1 Bevezetés

a kútfej a kút felső része, amely a tározóhoz vezet. A tartályból származó olaj a kút lyukán keresztül jön ki. A kútból származó olaj-vagy gázáramnak elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy kereskedelmi szempontból megvalósítható legyen. Ezután csak a kútfej van felszerelve a kút tetejére. Szelepekből és berendezésekből áll, amelyek szabályozzák a kútfej nyomását és áramlását. Ez a berendezés és annak ellenőrzése a legfontosabb az olajmezőkön. Elkerülik a veszélyes körülményeket az olaj-és gázüzemekben. A veszélyt a kútból kiáramló gyúlékony anyagok és a kút belsejében lévő nagy nyomás okozza. Így a kútfejen keresztüli áramlást ellenőrizni kell, és hibamentessé kell tenni. Ezért alkalmazzák a Kútfej vezérlőpaneleket (WHCP).

a kútfejet (szerkezete miatt) karácsonyfának is nevezik. A karácsonyfa áll a felszín alatti szabályozott biztonsági szelepek (SCSSV), felszíni biztonsági szelepek (SSV), és más Kútfej biztonsági szelepek (Choke, ESD, HIPPS). Ezeket a szelepeket szükség esetén a kút bezárására használják. A faszerkezet tetején egy nyomásmérő jelzi a cső nyomását.

a kútfejben bekövetkező folyamatokat ezen a három szelepen keresztül manipulálják mérőeszközök és fojtószelepek segítségével.

2 Mi az a Kútfej vezérlőpanel (WHCP)?

a WHCP célja a felszín alatti szabályozott biztonsági szelepek (SCSSV), a felszíni biztonsági szelepek (SSV) és más Kútfej biztonsági szelepek (Choke, ESD, HIPPS) ellenőrzése a kút biztonsága érdekében. A WHCP – nek meg kell akadályoznia a személyzet, a környezet vagy a berendezések sérülésének vagy károsodásának kockázatát. A kútfej-vezérlőrendszereket úgy tervezték, hogy ” hibabiztosak legyenek.”A kútfejet PLC vagy SCADA rendszerek programozzák és vezérlik.

a WHCP bemeneti jeleket fogad különböző mérőeszközökből, beleértve a nyomás -, hőmérséklet-és áramlásmérőket a kútfejben. Ezenkívül a fő bemenetek a vészleállító rendszerekből (ESD), A vészhelyzeti nyomógombokból és az olvadó dugókból származnak. A kimenet ezeknek a jeleknek az olvasásával jön létre, ami általában egy parancs a kútfej szelepeinek leállítására az üzem biztonságának biztosítása érdekében.

a WHCP hidraulikus és pneumatikus alkatrészeket egyaránt alkalmaz. Az scssv-ket többnyire hidraulikus erővel működtetett szárazföldi kutakra telepítik. Ebben az esetben a WHCP-nek tartalmaznia kell egy hidraulikus tartályt és szivattyúrendszert a felszín alatti szelepekre gyakorolt nyomás normál működés közben történő fenntartása érdekében. Másrészt a WHCP pneumatikát használ a felületi biztonsági szelepek (SSV) érzékelésére és vezérlésére.

ezért a WHCP különféle vezérlőrendszerek gyűjteménye, amelyek lehetővé teszik a tervek és a vészhelyzeti leállások ellenőrzött végrehajtását. A szárazföldi kutakon külön Kútfej-vezérlőrendszert használnak minden nagy nyomáson működő kúthoz. A tengeri platformok Kútfej-vezérlőrendszerei egy vagy több panelre vannak csoportosítva. Minden kút vezérlési logikája különbözik a többi kutaktól, hogy szükség szerint új kutakat adjon hozzá vagy töröljön.

3 A WHCP elve

a WHCP különböző típusai a működési forrás alapján vannak kategorizálva. Ezek elektromos vezérlőpanelek, kézi, napenergiával működő és pneumatikus vezérlésű panelek. A típus kiválasztása az alkalmazás követelményeinek megfelelően történik. Ezenkívül a vezérlőpanel két különböző konfigurációban működik; egy Kútfej és egy több kútfejű vezérlőpanel. Ezekről a típusokról a következő szakaszokban fogunk beszélni.

a WHCP ellenőrzi az olaj-és gázkutakat. A WHCP ezt a feladatot a kútfejre telepített szelepek vezérlésével valósítja meg, amelyek SCSSV (Surface Controlled sub-surface Safety Valves) és SSV (Surface Safety Valves), amelyek Főszelepekből (MV) és Szárnyszelepekből (WV) állnak. Az SCSSV és SSV szekvenciális működése megkönnyíti a Vészleállítási (ESD) folyamatot.

a vezérlőpanel alapvető összetevőin kívül a WHCP hidraulikus tartályból, szűrőből, hidraulikus szivattyúkból, akkumulátorból, Kútfej vezérlő modulból és hidraulikus vezetékekből áll, amelyek a kútfej vezérlő modulját táplálják és visszajuttatják. A hidraulikus tartály belsejében lévő hidraulikus folyadék működteti a kútfejet. A tartály méretét a szelep működéséhez szükséges folyadék mennyisége, valamint a tartály és a kút közötti távolság határozza meg.

az SCSSV és az SSV hidraulikus nyomáson, az SCSSV nagy nyomáson és az SSV közepes nyomáson működik. A hidraulikus tápegység vagy a hidraulikus tápegység a nyomáskövetelmények kielégítésére szolgál, amely egy tartályból, hidraulikus szivattyúkból és egy akkumulátorból áll. A tartály hidraulikus folyadékot tárol, és minden kútfejben két hidraulikus fej és szivattyú lesz. Ezután minden szivattyúnak lesz egy szűrője a hidraulikafolyadék szűrésére bármilyen részecskéből, hogy az SCSSV vagy SSV felé vezető hidraulikafolyadék tiszta legyen. A működési környezettől függően a hidraulika lehet pneumatikus vagy elektromos meghajtású. A szivattyú után egy akkumulátort alkalmaznak az scssv vagy SSV kívánt nyomásának elérése érdekében.

a fejlécben felhalmozódott hidraulikafolyadékot szükség esetén hidraulikus tápvezetékeken keresztül juttatják a kútfej vezérlő moduljához. Az SCSSV és SSV működtetésének sorrendje és logikája ebben a kútfej vezérlő modulban van meghatározva. Az áramlás vezérléséhez vagy az ESD eljárás végrehajtásához a panelből származó jelek erre a kútfej vezérlőmodulra kerülnek. Miután megkapta a vezérlőjelet, a kútfej vezérlő modul megnyitja az SCSSV-t és az SSV-t nagy nyomású, illetve közepes nyomású küldéssel. A hidraulikus folyadék visszatér a hidraulikus vezetékbe egy háromutas szelep aktiválásával a szelepek bezárásához.

így működik a kútfej vezérlőpultja a kútfej áramlásának és a vészleállítás folyamatának vezérlésére.

4 A WHCP fő funkciói

• veszélyes helyzetek esetén állítsa le a kútat
• ellenőrzi a kritikus biztonsági paramétereket
• a kútfej szekvenciális indítási és lefelé irányuló eljárása
• szorosan figyelemmel kíséri és ellenőrzi az SCSSV-t.
• A WHCP külön hidraulikus erőműveket (HPU-kat) alkalmaz, amelyek megkönnyítik a hidraulikus szivattyúkat, akkumulátorokat, tartályokat stb.
• A panelben speciális nyomógombokat használnak a szárnyszelep, a főszelep és az SCSSV leállításához.

5 A WHCP

összetevői a WHCP a kútfej közelében van telepítve, de a fő vezérlő rész, PLC vagy SCADA, biztonságos zónában lesz telepítve. A WHCP-nek küldött összes logikai jel a vezérlőrendszerből (PLC vagy SCADA) származik. A kútfej közelében lévő WHCP közvetlenül elvégzi az ellenőrző műveletet. A WHCP fő része a Hidraulikus tápegység (HPU), amely hidraulikus szivattyúból, tartályból és akkumulátorból áll. A WHCP komponenseit az alábbi szakaszok ismertetik:

5.1 hidraulikus szivattyú

a hidraulikus szivattyúk a szükséges nyomáson elosztják a hidraulikus folyadékot a fejlécekhez. A szükséges nyomás határozza meg a szivattyú méretét és kapacitását a kútfejhez, a Paneltől a kútfejig terjedő távolságot és a szállítási időt. A folyamatvezérlő rendszer, amely PLC vagy SCADA, vezérli a motort.

5.2 Olajtartály

olajtartályok biztosítják a szükséges olajellátást a hidraulikus szivattyú számára. Szűrőket használnak a tartály kimenetén, hogy biztosítsák a tiszta olaj átjutását a szivattyúba. Ezenkívül a szelepekből egy visszatérő vezeték csatlakozik a tartály tetejéhez.

5.3 akkumulátor

az akkumulátor olyan energiatakarékos eszköz, amelyet az SCSSV (Surface Controlled Subsea Safety Valves) vagy az SSV (Surface Safety Valves) nagynyomású igényeinek kielégítésére használnak. Az akkumulátort a hidraulikus szivattyú után kell felszerelni. Gondosan méretezni kell, hogy megfeleljen a nyomásigényeknek.

az akkumulátornak két szakasza van: a gázszakasz és a hidraulikus szakasz. A gázszakaszt általában száraz nitrogéngázzal töltik fel, amelyet először megtöltenek. Ezután a hidraulikaolajat az akkumulátorba töltik, összenyomva a gázszakaszt. Ha hidraulikus igény van, az akkumulátor felszabadítja az olajat, lehetővé téve a gázszakasz tágulását. Ez a mechanizmus lehetővé teszi a hidraulikaolaj gyors kiürítését.

5.4 szabályozók

minden ellátási fejléchez downstream olajfejeket használnak, és a szabályozók szabályozott nyomást biztosítanak nekik. A nagynyomású tartományokat szabályozók kezelik, amelyeket szelepek kísérnek.

5.5 hidraulikus kör

a hidraulikus kör a vezérlőszelepekből (SCSSV és SSV), hidraulikus csövekből és hidraulikus ellátó fejlécekből áll. A hidraulikus csőberendezést a nyomásigény, azaz a magas, közepes és alacsony nyomású követelmények szerint választják ki. Az áramkörök visszacsapó szelepet, szigetelő szelepet, csöveket, csőszerelvényeket stb.

a tűzbiztonság érdekében a hidraulikus vezetékben olvadó dugót alkalmaznak. Tűz esetén a biztosítékdugó megolvad, hogy megszüntesse a hidraulikus nyomást, lezárva a kútfej szelepeit. A kút automatikusan leáll.

5.6 műszerezési interfész

a mérőműszerek elengedhetetlenek a kútfej tevékenységének ellenőrzéséhez és védelméhez. A hidraulikus fejléceken nyomástávadók vannak felszerelve a szelep működésének ellenőrzésére, és az élő állapot továbbításra kerül a PLC vezérlőkhöz. Ezenkívül szintmérőket használnak a tartály szintjének folyamatos ellenőrzésére. A WHCP a PLC/SCADA rendszerhez kapcsolódik a kútfej központi felügyeletéhez és vezérléséhez. A karbantartás, a hibaelhárítás és az újratervezés megkönnyítése érdekében külön csatlakozódobozt kell használni.

6 típusú WHCP

6.1 egyetlen Kútfej vezérlőpanel

egyetlen Kútfej vezérlőpanel csak egy kútfejet képes vezérelni. Kezeli az összes Kútfej-berendezést, és lehetővé teszi mind az automatizált, mind a kézi leállítást. Ezt a WHCP-t monotóm vagy távoli kutakhoz használják, amelyek távol vannak más kutaktól. Az egyetlen Kútfej Vezérlőpult a következő kategóriákra oszlik:

• kézi vezérlőrendszer
• elektromos vezérlőrendszer
• pneumatikus vezérlőrendszer
• napenergiával működő vezérlőrendszer

6.2 kézi vezérlőrendszer

kézi hidraulikus szivattyút alkalmaz az SSV nyomásának biztosítására. Fő funkciói a távoli ESD, az olvadó dugók, az alacsony nyomású / nagynyomású érzékelés és a kézi leállítás a panelen.

6.3 elektromos vezérlőrendszer

elektromos motor szabályozza az SSV hidraulikus áramlását. Elektromos vezérlőrendszereket fejlesztettek ki, amelyek megbízhatóak zord éghajlaton vagy az áramlási vonalban lévő veszélyes anyagok kezelésekor. Az elektromos leállítási rendszerek rugalmasabbak, könnyebben telepíthetők és olcsóbbak, mint a pneumatikus leállítási rendszerek, ahol a leállítási érzékelő jelzése elengedhetetlen. Az elektromos rendszerek lényegesen könnyebben csatlakoztathatók a felügyeleti vezérlő és adatgyűjtő (SCADA) rendszerhez a távfelügyelet és vezérlés érdekében.

6.4 pneumatikus vezérlőrendszer

elvégzi az összes fő funkciót, amelyet más rendszerek végeznek. De a hidraulikus szivattyú vezérlése pneumatikus energiával történik. Ez a típus nagy teljesítményű műveletekhez használható.

6.5 napenergiával működő vezérlőrendszer

ez a típusú vezérlőrendszer a legmegfelelőbb távoli helyeken lévő kutakhoz. Energiatakarékosságot kínál, csökkenti a működési költségeket, a kettős tápellátást, a szokásos vezérlési funkciót stb.

7 Whcp tervezése

7.1 méretezés

az akkumulátor, a cső és a tartály alkatrészeinek megfelelő méretezését a kútfej ellenőrzött és szekvenciális működéséhez kell elvégezni. A tervezők különböző szoftverek segítségével használhatják az alkatrészek pontos méretezését. Ez a szoftver elvégzi a méretezést az adott követelményeknek megfelelően.

7.2 áramlási biztonság

a biztonság érdekében az áramlási vonalak mindkét végén fojtót kell használni a belső nyomás csökkentésére. A flowline biztonság szempontjából figyelembe veendő tényezők:

• ellenőrizze, hogy a kezdeti áramlási vonalszakasz első fojtóeszköze kevesebb, mint 10 lábnyira van-e a kútfejtől. Ha a fojtószelep és az áramlási vonal első szakasza közötti távolság a fojtószelep előtt kevesebb, mint 10 láb, akkor a szűk keresztmetszet előtt az első áramlási vezetékben nincs szükség nyomásérzékelőkre. Ha a távolság több mint 10 láb, egy alacsony nyomású érzékelő minden, ami szükséges a szivárgások és szakadások észleléséhez.
• mind a magas, mind az alacsony nyomású érzékelőkre szükség van az elzáródott vezeték vagy áramlásszabályozási hiba, valamint szivárgás vagy repedés észleléséhez, ha a becsukó csőnyomás (SITP) nagyobb, mint az áramlási vonal utolsó szakaszának a fojtó után megengedett legnagyobb üzemi nyomása (MAWP).
• ha a végáramvonal-szakasz MAWP-je kisebb, mint a SITP, nyomáscsökkentő szelepre, valamint magas és alacsony nyomású érzékelőkre van szükség.

7.3 Tesztelhetőség

az érzékelők tesztelése, kalibrálása vagy cseréje közben a panelen háromutas szelepet lehet felszerelni a magas és alacsony nyomású pilóták, valamint a homokszondák megkerülésére. A panelre szerelt jelzőfények használata távolról jelzi, hogy a bypass szelepet biztonsági okokból kapcsolták.

a panelen háromutas szelepet lehet felszerelni a magas és alacsony nyomású pilóták, valamint a homokszondák megkerülésére, miközben az érzékelőket ellenőrzik, kalibrálják vagy kicserélik. A panelre szerelt jelzők használatának egyértelműen meg kell mutatnia, hogy a bypass szelepet biztonsági okokból távolról kikapcsolták.

Tűszelepeket kell felszerelni az ellátógáz-és hidraulikaolaj-csővezetékekbe, hogy lehetővé tegyék az alkatrészek cseréjét egyetlen Kútfej vagy mindegyik leállítása nélkül.

8 Bottomline

bár a WHCP-t pneumatikus, hidraulikus, elektromos vagy napenergia működtetheti, a rendszer hidraulikus teljesítménye miatt hidraulikus. Az olaj-és gázipari létesítményekben az olaj vagy gáz szivattyúzása a tartályból fontos feladat. A WHCP-nek pontosabban és hatékonyabban kell szabályoznia a kútfejet, lehetővé téve a folyamatos olaj-és gáztermelést.