Руководство по предотвращению выбросов: как работают противовыбросовые системы, тестирование и выбор API

Предотвращение выбросов — это сочетание мониторинга бурового раствора, процедур контроля скважины и механических барьеров, которые препятствуют бесконтрольному вытеканию пластовой жидкости из скважины. Ядром этой системы является блок противовыбросовых превенторов (ПВП) — набор запорных устройств высокого давления, установленных на устье скважины. Удар происходит, когда пластовое давление превышает гидростатическое давление столба бурового раствора; выброс - это неконтролируемый результат, когда удар не сдерживается. Стек ПВО является последней механической линией защиты, поэтому его необходимо читать буровым бригадам, инженерам по скважинам и группам по закупкам.

В этом руководстве объясняется, что вызывает выброс, как реагирует каждая часть противовыбросового оборудования, как оборудование тестируется и обслуживается, а также что следует учитывать при выборе системы предотвращения выбросов.

Что такое выброс и что его провоцирует?

Выброс — это неконтролируемый выброс нефти, газа или воды из скважины, который происходит, когда основной барьер — столб бурового раствора — больше не оказывает достаточного гидростатического давления, чтобы сдерживать пласт.

Буровой раствор утяжеляют таким образом, чтобы его гидростатическое давление немного превышало давление разбуриваемых пластов. Когда этот баланс теряется, пластовые флюиды попадают в ствол скважины и создают выброс. Общие триггеры включают в себя:

• Плотность бурового раствора слишком мала для бурящегося пластового давления.
• Тампонирование, при котором жидкость вытягивается из скважины при слишком быстром натягивании бурильной колонны.
• Потеря циркуляции, когда буровой раствор выходит в проницаемую зону и уровень жидкости падает.
• Встреча с неожиданной зоной высокого или аномального давления.
• Позднее обнаружение удара или медленная оперативная реакция.

Удар – это еще не удар. Если он обнаружен и быстро закрыт, скважину можно очистить и снова взвесить. Если их игнорировать, газ и более легкие жидкости поднимаются, расширяются и могут разгрузить скважину, в результате чего наземное оборудование может оказаться перегруженным. Именно для предотвращения этой эскалации призвана препятствовать предотвращение выбросов.

Как стек ПВО предотвращает выбросы

Превенторный блок предотвращает выброс, механически герметизируя ствол скважины на поверхности или на морском дне, давая экипажу время восстановить основной контроль над скважиной. Это достигается с помощью многоуровневой комбинации кольцевых и плашековых превенторов, поддерживаемых трубопроводами высокого давления и гидравлической системой управления.

Компоненты работают как единая, быстро активируемая система. Когда бригада обнаруживает выброс, она закрывает один или несколько превенторов, чтобы удержать давление внутри скважины, а затем использует штуцеры и линии глушения для циркуляции выброса и восполнения массы бурового раствора.

Кольцевые превенторы

Кольцевой превентор является наиболее гибким уплотнительным элементом в блоке: он может закрываться вокруг бурильной трубы, бурильных замков, обсадной колонны и даже герметизировать открытую скважину. Резиновый пакерный элемент сжимается внутрь под действием гидравлического давления, чтобы соответствовать тому, что находится в стволе скважины, что делает его самым быстрым герметизирующим устройством общего назначения на буровой установке.

Кольцевой противовыбросовый превентор с гибким уплотнением для быстрого управления скважиной В этом кольцевом превенторе используется резиновый пакер для герметизации различных трубных труб, что обеспечивает быстрое и универсальное закрытие буровых установок. Он предназначен для стабильной работы в средах с высоким давлением, однако не предназначен для длительного удержания давления без опоры подъёмника. Посмотреть продукт →

Кольцевые превенторы обычно располагаются наверху штабеля, поэтому они закрываются первыми и открываются последними. Они допускают ограниченное вращение и зачистку, но не рассчитаны на бесконечное выдерживание давления — комплект домкратов под ними несет нагрузку во время длительных простоев. Более подробно о том, как современные конструкции повышают надежность уплотнения, см. как производительность кольцевого противовыбросового превентора способствует технологическим инновациям .

Превенторы таранного типа

В превенторах для плашек используются парные стальные блоки или плашки, которые сближаются с противоположных сторон, чтобы герметизировать или прорезать бурильную колонну. Каждый тип плунжеров предназначен для определенной работы, поэтому в стек обычно входит как минимум три из них.

Двойной плашечный превентор с двойным уплотняющим барьером для экономии пространства Этот противовыбросовый превентор с двойным плашком сочетает в себе два набора плашек, например трубный и слепой, для обеспечения двойного уплотнения при небольшой высоте. Он быстро реагирует на изменения давления, образуя надежный устьевой барьер, подходящий для различных буровых операций и сокращающий количество точек подключения. Посмотреть продукт →

В типичном наземном штабеле превентор с двумя плашками содержит два комплекта плашек, часто трубный плашек и плашек с глухим срезом, что экономит высоту и уменьшает количество точек соединения. В зависимости от конфигурации буровой установки доступны различные варианты работы.

Вспомогательное оборудование, завершающее контроль скважины

Никакой противовыбросовый превентор не закрывает выброс сам по себе — окружающий коллектор и системы управления делают закрытие безопасным и эффективным.

• Дроссельный коллектор: набор регулируемых и фиксированных штуцеров, которые направляют скважинные жидкости через контролируемое ограничение, чтобы можно было поддерживать противодавление, пока бригада циркулирует в скважине.
• Убить коллектор: линия меньшего диаметра, по которой тяжелый буровой раствор закачивается непосредственно в скважину ниже противовыбросового превентора для восстановления гидростатического давления.
• Аккумуляторный блок: блок предварительно заряженных гидравлических баллонов, который хранит достаточно энергии, чтобы закрыть каждый превентор, даже если буровая установка потеряет мощность.
• Панели управления: удаленные станции на полу буровой установки и резервное место, позволяющее бурильщику и толкателю инструмента независимо активировать каждый превентор.

Дроссельный манифольд для точного регулирования давления в скважине В этом дроссельном манифольде используются дроссельные клапаны для контроля давления в стволе скважины во время бурения и глушения. Он рассчитан на соответствие давлению в дымовой трубе противовыбросового превентора, обеспечивая безопасный путь сдерживания давления. Его конструкция включает в себя различные типы клапанов для обеспечения различных сценариев управления скважиной. Посмотреть продукт →

Манифольды штуцера и глушителя рассчитаны на то же рабочее давление, что и противовыбросовый блок, поскольку они становятся каналом сдерживания давления в скважине во время процедуры глушения. Выбор коллекторов с соответствующими номинальными давлениями, фланцами и тримами клапанов так же важен, как и выбор самого противовыбросового превентора.

Тестирование и обслуживание: доказательство работы ПБ

ПБ, который никогда не проверялся, — это план, а не защита. Функциональные испытания и испытания под давлением должны доказать, что каждый превентор открывается, закрывается, герметизируется и удерживает давление точно так, как запланировано, до бурения скважины и через регулярные промежутки времени после этого.

Функциональные тесты убедитесь, что плашки закрываются и герметизируют трубу правильного размера, активируется кольцевой пакер и система управления реагирует в течение необходимых секунд. Испытания под давлением примените испытание низким давлением (обычно 200–300 фунтов на квадратный дюйм), а затем полное номинальное рабочее давление, поскольку элемент может уплотняться при высоком давлении, но протекать при низком давлении. Вот почему специальный стенд для испытания противовыбросового превентора является незаменимым элементом оборудования на буровой площадке: как пробка противовыбросового превентора стала незаменимой для предотвращения выбросов объясняет роль, которую он играет в проверке пломб еще до того, как противовыбросовый превентор увидит устье скважины.

Обычной отраслевой практикой является проведение испытаний противовыбросового превентора под давлением в течение 14–21 дня, а также перед разбуриванием башмака обсадной колонны и после любого ремонта. Уплотнения, пакеры и плашки изнашиваются при каждом закрытии, поэтому регулярная проверка и замена эластомеров является нормальной частью владения противовыбросовым превентором. Документирование каждого испытания также формирует контрольный журнал, требуемый регулирующими органами и владельцами скважин.

Как выбрать систему предотвращения выбросов

Выбор противовыбросового превентора начинается с номинального рабочего давления и размера ствола, соответствующих плану скважины, затем учитывается конфигурация плашки, запорное устройство и материальная подстройка для ожидаемых жидкостей и температур.

• Номинальное рабочее давление: сопоставить ПВО с давлением на поверхности, которое реально может создать скважина: от 2000 фунтов на квадратный дюйм для неглубоких скважин до 15000 фунтов на квадратный дюйм для глубоких коллекторов с высоким давлением.
• Размер отверстия: вертикальное отверстие должно проходить через самое большое долото, обсадную колонну или инструмент, который проходит через него, обычно измеряется в дюймах.
• Дополнение Рам: выбирайте плашки для труб в соответствии с ожидаемыми размерами колонны, по крайней мере, один комплект глухих или глухих срезов, а также рассмотрите возможность использования плашек с переменным диаметром диаметра, если используются плашки разных размеров.
• Время закрытия: аккумулятор и система управления должны закрыть каждый превентор в пределах времени, установленного API, обычно 30 секунд или меньше.
• Материал и отделка H2S: Для работы в кислой среде требуются материалы, устойчивые к сероводороду, и эластомеры, рассчитанные на ожидаемый температурный диапазон.
• Сертификация: ищите оборудование с монограммой API 16A, систему качества API Q1 и стороннюю проверку от таких организаций, как ABS, BV или CCS, если этого требуют спецификации проекта.

Конфигурацию плунжера всегда следует планировать с учетом наихудшего сценария скважинной программы, а не самого распространенного. Если план скважины меняет программы пласта или обсадной колонны в середине пути, пакет противовыбросовых превенторов следует пересмотреть.

Часто задаваемые вопросы

Быстрые ответы на вопросы, которые чаще всего задают отделы эксплуатации и закупок о предотвращении выбросов.

В чем разница между противовыбросовым превентором и устьем скважины?

Устье скважины поддерживает обсадные колонны и выдерживает давление во время бурения, а противовыбросовый превентор расположен на вершине устья скважины и обеспечивает возможность закрытия скважины. Во время производства БОП снимается и его место занимает новогодняя елка.

Как быстро закрывается ПБ?

Рекомендуемое API время закрытия обычно составляет 30 секунд или меньше для кольцевых и плашековых превенторов; многие современные гидравлические системы закрывают отдельные цилиндры менее чем за 10 секунд. Аккумулятор должен хранить достаточно энергии, чтобы закрыть все превенторы даже при отключенном питании буровой установки.

Может ли ПБ предотвратить все возможные выбросы?

Нет. Эффективность BOP зависит от его испытаний, обслуживания и реакции экипажа. Незамеченный удар, слабое испытание или изношенный пакер могут снизить способность системы к уплотнению. Предотвращение выбросов — это система: обученные люди, надежные процедуры и проверенное оборудование, работающие вместе.

Как часто проверяется ПБ?

Стандартной практикой является испытание под давлением не реже одного раза в 14–21 день во время бурения, более частая функциональная проверка (часто каждую смену или еженедельно) и полное испытание под давлением перед разбуриванием башмака обсадной колонны или после любого вмешательства в дымовую трубу.