Ce este un dispozitiv de prevenire a exploziilor și cum funcționează?

Un dispozitiv de prevenire a erupțiilor (BOP) este un ansamblu de supapă mecanică mare, de înaltă presiune, instalat la capul sondei unui puț de petrol sau gaz pentru a controla și etanșa sonda în cazul unei creșteri necontrolate a fluidelor de formare - cunoscută în mod obișnuit ca erupție. Este unul dintre cele mai critice dispozitive de siguranță în operațiunile de foraj de petrol și gaze: atunci când o sondă se lovește (presiunea de formare depășește presiunea hidrostatică a fluidului de foraj), BOP este bariera mecanică principală între sondă și suprafață, prevenind eliberarea necontrolată de hidrocarburi care ar putea duce la incendiu, explozie, daune mediului și pierderi de vieți omenești.

Pentru echipele de achiziții tehnice și cumpărătorii de echipamente de foraj care evaluează dispozitiv de prevenire a erupțiilor de puț de petrol componentele și piesele, înțelegerea modului în care funcționează sistemul BOP - și ce precizie de fabricație este necesară pentru a asigura o performanță fiabilă - este baza pentru specificațiile eficiente ale echipamentelor și evaluarea furnizorilor.

De ce este importantă prevenirea erupțiilor

Presiunea de formare - presiunea naturală a petrolului, gazului și apei într-un rezervor subteran - poate atinge zeci de mii de PSI în puțurile adânci. În timpul forajului, această presiune este în mod normal echilibrată de presiunea hidrostatică a coloanei de noroi de foraj din sondă. Când echilibrul este pierdut - deoarece presiunea de formare depășește presiunea noroiului sau pentru că fluidul de foraj este pierdut într-o formațiune poroasă - fluidele de formare pot intra în sondă și pot curge în sus rapid. Fără BOP pentru sigilarea sondei, aceasta se poate transforma într-o explozie de suprafață: un flux necontrolat de hidrocarburi cu consecințe catastrofale.

Dezastrul Deepwater Horizon din 2010 – în care eșecul BOP de a sigila un puț de apă adâncă a dus la o explozie, 11 morți și cea mai mare deversare de petrol marin din istoria SUA – a ilustrat consecințele defecțiunii BOP la cea mai înaltă scară de severitate. Prin urmare, performanța și fiabilitatea BOP sunt supuse celor mai riguroase standarde de inginerie, producție și testare din sectorul echipamentelor pentru petrol și gaze.

Componentele principale ale unei stive de prevenire a exploziilor

Un sistem BOP complet instalat pe o sondă de foraj se numește stivă BOP - un ansamblu vertical de mai multe tipuri BOP stivuite și conectate împreună pentru a oferi multiple funcții independente de etanșare. Principalele tipuri de componente dintr-o stivă BOP sunt:

Prevenitori de berbec

Prevenitoarele de berbec sunt unitățile funcționale de bază ale stivei BOP. Acestea funcționează prin închiderea berbecurilor acționate hidraulic - blocuri de oțel prevăzute cu elemente de etanșare elastomerice - peste puțul de foraj. Diferite tipuri de RAM îndeplinesc diferite funcții de etanșare:

• Berbeci pentru țevi (berbeci cu alezaj variabil): Închideți în jurul țevii de foraj, carcasei sau țevii din sondă, etanșând spațiul inelar dintre diametrul exterior al țevii și sondă. Ele țin presiunea de jos în timp ce garnitura de foraj rămâne în puț. Berbecii cu alezaj variabil pot etanșa în jurul țevilor de diferite diametre fără a schimba ansamblul berbecului.
• Berbeci orbi: Închideți peste o sondă care nu conține țeavă, etanșând complet sonda atunci când garnitura de foraj a fost trasă deasupra BOP sau când sonda curge fără țeavă în gaură. Folosit în combinație cu berbeci de forfecare într-un ansamblu integrat.
• Berbeci de forfecare (berbeci de forfecare oarbă): Cel mai critic tip de berbec în stivele BOP de apă adâncă. Berbecii de forfecare sunt proiectați pentru a tăia fizic țevile de foraj, cablurile sau țevile spiralate din sondă folosind o forță de forfecare extrem de mare, apoi etanșează sonda tăiată de dedesubt. Ele sunt mecanismul de etanșare de ultimă instanță atunci când puțul nu poate fi controlat prin alte mijloace, iar garnitura de foraj trebuie tăiată pentru a sigila puțul. Geometria lamei de forfecare și duritatea materialului trebuie să fie potrivite cu dimensiunea și gradul maxim de țeavă care pot fi prezente în sondă.

Preventoare inelare (BOP sferice)

Un dispozitiv de prevenire inelar folosește un element de ambalare elastomeric în formă de gogoși care se închide în jurul a ceea ce se află în sondă - țeavă, gulere de foraj, Kelly, fir - prin compresia elementului de cauciuc în interior. Deoarece se conformează formei oricărui obiect din sondă, dispozitivul de prevenire inelar poate etanșa în jurul secțiunilor transversale neregulate și poate fi folosit pentru a demonta conducta (deplasarea conductei prin dispozitivul de prevenire închis sub presiune) cu proceduri de operare adecvate. Dispozitivul de prevenire inelar este de obicei instalat în partea de sus a stivei BOP.

Liniile de sufocare și ucidere

Stiva BOP include supape de ieșire laterale - linia de sufocare și linia de ucidere - care permit inginerilor de foraj să circule fluidele în și în afara sondei cu BOP-urile închise. Linia de șoc permite eliberarea controlată a presiunii din sondă printr-un distribuitor de șoc la suprafață, permițând operațiuni controlate de ucidere a puțului. Linia de ucidere permite pomparea noroiului greu în sondă pentru a restabili echilibrul hidrostatic și a recăpăta controlul puțului.

Sistem de control hidraulic

Toate funcțiile BOP - berbeci de deschidere și închidere, dispozitive de prevenire a inelare de deschidere și închidere, supape de șoc și oprire de funcționare - sunt controlate hidraulic printr-un sistem de control bazat pe acumulator („unitatea de control BOP” sau „unitatea Koomey”). Acumulatorul stochează lichidul hidraulic sub presiune suficientă pentru a închide toate funcțiile BOP, chiar dacă sursa de alimentare hidraulică se defectează, oferind capacitatea de închidere de siguranță. Cerințele privind timpul de răspuns pentru închiderea BOP sunt specificate în standardele de reglementare - în majoritatea jurisdicțiilor, închiderea completă trebuie să fie realizabilă în 30 de secunde de la inițierea comenzii de închidere.

Cum răspunde sistemul de prevenire a exploziilor la o lovitură de puț

Atunci când echipa de foraj detectează o lovire a sondei - indicată de o creștere a retururilor fluidului de foraj, o scădere a presiunii pompei sau o creștere a volumului carierei - procedura standard de control al sondei inițiază următoarea secvență:

1. Închideți dispozitivul de prevenire inelar în jurul garniturii de foraj pentru a închide puțul în timp ce garnitura de foraj este în gaură
2. Închideți țevile corespunzătoare pentru o integritate suplimentară de etanșare în jurul țevii de foraj
3. Citiți presiunea închiderii conductei de foraj și presiunea închiderii carcasei pentru a determina presiunea de formare și a calcula greutatea necesară a noroiului de distrugere
4. Circulați ucide noroiul în sondă prin linia de ucidere, circulând influxul în afară prin linia de sufocare sub presiune inversă controlată, până când sonda este stabilizată cu noroi cu greutate de ucidere
5. Dacă puțul nu poate fi controlat prin circulație - de exemplu, dacă șirul de foraj a fost pierdut sau despărțit - închideți berbeci de forfecare oarbă pentru a tăia conducta și a etanșa sonda

Cerințele de precizie de fabricație pentru componentele BOP

Echipamentele BOP trebuie să funcționeze fiabil în condiții extreme: presiuni în foraj de până la 20.000 PSI (1.379 bar) pentru aplicații în ape ultra-profunde, medii de serviciu acide cu hidrogen sulfurat (H₂S) care provoacă fisurarea prin stres de sulfură în oțel specificat necorespunzător, cicluri de temperatură de la condițiile suprafeței arctice la temperaturi ridicate în fundul puțului și sarcina mecanică de asamblare a țevilor de asamblare.

Aceste cerințe se traduc direct în specificații de producție de precizie pe care furnizorii de componente BOP trebuie să le îndeplinească:

Specificația materialului

Corpurile BOP, blocurile de berbec și componentele care conțin presiune sunt fabricate din oțeluri aliate de înaltă rezistență - de obicei 4130, 4140 sau clase personalizate care îndeplinesc cerințele de material API 6A și API 16A pentru echipamentele de puțuri sub presiune. Respectarea serviciului acru (NACE MR0175/ISO 15156) este necesară pentru orice BOP care operează în medii de puțuri care conțin H₂S, ceea ce limitează duritatea maximă și specifică cerințele de tratament termic care previn eșecul fisurarii prin stres cu sulfuri.

Precizie dimensională

Dimensiunile alezajului pistonului, canelurile de etanșare, fețele capotei și ale cilindrilor hidraulici trebuie prelucrate la toleranțe strânse care să asigure o poziție adecvată a berbecului, o comprimare fiabilă a etanșării elastomerice și o acționare hidraulică fără scurgeri. Consecința erorii dimensionale într-o limită a presiunii BOP este o potențială scurgere sau defecțiune a etanșării în momentul de cea mai mare criticitate - atunci când sondele se declanșează, iar fiabilitatea închiderii este esențială pentru siguranța vieții.

Testare de presiune

Fiecare ansamblu BOP este testat la presiune la un multiplu al presiunii nominale de lucru (de obicei de 1,5 ori WP nominal) înainte de a părăsi unitatea de producție, cu înregistrări documentate de testare. API 16A specifică procedura de testare și criteriile de acceptare pentru testarea presiunii ram BOP. Componentele individuale care conțin presiune — corpuri, capote, capace de capăt — sunt testate hidrostatic ca parte a protocolului de calitate a producției înainte de asamblare.

Tipuri BOP în funcție de aplicație

Standarde aplicabile pentru echipamentele de prevenire a exploziilor

Echipamentele BOP sunt proiectate, fabricate și testate conform standardelor recunoscute internațional. Standardele principale aplicabile sunt:

• API 16A: Specificații pentru echipamentele de foraj - standardul principal de proiectare și fabricație pentru BOP-uri cu berbec și BOP-uri inelare utilizate în operațiunile de foraj
• API 16C: Specificații pentru echipamente de șoc și ucidere — acoperă colectoarele de șoc, liniile de oprire și echipamentele de control a presiunii aferente
• API 16D: Specificații pentru sistemele de control pentru echipamentele de control al puțurilor de foraj
• ISO 13533: Echivalentul internațional al API 16A pentru echipamentele de perforare
• NACE MR0175 / ISO 15156: Cerințe de material pentru aplicațiile de servicii acru H₂S

Întrebări frecvente

Care este diferența dintre un BOP și un cap de puț?

The cap de fântână este echipamentul permanent de la suprafața unei puțuri care asigură suport structural și reținere a presiunii pentru șirurile de tubaj care curg în puț. Este o instalație permanentă care rămâne pe puț pe toată durata vieții sale de producție. The dispozitiv de prevenire a exploziilor este un echipament de foraj temporar instalat deasupra capului sondei numai în timpul fazelor de foraj și de finalizare a duratei de viață a sondei - este îndepărtat odată ce sonda este gata de producție și înlocuit cu echipament de arbore de producție. BOP este conectat la capul carcasei capului sondei și poate fi îndepărtat și recondiționat pentru a fi utilizat pe puțurile ulterioare.

Cât de des trebuie testat și inspectat un dispozitiv de prevenire a erupțiilor?

Cerințe de reglementare pentru Frecvența testării BOP variază în funcție de jurisdicție și mediu de operare. În majoritatea cadrelor de reglementare (reglementările US BSEE pentru sondele offshore, reglementările UKOPA din Marea Britanie și standardele naționale echivalente), testarea funcțională a tuturor componentelor BOP trebuie efectuată la intervale care nu depășesc 14 zile în timpul operațiunilor de foraj. La fiecare două săptămâni, echipa de foraj trebuie să închidă și să deschidă fiecare funcție BOP și să documenteze răspunsul la presiune și timpul de închidere. Testarea completă a presiunii este necesară la intervale specificate și după orice reparație sau înlocuire BOP. BOP-urile submarine în operațiunile de adâncime sunt supuse unor cerințe de testare mai riguroase, având în vedere dificultatea intervenției în cazul în care apare o defecțiune.

Ce materiale sunt folosite pentru fabricarea blocurilor de berbec BOP?

Corpurile de berbec BOP și blocurile de berbec sunt fabricate din clase de oțel aliat care îndeplinesc cerințele API 6A PSL (Nivel de specificare a produsului) - de obicei clase modificate AISI 4130 sau 4140 cu chimie, tratament termic, proprietăți mecanice și rezistență la impact specificate. Elementele de etanșare elastomerice de pe fețele berbecului și din jurul corpului berbecului sunt de obicei nitril (NBR), nitril hidrogenat (HNBR) sau alți elastomeri rezistenți la ulei selectați pentru compatibilitate cu tipul fluidului de foraj, evaluarea temperaturii și chimia sondei. Lamele de forfecare ale berbecurilor de forfecare oarbe sunt fabricate din oțel de scule de înaltă duritate sau oțel aliat tratat termic special, capabil să taie țevi de foraj de înaltă calitate sub forța hidraulică disponibilă de la unitatea de închidere BOP.

Poate fi reparat și reutilizat un BOP sau trebuie înlocuit după utilizare?

Echipamente BOP este proiectat pentru utilizare multiplă pe durata de viață nominală, cu întreținere regulată și recondiționare între operațiunile puțului. Blocurile de berbec și elementele de etanșare elastomerice sunt înlocuite ca elemente de uzură în timpul intervalelor de întreținere de rutină. Garniturile hidraulice, garniturile și suprafețele de uzură sunt inspectate și înlocuite după cum este necesar. Corpul BOP în sine - carcasa din oțel forjat sau turnat care conține presiune - este proiectat pentru o durată de viață extinsă cu inspecție periodică nedistructivă (NDE) pentru a detecta deteriorarea oboselii sau coroziunii. BOP-urile submarine de pe platformele de foraj pe termen lung sunt recuperate periodic la suprafață pentru dezasamblare completă, inspecție, recondiționare și recertificare înainte de a fi readuse în funcțiune.

Componente pentru prevenirea erupțiilor de puț de petrol de la mașinile Jiangyin Huanming

Jiangyin Huanming Machinery Co., Ltd. produce componente de prevenire a erupțiilor de puțuri de petrol prelucrate cu precizie și piese de echipamente de foraj aferente pentru industria petrolului și gazelor. Cu o capacitate avansată de prelucrare CNC cu componente mari, trasabilitate a materialelor de la fabrici de oțel certificate și procese de calitate documentate aliniate cu standardele internaționale de echipamente pentru petrol și gaze, Huanming Machinery furnizează componente ale corpului BOP, blocuri de berbec și piese aferente care conțin presiune producătorilor de echipamente de foraj și lanțurilor de aprovizionare MRO la nivel global.

Contactați-ne pentru a discuta despre cerințele dvs. de prelucrare a componentelor BOP, specificațiile materialelor și capacitatea de producție.

Produse înrudite: Prevenirea erupțiilor de puțuri de petrol | Cilindru mare compresor | Forjare si turnare | Bloc cilindric turnat