Oilfield Plug Valves in Upstream Operations: Design, Standards and Application Guide

An oliefelt prop ventil er en kvart omgang isolerings- og flowreguleringsventil, der bruger en cylindrisk eller tilspidset prop med en boret passage til at starte, stoppe eller aflede flow i opstrøms olie- og gassystemer. Stikventiler bruges i vid udstrækning på tværs af brøndhoveder, manifolder, samlesystemer og håndtering af produceret vand, fordi de tilbyder tæt afspærring, hurtig kvartsvingsdrift og stærk modstand mod slibende eller flerfasede væsker sammenlignet med mange port- eller kugleventildesigns.

Sådan fungerer en oliefeltspropventil

En propventil styrer flowet gennem en prop - en cylindrisk eller let tilspidset krop med en gennemgående boring - der roterer 90 grader inde i ventilhuset. Når boringen flugter med rørledningen, passerer strømningen igennem; når den drejes en kvart omgang, blokerer den faste del af proppen fuldstændig strømningsvejen. Denne mekanisme giver propventiler en enkel, robust tætningsmetode, der ikke er afhængig af en separat sædering, der slides mod en kugle, hvilket er en af ​​grundene til, at de foretrækkes i slibende eller sandfyldte opstrømsvæsker.

Fordi proppen selv danner tætningsfladen, tilbyder propventiler generelt lavere driftsmoment og hurtigere cyklustider end sammenlignelige skydeventiler, hvilket gør dem til et almindeligt valg, hvor hyppig skift mellem strømningsveje er påkrævet, såsom i testmanifolder og samlesystemer med flere brønde.

Typer af stikventiler, der bruges i opstrømsoperationer

Ikke alle stikventiler er bygget på samme måde. Valg af den rigtige type afhænger af den væske, der håndteres, trykforskellen, og hvor ofte ventilen skal cykles.

Excentriske stikventiler fortjener særlig opmærksomhed i opstrømsservice, fordi stikkets off-center rotation løfter det fri af sædet under åbning og lukning, hvilket drastisk reducerer sædeslid ved håndtering af produceret vand med sand eller kedelsten - et fælles fejlpunkt for standard prop- og kugleventiler i samme service.

Styrende standarder og certificeringer

Oliefeltventiler, der bruges i brøndhoved-, rørlednings- og overfladeproduktionsapplikationer, er typisk designet og testet i forhold til en kombination af API- og ASME-standarder, afhængigt af hvor i systemet ventilen er installeret.

Nøglestandarder

• API 6D: Styrer rørledningsventiler, herunder stikventiler, der anvendes i samle- og transmissionsledninger
• API 6A: Gælder når stikventiler anvendes som del af brøndhoved eller juletræsudstyr
• API 599: Dækker specifikt metalpropventildesign, dimensioner og testkrav
• ASME B16.34: Giver tryk-temperaturklassificeringer for ventilmaterialer og klasser
• NACE MR0175/ISO 15156: Påkrævet, når ventilen vil blive udsat for sur (H2S-holdig) service

Ventiler bygget til API 599 skal bestå en skaltest kl 1,5 gange det nominelle arbejdstryk og en sædetest ved nominelt tryk med maksimalt tilladte lækagehastigheder defineret af standardens lækageklassetabel. Operatører, der specificerer stikventiler til rørlednings- eller brøndhovedservice, bør altid bekræfte, hvilken standard der styrer det specifikke installationspunkt, da en ventil, der kun er certificeret til ASME B16.34, muligvis ikke opfylder API 6D-dokumentationskravene for rørledningstilslutninger.

Materialer og trykklasser

Stikventilhuse i opstrømsdrift er oftest fremstillet af kulstofstål, lavtemperaturkulstofstål (LTCS) eller rustfrit stål, afhængigt af væskekorrosivitet og omgivende forhold. Standard ASME trykklasser spænder fra Klasse 150 til Klasse 2500 , svarende til nominelle arbejdstryk fra ca 285 psi op til 6.170 psi ved standardtemperatur, med derating-kurver anvendt, når temperaturen stiger.

For sure servicebrønde skal krops- og trimmaterialer overholde NACE MR0175/ISO 15156 hårdheds- og metallurgigrænser for at undgå sulfidspændingsrevner, som typisk begrænser kropsmaterialer til specifikke kulstofstålkvaliteter med lav hårdhed eller korrosionsbestandige legeringer.

Hvor stikventiler bruges i opstrømssystemer

Der findes propventiler i hele den opstrøms strømningsvej, fra brøndstedet til opsamlings- og behandlingsfaciliteter. Fælles installationspunkter omfatter:

• Wellsite manifolder: Styring af flow mellem producerende brønde og test- eller produktionsheadere
• Indsamlingslinjer: Isolering af rørledningssegmenter til vedligeholdelse eller pigging
• Producerede vandsystemer: Håndtering af slibende, faststoffyldt vand med excentriske stikdesigns
• Test separatorer: Multi-port stikventiler skifter flow mellem flere brøndstrømme
• Kemiske injektionsslæder: Præcis tænd/sluk-kontrol af korrosionsinhibitorer og andre behandlingskemikalier

Specifikt i testmanifold-applikationer foretrækkes propventiler, fordi deres kvartsvingsdrift gør det muligt for operatører at skifte en brønd fra produktion til testflow på få sekunder uden den multi-turn forsinkelse, der er forbundet med gateventiler - en meningsfuld fordel, når der udføres hyppige brøndtest på tværs af en multi-brønd pad.

Sådan vælger du den rigtige stikventil til opstrømsservice

Valg af den korrekte propventil kræver, at ventildesignet og -materialerne matches til de specifikke væskekarakteristika og trykforhold på installationspunktet, i stedet for at standardisere til en enkelt standardkonfiguration på tværs af feltet.

Udvælgelsestjekliste

1. Identificer væsketypen - ren gas, produceret vand med faste stoffer eller flerfasestrømning - for at bestemme, om en standard, excentrisk eller smurt propdesign er passende
2. Bekræft det nominelle arbejdstryk og vælg en ASME-klasse med tilstrækkelig margin over det maksimale forventede driftstryk
3. Tjek for sure servicekrav og angiv NACE MR0175/ISO 15156-kompatible materialer, hvis H2S er til stede
4. Bestem cyklusfrekvens - højcyklusapplikationer som testmanifolder drager fordel af ikke-smurte ærmedesigns, der undgår gentagen injektion af tætningsmiddel
5. Bekræft, at endeforbindelsestypen (med flange, gevind eller svejset) stemmer overens med det tilhørende rør
6. Beslut dig for aktiveringsmetode - manuel håndtag til sjælden betjening eller pneumatisk/elektrisk aktivering til fjern- eller automatiseret manifold-omskiftning

For eksempel en produceret vandledning, der bærer fint sand ved 600 psi ville typisk kalde for en excentrisk propventil med PTFE-forstærket sæde for at modstå erosivt slid, hvorimod en ren gasopsamlingsledning ved tilsvarende tryk kunne bruge en standard ikke-smurt hylsterpropventil til lavere omkostninger.

Vedligeholdelsespraksis, der forlænger levetiden

Stikventiler er generelt mindre vedligeholdelsesvenlige end skydeventiler, men opstrømsforhold - sandproduktion, kalkopbygning og H2S-eksponering - kræver stadig et struktureret vedligeholdelsesprogram for at undgå for tidlig fejl.

• For smurte propventiler genindsprøjtes tætningsmiddel med producentens anbefalede intervaller for at bevare tætningens integritet
• Inspicer ærmer eller sædeforinger med jævne mellemrum for erosion, især i forbindelse med faste stoffer
• Kontroller, at driftsmomentet ikke er steget væsentligt, hvilket kan indikere kalkopbygning eller propper, der sidder fast
• Udfør periodiske sædelækagetest for at bekræfte, at ventilen stadig opfylder sin nominelle lækageklasse
• Kontroller aktuatorens funktion og luft/hydrauliske forsyningsledninger på automatiserede stikventiler, der bruges på fjerntliggende manifoldsteder

Mange operatører planlægger fuld ventilinspektion og gencertificering hver gang 2 til 3 år for højcyklus test manifoldventiler, og tættere på 5 år til isolationsventiler med lavere cyklus i samleledninger, justering af intervallet baseret på observerede slidhastigheder og producerede væskekarakteristika på hvert specifikt sted.