วาล์วบ่อน้ำมันแรงดันสูงในระบบหลุมผลิตและท่อ: คู่มือการออกแบบและการใช้งาน

A วาล์วบ่อน้ำมันแรงดันสูง เป็นวาล์วที่ออกแบบมาเพื่อควบคุม แยก หรือควบคุมการไหลของน้ำมัน ก๊าซ และของเหลวในกระบวนการผลิตได้อย่างปลอดภัยที่ความดันโดยทั่วไปตั้งแต่ 2,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้วถึง 20,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ใช้กับส่วนประกอบของหลุมผลิต ต้นคริสต์มาส ต้น frac ท่อร่วมหายใจ และส่วนท่อแรงดันสูง วาล์วเหล่านี้แตกต่างจากวาล์วอุตสาหกรรมมาตรฐานตรงที่ความหนาของผนังตัวถังที่หนักกว่า โครงสร้างปลอมแปลง (แทนที่จะหล่อ) การตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุที่เข้มงวดกว่า และการทดสอบอุทกสถิตและก๊าซที่จำเป็นเพื่อยืนยันว่าสามารถบรรจุแรงดันได้อย่างปลอดภัยภายใต้สภาวะการโหลดทั้งแบบคงที่และแบบวนรอบ

ประเภทวาล์วทั่วไปที่ใช้ในการบริการแรงดันสูง

ไม่มีการออกแบบวาล์วเดี่ยวที่เหมาะกับทุกการใช้งานที่มีแรงดันสูง การเลือกประเภทวาล์วขึ้นอยู่กับว่าลำดับความสำคัญคือการเข้าถึงแบบเต็มรู การซีลแบบสองทิศทาง ความสามารถในการควบคุมปริมาณ หรือการทำงานแบบ Quarter-turn อย่างรวดเร็ว

วาล์วประตู ยังคงเป็นตัวเลือกที่โดดเด่นสำหรับตำแหน่งหลักของหลุมผลิตและวาล์วปีกนก เนื่องจากการออกแบบผ่านท่อช่วยให้เครื่องมือแบบมีสายสามารถผ่านรูที่เปิดเต็มที่ได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง ซึ่งเป็นข้อกำหนดด้านการใช้งานที่บอลวาล์วและปลั๊กโดยทั่วไปไม่สามารถจับคู่ได้ในพื้นที่ขนาดเดียวกัน

มาตรฐานที่ใช้บังคับสำหรับวาล์วบ่อน้ำมันแรงดันสูง

มาตรฐานที่แตกต่างกันจะมีผลใช้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวาล์วในระบบ — ที่หัวหลุมผลิต บนต้นคริสต์มาส หรือปลายน้ำในท่อรวบรวมหรือส่ง

มาตรฐานปฐมภูมิตามการประยุกต์ใช้

• เอพีไอ 6A: ควบคุมอุปกรณ์บนหลุมผลิตและต้นคริสต์มาส รวมถึงวาล์วหลัก วาล์วปีกนก และอะแดปเตอร์
• เอพีไอ 6D: ควบคุมวาล์วท่อที่ใช้ในระบบการรวบรวมและส่งสัญญาณ
• เอพีไอ 16C: ใช้กับอุปกรณ์สำลักและฆ่าที่ใช้ระหว่างการขุดเจาะและการควบคุมบ่อน้ำ
• ASME B16.34: ให้คะแนนแรงดัน-อุณหภูมิพื้นฐานที่อ้างอิงโดยการออกแบบวาล์วหลายแบบ
• NACE MR0175/ISO 15156: ข้อกำหนดด้านวัสดุบังคับเมื่อมี H2S อยู่ในของเหลวที่ผลิต

วาล์วที่ได้รับการรับรองภายใต้ API 6A จะมีระดับข้อกำหนดผลิตภัณฑ์ (PSL) ตั้งแต่ 1 ถึง 4 ด้วย PSL 3 และ PSL 4 โดยทั่วไปจะระบุไว้สำหรับหลุมแรงดันสูง อุณหภูมิสูง (HPHT) และหลุมบริการที่มีกรดวิกฤต เนื่องจากต้องมีการทดสอบการตรวจสอบความถูกต้องของการออกแบบที่ขยายเวลา การรับรองวัสดุเต็มรูปแบบ และการตรวจสอบแบบไม่ทำลายอย่างเข้มงวดมากกว่า PSL 1 หรือ PSL 2

ระดับความกดดันและความหมายในสนาม

การเลือกระดับแรงดันถือเป็นการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในการกำหนดวาล์วแรงดันสูง พิกัดที่ต่ำกว่าจะก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยโดยตรง ในขณะที่พิกัดที่มากเกินไปจะทำให้มีน้ำหนักและต้นทุนที่ไม่จำเป็นในการติดตั้ง

วาล์วทุกตัวจะต้องมีระดับอุณหภูมิตั้งแต่ คุณ (-75°F ถึง 82°F) สำหรับสภาพอาร์กติก T (-18°F ถึง 350°F) สำหรับการผลิตที่อุณหภูมิสูง ระดับอุณหภูมิควรจับคู่กับอุณหภูมิของไหลจริงที่ตำแหน่งวาล์ว ซึ่งอาจสูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบบนพื้นผิวในการผลิตบ่ออย่างมาก

วัสดุสำหรับบริการเปรี้ยวและเงื่อนไข HPHT

การเลือกใช้วัสดุมีความสำคัญเมื่อวาล์วสัมผัสกับ H2S, CO2 หรืออุณหภูมิที่สูงขึ้น เนื่องจากเหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐานสามารถทนต่อการแตกร้าวจากความเครียดซัลไฟด์หรือสูญเสียความแข็งแรงเชิงกลภายใต้สภาวะเหล่านี้

• ระดับวัสดุ AA/BB: เหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐานหรือเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำสำหรับบริการที่ไม่เปรี้ยว
• ประเภทวัสดุ DD/EE/FF: เหล็กกล้าคาร์บอนที่ตรงตามมาตรฐาน NACE หรือขอบโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนสำหรับบริการที่มีรสเปรี้ยว
• ขอบสแตนเลส Inconel หรือดูเพล็กซ์: ใช้ในหลุมที่มีคาร์บอนไดออกไซด์สูงหรือมีการกัดกร่อนสูง HPHT เพื่อยืดอายุการใช้งาน
• PEEK หรือที่นั่งโลหะ: เลือกไว้เหนือเบาะนั่งอีลาสโตเมอร์เมื่ออุณหภูมิสูงเกินขีดจำกัดการทำงานของสารประกอบยางมาตรฐาน

เช่นบ่อที่ผลิตที่ 15,000 psi พร้อมอุณหภูมิการไหล 300°F และ H2S ที่ตรวจจับได้ โดยทั่วไปจะต้องมีการ วาล์วประตูคลาสวัสดุ EE, PSL 3 หรือ 4 มีที่นั่งโลหะ ในขณะที่หัวหลุมผลิตก๊าซหวานความดันต่ำที่ 3,000 psi สามารถให้บริการได้อย่างเพียงพอด้วยวาล์ว Material Class BB, PSL 2 มาตรฐาน

ข้อกำหนดในการทดสอบก่อนการใช้งานภาคสนาม

วาล์วบ่อน้ำมันแรงดันสูงทุกตัวจะต้องผ่านการทดสอบการผลิตตามลำดับที่กำหนดไว้ก่อนที่จะได้รับการรับรอง และระดับ PSL ที่สูงขึ้นจำเป็นต้องมีการทดสอบการตรวจสอบการออกแบบเพิ่มเติมบนต้นแบบก่อนที่การออกแบบจะได้รับการอนุมัติสำหรับการผลิต

ลำดับการทดสอบการผลิตมาตรฐาน

1. การทดสอบอุทกสถิตของร่างกายที่ 1.5 เท่าของแรงดันใช้งานที่กำหนด
2. การทดสอบบ่าในทั้งสองทิศทางที่แรงดันใช้งานที่กำหนด
3. การทดสอบการปิดผนึกก้านเบาะหลังหรือก้านเพื่อยืนยันว่าไม่มีการรั่วไหลเลยชุดก้าน
4. การทดสอบการทำงานแบบเต็มจังหวะเพื่อตรวจสอบการทำงานที่ราบรื่น
5. การทดสอบแก๊สสำหรับวาล์วที่ใช้กับแก๊สหรือบริการ PSL 3/4

วาล์ว PSL 3 และ PSL 4 ได้รับเพิ่มเติม การทดสอบแบบวนรอบแบบขยาย ซึ่งบางครั้งเกี่ยวข้องกับวงจรเปิด-ปิดหลายพันรอบบนต้นแบบ เพื่อจำลองการทำงานของภาคสนามหลายปีก่อนที่การออกแบบจะได้รับการอนุมัติสำหรับการผลิต ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ช่วยลดความเสี่ยงของบ่าวาล์วก่อนกำหนดหรือความล้มเหลวของซีลได้อย่างมากเมื่อติดตั้งวาล์วลงหลุม

จุดใช้งานในระบบหลุมผลิตและท่อ

วาล์วแรงดันสูงได้รับการติดตั้งที่จุดแยกและจุดควบคุมที่สำคัญทุกจุดตลอดเส้นทางการไหลต้นน้ำ ตั้งแต่หัวหลุมไปจนถึงเครือข่ายท่อ

• วาล์วหลักหลุมผลิตและวาล์วปีก: การแยกทางเข้าบ่อน้ำหลักบนต้นคริสต์มาส
• ต้นไม้แฟรค: แยกของเหลวพร่าพรายแรงดันสูงในระหว่างการกระตุ้นบ่อ ซึ่งมักจะเกิน 10,000 psi
• ท่อร่วมไอดี: ลดความดันหลุมผลิตสูงให้อยู่ในระดับที่สามารถจัดการได้ก่อนเข้าสู่ระบบรวบรวม
• วาล์วบล็อกท่อ: การแบ่งสายส่งยาวเพื่อการบำรุงรักษาและการปิดระบบฉุกเฉิน
• ต้นไม้ใต้ทะเล: วาล์วแรงดันสูงสั่งงานจากระยะไกลเพื่อควบคุมการผลิตบ่อใต้ทะเล

โดยเฉพาะอย่างยิ่งวาล์วบล็อกท่อมักจะเว้นระยะห่างเป็นช่วงๆ ทุกๆ 20 ถึง 30 ไมล์ ตามแนวสายส่ง ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถแยกส่วนที่แตกหรือเสียหายได้อย่างรวดเร็ว และจำกัดปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ปล่อยออกมาในระหว่างการปิดฉุกเฉิน

การเลือกวาล์วที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนด

การเลือกวาล์วที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับการจับคู่หลุมหรือสภาพท่อกับแรงดัน อุณหภูมิ ระดับวัสดุ และ PSL ของวาล์ว ไม่ใช่แค่การเลือกวาล์วที่มีพิกัดสูงสุดเท่านั้น

รายการตรวจสอบการคัดเลือก

• ยืนยันแรงดันใช้งานสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ และเลือกระดับแรงดันที่มีระดับความปลอดภัยเพียงพอ
• ตรวจสอบการจัดประเภทบริการเปรี้ยวและระบุประเภทวัสดุที่สอดคล้องกับ NACE หากมี H2S อยู่
• จับคู่ระดับอุณหภูมิกับอุณหภูมิของเหลวที่ไหลจริง ไม่ใช่แค่สภาพพื้นผิวโดยรอบ
• กำหนด PSL ที่จำเป็นโดยพิจารณาจากวิกฤตที่ดี ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ หรือข้อกำหนดของผู้ปฏิบัติงาน
• เลือกประเภทวาล์วตามฟังก์ชัน: ประตูสำหรับการแยกหลุมผลิตเต็มรู บอลหรือปลั๊กสำหรับการแยกท่อแบบควอเตอร์เทิร์น โช้กเพื่อลดแรงดัน
• ยืนยันว่าประเภทการเชื่อมต่อสิ้นสุดและวิธีการกระตุ้นตรงกับอุปกรณ์ผสมพันธุ์และระบบควบคุม

แนวทางปฏิบัติในการบำรุงรักษาเพื่อความน่าเชื่อถือในระยะยาว

วาล์วแรงดันสูงทำงานภายใต้สภาวะที่เร่งการสึกหรอของเบาะนั่ง ซีล และการบรรจุก้าน ทำให้โปรแกรมการบำรุงรักษาที่มีโครงสร้างจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการปิดเครื่องโดยไม่ได้วางแผนหรือเหตุการณ์ด้านความปลอดภัย

• ทำการลูบวาล์วที่ควบคุมด้วยมือเป็นประจำเพื่อป้องกันประตูหรือลูกบอลยึด
• ตรวจสอบและเปลี่ยนปะเก็นก้านตามกำหนดเวลาเพื่อป้องกันการรั่วซึมที่ฝากระโปรงหน้า
• ดำเนินการทดสอบการรั่วของเบาะนั่งเป็นระยะเพื่อยืนยันว่าวาล์วยังคงเป็นไปตามระดับการรั่วไหลที่กำหนด
• ตรวจสอบการกัดกร่อนหรือการสึกกร่อนของวาล์วในการใช้งานที่มีฤทธิ์เปรี้ยวหรือของแข็ง
• ตรวจสอบฟังก์ชันแอคชูเอเตอร์ การจ่ายอากาศ และความสมบูรณ์ของสัญญาณควบคุมบนวาล์วที่ควบคุมจากระยะไกล

ผู้ปฏิบัติงานส่วนใหญ่กำหนดเวลาให้มีการรับรองวาล์วหลุมผลิตที่สำคัญอีกครั้งโดยสมบูรณ์ทุกครั้ง 3 ถึง 5 ปี โดยมีช่วงการตรวจสอบบ่อยครั้งมากขึ้นสำหรับวาล์ว frac tree ซึ่งต้องผ่านวงจรแรงดันสูงซ้ำๆ ในระหว่างการดำเนินการกระตุ้นหลายขั้นตอน ซึ่งการสึกหรอของเบาะนั่งและซีลจะสะสมเร็วกว่าวาล์วที่ใช้สำหรับบริการแยกเปิด/ปิดแบบง่ายๆ