1 Introdução

a cabeça do poço é a parte superior do poço que leva ao reservatório. O óleo do reservatório sai pelo orifício do poço com o invólucro. O fluxo de petróleo ou gás do poço deve ser suficiente para torná-lo comercialmente viável. Em seguida, apenas a cabeça do poço é instalada na parte superior do poço. Consiste em válvulas e equipamentos que controlam a pressão e o fluxo da cabeça do poço. Esse equipamento e seu controle são os mais cruciais nos campos de petróleo. Eles evitam condições perigosas em usinas de petróleo e gás. O perigo é causado pelo fluxo de materiais inflamáveis para fora do poço e pela alta pressão dentro do poço. Assim, o fluxo através da cabeça do poço deve ser controlado e feito à prova de falhas. É por isso que os painéis de Controle Da Cabeça do poço (WHCP) são empregados.

a cabeça do poço também é conhecida como árvore de Natal (por causa de sua estrutura). A árvore de Natal consiste nas válvulas de segurança controladas subsuperfície (SCSSV), válvulas de segurança de superfície (SSV) e outras válvulas de segurança de cabeça de poço (estrangulamento, ESD, HIPPS). Essas válvulas são usadas para fechar o poço quando necessário. No topo da estrutura da árvore, um manômetro indicará a pressão no tubo.

os processos que devem acontecer na cabeça do poço são manipulados através dessas três válvulas com a ajuda de medidores e estrangulamento.

2 O Que é um Well Head Control Panel (WHCP)?

o objetivo de um WHCP é monitorar as válvulas de segurança controladas subsuperfície (SCSSV), válvulas de segurança de superfície (SSV) e outras válvulas de segurança de cabeça de poço (estrangulamento, ESD, HIPPS) para a segurança do poço. Um WHCP deve evitar o risco de ferimentos ou danos ao pessoal, ao meio ambiente ou ao equipamento. Os sistemas de controle de cabeça de poço são projetados para serem “À Prova de falhas”.”A cabeça do poço será programada e controlada por sistemas PLC ou SCADA.

o WHCP recebe sinais de entrada de vários medidores, incluindo medidores de pressão, temperatura e vazão na cabeça do poço. Além disso, as principais entradas são de sistemas de desligamento de emergência (ESD), botões de emergência e plugues Fusíveis. A saída é gerada pela leitura desses sinais, que geralmente é um comando para desligar as válvulas na cabeça do poço para garantir a segurança da planta.

o WHCP emprega componentes hidráulicos e pneumáticos. Os SCSSVs são instalados principalmente em poços terrestres operados por energia hidráulica. Nesse caso, o WHCP deve incluir um reservatório hidráulico e um sistema de bomba para manter a pressão nas válvulas subterrâneas durante a operação normal. Por outro lado, o WHCP usa pneumática para detectar e controlar válvulas de segurança de superfície (SSV).

portanto, o WHCP é uma coleção de diversos sistemas de controle que permitem a execução controlada de planos e desligamentos de emergência. Em poços terrestres, um sistema de controle de cabeça de poço separado é usado para cada poço que trabalha sob alta pressão. Os sistemas de controle de poços para plataformas offshore são agrupados em um ou mais painéis. A lógica de controle de cada poço é mantida distinta dos outros poços para adicionar ou excluir novos poços conforme necessário.

3 Princípio do WHCP

existem diferentes tipos de WHCP categorizados com base na fonte de operação. Estes são painéis de controle elétrico, painéis controlados manuais, movidos a energia solar e pneumáticos. A seleção do tipo será escolhida de acordo com os requisitos do aplicativo. Além disso, o painel de controle funciona em duas configurações diferentes; uma única cabeça de poço e um painel de controle com várias cabeças de poço. Vamos falar sobre esses tipos nas próximas seções.

o WHCP controla os poços de petróleo e gás. O WHCP realiza essa tarefa controlando as válvulas instaladas na cabeça do poço, que são SCSSV (válvulas de Segurança Sub-Superfície controladas por superfície) e SSV (válvulas de segurança de superfície), que consistem em válvulas Mestras (MV) e válvulas de Asa (WV). A operação sequencial de SCSSV e SSV facilita o processo de desligamento de emergência (ESD).

além dos componentes básicos do painel de controle, o WHCP consiste em um reservatório hidráulico, filtro, bombas hidráulicas, acumulador, módulo de controle de cabeça de poço e linhas hidráulicas, que fornecem e retornam ao módulo de controle de cabeça de poço. O fluido hidráulico dentro do reservatório hidráulico opera a cabeça do poço. O tamanho do reservatório é determinado pela quantidade de fluido necessária para o funcionamento da válvula e pela distância entre o reservatório e o poço.

o SCSSV e o SSV operam-se na pressão hidráulica, no SCSSV na alta pressão, e no SSV na pressão média. Um bloco de poder hidráulico ou uma unidade de poder hidráulica são empregados para cumprir as exigências da pressão, que consistem em um reservatório, em bombas hidráulicas, e em um acumulador. O reservatório armazena fluido hidráulico e haverá duas cabeças e bombas hidráulicas em cada cabeça de poço. Em seguida, cada bomba terá um filtro para filtrar o fluido hidráulico de qualquer partícula particulada, de modo que o fluido hidráulico que vai para SCSSV ou SSV esteja limpo. Dependendo do ambiente operacional, a hidráulica pode ser pneumática ou elétrica. Um acumulador será empregado a jusante da bomba para atingir a pressão desejada para SCSSV ou SSV.

o líquido hidráulico acumulado no encabeçamento é fornecido através das linhas de fonte hidráulicas ao módulo de controle do poço quando é exigido. A sequência e a lógica para operar o SCSSV e o SSV são estabelecidas neste módulo de controle do poço. Para controlar o fluxo ou executar o procedimento ESD, os sinais do painel vão para este módulo de controle de cabeça de poço. Depois de receber o sinal de controle, o módulo de controle da cabeça do poço abrirá o SCSSV e o SSV enviando alta pressão e pressão média, respectivamente. O fluido hidráulico retornará à linha hidráulica ativando uma válvula de três vias para fechar as válvulas.

é assim que o painel de controle do poço funciona para controlar o fluxo do poço e o procedimento de desligamento de emergência.

4 funções principais do WHCP

• desligue o poço em caso de situações perigosas
• controla os parâmetros críticos de segurança
• procedimento sequencial de arranque e descida do poço
• monitorize e controle de perto o SCSSV.
• A WHCP emprega unidades de energia hidráulica separadas (HPUs) que facilitam bombas hidráulicas, acumuladores, reservatórios, etc.
• botões especiais são usados no painel para parar a válvula de asa, válvula mestre e SCSSV.

5 Os componentes do WHCP

WHCP são instalados perto da cabeça do poço, mas a parte de controle principal, PLC ou SCADA, será instalada em uma zona segura. Todos os sinais lógicos enviados para o WHCP são do sistema de controle (PLC ou SCADA). O WHCP perto do poço fará a ação de controle diretamente. A parte principal de um WHCP é a unidade de energia hidráulica (HPU) que consiste em uma bomba hidráulica, reservatório e Acumulador. Os componentes do WHCP são descritos nas seções abaixo:

5.1 Bomba Hidráulica

as bombas hidráulicas distribuem o fluido hidráulico na pressão necessária para os cabeçalhos. A pressão necessária determina o dimensionamento e a capacidade da bomba para a cabeça do poço, a distância do painel para a cabeça do poço e o tempo de entrega. O sistema de controle de processo, que é um PLC ou um SCADA, controla o motor.

5.2 reservatório de óleo

os tanques de óleo fornecem o suprimento de óleo necessário para a bomba hidráulica. Os filtros são utilizados na saída do tanque para garantir que o óleo limpo seja passado para a bomba. Além disso, uma linha de retorno das válvulas é conectada ao topo do tanque.

5.3 Acumulador

um acumulador é um dispositivo de economia de energia usado para satisfazer a demanda de alta pressão por SCSSV (válvulas de segurança submarinas controladas por superfície) ou SSV (válvulas de segurança de superfície). O acumulador é instalado a jusante da bomba hidráulica. Deve ser cuidadosamente dimensionado para atender às demandas de pressão.

o acumulador possui duas seções: a seção de gás e a seção hidráulica. A seção de gás é geralmente carregada com gás nitrogênio seco, que é preenchido primeiro. Em seguida, o óleo hidráulico é preenchido no Acumulador, comprimindo a seção de gás. Quando há uma demanda por hidráulica, o acumulador libera o óleo, permitindo que a seção de gás se expanda. Este mecanismo permitirá a descarga rápida de óleo hidráulico.

5.4 Reguladores

para cada cabeçalho de fornecimento, cabeçalhos de óleo a jusante são usados e os reguladores fornecem pressão regulada. As faixas de alta pressão são manipuladas por reguladores, que são acompanhados por válvulas de alívio.

5.5 circuito hidráulico

o circuito hidráulico consiste nas válvulas de controle (SCSSV e SSV), na tubulação hidráulica, e nos encabeçamentos hidráulicos da fonte. O equipamento de tubulação hidráulica é selecionado de acordo com as necessidades de pressão, ou seja, requisitos de alta, média e baixa pressão. Os circuitos contêm uma válvula de retenção, uma válvula de isolamento, tubos, acessórios para tubos, etc.

um plugue fusível é empregado na linha hidráulica para segurança contra incêndio. No caso de um incêndio, o plugue do fusível derreterá para interromper a pressão hidráulica, fechando as válvulas da cabeça do poço. O poço será desligado automaticamente.

5.6 Interface de instrumentação

os instrumentos de medição são essenciais quando se trata de controlar e salvaguardar as atividades da cabeça do poço. Nos encabeçamentos hidráulicos, os transmissores de pressão são instalados para monitorar operações da válvula, e o estado vivo é retransmitido aos controladores do PLC. Além disso, os medidores de nível são usados para verificar o nível do reservatório continuamente. O WHCP Está ligado ao sistema PLC/SCADA para monitoramento central e controle da cabeça do poço. Para facilitar a manutenção, Solução de problemas e redesenho, uma caixa de junção separada deve ser usada.

6 tipos de WHCP

6.1 painel de controle de cabeça de poço único

um único painel de controle de cabeça de poço pode controlar apenas uma cabeça de poço. Ele gerencia todos os equipamentos de cabeça de poço e permite desligamentos automatizados e manuais. Este WHCP é utilizado para poços monotômicos ou remotos que estão longe de outros poços. O único poço do painel de controle é dividida nas seguintes categorias:

• Manual do sistema de controle
• sistema de controle Elétrico
• sistema de controle Pneumático
• alimentado por energia Solar, sistema de controle de

6.2 o sistema de controlo Manual

emprega a bomba hidráulica manual para fornecer a pressão ao SSV. Suas principais funções são ESD remoto, plugues Fusíveis, detecção de baixa pressão / alta pressão e desligamento manual no painel.

6.3 sistema de controle elétrico

um motor elétrico controla o fluxo hidráulico para SSV. Os sistemas de controle elétrico foram desenvolvidos e são confiáveis em climas adversos ou ao lidar com substâncias perigosas na linha de fluxo. Os sistemas de desligamento elétrico são mais flexíveis, mais fáceis de implantar e menos caros do que os sistemas de desligamento pneumático, onde sinalizar o sensor de desligamento é essencial. Os sistemas elétricos são consideravelmente mais fáceis de conectar com um sistema de controle de Supervisão e aquisição de dados (SCADA) para monitoramento e controle remoto.

6.4 sistema de controle pneumático

ele faz todas as principais funções que outros sistemas fazem. Mas o controle da bomba hidráulica é através da energia pneumática. Este tipo usa para operações de alta potência.

6.5 Sistema de controle movido a energia Solar

este tipo de Sistema de controle é mais adequado para poços em locais remotos. Oferece a conservação de energia, reduz a despesa da operação, a fonte de alimentação dupla, a característica padrão do controle, etc.

7 projetando um WHCP

7.1 dimensionamento

o dimensionamento adequado dos componentes que são o acumulador, tubo e reservatório deve ser feito para a operação controlada e sequencial da cabeça do poço. Os Designers podem usar a ajuda de diferentes softwares para o dimensionamento preciso dos componentes. Este software fará o dimensionamento para os requisitos fornecidos.

7.2 segurança da linha de fluxo

para segurança, cada extremidade das linhas de fluxo deve usar um estrangulamento para reduzir a pressão em linha. Os fatores que devem ser considerados para a segurança da linha de fluxo:

• verifique se o primeiro dispositivo de estrangulamento no segmento inicial da linha de fluxo está a menos de 10 pés da cabeça do poço. Quando a distância entre o estrangulamento e o primeiro segmento da linha de fluxo a montante do estrangulamento é inferior a 10 pés, os sensores de pressão na primeira linha de fluxo a montante do gargalo não são necessários. Quando a distância é superior a 10 pés, um sensor de baixa pressão é tudo o que é necessário para detectar vazamentos e rupturas.
• ambos os sensores de alta e baixa pressão são necessários para detectar uma falha de controle de linha ou fluxo bloqueada e um vazamento ou ruptura quando a pressão do tubo de fechamento (SITP) é maior do que a pressão máxima de trabalho admissível (MAWP) da última seção da linha de fluxo após o estrangulamento.
• quando o MAWP da seção da linha de fluxo final é menor que o SITP, é necessária uma válvula de alívio de pressão e sensores de alta e baixa pressão.

7.3 testabilidade

enquanto os sensores estão sendo testados, calibrados ou substituídos, uma válvula de três vias no painel pode ser instalada para contornar os pilotos de alta e baixa pressão, bem como as sondas de areia. O uso de indicadores montados em painel deve indicar à distância que a válvula de desvio foi trocada por razões de segurança.

uma válvula de três vias no painel pode ser instalada para contornar os pilotos de alta e baixa pressão, bem como as sondas de areia, enquanto os sensores estão sendo verificados, calibrados ou substituídos. O uso de indicadores montados em painel deve mostrar claramente que a válvula de desvio foi desligada por razões de segurança à distância.

as válvulas de agulha devem ser instaladas nas linhas de tubo de gás de abastecimento e óleo hidráulico para permitir a substituição de componentes sem desligar uma única cabeça de poço ou todas elas.

8 linha de fundo

embora o WHCP possa ser alimentado por energia pneumática, hidráulica, elétrica ou solar, o sistema é hidráulico devido à sua saída hidráulica. Em instalações de petróleo e gás, bombear petróleo ou gás do reservatório é uma tarefa importante. Um WHCP deve regular a cabeça do poço com mais precisão e eficiência, permitindo a produção contínua de petróleo e gás.