Como funciona um preventor de explosão? Tipos de BOP, operação e testes de pilha

Às 2 da manhã, em uma plataforma terrestre no oeste do Texas, o coletor de lama vê o fluxo de retorno subir dois barris acima da taxa de bombeamento. A lama cortada pelo gás chega ao shaker e o poço está funcionando. Entre esse influxo e uma explosão descontrolada existe uma linha de defesa: o preventor de explosão (BOP), uma pilha de válvulas operadas hidraulicamente aparafusadas à cabeça do poço.

A resposta curta sobre como funciona um preventor de explosão é que ele fecha elementos de vedação resistentes ao redor do tubo de perfuração ou sobre o poço aberto, usando pressão hidráulica. Uma vez fechado, o BOP sela o espaço anular, desvia o chute através de um coletor de estrangulamento e dá à tripulação tempo para circular o influxo com lama mais pesada.

O que é um preventor de explosão?

Um preventor de explosão é um conjunto de válvula de alta pressão especializado montado na cabeça do poço para vedar, controlar e monitorar um poço de petróleo ou gás durante operações de perfuração, completação e recondicionamento. A API 16A define os requisitos de projeto, materiais e testes para preventores anulares e de impacto usados ​​em serviços de superfície e submarinos.

Um sistema BOP executa quatro trabalhos distintos:

• Veda o anel ao redor do tubo de perfuração ou revestimento para impedir que os fluidos da formação atinjam a superfície.
• Sela o poço completamente quando a coluna de perfuração está fora do furo.
• Corta o tubo de perfuração e sela o poço em caso de emergência.
• Direciona os fluidos do poço através das linhas de estrangulamento e de interrupção para que a tripulação possa circular o coice sob controle.

Como nenhum dispositivo executa todas essas funções de forma confiável, um BOP é, na verdade, um sistema de vários tipos de componentes organizados como uma pilha.

Em que consiste uma pilha BOP

Uma pilha BOP é o conjunto vertical de preventores, carretéis e saídas que ficam no topo da cabeça do poço. Em uma pilha de superfície, cada componente ocupa uma posição específica, trabalhando da cabeça do revestimento para cima.

A disposição de baixo para cima de uma pilha BOP de superfície típica segue esta sequência:

1. O conector da cabeça do revestimento trava a pilha na cabeça do poço.
2. BOP de aríete duplo, geralmente um aríete de tubo abaixo e um aríete de cisalhamento cego acima.
3. Carretel de perfuração com saídas laterais para conexões de choke e kill line.
4. BOP anular que veda qualquer tamanho de tubo, junta de ferramenta ou furo aberto.
5. Adaptador riser ou niple em forma de sino que guia a coluna de perfuração para dentro da pilha.

As pilhas submarinas repetem essa lógica perto do fundo do mar e adicionam um pacote de riser marítimo inferior para que a plataforma possa se desconectar durante uma emergência. Embora a disposição da pilha varie de acordo com o tipo de poço e a classificação de pressão, o princípio é idêntico: cada componente apoia os outros.

Como funciona um preventor de explosão circular

Um BOP anular fecha forçando um elemento de vedação de borracha em forma de rosca para dentro ao redor do tubo de perfuração. A pressão de fechamento hidráulica entra na câmara de fechamento e impulsiona um pistão para cima; o perfil do pistão então comprime o elemento de gaxeta para que seu diâmetro interno encolha e forme uma vedação em torno de tudo o que estiver no furo. Quando a pressão de abertura é aplicada, o pistão se retrai e o elemento relaxa de volta ao seu diâmetro total.

Como o elemento de vedação é de borracha, um preventor anular pode vedar tubos de perfuração, juntas de ferramentas, comandos de perfuração, revestimento e até mesmo um furo aberto. Isso o torna a primeira linha de defesa ao manobrar o tubo e também permite que a equipe retire o tubo sob pressão. A compensação é uma classificação de pressão mais baixa do que os preventores de aríete, normalmente de 3.000 a 5.000 psi para aplicações de superfície, e é por isso que os BOPs de aríete ficam abaixo dele na pilha para maior pressão de fechamento.

Nossa API 16A preventores de explosão anulares são construídos com unidades de vedação substituíveis em campo, câmaras de operação hidráulica balanceadas e uma variedade de tamanhos de furo para combinar com programas comuns de revestimento e perfuração.

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Como funciona um preventor de explosão de carneiro

Um BOP de aríete fecha conduzindo dois blocos de aríete de aço horizontalmente em direção ao centro do poço até que suas vedações se encontrem ao redor do tubo, ou uma contra a outra para um fechamento completo. Cada bloco de aríete é movido por um pistão hidráulico; a pressão de fechamento empurra os aríetes para dentro e a pressão de abertura os retrai. Quando os blocos se encontram, a vedação frontal é comprimida contra a superfície do tubo e a vedação superior pressiona contra o castelo para manter uma barreira à prova de vazamentos.

O tipo de carneiro determina a função de controle do poço:

• Os carneiros vedam em torno de um tamanho específico de tubo de perfuração, deixando o tubo intacto.
• Os aríetes cegos vedam um furo aberto quando a coluna de perfuração está fora do furo.
• Os carneiros de cisalhamento cego cortam o tubo de perfuração e depois selam o poço; estes são o fechamento de emergência de último recurso.
• Os cilindros hidráulicos de diâmetro variável aceitam uma variedade de tamanhos de tubos sem alterar os blocos do cilindro hidráulico.

Os fabricantes constroem BOPs de êmbolo em configurações simples, duplas ou triplas para que uma pilha possa transportar uma combinação de capacidades de tubo, persiana e cisalhamento em diferentes alturas. Nosso BOPs de carneiro único e BOPs de aríete duplo atendem à API 16A com corpos de aço forjado, pacotes de vedação substituíveis e classificações de pressão de 3.000 a 15.000 psi.

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Sistemas de controle e o papel do coletor de estrangulamento

Um dispositivo de prevenção de explosão fecha somente quando o fluido hidráulico de uma unidade acumuladora flui para a câmara de fechamento do componente selecionado. O perfurador aciona esta ação a partir de um painel de controle remoto, geralmente localizado no convés da plataforma, que envia sinais piloto para os circuitos de válvulas na pilha do BOP.

O acumulador armazena energia em garrafas carregadas de nitrogênio e mantém uma pressão de alimentação hidráulica de cerca de 3.000 psi em plataformas de superfície. A API 16D especifica testes de tempo de fechamento e capacidade hidráulica. Como orientação, os preventores anulares fecham em 30 segundos ou menos, enquanto os preventores de aríete fecham em 15 a 30 segundos, dependendo do tamanho do furo, da pressão operacional e da configuração da pilha. Os BOPs submarinos usam o mesmo princípio, mas o sinal de controle viaja através de pods multiplex eletro-hidráulicos, e um ROV pode operar funções específicas como backup final.

Quando o BOP é fechado, o fluxo do poço é redirecionado através do coletor de estrangulamento, que se conecta à pilha abaixo dos preventores. O coletor reduz a pressão através de estranguladores ajustáveis ​​para que a tripulação possa circular a lama pesada e aliviar a pressão do chute sem exceder os limites de segurança. É por isso que todo o pacote, incluindo a pilha BOP, o acumulador e o coletor de estrangulamento , devem ser especificados e testados em conjunto.

Teste: Por que um BOP não é definido e esquecido

Um BOP só é confiável se for testado quanto à função e à pressão em um cronograma fixo, e um coto de teste do BOP torna isso possível sem expor o poço a riscos. Um coto de teste é um acessório que segura o BOP, conecta-o a uma bomba de teste e um registrador de pressão e permite que cada componente seja fechado e pressurizado enquanto a equipe monitora vazamentos.

A prática de teste típica inclui:

• Teste de funcionamento a cada 7 dias ou em cada intervalo de revestimento, de acordo com o programa de perfuração.
• Teste de pressão para pressão nominal de trabalho na instalação inicial.
• Teste de baixa pressão de 200 a 300 psi para verificar se as vedações assentam corretamente.
• Teste de alta pressão na classificação da pilha, geralmente de 10.000 a 15.000 psi.

O teste também verifica o acumulador, os circuitos de controle e o coletor de estrangulamento, porque um BOP que não pode ser fechado não é diferente de nenhum BOP. Nosso Cotos de teste BOP são projetados para corresponder aos padrões de flange API 16A e suportar testes de tipo anular e de êmbolo em orientações verticais ou horizontais. Um artigo relacionado explica por que o coto de teste BOP se tornou uma ferramenta indispensável para equipes de perfuração.

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O que procurar em um fornecedor BOP

A escolha de um BOP começa com o programa do poço, não com a lista de preços. Combine a pressão nominal de trabalho e o tamanho do furo com a pressão superficial máxima esperada e, em seguida, verifique se o fabricante possui as licenças API relevantes.

As principais verificações de compra incluem:

• Monograma API 16A em BOPs circulares e ram.
• Sistema de gerenciamento de qualidade API Q1 e registros de testes documentados.
• Materiais de acabamento adequados para serviço com H2S ou CO2, como acabamentos HH, EE ou FF.
• Classificação de temperatura adequada ao ambiente de perfuração.
• Disponibilidade de kits de vedação sobressalentes e suporte de serviço pós-venda.

Um fabricante certificado com instalações de teste internas reduz o risco de aquisição porque a mesma fábrica pode fornecer o coletor de estrangulamento, o coto de teste e as vedações de reposição como um pacote integrado.

Perguntas frequentes

Com que rapidez um dispositivo de prevenção de explosão fecha?

Os requisitos da API normalmente exigem que os BOPs anulares fechem em 30 segundos ou menos e que os BOPs sejam compactados em 15 a 30 segundos, dependendo do tamanho e da pressão nominal. O tempo de fechamento depende tanto da capacidade do acumulador e do sistema de controle hidráulico quanto do próprio BOP, portanto ambos devem ser testados em conjunto.

Qual é a diferença entre cilindros tubulares e cilindros cisalhantes cegos?

Os carneiros vedam em torno de um tamanho específico de tubo de perfuração e deixam o tubo intacto, para que a circulação possa continuar, se necessário. Os cilindros de cisalhamento cegos empurram o tubo de perfuração, cortam-no e depois selam a abertura resultante. A maioria das pilhas inclui ambos, porque os cilindros hidráulicos protegem o poço durante as operações normais e os cilindros cisalhantes cegos servem como barreira de emergência final.

Um dispositivo de prevenção de explosão pode vedar um furo aberto?

Sim. Um BOP anular pode fechar completamente sobre um poço aberto, e aríetes cegos ou aríetes de cisalhamento cego fornecem o mesmo fechamento completo quando a coluna de perfuração está fora do furo. A tripulação seleciona o dispositivo de fechamento apropriado com base na situação e na posição da coluna de perfuração.