چگونه یک شیر دوشاخه میدان نفتی با یک شیر توپی در عملیات بالادستی نفت و گاز مقایسه می شود؟

در عملیات بالادستی نفت و گاز، هر دو شیرهای پلاگین و شیرهای توپی دریچه های چرخشی یک چهارم چرخشی هستند که برای جداسازی جریان استفاده می شوند، اما قابل تعویض نیستند. شیرهای دوشاخه در شرایط سرویس ساینده، شن و ماسه و ترش عملکرد بهتری از شیرهای توپی دارند، در حالی که شیرهای توپی گشتاور عملیاتی کمتری، خاموشی شدیدتر در سرویس تمیز و هزینه اولیه کمتر در کاربردهای استاندارد ارائه می‌دهند. انتخاب بین آنها مستلزم درک روشنی از ترکیب جریان چاه، فشار عملیاتی، دسترسی تعمیر و نگهداری و الزامات نظارتی در هر مکان خاص است. این راهنما یک مقایسه مستقیم و برنامه به برنامه ارائه می‌کند تا به مهندسان و تیم‌های تدارکات کمک کند تا تماس مناسب را برقرار کنند.

تفاوت های اساسی در طراحی که عملکرد را افزایش می دهد

قبل از مقایسه عملکرد، مهم است که بفهمیم چه چیزی این دو نوع شیر را از هم جدا می‌کند - زیرا تفاوت‌های طراحی مستقیماً هر ویژگی عملکرد پایین‌دستی را توضیح می‌دهند.

شیر توپی

یک شیر توپی از یک عنصر بستن کروی با سوراخی که از مرکز آن سوراخ شده است استفاده می کند. توپ بین دو صندلی با فنر یا فشار - معمولاً PTFE، PTFE تقویت‌شده یا فلز - که تماس ثابتی با سطح توپ در حالت باز و بسته نگه می‌دارد، نگه داشته می‌شود. هنگامی که توپ 90 درجه می چرخد، سوراخ با مسیر جریان هم تراز می شود یا آن را مسدود می کند.

تماس ثابت نشیمنگاه به توپ، بزرگترین قدرت شیر ​​توپی در سرویس تمیز است - آب بندی قابل اعتماد و کم نشتی را ارائه می دهد - و بزرگترین ضعف آن در سرویس ساینده است، جایی که ذرات محبوس شده بین توپ و صندلی باعث فرسایش سریع با هر چرخه فعال می شوند.

شیر دوشاخه

یک شیر پلاگین از یک پلاگین استوانه ای یا مخروطی با یک پورت مستطیلی یا گرد استفاده می کند. در طرح های روغن کاری شده، یک روان کننده-درزگیر با فشار تزریق شده، سطح مشترک بین دوشاخه و بدنه را پر می کند و یک لایه سیال ایجاد می کند که هم همزمان آب بندی و هم روغن کاری می کند. در طرح های آستین دار بدون روغن کاری، یک آستین الاستومری یا PTFE بار آب بندی را جذب می کند. در طرح‌های غیرعادی، دوشاخه قبل از چرخش از صندلی بلند می‌شود و تماس لغزشی را کاملاً از بین می‌برد.

مزیت ساختاری کلیدی شیر پلاگین این است سطح آب بندی بزرگتر نسبت به قطر سوراخ در مقایسه با شیر توپی، و توانایی بازیابی عملکرد آب بندی در میدان با تزریق روان کننده تازه بدون خارج کردن شیر از سرویس.

عملکرد در آبراهه‌های ساینده و شن‌بار

تولید شن و ماسه یکی از مضرترین شرایط برای هر شیر در سرویس بالادستی است. چاه هایی که از سازندهای تثبیت نشده تولید می شوند - به ویژه در میادین بالغ، عملیات نفت سنگین و چاه های شکسته هیدرولیکی - می توانند حمل کنند. غلظت ماسه 100-10000 میلی گرم در لیتر یا بالاتر در طول افزایش تولید و مراحل پاکسازی.

در یک شیر توپی، ذرات ماسه وارد شکاف حلقوی بین توپ و نشیمنگاه‌های نرم به عنوان یک ترکیب ساینده عمل می‌کنند. هر چرخه فعال سازی این ذرات را روی سطح صندلی می کشاند و سطح نشیمنگاه را فرسایش می دهد و عملکرد خاموشی را کاهش می دهد. در خدمات با شن و ماسه بالا، صندلی های سوپاپ توپ ممکن است در داخل خراب شوند 6-18 ماه ، نیاز به تعویض پرهزینه دارد که شامل کاهش فشار کامل، شکستن خط و اغلب تعویض بدنه سوپاپ است.

در یک شیر پلاگین روغن کاری شده، روان کننده-درزگیر تزریق شده ذرات شن و ماسه را به صورت فیزیکی از سطح آب بندی دور می کند و آنها را در فیلم روان کننده معلق می کند. سیلانت را می توان در مزرعه تحت فشار عملیاتی دوباره پر کرد و عملکرد آب بندی را بدون خاموش شدن بازیابی کرد. داده های میدانی از چاه های تولید شن و ماسه بالا در غرب تگزاس و آلبرتا به طور مداوم نشان می دهد که دریچه های پلاگین روغن کاری شده از شیرهای توپی معادل 3 تا 5 برابر بیشتر است. در فاصله زمانی بین رویدادهای تعمیر و نگهداری در سرویس شنی.

عملکرد در سرویس ترش (مایعات حاوی H2S)

سولفید هیدروژن (H2S) در بخش قابل توجهی از تولید جهانی نفت و گاز وجود دارد - هر چاهی با فشار جزئی H2S بالاتر. 0.05 psia (0.34 kPa) تحت NACE MR0175 / ISO 15156 به عنوان سرویس ترش طبقه بندی می شود، که الزامات سختی را برای مواد و سختی برای همه اجزای خیس شده ایجاد می کند.

هم شیرهای توپی و هم شیرهای پلاگین می‌توانند مطابق با NACE MR0175 تولید شوند، اما این دو نوع شیر چالش‌های متفاوتی را ارائه می‌کنند:

• شیرهای توپی در سرویس ترش: صندلی های نرم (PTFE یا الاستومری) می توانند H2S را جذب کرده و در طول زمان متورم یا تخریب شوند، به ویژه در چاه های گاز پرفشار با H2S. رویدادهای کاهش فشار سریع (فشارها) می تواند باعث کاهش فشار انفجاری مواد صندلی شود و قابلیت آب بندی را در یک رویداد به طور دائم از بین ببرد.
• شیرها را در سرویس ترش وصل کنید: دریچه های پلاگین روغن کاری شده با درزگیر روان کننده با درجه خدمات ترش، یک محیط آب بندی تجدیدپذیر را فراهم می کند که در برابر جذب H2S یا رفع فشار انفجاری حساس نیست. گزینه‌های نشیمن فلز به فلز در شیرهای پلاگین آسیب‌پذیری‌های صندلی نرم را برای سخت‌ترین شرایط خدماتی کاملاً از بین می‌برند.

برای چاه هایی با غلظت H2S بالاتر 5000 پی پی ام و فشارهای عملیاتی بالا 5000 psi دریچه های پلاگین روغن کاری شده با نشیمنگاه فلز به فلز و مواد بدنه مطابق با NACE معمولاً مشخصات ارجح نسبت به شیرهای توپی نرم هستند.

گشتاور عملیاتی و الزامات فعال سازی

گشتاور عملیاتی مستقیماً اندازه محرک، مصرف انرژی و امکان‌پذیری عملیات دستی را تعیین می‌کند - که همگی پیامدهای هزینه و ایمنی در تأسیسات میدانی دارند.

شیرهای توپی به طور مداوم نیاز دارند گشتاور عملیاتی کمتر نسبت به شیرهای پلاگین با اندازه و درجه فشار معادل. هندسه کروی توپ در مقایسه با رابط پلاگین به بدنه استوانه ای یا مخروطی بزرگتر باعث ایجاد سطح تماس کوچکتر بین توپ و صندلی ها می شود. به عنوان مثال، الف شیر توپی 4 اینچی کلاس 600 معمولاً به گشتاور عملیاتی تقریباً نیاز دارد 200-350 نیوتن متر ، در حالی که ممکن است یک شیر پلاگین روغن کاری شده معادل نیاز داشته باشد 400-700 نیوتن متر بسته به شرایط روان کننده و هندسه مخروطی پلاگین.

مزیت گشتاور شیرهای توپی عواقب عملی دارد:

• محرک‌های کوچک‌تر، سبک‌تر و کم‌هزینه‌تر برای نصب شیرهای توپی خودکار مورد نیاز هستند - صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه در یک پد چاه بزرگ با ده‌ها شیر خودکار.
• عملکرد دستی سوپاپ های بزرگ (بالای 6 اینچ) در شرایط اضطراری می تواند از نظر فیزیکی بدون اپراتور دنده سخت باشد، در حالی که شیرهای توپی معادل اغلب می توانند مستقیماً با اهرم دستی کار کنند.
• یک شیر پلاگین روغن کاری شده با درزگیر تازه تزریق شده می تواند گشتاور آن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد - در برخی موارد در محدوده 20 تا 30 درصد گشتاور معادل دریچه توپی - ایجاد نظم و انضباط تعمیر و نگهداری برای عملکرد شیر برقی.

عملکرد خاموش و طبقه بندی نشتی

هر دو نوع سوپاپ می توانند به خاموشی محکم دست یابند، اما این کار را از طریق مکانیسم های مختلف و با پروفایل های قابلیت اطمینان متفاوت در طول عمر شیر انجام می دهند.

دریچه های توپ با صندلی های نرم جدید می توانند دست پیدا کنند API 598 کلاس VI (بدون نشت / حباب) خاموش می شود در برابر گاز و مایع، آنها را به انتخاب ارجح برای برنامه‌هایی تبدیل می‌کند که در آن‌ها قطع نشت صفر مطلق اجباری است - مانند جداسازی اندازه‌گیری فروش گاز، جداسازی شیر تزریق، و عناصر نهایی سیستم ابزار ایمنی (SIS).

دریچه های پلاگین روغن کاری شده معمولاً به دست می آورند API 598 Class II یا Class III خاموش شدن در شرایط استاندارد، اما می توان آن را به عملکرد کلاس VI از طریق تزریق روان کننده بلافاصله قبل از بسته شدن ارتقا داد. وجه تمایز اصلی این است که عملکرد خاموش کردن شیر پلاگین می تواند باشد در میدان بازسازی شد با بالا رفتن سن شیر، در حالی که یک شیر توپی با نشیمنگاه‌های فرسوده یا آسیب‌دیده را می‌توان تنها با جایگزینی درج‌های صندلی بازیابی کرد - یک عملیات کارگاهی که نیاز به برداشتن دریچه دارد.

شیرهای توپی فلزی در سرویس تمیز و غیر ساینده اما با هزینه بسیار بالاتر، نسبت به شیرهای فشاری روغن کاری شده در طولانی مدت خاموش می شوند. معمولا 3 تا 5 برابر قیمت از یک معادل با صندلی نرم - و با نیاز به گشتاور عملیاتی بالاتر.

قابلیت دوبلوک و بلید

بلوک و خونریزی دوبل (DBB) یک الزام جداسازی اجباری در بسیاری از کاربردهای میدان نفتی بالادست است - از جمله مجوزهای کار گرم، جداسازی تجهیزات برای تعمیر و نگهداری و عملیات اتصال خط لوله - که در آن دو مهر و موم مستقل باید قبل از ادامه کار تأیید شوند، با یک درگاه تخلیه بین آنها برای تأیید فشار صفر.

دستیابی به DBB با شیرهای استاندارد معمولاً به سه دریچه جداگانه نیاز دارد: دو شیر بلوک و یک شیر تخلیه بین آنها. دریچه پلاگین در حال گسترش فراهم می کند DBB واقعی در یک بدنه شیر - مکانیسم انبساط، صندلی ها را در هر دو سمت بالادست و پایین دست دوشاخه به طور همزمان درگیر می کند و دو مهر و موم مستقل با بدنه توخالی پلاگین ایجاد می کند که به عنوان حفره تخلیه عمل می کند. شیر تک بدنه ای که DBB را ارائه می دهد باعث صرفه جویی قابل توجهی در فضا، وزن و هزینه در نصب پد چاه و پلت فرم فشرده می شود.

شیرهای توپی DBB وجود دارند اما به بدنه ای با طراحی خاص با دو مجموعه صندلی مستقل و یک دریچه حفره بدن نیاز دارند - ساخت پیچیده تر و پرهزینه تر از معادل شیر پلاگین در حال گسترش. برای سرویس DBB، دریچه های پلاگین انبساط معمولاً مشخصات ترجیحی هستند در برنامه های بالادستی به دلیل ساخت ساده تر و هزینه کل نصب شده کمتر.

الزامات نگهداری و هزینه کل مالکیت

قیمت خرید اولیه تنها یک جزء هزینه شیر در عملیات بالادستی است. کار تعمیر و نگهداری، به تعویق انداختن تولید در طول سرویس شیر، و فرکانس تعویض بیش از a عمر مزرعه 20 تا 30 سال معمولاً با حاشیه قابل توجهی از هزینه خرید اولیه فراتر می رود.

توصیه برنامه به برنامه

بر اساس تفاوت عملکرد بالا، در اینجا یک توصیه مستقیم برای رایج ترین تصمیمات انتخاب شیر میدان نفتی بالادست وجود دارد:

• شیرهای اصلی سر چاه و شیرهای بال (فشار بالا، بالقوه ترش): شیر پلاگین روغن کاری شده - عملکرد عالی در شرایط ترش و ساینده، آب بندی قابل بازسازی در میدان، طرح های سازگار با API 6A تا 15000 psi موجود است.
• شیرهای تزریق بالابر گاز و سرویس گاز تمیز: شیر توپی - گشتاور کمتر، خاموش شدن حباب محکم با صندلی های نرم و هزینه کمتر از مزایای تعیین کننده در سرویس گاز تمیز و غیر ساینده است.
• انحراف جریان منیفولد تولید: شیر دوشاخه (3 طرفه یا 4 طرفه) - قابلیت چند پورت شیرهای پلاگین نیاز به چندین شیر را از بین می برد و لوله کشی منیفولد را به طور قابل توجهی ساده می کند.
• جداسازی جریان چاه با شن و ماسه بالا یا ساینده: شیر پلاگین روغن کاری شده یا شیر پلاگین غیرعادی - مکانیسم شستشوی روان کننده و سطوح آب بندی بزرگتر عمر مفید بیشتری نسبت به هر طرح شیر توپی در سرویس شنی پایدار ارائه می دهد.
• جداسازی دوبلوک و خونریزی: دریچه پلاگین انبساط - DBB تک بدنه با هزینه کمتر و ساخت ساده تر از شیرهای توپی جایگزین DBB.
• دریچه های خاموش کننده سیستم ابزار ایمنی (SIS): شیر توپی با صندلی‌های فلزی - بسته شدن سریع در یک چهارم چرخش، خاموش شدن حباب‌بندی مطمئن در سرویس تمیز، و در دسترس بودن گسترده بسته‌های محرک رتبه‌بندی SIL، شیرهای توپی را به انتخاب غالب برای کاربردهای ESD تبدیل می‌کند.
• تزریق آب و جابجایی آب تولیدی: شیر پلاگین آستین دار بدون روغن کاری یا شیر توپی - هر دو قابل دوام هستند. هنگامی که آب حاوی مواد جامد معلق در بالا باشد، شیر پلاگین ترجیح داده می شود 50 میلی گرم در لیتر .
• شیرهای خودکار محل چاه راه دور یا بدون سرنشین: شیر توپی - نیاز به گشتاور کمتر محرک باعث کاهش اندازه، وزن و مصرف برق می شود، که در مواردی که منبع پنوماتیک یا توان الکتریکی محدود است بسیار مهم است.

وقتی مهندسان انتخاب را اشتباه می کنند - و هزینه آن چقدر است

رایج‌ترین و پرهزینه‌ترین اشتباه در انتخاب شیر بالادست، تعیین یک شیر توپی نرم در سرویسی است که حاوی ماسه تولید شده یا راب‌های متناوب مواد جامد ساینده است. صرفه جویی در هزینه اولیه از 1000 تا 3000 دلار در هر شیر در مقایسه با شیر پلاگین، با تعویض مکرر صندلی، به تعویق انداختن تولید، و بار تعمیر و نگهداری مرکب در تاسیسات دریایی یا راه دور که بسیج خدمه تعمیر و نگهداری می تواند هزینه داشته باشد، به سرعت پاک می شود. 5000 تا 50000 دلار در هر مداخله بسته به مکان

برعکس، مشخص کردن شیرهای پلاگین روغن کاری شده در تمام موقعیت‌های یک سیستم جمع‌آوری گاز تمیز، هزینه‌های غیرضروری را اضافه می‌کند و یک برنامه تعمیر و نگهداری روانکار را تحمیل می‌کند، در جایی که به هیچ‌کدام نیازی نیست - شیرهای توپی با هزینه نصب پایین‌تر و بدون نیاز به روانکاری مداوم، به همان اندازه خوب عمل می‌کنند.

روش صحیح این نیست که به طور پیش فرض یک نوع در همه موقعیت ها انتخاب شود، بلکه باید نوع شیر را موقعیت به موقعیت بر اساس ترکیب خاص سیال، فشار، دما و دسترسی تعمیر و نگهداری در هر مکان انتخاب کرد. در یک پد چاه معمولی با 20 تا 30 موقعیت سوپاپ، مشخصات ترکیبی با استفاده از شیرهای پلاگین در سر چاه و منیفولد و دریچه‌های توپی در خطوط لوله تمیز و خدمات گاز، به طور مداوم کمترین هزینه کل مالکیت را در طول عمر تولید تأسیسات ارائه می‌کند.