BOP-Hydraulik erklärt: Speicherdimensionierung, Schließverhältnis und Reaktionszeit

Die BOP-Hydraulik ist der gespeicherte Energie-, Flüssigkeits- und Steuerpfad, der das Dichtungselement eines Blowout-Preventers tatsächlich gegen den Bohrlochdruck antreibt. Wenn das Speichervolumen, das Schließverhältnis und die Leitungsdimensionierung falsch sind, kann ein Stapel jeden Shell-Test auf dem Zertifikat bestehen und dennoch während eines echten Kicks zu langsam oder ohne Abdichtung schließen.

Die praktische Antwort zuerst: Bemessen Sie die Akkumulatoren anhand des tatsächlichen Verdrängungsvolumens jeder Funktion auf dem Stapel, überprüfen Sie das Schließverhältnis beim höchsten erwarteten Schließdruck und messen Sie die Schließzeit an der installierten Einheit, anstatt sich auf ein Datenblatt zu verlassen. Alles andere in diesem Artikel erklärt, warum diese drei Zahlen wichtig sind und wie sie interagieren.

Was BOP Hydraulics tatsächlich abdeckt

Die BOP-Hydraulik ist ein geschlossener Leistungskreislauf mit vier Teilen, und alle vier müssen zusammen dimensioniert werden. Das System speichert Energie, erzeugt Druck, verteilt den Fluss und wandelt diesen Fluss in mechanische Kraft auf den Verhinderer um.

• Energiespeicher: mit Stickstoff vorgeladene Akkumulatorenflaschen, normalerweise die einzige Energiequelle bei einem Stromausfall.
• Druckerzeugung:
Pumpen und Regler der Schließeinheit, die die Flaschen aufladen und den Systemdruck halten.
• Verbreitung: Verteiler, Steuerventile, Regler, Schalttafeln und Hydraulikleitungen bis hin zu jeder Funktion.
• Betätigung: die Betätigungszylinder an Ring- und Rammstoppern sowie die Feststellschrauben an Einheiten, die damit ausgestattet sind.

Eine sinnvolle Möglichkeit, darüber nachzudenken: Das System muss ein definiertes Volumen mit einem definierten Druck innerhalb einer definierten Zeit liefern, und zwar in dem Moment, in dem die Anlage bereits Strom und Instrumentenluft verloren hat. Jede Designentscheidung sollte anhand dieses einzelnen Szenarios beurteilt werden.

Direkte, pilotgesteuerte und Unterwassersteuerung

Bei Oberflächenkaminen kommt fast immer eine Pilothydrauliksteuerung zum Einsatz, da dadurch die Hochdruckleitungen kurz bleiben und nur ein kleines Pilotvolumen zur entfernten Schalttafel transportiert wird. Die direkte hydraulische Steuerung ist einfacher und langsamer und wird heute hauptsächlich bei kleinen Workover-Einheiten eingesetzt.

Warum Unterwassersysteme anders aussehen

Unterwasser-Schornsteine verwenden eine indirekte hydraulische Steuerung, bei der der Steuerdruck über eine Versorgungsleitung zu Unterwasser-Steuergehäusen und Folgeventilen geleitet wird, die Flüssigkeit aus lokalen Speicherflaschen zulassen. Der Grund liegt in der Entfernung: Das volle Betätigungsvolumen durch mehrere hundert Meter Schlauch zu drücken, wäre zu langsam und würde zu viel Druck durch Reibung verlieren. Bei der Reaktion unter Wasser muss auch der hydrostatische Druck berücksichtigt werden, sodass eine Funktion, die an Land in Sekundenschnelle geschlossen wird, vor der Küste möglicherweise eine längere Toleranz benötigt.

Abschlussverhältnis: Die Zahl, die darüber entscheidet, ob ein Widder dichtet

Das Schließverhältnis ist das Verhältnis zwischen dem Bohrlochdruck, den ein Preventer aushalten muss, und dem hydraulischen Druck, der zum Schließen erforderlich ist, und ist die nützlichste hydraulische Kennzahl im gesamten Stapel. In der Praxis entspricht das Verhältnis ungefähr dem Bohrlochdruck geteilt durch den am Zylinder verfügbaren hydraulischen Betriebsdruck, unter Berücksichtigung von Leitungsverlusten und Dichtungsreibung.

Ein einfaches Beispiel: Bei 10.000 psi Schließdruck und 1.500 psi am Stößelzylinder beträgt das Arbeitsverhältnis etwa 6,7:1. Wenn Reibung und Leitungsverluste 200 psi davon verschlingen, sinkt das effektive Verhältnis und der Stößel erreicht das Rohr möglicherweise ohne vollständige Abdichtung. Aus diesem Grund halten die Bediener den Flaschendruck nahe der Obergrenze des Herstellerbereichs und nicht auf dem Minimum, und unterdimensionierte Steuerleitungen stellen eine echte Gefahr für die gute Kontrolle dar und stellen keine Unannehmlichkeiten dar.

Ringrohre verdienen eine gesonderte Anmerkung: Da sich das Element über alles vom Bohrrohr bis zum Kelly quetschen muss, ist der hydraulische Bedarf sowohl ein Volumenproblem als auch ein Druckproblem. Auf das Dichtverhalten des Elements selbst wird in dieser Betrachtung näher eingegangen ringförmige BOP-Dichtungsleistung .

Ringförmiger BOP JIANGSU WELLHEAD DRILLING EUIPMENT CO., LTD. wurde im Februar 2005 gegründet und ist ein nationales High-Tech-Produktionsunternehmen, das Forschung und Entwicklung, Produktion, Vertrieb, ... integriert. Produkt anzeigen →

Speicherdimensionierung und nutzbares Flüssigkeitsvolumen

Das Speichervolumen wird durch die Anzahl der Funktionen bestimmt, die Sie nacheinander schließen möchten, und nicht durch die physische Größe der Schließeinheitskufe. Der häufigste Fehler besteht darin, Flaschen statt verwendbarer Flüssigkeiten zu zählen.

Die auf API 16D basierende Praxis ist ein sinnvoller Anker: Die nutzbare Flüssigkeit sollte mindestens das 1,5-fache des gesamten Verdrängungsvolumens aller vom Akkumulator aus zu bedienenden Funktionen betragen, mit zusätzlicher Berücksichtigung des Steuerungssystems selbst. Verwendbare Flüssigkeit ist das, was nach dem Vorfüllen und nach dem Mindestdruck übrig bleibt, der erforderlich ist, um eine Funktion geschlossen zu halten. Sie liegt also immer deutlich unter dem Nennvolumen der Flasche.

• Bei einem 3.000 psi-System liegt die Vorfüllung normalerweise bei etwa 1.000 psi Stickstoff und wird bei gestoppten Pumpen und abgelassener Flüssigkeit aus den Flaschen überprüft.
• Berechnen Sie die Verschiebung pro Funktion anhand des Schließvolumens des Herstellers und multiplizieren Sie es dann mit der Anzahl der Betätigungen, die ohne Nachladen verfügbar sein sollen.
• Fügen Sie den Ring hinzu, da ein einzelner Ringschluss mehr Flüssigkeit verbrauchen kann als drei Stöße.
• Bestätigen Sie, dass die Pumpenkapazität die Flaschen in einer realistischen Zeit wieder aufladen kann, auch wenn eine Pumpe außer Betrieb ist.

Reaktionszeit: Wie sich der Rig-Boden tatsächlich anfühlt

Die Reaktionszeit ist eher ein Installationsproblem als ein Druckproblem. Lange, schmale Linien und kalte, viskose Flüssigkeit kosten mehr Sekunden als eine etwas zu kleine Flaschenbank und sind im Nachhinein viel schwieriger zu diagnostizieren.

Messen Sie die Reaktion des installierten Stapels mit einem Druckschreiber bei realistischer Umgebungstemperatur, jeweils mit einer Funktion und dann mit der Worst-Case-Sequenz. Das Testen von Hardware macht dies wiederholbar und nicht anekdotisch.

BOP-Teststumpf zur Hochdruck-Bohrlochkontrolle Ein Hochdruck-Teststutzen zum Abdichten und Ausblasenschutz mit Fernüberwachung, der für die Überprüfung der Reaktion des installierten Schornsteins relevant ist, bevor ein langsames Schließen auf den Flüssigkeitszustand zurückgeführt wird. Produkt anzeigen →

Hydraulikflüssigkeit, Sauberkeit und kaltes Wetter

Die Wahl der Flüssigkeit ist weit weniger wichtig als der Zustand der Flüssigkeit. Die meisten Beschwerden über langsames Verschließen sind auf Wasserverschmutzung, Belüftung oder die falsche Viskosität bei Umgebungstemperatur zurückzuführen, nicht auf das Grundmaterial auf dem Etikett.

• Flüssigkeiten auf Wasserbasis mit einem Korrosionsinhibitor und 3 bis 5 Prozent Schmiermittel sind die übliche Standardlösung, wenn Leckagen in die Umwelt wichtig sind.
• Glykolmischungen halten die Viskosität bei Temperaturen unter Null besser; Mineralöl wird verwendet, sofern die Spezifikation dies zulässt.
• Ziel ist eine Reinheit nach ISO 4406 von etwa 18/16/13 oder besser, mit einer absoluten Filterung von 10 Mikrometern im Füll- und Transferweg.
• Nehmen Sie mindestens zweimal im Jahr und nach jedem Kontaminationsereignis eine Probe der Flüssigkeit und füllen Sie niemals eine andere Grundflüssigkeit auf.

Wenn ein BOP nicht geschlossen werden kann: Lesen des Symptoms

Wenn eine Funktion einmal langsam schließt und sich dann normal verhält, liegt der Verdacht auf Luft vor. Wenn es sich über Wochen hinweg stetig verschlechtert, ist Flüssigkeitsverlust, interne Undichtigkeiten oder Dichtungsverschleiß zu vermuten. Das Symptommuster identifiziert die Ursache normalerweise schneller als ein Manometer.

Denken Sie daran, dass Hydraulik und Druckregelkreis als Paar funktionieren. Die Chokekrümmer muss den Durchfluss aufnehmen, den der Verhinderer umleitet, und ein langsam wirkender Choke verwandelt einen kontrollierten Stoß in einen Druckanstieg, selbst wenn der BOP selbst korrekt funktioniert.

Passende BOP-Hardware für Ihre Hydraulikversorgung

Der günstigste Ort, um eine hydraulische Nichtübereinstimmung zu beheben, ist die Spezifikationsphase, während Bohrung, Betriebsdruck und Zylinderhubraum noch verhandelbar sind. Das Nachrüsten einer Schließeinheit nach der Lieferung ist immer der kostspielige Weg.

1. Bestätigen Sie den Betriebsdruck und das Verdrängungsvolumen für jede Kolben- und Ringgröße, die Sie verwenden möchten.
2. Entscheiden Sie, ob Sie eine hydraulische Verriegelung, manuelle Verriegelungsschrauben oder beides benötigen, und prüfen Sie, wie sich jede einzelne auf das Schließvolumen auswirkt.
3. Bestätigen Sie die Kompatibilität der API 16A-Hardwaredokumentation und des API 16D-Steuerungssystems im selben Paket.
4. Stellen Sie sicher, dass Anschlussgrößen, Verbindungstypen und Leitungslängen mit der Schließeinheit übereinstimmen, und berechnen Sie dann den Reibungsverlust bei Spitzendurchfluss.
5. Führen Sie vor der Abnahme einen Funktionstest bei minimaler Umgebungstemperatur durch, nicht danach.

Bei gestapelten Konfigurationen ist ein Doppelkolbenkörper häufig die praktische Wahl, da er einen Blind- und Rohrverschluss in einem geflanschten Gehäuse ermöglicht und die Anzahl der zu verlegenden und zu prüfenden Hydraulikkreisläufe reduziert.

Double Ram Blowout Preventer zur Bohrlochkontrolle Eine Bohrlochkopf-Dichtungsvorrichtung mit zwei Rammen, die einen Blind- und Rohrverschluss in einem Flanschgehäuse mit API 6A/NACE-Materialien für Hochdruckbohrvorgänge bietet. Produkt anzeigen →

Häufig gestellte Fragen

Auf was sollten Akkuflaschen vorgeladen werden?

Der übliche Ausgangspunkt ist etwa 1.000 psi Stickstoff in einem 3.000 psi-System, geprüft bei gestoppten Pumpen und abgelassener Flüssigkeit aus den Flaschen. Bei Systemen mit höherem Druck ist die Vorladung höher, und die Tabelle des Herstellers ist immer maßgebend.

Wie viel Hydraulikdruck ist nötig, um einen Stößel zu schließen?

Typischerweise 1.500 bis 3.000 psi am Zylinder für Oberflächeneinheiten, zuzüglich einer Toleranz für Linienreibung. Der genaue Wert ergibt sich aus dem Schließverhältnis bei Ihrem maximal erwarteten Schließdruck und sollte niemals den Nennbetriebsdruck des Herstellers überschreiten.

Kann ein BOP ohne Hydraulikkraft geschlossen werden?

Ja, die Verwendung von manuellen Feststellschrauben oder einer Handpumpe bei kleineren Einheiten ist jedoch langsam und sollte eher als Notfalllösung und nicht als Konstruktionsannahme betrachtet werden. Die Speicherkapazität ist genau so vorhanden, dass die gespeicherte Energie den ersten kritischen Verschluss abdeckt.

Warum schließt sich der Ring bei kaltem Wetter langsam?

Viskosität. Kalte Flüssigkeit kann nicht durch enge Leitungen und Anschlüsse fließen, sodass sich der Zylinder langsamer füllt. Eine Flüssigkeit mit einer Glykolmischung und Leitungen mit der richtigen Größe lösen das Problem normalerweise. Eine Erhöhung des Pumpendrucks funktioniert nicht.

Wie oft sollte die Hydraulikflüssigkeit getestet werden?

Mindestens zweimal im Jahr und unmittelbar nach jedem Verschmutzungsereignis, Flüssigkeitswechsel oder größeren Reparaturen. Partikelanzahl und Wassergehalt sind die beiden Ergebnisse, die es wert sind, im Laufe der Zeit verfolgt zu werden.