جلوگیری کننده از انفجار چیست و چگونه کار می کند؟

جلوگیری از انفجار (BOP) یک مجموعه شیر مکانیکی پرفشار بزرگ است که در سر چاه یک چاه نفت یا گاز برای کنترل و آب بندی چاه در صورت افزایش کنترل نشده سیالات سازند نصب می شود - که معمولاً به عنوان فوران شناخته می شود. این یکی از حیاتی ترین وسایل ایمنی در عملیات حفاری نفت و گاز است: هنگامی که یک چاه لگد می زند (فشار تشکیل از فشار هیدرواستاتیک سیال حفاری بیشتر می شود)، BOP مانع مکانیکی اولیه بین چاه و سطح است که از انتشار کنترل نشده هیدروکربن ها که می تواند منجر به آتش سوزی، انفجار، آسیب محیطی و از دست دادن جان افراد شود، جلوگیری می کند.

برای تیم های تدارکات مهندسی و خریداران تجهیزات حفاری در حال ارزیابی جلوگیری از فوران چاه نفت اجزاء و قطعات، درک نحوه عملکرد سیستم BOP - و دقت در تولید برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد - پایه و اساس مشخصات موثر تجهیزات و ارزیابی تامین کننده است.

چرا پیشگیری از انفجار مهم است؟

فشار سازند - فشار طبیعی نفت، گاز و آب در یک مخزن زیرسطحی - می‌تواند به ده‌ها هزار PSI در چاه‌های عمیق برسد. در حین حفاری، این فشار معمولاً با فشار هیدرواستاتیک ستون گل حفاری در چاه متعادل می شود. هنگامی که تعادل از بین می رود - به دلیل اینکه فشار سازند از فشار گل بیشتر می شود یا به دلیل اینکه سیال حفاری در یک سازند متخلخل از بین می رود - سیالات سازند می توانند وارد چاه شده و به سرعت به سمت بالا جریان پیدا کنند. بدون BOP برای آب بندی چاه، این می تواند به یک فوران سطحی تبدیل شود: جریان کنترل نشده هیدروکربن ها با عواقب فاجعه بار.

فاجعه Deepwater Horizon در سال 2010 - که در آن شکست BOP در آب بندی چاه آب های عمیق منجر به انفجار، 11 کشته و بزرگترین نشت نفت دریایی در تاریخ ایالات متحده شد - عواقب نقص BOP را در بالاترین مقیاس شدت نشان داد. بنابراین عملکرد و قابلیت اطمینان BOP تابع دقیق ترین استانداردهای مهندسی، ساخت و آزمایش در بخش تجهیزات نفت و گاز است.

اجزای اصلی پشته Blowout Preventer

یک سیستم کامل BOP نصب شده بر روی یک چاه حفاری، پشته BOP نامیده می شود - مجموعه ای عمودی از چندین نوع BOP که روی هم چیده شده و به هم متصل شده اند تا چندین عملکرد آب بندی مستقل را ارائه دهند. انواع اصلی اجزای یک پشته BOP عبارتند از:

رام پیشگیری کننده

پیشگیری کننده های Ram واحدهای عملکردی اصلی پشته BOP هستند. آنها با بستن قوچ های هیدرولیکی - بلوک های فولادی مجهز به عناصر آب بندی الاستومری - در سراسر سوراخ چاه عمل می کنند. انواع مختلف رم عملکردهای آب بندی متفاوتی را انجام می دهند:

• قوچ لوله (قوچ با سوراخ متغیر): اطراف لوله مته، پوشش یا لوله در سوراخ چاه را ببندید و فضای حلقوی بین قطر بیرونی لوله و سوراخ چاه را ببندید. آنها فشار را از پایین نگه می دارند در حالی که رشته مته در چاه باقی می ماند. قوچ های با سوراخ متغیر می توانند اطراف لوله های با قطرهای مختلف را بدون تغییر در مجموعه قوچ آب بندی کنند.
• قوچ کور: روی سوراخ چاهی که فاقد لوله است ببندید، هنگامی که رشته حفاری بالای BOP کشیده شده است یا زمانی که چاه بدون لوله در سوراخ جریان دارد، چاه را کاملاً آب بندی کنید. در ترکیب با قوچ برشی در یک مجموعه یکپارچه استفاده می شود.
• قوچ برشی (قوچ برشی کور): بحرانی ترین نوع قوچ در پشته های BOP آب های عمیق. قوچ های برشی به گونه ای طراحی شده اند که با استفاده از نیروی برشی بسیار بالا، لوله حفاری، سیم یا لوله های سیم پیچی را در چاه برش دهند، سپس سوراخ چاه بریده شده را در زیر آب بندی کنند. زمانی که چاه را نمی توان با روش های دیگر کنترل کرد، آنها آخرین مکانیسم آب بندی هستند و برای آب بندی چاه باید رشته مته بریده شود. هندسه تیغه برشی و سختی مواد باید دقیقاً با حداکثر اندازه و درجه لوله که ممکن است در سوراخ چاه وجود داشته باشد مطابقت داشته باشد.

پیشگیری کننده حلقوی (BOPs کروی)

یک محافظ حلقوی از یک عنصر بسته‌کننده الاستومری شکل دونات استفاده می‌کند که با فشرده‌سازی عنصر لاستیکی به داخل، اطراف هر چیزی که در سوراخ چاه است - لوله، یقه‌های مته، سیم‌کشی، بسته می‌شود. از آنجایی که با شکل هر جسمی در سوراخ چاه مطابقت دارد، مانع حلقوی می‌تواند اطراف سطوح مقطع نامنظم را ببندد و می‌تواند با روش‌های عملیاتی مناسب برای لوله‌کشی لوله (حرکت لوله از درون محافظ بسته تحت فشار) استفاده شود. پیشگیرنده حلقوی معمولاً در بالای پشته BOP نصب می شود.

خفه کردن و کشتن خطوط

پشته BOP شامل دریچه‌های خروجی جانبی - خط چوک و خط کش - است که به مهندسان حفاری اجازه می‌دهد تا سیالات را با بسته شدن BOPها به داخل و خارج چاه بچرخانند. خط چوک اجازه می دهد تا فشار چاه را از طریق یک منیفولد چوک در سطح آزاد کند و عملیات کشتن چاه کنترل شده را امکان پذیر می کند. خط کشتن اجازه می دهد تا گل سنگین را به داخل چاه پمپاژ کند تا تعادل هیدرواستاتیک را بازیابی کند و کنترل چاه را دوباره به دست آورد.

سیستم کنترل هیدرولیک

تمام عملکردهای BOP - باز کردن و بستن رم ها، باز و بسته کردن بازدارنده های حلقوی، عملکرد دریچه های چوک و کشتن - به صورت هیدرولیکی از طریق یک سیستم کنترل مبتنی بر انباشته ("واحد کنترل BOP" یا "واحد کومی") کنترل می شوند. آکومولاتور سیال هیدرولیک را تحت فشار کافی ذخیره می کند تا تمام عملکردهای BOP را ببندد، حتی اگر منبع تغذیه هیدرولیک از کار بیفتد، که قابلیت بسته شدن بدون خرابی را فراهم می کند. الزامات زمان پاسخ برای بسته شدن BOP در استانداردهای نظارتی مشخص شده است - در اکثر حوزه های قضایی، بسته شدن کامل باید ظرف 30 ثانیه پس از شروع فرمان بسته شدن قابل دستیابی باشد.

چگونه سیستم پیشگیری از انفجار به یک ضربه خوب واکنش نشان می دهد

هنگامی که خدمه حفاری یک ضربه به چاه را تشخیص دادند - که با افزایش برگشت مایع حفاری، کاهش فشار پمپ یا افزایش حجم گودال مشخص می شود - روش استاندارد کنترل چاه دنباله زیر را آغاز می کند:

1. بازدارنده حلقوی را ببندید اطراف رشته مته برای بسته شدن در چاه در حالی که رشته مته در سوراخ است
2. قوچ های لوله مناسب را ببندید برای یکپارچگی آب بندی بیشتر در اطراف لوله مته
3. فشار لوله مته بسته و فشار محفظه بسته را بخوانید برای تعیین فشار سازند و محاسبه وزن گل کش مورد نیاز
4. گردش گل کشتن به داخل چاه از طریق خط کشتن، جریان ورودی را از طریق خط چوک تحت فشار معکوس کنترل شده به گردش درآورید تا زمانی که سوراخ چاه با گل وزن کشی تثبیت شود.
5. اگر نمی توان چاه را با گردش کنترل کرد - برای مثال، اگر رشته حفاری گم شده یا جدا شده باشد - قوچ های برشی کور را ببندید برای بریدن لوله و آب بندی سوراخ چاه

الزامات دقت تولید برای اجزای BOP

تجهیزات BOP باید تحت شرایط شدید عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند: فشار چاه تا 20000 PSI (1379 بار) برای کاربردهای فوق‌عمیق، محیط‌های خدماتی سولفید هیدروژن (H2S) که باعث ترک‌خوردگی تنش سولفیدی در فولاد نامناسب می‌شوند، چرخه دما از شرایط سطحی قطب شمال به پایین‌آمدن دمای سطح لوله‌ها و پایین آمدن دمای هوای سطحی بالا. مجموعه های قوچ برشی.

این الزامات مستقیماً به مشخصات ساخت دقیقی تبدیل می شود که تامین کنندگان قطعات BOP باید رعایت کنند:

مشخصات مواد

بدنه‌های BOP، بلوک‌های قوچ و اجزای حاوی فشار از فولادهای آلیاژی با استحکام بالا - معمولاً 4130، 4140 یا درجه‌های سفارشی مطابق با الزامات مواد API 6A و API 16A برای تجهیزات چاه‌های حاوی فشار ساخته می‌شوند. انطباق با سرویس ترش (NACE MR0175/ISO 15156) برای هر BOP که در محیط‌های چاه حاوی H2S کار می‌کند، که حداکثر سختی را محدود می‌کند و الزامات عملیات حرارتی را مشخص می‌کند که از شکست ترک‌خوردگی استرس سولفیدی جلوگیری می‌کند، مورد نیاز است.

دقت ابعادی

ابعاد سوراخ رم، شیارهای مهر و موم، رویه های کلاه و سوراخ های سیلندر هیدرولیک باید با تلورانس های محکم تراشیده شوند که از نشستن مناسب قوچ، فشرده سازی کاسه الاستومری قابل اعتماد و تحریک هیدرولیکی بدون نشتی اطمینان حاصل شود. پیامد خطای ابعادی در مرز فشار BOP نشت بالقوه یا شکست آب بندی در لحظه بالاترین بحرانی است - زمانی که چاه در حال لگد زدن است، و قابلیت اطمینان بسته شدن برای ایمنی حیاتی است.

تست فشار

هر مجموعه BOP قبل از خروج از کارخانه تولیدی، با سوابق آزمایشی مستند، تا چند برابر فشار کاری نامی خود (معمولاً 1.5 برابر WP نامی) تست فشار می شود. API 16A روش تست و معیارهای پذیرش را برای تست فشار BOP ram مشخص می کند. اجزای جداگانه حاوی فشار - بدنه، کلاه، کلاهک انتهایی - به عنوان بخشی از پروتکل کیفیت تولید قبل از مونتاژ به صورت هیدرواستاتیک آزمایش می شوند.

انواع BOP بر اساس برنامه

استانداردهای قابل اجرا برای تجهیزات جلوگیری از انفجار

تجهیزات BOP مطابق با استانداردهای شناخته شده بین المللی طراحی، تولید و آزمایش شده است. استانداردهای قابل اجرا اولیه عبارتند از:

• API 16A: مشخصات تجهیزات حفاری - استاندارد طراحی و ساخت اولیه برای ram BOP و BOP حلقوی مورد استفاده در عملیات حفاری
• API 16C: مشخصات تجهیزات خفه کردن و کشتن - منیفولدهای خفگی، خطوط کشتن و تجهیزات کنترل فشار مربوطه را پوشش می دهد.
• API 16D: مشخصات سیستم های کنترل برای تجهیزات کنترل چاه حفاری
• ISO 13533: معادل بین المللی API 16A برای تجهیزات حفاری
• NACE MR0175 / ISO 15156: الزامات مواد برای کاربردهای خدمات ترش H2S

سوالات متداول

تفاوت بین BOP و دهانه چاه چیست؟

را سر چاه تجهیزات دائمی در سطح یک چاه است که پشتیبانی ساختاری و مهار فشار را برای رشته‌های پوششی وارد شده به چاه فراهم می‌کند. این یک نصب دائمی است که در طول عمر تولید خود روی چاه باقی می ماند. را جلوگیری از انفجار تجهیزات حفاری موقتی است که در بالای سر چاه فقط در طول مراحل حفاری و تکمیل عمر چاه نصب می‌شود - پس از آماده شدن چاه برای تولید برداشته می‌شود و با تجهیزات درخت تولید جایگزین می‌شود. BOP به سر محفظه سر چاه متصل است و برای استفاده در چاه های بعدی قابل جداسازی و بازسازی است.

هر چند وقت یک بار باید یک جلوگیری کننده از فوران آزمایش و بازرسی شود؟

الزامات نظارتی برای فرکانس تست BOP بسته به حوزه قضایی و محیط عملیاتی متفاوت است. در اکثر چارچوب‌های نظارتی (مقررات BSEE ایالات متحده برای چاه‌های دریایی، مقررات UKOPA در بریتانیا و استانداردهای ملی معادل)، آزمایش عملکرد همه اجزای BOP باید در فواصل زمانی بیش از 14 روز در طول عملیات حفاری انجام شود. هر دو هفته یکبار، خدمه مته باید هر عملکرد BOP را ببندند و باز کنند و پاسخ فشار و زمان بسته شدن را مستند کنند. تست فشار کامل در فواصل زمانی مشخص و پس از هر تعمیر یا تعویض BOP مورد نیاز است. با توجه به دشواری مداخله در صورت بروز خرابی، BOPهای زیردریایی در عملیات‌های آب‌های عمیق مشمول الزامات آزمایشی دقیق‌تر هستند.

برای ساخت بلوک های رم BOP از چه موادی استفاده می شود؟

بدنه‌های قوچ و بلوک‌های قوچ BOP از گریدهای فولادی آلیاژی تولید می‌شوند که الزامات API 6A PSL (سطح مشخصات محصول) را برآورده می‌کنند - معمولاً گریدهای اصلاح‌شده AISI 4130 یا 4140 با شیمی، عملیات حرارتی، خواص مکانیکی و چقرمگی ضربه‌ای مشخص. عناصر آب بندی الاستومری روی وجه قوچ و اطراف بدنه قوچ معمولاً نیتریل (NBR)، نیتریل هیدروژنه (HNBR) یا سایر الاستومرهای مقاوم در برابر روغن هستند که برای سازگاری با نوع سیال حفاری، درجه حرارت و شیمی چاه انتخاب شده اند. تیغه های برشی قوچ های برشی کور از فولاد ابزار با سختی بالا یا فولاد آلیاژی با عملیات حرارتی ویژه ساخته می شوند که قادر به برش لوله مته با درجه بالا تحت نیروی هیدرولیک موجود از واحد بسته شدن BOP هستند.

آیا BOP قابل تعمیر و استفاده مجدد است یا باید بعد از استفاده تعویض شود؟

تجهیزات BOP برای استفاده چندگانه در طول عمر مفید آن، با تعمیر و نگهداری منظم و نوسازی بین عملیات چاه طراحی شده است. بلوک های رم و عناصر آب بندی الاستومری به عنوان اقلام سایش در فواصل نگهداری معمول جایگزین می شوند. سیل های هیدرولیک، بسته بندی و سطوح سایش بررسی و در صورت لزوم تعویض می شوند. خود بدنه BOP - محفظه فولادی آهنگری یا ریخته‌گری شده حاوی فشار - برای عمر مفید طولانی‌تر با بازرسی دوره‌ای غیر مخرب (NDE) برای تشخیص خستگی یا آسیب خوردگی طراحی شده است. BOPهای زیردریایی در سکوهای حفاری طولانی مدت به طور دوره ای برای جداسازی کامل، بازرسی، نوسازی و تأیید مجدد قبل از بازگشت به خدمت، به سطح زمین بازیابی می شوند.

اجزای جلوگیری از انفجار چاه نفت از ماشین آلات Jiangyin Huanming

Jiangyin Huanming Machinery Co., Ltd. قطعات جلوگیری از انفجار چاه نفت با ماشینکاری دقیق و قطعات مربوط به تجهیزات حفاری را برای صنعت نفت و گاز تولید می کند. Huanming Machinery با قابلیت ماشینکاری پیشرفته CNC با اجزای بزرگ، قابلیت ردیابی مواد از کارخانه‌های فولاد تایید شده و فرآیندهای کیفیت مستند مطابق با استانداردهای بین‌المللی تجهیزات نفت و گاز، اجزای بدنه BOP، بلوک‌های قوچ و قطعات مرتبط با فشار را برای تولیدکنندگان تجهیزات حفاری و زنجیره‌های تامین MRO در سطح جهان تامین می‌کند.

با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای ماشینکاری قطعات BOP، مشخصات مواد و ظرفیت تولید صحبت کنید.

محصولات مرتبط: پیشگیری کننده از فوران چاه نفت | سیلندر کمپرسور بزرگ | آهنگری و ریخته گری | بلوک سیلندر ریخته گری