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深水防喷器:为明天的需要打基础

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2021-08-11 | 浏览:51350 ]

尽管市场面临挑战,但制造商们仍将注意力集中在满足即将出台的法规对深水钻井的要求上

随着钻井人员和操作人员向深水推进,对能够处理高压、高温钻井系统的需求比以往任何时候都要大。这意味着,尽管新兴冠状病毒肺炎大流行给钻井行业(包括钻井承包商和原始设备制造商)带来了前所未有的压力,但对这一关键设备的创新并未放缓。

斯伦贝谢Cameron压力控制设备业务发展经理Matthew Givens表示:“我们的防喷器技术的核心理念是帮助我们的客户满足行业不断变化的需求。

防喷器开发的一个前沿领域是额定20,000 psi (20K)防喷器,这是多年来人们一直在讨论的问题。去年国民油井华高(NOV)向越洋钻探公司出售了两个防喷器组,用于与雪佛龙(Chevron)在美国墨西哥湾新建的超深水钻井船。该平台计划于明年交付使用,将是首个额定压力为20K的超深水浮子。

然而,随着今年的大流行和随后的油价下跌,这一势头已经放缓,表明尽管制造商表示将继续推动开发,但不久的将来,20K的需求可能会退居二线。

“油价和COVID病毒无疑影响了我们对20K防喷器的兴趣,”11月海上产品技术总监Bob Cowan说,“随着油价的回升,我们相信我们可以回到正轨。我们知道,运营商和承包商都在调查这些系统。”

建造20K防喷器

防喷器

NOV的20K防喷器为ram型,钻径为18¾in。该系统由NOV的RCX多路控制吊舱控制,该吊舱接收来自钻机的液压供应、电力和控制数据,并通过阀门网络将压力分配给各个堆叠功能。RCX吊舱是该公司的下一代控制系统,由公司内部开发。与之前的防喷器控制系统相比,这些新型防喷器具有更简单的体系结构,使其更易于使用。简化的界面设计使这些pods在操作过程中更容易修改。

与之前的控制系统一样,RCX监控设备组件的周期、流量、运行时间和服役时间数据,并对水下设备进行持续分析,以检测潜在的故障。此外,新的吊舱设计也正在进行改进,以便在出现故障时,无需进行堆叠,即可回收和更换。

NOV目前正在为越洋钻探公司建造两个20K防喷器,越洋钻探公司将在一艘新建造的超深水钻井船上使用这些防喷器,该钻井船已与雪佛龙签订合同,将在美国墨西哥湾进行钻井作业。

Cowan表示:“我们从设计和开发的角度竭尽所能,使我们的设备尽可能可靠。”虽然在为越洋钻探公司建造的前两个防喷器组中没有包含这一可检索功能,但NOV希望在未来的订单中开发这一功能。

Cowan先生还指出,与以前的系统相比,20K系统的设计需要考虑大量的因素。由于需要为20K系统专门设计多个组件,包括20K井口连接器、海底阀门、节流和压井连接器、剪切闸板、多闸板、管道闸板、隔水管密封以及节流和压井管线,因此公司采用了整体的设计理念。他将设计方法描述为“在系统级别上”完成的事情。

“20K防喷器只是更大,”考恩表示。“它的壁厚和内部工作面要大得多。处理的是更重的部分。当试图优化你的设计重量时,总是有权衡的。一个20K容量重量几乎是15K容量的两倍,尺寸大50%。这使得20K系统的设计标准大为不同。”

根据11月在2020年IADC/SPE国际钻井会议上发表的一篇论文,该公司估计,为了处理20K防喷器,一台钻机可能需要能够提升1500吨的起重系统。NOV开发了气缸和单层绞车提升系统,可提升2000吨。

尽管NOV一直在与运营商和承包商就20K防喷器进行谈判,但Cowan先生承认,在当前市场上,新订单的市场相当具有挑战性。“我们正积极与一些运营商合作项目,但我们也意识到预算受到了限制,大多数公司都在努力求生。我们预计,未来一到三年内,需求将回升,带来一些额外的机会。”

改善剪切闸板

在斯伦贝谢,雪佛龙开发防喷器的主要重点是设计新的部件,以适应现有的产品库存,如剪切闸板和管闸板。监管要求一直是关键驱动因素:作为2016年井控规则的一部分,美国安全与环境执法局(BSEE)禁止使用可在关闭防喷器之前剪切任何电力、电线或钢丝绳的替代切割设备。

该规则将于2021年4月29日生效,要求作业者在其地面作业组合中使用剪切闸板,在最大预期地面压力下剪切电缆、钢丝和滑线,并密封井筒。

此外,到2023年5月1日,海底防喷器还必须有一个与每个剪切闸板耦合的机构,将整个管道定位在剪切闸板区域内,确保剪切在剪切闸板激活时发生。

7月,雪佛龙公司与一家未具名钻井承包商完成雪佛龙公司的Broadshear偏心工具联合剪切杆的一系列电缆剪切测试。

尽管可以在计划剪切过程中使用闸板防喷器或环空防喷器,但这种机制不能成为另一种闸板防喷器。

在新法规生效之前,雪佛龙公司一直在努力验证2016年推出的Broadshear偏心工具接头剪切闸板的性能。这是一种重型管状剪切闸板,设计用于剪切偏心的工具接头,但不用于剪切较小的电线、电缆和电线。雪弗龙公司表示,6月,一家未具名的钻井承包商及其附属运营商在较小的电缆上进行6次成功的电缆剪切测试。

“我们曾与钻井承包商客户和运营商数量来确定最坏的电缆,他们将使用在钻井和完成工作,一起建立列表,它们从来没有打算剪断这些小的线,但实际上能够剪断它们.'吉文斯先生说。

此外,去年卡梅隆还将其13 5/8英寸的尺寸进行了商业化,10000psi双管柱联锁(DSI)剪切和密封闸板。该技术也是为了响应BSEE井控规则而开发的;当绕guan使用时,它可以剪切电线、电线和滑线。

Givens先生指出,DSI可以取代Cameron的盲式剪切闸板和联锁剪切闸板,它比联锁剪切闸板需要的剪切力少40%。

Givens表示:“防喷器组的限制之一是控制系统所能提供的力的大小。实际上,控制系统提供的机械能是有限的,用来提供推动闸板并切割管道的力。如果你可以减少所需的力量,那么你就可以使你的系统更高效和更优化。”

DSI的联锁特性允许电缆和编织电缆在零张力的情况下剪切。此外,由于它们不使用可折叠的肩部,它们也可以剪切较大直径的管道和套管。

与联锁剪切闸板相比,DSI性能的提高主要得益于Cameron对闸板叶片几何结

构的调整。调整叶片边缘的角度,以增加闸板与管道的接触点。

卡梅隆通过一个内部计算机程序对DSI进行了建模,该程序基于吉文斯所称的高级有限元分析形式,以有效地模拟物理剪切测试。这种“虚拟剪切”方法减少了将全尺寸防喷器运送到实验室所需的时间、成本和人力。此外,在进行物理测试之前,该程序还可以对相同的防喷器系统进行多次模拟,并对剪切闸板的设计进行调整,以提高效率。

Givens表示,尽管虚拟剪切模型不会取代物理的全尺寸剪切测试,但它可以让公司在更短的时间内、以更低的成本进行更多的模拟,以改进防喷器设计。他补充说,虽然目前Cameron公司仅在内部使用该模型来改进设备设计,但如果未来有客户需求,它可以作为一项服务提供。

重新配置控制系统

7月,贝克休斯完成了SeaPrime防喷器控制系统的升级验证,该系统于2016年首次推出。该系统最初的设计目标是在20K的防喷器组中使用,最近经过重新配置,可以适应15K的防喷器组和现有的钻机,这意味着减少了其占地面积。

“当我们最初设计SeaPrime时,20K防喷器似乎是各大公司想要达到的目标,所以我们并不需要考虑如何缩小它或将其安装到现有的烟囱上。这不是我们的设计要求之一。”“但随着机会的有效转移,我们有时间考虑是否可以使其与现有的钻机和未来的15K防喷组兼容,同时在未来仍可容纳20K防喷器组。”

为了重新配置控制系统,该公司回到了空白状态,将大部分努力集中在为系统设计更小的组件上。

SeaPrime防喷器控制系统原本设计用于20K防喷器组,现在已被重新配置用于15K防喷器组和其他现有钻机。

然而,贝克休斯控制系统产品总监Matt Boerlage表示,贝克休斯还采用了一种“由内而外”的设计理念,这与最初的原型不同,即在系统外部可以使用电子元件。这使得维修变得更加容易,最大限度地减少了附加部件的附带损坏风险,也减少了拉烟囱的需要。

这就是为什么该公司估计在系统生命周期内,与最初的设计相比,总拥有成本下降了40%的关键原因。

“在我们对控制系统的分析中,我们发现大多数故障模式都来自附带损害,”波尔拉格表示。“对于任何类型的OEM生产的任何类型的控制系统,你都必须移除其他组件才能获得你想要服务的组件,这可能是极具破坏性的。”

根据贝克休斯的说法,SeaPrime是第一个包含可重新布线的智能冗余功能的防喷器水下控制系统,如果吊舱内的组件发生故障,可以继续钻井。这是通过隔离和重新布线吊舱内的液压来实现的。

6月,贝克休斯团队在SeaPrime上完成了为期5年的可靠性测试,使用了休斯顿定制的极端事件液压流环。该公司收集了超过300年的现场等效数据,称这些数据足以证明控制系统的设计要求超过99%的可用性。

随着更新后的控制系统投入商业使用,该公司已开始就自己的20K防喷器设计进行讨论。Judge表示,该设计已有效完成,并通过了独立的第三方验证。防喷器有18¾英寸。内径,额定温度高达350°F;它有6个闸板和2个环形组,占地面积约为20英尺x 15英尺。

这种20K设计自2012年以来一直在使用,并且有一个原型可供生产。然而,市场状况使该公司难以将该技术商业化。Judge先生表示,他对20K防喷器的长期未来持乐观态度,但他也承认,近年来,客户对20K防喷器的需求一直是一个“断断续续的世界”。

贾奇表示:“我觉得我们终于开始取得一些进展。”“对我来说,问题是当一切都恢复正常时,全球石油需求会是什么样子? 这是我见过的最不透明的。如果对石油和天然气的需求回升到原来的水平,我认为20K防喷器的机会很大。”

全电动防喷器

当主要的服务公司都在专注于改进现有的防喷器时,挪威一家私营公司正在研究一种理念,他们认为,一旦该理念取得成果,将对钻井作业产生重大影响。

自2012年成立以来,electronic Subsea & Drilling (ESD)一直在开发一种轻型防喷器概念,将液压设备从防喷器中移除,取而代之的是集成了井眼防护设施和控制系统的机电执行器。

电动防喷器系统与现有的防喷器系统一样,基于相同的上层电控基础设施、通信系统和备份控制系统。然而,主要区别在于,执行器是由电动马达驱动的,而水下电池取代了液压蓄能器。消除液压蓄能器和液压控制将导致显著的重量减轻。对于干式防喷器,ESD估计可以节省约62吨。

ESD首席执行官John Dale表示,这一概念允许钻井人员和作业人员在深水中作业时使用钻机,无需进行重大修改。

虽然这个概念最初是为海底防喷器设计的,但Dale先生表示,陆地钻井也可以通过该技术大幅节约成本。Dale先生说:“即使是在陆地钻井作业中,通过拆除蓄电池、硬管道和柔性管道,每次移动钻机时,最多可以节省3卡车设备。”

ESD已经测试了电动防喷器概念的关键执行器技术原型,下一步是建立一个完整的电动防喷器原型。该公司已经就开发该系统与许多运营商和钻井公司进行接触,并提交了四份地面防喷器的报价。尽管今年由于新兴冠状病毒肺炎大流行和近几个月油价暴跌而暂停了讨论,但戴尔表示,他仍然相信该行业对电动防喷器概念的长期利益。

他希望先在陆地平台或海上生产平台上测试这项技术,然后再进行海底测试。




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