Разбиране на номиналните стойности на свръхвисоко налягане в хидравликата на нефтените находища

Преди да се потопим в специфичните номинални налягания, е важно да разберем какво означава „ултрависоко налягане“ в контекста на услугите за нефтени находища и защо изборът на номинално налягане е решение, което носи значителни последици за безопасността, експлоатацията и финансите.

Конвенционалните промишлени хидравлични системи обикновено работят при налягане до 35 MPa (5000 psi). Оборудването за обслужване на кладенци с високо налягане може да работи в диапазона 70–105 MPa (10 000–15 000 psi). Свръхвисокото налягане, както е определено в контекста на нефтените находища, започва от приблизително 140 MPa (20 000 psi) и се простира далеч отвъд него - до системи с номинално налягане 250 MPa (36 000 psi) и повече. При тези нива на налягане, материалознанието, качеството на производството на компонентите и дисциплината при проектирането на системата са категорично различни от стандартната хидравлична практика.

ЗащотоТъй като енергията, съхранявана в хидравлична система, се променя пропорционално на квадрата на работното налягане, система от 250 MPa съхранява приблизително три пъти повече енергия на единица обем от система от 140 MPa при същия дебит. Тази съхранявана енергия е това, което прави UHP оборудването способно да изпълнява взискателни задачи, свързани със сондажи, но също така прави грешките в номиналното налягане катастрофално опасни. Тръба, фитинг или уплътнение, разработени за 140 MPa, които случайно са изложени на 200 MPa, ще се спукат рязко, представлявайки сериозен риск за персонала и оборудването.

Номинално налягане 1: 140 MPa (20 000 psi) — Стандарт за начално ниво UHP

Типични приложения за помпи 140 MPa

Помпите с номинално налягане 140 MPa (20 000 psi) представляват началния праг за истинска ултрависоконапорна нефтена услуга. Те обикновено са предназначени за:

• Задействане на устието на кладенеца и клапана „коледна елха“— Много конструкции на клапани за устие на сондаж изискват хидравлично налягане в диапазона 70–140 MPa за надеждно задействане при аварийно спиране. Помпата с номинално налягане 140 MPa осигурява адекватен запас над тези изисквания.
• Изпитване на налягането на лубрикатор на кабелна линия— Лубрикаторите с кабелна връзка трябва да бъдат тествани под налягане до документирани стойности (обикновено 1,5 пъти максималното очаквано налягане в сондажа) преди всяко разполагане. За това приложение в кладенци с умерено номинално налягане обикновено се използват помпи от 140 MPa.
• Операции преди промиване на повърхностна стимулация— Някои етапи на предварително промиване с киселинна обработка и матрична стимулация, особено във формации с ниска пропускливост, изискват налягане до приблизително 120 MPa. Помпа с номинално налягане 140 MPa осигурява необходимия работен резерв.
• Хидравлични инструменти за настройка (среден клас)— Инструментите за настройване на пакери, мостови тапи и измервателни уреди в плитки до среднодълбоки кладенци често са проектирани за налягане на задействане от 140 MPa.
• Тестване на предварително зареждане на акумулатор BOP— Подводните и повърхностните бутилки за акумулиране на превенторни превентори трябва периодично да се проверяват за целостта на налягането при предварително зареждане, като се използват хидравлични тестови помпи.

Технически характеристики на помпи 140 MPa

Хидравличните помпи, с номинално налягане от 140 MPa, обикновено са с аксиално-бутална или радиално-бутална конструкция, използващи цилиндри и бутала от високолегирана стомана с повърхностно закаляване (като например цементация или азотиране), за да устоят на ерозията и ефектите от умора при работа под високо налягане. Технологията за уплътняване при това ниво на налягане обикновено включва уплътнения от PTFE или композитни материали Parker, Seal罎 или еквивалентни производители, с номинално налягане от 140 MPa. Vicks Hydraulic'sпълна гама от помпиобхваща всички често срещани номинални налягания за приложения в нефтените находища.

Защото140 MPa е в рамките на допустимите възможности на прецизно обработените компоненти, използващи установени производствени процеси, като помпите от този клас обикновено са по-достъпни в търговската мрежа, имат по-кратки срокове за изпълнение и се поддържат от по-широка мрежа от сервизни съоръжения в сравнение с по-висококачествените алтернативи. Глобалната верига за доставки на хидравлични компоненти за 140 MPa – фитинги, маркучи, адаптери и уплътнения – е зряла и добре заредена.

Кога да изберете 140 MPa

Изберете помпа за свръхвисоко налягане 140 MPa, когато максималното очаквано налягане в сондажа (MEWP) не надвишава приблизително 95 MPa и номиналното налягане на сондажния ви инструмент остава в този диапазон. Номиналното налягане от 140 MPa осигурява коефициент на безопасност 1,4–1,5× спрямо типичните максимални работни налягания, което удовлетворява изискванията за граница на безопасност на процедурите за контрол на сондажите на повечето експлоатационни компании. Ако вашата дейност включва изисквания за HSE, регулирани отAPI стандарти, помпа от 140 MPa е минималната спецификация за интервенционни работи в UHP кладенци.

Клас на налягане 2: 175 MPa (25 400 psi) — Работният кон от среден клас за кладенци с високо налягане

Типични приложения за помпи 175 MPa

Помпите от 175 MPa (25 400 psi) заемат средния клас на услугите за нефтени находища с ултрависоко налягане и са най-универсалната спецификация за съвременните флотилии за интервенция в кладенци. Те обикновено се използват за:

• Хидравлично фрактуриране (фракиране под високо налягане)— В неконвенционални шистови газови и нефтени формации, налягането при фрактуриране често достига 70–140 MPa на повърхността, като налягането в дъното на сондажа надвишава 140 MPa. Помпата с номинално налягане 175 MPa осигурява необходимия запас за постигане на целевите налягания при фрактуриране в среднодълбоки неконвенционални кладенци (обикновено 3000–5500 метра TVD).
• Операции по включване и изоставяне (P&A)— Запушването и изоставянето на кладенци изисква поставянето на циментови тапи и механични бариери на определени дълбочини в сондажа. Някои инструменти за интервенция при запушване и отстраняване — включително инструменти за механично поставяне на тапи и системи за отклоняване на тръби — изискват налягане на задействане до 160 MPa, което прави 175 MPa подходящата мощност на помпата.
• Почистване на сондажния ствол с спирални тръби— Премахването на котлен камък, пясък и отломки от сондажите с помощта на инструменти за струйно почистване с високо налягане изисква номинално налягане на помпата, което може да преодолее налягането в сондажа на дълбочина, като същевременно осигурява достатъчна сила на струйно почистване за ефективно почистване. 175 MPa е често срещана спецификация за помпени агрегати за почистване на КТ.
• Подводен хидравличен агрегат (HPU) за усилване— Подводните системи BOP и tree се захранват от повърхностна хидравлична течност HPU, доставяна през тръбопроводи. Загубите от триене в дългите тръбопроводи могат да намалят ефективното налягане върху подводния инструмент. Помпа с номинално налягане 175 MPa може да компенсира тези загуби, като същевременно поддържа адекватно налягане на задействане на инструмента на дълбочини до приблизително 3000 метра водна дълбочина.
• Освобождаване на циментираща тапа под високо налягане— Циментирането в кладенци с високи градиенти на фрактурите изисква прецизен контрол на налягането, за да се избегне загуба на циркулация. Помпи с налягане 175 MPa са предназначени за задействане на циментиращата глава в трудни формации.

Технически характеристики на помпи 175 MPa

Помпите, работещи при 175 MPa, изискват значително по-сложно инженерство на компонентите от помпите, работещи при 140 MPa. При това ниво на налягане стандартните фитинги и компоненти на API вече не са достатъчни — системата трябва да използва патентовани връзки за свръхвисоко налягане (като конусовидни и резбовани на Autoclave Engineers или еквивалентни), тръбопроводи за високо налягане, изработени по поръчка, със строга документация за безразрушителен контрол (NDT) и специализирани технологии за уплътняване.

ЗащотоРаботата при 175 MPa изисква по-строги производствени допуски и по-екзотични материали (суперсплави, закалени чрез валежи неръждаеми стомани), като премията за цена спрямо оборудването със 140 MPa обикновено е 40–60%. По-широкият диапазон на налягане обаче прави помпите със 175 MPa подходящи за по-широк диапазон от условия в кладенците, което често оправдава инвестицията за сервизни компании, работещи с разнообразни портфейли от активи.

Кога да изберете 175 MPa

Изберете помпа за свръхвисоко налягане 175 MPa, когато вашата дейност обхваща кладенци с дънно налягане в диапазона 110–150 MPa; когато вашият сервизен парк трябва да може да обработва както конвенционални, така и неконвенционални видове кладенци без подобрения на оборудването; или когато вашият инвентар за инструменти за сондажи включва интервенционни инструменти с номинално налягане до 160 MPa. Номиналното налягане от 175 MPa е широко признато като работен кон в индустрията за интервенционни и стимулационни услуги в кладенци и се радва на силна поддръжка от производителите, наличност на части и инфраструктура за поддръжка от трети страни в световен мащаб.

Клас на налягане 3: 250 MPa (36 000 psi) — Специалистът по екстремно налягане

Типични приложения за помпи с налягане 250 MPa

Помпите с номинално налягане 250 MPa (36 000 psi) са специализирани инструменти, използвани за най-взискателните условия в сондажите - дълбоководни, ултрадълбоководни и геоложки трудни резервоари, където конвенционалното UHP оборудване не може да постигне налягането, необходимо за ефективна интервенция в сондажа или стимулиране на образуванието. Ключови приложения включват:

• Ултрадълбоководно хидравлично разбиване— Дълбоководните и ултрадълбоководните кладенци с дълбочина на обработка над 5500 метра изискват изключително високо повърхностно налягане за преодоляване на комбинираното въздействие на хидростатичното налягане в сондажа, загубите от триене в тръбите и градиента на фрактурите на пласта в дълбочина. Необходими са помпи с мощност 250 MPa, за да се постигне налягането за обработка на дъното от 180–230 MPa, необходимо в тези резервоари.
• HPHT (високонапорни и високотемпературни) интервенции в кладенци— Кладенци с резервоарно налягане над 140 MPa и температури над 150°C представляват изключителни предизвикателства както за оборудването, така и за персонала. Оборудването с номинално налягане от 250 MPa със специализирани високотемпературни уплътнения и металургия е подходящият избор за интервенция в кладенци при тези условия.
• Подводно хидравлично усилване с пъпна връв— При дълбоководни подводни операции, хидравличното налягане, подавано от повърхността през дълги тръбопроводи, претърпява значителни загуби от триене. Помпите за повишаване на налягането с номинално налягане от 250 MPa на подводната разпределителна рамка компенсират тези загуби и поддържат адекватно хидравлично налягане при инструмента.
• Усъвършенствани перфориращи системи— Някои системи за дълбоко перфориране използват хидравлично задвижвани носещи системи, които изискват свръхвисоко налягане за надеждна работа. Помпите с номинално налягане 250 MPa осигуряват гарантираното налягане за тези специализирани инструменти.
• Тестване на целостта на кладенците за сервизни кладенци с висока киселинност— Киселите (съдържащи H₂S) кладенци изискват периодични тестове за целостта до налягания, които потвърждават механичната цялост на устието на кладенеца, „коледната елха“ и завършването на сондажа. Изпитателни помпи с налягане от 250 MPa проверяват обвивката, съдържаща налягане, в най-взискателните киселинни работни среди.

Технически характеристики на помпи 250 MPa

Хидравлична помпа с номинално налягане от 250 MPa е инженерно постижение, което изисква абсолютно най-високите стандарти за проектиране на компоненти, избор на материали, прецизност на производството и осигуряване на качеството. При 250 MPa, напрежението в обръча във високонапорна линия с вътрешен диаметър 10 mm достига приблизително 625 MPa — което изисква използването на тръби от супердуплексна неръждаема стомана, Inconel 625 или титаниева сплав с протоколи от изпитвания в мелница и 100% безразрушителен контрол на всяка заварка.

Компонентите на помпата, работещи с флуида – цилиндри, клапани, седла и бутала – обикновено се изработват от ковани заготовки от суперсплави и се подлагат на обширна термична обработка, повърхностно закаляване и шлифоване, за да се постигнат допустимите отклонения на микронно ниво, необходими за надеждно уплътняване при това налягане.ЗащотоВсеки микроскопичен дефект в област с високо напрежение може да се разпространи при циклично натоварване, оборудването с налягане от 250 MPa е обект на по-строги протоколи за проверка и тестване от всеки друг клас хидравлично оборудване, включително хидростатично изпитване до 1,25× номинално налягане и изпитване на акустична емисия на критични заваръчни шевове.

Кога да изберете 250 MPa

Специфицирайте помпа за свръхвисоко налягане 250 MPa само когато техническите изисквания на сондажа или интервенционния инструмент го изискват - по-специално, когато се очаква дънното налягане да надвиши 175 MPa или когато подводните хидравлични системи изискват налягане на усилване над 200 MPa, за да се преодолеят загубите от триене в пневмопомпата при дълбочина на водата над 2500 метра. Оперативните и финансовите разходи за оборудване с налягане 250 MPa - по-висока цена на придобиване, специализирани изисквания за поддръжка, по-ограничителни процедури за работа и ограничена глобална наличност на части и сервизна поддръжка - означават, че то никога не трябва да се специфицира като универсален „надспецифициран“ избор. Премията за капацитет от 250 MPa над 175 MPa обикновено е 80–120%, а общата цена на притежание, включително специализирани техници и изисквания за безразрушителна проверка, може да бъде дори по-висока пропорционално.

Сравнение на рейтинга на налягането едно до друго

Как да определите правилната номинална стойност на налягането за вашата операция в нефтено находище

Стъпка 1 — Определете максималното очаквано налягане в сондажа (MEWP)

Отправната точка за всеки избор на налягане на UHP помпа е стриктното определяне на максималното очаквано налягане в сондажа във всички фази на планираната операция. Това трябва да отчита налягането в резервоара на целевата дълбочина, хидростатичното налягане на флуидния стълб, налягането, необходимо за започване на фрактурата или извършване на интервенцията, и всички пикове на налягането, които могат да възникнат по време на динамични операции, като например свабинг, пренапрежение или задействане на инструмент, тествано под налягане. MEWP (минималното очаквано налягане в сондажа) трябва да се изчисли или оцени за всеки конкретен сондаж - общите емпирични правила не са приемливи при UHP оперативни нива.

Стъпка 2 — Прилагане на необходимия коефициент на безопасност

Повечето стандарти за контрол на кладенците на големите петролни компании изискват коефициент на безопасност от минимум 1,25× между номиналното налягане на помпата и максималното планирано работно налягане. Освен това, много оперативни процедури изискват помпата да може да осигурява MEWP (минимално работно налягане) с дебит, който отговаря на оперативните изисквания, а не само при нулев дебит. Винаги проверявайте дали кривата налягане-дебит на помпата при планирания дебит все още осигурява адекватен запас над MEWP.

Стъпка 3 — Съпоставяне с вашия инвентар на сондажни инструменти

Преди да посочите помпа, проверете наличността на инструментите за сондаж и определете инструмента с най-високо налягане във вашия оперативен комплект. Помпата трябва да може да задейства този инструмент при максималното очаквано налягане в сондажа, при което ще се използва, а не само при атмосферни условия в сондажа.ЗащотоИзискването за ефективно налягане на задействане на инструмента се увеличава с налягането в сондажа (инструментът трябва да преодолее налягането в сондажа, за да се премести), номиналната мощност на помпата трябва да надвишава сумата от налягането в сондажа и диференциала на налягането на задействане на инструмента.

Стъпка 4 — Обмислете обхвата на услугите си и портфолиото от активи

Ако вашата компания за нефтени услуги работи в портфолио от кладенци, обхващащи различни профили на налягане, решението за спецификация на помпата трябва да отчита широчината на това портфолио. Компания, работеща изключително в плитки конвенционални кладенци, може никога да не изисква капацитет от 250 MPa. Въпреки това, компания, която от време на време получава договори за дълбоководни или високотемпературни кладенци, може да установи, че гъвкавостта на флота от 175 MPa - с от време на време наемане или специализирана поддръжка за ситуации с 250 MPa - осигурява по-добра възвръщаемост на инвестицията, отколкото закупуването на помпа с 250 MPa, която прекарва по-голямата част от времето си в работа далеч под номиналния си капацитет.

Често задавани въпроси (ЧЗВ)

Заключение: Свържете помпата с кладенеца, а не обратното

Номиналното налягане на вашата хидравлична помпа за свръхвисоко налягане е най-важната спецификация в процеса на избор на помпа. Прекомерното специфициране добавя ненужни разходи и сложност; недостатъчното създава рискове за безопасността и оперативни повреди. Правилният подход е да се определи максималното очаквано налягане в сондажа за целевото ви приложение, да се приложи необходимият коефициент на безопасност, да се потвърди съвместимостта с вашия инвентар за сондажни инструменти и да се избере помпата с най-ниска номинална стойност, която осигурява адекватен марж - нито повече, нито по-малко. Когато специфицирате свързаните разпределителни клапани и хидравлични инструменти за вашата UHP помпена система, уверете се, че цялата хидравлична верига - от помпата до клапана и задвижващия механизъм - е оценена и сертифицирана като интегрирана система. Тя покрива номинални налягания, съвместими с UHP приложения за нефтени находища, и включва специфични продуктови линии, проектирани за хидравлични вериги за свръхвисоко налягане.

Викс Хидравликпроизвежда хидравлични помпи с ултрависоко налягане с номинално налягане от 140 MPa до 250 MPa, обслужващи морски, военни, индустриални приложения за автоматизация и нефтени находища, в шест производствени линии от световна класа с годишен капацитет над 80 000 лопаткови помпи. Специфичните продуктови серии включватЕдинични помпи от серия ABTза приложения със средно налягане иСерия PV2Rза индустриални приложения с високо търсене. Всички продукти на Vicks Hydraulic притежават сертификати CCS, DNV, ABS, BV и LR, а техническият екип на компанията може да ви помогне с избора на помпа въз основа на специфичните параметри на вашия кладенец и оперативните изисквания.