A hidráulica do BOP é a energia armazenada, o fluido e o caminho de controle que realmente aciona o elemento de vedação de um preventor contra a pressão do poço. Quando o volume do acumulador, a taxa de fechamento e o dimensionamento da linha estão errados, uma pilha pode passar em todos os testes de shell do certificado e ainda assim fechar muito lentamente, ou fechar sem selar, durante um chute real.
A resposta prática primeiro: dimensione os acumuladores a partir do volume de deslocamento real de cada função na pilha, verifique a taxa de fechamento na pressão de fechamento mais alta esperada e meça o tempo de fechamento na unidade instalada em vez de confiar em uma planilha de dados. Todo o resto deste artigo explica por que esses três números são importantes e como eles interagem.
O que a Hidráulica BOP realmente cobre
A hidráulica do BOP é um circuito de potência fechado com quatro partes e todas as quatro devem ser dimensionadas juntas. O sistema armazena energia, gera pressão, distribui o fluxo e converte esse fluxo em força mecânica no preventor.
- Armazenamento de energia: garrafas acumuladoras pré-carregadas com nitrogênio, normalmente a única fonte de energia durante uma falha de energia.
- Geração de pressão: bombas e reguladores da unidade de fechamento que recarregam os frascos e mantêm a pressão do sistema.
- Distribuição: coletores, válvulas de controle, reguladores, painéis e linhas hidráulicas até cada função.
- Atuação: os cilindros de operação em preventores anulares e preventores de aríete, além dos parafusos de travamento nas unidades que os possuem.
Uma maneira útil de pensar sobre isso: o sistema deve fornecer um volume definido, a uma pressão definida, dentro de um tempo definido, no momento em que a plataforma já perdeu energia e ar de instrumento. Cada decisão de design deve ser julgada em relação a esse cenário único.
Controle direto, operado por piloto e submarino
As pilhas de superfície quase sempre usam controle hidráulico piloto, porque ele mantém as linhas de alta pressão curtas e move apenas um pequeno volume piloto para o painel remoto. O controle hidráulico direto é mais simples e lento e agora é encontrado principalmente em pequenas unidades de recondicionamento.
Por que os sistemas submarinos parecem diferentes
As pilhas submarinas usam controle hidráulico indireto, onde a pressão piloto desce por um umbilical até os pods de controle submarinos e válvulas de sequência que admitem fluido de garrafas acumuladoras locais. A razão é a distância: empurrar o volume total de atuação através de várias centenas de metros de mangueira seria muito lento e perderia muita pressão devido ao atrito. A resposta submarina também deve levar em conta a carga hidrostática, portanto, uma função que fecha em segundos em terra pode precisar de uma margem mais longa no mar.
Proporção de fechamento: o número que decide se um carneiro fecha
A taxa de fechamento é a relação entre a pressão do poço que um preventor deve manter e a pressão hidráulica necessária para fechá-lo, e é o valor hidráulico mais útil em toda a pilha. Na prática, a relação é aproximadamente a pressão do poço dividida pela pressão hidráulica de operação disponível no cilindro, após levar em conta as perdas na linha e o atrito da vedação.
Um exemplo simples: com pressão de fechamento de 10.000 psi e 1.500 psi no cilindro do aríete, a relação de trabalho é de cerca de 6,7:1. Se o atrito e as perdas na linha consumirem 200 psi disso, a relação efetiva cai e o aríete pode atingir o tubo sem vedar totalmente. É por isso que os operadores mantêm a pressão do cilindro perto do topo da faixa do fabricante, em vez do mínimo, e é por isso que as linhas de controle subdimensionadas são um perigo genuíno para o bom controle, e não uma inconveniência.
| Função | Pressão operacional hidráulica | Taxa de fechamento típica | O que significa no poço |
|---|---|---|---|
| Aríete para tubos | 1.500 a 3.000 psi | Cerca de 5:1 a 10:1 | Veda de forma confiável na pressão nominal somente se a pressão total do cilindro chegar rapidamente |
| Aríete cego ou de cisalhamento | Extremidade superior da faixa | Razão efetiva mais baixa | Precisa de pressão extra para cortar o tubo antes de vedar |
| Preventor anular | 1.500 a 3.000 psi | Relação mais baixa, área de pistão maior | Veda uma ampla gama de tubos ou ferramentas, mas consome mais fluido por curso |
Os anulares merecem uma observação separada: como o elemento deve se comprimir em tudo, desde o tubo de perfuração até o kelly, a demanda hidráulica é tanto um problema de volume quanto de pressão. O comportamento de vedação do próprio elemento é abordado com mais detalhes nesta análise desempenho de vedação BOP anular .
BOP anular PERFURAÇÃO DE CABEÇA DE POÇO DE JIANGSU EUIPMENT CO., LTD. foi fundada em fevereiro de 2005 e é uma empresa nacional de fabricação de alta tecnologia que integra P&D, produção, vendas, ... Ver Produto → Dimensionamento do acumulador e volume de fluido utilizável
O volume do acumulador é definido pelo número de funções que você pretende fechar em sequência, e não pelo tamanho físico do skid da unidade de fechamento. A falha comum é contar garrafas em vez de fluido utilizável.
A prática baseada na API 16D é uma âncora razoável: o fluido utilizável deve ser pelo menos 1,5 vezes o volume total de deslocamento de todas as funções a serem operadas a partir do acumulador, com tolerância adicional para o próprio sistema de controle. O fluido utilizável é o que resta após a pré-carga e após a pressão mínima necessária para manter uma função fechada, por isso está sempre bem abaixo do volume nominal da garrafa.
- A pré-carga normalmente tem cerca de 1.000 psi de nitrogênio em um sistema de 3.000 psi, verificada com as bombas paradas e o fluido drenado das garrafas.
- Calcule o deslocamento por função a partir do volume de fechamento do fabricante e multiplique pelo número de operações que deseja disponíveis sem recarga.
- Adicione o anel, porque um único fechamento do anel pode consumir mais fluido do que três golpes de aríete.
- Confirme se a capacidade da bomba pode recarregar os frascos em um tempo realista, incluindo uma bomba fora de serviço.
3.000psi
Pressão mínima comum de operação do sistema para unidades de controle BOP de superfície.
1,5x
Fluido acumulador utilizável versus deslocamento total de todas as funções operadas.
1.000 psi
Pré-carga típica de nitrogênio em um banco de acumuladores de 3.000 psi.
30 segundos
Alvo de fechamento comum para funções de carneiro de superfície; furos maiores e fluido frio precisam de mais tempo.
Tempo de resposta: o que o piso da plataforma realmente sente
O tempo de resposta é mais um problema de encanamento do que um problema de pressão. Linhas longas e estreitas e fluidos frios e viscosos custam mais segundos do que um frasco ligeiramente menor e são muito mais difíceis de diagnosticar posteriormente.
| Função | Alvo típico | Gargalo habitual |
|---|---|---|
| Fechamento anular | 30 segundos or less | Grande volume de enchimento, fluido frio, linha de retorno restrita |
| Aríete para tubos close | 30 segundos or less | Diâmetro interno da linha, ajuste da válvula sequencial, conexões |
| Cisalhamento próximo | Muitas vezes 30 a 45 segundos | Pressão necessária para cisalhar, mais volume para completar a vedação |
| Ram aberto | 30 segundos or less | Contrapressão e fluxo de retorno, não pressão de alimentação |
Meça a resposta na pilha instalada com um registrador de pressão, em temperatura ambiente realista, com uma função por vez e depois com a sequência do pior caso. Testar hardware torna isso repetível em vez de anedótico.
Coto de teste BOP para controle de poço de alta pressão Um coto de teste de vedação de alta pressão e prevenção de explosão com monitoramento remoto, relevante ao verificar a resposta da pilha instalada antes de atribuir o fechamento lento à condição do fluido. Ver Produto → Fluido Hidráulico, Limpeza e Tempo Frio
A escolha do fluido é muito menos importante do que a condição do fluido. A maioria das reclamações de fechamento lento remonta à contaminação da água, à aeração ou à viscosidade errada à temperatura ambiente, e não ao material base no rótulo.
- Fluido à base de água com inibidor de corrosão e 3 a 5 por cento de lubrificante é o padrão comum onde o vazamento para o meio ambiente é importante.
- As misturas de glicol mantêm melhor a viscosidade em condições abaixo de zero; óleo mineral é usado onde a especificação permite.
- Almeje a limpeza ISO 4406 em torno de 18/16/13 ou melhor, com filtragem absoluta de 10 mícrons no caminho de enchimento e transferência.
- Amostra do fluido pelo menos duas vezes por ano e após qualquer evento de contaminação, e nunca complete com um estoque base diferente.
Quando um BOP não fecha: lendo o sintoma
Se uma função fechar lentamente uma vez e depois se comportar normalmente, suspeite de ar; se degradar continuamente ao longo de semanas, suspeite de perda de fluido, vazamento interno ou desgaste da vedação. O padrão de sintomas geralmente identifica a causa mais rapidamente do que um manômetro.
| Sintoma | Causa provável | Primeira verificação |
|---|---|---|
| Fechamento lento em todas as funções | Baixa pré-carga ou baixa pressão do sistema | Pré-carga da garrafa com bombas paradas |
| Uma função lenta, outras normais | Linha, válvula ou regulador restrito para esse circuito | Pressão no cilindro versus no coletor |
| Ram fecha, mas não mantém pressão | Relação de fechamento insuficiente ou elemento de vedação desgastado | Pressão de fechamento e condição do elemento |
| A pressão diminui após o fechamento | Vazamento interno em uma válvula de controle | Isole o circuito e observe o medidor |
Lembre-se de que o sistema hidráulico e o circuito de controle de pressão funcionam como um par. O coletor de estrangulamento tem que absorver o fluxo que o preventor desvia, e um estrangulamento de ação lenta transforma um chute controlado em um pico de pressão, mesmo quando o próprio BOP é executado corretamente.
Combinando o hardware BOP com o seu fornecimento hidráulico
O local mais barato para corrigir uma incompatibilidade hidráulica é a fase de especificação, enquanto o diâmetro interno, a pressão operacional e o deslocamento do cilindro ainda são negociáveis. A modernização de uma unidade de fechamento após a entrega é sempre um caminho caro.
- Confirme a pressão operacional e o volume de deslocamento para cada tamanho de aríete e anular que você pretende operar.
- Decida se você precisa de travamento hidráulico, parafusos de travamento manual ou ambos e confirme como cada um afeta o volume de fechamento.
- Confirme a documentação de hardware API 16A e a compatibilidade do sistema de controle API 16D no mesmo pacote.
- Confirme se os tamanhos das portas, os tipos de conexão e os comprimentos das linhas correspondem à unidade de fechamento e, em seguida, calcule a perda por atrito no pico de fluxo.
- Execute um teste de funcionamento à temperatura ambiente mínima antes da aceitação, não depois.
Para configurações empilhadas, um corpo de aríete duplo costuma ser a escolha prática porque proporciona fechamento cego e de tubo em um envelope flangeado e reduz o número de circuitos hidráulicos que precisam ser direcionados e testados.
Preventor de explosão de aríete duplo para controle de poço de perfuração Um dispositivo de vedação de cabeça de poço com duplo pistão que oferece fechamento cego e de tubo em um corpo flangeado, com materiais API 6A/NACE para operações de perfuração de alta pressão. Ver Produto → Perguntas frequentes
Como devem ser pré-carregadas as garrafas acumuladoras?
Cerca de 1.000 psi de nitrogênio em um sistema de 3.000 psi é o ponto de partida usual, verificado com as bombas paradas e o fluido drenado das garrafas. Sistemas de pressão mais alta usam uma pré-carga mais alta e a tabela do fabricante sempre prevalece.
Quanta pressão hidráulica é necessária para fechar um aríete?
Normalmente 1.500 a 3.000 psi no cilindro para unidades de superfície, mais uma margem para atrito na linha. O valor exato segue a relação de fechamento na pressão máxima de fechamento prevista e nunca deve exceder a pressão operacional nominal do fabricante.
Um BOP pode ser fechado sem energia hidráulica?
Sim, usando parafusos de travamento manuais ou uma bomba manual em unidades menores, mas é lento e deve ser tratado como um backup de emergência e não como uma suposição de projeto. A capacidade do acumulador existe precisamente para que a energia armazenada cubra o primeiro fechamento crítico.
Por que a rodada fecha lentamente em climas frios?
Viscosidade. O fluido frio resiste ao fluxo através de linhas e conexões estreitas, de modo que o cilindro enche mais lentamente. Um fluido com mistura de glicol e linhas de tamanho correto geralmente resolvem o problema; aumentar a pressão da bomba não.
Com que frequência o fluido hidráulico deve ser testado?
Pelo menos duas vezes por ano e imediatamente após qualquer evento de contaminação, troca de fluido ou reparo importante. A contagem de partículas e o teor de água são os dois resultados que vale a pena acompanhar ao longo do tempo.
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