Zawory grzybkowe na polach naftowych w operacjach wydobywczych: projekt, standardy i przewodnik po zastosowaniach

An zawór korkowy pola naftowego to ćwierćobrotowy zawór odcinający i regulujący przepływ, wykorzystujący cylindryczny lub stożkowy grzyb z wywierconym kanałem do uruchamiania, zatrzymywania lub zmiany kierunku przepływu w poprzedzających układach naftowych i gazowych. Zawory grzybkowe są szeroko stosowane w głowicach odwiertów, kolektorach, systemach gromadzenia i transporcie wyprodukowanej wody, ponieważ oferują szczelne odcięcie, szybkie działanie ćwierćobrotowe i duża odporność na płyny ścierne lub wielofazowe w porównaniu do wielu konstrukcji zasuw lub zaworów kulowych.

Jak działa zawór korkowy na polu naftowym

Zawór grzybowy steruje przepływem przez grzyb — cylindryczny lub lekko zwężający się korpus z otworem przelotowym — który obraca się o 90 stopni wewnątrz korpusu zaworu. Gdy otwór zrówna się z rurociągiem, przepływ przez niego przepływa; po obróceniu o ćwierć obrotu pełna część grzyba całkowicie blokuje ścieżkę przepływu. Mechanizm ten zapewnia zaworom grzybowym prostą i solidną metodę uszczelniania, która nie opiera się na oddzielnym pierścieniu gniazda ścierającym się o kulę, co jest jednym z powodów, dla których są one preferowane w płynach wejściowych zawierających materiały ścierne lub zawierające piasek.

Ponieważ sam grzyb tworzy powierzchnię uszczelniającą, zazwyczaj oferowane są zawory grzybkowe niższy moment obrotowy i krótsze czasy cykli niż porównywalne zasuwy, co czyni je częstym wyborem tam, gdzie wymagane jest częste przełączanie między ścieżkami przepływu, na przykład w kolektorach testowych i systemach zbierania z wieloma studniami.

Rodzaje zaworów czopowych stosowanych w operacjach upstream

Nie wszystkie zawory grzybkowe są zbudowane w ten sam sposób. Wybór odpowiedniego typu zależy od obsługiwanego płynu, różnicy ciśnień i częstotliwości cykli zaworu.

Mimośrodowe zawory grzybkowe zasługują na szczególną uwagę podczas pracy na górnym biegu strumienia, ponieważ niecentryczny obrót grzyba unosi go nad gniazdo podczas otwierania i zamykania, drastycznie zmniejszając zużycie gniazda podczas tłoczenia wytworzonej wody z piaskiem lub kamieniem — częsty punkt awarii standardowych zaworów grzybowych i kulowych w tym samym serwisie.

Obowiązujące standardy i certyfikaty

Zawory grzybkowe na polach naftowych stosowane w głowicach odwiertów, rurociągach i produkcji powierzchniowej są zazwyczaj projektowane i testowane pod kątem kombinacji norm API i ASME, w zależności od tego, gdzie w systemie zainstalowany jest zawór.

Kluczowe standardy

• API 6D: Reguluje zawory rurociągów, w tym zawory grzybkowe stosowane w liniach zbierających i przesyłowych
• API6A: Ma zastosowanie, gdy zawory grzybkowe są używane jako część wyposażenia głowicy odwiertu lub choinki
• API 599: W szczególności omawia konstrukcję, wymiary i wymagania dotyczące testowania metalowego zaworu grzybkowego
• ASME B16.34: Podaje wartości znamionowe ciśnienia i temperatury dla materiałów i klas zaworów
• NACE MR0175/ISO 15156: Wymagane, gdy zawór będzie narażony na działanie substancji kwaśnych (zawierających H2S).

Zawory zbudowane zgodnie z API 599 muszą przejść test powłoki w 1,5-krotność znamionowego ciśnienia roboczego oraz badanie gniazda przy ciśnieniu znamionowym, przy maksymalnych dopuszczalnych poziomach wycieków określonych w tabeli klas szczelności zawartej w normie. Operatorzy określający zawory grzybkowe do użytku z rurociągami lub głowicami odwiertów powinni zawsze potwierdzić, która norma reguluje konkretny punkt instalacji, ponieważ zawór certyfikowany wyłącznie zgodnie z ASME B16.34 może nie spełniać wymagań dokumentacji API 6D dotyczących połączeń rurociągów.

Materiały i klasy ciśnienia

Korpusy zaworów grzybowych stosowane wcześniej są najczęściej produkowane ze stali węglowej, niskotemperaturowej stali węglowej (LTCS) lub stali nierdzewnej, w zależności od korozyjności cieczy i warunków otoczenia. Standardowe klasy ciśnienia ASME wahają się od Klasa 150 do klasy 2500 , odpowiadające znamionowemu ciśnieniu roboczemu od w przybliżeniu 285 psi do 6170 psi w temperaturze standardowej, z krzywymi obniżania wartości znamionowych stosowanymi w miarę wzrostu temperatury.

W przypadku studni kwaśnych materiały korpusu i wyposażenia muszą spełniać wymagania norm NACE MR0175/ISO 15156 w zakresie twardości i limitów metalurgicznych, aby uniknąć pękania naprężeniowego siarczkowego, co zazwyczaj ogranicza zastosowanie materiałów korpusowych do określonych gatunków stali węglowej o niskiej twardości lub stopów odpornych na korozję.

Gdzie zawory grzybkowe są używane w systemach poprzedzających

Zawory grzybkowe znajdują się na całej ścieżce przepływu w górę rzeki, od odwiertu po obiekty zbierające i przetwarzające. Typowe punkty instalacji obejmują:

• Rozdzielacze studni: Kierowanie przepływem pomiędzy odwiertami produkcyjnymi a głowicami testowymi lub produkcyjnymi
• Linie zbierające: Izolowanie odcinków rurociągu w celu konserwacji lub tłoczenia
• Produkowane systemy wodne: Do tłoczenia ściernej wody zawierającej cząstki stałe, z mimośrodowymi wtyczkami
• Separatory testowe: Wieloportowe zawory grzybkowe przełączające przepływ pomiędzy wieloma strumieniami studni
• Płozy wtrysku chemicznego: Precyzyjne włączanie/wyłączanie inhibitorów korozji i innych środków chemicznych do obróbki

Szczególnie w zastosowaniach z kolektorami testowymi preferowane są zawory grzybkowe, ponieważ ich działanie ćwierćobrotowe pozwala operatorom na przełączenie odwiertu z przepływu produkcyjnego na przepływ testowy w ciągu kilku sekund, bez wieloobrotowego opóźnienia związanego z zasuwami – to znacząca zaleta w przypadku częstych testów odwiertu na płycie z wieloma odwiertami.

Jak wybrać odpowiedni zawór grzybkowy do obsługi serwisowej

Wybór odpowiedniego zaworu grzybowego wymaga dopasowania konstrukcji zaworu i materiałów do konkretnych właściwości płynu i warunków ciśnienia w miejscu instalacji, a nie stosowania jednej standardowej konfiguracji dla całego obiektu.

Lista kontrolna wyboru

1. Zidentyfikuj rodzaj płynu — czysty gaz, wytworzona woda z cząstkami stałymi lub przepływ wielofazowy — aby określić, czy odpowiednia jest konstrukcja grzyba standardowego, mimośrodowego czy smarowanego
2. Potwierdź znamionowe ciśnienie robocze i wybierz klasę ASME z odpowiednim marginesem powyżej maksymalnego przewidywanego ciśnienia roboczego
3. Sprawdź wymagania dotyczące kwaśnej usługi i określ materiały zgodne z NACE MR0175/ISO 15156, jeśli występuje H2S
4. Określ częstotliwość cykli — zastosowania wymagające dużej liczby cykli, takie jak kolektory testowe, korzystają z konstrukcji niesmarowanych tulei, które pozwalają uniknąć wielokrotnego wtryskiwania szczeliwa
5. Upewnij się, że typ połączenia końcowego (kołnierzowe, gwintowane lub spawane) pasuje do współpracującej rury
6. Zdecyduj się na metodę uruchamiania — dźwignia ręczna do rzadkich operacji lub uruchamianie pneumatyczne/elektryczne do zdalnego lub automatycznego przełączania kolektora

Na przykład wyprodukowana linia wodna niosąca drobny piasek pod ciśnieniem 600 psi zazwyczaj wymagałby mimośrodowy zawór grzybkowy z gniazdem wzmocnionym PTFE odporny na zużycie erozyjne, podczas gdy w linii gromadzenia czystego gazu pod podobnym ciśnieniem można zastosować standardowy, niesmarowany zawór grzybkowy tulejowy po niższej cenie.

Praktyki konserwacyjne wydłużające żywotność

Zawory grzybowe wymagają zazwyczaj mniej konserwacji niż zasuwy, ale warunki na górnym odcinku rurociągu – produkcja piasku, osadzanie się kamienia i narażenie na H2S – nadal wymagają zorganizowanego programu konserwacji, aby uniknąć przedwczesnej awarii.

• W przypadku nasmarowanych zaworów grzybkowych należy ponownie wstrzykiwać uszczelniacz w odstępach czasu zalecanych przez producenta, aby zachować integralność uszczelnienia
• Okresowo sprawdzaj tuleje lub tuleje gniazda pod kątem erozji, szczególnie w przypadku pracy z ładunkami stałymi
• Sprawdź, czy moment obrotowy nie wzrósł znacząco, co może wskazywać na osadzanie się kamienia lub zatarcie świecy
• Przeprowadzaj okresowe testy szczelności gniazda, aby potwierdzić, że zawór nadal spełnia znamionową klasę szczelności
• Sprawdź działanie siłownika i przewody zasilania powietrzem/hydrauliką w automatycznych zaworach grzybkowych używanych w odległych lokalizacjach kolektora

Wielu operatorów planuje co drugi pełny przegląd zaworów i ponowną certyfikację 2 do 3 lat dla zaworów rozgałęźnych do testów wysokocyklowych i bliżej 5 lat w przypadku zaworów odcinających o niższym cyklu na liniach zbierających, dostosowanie odstępu czasu w oparciu o zaobserwowane tempo zużycia i charakterystykę produkowanego płynu w każdym konkretnym miejscu.