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X-treme全新闸板防喷器 减重增寿不加价

X-treme全新闸板防喷器 减重增寿不加价

BOP是井控的关键设备,但传统防喷器组存在尺寸和重量大、配置数量受限等等缺点。AXON公司X-treme防喷器采用错列堆叠设计闸板,大幅减少重量和高度,极有可能成为未来油田普遍使用的新一代产品。

来自 | AXON
编译 | 白小明

油气行业的一些关键设备如果出现问题会造成相当严重的后果,因此设备的可靠性至关重要。不论一项技术如何创新还是高精尖,如果可靠性不高,其可用性也就免谈。总之,如果已经有了可靠的方法,为什么还要让人员和设备处于危险之中呢?

过去,由于开发自然资源非常容易,就没有必要改变传统的开发方式。然而,随着油气公司逐渐转向更加极端的环境中进行油气田勘探开发,与之相关的设备和钻井流程也就随之发展起来。特别是在成本效益越来越受重视的当下,作业对于设备性能和安全性要求也越来越高,因此急需一些新方案。其中之一就是防喷器(BOP)的设计改进,AXON公司改进后的BOP与传统的闸板防喷器有了很大的不同。这种全新的设计采用了独特、创新的设计模式,大幅减少了BOP的重量和高度,提高了装备服务寿命。

X-treme闸板防喷器

作为油气行业普遍使用的设备,BOP的典型配置包括一个本体和各种型号的闸板。防喷器组通常包括闸板和环形防喷器,通常在几个闸板上部至少有一个环形防喷器。剪切闸板在必要时可以剪断钻杆,然后密封防喷器。

标准的多腔闸板防喷器通常有两个或多个闸板腔,线性堆叠在一起。与直线堆叠相比,X-treme防喷器的设计采用优化后的方向,且不同腔错列堆叠。

X-treme全新闸板防喷器 减重增寿不加价

图1 传统防喷器与X-treme防喷器对比图

对比采用A XON的Type 50 11-5M Quad防喷器,有3个标准闸板和1个带增压装置的上剪切闸板。左图:当前设计防喷器,11291kg;右图:概念设计防喷器,10388kg。

图1中,传统防喷器(左):闸板腔线性堆叠;新设计(右):闸板腔按一定角度错开堆叠。这种错列堆叠的设计,相邻的两个闸板腔之间距离更近,但具有相同的性能和安全性。在上图的例子中,闸板腔之间错开的角度约为30~90°。实际生产中,偏移的角度可以根据客户的具体要求变化(不改变闸板腔数量)。

X-treme防喷器特点

1.大幅减小重量和高度;
2.高精尖的设计,提高了本体强度;
3.特别适用于连续油管等空间受限的作业;
4.几乎可以配置成所有型式和尺寸的防喷器。

减小高度、重量

这种防喷器设计最大的特点应该是大幅降低了高度和重量。复杂的钻井环境和新的行业标准(例如,需要专用的剪切闸板)导致井控设备的尺寸和重量增加,造成防喷器组的各项参数超过了标准操作设备的操作极限。新的防喷器设计除了保持旧设计的功能参数外,占用空间更小和重量更轻,改造后可以安装在旧钻机上,这在以前是不可能实现的。

优化结构 延长寿命

闸板腔错列堆叠后,可以同时维护多个腔,而且很容易拆卸内部零件。新设计的闸板腔配置,由于错开一定角度(图2),可以增加腔与腔之间的支撑材料,从而减小了本体的应力。另外,重量减少后弯曲应力也减小了,从而使防喷器组的整体寿命得以延长。

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图2 新型X-treme防喷器闸板腔配置

与传统的线性堆叠相比,错开一定角度的防喷器增加了腔与腔之间的支撑材料,非相邻两个腔在一条直线上(如上图腔1和腔3)。

提高剪切能力及安全性

新防喷器设计使不同腔之间错开一定角度,这一特点提高了剪切性能和安全性。

传统的闸板防喷器,钻杆不居中可能影响所有腔的剪切功能,因为各腔都是线性堆叠的。如果钻杆在横截面上没有合理居中,可能造成剪切闸板无法完全剪切,进而导致无法进行有效密封。对比而言,从不同的角度剪切钻杆可以提高钻杆居中度和被剪断的可能性。一旦钻杆在横截面上不居中,被卡在两个闸板端面,可以启动一个以上(含一个)的错列闸板,同时或稍后启动的错开一定角度的闸板,由于可以向不同方向用力,可以提高居中能力。

另外,引入这种先进的居中技术可以提高剪切力,减小操作所需的压力。该设计已申请专利,由此设计的剪切闸板的几何尺寸独具特点,可以让钻杆更靠近井眼中线。而且,其4个接触点的设计可在局部区域(图3中红色X标记)产生很大的应力,因此可以在低操作压力下产生并传播裂纹,进而剪断管柱。产生的大应力使压力继续传播,并快速高效剪断不同尺寸的钻杆。

X-treme全新闸板防喷器 减重增寿不加价

图3 局部区域产生大应力,利于快速剪断钻杆

结论

在当今极端钻井条件下,既符合日趋严格的行业标准,又降低成本是件非常困难的事情。因此,针对可靠性和服务性,设备制造商在研发经济可行的方案时面临着各种挑战。鉴于目前行业的整体形势,急需从传统的技术向创新型技术过渡。一些创新的理念可以解决传统的老问题,在有限的预算下还能提高设备性能,同时提高产品价值(例如,占地面积小,多样性,易维护性,长寿命)。

提高经济性不仅适用于新产品,而且也适用于现存的油田设备。例如,X-treme防喷器可以配置不同型号和尺寸的闸板,包括当前油田使用的闸板。而且,可以通过将现有防喷器的内部零件安装到新设计的防喷器里,实现防喷器的“翻新”利用。

除了避免新设备相关的全额成本,另一优点是,防喷器的内部零件已经过了测试,而且经过了现场作业验证。类似地,前述的剪切技术也可以大范围集成到新的或者现有的闸板防喷器。通过设计能够兼容或者替换现有防喷器设备的产品,设备制造商还可以为运营商带来更多利益。这些多样化和定制化的解决方案,在如今追求严苛的性能目标时显得尤其有价值。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。