng malakas na shock-proof na kakayahan, pinapasimple ang rigging up, at tinitiyak na ang lahat ng mga bahagi ay mananatiling maayos na nakahanay sa ilalim ng mga kondisyon ng high-vibration pumping. Ang mga skid-mounted manifold ay maaaring dalhin bilang isang yunit at konektado sa kaunting pagpupulong sa lugar.

Aling mga Uri ng Frac Manifold ang Magagamit?

Ang mga frac manifold ay nahahati sa ilang natatanging pamilya ng disenyo, bawat isa ay na-optimize para sa mga partikular na configuration ng well pad at mga diskarte sa pagpapatakbo. Ang pagpili ng tamang uri ay direktang nakakaapekto sa kahusayan ng pumping, oras ng rig-up, at kabuuang gastos sa pagkumpleto.

Single-Well (Conventional) Manifold

Ang simplest design, used when fracturing only one wellbore at a time. All pump truck outputs converge at a single high-pressure header leading to one frac tree. While straightforward, this approach results in significant pump downtime between stages as equipment is repositioned. It remains common in older single-well completions.

Zipper (Diverting) Manifold

Ang zipper frac manifold ay ang nangingibabaw na disenyo para sa mga pagkumpleto ng multi-well pad. Kumokonekta ito sa mga output ng maraming frac tree at ginagamit ang valve system nito upang mabilis na i-redirect ang fracturing pressure mula sa isang balon patungo sa isa pa, na nagbibigay-daan sa mga pump truck na tumakbo nang halos tuluy-tuloy. Ito ay kapansin-pansing binabawasan ang nonproductive time (NPT). Available ang mga zipper manifold sa tuwid, 30-degree, H-shape, at L-shape na mga configuration upang tumugma sa iba't ibang pad layout.

Frac Diverting Manifold (Multi-Passage)

Partikular na idinisenyo para sa sabay-sabay na multi-well fracturing, ang mga system na ito ay nagtatampok ng dalawa, tatlo, apat, o higit pang mga independiyenteng sipi, bawat isa ay may sariling inlet at outlet. Kasama sa mga configuration Dual Vertical, Triple Vertical, Triple Scud, at iba pa. Ang pagpapatakbo ng chain ay nagbibigay-daan sa maraming mga balon na pasiglahin sa mabilis na pagkakasunud-sunod nang hindi gumagalaw ang kagamitan sa bomba.

Malaking-Bore Manifold

Pinapalitan ng mga large-bore manifold system ang tradisyonal na multi-string iron connections ng conventional frac setup na may isang single, large-diameter inlet na kumukonekta sa zipper manifold. Ito ay makabuluhang binabawasan ang kabuuang bilang ng mga koneksyon, mga potensyal na daanan ng pagtagas, at oras ng rig-up. Ang isang malaking butas ng butas ay binabawasan ang kaguluhan ng likido, binabawasan ang mga gastos sa paggawa, at inaalis ang mga tauhan mula sa mga lugar na may mataas na peligro ng koneksyon.

Zipper Manifold kumpara sa Conventional Frac Manifold: Isang Direktang Paghahambing

Ang zipper manifold offers decisive advantages over conventional single-well setups in pad drilling environments. The table below summarizes the key differences.

Talahanayan 1: Paghahambing ng conventional frac manifold at zipper frac manifold sa mga pangunahing parameter ng pagpapatakbo.

Frac Manifold Pressure Ratings: Paano Pumili ng Tamang Klase

Pagpili ng tamang rating ng presyon para sa a frac manifold ay ang pinakamahalagang desisyon sa kaligtasan sa proseso ng pagpili ng kagamitan. Ang undersizing ay lumilikha ng sakuna na panganib sa pagkabigo; ang sobrang laki ay nagdaragdag ng hindi kinakailangang timbang at gastos. Ang mga karaniwang klase ng presyon sa pagtatrabaho ay 5,000 psi (5K), 10,000 psi (10K), at 15,000 psi (15K) , na may ilang espesyal na sistema na na-rate sa 20,000 psi para sa ultra-deep o high-pressure formations.

Ang lahat ng frac manifold pressure-containing na mga bahagi ay dapat masuri sa hydrostatically 1.5x ang kanilang working pressure bago i-deploy, ayon sa mga kinakailangan sa API 16C. Nangangahulugan ito na ang isang 10,000 psi manifold ay dapat makatiis sa isang pagsubok na presyon ng 15,000 psi nang walang pagtagas o permanenteng pagpapapangit.

Talahanayan 2: Mga karaniwang klase ng presyon ng frac manifold, mga kinakailangan sa pagsubok ng hydrostatic, at mga karaniwang kapaligiran ng aplikasyon.

Mga Materyales at Metalurhiya: Bakit Mahalaga ang Pagpili ng Materyal ng Frac Manifold

Gumagana ang mga bahagi ng frac manifold sa isa sa pinakamalupit na mekanikal na kapaligiran sa industriya ng langis at gas — pinapanatili ang mataas na presyon na sinamahan ng lubos na abrasive, kadalasang kinakaing unti-unting mga fracturing fluid na nagdadala ng proppant (buhangin o ceramic) sa bilis na mabilis na makakasira ng bakal. Samakatuwid, ang pagpili ng materyal ay hindi isang pangalawang pagsasaalang-alang ngunit isang pangunahing driver ng disenyo.

Ang most widely used base material for pressure-containing components is AISI 4130 chrome-moly na bakal , ginawa sa pamamagitan ng integral forging - hindi paghahagis o katha. Ang forged steel ay nagbibigay ng superior mechanical properties, mas pinong butil na istraktura, at higit na paglaban sa fatigue cracking kumpara sa cast equivalents. Tinitiyak din ng forging na walang mga panloob na void o porosity na maaaring magsimula ng mga bitak sa ilalim ng cyclic pressure loading.

Para sa mga application na kinasasangkutan ng hydrogen sulfide (H₂S) sa maasim na mga kapaligiran ng serbisyo, ang mga bahagi ay dapat sumunod sa NACE MR0175 / ISO 15156 upang maiwasan ang sulfide stress cracking. Valve trim — ang panloob na sealing at flow-control na elemento na pinaka-expose sa erosion — ay maaaring magsama ng tumigas na bakal, Stellite overlay, o ceramic coating upang mapalawig ang mga agwat ng serbisyo.

Paano Piliin ang Tamang Frac Manifold para sa Iyong Operasyon

Ang right frac manifold selection depends on a structured evaluation of six key parameters. Rushing this decision leads to mismatched equipment, costly field modifications, and safety exposure.

Hakbang 1: Tukuyin ang Pinakamataas na Presyon sa Paggamot

Suriin ang disenyo ng wellbore, formation fracture gradient, at inaasahang surface treatment pressure para sa pagkumpleto. Pumili ng klase ng manifold pressure na may hindi bababa sa 10–15% na margin ng disenyo sa itaas ng maximum na inaasahang panggagamot na pressure.

Hakbang 2: Tukuyin ang Bilang ng mga Balon na Pasiglahin

Para sa single-well operations, sapat na ang conventional manifold. Para sa pad drilling na may dalawa o higit pang mga balon, isang zipper frac manifold ang angkop na pagpipilian. Tinutukoy ng bilang ng mga balon kung gaano karaming mga sipi, saksakan, at frac valve ang dapat ibigay ng manifold.

Hakbang 3: Suriin ang Mga Kinakailangan sa Flow Rate

Kalkulahin ang kabuuang rate ng daloy ng likido na kinakailangan para sa disenyo ng pagpapasigla sa mga bariles bawat minuto (bpm). Ang diameter ng manifold bore — karaniwang 4-1/16", 5-1/8", 7-1/16", o 9" — ay dapat na sukat upang mapanatili ang bilis ng likido sa loob ng mga limitasyon ng pagguho habang naghahatid ng kinakailangang daloy ng daloy nang walang labis na pagbaba ng presyon.

Hakbang 4: Suriin ang Maayos na Layout ng Pad at Mga Pisikal na Limitasyon

Ang pad geometry determines which manifold configuration — straight, L-shape, H-shape, or 30-degree — will fit with minimal additional iron. Many frac manifolds are modular, allowing field adjustment to match varying well spacing between 10 and 30 feet or more.

Hakbang 5: Kumpirmahin ang Pagsunod at Traceability ng API

Ang lahat ng mga sangkap na naglalaman ng presyon ay dapat gawin at masuri alinsunod sa API Spec 6A and API Spec 16C . Nangangailangan ng buong dokumentasyon ng kakayahang masubaybayan ng materyal — mga sertipiko ng mill, mga talaan ng paggamot sa init, mga ulat ng dimensional na inspeksyon, at mga sertipiko ng pagsubok sa presyon — para sa bawat bahagi bago tanggapin ang paghahatid.

Hakbang 6: Isaalang-alang ang Uri ng Valve Actuation

Ang mga manu-manong balbula ay mas mura ngunit mas mabagal na kumilos, na nagpapataas ng oras ng paglipat sa pagitan ng mga balon. Hydraulic actuated valves payagan ang mabilis na paglipat, bawasan ang pagkakalantad ng mga tauhan sa mga high-pressure zone, at paganahin ang remote digital control. Para sa mga high-frequency na pagpapatakbo ng zipper fracking, ang hydraulic o electrohydraulic actuation ay nagbibigay ng isang makabuluhang kalamangan sa kahusayan.

Mga Pinakamahuhusay na Kasanayan sa Operasyon at Pagpapanatili ng Frac Manifold

Ang wastong pagpapanatili at disiplina sa pagpapatakbo ay kung ano ang naghihiwalay sa mga high-uptime frac manifold system mula sa mga nagdudulot ng magastos na nonproductive time (NPT). Sundin ang mga napatunayang kasanayang ito:

• Pre-job hydrostatic testing: Subukan ng presyon ang buong manifold assembly sa 1.5× working pressure bago magsimula ang trabaho at pagkatapos ng anumang pagpapalit ng sangkap.
• Visual na inspeksyon ng lahat ng mga punto ng koneksyon: Suriin ang mga wing union, studded connections, at hammer union thread para sa erosion, kaagnasan, o mekanikal na pinsala bago ang bawat yugto.
• Valve greasing at lubrication: Panatilihin ang frac valve grease injection sa bawat pagitan ng manufacturer. Ang mga dry o under-lubricated valve ay ang nangungunang sanhi ng pagkabigo ng balbula sa field.
• Subaybayan ang mga cycle ng balbula: Ang bawat frac valve ay may na-rate na cycle ng buhay. Panatilihin ang isang log ng mga aktuasyon at palitan ang mga balbula bago maabot ng mga ito ang inirerekumendang limitasyon ng serbisyo ng tagagawa.
• Pag-flush pagkatapos ng trabaho: Pagkatapos ng bawat trabaho, i-flush ang manifold ng malinis na tubig upang alisin ang proppant na maaaring mag-pack off sa mga panloob na daanan at mapabilis ang kaagnasan sa panahon ng pag-iimbak.
• Nakadokumento na disassembly at inspeksyon: Sa pagitan ng mga trabaho, i-disassemble, linisin, at sukatin na suriin ang butas ng mga frac valve at cross para sa erosive wear. Palitan ang mga bahagi na nawala ng higit sa 10% ng kapal ng kanilang pader.

Mga Madalas Itanong Tungkol sa Frac Manifolds