Nagynyomású olajmezőszelepek kútfej- és csővezetékrendszerekben: Tervezési és alkalmazási útmutató

A nagynyomású olajmező szelep egy olyan szelep, amelyet arra terveztek, hogy biztonságosan szabályozza, leválasztja vagy irányítsa az olaj, gáz és technológiai folyadékok áramlását jellemzően 2000 psi és 20 000 psi között , kútfej-szerelvényeken, karácsonyfáknál, törmelékfáknál, fojtóelosztóknál és nagynyomású csővezeték-szegmenseknél használatos. Ezeket a szelepeket a hagyományos ipari szelepektől a nagyobb falvastagság, a kovácsolt (nem öntött) konstrukció, az anyag szigorúbb nyomonkövethetősége, valamint a kötelező hidrosztatikai és gázvizsgálatok különböztetik meg, amelyek megerősítik, hogy statikus és ciklikus terhelési körülmények között is biztonságosan képesek megtartani a nyomást.

A nagynyomású szervizben használt általános szeleptípusok

Egyetlen szelepkonstrukció sem felel meg minden nagynyomású alkalmazásnak. A szeleptípus megválasztása attól függ, hogy a teljes furatú hozzáférés, a kétirányú tömítés, a fojtóképesség vagy a gyors negyedfordulatú működés a prioritás.

Tolózárak továbbra is a domináns választás a kútfej-mester és a szárnyas szelep pozíciókban, mert átmenő vezetékes kialakításuk lehetővé teszi, hogy a vezetékes szerszámok akadály nélkül áthaladjanak a teljesen nyitott furaton – ez a funkcionális követelmény, hogy a golyós- és dugószelepek általában nem férnek el ugyanazon a lábnyomon.

A nagynyomású olajmezőszelepekre vonatkozó irányadó szabványok

Különböző szabványok érvényesek attól függően, hogy a szelep hol helyezkedik el a rendszerben – magán a kútfejnél, a karácsonyfán vagy a gyűjtő- vagy szállítóvezetékben.

Elsődleges szabványok alkalmazásonként

• API 6A: Irányítja a kútfej- és karácsonyfa-berendezéseket, beleértve a főszelepeket, a szárnyas szelepeket és az adaptereket
• API 6D: A gyűjtő- és átviteli rendszerekben használt csővezeték-szelepeket szabályozza
• API 16C: A fúrási és kútszabályozási műveletek során használt fojtó és leállító berendezésekre vonatkozik
• ASME B16.34: Számos szelepkialakítás által hivatkozott alapnyomás-hőmérséklet értékeket ad
• NACE MR0175/ISO 15156: Kötelező anyagszükséglet, ha H2S van jelen az előállított folyadékban

Az API 6A szerint tanúsított szelepek termékleírási szintje (PSL) 1-től 4-ig terjed. PSL 3 és PSL 4 jellemzően nagynyomású, magas hőmérsékletű (HPHT) és kritikus savanyú üzemű kutakhoz írják elő, mivel ezek kiterjesztett tervezési validációs tesztelést, teljes anyagtanúsítást és szigorúbb roncsolásmentes vizsgálatot igényelnek, mint a PSL 1 vagy PSL 2.

Nyomásosztályok és mit jelentenek a területen

A nyomásosztály kiválasztása a legfontosabb döntés a nagynyomású szelepek meghatározásakor. Az alulértékelés közvetlen biztonsági kockázatot jelent, míg a túlértékelés szükségtelen súlyt és költséget jelent a telepítéshez.

Minden szelepnek tartalmaznia kell egy hőmérsékleti osztályt is, amely től kezdve U (-75°F – 82°F) sarkvidéki viszonyokhoz, hogy T (-18°F – 350°F) magas hőmérsékletű gyártáshoz. A hőmérsékleti osztályt a szelep helyén áramló közeg aktuális hőmérsékletéhez kell igazítani, amely a termelő kutak felületi környezeti hőmérsékleténél lényegesen magasabb lehet.

Anyagok a Sour Service és a HPHT feltételekhez

Az anyagválasztás akkor válik kritikussá, ha a szelep H2S-nek, CO2-nek vagy magas hőmérsékletnek van kitéve, mivel a szabványos szénacél ilyen körülmények között szulfidos feszültségrepedést szenvedhet, vagy elveszítheti a mechanikai szilárdságát.

• AA/BB anyagosztály: Szabványos szén vagy gyengén ötvözött acél nem savanyú kiszolgáláshoz
• DD/EE/FF anyagosztály: NACE-kompatibilis szénacél vagy korrózióálló ötvözet burkolat a savanyú kiszolgáláshoz
• Inconel vagy duplex rozsdamentes burkolat: Magas CO2-tartalmú vagy erősen korrozív HPHT kutakban használják a meghosszabbított élettartam érdekében
• PEEK vagy fém ülések: Az elasztomer ülések helyett, amikor a hőmérséklet meghaladja a szabványos gumikeverékek működési határait

Például egy kút, amely a 15 000 psi 300 °F áramlási hőmérséklettel és kimutatható H2S-vel tipikusan megkövetelné a Anyagosztály EE, PSL 3 vagy 4 tolózár fémülékekkel, míg egy alacsony nyomású, 3000 psi nyomású édesgáz kútfejet egy szabványos BB anyagosztályú, PSL 2 szelep megfelelően kiszolgálhat.

Tesztelési követelmények a helyszíni telepítés előtt

Minden nagynyomású olajmezőszelepnek át kell mennie a gyártási tesztek meghatározott sorozatán a tanúsítás előtt, a magasabb PSL-szintek pedig további tervezési validációs tesztet igényelnek egy prototípuson, mielőtt a konstrukciót jóváhagyják a gyártásra.

Szabványos gyártási tesztsorozat

1. Test hidrosztatikai teszt at 1,5-szerese a névleges üzemi nyomásnak
2. Üléspróba mindkét áramlási irányban névleges üzemi nyomáson
3. A hátsó ülés vagy a szártömítés tesztje annak ellenőrzésére, hogy nincs szivárgás a szártömítésen túl
4. Teljes löketű működési teszt a zökkenőmentes működés ellenőrzésére
5. Gázteszt gáz- vagy PSL 3/4-es szelepekhez

Ezenkívül a PSL 3 és PSL 4 szelepek is átmennek kiterjesztett ciklikus tesztelés , amely néha több ezer nyitási-zárási ciklust foglal magában egy prototípuson, hogy szimulálják a több éves szántóföldi működést, mielőtt a konstrukciót jóváhagyják a gyártásra – ez a lépés jelentősen csökkenti az idő előtti ülék- vagy tömítés meghibásodásának kockázatát, miután a szelepet a furatba szerelték be.

Alkalmazási pontok a kútfej- és csővezetékrendszerekben

A nagynyomású szelepek minden kritikus leválasztási és szabályozási ponton fel vannak szerelve a felfelé irányuló áramlási útvonalon, a kútfejtől a csővezeték-hálózatig.

• Kútfej fő és szárnyas szelepek: Elsődleges kút hozzáférési szigetelés a karácsonyfán
• Frac fák: Nagynyomású repesztőfolyadék izolálása kútstimuláció során, gyakran meghaladja a 10 000 psi nyomást
• Fojtó elosztók: A kútfej magas nyomásának csökkentése egy kezelhető szintre, mielőtt belépne a gyűjtőrendszerbe
• Csővezeték blokk szelepek: Hosszú távvezetékek szakaszosítása karbantartáshoz és vészleállításhoz
• Tenger alatti fák: Távvezérlésű nagynyomású szelepek a tenger alatti kúttermelés szabályozására

Különösen a csővezeték blokk szelepei gyakran vannak egymástól bizonyos távolságra 20-30 mérföldenként távvezeték mentén, lehetővé téve a kezelők számára, hogy gyorsan elkülönítsék a szakadt vagy sérült szakaszt, és korlátozzák a vészleállítás során kibocsátott termék mennyiségét.

A megfelelő szelep kiválasztása adott alkalmazáshoz

A helyes szelepválasztás attól függ, hogy a kút vagy a csővezeték körülményei megfelelnek-e a szelep névleges nyomásának, hőmérsékletének, anyagosztályának és PSL-nek – nem egyszerűen a legmagasabb névleges szelep kiválasztásától.

Kiválasztási ellenőrzőlista

• Erősítse meg a várható maximális üzemi nyomást, és válassza ki a megfelelő biztonsági ráhagyással rendelkező nyomásosztályt
• Ellenőrizzük a rossz szolgáltatási besorolást, és a H2S jelenléte esetén adja meg a NACE-nak megfelelő anyagosztályt
• Igazítsa a hőmérsékleti osztályt a tényleges áramló folyadék hőmérsékletéhez, ne csak a felületi környezeti feltételekhez
• Határozza meg a szükséges PSL-t a kút kritikussága, a szabályozási követelmények vagy a kezelői specifikáció alapján
• Válasszon szeleptípust a funkció alapján: kapu teljes furatú kútfej szigeteléséhez, gömb vagy dugó a negyedfordulatú csővezeték szigeteléséhez, fojtó a nyomáscsökkentéshez
• Győződjön meg arról, hogy a végcsatlakozás típusa és működtetési módja megegyezik a csatlakozó berendezéssel és a vezérlőrendszerrel

Karbantartási gyakorlatok a hosszú távú megbízhatóság érdekében

A nagynyomású szelepek olyan körülmények között működnek, amelyek felgyorsítják az ülések, a tömítések és a szártömítések kopását, így a strukturált karbantartási program elengedhetetlen a nem tervezett leállások vagy biztonsági események elkerülése érdekében.

• Hajtsa végre a kézi működtetésű szelepek rutinszerű simogatását, hogy megakadályozza a kapu vagy a labda beszorulását
• Ütemezett rendszerességgel ellenőrizze és cserélje ki a szártömítést, hogy elkerülje a szivárgást a motorháztetőnél
• Végezzen rendszeres időközönként az ülés szivárgási vizsgálatát, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a szelep még mindig megfelel a névleges szivárgási osztályának
• Ellenőrizze, hogy nincs-e korrózió vagy erózió a szelepeken savanyú vagy szilárd anyagokkal terhelt üzemben
• Ellenőrizze a működtető szerkezet működését, a levegőellátást és a vezérlőjel integritását a távvezérelt szelepeken

A legtöbb üzemeltető minden alkalommal ütemezi a kritikus kútfejszelepek teljes újratanúsítását 3-5 év , gyakoribb ellenőrzési időközökkel a többlépcsős stimulációs műveletek során ismételt nagynyomású ciklusnak kitett frac tree szelepek esetében, ahol az ülés és a tömítés kopása sokkal gyorsabban halmozódik fel, mint az egyszerű be-/ki szigetelési szolgáltatáshoz használt szelepeknél.