Înțelegerea supapelor de obturare pentru zăcămintele petroliere: tipuri, valori nominale de presiune și aplicații cheie

An supapă de obturare a câmpului petrolier este o supapă de izolare cu un sfert de tură care utilizează un dop cilindric sau conic cu un pasaj alezat pentru a controla debitul. Rotirea dopului cu 90 de grade deschide sau închide complet supapa, ceea ce o face ideală pentru închiderea rapidă în aplicații de producție, conducte și cap de puț. Supapele cu dopuri sunt de obicei clasificate de la Clasa 150 până la Clasa 2500 (până la 15.000 psi în modelele API 6A) și sunt alese față de robinetele cu poartă sau cu bilă atunci când sunt necesare funcționare rapidă, închidere strânsă și devierea debitului cu mai multe porturi în același dispozitiv.

Ce este o supapă de obturare a zăcămintelor petroliere

O supapă cu dop constă dintr-un corp, un dop cilindric sau ușor conic cu un orificiu traversant și o tijă care rotește dopul cu 90 de grade între pozițiile deschis și închis. Spre deosebire de supapele cu gură, care necesită mai multe rotații pentru a fi acționate, supapele cu buton oferă funcţionare în sfert de tură , reducând timpul de acționare și simplificând automatizarea. În service-ul câmpurilor petroliere, supapele de tip dopuri sunt construite în mod obișnuit conform standardelor API 6D (supape de conductă) sau API 6A (echipament pentru capul puțului), în funcție de punctul lor de instalare.

Caracteristici structurale de bază

• Geometria dopului cilindric, conic sau excentric, în funcție de serviciu
• Sisteme de etanșare (manșoane) lubrifiate sau nelubrifiate
• Configurații de porturi cu două căi, trei căi sau patru căi pentru devierea fluxului
• Design sigur la incendiu compatibil cu API 607 sau API 6FA pentru servicii critice
• Funcționare manuală prin pârghie, cutie de viteze sau actuator pneumatic/hidraulic

Capacitatea cu mai multe porturi este un factor cheie de diferențiere: o singură supapă cu trei căi sau patru căi poate înlocui două sau trei supape cu gură separate în sistemele de distribuție, reducând amprenta la sol și punctele de scurgere.

Tipuri obișnuite de supape de obturare pentru câmp petrolier

Alegerea supapei de dopul depinde în primul rând de mecanismul de etanșare și de geometria dopului, fiecare potrivit pentru diferite condiții de presiune și întreținere.

Supapă cu buşon lubrifiat

Utilizează un material de etanșare injectat între dop și corp pentru a menține o etanșare etanșă și a ușura rotația. Frecvent în cazul conductelor de înaltă presiune și al sistemului de colectare, unde lubrifierea periodică este acceptabilă din punct de vedere operațional.

Supapă cu dop nelubrifiat (cu manșon).

Utilizează un manșon elastic, de obicei PTFE sau elastomer, care acoperă permanent dopul și elimină nevoia de etanșare. Este de preferat acolo unde accesul la întreținere este limitat sau contaminarea cu materiale de etanșare este o problemă, cum ar fi în capul puțului și în platformele de măsurare.

Supapă cu dop excentric

Dispune de un dop care se rotește decentrat, ridicându-se de pe scaun în timpul deschiderii pentru a minimiza uzura scaunului. Folosit frecvent în nămol, apă produsă sau flux încărcat cu particule unde rezistența la abraziune este critică.

Evaluări de presiune și desemnări de clasă

Supapele de tip dopuri utilizate în serviciul câmpurilor petroliere sunt evaluate conform Clasele de presiune ANSI/ASME B16.34 pentru aplicații de conducte și procese sau clase API 6A PSL/PR pentru echipamentele capului de sondă . Tabelul de mai jos prezintă evaluările tipice și punctele lor comune de implementare.

Supapele cu dop pentru conducte urmează, în general, cerințele de testare și proiectare API 6D, în timp ce unitățile clasificate pentru cap de puț urmează API 6A. Confirmarea standardului care se aplică este esențială, deoarece cele două specificații diferă în ceea ce privește trasabilitatea materialului, adâncimea de testare PSL și cerințele de siguranță la foc .

Aplicații cheie în echipamentele petroliere

Supapele de tip buj sunt instalate în mai multe puncte în sistemele din amonte și din mijloc, unde funcționarea rapidă și devierea debitului sunt priorități.

1. Izolarea capului de puț și a colectorului — oprire rapidă în timpul schimbărilor de producție
2. Conducta principală și supape de blocare — secționarea conductelor pentru întreținere și oprire de urgență
3. Diversificare cu mai multe porturi — robinete cu trei căi și patru căi care direcționează fluxul între separatoare, rezervoare sau linii de testare
4. Manipularea apei produse și a nămolului — supape cu dopuri excentrice care rezistă la uzura abrazivă
5. Sare de colectare și dozare a gazelor — închidere strânsă pentru acuratețea transferului de custodie

În operațiunile cu mai multe puțuri, supapele cu obturare sunt adesea preferate la joncțiunile colectoarelor, deoarece o singură supapă poate îndeplini funcția a două supape cu bară, reducerea amprentei instalației cu aproximativ 30-40% reducând în același timp numărul de potențiale căi de scurgere.

Supapă de tip Plug vs. Supapă de gură și supapă cu bilă

Alegerea între robinete cu ștecher, cu poartă și cu bilă depinde de frecvența de funcționare, caracteristicile de curgere și filozofia de întreținere.

Supapele de tip buj câștig unde deviația și oprirea rapidă contează mai mult decât plafonul de presiune absolută , în timp ce supapele cu gură rămân implicite pentru punctele de izolare a capului de sondă cu cea mai mare presiune, iar supapele cu bilă sunt favorizate acolo unde cuplul minim și durata de viață lungă sunt priorități.

Selectarea materialelor pentru servicii corozive și acru

Materialele caroseriei și ornamentelor trebuie să fie potrivite cu compoziția fluidului, în special pentru fluxurile care conțin H2S și CO2 guvernate de NACE MR0175/ISO 15156 . Alegerile materiale comune includ:

• Corpuri din oțel carbon (WCB/WCC) pentru servicii standard, non-acide
• Oțel carbon la temperatură joasă (LCC) pentru conducte de climă rece sau arctică
• Oțel inoxidabil duplex sau super duplex pentru medii cu conținut ridicat de clorură sau offshore
• Garnitură din aliaj rezistent la coroziune (Inconel sau Monel) pentru puțuri acide, cu conținut ridicat de H2S
• Căptușeli de manșon din PTFE sau PEEK pentru fluide agresive chimic sau abrazive

Selecția incorectă a materialului este una dintre principalele cauze ale defecțiunii premature a supapei de obturare în timpul serviciului acru, unde fisurarea prin efort de sulfură poate compromite componentele din oțel carbon în decurs de luni și nu de ani.

Cele mai bune practici de selecție și întreținere

Selecția și întreținerea corectă a supapei cu dop afectează direct fiabilitatea operațională și costul de proprietate pe termen lung.

• Potriviți configurația portului la nevoile reale de dirijare a fluxului, mai degrabă decât la supapele cu două căi
• Confirmați certificarea împotriva incendiilor (API 607/API 6FA) pentru orice supapă din apropierea capului de sondă sau a zonelor cu risc de incendiu de proces
• Programați re-ungerea periodică pentru supape cu dopuri lubrifiate la intervale de producător pentru a menține integritatea etanșării
• Verificați uzura mânecilor pe supapele nelubrifiate în timpul întreținerii de turnaround
• Verificați licența API Monogram pentru producător, atunci când achiziționează supape pentru service-ul de puț (API 6A).

Urmărirea unui program documentat de inspecție și lubrifiere, de obicei, prelungește în mod semnificativ durata de viață a supapei clapei și reduce probabilitatea de opriri neplanificate cauzate de scurgerile scaunului sau griparea tijei.