Zapobieganie wydmuchom BOP: jak element zapobiegający wydmuchom uszczelnia studnię podczas wiercenia

Kopnięcie zamienia się w wybuch w ciągu kilku minut. Płyn z formacji przedostaje się do odwiertu, ponieważ ciśnienie w formacji przekroczyło ciśnienie hydrostatyczne kolumny mułu i od tego momentu załoga pracuje na czas. Sprzęt stojący w tej szczelinie zapobiega wydmuchom, a wyrażenie „wydmuch BOP” tak naprawdę opisuje jedno pytanie: czy stos zamknie się i uszczelni, zanim studnia wygra?

Krótka odpowiedź: zabezpieczenie przed wydmuchem zatrzymuje wydmuch, zamykając i uszczelniając odwiert na polecenie - wokół rury wiertniczej za pomocą siłowników, w poprzek otwartego otworu za pomocą ślepych siłowników, wokół niemal dowolnego kształtu za pomocą elementu pierścieniowego lub poprzez całkowite ścięcie rury za pomocą siłowników ścinających. Linie dławiące i zabijające utrzymują kontrolowaną ścieżkę przepływu otwartą na powierzchnię, dzięki czemu załoga może rozprowadzać błoto o masie zabijającej. BOP zawiera studnię; ciężar błota go zabija.

Awarie, które mają znaczenie, rzadko wynikają z koncepcji. Pochodzą one z niewłaściwego elementu zamykającego rurę w otworze, elastomerów, których nigdy nie oceniano pod kątem temperatury odwiertu lub zawartości H2S, oraz testów ciśnieniowych, które nigdy nie odtworzyły rzeczywistych warunków zamknięcia. W poniższych sekcjach opisano wybór typu, układ stosu, specyfikację API 16A i pułapki zakupowe, które pojawiają się po podpisaniu zamówienia zakupu.

Co to jest środek zapobiegający wydmuchom i czego nie może zrobić

Zabezpieczenie przed wydmuchem to zespół zaworu wysokociśnieniowego przymocowany kołnierzowo do głowicy odwiertu, przeznaczony do zamykania i uszczelniania odwiertu za pomocą sterowania hydraulicznego lub mechanicznego; API 16A to obowiązująca specyfikacja dotycząca wierceń i serwisowania sprzętu BOP.

Mechanicznie każdy BOP wykonuje cztery zadania:

• Uszczelnia otwór wokół lub w poprzek tego, co znajduje się w otworze – rury wiertniczej, obudowy, Kelly’ego, przewodu przewodowego lub niczego.
• Utrzymuje otwartą ścieżkę cyrkulacyjną przez szpule wylotowe oraz przewody dławiące i zabezpieczające, tak aby studnia mogła krążyć, gdy jest zamknięta.
• Przecina rurę gdy żaden element uszczelniający nie może się z nim połączyć, za pomocą siłowników ścinających.
• Trzyma ciśnienie wystarczająco długo, aby załoga zebrała błoto, przepompowała je w dół sznurka i zabiła studnię.

Jedyne, czego nie może zrobić, to usunąć przyczynę kopnięcia. BOP, który zamyka się idealnie, nadal pozostawia odwiert pod ciśnieniem, a zbiornik jest kontrolowany przez masę mułu i następujący po nim harmonogram cyrkulacji. Traktowanie stosu jako narzędzia do zabijania, a nie do powstrzymywania, pozostaje jednym z najbardziej uporczywych błędnych przekonań na temat dobrej kontroli.

Lokalizacja stosu również kształtuje projekt. Nad stołem obrotowym znajduje się stos powierzchniowy, przy którym można wymieniać siłowniki i sprawdzać je na podłodze wiertnicy. Podmorski komin znajduje się na dnie morskim wewnątrz ramy, dodaje rozłącznik morski i dodatkowe moduły sterujące, a także sprawia, że ​​każdy elastomer zmienia działanie na statku. Logika zamknięcia jest taka sama; ekonomika utrzymania nie jest taka.

Pierścieniowy lub Ramowy: Wybór elementu zamykającego

Element zamykający wybieraj kierując się rurą w otworze i ciśnieniem, jakie musi wytrzymać, a nie tym, co akurat znajduje się na półce.

Pierścieniowe zabezpieczenia zamykają się wokół wszystkiego — rury, osłony, Kelly'ego lub otwartego otworu — ponieważ tłok hydrauliczny wciska element elastomerowy do wewnątrz, a element dopasowuje się do wszystkiego, co spotyka. Ta elastyczność kosztuje ciśnienie robocze i zawęża okno temperaturowe. Zabezpieczenia przed tłokiem zamieniają elastyczność na wyższe ciśnienie robocze i stałą geometrię uszczelnienia, dlatego większość stosów posiada jedno i drugie.

API 16A Pierścieniowy środek zapobiegający wydmuchom do kontroli studni Pierścieniowy BOP for API 16A well-control stacks; its flexible element closes around pipe, casing, kelly or open hole. Zobacz produkt →

Na stosie powierzchni roboczej zwykle odczytuje się, od głowicy odwiertu w górę: szpulę wiertniczą z dławikiem i wylotami zabijającymi, jedną lub dwie wnęki siłownika (rura plus ślepa lub ścinana), a następnie pierścieniowy na górze. Pierścień zajmuje ostatnie miejsce, ponieważ jest najbardziej tolerancyjnym elementem i tym, który ma być dostępny, gdy rura się porusza lub sznurek nie jest wyśrodkowany.

Podwójny środek zapobiegający wydmuchom API 16A do kontroli studni Podwójny siłownik BOP do uszczelniania głowicy odwiertu, z dwoma siłownikami zamykającymi się wokół rury lub obudowy, tworząc barierę podczas nieprawidłowego ciśnienia. Zobacz produkt →

Powtarzają się dwa błędy dotyczące rozmiaru. Pierwszym z nich jest wybranie otworu stempla wyłącznie dla rury wiertniczej, zapominając, że w otworze może znajdować się obudowa, narzędzie Kelly'ego lub lina przewodowa, gdy odwiert będzie wymagał zamknięcia. Drugi polega na ułożeniu wnęk o ciśnieniu 10 000 psi pod pierścieniem o ciśnieniu 5000 psi i zakładając, że zespół ma w całym zakresie niższą wartość znamionową — głowica odwiertu, szpula i kolektor mają własne wartości znamionowe, a najsłabszy element wyznacza granicę dla całej koperty ciśnieniowej.

Systemy sterowania: przekształcanie decyzji w zamknięty baran

Każdy element zamknięcia zależy od zmagazynowanej energii hydraulicznej, dlatego system sterowania jest tak samo ważny jak żelazko.

Butle akumulatorowe, moduły sterujące, przewody pilotowe i panel operatora w ciągu kilku sekund przekształcają decyzję w zamknięty siłownik. Nowoczesne sterowanie BOP z jednym siłownikiem przeszło w kierunku intuicyjnych interfejsów operatora ze sprzężeniem zwrotnym położenia siłownika, odczytami ciśnienia w kolektorze i logiką sekwencyjnego zamykania, co skraca odległość między rozpoznaniem kopnięcia a zamknięciem studni. Praktyczne szczegóły opisano w tej nocie Zdalna obsługa pojedynczego barana BOP . Niezależnie od interfejsu, sprawdź czas zamykania i pojemność akumulatora pod kątem wymagań systemu sterowania stosu i potwierdź, że zabezpieczenie przed awarią oznacza zamknięcie, a nie zatrzymanie.

Stan płynu hydraulicznego jest cichą zmienną. Zanieczyszczony płyn spowalnia ruch tłoka, a powolny ruch jest odczytywany jako awaria sterowania podczas testu działania, a nie podczas kopnięcia, bo to jedyny dobry moment, aby go znaleźć.

Testowanie: Tam, gdzie zapobieganie wydmuchom zwykle zawodzi jako pierwsze

Większość błędów BOP wykrywa się podczas testowania, a nie podczas kopnięcia, i właśnie dlatego program testowy przeważa nad arkuszem danych.

Dwa testy odpowiadają na dwa różne pytania. Testowanie działania potwierdza ruch siłownika i reakcję układu sterującego; próba ciśnieniowa wykazała, że ​​uszczelka utrzymuje ciśnienie robocze. Powszechną praktyką, zgodnie z normą API Standard 53 i polityką operatora, jest przeprowadzanie próby ciśnieniowej komina po jego zainstalowaniu, po każdej wymianie siłownika lub uszczelki, po próbie ścinania oraz w cyklu, który zazwyczaj nie przekracza 21 dni, z testami działania przeprowadzanymi przy każdym uruchomieniu lub co najmniej raz w tygodniu.

Narzędziem, które sprawia, że ​​testowanie ciśnieniowe jest praktyczne na podłodze platformy wiertniczej, jest kikut testowy. Wchodzi on w rurę wiertniczą, uszczelnia wnętrze otworu poniżej badanej wnęki i umożliwia przyłożenie ciśnienia od spodu, dzięki czemu każdą wnękę siłownika, połączenia pierścieniowe i wylotowe można sprawdzić niezależnie, bez ciągnięcia sznurka.

Kikut testowy API 16A BOP do prób ciśnieniowych Kikut testowy uszczelniający wnętrze otworu poniżej wnęki siłownika, umożliwiający niezależne testowanie ciśnieniowe wnęk BOP, połączeń pierścieniowych i wylotowych. Zobacz produkt →

Zapisz, co było testowane, pod jakim ciśnieniem, jak długo i z jakim płynem. Wykres testowy, który pokazuje takie samo ciśnienie wywierane na każdą wnękę, niezależnie od wartości znamionowej, ma tendencję do załamywania się podczas audytu i nie mówi następnej załodze nic o tym, gdzie faktycznie znajduje się uszczelka.

Lista kontrolna specyfikacji: Co należy potwierdzić w BOP API 16A

Dwa prefabrykaty o tej samej średnicy i ciśnieniu mogą być bardzo różnymi elementami wyposażenia, dlatego przed porównaniem ofert należy sprawdzić te parametry.

Ryzyko związane z zaopatrzeniem Kupujący uczą się na własnej skórze

Większość nieprzyjemnych niespodzianek związanych z zamówieniem BOP ma charakter handlowy i wymiarowy, a nie metalurgiczny. Oto te, które warto wpisać do specyfikacji:

1. Kumulowanie ocen. Pierścień wysokiego ciśnienia na szpuli niskiego ciśnienia lub odwrotnie, tworzy zespół, który może być używany tylko przy najniższym numerze.
2. Zastąpienie elastomeru. Uszczelki na bazie nitrylu, uwodornionego nitrylu, fluoroelastomeru i politetrafluoroetylenu zachowują się inaczej w niskiej temperaturze i w kwaśnym gazie; najtańszy związek, który przejdzie test, może nadal nie działać.
3. Luki w dokumentacji. Certyfikaty materiałowe, numery wytopów, wykresy prób ciśnieniowych i identyfikowalność to różnica pomiędzy stosem, który można poddać ponownej certyfikacji, a takim, którego nie można.
4. Zapasowe siłowniki i uszczelki. Dostępność dokładnego otworu siłownika i zestawu uszczelek po uruchomieniu jest kwestią konserwacji, a nie zakupu.
5. Czas realizacji. W dostawach dominują kute korpusy, obróbka skrawaniem i monogram; pilne polecenie zwykle oznacza istniejący organ, a nie szybszy proces.

Zaopatrzenie sprowadza się zatem do dyscypliny dokumentacji i możliwości obróbki. Sprzęt wiertniczy do głowicy odwiertu Jiangsu produkuje BOP pierścieniowe, jedno- i dwutłokowe API 16A, kolektory dławiące i zabijające 16C, pniaki testowe i armaturę wysokociśnieniową w swoim zakładzie w Yancheng w Jiangsu w Chinach — zakładzie o powierzchni 70 000 m² wyposażonym w obróbkę CNC, zautomatyzowane spawanie i automatyczne malowanie, posiadającym licencje API Q1, API 6A, API 16A i API 16C na monogramy oraz certyfikaty klasyfikacji ABS, BV i CCS oraz ISO Certyfikaty 9001, 14001 i 45001. Firma jest wymieniona jako dostawca CNPC, SINOPEC i CNOOC, co oznacza, że ​​jej dokumentacja jest już zorganizowana w oparciu o wymagania materiałowe i testowe państwowego koncernu naftowego. Na platformie oczekującej na certyfikowany stos ten ślad ma większe znaczenie niż broszura.

Często zadawane pytania

Czy BOP może sam zatrzymać wybuch?

Nie. Uszczelnia odwiert i utrzymuje ciśnienie, ale odwiert ulega zniszczeniu tylko wtedy, gdy masa mułu przekracza ciśnienie w formacji, a cyrkulacja usuwa napływ. BOP kupuje czas, aby to osiągnąć.

Czy najpierw powinien zamknąć się pierścień, czy tłoki?

Nie ma uniwersalnej odpowiedzi. Wielu operatorów używa pierścienia do wstępnego zamykania lub zdejmowania izolacji, gdy rura się porusza, i polega na siłownikach w celu zapewnienia twardego uszczelnienia przy pełnym ciśnieniu roboczym. Kolejność należy do procedury kontroli odwiertu i powinna zostać ustalona przed wybiciem odwiertu.

Jak często należy poddawać BOP próbie ciśnieniowej?

Powszechną praktyką jest po instalacji, po każdej wymianie siłownika lub uszczelki, po próbie ścinania i w cyklu, który zazwyczaj nie przekracza 21 dni, z testami działania przy każdej podróży lub co najmniej raz w tygodniu. Lokalne przepisy i zasady operatora zastępują wszelkie liczby ogólne.

Jakie ciśnienie robocze powinienem określić?

Rozpocznij od maksymalnego przewidywanego ciśnienia zamykającego na powierzchni, dodaj margines, a następnie upewnij się, że głowica odwiertu, szpula, BOP i kolektor mają odpowiednie wartości znamionowe. Mieszane oceny spokojnie redukują cały zespół do jego najsłabszej części.

Co powoduje większość usterek uszczelnień BOP w eksploatacji?

Dobór elastomeru i uszkodzenia mechaniczne. Uszczelnienia, które widzą temperatury lub stężenia H2S wykraczające poza swoją klasę, szybko się starzeją, a tłok zamknięty na niewłaściwej średnicy zewnętrznej rury może rozerwać element uszczelniający przy pierwszym uruchomieniu.

Zapobieganie wydmuchom sprowadza się do trzech rzeczy, które można sprawdzić przed ruchem wiertnicy: odpowiedniego elementu zamykającego rurę i ciśnienia, systemu sterowania, który niezawodnie zamyka się z panelu, oraz programu testowego odtwarzającego rzeczywiste warunki zamknięcia. Wszystko inne – monogram, czas realizacji, zapasowy zestaw baranów – wspiera te trzy elementy. Popraw konfigurację stosu i listę kontrolną specyfikacji, a BOP wykona jedyne zadanie, dla którego istnieje: utrzyma studnię wystarczająco długo, aby zwyciężył ciężar błota.