Типы клапанов в нефтегазовой отрасли: практическое руководство по выбору API 6A

Установка клапана на устье нефтегазовой скважины – это не просто поиск компонента, который выглядит достаточно прочным. Речь идет о согласовании геометрии уплотнения клапана, номинального давления и выбора материала с фактической жидкостью, температурой и рабочим циклом. Во многих случаях разница между клапаном, который прослужит пять лет, и клапаном, нуждающимся в ремонте через шесть месяцев, сводится к двум решениям: тип клапана и стандарт, по которому он изготовлен. Среди наиболее распространенных стандартов обслуживания устья скважин — API 6A, который регулирует задвижки, пробковые клапаны и оборудование, к которому они подключаются.

Почему выбор типа клапана обеспечивает эксплуатационную надежность

Добыча нефти и газа предполагает использование жидкостей под высоким давлением, содержащих песок, газ, растворенные твердые вещества и иногда коррозионные агенты. Клапан, который хорошо работает на линии закачки воды, может быстро выйти из строя при воздействии суспензии гидроразрыва или высокосернистого газа. Три переменные, определяющие успех или неудачу, — это перепад давления, характеристики среды и количество рабочих циклов.

Например, шиберная задвижка может обеспечить надежное отключение рождественской елки, где клапан открывается или закрывается нечасто. Но в манифольде гидроразрыва, который циклически повторяется, у одного и того же клапана может возникнуть износ седла или утечка уплотнения штока. Вот почему группы по закупкам должны указывать не только класс давления, например 5000 фунтов на квадратный дюйм или 10000 фунтов на квадратный дюйм, но также температурный класс API 6A, класс материала и уровень спецификации продукта (PSL). Выбор клапана с неправильной твердостью поверхности или материалом седла может создать скрытый риск, который проявляется только через несколько месяцев после установки.

• Колебания давления и температурные циклы могут привести к ослаблению уплотнений, если корпус клапана не рассчитан на надлежащие параметры.
• Эксплуатационная жидкость, насыщенная песком, может разрушить седло и затвор, если геометрия клапана не рассчитана на абразивные условия.
• Чрезмерный рабочий крутящий момент затрудняет работу ручных клапанов в полевых условиях и может привести к деформации штока или привода.
• Запасная деталь, не соответствующая исходным характеристикам материала, может сократить срок службы всего узла.

Краткая карта типов клапанов в нефтегазовой отрасли

Ни один тип клапана не подходит для всех задач на устье скважины. В таблице ниже приведены общие категории и соображения, которые имеют значение при их сравнении.

Расширяющаяся задвижка API 6A для обслуживания устья скважины Эта расширяющаяся задвижка соответствует стандартам API 6A, доступна с фланцевыми или резьбовыми концами, с кованым или литым корпусом. Его клиновой узел обеспечивает надежное уплотнение, низкий крутящий момент и уплотнение крышки корпуса «металл-металл» для защиты от коррозии. Посмотреть продукт →

Задвижки API 6A для устья скважин и обслуживания гидроразрыва пласта

В устьевом оборудовании семейство задвижек является «рабочей лошадкой». API 6A определяет требования к этим клапанам, включая материалы корпуса, номинальное давление и методы испытаний. В YUXOIL серия задвижек API 6A включает в себя расширяющиеся задвижки, задвижки FC, задвижки FLS и пластинчатые ручные задвижки PFF. Каждая конструкция рассчитана на различную комбинацию давления и цикличности.

Расширяющаяся задвижка по сравнению с пластинчатой задвижкой

В расширяющейся задвижке используется механизм затвора, который расширяется против седла под давлением, создавая механическое уплотнение, которое не зависит только от давления в линии. Это может быть преимуществом в ситуациях, когда клапан остается закрытым в течение длительного времени, а затем должен открыться без заедания седла. Плитная задвижка, такая как пластинчатая ручная задвижка PFF, имеет более простую плоскую задвижку с прямым уплотнением. Он имеет тенденцию быть более компактным и зачастую более экономичным, но при этом удовлетворяет требованиям по давлению API 6A.

При сравнении этих типов основными практическими вопросами являются количество циклов, требуемый класс отключения и приемлемый рабочий крутящий момент. При проведении многоциклового разрыва пласта расширяющаяся задвижка может снизить риск утечки через седло. Для производственной елки, где клапан используется редко, более простым выбором может быть пластинчатая задвижка с проверенной конструкцией уплотнения. Понимание компромисса поможет вам избежать чрезмерных покупок в одном проекте и недооценки в другом.

Более подробную информацию о функциональных требованиях и критериях приемки этих компонентов можно найти в нашей статье Задвижки API 6A в нефтегазовой отрасли .

Пробковые клапаны: компактное регулирование расхода для линий высокого давления

Пробковые клапаны занимают особую нишу в сфере услуг по устью скважин и ГРП. Они состоят из цилиндрической или конической пробки со сквозным отверстием, которое поворачивается на четверть оборота для выравнивания по пути потока. Поскольку область уплотнения находится внутри корпуса плунжера, плунжерный клапан может быть очень компактным и при этом выдерживать высокое давление. Это делает их полезными в коллекторах, байпасах приборов и испытательных линиях, где пространство ограничено.

Основным фактором производительности пробкового клапана является соотношение между рабочим крутящим моментом и надежностью уплотнения. В системах высокого давления давление действует на пробку и увеличивает трение. Вот почему конструкции изделий часто включают в себя заглушку с разгруженным давлением или систему уплотнений со смазкой. Без надлежащей обработки поверхности или правильно подобранного материала уплотнения клапану может потребоваться чрезмерный крутящий момент, или ему будет трудно вращаться после простоя.

На практике пробковый клапан лучше всего выбирать, когда вам нужно быстро изменить направление потока и вам не нужно дросселировать поток. Его также часто выбирают в тех случаях, когда корпус клапана должен быть компактным, например, между головкой обсадной колонны и коллектором высокого давления. Однако механизм запечатывания должен быть совместим со средой. Пластовая вода с высоким содержанием твердых частиц может привести к износу поверхности заглушки, а для работы с сухим газом могут потребоваться специальные уплотнительные составы. Перед завершением покупки всегда проверяйте кривую крутящего момента клапана и варианты уплотнительных материалов.

Катушка обсадной трубы API 6A для поддержки и герметизации устья скважины Катушка обсадной колонны поддерживает обсадные колонны и обеспечивает боковые выпуски клапанов. Он соответствует API 6A и предлагает различные размеры фланцев и номинальных давлений, соответствующие устьевым компонентам вашей скважины. Посмотреть продукт →

Соответствие типов клапанов устьевому оборудованию и оборудованию для гидроразрыва

Выбор клапана не происходит изолированно. Клапан должен крепиться болтами к катушке обсадной колонны, головке разрыва или рождественской елке, а размеры интерфейса, номинальное давление и размер отверстия должны совпадать с размерами соседних компонентов. Несоответствие между торцевым соединением клапана и устьевым золотником может привести к неправильному уплотнению соединения, которое выйдет из строя под давлением.

Универсальный адаптер для гидроразрыва с несколькими вариантами выходов Этот адаптер головки гидроразрыва подходит для всех соединений API и имеет четыре, пять или шесть выходов. Он предназначен для операций разрыва пласта под высоким давлением, обеспечивая совместимость со стандартными фланцами и эффективный поток. Посмотреть продукт →

Применение катушки обсадной колонны и головки гидроразрыва

Катушка обсадной колонны используется для поддержки и герметизации обсадных колонн на устье скважины. Он содержит боковые выпуски и посадочное плечо для следующего компонента. Клапаны, установленные на этих выходах, должны иметь размер отверстия, соответствующий номиналу выходного отверстия золотника. Если размер клапана слишком велик, соединение может не обеспечить надлежащее уплотнение; если его размер слишком мал, ограничение потока может вызвать эрозию и внезапное падение давления.

С другой стороны, головка гидроразрыва является окончательным соединением между манифольдом насоса гидроразрыва и устьем скважины. В нем находится ряд клапанов, которые контролируют подачу суспензии под высоким давлением в скважину. Клапаны на головке разрыва часто открываются и закрываются чаще, чем эксплуатационные клапаны на устье скважины, поэтому геометрия седла и материал уплотнения имеют еще большее значение. Вот почему операторы обычно просят использовать задвижки или пробковые клапаны API 6A с закаленной отделкой на головках разрыва и выпускных коллекторах.

Рассматривая клапан как часть системы, а не как изолированный компонент, вы можете снизить вероятность утечки через интерфейс и продлить срок службы всей сборки.

Практический контрольный список для покупки клапанов для нефти и газа

Прежде чем оформить заказ на поставку устьевых клапанов или клапанов гидроразрыва, ознакомьтесь с этими моментами у своего поставщика. Они помогут вам избежать наиболее распространенных неисправностей и обеспечить возможность обслуживания клапана в полевых условиях.

1. Подтвердите номинальное давление API 6A (например, от 2000 до 20 000 фунтов на квадратный дюйм) и соответствующее испытательное давление. Сопоставьте его с максимальным перепадом давления, который будет восприниматься клапаном, включая случаи помпажа.
2. Определите температурный класс и условия рабочей среды. Клапан, подвергающийся воздействию арктических температур или пара, требует другой упаковки и уплотнительных материалов.
3. Укажите класс материала, особенно для кислой среды или рабочей жидкости с высоким содержанием хлоридов. Углеродистой стали не всегда достаточно.
4. Запросите механизм уплотнения и материал седла. Определите, является ли он металл-металл или имеет мягкое уплотнение, и как это влияет на класс затвора.
5. Проверьте рабочий крутящий момент или требуемый размер привода. Если клапаном необходимо управлять вручную, убедитесь, что крутящий момент достаточен при максимальном давлении.
6. Проверьте тип торцевого соединения (фланцевое, резьбовое или зажимное) и размер отверстия. Проверьте, соответствует ли клапан соседнему золотнику или головке разрыва.
7. Оценить наличие запасных частей и порядок ремонта. Клапан, который сложно отремонтировать в полевых условиях, может стать эксплуатационной помехой.

Когда вы работаете с производителем, имеющим собственные мощности по литью и механической обработке, цикл от проектирования до поставки короче. Наше производство по адресу Производственное предприятие ЮКСОЙЛ включает в себя как арматурный завод, так и литейный цех, что позволяет нам контролировать качество материалов и быстрее реагировать на изменения технических характеристик. Это важный момент для любого нефтепромыслового проекта, которому требуется надежное оборудование в установленные сроки.