Öljykenttien hydrauliikan erittäin korkeiden painearvojen ymmärtäminen

Ennen kuin syvennymme tiettyihin paineluokkiin, on tärkeää ymmärtää, mitä "erittäin korkea paine" tarkoittaa öljykenttäpalveluiden yhteydessä ja miksi paineluokituksen valinta on päätös, jolla on merkittäviä turvallisuuteen, toimintaan ja talouteen liittyviä seurauksia.

Perinteiset teollisuushydrauliikkajärjestelmät toimivat tyypillisesti jopa 35 MPa:n (5 000 psi) paineessa. Korkeapainekaivojen huoltolaitteet saattavat toimia 70–105 MPa:n (10 000–15 000 psi) painealueella. Erittäin korkea paine, kuten öljykenttien yhteydessä määritellään, alkaa noin 140 MPa:sta (20 000 psi) ja ulottuu paljon sen yli – järjestelmiin, joiden nimellispaine on 250 MPa (36 000 psi) ja sitä korkeampi. Näillä painetasoilla vaadittava materiaalitiede, komponenttien valmistuksen laatu ja järjestelmäsuunnittelun kurinalaisuus poikkeavat täysin tavanomaisesta hydrauliikan käytännöstä.

KoskaHydraulijärjestelmään varastoitunut energia skaalautuu käyttöpaineen neliön kanssa, ja 250 MPa:n järjestelmä varastoi noin kolme kertaa enemmän energiaa tilavuusyksikköä kohden kuin 140 MPa:n järjestelmä samalla virtausnopeudella. Tämä varastoitu energia tekee UHP-laitteista kykeneviä suorittamaan vaativia porausreikätehtäviä – mutta se tekee myös paineluokitusvirheistä katastrofaalisen vaarallisia. 140 MPa:n paineelle mitoitettu putki, liitos tai tiiviste, joka vahingossa altistuu 200 MPa:n paineelle, repeää rajusti aiheuttaen vakavan vaaran henkilöstölle ja laitteille.

Paineluokitus 1: 140 MPa (20 000 psi) – Perustason UHP-standardi

Tyypillisiä sovelluksia 140 MPa:n pumpuille

140 MPa:n (20 000 psi) paineelle mitoitetut pumput edustavat aidon erittäin korkeapaineisen öljykentän käytön lähtötasoa. Ne on yleisesti määritelty seuraaviin käyttötarkoituksiin:

• Kaivonpään ja joulukuusen venttiilin käyttö— Monet porausreiän venttiilimallit vaativat 70–140 MPa:n hydraulipainetta luotettavaa hätäpysäytystä varten. 140 MPa:n mitoituspaineella varustettu pumppu tarjoaa riittävän marginaalin näiden vaatimusten ylittämiseksi.
• Vaijerivoitelulaitteen painekoe— Johdollisten voitelulaitteiden paine on testattava dokumentoituihin arvoihin (tyypillisesti 1,5 kertaa odotettu enimmäispaine kaivonreiässä) ennen jokaista käyttöönottoa. Tähän tarkoitukseen käytetään yleisesti 140 MPa:n pumppuja kaivoissa, joiden paineluokitus on kohtalainen.
• Pinnan stimulointi ennen huuhtelua— Joissakin happamointi- ja matriisistimulaatiovaiheissa, erityisesti alhaisen läpäisevyyden omaavissa muodostumissa, vaaditaan jopa noin 120 MPa:n paineita. 140 MPa:n mitoituspaineella varustettu pumppu tarjoaa tarvittavan työmarginaalin.
• Hydrauliset asennustyökalut (keskikokoinen)— Matalissa ja keskisyvyissä kaivoissa käytettävien tulppien, tulppien ja porausreiän mittauslaitteiden asennustyökalut on usein mitoitettu 140 MPa:n käyttöpaineelle.
• BOP-akun esilatauksen testaus— Merenalaisten ja pintaisten BOP-akkupullojen täyttöpaineen eheys on tarkastettava säännöllisesti hydraulisilla testipumpuilla.

140 MPa:n pumppujen tekniset ominaisuudet

140 MPa:n käyttöpaineelle mitoitetut hydraulipumput ovat tyypillisesti aksiaalimäntä- tai radiaalimäntärakenteisia. Niissä käytetään runsasseosteisesta teräksestä valmistettuja sylinterimäisiä ja mäntiä, joiden pintakarkaisukäsittelyt (kuten pintakarkaisu tai nitraus) kestävät korkeapainekäytön eroosiota ja väsymistä. Tämän painetason tiivistystekniikkaan kuuluu tyypillisesti Parkerin, Sealin tai vastaavan valmistajan PTFE- tai yhdistelmätiivisteitä, jotka on mitoitettu 140 MPa:n jatkuvaan käyttöön. Vicks Hydraulic...täydellinen pumppuvalikoimakattaa kaikki yleiset paineluokat öljykenttien sovelluksissa.

Koska140 MPa on tarkkuuskoneistettujen komponenttien kapasiteettialueella vakiintuneita valmistusprosesseja käyttäen. Tämän luokan pumput ovat yleensä kaupallisesti saatavilla, niillä on lyhyemmät toimitusajat ja niitä tukee laajempi huoltoverkosto kuin tehokkaampia vaihtoehtoja. 140 MPa:n hydrauliikkakomponenttien – liitososien, letkujen, sovittimien ja tiivisteiden – maailmanlaajuinen toimitusketju on kypsä ja hyvin varastoitu.

Milloin valita 140 MPa

Valitse 140 MPa:n erittäin korkeapainepumppu, kun odotettu enimmäispaine porausreiässä ei ylitä noin 95 MPa:a ja porausreiän työkalupaineet pysyvät tällä alueella. 140 MPa:n luokitus tarjoaa 1,4–1,5-kertaisen turvakertoimen tyypillisiin enimmäiskäyttöpaineisiin verrattuna, mikä täyttää useimpien toimivien yritysten kaivonvalvontamenettelyjen turvamarginaalivaatimukset. Jos toimintasi sisältää HSE-vaatimuksia, joita säätelevätAPI-standardit, 140 MPa:n pumppu on vähimmäisvaatimus UHP-kaivon korjaustöille.

Paineluokitus 2: 175 MPa (25 400 psi) — Keskitason työjuhta korkeapainekaivoihin

Tyypillisiä sovelluksia 175 MPa:n pumpuille

175 MPa:n (25 400 psi) pumput edustavat keskitason erittäin korkeapaineisia öljykenttien pumppuja ja ovat monipuolisin spesifikaatio nykyaikaisille porauslaitteille. Niitä käytetään yleisesti:

• Hydraulinen murtaminen (korkeapainemurtaminen)— Epätavanomaisissa liuskekaasu- ja tiheän öljyn muodostumissa murtumispaineet nousevat usein 70–140 MPa:iin maan pinnalla ja pohjapaineen ylittäessä 140 MPa:n. 175 MPa:n tehoinen pumppu tarjoaa tarvittavan marginaalin tavoitemurtumispaineiden saavuttamiseksi keskisyvyisissä epätavanomaisissa kaivoissa (tyypillisesti 3 000–5 500 metriä TVD:tä).
• Pistoke- ja hylkäystoiminnot (P&A)— Kaivon tulppaus ja hylkääminen edellyttävät sementtitulppien ja mekaanisten esteiden asentamista tietyille poraussyvyyksille. Jotkin paine- ja säätötyökalut – mukaan lukien mekaaniset tulppa-asennustyökalut ja imujärjestelmät – vaativat jopa 160 MPa:n käyttöpaineen, joten 175 MPa on sopiva pumpun nimellispaine.
• Kierretyn putken kaivonreiän puhdistus— Kalkin, hiekan ja roskien poistaminen kaivonrei'istä korkeapaineruiskuilla edellyttää pumpun painetta, joka ylittää kaivonreiän paineen syvyydessä ja tarjoaa samalla riittävän suihkutusvoiman tehokasta puhdistusta varten. 175 MPa on yleinen spesifikaatio CT-puhdistuspumppuyksiköille.
• Merenalaisen hydraulisen voimayksikön (HPU) tehostus— Merenalaiset BOP- ja puujärjestelmät saavat voimansa pinnalla olevasta HPU-hydraulinesteestä, joka toimitetaan napajohtojen kautta. Pitkien napajohtojen kitkahäviöt voivat vähentää vedenalaisen työkalun tehokasta painetta. 175 MPa:n mitoitusteholla varustettu pumppu voi kompensoida nämä häviöt ja samalla ylläpitää riittävän työkalun käyttöpaineen jopa noin 3 000 metrin syvyydessä.
• Korkeapaineinen sementointitulpan irrotus— Sementointitoiminnot kaivoissa, joissa on suuri murtumagradientti, vaativat tarkkaa paineensäätöä hävikin välttämiseksi. 175 MPa:n pumput on tarkoitettu sementointipään käyttämiseen haastavissa muodostumissa.

175 MPa:n pumppujen tekniset ominaisuudet

175 MPa:n paineella toimivat pumput vaativat huomattavasti kehittyneempää komponenttisuunnittelua kuin 140 MPa:n yksiköt. Tällä painetasolla API-standardin mukaiset liittimet ja komponentit eivät enää riitä – järjestelmässä on käytettävä patentoituja erittäin korkeapaineliitoksia (kuten Autoclave Engineersin kartio- ja kierreliittimiä tai vastaavia), mittatilaustyönä valmistettuja korkeapaineputkistoja, joissa on tiukka NDT-dokumentaatio (non-destructive testing), sekä erikoistuneita tiivistetekniikoita.

Koska175 MPa:n käyttö vaatii tiukempia valmistustoleransseja ja eksoottisempia materiaaleja (superseokset, erkautuskarkaistut ruostumattomat teräkset), ja kustannuslisä 140 MPa:n laitteisiin verrattuna on tyypillisesti 40–60 %. Leveämpi painealue kuitenkin tekee 175 MPa:n pumpuista sopivia laajempaan valikoimaan kaivo-olosuhteita, mikä usein oikeuttaa investoinnin palveluyrityksille, jotka toimivat monipuolisilla omaisuusportfolioilla.

Milloin valita 175 MPa

Valitse 175 MPa:n erittäin korkeapainepumppu, kun toimintasi kattaa kaivoja, joiden pohjapaine on 110–150 MPa; kun huoltokalustosi on kyettävä käsittelemään sekä perinteisiä että epätavanomaisia ​​kaivotyyppejä ilman laitepäivityksiä; tai kun porausreiän työkaluvarastoosi kuuluu jopa 160 MPa:n interventiotyökaluja. 175 MPa:n pumppu on laajalti tunnustettu alan työjuhtaksi kaivoninterventio- ja stimulointipalveluissa, ja sillä on vahva valmistajien tuki, varaosien saatavuus ja kolmannen osapuolen huoltoinfrastruktuuri maailmanlaajuisesti.

Paineluokitus 3: 250 MPa (36 000 psi) — Äärimmäisen paineen asiantuntija

Tyypillisiä sovelluksia 250 MPa:n pumpuille

250 MPa:n (36 000 psi) nimellispainepumput ovat erikoistyökaluja, joita käytetään vaativimmissa kaivo-olosuhteissa – syvänmeren, ultrasyvänmeren ja geologisesti haastavissa säiliöissä, joissa perinteiset UHP-laitteet eivät pysty saavuttamaan tehokasta porausreiän korjausta tai muodostuman stimulointia varten vaadittavia paineita. Keskeisiä sovelluksia ovat:

• Erittäin syvänmeren hydraulinen murtaminen— Syvänmeren ja ultrasyvien merikaivojen, joiden TVD on yli 5 500 metriä, pintakäsittelypaineet ovat erittäin korkeat, jotta voidaan voittaa hydrostaattisen paineen, putkimaisten kitkahäviöiden ja muodostuman murtumisgradientin yhteisvaikutukset syvyydessä. Näissä säiliöissä tarvittavan 180–230 MPa:n pohjan käsittelypaineen saavuttamiseksi tarvitaan 250 MPa:n pumput.
• HPHT (korkeapaine-korkealämpötila) -kaivojen interventiot— Kaivot, joiden säiliöpaine on yli 140 MPa ja lämpötila yli 150 °C, asettavat äärimmäisiä haasteita sekä laitteille että henkilöstölle. Näissä olosuhteissa sopiva valinta kaivonporaukseen on 250 MPa:n paineen omaava laitteisto, jossa on erikoistuneet korkean lämpötilan tiivisteet ja metallurgia.
• Merenalaisen napanuoravoiman tehostus— Syvänmeren merenalaisissa toiminnoissa pinnalta pitkien navallisten johtojen kautta tuleva hydraulinen paine kärsii merkittävistä kitkahäviöistä. Merenalaisen jakorungon 250 MPa:n tehostuspumput kompensoivat nämä häviöt ja ylläpitävät riittävää hydraulipainetta työkalussa.
• Edistykselliset rei'itysjärjestelmät— Joissakin syväreikäisissä rei'itysjärjestelmissä käytetään hydraulisesti toimivia kantojärjestelmiä, jotka vaativat erittäin korkean paineen luotettavan toiminnan varmistamiseksi. 250 MPa:n pumput tarjoavat taatun paineen näille erikoistyökaluille.
• Hapanta palvelua varten tarkoitettujen kaivojen eheystestaus— Happamia (H₂S-pitoisia) kaivoja varten on tehtävä säännöllisiä eheystestejä paineilla, jotka varmistavat kaivonpään, rungon ja porareiän valmistumisen mekaanisen eheyden. 250 MPa:n testipumput varmistavat paineen alla olevan vaipan eheyden vaativimmissakin happamia käyttöympäristöissä.

250 MPa:n pumppujen tekniset ominaisuudet

250 MPa:n paineelle mitoitettu hydraulinen pumppu on insinööritaidon saavutus, joka vaatii komponenttien suunnittelulta, materiaalivalinnalta, valmistuksen tarkkuudesta ja laadunvarmistukselta ehdottoman korkeimpia standardeja. 250 MPa:n paineella 10 mm:n sisähalkaisijaltaan olevassa korkeapaineputkessa rengasjännitys saavuttaa noin 625 MPa:n arvon, mikä edellyttää superduplex-ruostumattomasta teräksestä, Inconel 625:stä tai titaaniseoksesta valmistettujen putkien käyttöä sekä tehdastestausraportteja ja jokaisen hitsaussauman 100 %:n NDT-tarkastusta.

Pumpun nestepään komponentit – sylinterit, venttiilit, istukat ja männät – koneistetaan tyypillisesti taotuista superseosaihioista ja ne läpikäyvät perusteellisen lämpökäsittelyn, pintakarkaisun ja viimeistelyhionnan, jotta saavutetaan mikronitason toleranssit, joita tarvitaan luotettavaan tiivistykseen tässä paineessa.KoskaKoska mikä tahansa mikroskooppinen vika suurjännitteisellä alueella voi levitä syklisen kuormituksen alaisena, 250 MPa:n laitteille tehdään tiukempia tarkastus- ja testausprotokollia kuin millekään muulle hydrauliikkalaitteelle. Näihin menetelmiin kuuluvat hydrostaattinen kestävyyskoe 1,25-kertaisella nimellispaineella ja kriittisten hitsien akustisten emissioiden testaus.

Milloin valita 250 MPa

Määritä 250 MPa:n erittäin korkeapainepumppu vain, jos kaivon tai työkalun tekniset vaatimukset sitä edellyttävät – erityisesti silloin, kun pohjareiän paineen odotetaan ylittävän 175 MPa tai kun merenalaiset hydrauliikkajärjestelmät vaativat yli 200 MPa:n korotuspaineita navan kitkahäviöiden voittamiseksi yli 2 500 metrin syvyydessä. 250 MPa:n laitteiden käyttö- ja taloudelliset kustannukset – korkeammat hankintakustannukset, erikoistuneet huoltovaatimukset, rajoittavammat käsittelymenetelmät ja osien ja huoltotuen rajallinen maailmanlaajuinen saatavuus – tarkoittavat, että sitä ei pitäisi koskaan määrittää yleiskäyttöiseksi "yli standardin" mukaiseksi vaihtoehdoksi. 250 MPa:n kapasiteetin korotus yli 175 MPa:n paineen ovat tyypillisesti 80–120 %, ja kokonaiskustannukset, mukaan lukien erikoisteknikot ja NDT-tarkastusvaatimukset, voivat olla suhteellisesti vielä korkeammat.

Vierekkäisten paineluokitusten vertailu

Kuinka määrittää oikea paineluokitus öljykentän toiminnalle

Vaihe 1 — Määritä odotettu enimmäispaine porausreiässä (MEWP)

Lähtökohtana minkä tahansa ylipainepumpun paineen valinnassa on porausreiän odotetun maksimipaineen tarkka määritys suunnitellun toiminnan kaikissa vaiheissa. Tässä on otettava huomioon säiliön paine kohdesyvyydessä, nestepatsaan hydrostaattinen paine, murtumisen aloittamiseen tai toimenpiteen suorittamiseen tarvittava paine sekä mahdolliset painepiikit, joita voi esiintyä dynaamisten toimintojen, kuten vanupuikon, paineiskun tai painekoestettujen työkalujen käytön aikana. MEWP on laskettava tai arvioitava jokaiselle kaivolle erikseen – yleiset nyrkkisäännöt eivät ole hyväksyttäviä ylipainepumpun toimintatasoilla.

Vaihe 2 — Käytä vaadittua varmuuskerrointa

Useimmat suuret öljy-yhtiöt vaativat pumpun nimellispaineen ja suunnitellun suurimman käyttöpaineen välille vähintään 1,25-kertaisen turvakertoimen. Lisäksi monet käyttötavat edellyttävät, että pumppu pystyy syöttämään työpaineen (MEWP) käyttövaatimukset täyttävällä virtausnopeudella – ei pelkästään nollavirtauksella. Varmista aina, että pumpun paine-virtauskäyrä suunnitellulla virtausnopeudella tarjoaa edelleen riittävän marginaalin työpaineen (MEWP) yläpuolella.

Vaihe 3 — Yhdistä porareiän työkaluvarastoosi

Ennen pumpun valitsemista tarkista porausreiän työkaluvarastosi ja tunnista käyttöpakkauksessasi oleva korkeimman paineen omaava työkalu. Pumpun on kyettävä käyttämään tätä työkalua odotettavissa olevalla suurimmalla porausreiän paineella, jolla työkalua käytetään – ei pelkästään ilmakehän olosuhteissa.KoskaTyökalun efektiivinen käyttöpainevaatimus kasvaa kaivonreiän paineen kasvaessa (työkalun on voitettava kaivonreiän paine siirtyäkseen), pumpun nimellisarvon on ylitettävä kaivonreiän paineen ja työkalun käyttöpaine-eron summa.

Vaihe 4 — Palvelusi laajuuden ja omaisuusportfolion arviointi

Jos öljykenttäpalveluyrityksesi toimii useilla eri paineprofiileilla toimivilla kaivoilla, pumpun spesifikaatiopäätöksessä tulisi ottaa huomioon kyseisen portfolion laajuus. Yksinomaan matalissa perinteisissä kaivoissa toimiva yritys ei välttämättä koskaan vaadi 250 MPa:n kapasiteettia. Yritys, joka saa kuitenkin satunnaisia ​​sopimuksia syvänmeren tai korkeapainekaivoista, voi huomata, että 175 MPa:n laivaston joustavuus – satunnaisella vuokrauksella tai asiantuntijatuella 250 MPa:n tilanteissa – voi tuottaa paremman sijoitetun pääoman tuoton kuin 250 MPa:n pumpun ostaminen, joka toimii suurimman osan ajastaan ​​selvästi nimelliskapasiteettinsa alapuolella.

Usein kysytyt kysymykset (UKK)

Johtopäätös: Sovita pumppu kaivoon, ei toisinpäin

Erittäin korkeapainehydraulipumpun paineluokitus on tärkein yksittäinen ominaisuus pumpun valintaprosessissa. Liian suuret tiedot lisäävät tarpeettomia kustannuksia ja monimutkaisuutta, kun taas liian pienet tiedot aiheuttavat turvallisuusriskejä ja toiminnallisia häiriöitä. Oikea lähestymistapa on määrittää kohdesovelluksesi odotettu enimmäispaine porausreiässä, soveltaa vaadittua varmuuskerrointa, varmistaa yhteensopivuus porareiän työkaluvarastosi kanssa ja valita alhaisimman nimellisarvon omaava pumppu, joka tarjoaa riittävän marginaalin – ei enempää eikä vähempää. Kun määrität erittäin korkeapainepumppujärjestelmään liittyviä suuntaventtiilejä ja hydraulisia työkaluja, varmista, että koko hydraulipiiri – pumpusta venttiiliin ja toimilaitteeseen – on luokiteltu ja sertifioitu integroiduksi järjestelmäksi. Kattaa erittäin korkeapaineöljyn kenttäsovellusten kanssa yhteensopivat paineluokitukset ja sisältää erityiset tuotelinjat, jotka on suunniteltu erittäin korkeapainehydrauliikkapiireille.

Vicks Hydraulicvalmistaa erittäin korkeapaineisia hydraulisia pumppuja, joiden nimellisvirta on 140 MPa - 250 MPa, ja palvelee meri-, sotilas-, teollisuusautomaatio- ja öljykenttäsovelluksia kuudella maailmanluokan tuotantolinjalla, joiden vuotuinen kapasiteetti on yli 80 000 siipipumppua. Erityisiä tuotesarjoja ovat mm.ABT-sarjan yksittäiset pumputkeskipainesovelluksiin jaPV2R-sarjavaativiin teollisuussovelluksiin. Kaikilla Vicks Hydraulic -tuotteilla on CCS-, DNV-, ABS-, BV- ja LR-sertifikaatit, ja yrityksen tekninen tiimi voi auttaa pumpun valinnassa juuri sinun kaivoparametriesi ja käyttövaatimustesi perusteella.