انواع مختلف دریچه های میدان نفتی فشار قوی چیست و چگونه می توان شیر مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کرد؟

دریچه های دروازه: شیر جداسازی اولیه برای خدمات سرچاهی و درخت کریسمس

شیر دروازه ای نوع شیر غالب در سرچاه های میدان نفتی فشار قوی و درختان کریسمس است. با بالا بردن یا پایین آوردن یک دریچه جامد عمود بر مسیر جریان عمل می کند و a تمام سوراخ، دو جهته، حباب بسته خاموش هنگام بسته شدن هنگامی که به طور کامل باز می شود، دروازه به طور کامل از مسیر جریان خارج می شود و محدودیت جریان صفر ایجاد می کند - یک ویژگی مهم برای سوراخ های چاه که در آن ابزارهای سیم، لوله های سیم پیچ و تفنگ های سوراخ دار باید از شیر عبور کنند.

جایی که از شیرهای دروازه استفاده می شود

• دریچه های اصلی (بالا و پایین) در درختان کریسمس: بسته شدن چاه اولیه، به ندرت کار می کند اما باید به طور قابل اعتماد تحت فشار کامل بسته شود.
• دریچه های بال در مورد خروجی های تولید و کشتن/تزریق: مسیرهای جریان فردی را از درخت کریسمس جدا کنید
• دریچه های سواب در بالای درخت کریسمس: مانع فشار اولیه را در طول عملیات سیم‌کشی و لوله‌های سیم پیچی فراهم کنید
• سر لوله و خروجی سر پوشش : مانیتورینگ فشار حلقوی را جدا کنید و نقاط تزریق مایع را از بین ببرید

پارامترهای انتخاب کلیدی

دریچه های دروازه برای خدمات میدان نفتی فشار بالا توسط API 6A (سرچاه و تجهیزات درخت کریسمس) یا API 6D (خدمات خط لوله). شیرهای دروازه ای API 6A با فشار کاری 2000 تا 20000 psi درجه بندی می شوند و باید با کلاس فشار کاری، کلاس مواد (AA تا HH برای سرویس ترش)، سطح مشخصات محصول (PSL 1-4) و الزامات عملکرد (PR1 یا PR2) مشخص شوند. برای هر شیر اصلی سر چاه یا شیر بال، حداقل PSL 3 و PR2 خط پایه صحیح هستند - هرگز PSL 1 یا PR1 برای خدمات تولید.

شیرهای توپی: ایزوله یک چهارم چرخش برای سرویس های چرخه بالا و خودکار

دریچه‌های توپی از یک عنصر بسته‌کننده کروی با سوراخ عبوری استفاده می‌کنند که هنگام باز بودن با مسیر جریان همسو می‌شود و هنگام بسته شدن 90 درجه می‌چرخد تا جریان را مسدود کند. این عملکرد یک چهارم چرخشی باعث می شود که شیرهای توپی به طور قابل توجهی سریعتر از شیرهای دروازه ای فعال شوند و حرکت چرخشی ساده آنها با محرک های الکتریکی و پنوماتیکی که در سیستم های خاموش کننده خودکار استفاده می شوند سازگارتر است.

جایی که از شیرهای توپی استفاده می شود

• شیرهای ایمنی سطحی (SSV) و شیرهای ESD خط لوله : در صورت از دست دادن سیگنال کنترل، بسته بدون خرابی، نیاز به فعال سازی سریع و مطمئن دارد
• عایق منیفولد و شیرهای بلوک هدر : سرویس چرخه بالا که در آن بسته بندی ساقه دریچه دروازه پیش از موعد فرسوده می شود
• سیستم های تزریق : متانول، بازدارنده رسوب، و خطوط تزریق بالابر گاز که در آن خاموش شدن سریع مورد نیاز است.
• شیرهای ایمنی زیرسطحی (SSSV) : دریچه های توپی پایین چاه که در رشته لوله قرار می گیرند که با از دست دادن فشار خط کنترل بسته می شوند - آخرین خط دفاعی در برابر جریان کنترل نشده چاه

Trunnion-Mounted در مقابل توپ شناور

در فشارهای بالا، دریچه های توپی نصب شده بر روی تنه انتخاب درستی هستند در طراحی توپ شناور، فشار خط، توپ را به سمت صندلی پایین دست فشار می‌دهد تا مهر و موم ایجاد کند - در 5000 psi و بالاتر، نیروی تماس صندلی از آنچه اکثر صندلی‌های الاستومری بدون تغییر شکل می‌توانند تحمل کنند، بیشتر می‌شود. طرح‌های نصب‌شده بر روی ران، توپ را بر روی قلاب‌های بالا و پایین ثابت می‌کنند، بارهای فشار خط را به جای صندلی‌ها به ساختار بدنه منتقل می‌کنند و به صندلی‌های فنری اجازه می‌دهند تا نیروی آب‌بندی ثابتی را مستقل از فشار حفظ کنند. شیرهای توپی شناور فقط تا حدود 1500 psi در خدمات میدان نفتی مناسب هستند.

شیرهای چک: جلوگیری از جریان برگشتی در خطوط تزریق و تولید

شیرهای بازرسی فقط در یک جهت جریان را مجاز می‌کنند و زمانی که جریان تلاش می‌کند جریان را معکوس کند، به‌طور خودکار بسته می‌شود. آنها فاقد اپراتور خارجی هستند - بسته شدن کاملاً توسط اختلاف فشار در سراسر شیر انجام می شود. در کاربردهای میدان نفتی فشار بالا، خرابی سوپاپ (عدم بسته شدن یا بسته نگه نداشتن) می تواند به سیالات چاه فشار بالا اجازه دهد تا به سیستم های تزریق برگردند، خطوط تزریق مواد شیمیایی را آلوده کنند یا به کمپرسورها و پمپ ها آسیب برسانند. .

انواع رایج شیر چک در خدمات میدان نفتی

• سوپاپ های چک را بچرخانید : یک دیسک لولایی تحت جریان رو به جلو باز می شود و تحت فشار معکوس بسته می شود. ساده و قابل اعتماد اما محدود به نصب افقی و کاربردهای نسبتاً کم سرعت. رایج در هدرهای تزریق آب در 3000-5000 psi.
• شیرهای چک پیستونی (بالابر). : یک پیستون یا دیسک تحت جریان رو به جلو از صندلی خود بلند می شود و تحت فشار معکوس یا بار فنر قرار می گیرد. فشرده تر از چک های چرخشی و مناسب برای نصب عمودی. به طور گسترده در پره های تزریق مواد شیمیایی و سیستم های اندازه گیری فشار بالا تا 15000 psi استفاده می شود.
• شیرهای چک دو صفحه ای (ویفری). : دو صفحه نیمه دیسکی فنری به سرعت در اثر برگشت جریان بسته می شوند و چکش آب را به حداقل می رساند. در سیستم‌های تزریق گاز با جریان بالا و بالابر گاز ترجیح داده می‌شود، جایی که بررسی‌های نوسانی با بسته شدن آهسته باعث افزایش فشار مضر می‌شود.

برای دریچه های بازرسی سرویس ترش، همان الزامات مواد NACE MR0175 که بر بدنه شیر دروازه حاکم است اعمال می شود. تمام اجزای خیس شده باید سختی و آلیاژ مورد نیاز برای فشار جزئی H2S موجود را برآورده کنند از جمله فنر، دیسک و حلقه صندلی.

دریچه های خفه کن: کنترل نرخ جریان و فشار سرچاه

شیر خفه کننده یک دستگاه دریچه گاز است که یک افت فشار کنترل شده را در سرتاسر یک روزنه محدود ایجاد می کند و به اپراتورها اجازه می دهد تا فشار جریان سرچاه و نرخ تولید را مدیریت کنند. برخلاف شیرهای جداسازی - که کاملاً باز یا کاملاً بسته هستند - دریچه‌های خفه کننده به طور مداوم در موقعیت نیمه باز تحت شرایط جریان فرسایشی و حفره‌ای شدید کار می‌کنند. یک دریچه خفه کننده در یک چاه گاز 10000 psi ممکن است افت فشار 8000 تا 9500 psi را در یک تریم کاربید تنگستن با سرعت گاز نزدیک به صوتی در صندلی تجربه کند. .

چوک های ثابت در مقابل قابل تنظیم

• چوک های ثابت (مثبت). : یک لوبیا دهانه قابل تعویض با قطر سوراخ ثابت. ساده، کم تعمیر و نگهداری، و مقاوم در برابر نشتی - طراحی ارجح برای چاه های تاسیس شده با نرخ تولید پایدار. اندازه سوراخ ها بر حسب 64 اینچ مشخص می شود (به عنوان مثال، چوک "32/64" دارای دهانه 1/2 اینچی است).
• چوک های قابل تنظیم : طراحی سوزن و نشیمنگاه یا دیسک چرخشی که به اپراتور اجازه می دهد تا ناحیه دهانه را از 0% تا 100% باز تغییر دهد بدون اینکه شیر را از سرویس خارج کند. در طول آزمایش چاه، عملیات برگشت جریان و تولید اولیه در جایی که اندازه چوک بهینه هنوز ایجاد نشده است مورد نیاز است. چوک های قابل تنظیم نرخ فرسایش صندلی را به طور قابل توجهی نسبت به چوک های ثابت تجربه می کنند و نیاز به تعویض مکرر تریم دارند.

انتخاب مواد تزئینی دریچه خفه کننده توسط فرسایش جریان سیال تولید شده انجام می شود. کاربید تنگستن (WC-Co، 94% WC) ماده استاندارد برای سرویس گاز با شن و ماسه یا با سرعت بالا است. ، مقاومت فرسایشی 5 تا 10 برابر فولاد ضد زنگ سخت شده 17-4 PH را فراهم می کند. برای سرویس های بسیار خورنده یا ترش، روکش Stellite 6 یا تریم Inconel 625 در ترکیب با صندلی های WC مشخص شده است.

دریچه های سوزنی: کنترل دقیق در خطوط تزریق ابزار و مواد شیمیایی

دریچه های سوزنی از یک پیستون سوزنی شکل باریک و باریک استفاده می کنند که در یک نشیمن مخروطی منطبق قرار می گیرد. کنترل دقیق جریان در خطوط با قطر کوچک، ابزار پرفشار و خطوط تزریق مواد شیمیایی . آنها برای انجام وظیفه ایزوله کامل طراحی نشده اند - ناحیه تماس سوزن با صندلی نازک برای ایجاد حباب بسته در دوچرخه سواری مکرر در نظر گرفته نشده است.

جایی که از شیرهای سوزنی استفاده می شود

• دریچه های ریشه ابزار و جداسازی سنج : فرستنده های فشار، گیج ها و اتصالات نمونه را از فشار چاه زنده جدا کنید. معمولاً بین 10000 تا 20000 psi در سایزهای 1/4 اینچی تا 1 اینچی رتبه بندی می شود.
• گلوله های تزریق مواد شیمیایی : بازدارنده مقیاس متر، بازدارنده خوردگی، و نرخ تزریق بازدارنده هیدرات در دهانه چاه. شیر سوزنی تنظیم ورنیه سرعت تزریق را فراهم می کند که یک دروازه یا شیر توپی نمی تواند به آن برسد.
• اتصالات خون ریزی و هواگیری : فشار لوله ابزار یا سیلندرهای نمونه را به صورت کنترل شده و اندازه گیری شده به جای آزاد شدن ناگهانی فشار کاهش دهید.
• تابلوهای کنترل هیدرولیک : تنظیم دقیق نرخ جریان سیال هیدرولیک به خطوط کنترل دریچه ایمنی پایین چاه و محرک های سر چاه

دریچه های سوزنی میدان نفتی فشار بالا معمولاً از فولاد ضد زنگ 316، اینکونل 625 یا فولاد ضد زنگ دوبلکس برای مواد بدنه و سوزنی، با اندازه اتصال 1/4 اینچ تا 1 اینچ NPT یا اتصالات مخروطی و رزوه فشار متوسط سبک اتوکلاو (MP) و فشار بالا (HP) تا 20000 psi.

شیرهای دوشاخه: جداسازی فشرده برای کاربردهای چند پورت و منیفولد

دریچه‌های دوشاخه از یک پلاگ استوانه‌ای یا مخروطی با یک دریچه عبوری استفاده می‌کنند که 90 درجه در داخل بدنه می‌چرخد تا مسیر جریان را باز یا بسته کند - از نظر عملکردی شبیه یک شیر توپی است اما با یک عنصر بسته‌کننده استوانه‌ای به جای کروی. در خدمات میدان نفتی فشار قوی، شیرهای پلاگین روغن کاری شده رایج ترین نوع هستند: یک درزگیر به فضای حلقوی بین دوشاخه و بدنه تزریق می شود که در حین چرخش روانکاری می کند و مهر و موم اولیه فلز به فلز را تکمیل می کند.

جایی که از شیرهای دوشاخه استفاده می شود

• انحراف چند پورت سرچاه و منیفولد : شیرهای پلاگین در پیکربندی های 3 و 4 طرفه موجود هستند که می توانند جریان را بین چندین خروجی با یک ربع چرخش منحرف کنند - عملکردی که برای تکرار به دو یا چند دریچه دروازه ای یا توپی نیاز دارد.
• سرویس با جامدات بالا یا دوغاب : سیستم تزریق درزگیر به شیر پلاگین اجازه می دهد تا در جریان های حاوی ماسه یا رسوب که به سرعت یک صندلی شیر توپی را ساییده می کند کار کند.
• منیفولدهای تست جریان و چاه تست : در جایی که توانایی مسیریابی جریان به جداکننده های آزمایشی، شعله ور شدن، یا ذخیره سازی بدون چندین عملیات دریچه، پیچیدگی تست را کاهش می دهد.

دریچه‌های دوشاخه در سرویس‌های میدان نفتی با فشار بالا معمولاً به این رتبه‌بندی می‌شوند 3000-10000 psi و بسته به محل سرویس بر اساس API 6D یا API 6A تولید می شود. بالاتر از 10000 psi، شیرهای توپی و دروازه ای معمولاً به دلیل دشواری حفظ عملکرد تزریق درزگیر ثابت در فشارهای دیفرانسیل بسیار بالا ترجیح داده می شوند.

مقایسه نوع سوپاپ: تفاوت های کلیدی در یک نگاه

جدول زیر تفاوت های عملکردی بین شش نوع شیر میدان نفتی فشار بالا را برای پشتیبانی از انتخاب اولیه خلاصه می کند:

نحوه انتخاب شیر میدان نفتی با فشار بالا: یک چارچوب چهار مرحله ای

انتخاب سوپاپ باید از یک توالی ساختار یافته پیروی کند. نادیده گرفتن مراحل - به ویژه پرش به کاتالوگ های سازنده قبل از تعریف شرایط خدمات - علت اصلی اکثر خرابی های تعیین نادرست است.

مرحله 1 - تابع مورد نیاز را تعریف کنید

با کاری که شیر باید انجام دهد شروع کنید، نه از نوع آن. تنها چهار عملکرد سوپاپ در خدمات میدان نفتی وجود دارد:

• انزوا : کاملا باز یا کاملا بسته. بدون دریچه گاز - شیر دروازه یا سوپاپ توپی
• دریچه گاز / کنترل جریان موقعیت متغیر پیوسته - سوپاپ خفه کننده (با سوراخ بزرگ، ΔP زیاد) یا شیر سوزنی (حفره کوچک، اندازه گیری دقیق)
• جلوگیری از برگشت / برگشت برگشت : اتوماتیک، بدون نیاز به اپراتور - شیر چک
• انحراف : مسیریابی جریان بین مسیرهای متعدد - شیر پلاگین (چند پورت) یا چندین شیر توپی/دریایی در آرایش منیفولد

مرحله 2 - شرایط خدمات را تعریف کنید

برای هر محل دریچه، قبل از تماس با سازنده، پاکت کامل سرویس را تنظیم کنید:

• حداکثر فشار کاری : از SIWHP برای دریچه های سر چاه، MAOP برای دریچه های خط لوله و سطح استفاده کنید
• محدوده دما : حداقل دمای محیط و حداکثر دمای سیال تولیدی
• ترکیب مایع : فشار جزئی H2S، محتوای CO2، غلظت کلرید، محتوای ماسه، و شوری آب تولید شده - همه بر انتخاب مواد تأثیر می‌گذارند.
• فرکانس چرخه : هر چند وقت یکبار شیر در روز یا سالانه کار می کند. کاربردهای چرخه بالا، شیرهای توپی را به شیرهای دروازه ای ترجیح می دهند
• الزامات فعال سازی : بسته دستی، هیدرولیک بدون خرابی، پنوماتیک یا الکتریکی - و منبع تغذیه کنترلی موجود در محل نصب

مرحله 3 - استاندارد حاکم را اعمال کنید

محل نصب تعیین می کند که کدام استاندارد API یا ASME بر مشخصات شیر حاکم است:

مرحله 4 - سطح کیفیت و الزامات مستندسازی را مشخص کنید

هنگامی که نوع شیر و استاندارد حاکم تعیین شد، لایه مشخصات نهایی نیاز به کیفیت و آزمایش است. برای شیرهای API 6A، این به معنای PSL و PR است. برای شیرهای API 6D، این به معنای مشخص کردن الزامات آزمایش تکمیلی از ضمیمه استاندارد است، از جمله آزمایش‌های صندلی فشار پایین، NDE روی جوش‌های بدنه و آزمایش ضربه Charpy. به عنوان شرط تحویل، همیشه به یک بسته مستندات آزمایشی و قابلیت ردیابی کامل مواد نیاز دارید - بدون آن، نمی‌توانید مطابقت با مقررات را نشان دهید یا تجزیه و تحلیل علت اصلی را در صورت خرابی دریچه انجام دهید.

خدمات ترش و HPHT: زمانی که مشخصات استاندارد کافی نیست

دو محیط خدماتی - گاز ترش (حاوی H2S) و فشار بالا / دمای بالا (HPHT، تعریف شده به صورت بالای 15000 psi و/یا بالاتر از 300 درجه فارنهایت) - الزاماتی فراتر از مواردی را که با مشخصات استاندارد شیر API برآورده شده است، تحمیل می کند. در این محیط ها، شیرهای کاتالوگ استاندارد با کلاس فشار اسمی API و درجه مواد اغلب ناکافی هستند ، و اپراتورها باید قبل از تعیین جزئیات، سازندگان را در یک بررسی دقیق طراحی مشارکت دهند.

• سرویس ترش : تمام اجزای خیس شده - بدنه، کاپوت، دروازه یا توپ، صندلی ها، ساقه، بست ها و فنرها - باید با الزامات سختی و آلیاژ NACE MR0175/ISO 15156 مطابقت داشته باشند. آستانه فشار جزئی H2S 0.05 psia است، که در غلظت‌های شگفت‌آور پایین H2S در جریان‌های گاز فشار بالا به دست می‌آید.
• HPHT : مهر و موم های استاندارد الاستومری بدنه و بسته بندی ساقه بالاتر از ~350 درجه فارنهایت درجه بندی نمی شوند. شیرهای HPHT به مهر و موم های PTFE با انرژی فنر، بسته بندی گرافیت یا عناصر آب بندی تمام فلزی نیاز دارند. ضخامت دیواره بدنه باید با تجزیه و تحلیل اجزای محدود (FEA) در فشار و دمای طراحی تایید شود، نه با فرمول استاندارد ضخامت دیواره API، که برای شرایط HPHT ایجاد نشده است.
• HPHT ترش ترکیبی : سخت‌ترین ترکیب، نیاز به تزئینات CRA (آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی) و بدنه شیرهای CRA با پوشش CRA یا جامد، مهر و موم‌های تمام فلزی، و مواد شخص ثالث و صلاحیت طراحی طبق API 6A Annex F. زمان تحویل این شیرها معمولاً 16 تا 26 هفته از تولیدکنندگان واجد شرایط است.

نتیجه گیری

شش نوع شیر میدان نفتی با فشار بالا - دروازه، توپ، چک، چوک، سوزن و دوشاخه - قابل تعویض نیستند. هر کدام به این دلیل وجود دارد که یک مشکل کنترل جریان خاص را حل می کند که دیگران نمی توانند به طور موثر آن را حل کنند. انتخاب شیر مناسب با تعریف عملکرد مورد نیاز شروع می شود، نه مرور کاتالوگ محصول : انزوا، مهار، عدم بازگشت یا انحراف. از آنجا، فشار سرویس، ترکیب سیال، دما، فرکانس چرخه و استانداردهای نظارتی، زمینه را به یک مشخصات دقیق محدود می‌کنند.

در محیط‌های میدان نفتی با فشار بالا که فشار عملیاتی به 10000-20000 psi می‌رسد و سیالات ممکن است حاوی H2S، CO2، ماسه و آب تولید شده باشند، دریچه‌ای که به درستی تایپ شده است اما به اشتباه برای کلاس مواد، PSL یا مطابقت با سرویس ترش مشخص شده است به اندازه نوع شیر اشتباه کاملاً خطرناک است. چارچوب چهار مرحله‌ای - عملکرد، شرایط خدمات، استاندارد حاکم، سطح کیفیت - که به طور مداوم در مرحله مهندسی اعمال می‌شود، مطمئن‌ترین راه برای اطمینان از عملکرد هر شیر در یک سیستم سرچاهی برای طول عمر کامل آن است.