Как правильно выбрать корпус шиберной задвижки высокого давления 6А для вашего устьевого применения?

Начните с рабочего давления: не подлежащий обсуждению первый шаг

Номинальное рабочее давление корпуса клапана должно быть равно или превышать максимальное ожидаемое устьевое давление закрытия скважины (SIWHP) — не нормальное рабочее давление. Операторы часто занижают требования, выбирая корпус клапана, рассчитанный на ожидаемое устьевое давление скважины, только для того, чтобы подвергнуть его полному давлению закрытия пласта во время глушения скважины или аварийного закрытия.

API 6A определяет шесть стандартных номинальных значений рабочего давления для корпусов задвижек:

Практическое правило: выберите корпус клапана, рассчитанный на следующий стандартный класс давления выше расчетного значения SIWHP. . Если ваше значение SIWHP составляет 8500 фунтов на квадратный дюйм, укажите корпус на 10000 фунтов на квадратный дюйм, а не корпус на 5000 фунтов на квадратный дюйм с «коэффициентом безопасности 20%», применяемым при расчете в электронной таблице.

Размер ствола: соответствие требованиям к потоку и доступу к скважине

Отверстие корпуса задвижки должно отвечать двум различным требованиям: дебит добычи и проход скважинного инструмента . Для главных клапанов и крыльевых клапанов на рождественской елке отверстие должно обеспечивать беспрепятственное прохождение тросовых инструментов, гибких труб или оборудования для капитального ремонта.

API 6A определяет стандартные номинальные размеры отверстий от 1 13/16 дюйма до 7 1/16 дюйма, но не каждое отверстие доступно для каждого номинального давления. Чем выше рабочее давление, тем толще требуется стенка корпуса, что ограничивает максимальный диаметр отверстия при любом заданном размере внешней оболочки. Ключевые рекомендации по выбору:

• Полнопроходная конструкция : Отверстие клапана точно соответствует внутреннему диаметру присоединенной трубки или обсадной трубы. Требуется везде, где через клапан должны проходить проход для скребков, каротажные инструменты или перфорационные пистолеты. Всегда указывайте полнопроходные клапаны на главных клапанах.
• Конструкция с уменьшенным диаметром отверстия : Отверстие меньше номинального размера трубы. Приемлемо для створок и запорных клапанов, где не требуется доступ к инструменту. Корпуса с уменьшенным диаметром легче и дешевле при эквивалентном номинальном давлении.
• Соответствие диаметра трубы и диаметра трубы : Для колонны труб диаметром 3 1/2 дюйма (внутренний диаметр 2,992 дюйма) диаметр корпуса клапана должен составлять не менее 2,992 дюйма. Стандартный ближайший полнопроходной размер — номинал 3 1/16 дюйма — никогда не указывайте для этого применения размер 2 9/16 дюйма.

Класс материала: наиболее неопределённый параметр

Класс материала API 6A определяет требования к основным материалам для корпуса клапана и всех компонентов, удерживающих давление. Это параметр, который чаще всего занижается или неправильно указывается в заказах на поставку, и его неправильное значение влечет за собой самые серьезные последствия. Корпус клапана, изготовленный из материала класса АА и установленный в скважине для эксплуатации высокосернистого газа, может подвергнуться сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) в течение нескольких недель после первой добычи.

Порог для класса обязательного кислого материала составляет Парциальное давление H₂S ≥ 0,05 фунтов на квадратный дюйм как определено в NACE MR0175. При рабочем давлении на устье скважины 5000 фунтов на квадратный дюйм при содержании H₂S всего 10 частей на миллион в газовом потоке парциальное давление H₂S уже превышает этот порог, что требует как минимум корпуса задвижки класса материала DD.

Конфигурация корпуса: тройник и крестовина, цельные и фланцевые соединения

Физическая конфигурация корпуса задвижки определяет, как она интегрируется в устьевую трубу скважины и рождественскую елку. Выбор конфигурации кузова обусловлен двумя решениями:

Tee Body против крестообразного тела

A корпус тройника имеет единую сквозную ось с крышкой на перпендикулярной ветви — стандартная конфигурация для главных клапанов, створок и клапанов-сборников на елке. А крест-тело добавляет четвертый порт напротив крышки, обеспечивая двусторонний доступ, используемый в определенных коллекторах и конфигурациях тестирования. Кроссбоди значительно тяжелее и дороже; указывайте их только там, где четвертый порт служит функциональному назначению.

Цельный и болтовой капот

Крышка герметизирует верхнюю часть корпуса клапана вокруг штока. Крышки на болтах позволяют заменять пакет уплотнений штока на месте эксплуатации, не снимая клапан с устья скважины, что является важным преимуществом в обслуживании добывающих скважин, где вывод скважины из эксплуатации обходится дорого. Герметичные (встроенные) крышки используют скважинное давление для подачи напряжения на уплотнение и являются предпочтительными для корпусов с давлением 15 000 фунтов на квадратный дюйм и 20 000 фунтов на квадратный дюйм, где целостность болтового фланца при циклической нагрузке вызывает беспокойство. Большинство операторов указывают крышки с болтовым креплением для давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм и конструкции с герметичным уплотнением выше этого порога.

Уровень спецификации продукта (PSL): соответствие требований к качеству и рискам

PSL определяет минимальные требования к качеству изготовления, проверке и испытаниям корпуса задвижки. Более высокий PSL не меняет номинальное давление или класс материала — он меняется. насколько тщательно проверяется кузов перед отправкой . Для корпусов устьевых задвижек высокого давления правильный PSL определяется последствиями неисправности, а не имеющимся бюджетом.

• ПСЛ 1 : Визуальный и габаритный контроль, гидростатические испытания кузова и седла. Приемлемо только для непроизводственного наземного оборудования низкого давления. Не подходит для устьевых главных клапанов или крыльевых клапанов при любом номинальном давлении.
• ПСЛ 2 : добавлены испытания на удар по Шарпи сварных швов, выдерживающих давление, неразрушающий разрушение сварных швов кузова и отслеживание материалов. Минимальный стандарт для корпусов устьевых задвижек добывающей скважины при рабочем давлении 3000–5000 фунтов на квадратный дюйм в некисло-сладких условиях.
• ПСЛ 3 : Полный объемный неразрушающий контроль (UT или RT) всего корпуса клапана, 100% исследование твердости, производственное испытание PR2 (включая испытание газового седла при низком давлении 50–100 фунтов на квадратный дюйм). Минимально допустимый PSL для любого корпуса задвижки при давлении 10 000 фунтов на квадратный дюйм и выше или для любого применения в кислых средах независимо от давления.
• ПСЛ 4 : Все требования PSL 3 плюс независимый свидетель всех испытаний, полная квалификация материала в соответствии с API 6A Приложение F и испытания на огнестойкость в соответствии с API 6FA. Обязателен для корпусов подводных задвижек и критически важных для безопасности наземных устьевых клапанов в соответствии с большинством основных спецификаций оператора.

Торцевое соединение и тип фланца: правильный выбор интерфейса

Торцевые соединения корпуса задвижки должны точно соответствовать сопряженному устьевому оборудованию. API 6A определяет два типа фланцев для корпусов задвижек высокого давления, и их смешивание создает небезопасный, не соответствующий требованиям интерфейс:

• Фланцы API 6B : Используется при рабочем давлении 2 000–10 000 фунтов на квадратный дюйм. Имеет кольцевую канавку RX, в которую можно установить овальную или восьмиугольную кольцевую прокладку, находящуюся под давлением. Самоподключающаяся конструкция кольца RX затягивается по мере увеличения внутреннего давления, обеспечивая уплотнение металл-металл, которое не зависит только от предварительной нагрузки болта.
• Фланцы API 6BX : Обязательно при давлении 10 000–20 000 фунтов на квадратный дюйм. Кольцевая канавка BX более глубокая и обработана с более жесткими допусками, чем RX, с использованием более твердого материала кольца (обычно AISI 4140 или Inconel 718 для эксплуатации в кислых средах). Кольца BX не взаимозаменяемы с канавками RX — установка кольца RX в канавку BX приводит к аннулированию номинального давления всей сборки.

При указании конечного соединения в заказе на поставку должно быть указано: номинальный внутренний диаметр, рабочее давление, обозначение API 6B или 6BX, номер кольцевой канавки (например, R-46, BX-151), а также требуется ли обработка поверхности с выступом или RTJ. . Все шесть параметров необходимы для однозначной спецификации соединения.

Температурный класс и соображения HPHT

API 6A определяет семь температурных классов для корпусов задвижек. Температурный класс определяет не только пластичность материала корпуса при низких температурах, но также материалы уплотнений, сорта эластомеров и характеристики смазки, используемые внутри корпуса клапана. Корпус клапана, рассчитанный на температурный класс P (от –20 °F до 250 °F), будет иметь уплотнения корпуса и набивку, не рассчитанные на эксплуатацию в арктических условиях. — даже если сам стальной корпус выдержит холод.

• Класс K (от –60 °F до 180 °F) : Береговые арктические скважины; требует испытаний на удар по Шарпи при температуре -60 °F и низкотемпературных эластомеров.
• Класс L (от –50 °F до 180 °F) : Северные морские платформы; наиболее распространен для применений в Северном море и на Аляске.
• Класс P (от –20 °F до 250 °F) : Наиболее широко используемый класс для традиционных наземных и морских эксплуатационных скважин в умеренных и тропических условиях.
• Класс T (от –20 до 350 °F) и класс U (от –75 до 250 °F) : скважины HPHT, где температура добываемой жидкости превышает 250 °F; требуются цельнометаллические уплотнения штока и уплотнения корпуса из HNBR или FFKM.

Для настоящих применений HPHT, определяемых API как устьевое давление выше 15 000 фунтов на квадратный дюйм и температура выше 300 °F, стандартные эластомерные уплотнения в корпусе задвижки не подходят. Для корпусов задвижек HPHT требуются полностью металлические уплотнения штока, подпружиненные манжетные уплотнения из ПТФЭ или графитовое уплотнение, рассчитанное на температуру 450 °F. плюс толщина стенки кузова, подтвержденная анализом FEA, а не стандартными расчетами на основе формулы API 6A.

Распространенные ошибки спецификации и как их избежать

На основе повторяющихся сбоев на месте эксплуатации и несоответствий, выявленных в ходе сторонней проверки, следующие ошибки составляют большинство неправильно указанных корпусов задвижек высокого давления 6А:

• Указание рабочего давления, равного SIWHP : Всегда выбирайте следующий стандартный класс давления выше SIWHP. Для SIWHP на 9800 фунтов на квадратный дюйм требуется корпус на 10000 фунтов на квадратный дюйм, а не специальный корпус с номиналом 9800 фунтов на квадратный дюйм, который не распознается API 6A.
• Игнорирование требований к производительности (PR) : В заказе на поставку, в котором указан PSL 3, но не указан PR2, может быть получен кузов, прошедший только гидростатические испытания, а не испытания газового седла. Всегда указывайте PR2 явно для всех корпусов устьевых задвижек.
• Указание класса материала AA для скважин со следами H₂S : Пороговые значения кислого обслуживания ниже, чем предполагают большинство инженеров. Газовая скважина, добывающая при давлении 3000 фунтов на квадратный дюйм и содержании H₂S всего 15 частей на миллион в газовом потоке, превышает пороговое значение NACE 0,05 фунтов на квадратный дюйм и требует кислого тела.
• Совмещение соединений API 6B и 6BX в одной устьевой трубе : Все фланцевые соединения в устьевом узле должны использовать одну и ту же серию кольцевых канавок. Единственный неправильный фланец в пакете нарушает герметичность всей сборки над этим соединением.
• Приемка корпуса клапана без полного пакета отслеживания материалов : При PSL 3 и PSL 4 производитель должен предоставить заводские сертификаты, протоколы термообработки, отчеты неразрушающего контроля и протоколы контроля размеров. Принятие поставки без этой документации означает, что вы не можете убедиться, что корпус соответствует спецификациям, а регулирующие органы в большинстве юрисдикций не примут оборудование для обслуживания.

Контрольный список выбора корпуса задвижки для применения на устье скважины

Используйте следующий контрольный список при подготовке спецификации корпуса клапана или оценке технических данных производителя:

1. Рабочее давление : Подтвердите, что номинальное рабочее давление превышает максимальное значение SIWHP; выберите следующий класс давления по стандарту API выше SIWHP
2. Размер отверстия : Укажите полнопроходное отверстие для главных клапанов и всех клапанов, требующих прохода инструмента; подтвердить, что диаметр скважины ≥ внутреннего диаметра колонны НКТ
3. Класс материала : Проверить соответствие парциального давления H₂S пороговому значению NACE MR0175; указать минимум DD для любого кислого сервиса; HH для полного требования CRA
4. Температурный класс : Подтвердите минимальную температуру окружающей среды и максимальную температуру добываемой жидкости; укажите класс T или U для HPHT
5. PSL : Укажите минимум PSL 3 для всех корпусов устьевых задвижек при давлении 10 000 фунтов на квадратный дюйм; PSL 4 для подводных и критически важных с точки зрения безопасности применений
6. Требования к производительности : Всегда указывайте PR2; не принимать PR1 для обслуживания устья добывающей скважины
7. Концевое соединение : Укажите API 6B или 6BX, номер кольцевой канавки и размер отверстия; убедитесь, что все соединения в устьевой трубе имеют одну и ту же серию
8. Конфигурация кузова : Тройник или крестовина; крышка на болтах или герметичная; подтвердить соответствие классу давления
9. Огневые испытания : Укажите соответствие API 6FA, если этого требуют стандарты оператора или местные нормативные акты (обязательно в большинстве оффшорных юрисдикций).
10. Пакет документации : Требуются сертификаты проката, протоколы термообработки, отчеты неразрушающего контроля, сертификаты гидростатических испытаний и отчет о проверке размеров в качестве условия приемки.

Заключение

Выбор правильного 6А корпус задвижки высокого давления — это многопараметрическое инженерное решение, а не поиск по каталогу. Номинальное рабочее давление, класс материала, PSL и торцевое соединение должны быть независимо получены на основе данных скважины, а не предполагаться из опыта предыдущего проекта или по умолчанию использовать наименьшую доступную спецификацию. Корпус клапана, который неправильно указан в каком-либо отдельном параметре, представляет собой риск сдерживания давления на устье скважины, несоблюдение нормативных требований и потенциальный инцидент с управлением скважиной.

Инвестиции в правильно указанный корпус задвижки PSL 3, PR2, класса материала DD или HH на начальном этапе проекта всегда дешевле, чем стоимость замены устьевого клапана на добывающей скважине или последствий нарушения целостности ствола скважины в процессе эксплуатации.