Što je bušotina u nafti i plinu? Komponente i funkcija

A bušotina u nafti i plinu je sklop ventila, kalemova i brtvi za teške uvjete rada instaliranih na vrhu izbušene bušotine za kontrolu protoka ugljikovodika, zadržavanje ekstremnih pritisaka koji se javljaju tijekom bušenja i proizvodnje i osiguravanje sigurne točke sidrenja za kolone zaštitne cijevi koje oblažu bušotinu. To je primarna tlačna barijera između podzemnog rezervoara i površinske opreme i mora izdržati pritiske koji mogu premašiti 15 000 psi a temperature iznad 350°F (177°C) u dubokim formacijama pod visokim pritiskom. Prema specifikaciji 6A Američkog instituta za naftu (API), a izvor nafte i plina Sustav mora biti projektiran, proizveden i testiran da može podnijeti maksimalni predviđeni površinski tlak bušotine, a svaka komponenta mora biti sljediva do svog izvornog toplinskog broja materijala radi osiguranja kvalitete. Razumijevanje točno onoga što je ušće bušotine i kako ono funkcionira temeljno je za svakoga tko je uključen u operacije bušenja, završetka ili proizvodnje, jer kvar na ušću bušotine može dovesti do katastrofalne eksplozije, gubitka bušotine, ekološke štete i gubitka života.

Što je ušće bušotine i koje osnovne funkcije obavlja?

Ušće bušotine u nafti i plinu služi četiri funkcije koje se ne mogu pregovarati: obustavlja težinu konopca zaštitne cijevi, brtvi prstenaste prostore između koncentričnih slojeva zaštitne cijevi, osigurava kontrolirani pristup bušotini za bušenje i intervenciju i djeluje kao osnova za montiranje sklopa za sprječavanje eksplozije (BOP) tijekom bušenja i božićno drvce tijekom proizvodnje. Sama funkcija ovjesa kućišta uključuje golema opterećenja. Svaki niz zaštitnog sloja - vodič, površinski, srednji i proizvodni zaštitni element - može težiti stotine tisuća funti, a ušće bušotine mora ovu težinu sigurno prenijeti na provodnu cijev i okolni cementni omotač. Funkcija brtvljenja jednako je zahtjevna. Prstenaste brtve između kolona zaštitne cijevi moraju sadržavati tlakove u formaciji koji mogu skočiti preko 10 000 psi a da ne iscuri ni trag plina na površinu. API 6A klasificira opremu na ušću bušotine u stupnjeve tlaka od 2.000 psi do 20.000 psi a u temperaturne razrede od -75°F do 650°F (-60°C do 345°C), s klasama materijala u rasponu od općenitog ugljičnog čelika do legura otpornih na koroziju kao što je Inconel 718 za kiseli plin koji sadrži vodikov sulfid. Samo tijelo bušotine obično je veliki, kovani čelični blok strojno obrađen s unutarnjim profilima koji odgovaraju nosačima kućišta i sklopovima brtvi. Nakon što je bušotina dovršena, ušće bušotine ostaje na mjestu tijekom cijelog proizvodnog vijeka bušotine—često 20 do 40 godina—i mora biti otporno na koroziju, cikličko opterećenje tlakom i toplinsko širenje bez održavanja unutarnjih brtvi.

Ključne komponente sklopa ušća bušotine

Glavne komponente sklopa za naftu i plin na ušću bušotine su glava kućišta, kalemovi kućišta, glava cijevi, vješalice kućišta, prstenaste brtve i prirubnica adaptera koja se spaja na BOP ili božićno drvce, a svaki od njih ima određenu mehaničku ulogu i ulogu zadržavanja pritiska. Sljedeći popis rastavlja ove komponente i njihove pojedinačne namjene unutar sustava ušća bušotine:

• Glava kućišta: Najniži dio ušća bušotine, zavaren ili pričvršćen vijcima na površinsko kućište. Podupire sljedeću kolonu zaštitne cijevi i osigurava prvu prstenastu brtvu na površini. Glava zaštitne cijevi obično uključuje dva bočna izlaza za pristup prstenu za povrat cementa i praćenje tlaka.
• Kalemovi kućišta: Srednji dijelovi naslagani na vrhu glave kućišta za podupiranje dodatnih nizova kućišta. Svaki kalem sadrži unutarnji profil u obliku zdjele koji prihvaća držač kućišta i sklop za brtvljenje. Višestruki kalemi mogu se složiti kako bi se prilagodio punom programu zatvaranja duboke bušotine.
• Vješalice za kućište: Obodni uređaji koji slijeću unutar glave zaštitne cijevi ili zdjele kalema, prenoseći težinu ovješene zaštitne kolone na tijelo bušotine dok brtvi prsten između unutarnjih i vanjskih zaštitnih cijevi. Vješalice za kućište mogu biti klizne, trnaste ili omotne.
• Glava cijevi: Najgornji kalem koji podupire niz proizvodnih cijevi i omogućuje prijelaz na božićno drvce. Sadrži vješalicu za cijevi koja brtvi oko cijevi i izolira prsten zaštitne cijevi od protoka.
• Prstenaste brtve i paketi: Elastomerne ili metal-metalne brtve koje se aktiviraju kada se nosač kućišta ili cijevi spusti i zaključa, stvarajući barijeru nepropusnu na pritisak. U bušotinama visokog tlaka i visoke temperature (HPHT) koriste se brtve metal-metal jer se elastomeri mogu pokvariti pod dugotrajnom toplinskom izloženošću.
• Adapterska prirubnica i klinovi: Gornji priključak ušća bušotine koji se spaja s BOP-om tijekom bušenja ili božićnim drvcem tijekom proizvodnje. Prirubnica je proizvedena prema dimenzijama API 6A s prstenastim utorom koji prihvaća metalnu prstenastu brtvu, obično tipa API BX ili RX.

Vrste bušotina: kopno naspram pučine i konvencionalno naspram nekonvencionalnih

Usta bušotina za naftu i plin široko su kategorizirana prema njihovoj lokaciji - na kopnu ili u moru - i prema metodi bušenja - konvencionalne vertikalne ili horizontalne i nekonvencionalne bušotine iz škriljevca - od kojih svaka zahtijeva različite konfiguracije vrijednosti tlaka, programa za zatvaranje kućišta i stabla sučelja. Donja tablica sažima ključne razlike između ovih tipova ušća bušotina i njihove tipične primjene.

Kritična uloga ušća bušotine u sprječavanju ispuhivanja i kontroli bušotine

Tijekom faze bušenja, sklop za naftu i plin na ušću bušotine služi kao jedino sidro i brtveno sučelje za sklop za sprječavanje eksplozije, a njezin je integritet posljednja linija obrane između kontrolirane bušotine i nekontroliranog eksplozije. BOP je masivan sklop hidrauličkih klipova, prstenastih preventera i posmičnih brtvi koji se mogu zatvoriti oko bušaće cijevi ili potpuno zatvoriti otvorenu bušotinu u slučaju udarca — dotoka formacijskih fluida pod visokim pritiskom u bušotinu. BOP je pričvršćen vijcima izravno na prirubnicu ušća bušotine, a svaki kilogram bušotinskog tlaka koji se gura prema gore iz rezervoara mora biti zadržan ovom vezom. API standard 53, koji upravlja BOP sustavima, zahtijeva da prirubnica i klinovi na ušću bušotine budu ocijenjeni na isti tlak kao BOP skup i da prstenasta brtva bude kompatibilna s kemijskim sastavom tekućine u bušotini. Izvješće o istrazi nesreće Deepwater Horizon, koje je objavio Odbor za kemijsku sigurnost SAD-a, utvrdilo je da je neuspjeh slijepog klina za brtvljenje bušotine bio čimbenik koji je izravno doprinio eksploziji, naglašavajući da čak i potpuno ocijenjeni BOP ovisi o ispravno instaliranom i testiranom izvor nafte i plina povezanost s funkcijom. Nakon što je bušotina dovršena i BOP je uklonjen, ušće bušotine ostaje kao trajna tlačna barijera, sada na vrhu je božićno drvce—vertikalni sklop ventila, prigušnica i manometara koji kontroliraju protok proizvodnje. Bilo kakvo curenje na brtvi nosača cijevi ili prstenu zaštitne cijevi može omogućiti migraciju ugljikovodika na površinu izvan proizvodnog cjevovoda, stanje poznato kao trajni tlak zaštitne cijevi, što je vodeći uzrok kvara integriteta bušotine u starim bušotinama širom svijeta.

Odabir materijala i standardi proizvodnje za opremu za ušće bušotine

Svaka komponenta ušća bušotine za naftu i plin mora biti proizvedena od materijala koji ispunjavaju zahtjeve API 6A za kemijski sastav, mehanička svojstva i toplinsku obradu, a izbor materijala diktira očekivani tlak, temperatura i korozivni potencijal bušotine. API 6A specifikacija kategorizira materijale u nekoliko klasa na temelju njihove otpornosti na sulfidne pukotine. Klasa materijala AA općenito je ugljični čelik pogodan za rad bez kiselosti. Klasa BB dodaje male kemijske kontrole za blago kisela okruženja. Klasa CC zahtijeva da materijal prođe testiranje NACE MR0175/ISO 15156 za upotrebu u okruženjima koja sadrže vodikov sulfid pri parcijalnim tlakovima iznad 0,05 psi. Materijali klase HH, kao što su Inconel 625 i 718 legure nikla, specificirani su za najekstremnije HPHT bušotine kiselog plina gdje bi i pukotine pod naponom i opće stope korozije uništile standardnu ​​čeličnu komponentu unutar nekoliko mjeseci. Proizvodni proces uključuje kovanje tijela od jedne čelične gredice, grubu strojnu obradu, toplinsku obradu kako bi se postigla navedena tvrdoća, završnu obradu i ispitivanje hidrostatskim tlakom do 1,5 puta većeg od nazivnog radnog tlaka. Svaki dio koji je pod pritiskom mora biti sljediv prema toplinskom broju, a konačna montaža dokumentirana je punim izvješćem o ispitivanju materijala i potvrdom o sukladnosti. Ovo rigorozno osiguranje kvalitete ono je što čini a izvor nafte i plina komponenta dovoljno pouzdana da ostane na površini ležišta ugljikovodika pod tlakom desetljećima bez provjere njegovih unutarnjih brtvenih površina.

Često postavljana pitanja o izvorima nafte i plina

Koja je razlika između bunara i božićnog drvca?

The izvor nafte i plina sklop je trajni temelj postavljen na vrhu niza zaštitne cijevi, osiguravajući strukturnu potporu i primarne prstenaste brtve. Božićno drvce je odvojeni sklop ventila, prigušnica i mjerača koji je pričvršćen vijcima na vrhu ušća bušotine nakon završetka bušenja kako bi se kontrolirao protok proizvedenih fluida. Ušće bušotine ostaje na mjestu za cijeli životni vijek bušotine, dok se božićno drvce može ukloniti radi remonta.

Koliko često treba pregledavati ili testirati opremu na ušću bušotine?

API preporučuje da se brtve, ventili i prirubnički spojevi na ušću bušotine vizualno pregledaju i funkcionalno testiraju u intervalima određenim operaterovim planom upravljanja integritetom bušotine. Praćenje prstenastog tlaka treba biti kontinuirano, a svaki trajni tlak u kućištu iznad maksimalno dopuštene radne granice pokreće neposrednu istragu. Površinski sigurnosni ventil i glavni ventil na božićnom drvcu moraju se testirati u redovitim intervalima prema lokalnim propisima, često svaka tri do šest mjeseci.

Može li se ušće bušotine popraviti ako dođe do curenja?

Manja prstenasta curenja ponekad se mogu zabrtviti ubrizgavanjem teške masti ili brtvila u sekundarne brtvene otvore na ušću bušotine, postupak koji se naziva ponovno brtvljenje prstena. Ako je primarna brtva metal-metal ili elastomerna brtva otkazala, popravak je složen i može zahtijevati popravku opreme za povlačenje cijevi i zamjenu brtvi nosača cijevi. Curenje izvor nafte i plina tijelo ili kućište kalem je izuzetno rijedak i obično bi zahtijevao da se bušotina zatvori, a oštećena komponenta izreže i zamijeni, što je skupa operacija koja može koštati milijune dolara na dubokoj bušotini.

The izvor nafte i plina sustav je daleko više od jednostavnog čeličnog spoja na vrhu rupe; to je konstruirani temelj koji omogućuje sigurno bušenje, završetak i desetljeća proizvodnje iz ležišta ugljikovodika. Od njegovog masivnog kovanog tijela i precizno obrađenih brtvenih površina do rigorozne sljedivosti API 6A materijala i testiranja tlaka, svaki aspekt dizajna ušća bušotine odražava posljedice kvara u okruženju u kojem tlakovi mogu premašiti 15 000 psi, a zapaljivi plin uvijek traži najbrži put do površine. Bez obzira na to je li postavljeno na udaljenu pustinjsku platformu, dubokovodno morsko dno ili kompaktnu offshore platformu, ušće bušotine ostaje tihi, nezamjenjivi stražar koji stoji između kontrolirane proizvodnje i ekološke katastrofe.