Нефтепромысловые пробковые клапаны при добыче и добыче: проектирование, стандарты и руководство по применению

Ан пробковый клапан нефтепромысла представляет собой четвертьоборотный запорный и регулирующий клапан, в котором используется цилиндрическая или коническая заглушка с проточенным каналом для запуска, остановки или отклонения потока в системах добычи нефти и газа. Пробковые клапаны широко используются на устьях скважин, манифольдах, системах сбора и обработке пластовой воды, поскольку они обеспечивают герметичное закрытие, быстрая работа на четверть оборота и высокая устойчивость к абразивным или многофазным жидкостям по сравнению со многими конструкциями задвижек или шаровых кранов.

Как работает нефтепромысловый пробковый клапан

Пробковый клапан управляет потоком через пробку — цилиндрический или слегка конический корпус со сквозным отверстием — которая вращается на 90 градусов внутри корпуса клапана. Когда отверстие совпадает с трубопроводом, поток проходит через него; при повороте на четверть оборота сплошная часть заглушки полностью перекрывает путь потоку. Этот механизм обеспечивает плунжерным клапанам простой и надежный метод уплотнения, который не требует износа отдельного седла от шара, что является одной из причин, по которой они предпочтительнее для абразивных или содержащих песок жидкостей на входе.

Поскольку заглушка сама образует уплотнительную поверхность, плунжерные клапаны обычно имеют меньший рабочий крутящий момент и более быстрое время цикла чем аналогичные задвижки, что делает их распространенным выбором там, где требуется частое переключение между путями потока, например, в испытательных манифольдах и многоскважинных системах сбора.

Типы пробковых клапанов, используемых при добыче и добыче

Не все пробковые клапаны устроены одинаково. Выбор правильного типа зависит от перекачиваемой жидкости, перепада давления и частоты срабатывания клапана.

Эксцентриковые пробковые клапаны заслуживают особого внимания при эксплуатации на входе, поскольку вращение плунжера со смещением от центра отрывает его от седла во время открытия и закрытия, что резко снижает износ седла при работе с пластовой водой с песком или окалиной - распространенная точка отказа стандартных плунжерных и шаровых кранов, работающих в одной и той же зоне.

Регулирующие стандарты и сертификаты

Нефтепромысловые пробковые клапаны, используемые на устье скважин, трубопроводах и наземных объектах добычи, обычно проектируются и тестируются на соответствие стандартам API и ASME, в зависимости от того, где в системе установлен клапан.

Ключевые стандарты

• API 6D: Регулирует трубопроводную арматуру, включая пробковую арматуру, используемую на линиях сбора и передачи.
• API 6А: Применяется, когда пробковые клапаны используются как часть устьевого или елочного оборудования.
• API 599: Особое внимание уделяется конструкции, размерам и требованиям к испытаниям металлических пробковых клапанов.
• АСМЭ Б16.34: Предоставляет номинальные значения давления и температуры для материалов и классов клапанов.
• NACE MR0175/ISO 15156: Требуется, когда клапан будет подвергаться воздействию кислой среды (содержащей H2S).

Клапаны, изготовленные по стандарту API 599, должны пройти испытание корпуса в В 1,5 раза превышает номинальное рабочее давление и испытание седла при номинальном давлении с максимально допустимой скоростью утечки, определенной стандартной таблицей классов утечки. Операторы, выбирающие пробковые клапаны для обслуживания трубопроводов или устья скважины, всегда должны подтверждать, какой стандарт регулирует конкретную точку установки, поскольку клапан, сертифицированный только по ASME B16.34, может не соответствовать требованиям документации API 6D для соединений трубопроводов.

Материалы и классы давления

Корпуса плунжерных клапанов, эксплуатируемых выше по потоку, чаще всего изготавливаются из углеродистой стали, низкотемпературной углеродистой стали (LTCS) или нержавеющей стали, в зависимости от коррозионной активности жидкости и условий окружающей среды. Стандартные классы давления ASME варьируются от От класса 150 до класса 2500 , что соответствует номинальному рабочему давлению примерно от от 285 фунтов на квадратный дюйм до 6170 фунтов на квадратный дюйм при стандартной температуре, с применением кривых снижения характеристик по мере повышения температуры.

Для скважин с кислой средой материалы корпуса и отделки должны соответствовать пределам твердости и металлургии NACE MR0175/ISO 15156, чтобы избежать сульфидного растрескивания под напряжением, что обычно ограничивает материалы корпуса определенными марками углеродистой стали низкой твердости или коррозионностойкими сплавами.

Где используются пробковые клапаны в системах разведки и добычи

Пробковые клапаны встречаются на всем пути восходящего потока, от буровой площадки до объектов сбора и переработки. К общим точкам установки относятся:

• Скважинные манифольды: Направление потока между добывающими скважинами и испытательными или эксплуатационными коллекторами
• Сбор строк: Изоляция сегментов трубопровода для проведения работ по техническому обслуживанию или очистке скребков
• Системы пластовой воды: Перекачивание абразивной воды с содержанием твердых частиц с помощью эксцентриковой конструкции затвора
• Тестовые сепараторы: Многоходовые пробковые клапаны, переключающие поток между несколькими потоками скважин
• Установки для впрыска химикатов: Точный контроль включения/выключения ингибиторов коррозии и других химикатов для обработки.

В частности, при использовании испытательных манифольдов предпочтение отдается пробковым клапанам, поскольку их работа на четверть оборота позволяет операторам переключать скважину с эксплуатационного режима на тестовый поток за секунды, без многооборотной задержки, связанной с задвижками, что является значительным преимуществом при проведении частых испытаний скважин на кустовой площадке с несколькими скважинами.

Как выбрать правильный пробковый клапан для эксплуатации в разведке и добыче

Выбор правильного пробкового клапана требует соответствия конструкции и материалов клапана конкретным характеристикам жидкости и условиям давления в точке установки, а не использованию по умолчанию единой стандартной конфигурации для всей отрасли.

Контрольный список выбора

1. Определите тип жидкости — чистый газ, пластовую воду с твердыми частицами или многофазный поток — чтобы определить, подходит ли стандартная, эксцентриковая или смазанная конструкция затвора.
2. Подтвердите номинальное рабочее давление и выберите класс ASME с достаточным запасом превышения максимального ожидаемого рабочего давления.
3. Проверьте требования к кислой среде и укажите материалы, соответствующие NACE MR0175/ISO 15156, если присутствует H2S.
4. Определите частоту циклов — в приложениях с большим количеством циклов, таких как испытательные манифольды, преимуществом является конструкция втулки без смазки, позволяющая избежать повторного впрыскивания герметика.
5. Убедитесь, что тип торцевого соединения (фланцевое, резьбовое или сварное) соответствует сопрягаемому трубопроводу.
6. Определитесь со способом приведения в действие — ручной рычаг для нечастых операций или пневматическое/электрическое приведение в действие для дистанционного или автоматического переключения коллектора.

Например, трубопровод пластовой воды, несущий мелкий песок при давлении 600 фунтов на квадратный дюйм обычно вызывает эксцентриковый плунжерный клапан с седлом, армированным ПТФЭ чтобы противостоять эрозионному износу, тогда как в линии сбора чистого газа при аналогичном давлении можно использовать стандартный плунжерный клапан без смазки при меньших затратах.

Методы технического обслуживания, продлевающие срок службы

Пробковые клапаны, как правило, требуют меньшего обслуживания, чем задвижки, но условия на входе — выработка песка, накипь и воздействие H2S — по-прежнему требуют структурированной программы технического обслуживания, чтобы избежать преждевременного выхода из строя.

• Для смазываемых пробковых клапанов повторно вводите герметик с интервалами, рекомендованными производителем, чтобы сохранить целостность уплотнения.
• Периодически проверяйте вкладыши втулки или седла на наличие эрозии, особенно при работе с твердыми частицами.
• Убедитесь, что рабочий крутящий момент значительно не увеличился, что может указывать на образование накипи или заклинивание пробки.
• Периодически проводите испытания седла на герметичность, чтобы убедиться, что клапан по-прежнему соответствует номинальному классу утечки.
• Проверьте работу привода и линии подачи воздуха/гидравлики на автоматических пробковых клапанах, используемых в удаленных местах коллектора.

Многие операторы планируют полную проверку и повторную сертификацию клапана каждый раз. от 2 до 3 лет для клапанов многоциклового испытательного коллектора и ближе к 5 лет для запорных клапанов нижнего цикла в сборных линиях корректировка интервала на основе наблюдаемой скорости износа и характеристик добываемой жидкости на каждом конкретном участке.