شیرهای میدان نفتی فشار بالا در سیستم های سرچاهی و خط لوله: راهنمای طراحی و کاربرد

A شیر میدان نفتی فشار قوی شیری است که برای کنترل، جداسازی یا هدایت ایمن جریان نفت، گاز و سیالات فرآیندی در فشارهای معمولی از 2000 psi تا 20000 psi ، در مجموعه های سرچاهی، درختان کریسمس، درختان فرک، منیفولدهای چوک و بخش های خط لوله با فشار بالا استفاده می شود. این شیرها با ضخامت دیواره بدنه سنگین تر، ساخت و ساز آهنگری (به جای ریخته گری)، قابلیت ردیابی دقیق تر مواد و آزمایش هیدرواستاتیک و گاز اجباری برای تأیید اینکه می توانند به طور ایمن فشار را تحت شرایط بارگذاری استاتیک و چرخه ای مهار کنند، از شیرهای صنعتی استاندارد متمایز می شوند.

انواع شیرهای رایج مورد استفاده در خدمات فشار بالا

هیچ طرح تک شیری برای هر کاربرد فشار بالا مناسب نیست. انتخاب نوع دریچه بستگی به این دارد که آیا اولویت دسترسی تمام سوراخ، آب بندی دو طرفه، قابلیت دریچه گاز یا عملکرد سریع یک چهارم چرخش است.

دریچه های دروازه انتخاب غالب برای موقعیت های اصلی سر چاه و دریچه بال باقی می ماند زیرا طراحی مجرای عبوری آنها به ابزارهای سیمی اجازه می دهد تا از سوراخ کاملاً باز بدون انسداد عبور کنند - یک نیاز کاربردی که معمولاً دریچه های توپی و پلاگین نمی توانند با یک ردپا مطابقت داشته باشند.

استانداردهای حاکم برای شیرهای میدان نفتی با فشار بالا

بسته به محل قرارگیری شیر در سیستم - در سر چاه، روی درخت کریسمس یا پایین دست در خط لوله جمع آوری یا انتقال، استانداردهای مختلفی اعمال می شود.

استانداردهای اولیه بر اساس کاربرد

• API 6A: بر تجهیزات سر چاه و درخت کریسمس، از جمله شیرهای اصلی، شیرهای بال، و آداپتورها نظارت می کند
• API 6D: دریچه های خط لوله مورد استفاده در سیستم های جمع آوری و انتقال را کنترل می کند
• API 16C: برای خفه کردن و کشتن تجهیزات مورد استفاده در حفاری و عملیات کنترل چاه کاربرد دارد
• ASME B16.34: درجه بندی فشار-دمای پایه را ارائه می دهد که توسط بسیاری از طرح های شیر ارجاع شده است
• NACE MR0175/ISO 15156: نیاز به مواد اجباری زمانی که H2S در سیال تولید شده وجود دارد

یک شیر دارای گواهی API 6A دارای سطح مشخصات محصول (PSL) از 1 تا 4 است. PSL 3 و PSL 4 معمولاً برای چاه‌های خدماتی با فشار بالا، دمای بالا (HPHT) و بحرانی تعیین می‌شود، زیرا به آزمایش اعتبار طراحی طولانی‌تر، گواهینامه کامل مواد و معاینه غیرمخرب دقیق‌تری نسبت به PSL 1 یا PSL 2 نیاز دارند.

کلاس های فشار و معنای آنها در میدان

انتخاب کلاس فشار تنها مهمترین تصمیم در تعیین یک شیر فشار قوی است. رتبه بندی کمتر باعث ایجاد خطر ایمنی مستقیم می شود، در حالی که رتبه بندی بیش از حد وزن و هزینه غیر ضروری را به نصب اضافه می کند.

هر دریچه همچنین باید دارای یک کلاس درجه حرارت باشد، از U (75- درجه فارنهایت تا 82 درجه فارنهایت) برای شرایط قطب شمال به T (18- درجه فارنهایت تا 350 درجه فارنهایت) برای تولید در دمای بالا کلاس دما باید با دمای واقعی سیال جاری در محل دریچه مطابقت داشته باشد، که می تواند به طور قابل توجهی بالاتر از دمای محیط سطح در چاه های تولید باشد.

مواد برای خدمات ترش و شرایط HPHT

هنگامی که یک شیر در معرض H2S، CO2 یا دماهای بالا قرار می گیرد، انتخاب مواد حیاتی می شود، زیرا فولاد کربن استاندارد می تواند تحت این شرایط دچار ترک خوردگی تنش سولفیدی یا از دست دادن استحکام مکانیکی شود.

• کلاس مواد AA/BB: کربن استاندارد یا فولاد کم آلیاژ برای خدمات غیر ترش
• کلاس مواد DD/EE/FF: فولاد کربنی سازگار با NACE یا تریم آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی برای سرویس ترش
• تریم ضد زنگ اینکونل یا دوبلکس: در چاه های HPHT با CO2 بالا یا بسیار خورنده برای عمر طولانی استفاده می شود
• صندلی های PEEK یا فلزی: زمانی که دما از حد کار ترکیبات لاستیکی استاندارد فراتر رود، روی صندلی های الاستومری انتخاب می شود

به عنوان مثال، یک چاه تولید در 15000 psi با دمای جریان 300 درجه فارنهایت و H2S قابل تشخیص به طور معمول نیاز به a دریچه دروازه ای کلاس EE، PSL 3 یا 4 با صندلی های فلزی، در حالی که یک سر چاه گاز شیرین کم فشار در 3000 psi می تواند به اندازه کافی توسط یک شیر استاندارد کلاس مواد BB، PSL 2 ارائه شود.

الزامات تست قبل از استقرار میدانی

هر شیر میدان نفتی فشار بالا باید قبل از صدور گواهینامه، توالی مشخصی از آزمایش‌های تولید را پشت سر بگذارد، و سطوح بالاتر PSL نیاز به آزمایش اعتبار طراحی اضافی روی نمونه اولیه قبل از تأیید طرح برای ساخت دارد.

توالی تست تولید استاندارد

1. تست هیدرواستاتیک بدن در 1.5 برابر فشار کاری نامی
2. تست صندلی در هر دو جهت جریان در فشار کاری نامی
3. تست مهر و موم صندلی عقب یا ساقه برای تأیید عدم نشتی از بسته بندی ساقه
4. تست عملیاتی تمام سکته مغزی برای تأیید حرکت صاف
5. تست گاز برای شیرهای در نظر گرفته شده برای سرویس گاز یا PSL 3/4

شیرهای PSL 3 و PSL 4 علاوه بر این تحت تأثیر قرار می گیرند آزمایش چرخه ای طولانی گاهی اوقات شامل چندین هزار چرخه باز و بسته شدن در یک نمونه اولیه، برای شبیه‌سازی سال‌های عملیات مزرعه‌ای قبل از تایید طرح برای تولید می‌شود - مرحله‌ای که به‌طور قابل‌توجهی خطر شکست زودرس نشستن یا آب‌بند را پس از نصب شیر در سوراخ پایین‌تر کاهش می‌دهد.

نکات کاربردی در سیستم های سرچاهی و خط لوله

دریچه های فشار بالا در هر نقطه ایزوله و کنترل بحرانی در مسیر جریان بالادست، از سر چاه تا شبکه خط لوله، نصب می شوند.

• شیرهای اصلی و بال چاه: ایزوله دسترسی چاه اولیه روی درخت کریسمس
• درختان فراک: جداسازی سیال شکستن فشار بالا در حین تحریک چاه، اغلب بیش از 10000 psi
• منیفولدهای خفه کننده: کاهش فشار بالای سر چاه تا حد قابل کنترل قبل از ورود به سیستم جمع آوری
• شیرهای بلوک خط لوله: بخش بندی خطوط انتقال طولانی برای تعمیر و نگهداری و خاموشی اضطراری
• درختان زیر دریا: شیرهای فشار بالا از راه دور که تولید چاه زیر دریا را کنترل می کنند

دریچه های بلوک خط لوله به طور خاص اغلب در فواصل زمانی فاصله دارند هر 20 تا 30 مایل در امتداد یک خط انتقال، به اپراتورها این امکان را می دهد که بخش پاره شده یا آسیب دیده را به سرعت ایزوله کنند و حجم محصول آزاد شده در هنگام خاموشی اضطراری را محدود کنند.

انتخاب شیر مناسب برای یک برنامه مشخص

انتخاب صحیح شیر به تطابق شرایط چاه یا خط لوله با فشار نامی شیر، دما، کلاس مواد و PSL بستگی دارد - نه اینکه صرفاً شیر با بالاترین امتیاز موجود را انتخاب کنید.

چک لیست انتخاب

• حداکثر فشار کاری پیش بینی شده را تأیید کنید و یک کلاس فشار با حاشیه ایمنی مناسب انتخاب کنید
• طبقه بندی خدمات ترش را تأیید کنید و در صورت وجود H2S طبقه بندی مواد مطابق با NACE را مشخص کنید
• کلاس دما را با دمای واقعی سیال جاری مطابقت دهید، نه فقط با شرایط محیطی سطح
• PSL مورد نیاز را بر اساس بحرانی بودن چاه، الزامات نظارتی یا مشخصات اپراتور تعیین کنید
• نوع دریچه را بر اساس عملکرد انتخاب کنید: دروازه برای جداسازی سر چاه تمام سوراخ، توپ یا پلاگین برای جداسازی خط لوله یک چهارم دور، چوک برای کاهش فشار
• تأیید کنید که نوع اتصال پایانی و روش فعال سازی با تجهیزات جفت و سیستم کنترل مطابقت دارند

روش های تعمیر و نگهداری برای قابلیت اطمینان طولانی مدت

دریچه های فشار بالا تحت شرایطی کار می کنند که سایش صندلی ها، مهر و موم ها و بسته بندی ساقه را تسریع می کند و یک برنامه تعمیر و نگهداری ساختاریافته را برای جلوگیری از خاموش شدن های برنامه ریزی نشده یا حوادث ایمنی ضروری می کند.

• نوازش معمولی دریچه هایی که به صورت دستی کار می کنند را برای جلوگیری از گیر کردن دروازه یا توپ انجام دهید
• بسته بندی ساقه را به صورت برنامه ریزی شده بازرسی و تعویض کنید تا از نشتی در کاپوت جلوگیری شود
• آزمایش دوره‌ای نشت صندلی را انجام دهید تا مطمئن شوید که شیر همچنان با کلاس نشتی نامی خود مطابقت دارد
• خوردگی یا فرسایش شیرها را در سرویس های ترش یا پر از مواد جامد بررسی کنید
• عملکرد محرک، تامین هوا و یکپارچگی سیگنال کنترل را در شیرهای کنترل از راه دور بررسی کنید

اکثر اپراتورها هر بار تأیید مجدد کامل دریچه های سرچاهی مهم را برنامه ریزی می کنند 3 تا 5 سال با فواصل بازرسی مکرر برای دریچه‌های درخت فرک که در طی عملیات تحریک چند مرحله‌ای در معرض چرخش مکرر فشار بالا قرار می‌گیرند، جایی که سایش نشیمنگاه و آب‌بند بسیار سریع‌تر از دریچه‌های مورد استفاده برای سرویس ایزوله روشن/خاموش ساده جمع می‌شود.