Um acumulador BOP é a unidade hidráulica de energia armazenada que fecha os dispositivos de prevenção de explosão quando uma plataforma não tem energia, não tem ar comprimido e não tem bombas em funcionamento. Não é um componente bem perfurado; é a fonte de alimentação que faz o restante da pilha do BOP funcionar em caso de emergência, e sua capacidade é medida em fluido hidráulico utilizável, e não em quantas garrafas cabem no skid.
Essa definição orienta tudo abaixo: por que a pré-carga de nitrogênio é mais importante do que a contagem de garrafas, por que uma unidade que passa por uma verificação de pressão estática ainda pode fechar lentamente e o que especificar, carregar e inspecionar para que a força de fechamento ainda esteja presente na segunda e terceira função de um chute.
O que um acumulador BOP deve fazer
Um acumulador BOP de superfície deve fornecer fluido armazenado suficiente para operar todas as funções de emergência necessárias em sequência e ainda manter a pressão acima de sua pré-carga de nitrogênio, sem fonte de energia externa.
Uma unidade de trabalho contém, portanto, no mínimo:
- Garrafas carregadas com nitrogênio em um suporte múltiplo, cada uma com sua própria válvula de isolamento.
- Reservatório hidráulico dimensionado para cobrir o volume de descarga das garrafas, além de margem de trabalho.
- Bombas pneumáticas, elétricas ou duplas com pressostatos automáticos.
- Reguladores que reduzem a pressão da garrafa até o aríete e o suprimento do preventor anular.
- Válvulas de alívio, válvulas de retenção e uma conexão dedicada para carregamento de nitrogênio.
- Um painel de controle com válvulas de função, além de um painel remoto no piso de perfuração na maioria das plataformas.
- Manômetros ou transdutores, alarmes de baixa pressão e indicação de nível de fluido.
As práticas de projeto e operação estão sob dois documentos: API Spec 16D para o próprio sistema de controle e API Std 53 para sistemas de equipamentos de controle de poço no local do poço. Ambos circulam o mesmo número, volume de fluido utilizável com uma margem de pressão definida, e ambos assumem que a unidade é carregada, inspecionada e testada de acordo com um cronograma.
Como a energia armazenada se torna uma força de fechamento
A energia é armazenada como nitrogênio comprimido em vez de fluido bombeado, e é por isso que a unidade continua funcionando depois que a plataforma perde energia.
Cada garrafa é dividida em duas câmaras. O nitrogênio é pré-carregado de um lado; o fluido hidráulico do reservatório é bombeado para o outro. Como o nitrogênio se comprime e o fluido não, a bomba carrega o gás à medida que ele enche o invólucro. Quando uma válvula de função se abre, o nitrogênio se expande e empurra o fluido para o operador do preventor sob pressão, sem necessidade de bomba, fornecimento de ar ou energia elétrica.
A pré-carga é o piso do sistema. O fluido para de fluir quando a pressão da garrafa cai para o valor de pré-carga de nitrogênio, portanto, todas as ações úteis acontecem entre a pressão de trabalho e a pré-carga.
O tipo de garrafa define como essa separação é feita
| Tipo | Separação | Pontos fortes | Cuidados |
|---|---|---|---|
| Bexiga | A bexiga de borracha contém nitrogênio dentro de uma concha de aço cheia de fluido | Resposta rápida, baixo custo por galão, fácil de recarregar e recarregar | Bexiga can rupture or chafe if precharge is wrong; moderate volume per bottle |
| Pistão | Um pistão selado separa as duas câmaras | Classificações de pressão mais altas, ampla tolerância à temperatura, ciclo de vida longo | O desgaste da vedação adiciona partículas ao fluido; mais pesado, mais caro, precisa de serviço de vedação |
| Diafragma | Um diafragma flexível separa as câmaras | Compacto, sem vedação deslizante, comportamento previsível | Pequeno volume útil por garrafa; fadiga do diafragma |
A pré-carga segue a lei do gás, e o inverno também
Em um sistema de 3.000 psi, a pré-carga de nitrogênio é geralmente de 1.000 psi, verificada com o lado do fluido isolado e drenado. Esse número depende da temperatura: uma garrafa carregada a 1.000 psig a 70 °F lê aproximadamente 865 psig a 0 °F, porque a pressão do nitrogênio varia com a temperatura absoluta. Uma unidade que parecia totalmente carregada no verão pode ter falta de fluido utilizável em uma reforma em janeiro, e uma unidade carregada com ar comprimido em vez de nitrogênio seco apresenta um risco real de incêndio.
Tamanho por volume utilizável, não por contagem de garrafas
O número que pertence a uma especificação é o volume de fluido utilizável com uma margem de pressão definida, nunca o volume total da garrafa ou a contagem de garrafas.
Para um sistema de 3.000 psi com pré-carga de 1.000 psi, a aproximação isotérmica é simples: o volume utilizável é igual ao volume total da garrafa multiplicado por um menos a pré-carga (absoluta) dividido pela pressão de trabalho (absoluta). Na prática o valor que deve ser provado é menor, porque o sistema tem que ficar pelo menos 200 psi acima da pré-carga após a última função requerida. Esse é o número que um teste de redução produz.
| Banco de garrafas | Volume total | Utilizável para pré-carregar | Utilizável com pré-carga de 200 psi | Onde é comumente visto |
|---|---|---|---|---|
| 4 × 10 galões | 40 galões | ≈ 26,5 galões | ≈ 24 galões | Pilhas de superfície compactas com poucas funções |
| 4 × 15 galões | 60 galões | ≈ 39,8 galões | ≈ 36 galões | Pilhas de superfície com aríetes e um anular |
| 6 × 15 galões | 90 galões | ≈ 59,7 galões | ≈ 54 galões | Pilhas maiores, poços mais profundos, funções adicionais |
| 4 × 20 galões | 80 galões | ≈ 53 galões | ≈ 48 galões | Pilhas de alta pressão com cilindros de cisalhamento |
Seguem-se duas consequências. Aumentar a pré-carga para obter pressão extra na garrafa sempre reduz o fluido utilizável. E adicionar funções, um segundo anel, uma válvula HCR ou um estrangulador hidráulico, altera o requisito, e é por isso que uma mudança de pilha muitas vezes força o redimensionamento de um acumulador em vez de mais uma garrafa.
Pré-carga, pressões reguladas e tempo de fechamento
Defina primeiro a pré-carga de nitrogênio, porque todas as outras pressões na unidade estão a jusante dela e o tempo de fechamento é decidido pelo caminho do fluxo e não pela contagem de garrafas.
| Parâmetro | Valor típico | Por que isso importa |
|---|---|---|
| Pressão de trabalho da garrafa | 3.000psi | Limita a energia armazenada e define a classificação de pressão do rack |
| Pré-carga de nitrogênio | 1.000 psi a 70°F | O piso do sistema; volume de resíduos muito baixo, muito alto remove-o |
| Fornecimento de preventor de carneiro | 1.500 psi, regulado | Corresponde às classificações do operador; pressão extra adiciona desgaste, não força |
| Fornecimento de preventor anular | 1.500 psi, regulado | Deve vedar sem comprimir excessivamente e danificar o elemento |
| Aríete de cisalhamento e fornecimento de HCR | 3.000psi, unregulated branch | O cisalhamento precisa da pressão máxima disponível |
| Hora de fechamento | 30 s ou menos para aríetes, 45 s ou menos para aríetes de cisalhamento | Define a quantidade de fluido que o teste de rebaixamento deve provar |
O horário de fechamento é um problema de fluxo. O tamanho da válvula, o diâmetro da mangueira, o volume do operador e o comprimento do painel até o preventor são importantes para mais do que uma garrafa extra. Uma unidade pode manter a pressão total e ainda fechar lentamente se o caminho do fluxo for restrito, e é por isso que o teste de funcionamento, e não o manômetro, é a prova real.
Verificações diárias, modos de falha e teste de redução
Uma caminhada de dez minutos detecta quase todos os problemas do acumulador antes que se torne um evento de controle de poço.
- A pressão da garrafa e a pré-carga são lidas em relação à temperatura ambiente, não em relação à leitura de verão.
- Nível do reservatório, cor do fluido e qualquer sinal de emulsão ou granulação.
- Pressão inicial da bomba e tempo de recarga; uma recarga lenta indica uma bomba desgastada ou uma válvula de retenção com vazamento.
- Vazamentos nas conexões do coletor, válvulas de garrafas e linhas de abastecimento do operador.
- Pressão de fornecimento de ar e condição do secador em unidades pneumáticas.
- Válvulas de função retornando totalmente para neutro, sem aumento de pressão nos manômetros.
- Painel remoto e alarmes de baixa pressão testados de acordo com o programa do poço.
A maioria das falhas em campo remonta a quatro causas: uma bexiga rompida ou dobrada, um vazamento lento de nitrogênio em uma válvula ou porta de carregamento, um vazamento na válvula de retenção da garrafa que permite a migração do fluido entre as garrafas e fluido hidráulico contaminado que bloqueia os filtros e retarda todas as funções. Nenhum deles é visível de forma confiável em um manômetro. É por isso que existe o teste de rebaixamento periódico:
- Registre a temperatura ambiente, os valores de pré-carga e a sequência de funções exigida pelo programa do poço.
- Isolar bombas e qualquer fonte de energia externa; observe a pressão inicial e o nível do reservatório.
- Opere cada função necessária em sequência, normalmente todos os cilindros fechados, um anular fechado e a válvula HCR aberta.
- Registre a pressão após cada etapa; o sistema deve permanecer pelo menos 200 psi acima da pré-carga após a função final.
- Compare o fluido descarregado com o volume utilizável esperado, recarregue a unidade e registre o resultado.
A mesma disciplina se aplica quando a pilha é testada sob pressão em vez de testada quanto à função: vedações, cavidades e operadores são testados sob pressão, e o sistema de controle deve manter sua margem o tempo todo.
Coto de teste BOP para teste de pilha de preventor de explosão Coto de teste BOP para sistemas preventivos de explosão, fornecendo vedação de alta pressão e controle remoto em pilhas testadas em pressão com unidades de controle correspondentes. Ver Produto → Onde o acumulador encontra a pilha
Especifique a unidade de controle e o hardware da pilha juntos, pois os próprios preventores decidem o volume utilizável que você precisa.
Os maiores consumidores de fluido armazenado são o preventor anular, que precisa de um grande volume para vedar vários tamanhos de tubos, e os preventores de aríete, que devem fechar e travar contra a pressão do poço. Uma pilha de dois ram com um anel é um mínimo comum; adicionar um cilindro de cisalhamento ou um segundo anular altera o cálculo do volume utilizável e, portanto, o banco de garrafas e o tamanho da bomba.
A correspondência entre classificações de pressão, tamanhos de flange e volumes do operador com o sistema de controle na fase de especificação evita os problemas usuais de campo: fechamento lento, elementos danificados por sobrepressão e painéis que não conseguem operar todas as funções do desenho.
BOP anular para controle de poço de perfuração e vedação de emergência BOP anular para controle de poços de perfuração, oferecendo vedação anular e resposta rápida; escolha com classificações de pressão, tamanhos de flange e volumes de operador correspondentes. Ver Produto → 
BOP de aríete duplo para vedação de cabeça de poço API 16A Double Ram BOP usa dois aríetes como barreira de vedação; API 6A/NACE MR0175, com volumes de pressão, flange e operador adequados aos sistemas de controle. Ver Produto → Perguntas frequentes
De quanto fluido utilizável um acumulador BOP precisa?
O suficiente para operar todas as funções de emergência necessárias em sequência e ainda permanecer pelo menos 200 psi acima da pré-carga de nitrogênio, que é exatamente o que um teste de redução prova. O volume total da garrafa não é a resposta.
Que pré-carga de nitrogênio devo usar?
Em um sistema de 3.000 psi, 1.000 psi a 70 °F é o ponto de partida comum, ajustado para as temperaturas que a unidade realmente verá. Verifique com o lado do fluido isolado e drenado e use somente nitrogênio seco.
Com que frequência o acumulador deve ser testado?
Verificações diárias de pressão e fluido, com testes de funcionamento e rebaixamento em intervalos definidos pela API Std 53, pelo programa de poço do operador e pela regulamentação local, não apenas após uma falha.
Uma unidade acumuladora pode servir duas plataformas?
Geralmente não. O volume utilizável, as mangueiras e o layout do painel são projetados em torno de uma pilha e um layout de equipamento, portanto, uma segunda pilha geralmente significa um banco de garrafas maior ou uma unidade separada.
A compra de um acumulador se resume a três coisas verificáveis: um valor de volume utilizável comprovado por teste, uma disciplina de pré-carga que sobreviva ao inverno e dispositivos de prevenção que correspondam às pressões nominais no desenho. Compradores que pedem todos os três e confirmam o escopo de fabricação por trás das marcas API 16A e API 16C , raramente são surpreendidos em campo.
A etapa de verificação é idêntica em pilhas novas e recertificadas, pois cada cavidade é testada quanto à pressão antes da unidade entrar em operação. É por isso o coto de teste BOP pertence à mesma conversa que a unidade de controle.
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