1 Wprowadzenie

Głowica studni jest górną częścią studni prowadzącą do zbiornika. Olej ze zbiornika wychodzi przez otwór studni z obudową. Przepływ oleju lub gazu z odwiertu powinien być wystarczający, aby był wykonalny komercyjnie. Następnie tylko głowica odwiertu jest instalowana na górze studni. Składa się z zaworów i urządzeń, które kontrolują ciśnienie i przepływ głowicy odwiertu. Ten sprzęt i jego kontrola są najważniejsze na polach naftowych. Unikają niebezpiecznych warunków w instalacjach naftowych i gazowych. Zagrożenie jest spowodowane przepływem materiałów łatwopalnych z odwiertu i wysokim ciśnieniem wewnątrz odwiertu. W ten sposób przepływ przez głowicę odwiertu musi być kontrolowany i zabezpieczony przed awarią. Dlatego właśnie zastosowano panele sterowania głowicy studni (WHCP).

studnia jest również znana jako choinka (ze względu na swoją strukturę). Choinka składa się z podpowierzchniowych zaworów bezpieczeństwa (SCSSV), powierzchniowych zaworów bezpieczeństwa (SSV) i innych zaworów bezpieczeństwa głowicy odwiertu (Dławik, ESD, HIPPS). Zawory te służą do zamykania studni w razie potrzeby. Na szczycie struktury drzewa manometr wskaże ciśnienie w rurze.

procesy, które powinny nastąpić w głowicy odwiertu, są manipulowane przez te trzy zawory za pomocą mierników i dławika.

2 Co To jest panel sterowania głowicy studni (WHCP)?

celem WHCP jest monitorowanie podziemnych zaworów bezpieczeństwa (SCSSV), powierzchniowych zaworów bezpieczeństwa (SSV) i innych zaworów bezpieczeństwa głowicy odwiertu (Dławik, ESD, HIPPS) w celu zapewnienia bezpieczeństwa odwiertu. WHCP powinien zapobiegać ryzyku zranienia lub uszkodzenia personelu, środowiska lub sprzętu. Systemy sterowania głowicy odwiertu są zaprojektowane tak, aby były ” bezpieczne w przypadku awarii.”Głowica odwiertu będzie programowana i sterowana przez systemy PLC lub SCADA.

WHCP odbiera sygnały wejściowe z różnych wskaźników, w tym manometrów ciśnienia, temperatury i przepływu w głowicy odwiertu. Ponadto główne wejścia pochodzą z systemów awaryjnego wyłączania (ESD), przycisków awaryjnych i wtyków topikowych. Wyjście jest generowane przez odczyt tych sygnałów, co zwykle jest poleceniem wyłączenia zaworów na głowicy odwiertu w celu zapewnienia bezpieczeństwa instalacji.

WHCP wykorzystuje zarówno elementy hydrauliczne, jak i pneumatyczne. Scssv są najczęściej instalowane na studniach lądowych, które są obsługiwane przez moc hydrauliczną. W takim przypadku WHCP musi zawierać zbiornik hydrauliczny i układ pompy w celu utrzymania ciśnienia na zaworach podpowierzchniowych podczas normalnej pracy. Z drugiej strony WHCP wykorzystuje pneumatykę do wykrywania i sterowania powierzchniowymi zaworami bezpieczeństwa (SSV).

stąd WHCP jest zbiorem różnorodnych systemów sterowania, które umożliwiają kontrolowaną realizację planów i wyłączenia awaryjne. W studniach lądowych dla każdej studni pracującej pod wysokim ciśnieniem stosuje się oddzielny system kontroli głowicy odwiertu. Systemy sterowania głowicy wiertniczej dla platform morskich są zgrupowane na jednym lub kilku panelach. Logika sterowania każdą studnią jest różna od innych studni, aby w razie potrzeby dodawać lub usuwać nowe studnie.

3 zasada WHCP

istnieją różne typy WHCP skategoryzowane w zależności od źródła działania. Są to elektryczne panele sterujące, ręczne, zasilane energią słoneczną i sterowane pneumatycznie. Wybór typu zostanie wybrany zgodnie z wymaganiami aplikacji. Ponadto panel sterowania działa w dwóch różnych konfiguracjach; pojedyncza głowica odwiertu i panel sterowania z wieloma głowicami. Będziemy rozmawiać o tych typach w najbliższych sekcjach.

WHCP kontroluje odwierty naftowe i gazowe. WHCP realizuje to zadanie poprzez sterowanie zaworami zainstalowanymi na głowicy odwiertu, którymi są SCSSV (Surface Controlled Sub-surface Safety Valves) i SSV (Surface Safety Valves), które składają się z zaworów Głównych (MV) i skrzydłowych (WV). Sekwencyjne działanie SCSSV i SSV ułatwia proces wyłączania awaryjnego (ESD).

oprócz podstawowych elementów Panelu sterowania, WHCP składa się ze zbiornika hydraulicznego, filtra, pomp hydraulicznych, akumulatora, modułu sterującego głowicy odwiertu i przewodów hydraulicznych, które dostarczają i wracają do modułu sterującego głowicy odwiertu. Płyn hydrauliczny wewnątrz zbiornika hydraulicznego obsługuje głowicę odwiertu. Wielkość zbiornika zależy od ilości płynu niezbędnego do funkcjonowania zaworu i odległości między zbiornikiem a studzienką.

SCSSV i SSV działają pod ciśnieniem hydraulicznym, SCSSV pod wysokim ciśnieniem, a SSV pod średnim ciśnieniem. W celu spełnienia wymagań ciśnienia stosuje się agregat hydrauliczny lub agregat hydrauliczny, który składa się ze zbiornika, pomp hydraulicznych i akumulatora. Zbiornik przechowuje płyn hydrauliczny, a w każdej głowicy odwiertu znajdują się dwie głowice hydrauliczne i pompy. Następnie każda pompa będzie miała filtr siatkowy do filtrowania płynu hydraulicznego z wszelkich cząstek stałych, tak aby płyn hydrauliczny przechodzący do SCSSV lub SSV był czysty. W zależności od środowiska pracy układ hydrauliczny może być napędzany pneumatycznie lub elektrycznie. Akumulator zostanie zastosowany za pompą, aby osiągnąć pożądane ciśnienie dla SCSSV lub SSV.

nagromadzony płyn hydrauliczny w głowicy jest dostarczany przez hydrauliczne przewody zasilające do modułu sterującego głowicy odwiertu, gdy jest to wymagane. Sekwencja i logika obsługi SCSSV i SSV są ustalone w tym module sterującym głowicy odwiertu. Aby sterować przepływem lub wykonać procedurę ESD, sygnały z panelu przechodzą do tego modułu sterującego głowicy odwiertu. Po otrzymaniu sygnału sterującego moduł sterujący głowicy otworzy SCSSV i SSV, wysyłając odpowiednio wysokie ciśnienie i średnie ciśnienie. Płyn hydrauliczny powróci do przewodu hydraulicznego, aktywując zawór trójdrożny w celu zamknięcia zaworów.

w ten sposób działa panel sterowania głowicy odwiertu, aby kontrolować przepływ głowicy odwiertu i procedurę wyłączania awaryjnego.

4 główne funkcje WHCP

• zamykanie odwiertu w przypadku niebezpiecznych sytuacji
• kontroluje krytyczne parametry bezpieczeństwa
• procedura sekwencyjnego uruchamiania i opuszczania głowicy odwiertu
• ściśle monitoruje i kontroluje SCSSV.
• WHCP wykorzystuje oddzielne hydrauliczne jednostki napędowe (HPU), które ułatwiają pompy hydrauliczne, akumulatory, zbiorniki itp.
• specjalne przyciski są używane w panelu do zatrzymania zaworu skrzydłowego, zaworu głównego i SCSSV.

5 Komponenty WHCP

WHCP są instalowane w pobliżu głowicy odwiertu, ale główna część sterująca, PLC lub SCADA, zostanie zainstalowana w bezpiecznej strefie. Wszystkie sygnały logiczne wysyłane do WHCP pochodzą z systemu sterowania (PLC lub SCADA). WHCP w pobliżu głowicy odwiertu wykona akcję kontrolną bezpośrednio. Główną częścią WHCP jest hydrauliczny zespół napędowy (HPU), który składa się z pompy hydraulicznej, zbiornika i akumulatora. Komponenty WHCP są opisane w poniższych sekcjach:

5.1 Pompa hydrauliczna

pompy hydrauliczne rozprowadzają płyn hydrauliczny pod wymaganym ciśnieniem do głowic. Niezbędne ciśnienie określa rozmiar i pojemność pompy do głowicy odwiertu, odległość od panelu do głowicy odwiertu i czas dostawy. System sterowania procesem, który jest PLC lub SCADA, kontroluje silnik.

5.2 zbiornik oleju

zbiorniki oleju zapewniają wymagany dopływ oleju do pompy hydraulicznej. Filtry są wykorzystywane na wylocie zbiornika, aby zapewnić, że czysty olej jest przekazywany do pompy. Ponadto linia powrotna z zaworów jest podłączona do górnej części zbiornika.

5.3 Akumulator

akumulator jest urządzeniem energooszczędnym stosowanym w celu zaspokojenia zapotrzebowania na wysokie ciśnienie SCSSV (Zawory bezpieczeństwa podmorskiego sterowane powierzchniowo) lub SSV (Zawory bezpieczeństwa powierzchniowego). Akumulator jest instalowany za pompą hydrauliczną. Powinien być starannie dobrany, aby sprostać wymaganiom ciśnienia.

akumulator ma dwie sekcje: gazową i hydrauliczną. Sekcja gazowa jest zwykle ładowana suchym gazem azotowym, który jest wypełniany jako pierwszy. Następnie olej hydrauliczny jest napełniany do akumulatora, sprężając sekcję gazową. Gdy istnieje zapotrzebowanie na układ hydrauliczny, akumulator uwalnia olej, umożliwiając rozszerzenie sekcji gazowej. Mechanizm ten pozwoli na szybkie odprowadzanie oleju hydraulicznego.

5.4 Regulatory

dla każdego nagłówka zasilającego stosuje się dolne nagłówki oleju, a regulatory nadają im regulowane ciśnienie. Zakresy wysokiego ciśnienia są obsługiwane przez regulatory, którym towarzyszą zawory nadmiarowe.

5.5 obwód hydrauliczny

obwód hydrauliczny składa się z zaworów regulacyjnych (SCSSV i SSV), przewodów hydraulicznych i hydraulicznych głowic zasilających. Urządzenia do rur hydraulicznych są dobierane zgodnie z potrzebami ciśnieniowymi, tj. wymaganiami wysokimi, średnimi i niskociśnieniowymi. Obwody zawierają zawór zwrotny, zawór odcinający, rury, złączki rurowe itp.

w przewodzie hydraulicznym zastosowano topikową wtyczkę dla bezpieczeństwa pożarowego. W przypadku pożaru wtyczka bezpiecznika stopi się, aby przerwać ciśnienie hydrauliczne, zamykając Zawory głowicy odwiertu. Studnia automatycznie się wyłączy.

5.6 Interfejs oprzyrządowania

przyrządy pomiarowe są niezbędne, jeśli chodzi o kontrolowanie i zabezpieczanie działalności głowicy odwiertu. Na nagłówkach hydraulicznych zainstalowane są Przetworniki ciśnienia do monitorowania pracy zaworu, a status na żywo jest przekazywany do sterowników PLC. Dodatkowo do ciągłego sprawdzania poziomu zbiornika wykorzystywane są poziomowskazy. WHCP jest połączony z systemem PLC / SCADA do centralnego monitorowania i sterowania głowicy odwiertu. Aby ułatwić konserwację, rozwiązywanie problemów i przeprojektowanie, należy użyć oddzielnej skrzynki przyłączeniowej.

6 typów WHCP

6.1 Pojedynczy panel sterowania głowicy odwiertu

pojedynczy panel sterowania głowicy odwiertu może sterować tylko jedną głowicą odwiertu. Zarządza wszystkimi urządzeniami głowic odwiertowych i umożliwia zarówno automatyczne, jak i ręczne wyłączanie. Ten WHCP jest wykorzystywany do studni monotomowych lub odległych, które są daleko od innych studni. Pojedynczy panel sterowania głowicy odwiertu jest dalej podzielony na następujące kategorie:

• ręczny system sterowania
• elektryczny system sterowania
• pneumatyczny system sterowania
• system sterowania zasilany energią słoneczną

6.2 Ręczny system sterowania

wykorzystuje ręczną pompę hydrauliczną do dostarczania ciśnienia do SSV. Jego główne funkcje to zdalne ESD, topliwe wtyczki, wykrywanie niskiego ciśnienia / wysokiego ciśnienia i ręczne wyłączanie na panelu.

6.3 Elektryczny układ sterowania

Silnik elektryczny steruje przepływem hydraulicznym do SSV. Elektryczne systemy sterowania zostały opracowane i są niezawodne w trudnych warunkach klimatycznych lub w przypadku niebezpiecznych substancji w linii przepływu. Elektryczne systemy wyłączania są bardziej elastyczne, łatwiejsze do wdrożenia i tańsze niż pneumatyczne systemy wyłączania, gdzie sygnalizacja czujnika wyłączania jest niezbędna. Systemy elektryczne są znacznie łatwiejsze do podłączenia z systemem nadzoru kontroli i gromadzenia danych (SCADA) do zdalnego monitorowania i sterowania.

6.4 pneumatyczny system sterowania

wykonuje wszystkie główne funkcje, które wykonują inne systemy. Ale sterowanie pompą hydrauliczną odbywa się za pomocą energii pneumatycznej. Ten typ wykorzystuje do operacji o dużej mocy.

6.5 System Sterowania zasilany energią słoneczną

ten typ systemu sterowania jest najbardziej odpowiedni do studni w odległych lokalizacjach. Oferuje oszczędność energii, zmniejsza koszty eksploatacji, podwójne zasilanie, standardową funkcję sterowania itp.

7 projektowanie WHCP

7.1 Wymiarowanie

prawidłowe wymiarowanie komponentów, które są akumulatorem, rurką i zbiornikiem, musi być wykonane w celu kontrolowanego i sekwencyjnego działania głowicy odwiertu. Projektanci mogą korzystać z pomocy różnych programów do precyzyjnego doboru komponentów. To oprogramowanie zrobi rozmiar dla danych wymagań.

7. 2 bezpieczeństwo linii przepływu

dla bezpieczeństwa każdy koniec linii przepływu powinien używać dławika w celu zmniejszenia ciśnienia w linii. Czynniki, które należy wziąć pod uwagę dla bezpieczeństwa flowline:

• sprawdzić, czy pierwsze urządzenie dławiące w początkowym segmencie linii przepływu znajduje się w odległości mniejszej niż 10 stóp od głowicy odwiertu. Gdy odległość między dławikiem a pierwszym segmentem linii przepływu przed dławikiem jest mniejsza niż 10 stóp, czujniki ciśnienia w pierwszej linii przepływu przed wąskim gardłem nie są potrzebne. Gdy odległość jest większa niż 10 stóp, czujnik niskiego ciśnienia jest wszystkim, co jest potrzebne do wykrywania wycieków i pęknięć.
• zarówno czujniki wysokiego, jak i niskiego ciśnienia są wymagane do wykrycia zablokowanej linii lub awarii kontroli przepływu oraz wycieku lub pęknięcia, gdy ciśnienie rurki zamkniętej (SITP) jest większe niż maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze (mawp) ostatniego odcinka linii przepływu po dławiku.
• gdy MAWP sekcji końcowej linii przepływu jest mniejsza niż SITP, wymagany jest zawór bezpieczeństwa oraz czujniki wysokiego i niskiego ciśnienia.

7.3 Testowalność

podczas gdy czujniki są testowane, kalibrowane lub wymieniane, można zamontować zawór trójdrożny na panelu, aby ominąć piloty wysokiego i niskiego ciśnienia, a także sondy piaskowe. Zastosowanie wskaźników panelowych powinno wskazywać z daleka, że zawór obejściowy został przełączony ze względów bezpieczeństwa.

można zainstalować zawór trójdrożny na panelu, aby ominąć piloty wysokiego i niskiego ciśnienia, a także sondy piaskowe, podczas gdy czujniki są sprawdzane, kalibrowane lub wymieniane. Zastosowanie wskaźników panelowych powinno wyraźnie wskazywać, że zawór obejściowy został wyłączony ze względów bezpieczeństwa z pewnej odległości.

Zawory iglicowe powinny być montowane w przewodach gazu zasilającego i oleju hydraulicznego, aby umożliwić wymianę elementu bez wyłączania pojedynczej głowicy odwiertu lub wszystkich z nich.

8 Bottomline

chociaż WHCP może być zasilany energią pneumatyczną, hydrauliczną, elektryczną lub słoneczną, system jest hydrauliczny ze względu na jego wydajność hydrauliczną. W instalacjach naftowych i gazowych głównym zadaniem jest pompowanie ropy lub gazu ze zbiornika. WHCP powinien bardziej precyzyjnie i efektywnie regulować głowicę odwiertu, umożliwiając ciągłą produkcję ropy naftowej i gazu.