Что такое противовыбросовый превентор и как он работает?

Противовыбросовый превентор (ПВО) — это большой механический клапан высокого давления, установленный на устье нефтяной или газовой скважины для контроля и герметизации ствола скважины в случае неконтролируемого выброса пластовых флюидов, широко известного как выброс. Это одно из наиболее важных устройств безопасности при бурении нефти и газа: при ударе скважины (пластовое давление превышает гидростатическое давление бурового раствора) противовыбросовый превентор является основным механическим барьером между скважиной и поверхностью, предотвращающим неконтролируемый выброс углеводородов, который может привести к пожару, взрыву, экологическому ущербу и человеческим жертвам.

Для групп инженерных закупок и покупателей бурового оборудования, оценивающих противовыбросовый превентор нефтяной скважины компонентов и деталей, понимание того, как работает система BOP и какая точность производства необходима для обеспечения надежной работы, является основой для эффективной спецификации оборудования и оценки поставщиков.

Почему важно предотвращать выбросы

Пластовое давление — естественное давление нефти, газа и воды в подземном пласте — может достигать десятков тысяч фунтов на квадратный дюйм в глубоких скважинах. Во время бурения это давление обычно уравновешивается гидростатическим давлением столба бурового раствора в стволе скважины. Когда баланс потерян — из-за того, что пластовое давление превышает давление бурового раствора или из-за потери бурового раствора в пористом пласте — пластовые флюиды могут попасть в ствол скважины и быстро течь вверх. Без противовыбросового превентора, герметизирующего скважину, это может перерасти в поверхностный выброс: неконтролируемый поток углеводородов с катастрофическими последствиями.

Катастрофа Deepwater Horizon 2010 года, когда неспособность противовыбросового превентора закрыть глубоководную скважину привела к взрыву, гибели 11 человек и крупнейшему разливу морской нефти в истории США, проиллюстрировала последствия неисправности противовыбросового превентора самого высокого уровня серьезности. Таким образом, производительность и надежность ПВО подчиняются самым строгим стандартам проектирования, производства и испытаний в секторе нефтегазового оборудования.

Основные компоненты системы противовыбросового превентора

Полная система противовыбросовых превенторов, установленная на буровой скважине, называется стопкой противовыбросовых превенторов — это вертикальная сборка из нескольких типов противовыбросовых превенторов, сложенных друг на друга и соединенных вместе для обеспечения множества независимых функций герметизации. Основными типами компонентов в стеке BOP являются:

Предотвращатели тарана

Превенторы тарана являются основными функциональными блоками противовыбросового оборудования. Они работают путем закрытия плунжеров с гидравлическим приводом — стальных блоков, снабженных эластомерными уплотнительными элементами — по стволу скважины. Различные типы RAM выполняют разные функции уплотнения:

• Трубные плашки (плашки переменного диаметра): Закройте вокруг бурильной трубы, обсадной трубы или НКТ в стволе скважины, герметизируя кольцевое пространство между наружным диаметром трубы и стволом скважины. Они удерживают давление снизу, пока бурильная колонна остается в скважине. Пластины с переменным внутренним диаметром могут герметизировать трубы различного диаметра без замены узла поршня.
• Слепые бараны: Закрытие ствола скважины, в котором нет трубы, полностью герметизируя ствол скважины, когда бурильная колонна вытянута выше превентора или когда скважина течет без трубы в стволе. Используется в сочетании со срезными плашками в комплексной сборке.
• Срезные плашки (слепые срезные плашки): Самый ответственный тип плашек в глубоководных превенторах. Срезные плашки предназначены для физического разрезания бурильных труб, троса или гибких труб в стволе скважины с использованием чрезвычайно высокой сдвигающей силы, а затем герметизации отрезанного ствола скважины ниже. Они являются механизмом герметизации последней инстанции, когда скважину невозможно контролировать другими средствами и для герметизации скважины необходимо разрезать бурильную колонну. Геометрия лезвия срезного плашка и твердость материала должны точно соответствовать максимальному размеру и марке трубы, которая может присутствовать в стволе скважины.

Кольцевые превенторы (сферические превенторы)

В кольцевом превенторе используется эластомерный пакерный элемент в форме пончика, который закрывается вокруг всего, что находится в стволе скважины — трубы, утяжеленных бурильных труб, ведущей трубы, троса — за счет сжатия резинового элемента внутрь. Поскольку кольцевой превентор соответствует форме любого объекта в стволе скважины, он может герметизировать неровные поперечные сечения и может использоваться для зачистки трубы (перемещение трубы через закрытый превентор под давлением) с соблюдением соответствующих рабочих процедур. Кольцевой превентор обычно устанавливается в верхней части стопки противовыбросовых превенторов.

Линии удушения и убийства

В комплект противовыбросовых превенторов входят боковые выпускные клапаны — штуцерная линия и линия глушения, — которые позволяют инженерам-буровикам циркулировать жидкости в ствол скважины и из нее при закрытых превенторах. Дроссельная линия обеспечивает контролируемый сброс давления в стволе скважины через штуцерный манифольд на поверхности, что позволяет осуществлять контролируемые операции по глушению скважины. Линия глушения позволяет закачивать тяжелый буровой раствор в ствол скважины для восстановления гидростатического баланса и восстановления контроля над скважиной.

Гидравлическая система управления

Все функции противовыбросового превентора — открытие и закрытие плашек, открытие и закрытие кольцевых превенторов, управление дроссельными и запорными клапанами — контролируются гидравлически через аккумуляторную систему управления («блок управления противовыбросовым превентором» или «блок Куми»). В аккумуляторе сохраняется гидравлическая жидкость под давлением, достаточным для закрытия всех функций противовыбросового превентора даже в случае отказа источника гидравлического питания, что обеспечивает возможность безопасного закрытия. Требования ко времени реакции на закрытие ПБ указаны в нормативных стандартах — в большинстве юрисдикций полное закрытие должно быть достижимо в течение 30 секунд после подачи команды на закрытие.

Как противовыбросовая система реагирует на удар скважины

Когда буровая бригада обнаруживает выброс скважины, о чем свидетельствует увеличение возврата бурового раствора, снижение давления насоса или увеличение объема карьера, стандартная процедура управления скважиной инициирует следующую последовательность действий:

1. Закройте кольцевой превентор вокруг бурильной колонны, чтобы закрыть скважину, пока бурильная колонна находится в скважине
2. Закройте соответствующие плашки труб. для дополнительной герметичности вокруг бурильной трубы
3. Считайте давление в закрытой бурильной трубе и давление в закрытой обсадной колонне. определить пластовое давление и рассчитать необходимую массу глушильного раствора
4. Циркуляция убийственной грязи в ствол скважины через линию глушения, циркулируя приток через штуцерную линию под контролируемым противодавлением, пока ствол скважины не стабилизируется буровым раствором с глушением
5. Если скважину невозможно контролировать с помощью циркуляции, например, если бурильная колонна потеряна или разъединена — закрытые глухие срезные плашки разрезать трубу и герметизировать ствол скважины

Требования к точности изготовления компонентов противовыбросового превентора

Превенторное оборудование должно надежно работать в экстремальных условиях: давление в стволе скважины до 20 000 фунтов на квадратный дюйм (1379 бар) для сверхглубоководных применений, кислая среда сероводорода (H₂S), которая вызывает сульфидное растрескивание под напряжением в ненадлежащей спецификации стали, циклическое изменение температуры от арктических условий на поверхности до повышенных температур в скважине, а также механические нагрузки при резке труб для сборок срезных плашек.

Эти требования непосредственно переходят в спецификации точного производства, которым должны соответствовать поставщики компонентов противовыбросовых превенторов:

Спецификация материала

Корпуса ПВО, блоки плашек и компоненты, работающие под давлением, изготавливаются из высокопрочных легированных сталей — обычно 4130, 4140 или нестандартных марок, соответствующих требованиям к материалам API 6A и API 16A для скважинного оборудования, работающего под давлением. Соответствие кислым условиям (NACE MR0175/ISO 15156) требуется для любого противовыбросового превентора, работающего в скважинных средах, содержащих H₂S, что ограничивает максимальную твердость и определяет требования к термообработке, предотвращающие разрушение сульфидного растрескивания под напряжением.

Точность размеров

Размеры отверстий поршня, канавки уплотнений, поверхности крышки и отверстия гидроцилиндров должны быть обработаны с жесткими допусками, которые обеспечивают правильную посадку поршня, надежное сжатие эластомерного уплотнения и герметичное гидравлическое приведение в действие. Последствием ошибки размеров границы давления противовыбросового превентора является потенциальная утечка или нарушение герметичности в момент наибольшей критичности — когда скважина работает, а надежность закрытия критически важна для безопасности жизни.

Испытание давлением

Каждый блок противовыбросового превентора перед отправкой с завода подвергается испытанию под давлением, кратным его номинальному рабочему давлению (обычно в 1,5 раза превышающему номинальное рабочее давление), с документированными протоколами испытаний. API 16A определяет процедуру испытаний и критерии приемки для испытаний под давлением плашечного противовыбросового превентора. Отдельные компоненты, работающие под давлением — корпуса, крышки, торцевые крышки — перед сборкой проходят гидростатические испытания в рамках протокола качества производства.

Типы ПБ по применению

Применимые стандарты для противовыбросового оборудования

Оборудование ПВО спроектировано, изготовлено и испытано в соответствии с международно признанными стандартами. Основными применимыми стандартами являются:

• API 16А: Спецификация на оборудование для сквозного бурения — основной стандарт проектирования и производства плашек и кольцевых превенторов, используемых в буровых операциях.
• API 16С: Спецификация для дроссельного и глушильного оборудования — охватывает штуцерные манифольды, линии глушения и соответствующее оборудование для контроля давления.
• API 16D: Спецификация на системы управления оборудованием управления буровыми скважинами
• ИСО 13533: Международный эквивалент API 16A для оборудования для сквозного бурения.
• NACE MR0175/ISO 15156: Требования к материалам для применения в кислых средах с H₂S

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между противовыбросовым превентором и устьем скважины?

устье скважины Это стационарное оборудование на поверхности скважины, обеспечивающее структурную поддержку и сдерживание давления обсадных колонн, спускаемых в скважину. Это стационарная установка, которая остается на скважине на протяжении всего срока ее эксплуатации. противовыбросовый превентор — это временное буровое оборудование, устанавливаемое на верхушке устья скважины только на этапах бурения и заканчивания скважины — оно снимается, как только скважина готова к эксплуатации, и заменяется оборудованием эксплуатационного дерева. Превентор соединен с обсадной головкой устья скважины и может быть снят и отремонтирован для использования на последующих скважинах.

Как часто следует проверять и проверять противовыбросовый превентор?

Нормативные требования к Частота тестирования ПБ различаются в зависимости от юрисдикции и операционной среды. В большинстве нормативных рамок (правила BSEE США для морских скважин, правила UKOPA в Великобритании и эквивалентные национальные стандарты) функциональные испытания всех компонентов ПВО должны проводиться с интервалом, не превышающим 14 дней во время буровых работ. Каждые две недели буровая бригада должна закрывать и открывать каждую функцию противовыбросового превентора и документировать реакцию давления и время закрытия. Полное испытание под давлением требуется через определенные промежутки времени и после любого ремонта или замены ПВП. Подводные противовыбросовые превенторы при глубоководных операциях подлежат более строгим требованиям к испытаниям, учитывая сложность вмешательства в случае отказа.

Какие материалы используются для изготовления плашек ПВО?

Корпуса и блоки плашек превентора изготавливаются из легированных марок стали, соответствующих требованиям API 6A PSL (уровень спецификации продукта) — обычно это модифицированные марки AISI 4130 или 4140 с заданным химическим составом, термической обработкой, механическими свойствами и ударной вязкостью. Эластомерные уплотнительные элементы на торцах и вокруг корпуса толкателя обычно представляют собой нитрил (NBR), гидрогенизированный нитрил (HNBR) или другие маслостойкие эластомеры, выбранные с учетом совместимости с типом бурового раствора, температурным режимом и химическим составом скважины. Срезные лезвия глухих срезных плашек изготовлены из инструментальной стали высокой твердости или легированной стали со специальной термообработкой, способной прорезать высококачественную бурильную трубу под действием гидравлической силы, создаваемой блокирующим устройством противовыбросового превентора.

Можно ли отремонтировать и использовать ПБ повторно или его необходимо заменять после использования?

ПВП оборудование предназначен для многократного использования в течение номинального срока службы с регулярным техническим обслуживанием и ремонтом между операциями на скважине. Блоки толкателей и эластомерные уплотнительные элементы заменяются по мере износа во время планового технического обслуживания. Гидравлические уплотнения, набивка и изнашиваемые поверхности проверяются и при необходимости заменяются. Сам корпус противовыбросового превентора — корпус из кованой или литой стали, выдерживающий давление — рассчитан на увеличенный срок службы с периодическим неразрушающим контролем (NDE) для выявления усталостных или коррозионных повреждений. Подводные противовыбросовые превенторы на буровых установках длительного пользования периодически извлекаются на поверхность для полной разборки, проверки, ремонта и повторной сертификации перед возвращением в эксплуатацию.

Компоненты противовыбросового оборудования для нефтяных скважин от Jiangyin Huanming Machinery

Jiangyin Huanming Machinery Co., Ltd. производит прецизионные компоненты противовыбросовых превенторов нефтяных скважин и соответствующие детали бурового оборудования для нефтегазовой промышленности. Благодаря передовым возможностям обработки крупных компонентов на станках с ЧПУ, отслеживанию материалов от сертифицированных сталелитейных заводов и документированным процессам обеспечения качества, соответствующим международным стандартам нефтегазового оборудования, компания Huanming Machinery поставляет компоненты корпуса ПВО, блоки плашек и соответствующие детали, работающие под давлением, производителям бурового оборудования и цепочкам поставок MRO по всему миру.

Свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваши требования к обработке компонентов противовыбросового превентора, характеристики материалов и производственные мощности.

Сопутствующие товары: Превентор нефтяных скважин | Большой цилиндр компрессора | Ковка и литье | Литой блок цилиндров