W jaki sposób węża szczelinowania dotyczy pulsacji i wibracji wysokiego ciśnienia?

W operacjach szczelinowania, Węże szczelinowania Musi wytrzymać pulsowanie pod wysokim ciśnieniem (fluktuacje ciśnienia) i wibracje mechaniczne, stanowiąc ekstremalne wymagania dotyczące ich konstrukcji i właściwości materiału. Poniżej znajdują się podstawowe mechanizmy, za pomocą których węże szczelinowania dotyczą tych wyzwań:

1. Projekt warstwy wzmacniający: Włanianie ciśnienia i energia wibracji
   Warstwa warstwy stalowej drutu o wysokiej wytrzymałości
   Stalowa warstwa warstwy drucianej służy jako pierwotna struktura węża węża, wykorzystując wielowarstwowe przelotowe (np. 4 lub 6 warstw), tworząc „szkielet z siatki”, który równomiernie rozkłada wysokie ciśnienie na ścianie węża, minimalizując zlokalizowane stężenia naprężeń.
   Analogia: Podobnie do prętów wzmacniających w betonie żelbetowym, stalowa warkocz drutu działa jak zbrojenie, podczas gdy warstwa gumowa działa jak beton, łącznie opór na ciśnienie.
   Warstwa wzmacniającego włókno aramidów (opcjonalnie)
   Włókna aramidowe (np. Kevlar) oferują wysoką wytrzymałość i niski moduł sprężysty, zdolny do pochłaniania energii wibracyjnej o wysokiej częstotliwości i zmniejszenia uszkodzenia zmęczenia węża.
   Zaleta: lżejszy niż drut stalowy, odpowiedni do zastosowań wrażliwych na wagę.

2. Projekt sprzężenia: Ryzyko związane z ograniczeniem stresu i wycieku
Integralne sprzężenie
Łączenie jest formowane w korpusie węża poprzez wulkanizację, eliminując problemy z rozluźnieniem śrub związane z tradycyjnymi połączeniami kołnierzowymi.
Zasada: Struktura całkowa bezpośrednio przenosi ciśnienie do stalowej warstwy warstwy drutu, minimalizując stężenie naprężeń przy sprzężeniu.
Sprzężenie wibracji
Zawiera elastyczne podkładki buforowe (np. Gumy lub poliuretan) w sprzężeniu w celu pochłaniania energii drgań i zapobiegania zmęczeniu metalu.
Zastosowanie: powszechnie stosowane w połączeniach z sprzętem pompowania intensywnie wibracyjnego.

3. Wybór materiału gumowego: Elastyczność równoważenia i odporność na zużycie
Wewnętrzna wkładka
Wykorzystuje uwodorniętą gumę nitrylową (HNBR) lub termoplastyczną poliuretan (TPU), oferując wysoki moduł sprężystości i odporność na zużycie, aby wytrzymać ścieranie z płynów szczelinowych obciążonych piaskiem.
Studium przypadku: Wewnętrzne wkładki TPU zmniejszają szybkość zużycia o 50% w porównaniu z tradycyjną gumą NBR przy tarciu cząstek piasku.
Zewnętrzna pokrywa
Zastosuje gumę chloroprenową (CR) lub gumę nitrylową (NBR), zapewniając właściwości odporności na warunki pogodowe i przeciwstarzeniowe, aby zapobiec pękaniu ekspozycji na promieniowanie UV i ozon.

4. Testowanie dynamiczne i walidacja: Zapewnienie długowieczności węża
Testowanie pulsacji ciśnieniowej
Symuluje fluktuacje ciśnienia w świecie rzeczywistym (np. 0–15 000 cykli psi) w celu oceny życia zmęczenia węża.
Standard: Specyfikacje API 7K wymagają, aby węże do przejścia co najmniej 100 000 testów cyklu ciśnienia.
Testowanie wibracji
Montaż węża na tabeli wibracyjnej, stosując wibracje pionowe/poziome w celu oceny wydajności uszczelnienia sprzęgła i węża.
Metryczne: zakres częstotliwości wibracji zwykle 5–50 Hz, przyspieszenie nie przekracza 10 g.

5. Przykład rzeczywisty: Zastosowanie węża szczelinującego w studni gazu łupkowego
Warunki pracy: Szybkość przepływu płynu szczelinowania wynosząca 200 bbl/min, ciśnienie 10 000 psi i zawartość piasku 10%.
Rozwiązanie:
Przyjmuje 6-warstwową warstwę zbrojeniową włókien ze stalowym wartają aramidową.
Wykorzystuje wewnętrzną wkładkę TPU i zewnętrzną osłonę CR.
Sprzężenie ma integralną konstrukcję z gumową podkładką buforową.
Rezultat: Wąż działał w sposób ciągły przez 100 godzin bez wycieku, z połączeniem przemieszczenia przy testowaniu wibracji mierzącym mniej niż 0,5 mm.