Supape de obturare pentru câmp petrolier în operațiunile din amonte: proiectare, standarde și ghid de aplicare

An supapă de obturare a câmpului petrolier este o supapă de izolare și control al debitului cu un sfert de tură care utilizează un dop cilindric sau conic cu un pasaj alezat pentru a porni, opri sau devia fluxul în sistemele de petrol și gaze din amonte. Supapele de tip buj sunt utilizate pe scară largă în capete de sondă, colectoare, sisteme de colectare și tratarea apei produse, deoarece oferă închidere strânsă, funcționare rapidă cu un sfert de tură și rezistență puternică la fluide abrazive sau multifazate în comparație cu multe modele de robinete cu poartă sau cu bilă.

Cum funcționează o supapă de obturare a unui câmp petrolier

O supapă cu dop controlează debitul printr-un dop - un corp cilindric sau ușor conic cu un orificiu traversant - care se rotește cu 90 de grade în interiorul corpului supapei. Când gaura se aliniază cu conducta, fluxul trece; când este rotită cu un sfert de tură, porțiunea solidă a dopului blochează complet calea curgerii. Acest mecanism conferă supapelor cu dop o metodă de etanșare simplă și robustă, care nu se bazează pe uzura unui inel de scaun separat pe o minge, motiv pentru care sunt favorizate în fluidele abrazive sau încărcate cu nisip din amonte.

Deoarece dopul în sine formează suprafața de etanșare, supapele de obturare oferă în general cuplu de operare mai mic și timpi de ciclu mai rapid decât supapele cu gură comparabile, făcându-le o alegere comună acolo unde este necesară comutarea frecventă între căile de curgere, cum ar fi în galeriile de testare și sistemele de colectare cu mai multe puțuri.

Tipuri de supape cu dopuri utilizate în operațiunile din amonte

Nu toate supapele cu dop sunt construite în același mod. Selectarea tipului potrivit depinde de fluidul care este manipulat, de diferența de presiune și de cât de des va fi ciclată supapa.

Supape cu dopuri excentrice merită o atenție deosebită în serviciul din amonte, deoarece rotația decentrată a dopului îl ridică de pe scaun în timpul deschiderii și închiderii, reducând drastic uzura scaunului atunci când se manipulează apa produsă cu nisip sau calcar - un punct de defecțiune comun pentru dopul standard și supapele cu bilă în același serviciu.

Standarde de guvernare și certificări

Supapele pentru câmp petrolier utilizate în aplicațiile de producție a capului de sondă, conductelor și suprafeței sunt de obicei proiectate și testate în raport cu o combinație de standarde API și ASME, în funcție de locul în care este instalată supapa din sistem.

Standarde cheie

• API 6D: Guvernează supapele de conducte, inclusiv supapele de tip dopuri utilizate în liniile de colectare și de transmisie
• API 6A: Se aplică atunci când supapele de tip buj sunt utilizate ca parte a echipamentului capului de puț sau pentru pomul de Crăciun
• API 599: Acoperă în mod specific designul, dimensiunile și cerințele de testare a supapei cu dop metalic
• ASME B16.34: Oferă evaluări presiune-temperatura pentru materialele și clasele supapelor
• NACE MR0175/ISO 15156: Necesar atunci când supapa va fi expusă unui serviciu acru (conțin H2S).

Supapele construite conform API 599 trebuie să treacă un test de carcasă la de 1,5 ori presiunea nominală de lucru și un test pe scaun la presiunea nominală, cu ratele maxime admisibile de scurgere definite de tabelul cu clasele de scurgere din standard. Operatorii care specifică supape de obturare pentru conducte sau serviciul puțului trebuie să confirme întotdeauna care standard guvernează punctul de instalare specific, deoarece o supapă certificată numai conform ASME B16.34 poate să nu îndeplinească cerințele de documentație API 6D pentru îmbinările conductelor.

Materiale și clase de presiune

Corpurile supapelor de tip obturator în serviciul din amonte sunt fabricate cel mai frecvent din oțel carbon, oțel carbon la temperatură joasă (LTCS) sau oțel inoxidabil, în funcție de corozitatea fluidului și de condițiile ambientale. Clasele standard de presiune ASME variază de la Clasa 150 până la Clasa 2500 , corespunzătoare presiunilor nominale de lucru de la aproximativ 285 psi până la 6.170 psi la temperatura standard, cu curbe de derating aplicate pe măsură ce temperatura crește.

Pentru puțurile de serviciu acru, materialele pentru caroserie și pentru tăiere trebuie să respecte limitele de duritate și metalurgie NACE MR0175/ISO 15156 pentru a evita fisurarea prin stres cu sulfuri, care de obicei restricționează materialele corpului la clase specifice de oțel carbon cu duritate scăzută sau aliaje rezistente la coroziune.

Unde sunt utilizate supapele cu dop în sistemele din amonte

Supapele de tip obturator se găsesc pe tot traseul curgerii din amonte, de la locația sondei până la instalațiile de colectare și procesare. Punctele comune de instalare includ:

• Varietăți ale locației puțurilor: Dirijarea fluxului între puțurile de producție și anteturile de testare sau producție
• Adunarea liniilor: Izolarea segmentelor de conducte pentru operațiuni de întreținere sau de pigging
• Sisteme de apă produsă: Manipularea apei abrazive, încărcate cu solide, cu modele de dopuri excentrice
• Separatoare de testare: Supape cu dop cu mai multe porturi comută debitul între mai multe fluxuri de puțuri
• Patine de injecție chimică: Control precis de pornire/oprire a inhibitorilor de coroziune și a altor substanțe chimice de tratare

În special, în aplicațiile cu colectoare de testare, supapele cu obturare sunt favorizate deoarece funcționarea lor cu un sfert de tură le permite operatorilor să treacă un puț de la producție la debitul de testare în câteva secunde, fără întârzierea cu mai multe ture asociată cu supapele cu bară - un avantaj semnificativ atunci când se efectuează teste frecvente de puțuri pe o platformă cu mai multe puțuri.

Cum să selectați supapa de dop potrivită pentru serviciul în amonte

Alegerea supapei cu obturator corectă necesită potrivirea designului și materialelor supapei cu caracteristicile specifice ale fluidului și condițiile de presiune la punctul de instalare, mai degrabă decât să se utilizeze o configurație standard unică pe teren.

Lista de verificare a selecției

1. Identificați tipul de fluid - gaz curat, apă produsă cu solide sau flux multifazic - pentru a determina dacă un design standard, excentric sau lubrifiat este adecvat
2. Confirmați presiunea de lucru nominală și selectați o clasă ASME cu o marjă adecvată peste presiunea maximă de funcționare anticipată
3. Verificați cerințele de serviciu acru și specificați materialele conforme NACE MR0175/ISO 15156 dacă este prezent H2S
4. Determinați frecvența ciclului - aplicațiile cu ciclu înalt, cum ar fi colectoarele de testare, beneficiază de modele de manșoane nelubrifiate care evită injecția repetată a etanșării
5. Confirmați că tipul de conectare la capăt (flanșat, filetat sau sudat) se potrivește cu țeava de îmbinare
6. Decideți metoda de acționare - pârghie manuală pentru operare nefrecventă sau acționare pneumatică/electrică pentru comutarea la distanță sau automată a colectorului

De exemplu, o conductă de apă produsă nisip fin la 600 psi ar cere de obicei un supapă cu obturator excentric cu scaun ranforsat cu PTFE pentru a rezista la uzura erozivă, în timp ce o conductă de colectare a gazului curat la o presiune similară ar putea folosi o supapă standard cu manșon nelubrificat la un cost mai mic.

Practici de întreținere care prelungesc durata de viață

Supapele de tip buj necesită, în general, o întreținere mai redusă decât supapele cu gură, dar condițiile din amonte - producția de nisip, acumularea de calcar și expunerea la H2S - necesită încă un program de întreținere structurat pentru a evita defecțiunile premature.

• Pentru supapele cu dopuri lubrifiate, reinjectați etanșant la intervalele recomandate de producător pentru a menține integritatea etanșării
• Inspectați periodic căptușelile de mâneci sau scaune pentru eroziune, în special în timpul serviciului încărcat cu solide
• Verificați că cuplul de operare nu a crescut semnificativ, ceea ce poate indica acumularea de calcar sau blocarea dopului
• Efectuați periodic teste de scurgere a scaunului pentru a confirma că supapa îndeplinește în continuare clasa de scurgere nominală
• Verificați funcția actuatorului și liniile de alimentare cu aer/hidraulic pe supapele automate cu obturator utilizate în locații la distanță ale colectoarelor

Mulți operatori programează fiecare inspecție completă a supapelor și recertificare 2 până la 3 ani pentru supape colectoare de testare cu ciclu înalt și mai aproape de 5 ani pentru supapele de izolare cu ciclu inferior din liniile de adunare, ajustând intervalul pe baza ratelor de uzură observate și a caracteristicilor fluidului produs la fiecare loc specific.