1 Introducere

capul puțului este partea superioară a puțului care duce până la rezervor. Uleiul din rezervor iese prin orificiul puțului cu carcasă. Fluxul de petrol sau gaz din puț ar trebui să fie suficient pentru a-l face fezabil din punct de vedere comercial. Apoi, numai capul puțului este instalat în partea superioară a puțului. Se compune din supape și echipamente care controlează presiunea și debitul capului puțului. Aceste echipamente și controlul lor sunt cele mai importante în câmpurile petroliere. Acestea evită condițiile periculoase în instalațiile de petrol și gaze. Pericolul este cauzat de curgerea materialelor inflamabile din puț și de presiunea ridicată din interiorul puțului. Astfel, fluxul prin capul puțului trebuie controlat și făcut în siguranță. De aceea sunt utilizate panourile de Control ale capului de puț (WHCP).

capul puțului este, de asemenea, cunoscut sub numele de pomul de Crăciun (datorită structurii sale). Pomul de Crăciun este format din supapele de siguranță controlate sub suprafață (SCSSV), supapele de siguranță de suprafață (SSV) și alte supape de siguranță ale capului sondei (sufocare, ESD, HIPPS). Aceste supape sunt folosite pentru a închide puțul atunci când este necesar. În partea superioară a structurii arborelui, un manometru va indica presiunea din tub.

procesele care ar trebui să se întâmple în capul puțului sunt manipulate prin aceste trei supape cu ajutorul manometrelor și sufocării.

2 Ce este un panou de control al capului de sondă (WHCP)?

scopul unui WHCP este de a monitoriza supapele de siguranță controlate sub suprafață (SCSSV), supapele de siguranță de suprafață (SSV) și alte supape de siguranță pentru capul puțului (sufocare, ESD, HIPS) pentru siguranța puțului. Un WHCP ar trebui să prevină riscul de rănire sau deteriorare a personalului, a mediului sau a echipamentului. Sisteme de control Wellhead sunt concepute pentru a fi „fail-safe.”Capul de sondă va fi programat și controlat de sisteme PLC sau SCADA.

WHCP primește semnale de intrare de la diverse manometre, inclusiv manometre de presiune, temperatură și debit în capul puțului. În plus, intrările principale provin din sisteme de oprire de urgență (ESD), butoane de urgență și prize fuzibile. Ieșirea este generată prin citirea acestor semnale, care este de obicei o comandă pentru a opri supapele de pe capul puțului pentru a asigura siguranța instalației.

WHCP utilizează atât componente hidraulice, cât și pneumatice. Scssv-urile sunt instalate în cea mai mare parte pe puțuri terestre care sunt operate de Energie hidraulică. În acest caz, WHCP trebuie să includă un rezervor hidraulic și un sistem de pompare pentru a menține presiunea asupra supapelor subterane în timpul funcționării normale. Pe de altă parte, WHCP folosește pneumatice pentru detectarea și controlul supapelor de siguranță de suprafață (SSV).

prin urmare, WHCP este o colecție de sisteme de control diverse care permit executarea controlată a planurilor și opririle de urgență. Pe puțurile terestre, se utilizează un sistem separat de control al capului de puț pentru fiecare puț care lucrează sub presiune ridicată. Sistemele de control al capului de sondă pentru platformele offshore sunt grupate pe unul sau mai multe panouri. Logica de control a fiecărui puț este păstrată distinctă de celelalte puțuri pentru a adăuga sau șterge puțuri noi, după cum este necesar.

3 principiul WHCP

există diferite tipuri de WHCP clasificate pe baza sursei de funcționare. Acestea sunt panouri electrice de control, panouri manuale, solare și pneumatice controlate. Selectarea tipului va fi aleasă în funcție de cerințele aplicației. De asemenea, panoul de control funcționează în două configurații diferite; un singur cap de sondă și un panou de control cu mai multe capete de sondă. Vom vorbi despre aceste tipuri în secțiunile următoare.

WHCP controlează puțurile de petrol și gaze. WHCP îndeplinește această sarcină prin controlul supapelor instalate la capul puțului, care sunt SCSSV (supape de siguranță sub-suprafață controlate de suprafață) și SSV (supape de siguranță de suprafață), care constau din supape principale (MV) și supape cu aripi (WV). Funcționarea secvențială a SCSSV și SSV facilitează procesul de oprire de urgență (ESD).

altele decât componentele de bază ale panoului de comandă, WHCP constă dintr-un rezervor hidraulic, Filtru, pompe hidraulice, Acumulator, Modul de comandă a capului sondei și linii hidraulice, care alimentează și revin la modulul de comandă al capului sondei. Fluidul hidraulic din interiorul rezervorului hidraulic operează capul puțului. Dimensiunea rezervorului este determinată de cantitatea de lichid necesară funcționării supapei și de distanța dintre rezervor și puț.

SCSSV și SSV funcționează la presiune hidraulică, SCSSV la presiune ridicată și SSV la presiune medie. Un pachet de putere hidraulică sau o unitate de putere hidraulică este utilizat pentru a îndeplini cerințele de presiune, care constă dintr-un rezervor, pompe hidraulice și un acumulator. Rezervorul stochează lichid hidraulic și vor exista două capete hidraulice și pompe în fiecare cap de puț. Apoi, fiecare pompă va avea un filtru pentru a filtra fluidul hidraulic din orice particule, astfel încât fluidul hidraulic care merge la SCSSV sau SSV să fie curat. În funcție de mediul operațional, hidraulica poate fi acționată pneumatic sau electric. Un acumulator va fi utilizat în aval de pompă pentru a atinge presiunea dorită pentru SCSSV sau SSV.

lichidul hidraulic acumulat la antet este alimentat prin conducte hidraulice la modulul de comandă a capului sondei atunci când este necesar. Secvența și logica de funcționare a SCSSV și SSV sunt stabilite la acest modul de comandă a capului de sondă. Pentru a controla fluxul sau pentru a executa procedura ESD, semnalele de la panou merg la acest modul de comandă a capului de sondă. După primirea semnalului de comandă, modulul de comandă a capului sondei va deschide SCSSV și SSV trimițând presiune înaltă și, respectiv, presiune medie. Fluidul hidraulic va reveni la linia hidraulică prin activarea unei supape cu trei căi pentru a închide supapele.

acesta este modul în care panoul de control al capului de sondă funcționează pentru a controla fluxul capului de sondă și procedura de oprire de urgență.

4 funcțiile principale ale WHCP

• închiderea sondei în caz de situații periculoase
• controlează parametrii critici de securitate
• procedura secvențială de pornire și coborâre a capului sondei
• monitorizați și controlați îndeaproape SCSSV.
• WHCP utilizează unități hidraulice separate (HPU) care facilitează pompele hidraulice, acumulatorii, rezervoarele etc.
• butoanele speciale sunt utilizate în panou pentru a opri supapa aripii, supapa principală și SCSSV.

5 componentele WHCP

WHCP este instalat lângă capul puțului, dar partea principală de control, PLC sau SCADA, va fi instalată într-o zonă sigură. Toate semnalele logice trimise către WHCP provin din sistemul de control (PLC sau SCADA). WHCP lângă capul sondei va face acțiunea de control direct. Partea principală a unui WHCP este unitatea de alimentare hidraulică (HPU) care constă dintr-o pompă hidraulică, rezervor și acumulator. Componentele WHCP sunt descrise în secțiunile de mai jos:

5.1 pompă hidraulică

pompele hidraulice distribuie lichidul hidraulic la presiunea necesară anteturilor. Presiunea necesară determină dimensionarea și capacitatea pompei la capul puțului, distanța de la panou la capul puțului și timpul de livrare. Sistemul de control al procesului, care este fie un PLC, fie un SCADA, controlează motorul.

5.2 rezervor de ulei

rezervoarele de ulei asigură alimentarea cu ulei necesară pentru pompa hidraulică. Filtrele sunt utilizate la ieșirea rezervorului pentru a se asigura că uleiul curat este trecut la pompă. De asemenea, o linie de retur de la supape este conectată la partea superioară a rezervorului.

5.3 acumulator

un acumulator este un dispozitiv de economisire a energiei utilizat pentru a satisface cererea de înaltă presiune pentru SCSSV (Surface Controlled Subsea Safety Valve) sau SSV (Surface Safety Valve). Acumulatorul este instalat în aval de pompa hidraulică. Ar trebui să fie dimensionate cu atenție pentru a satisface cerințele de presiune.

acumulatorul are două secțiuni: Secțiunea de gaz și secțiunea hidraulică. Secțiunea de gaz este de obicei încărcată cu gaz de azot uscat, care este umplut mai întâi. Apoi, uleiul hidraulic este umplut în acumulator, comprimând secțiunea de gaz. Atunci când există o cerere de hidraulică, acumulatorul eliberează uleiul, permițând extinderea secțiunii de gaz. Acest mecanism va permite descărcarea rapidă a uleiului hidraulic.

5.4 regulatoare

pentru fiecare antet de alimentare, se folosesc anteturi de ulei din aval, iar regulatoarele le dau presiune reglată. Intervalele de înaltă presiune sunt manipulate de regulatoare, care sunt însoțite de supape de siguranță.

5.5 circuit hidraulic

circuitul hidraulic este format din supape de comandă (SCSSV și SSV), tuburi hidraulice și anteturi de alimentare hidraulice. Echipamentul hidraulic de tuburi este selectat în funcție de nevoile de presiune, adică cerințele de înaltă, medie și joasă presiune. Circuitele conțin o supapă de reținere, o supapă de izolare, tuburi, fitinguri pentru tuburi etc.

un dop fuzibil este utilizat în linia hidraulică pentru siguranța la incendiu. În caz de incendiu, fișa de siguranță se va topi pentru a opri presiunea hidraulică, închizând supapele capului de puț. Fântâna se va închide automat.

5.6 interfață instrumentație

instrumentele de măsurare sunt esențiale atunci când vine vorba de controlul și protejarea activităților capului de sondă. Pe anteturile hidraulice, transmițătoarele de presiune sunt instalate pentru a monitoriza operațiunile supapei, iar starea live este transmisă controlerelor PLC. În plus, indicatoarele de nivel sunt utilizate pentru a verifica continuu nivelul rezervorului. WHCP este conectat la sistemul PLC / SCADA pentru monitorizarea și controlul central al capului de sondă. Pentru ușurința întreținerii, depanării și reproiectării, trebuie utilizată o cutie de joncțiune separată.

6 tipuri de WHCP

6.1 panou de control cu un singur cap de sondă

un singur panou de control cu un singur cap de sondă poate controla un singur cap de sondă. Acesta gestionează toate echipamentele wellhead și permite atât opriri automate și manuale. Acest WHCP este utilizat pentru sonde monotome sau la distanță, care sunt departe de alte sonde. Panoul de control cu un singur cap de sondă este împărțit în continuare în următoarele categorii:

• sistem de control Manual
• sistem de control electric
• sistem de control Pneumatic
• sistem de control cu energie solară

6.2 Sistemul de control Manual

utilizează pompa hidraulică manuală pentru a furniza presiune la SSV. Funcțiile sale principale sunt ESD la distanță, dopuri fuzibile, detectare de joasă presiune / înaltă presiune și oprire manuală la panou.

6.3 sistem de control electric

un motor electric controlează debitul hidraulic către SSV. Sistemele electrice de control au fost dezvoltate și sunt fiabile în climatele dure sau atunci când se ocupă de substanțe periculoase în linia de curgere. Sistemele de oprire electrică sunt mai flexibile, mai ușor de implementat și mai puțin costisitoare decât sistemele de oprire pneumatice, unde semnalizarea senzorului de oprire este esențială. Sistemele electrice sunt considerabil mai ușor de conectat cu un sistem de control de supraveghere și achiziție de date (SCADA) pentru monitorizare și control de la distanță.

6.4 sistem de control Pneumatic

face toate funcțiile principale pe care le fac alte sisteme. Dar controlul pompei hidraulice se face prin Energie pneumatică. Acest tip utilizează pentru operațiuni de mare putere.

6.5 Sistem de control cu energie solară

acest tip de sistem de control este cel mai potrivit pentru puțuri în locații îndepărtate. Oferă conservarea energiei, reduce cheltuielile de funcționare, sursa de alimentare duală, caracteristica standard de control etc.

7 proiectarea unui WHCP

7.1 dimensionarea

dimensionarea corectă a componentelor care sunt acumulatorul, tubul și rezervorul trebuie făcută pentru funcționarea controlată și secvențială a capului puțului. Designerii pot folosi ajutorul software-ului diferit pentru dimensionarea precisă a componentelor. Acest software va face dimensionarea pentru cerințele date.

7.2 siguranța liniei de curgere

pentru siguranță, fiecare capăt al liniilor de curgere trebuie să utilizeze un șoc pentru a reduce presiunea în linie. Factorii care trebuie luați în considerare pentru siguranța fluxului:

• verificați dacă primul dispozitiv de sufocare din segmentul inițial al liniei de curgere este la mai puțin de 10 picioare de capul puțului. Când distanța dintre șoc și primul segment al liniei de curgere în amonte de șoc este mai mică de 10 picioare, senzorii de presiune din prima linie de curgere în amonte de blocaj nu sunt necesari. Când distanța este mai mare de 10 picioare, un senzor de joasă presiune este tot ceea ce este necesar pentru a detecta scurgerile și rupturile.
• atât senzorii de înaltă, cât și cei de joasă presiune sunt necesari pentru a detecta o defecțiune a liniei blocate sau a controlului debitului și o scurgere sau ruptură atunci când presiunea tubului de închidere (SITP) este mai mare decât presiunea maximă de lucru admisă (MAWP) a ultimei secțiuni a liniei de curgere după șoc.
• când MAWP a secțiunii liniei de curgere de capăt este mai mică decât SITP, sunt necesare o supapă de reducere a presiunii și senzori de înaltă și joasă presiune.

7.3 Testabilitate

în timp ce senzorii sunt testați, calibrați sau înlocuiți, o supapă cu trei căi de pe panou poate fi montată pentru a ocoli piloții de înaltă și joasă presiune, precum și sondele de nisip. Utilizarea indicatoarelor montate pe panou trebuie să indice de la distanță că supapa de by-pass a fost comutată din motive de siguranță.

o supapă cu trei căi de pe panou poate fi instalată pentru a ocoli piloții de înaltă și joasă presiune, precum și sondele de nisip, în timp ce senzorii sunt verificați, calibrați sau înlocuiți. Utilizarea indicatoarelor montate pe panou ar trebui să arate clar că supapa de by-pass a fost oprită din motive de siguranță de la distanță.

supapele cu ac trebuie montate în conductele tubului de gaz și ulei hidraulic de alimentare pentru a permite înlocuirea componentelor fără a închide un singur cap de sondă sau toate acestea.

8 linia de fund

deși WHCP poate fi alimentat cu energie pneumatică, hidraulică, electrică sau solară, sistemul este hidraulic datorită puterii sale hidraulice. În instalațiile de petrol și gaze, pomparea petrolului sau a gazului din rezervor este o sarcină majoră. Un WHCP ar trebui să regleze capul puțului mai precis și mai eficient, permițând producția continuă de petrol și gaze.