Equipamento de controle de poço refere-se a um conjunto completo de equipamentos especiais, instrumentos e ferramentas instalados para implementar tecnologia de controle de pressão para poços de petróleo, gás e água. É o equipamento chave para prevenir, monitorar, controlar e lidar com acidentes causados por explosões. Com equipamentos de controle de poço, a operação controlada pode ser alcançada: danos às formações de petróleo e gás podem ser reduzidos, o revestimento pode ser protegido, a explosão e a explosão descontrolada podem ser prevenidas, e a operação segura pode ser alcançada.
Do ponto de vista do processo, equipamentos de controle de poço resolvem principalmente três problemas básicos. A primeira é a vedação: quando o poço é fechado devido a um impulso ou blowout durante operações no fundo do poço, a tubulação e o anel do revestimento do tubo devem ser selados sem vazamento externo. A segunda é a manutenção de pressão: durante o movimento e puxão da coluna do tubo, quando a força para cima aplicada pela pressão do poço sobre a tubulação excede o próprio peso da tubulação, o movimento para cima da tubulação deve ser controlado. A terceira é estrangulamento e eliminação: durante operações no fundo do poço, operações de abate bem-sucedidas devem ser possíveis sob diferentes condições operacionais.
Equipamentos de controle de poço são compostos principalmente por três partes: equipamentos de detecção, equipamentos de controle e equipamentos de manuseio. Os equipamentos de detecção incluem equipamentos de medição de gás, instrumentos de medição de nível líquido, densímetros e viscosímetros. Os equipamentos de controle incluem preventores de explosões, ferramentas internas de prevenção de explosões e árvores de Natal para óleo ou gás. Os equipamentos de manuseio incluem Manifold de Estrangulamento, Manifold de kill, desagasser, desvio e retorno de fluxo, equipamentos de pressurização de superfície e outros equipamentos auxiliares.
1. Função e Significado do Modelo dos Equipamentos da Cabeça de Poço
1. Conceito de Equipamentos de Poço
O equipamento de cabeça de poço é o principal equipamento instalado no topo de um poço de petróleo ou gás para controlar e regular a produção de petróleo e gás.
2. Função do Equipamento da Cabeça de Poço
(1) Conectar cada coluna de revestimento no poço e selar o espaço anular entre as colunas de revestimento.
(2) Sele o anel do revestimento do tubo e suspenda a corda do tubo no poço.
(3) Controlar e regular a produção dos poços de petróleo e gás, de modo que o fluido do poço entre no separador e na linha de fluxo através do oleoduto especificado.
(4) Regular e controlar a taxa de fluxo e a direção do fluido de matagem durante a destruição do poço.
(5) Realizar a limpeza de parafina e o registro de dados durante a produção normal de poços de petróleo.
3. Designação do Modelo de Equipamentos da Cabeça de Poço
O método de designação do modelo para equipamentos de cabeça de poço é o seguinte:
1. Número de revisões ou projetos modificados, expressos em algarismos arábicos.
2. Código de fábrica, expresso em letras chinesas pinyin.
3. Diâmetro nominal, mm.
4. Pressão máxima de trabalho, MPa.
5. Código do produto, expresso em chinês pinyin.
KY - equipamentos de produção de poço de petróleo; KQ - equipamentos de poço de produção de gás; KZ - equipamentos de cabeça de poço para injeção de água; KR - equipamento de cabeça de poço de recuperação térmica; KS - equipamentos de teste de poço para cabeça de poço; KL - equipamentos de fraturação e acidificação do poço.
Exemplo: KYS35/65DQ. KYS indica árvore de Natal, 35 indica pressão máxima de trabalho de 35 MPa, 65 indica o diâmetro nominal é 65 mm, e DQ indica que a unidade de projeto é o Campo Petrolífero Daqing.
2. Composição dos equipamentos do poço
O equipamento da cabeça de poço consiste em três partes: árvore de Natal para óleo ou gás, cabeça de tubo e cabeça de revestimento. Suas formas de conexão incluem conexão rosqueada, flange e clamp. A Figura 1 mostra um conjunto de equipamento de cabeça de poço conectado por clamp com cabeça de revestimento de dois estágios.
Figura 1. Equipamentos de poço
1. Árvore de Natal; 2. cabeça de tubo; 3 e 4. cabeças de invólucro.
1. Cabeça de Tubo
A cabeça do tubo é instalada entre a árvore de Natal e a cabeça do revestimento. Geralmente inclui duas partes: o suporte do tubo e a cruz do revestimento, também chamada de corpo da cabeça do tubo. O plano superior da flange é usado como plano de referência para calcular dados de elevação e profundidade da cabeça da tubulação.
(1) Função. A principal função da cabeça da tubulação é suportar o peso da tubulação no poço, trabalhar com o suporte da tubulação para selar o espaço anular entre a tubulação e o revestimento, fornecer a transição da cabeça inferior da tubulação para a árvore de Natal superior e realizar operações como injetar fluido de equilíbrio e lavar o poço pelas duas saídas laterais na cruz da cabeça da tubulação. O suporte para tubos é usado para suspender o tubo no poço.
(2) Estrutura. Estruturas comuns de cabeça de tubo incluem cabeça de tubo com flange-hanger, cabeça de tubo de flange simples com suporte cónico e cabeça de tubo de flange dupla com suporte afilado, como mostrado nas Figuras 2, 3 e 4.
Figura 2. Cabeça de tubo com flange-hanger
1. Cruz de casing; 2. anel de vedação; 3. flange de parafuso de fixação; 4. suporte de tubo; 5. anel superior; 6. Anel de aço.
Figura 3. Cabeça de tubo de uma flange simples com suporte afilado
1. Flange de revestimento de produção; 2. Parafuso de ajuste anti-sustentação; 3. suporte para tubos; 4. anel de vedação; 5. flange do revestimento em T; 6. Tubulação de filhote.
Figura 4. Cabeça de tubo de duplo rebordo cónico
1. Suporte de tubos; 2. parafuso de fixação; 3. anel de vedação; 4. cruz de revestimento.
A cabeça de tubo de uma única flange com suporte cónico combina a cabeça do tubo com a cabeça de revestimento para uma única coluna de revestimento. Sua característica estrutural é que o tubo é conectado por rosca ao suporte do tubo através de um pup de tubulação, depois assentado dentro da flange do revestimento, comprimindo o anel de vedação e vedando o espaço anular do tubo e do revestimento. Ele é apertado e pressurizado com quatro parafusos.
A cabeça de tubo de duplo suporte afilado coloca o suporte do tubo e a flange de fixação entre a flange superior da cruz do revestimento e a abertura inferior da flange da cabeça original do tubo. As extremidades superior e inferior são seladas com anéis e parafusos de aço. O parafuso de fixação impede que o tubo seja empurrado para fora quando a pressão do poço é muito alta.
2. Cabeça de carcaça
A cabeça de revestimento é um componente que conecta o revestimento a vários equipamentos de cabeça de poço. Ele é instalado na extremidade inferior de todo o conjunto de equipamentos do poço e geralmente consiste em componentes de corpo, suporte de revestimento e vedação.
(1) Função. As principais funções da cabeça de revestimento são suportar o peso do revestimento intermediário e do revestimento de produção, vedar o espaço anular entre as colunas de revestimento, fornecer conexão de transição para instalação de preventores de blowout, cabeças de tubagem, árvores de Natal e outros equipamentos superiores do poço, além de permitir cimentação por compressão, injeção de fluido de balanceamento e outras operações através das duas saídas laterais do corpo da cabeça de revestimento.
(2) Estrutura. De acordo com o número de colunas de revestimento suspensas, as cabeças de revestimento são divididas em cabeças de revestimento de estágio único, cabeça de revestimento de estágio duplo e cabeça de revestimento de três estágios. Suas estruturas específicas são mostradas nas Figuras 5, 6 e 7.
Figura 5. Cabeça de revestimento de estágio único
1. Corpo com cabeça de tubo; 2. corpo; 3. suporte de revestimento, tipo deslizante; 4. carcaça suspensa; 5. Revestimento de conexão.
Figura 6. Cabeça de revestimento de dois estágios
1. Parte superior do corpo; 2. parte inferior do corpo; 3. corpo com cabeça de tubo; 4. suporte de carcaça superior, tipo deslizante; 5. revestimento suspenso superior; 6. suporte de caixa inferior, tipo deslizante; 7. revestimento inferior suspenso; 8. carcaça de conexão.
Figura 7. Cabeça de revestimento de três estágios
1. Corpo com cabeça de tubo; 2. parte superior do corpo; 3. meio do corpo; 4. parte inferior do corpo; 5. hangar de invólucro superior; 6. revestimento suspenso superior; 7. hangar de carcaça central; 8. carcaça suspensa no meio; 9. hangar de carcaça inferior; 10. revestimento inferior suspenso; 11. Revestimento de conexão.
3. Árvore de Natal
Em equipamentos de cabeça de poço, a parte acima da cabeça do tubo é chamada de árvore de Natal.
(1) Classificação das árvores de Natal. De acordo com diferentes tipos de conexão, árvores de Natal podem ser divididas em árvores de Natal conectadas por flange, árvores rosqueadas e árvores de Natal com grampos. Árvores de Natal com fios agora são raramente vistas. Tipos específicos são mostrados nas Figuras 8 e 9.
Figura 8. Árvore de Natal conectada por flange
1 e 5. Válvula de estrangulamento; 2. cruz; 3. manômetro de pressão; 4. válvula de desligamento; 6. Válvula do portão mestre.
Figura 9. Árvore de Natal com grampo
1. Válvula de fechamento; 2. manômetro; 3. cruz; 4. válvula de limpeza de parafina; 5. Válvula de estrangulamento; 6. Válvula do portão mestre.
(2) Estrutura da árvore de Natal. Uma árvore de Natal é composta principalmente por válvula de portão mestre, válvula de portas de produção, válvula de cancela de parafina e outros portões, T, cruzes, flanges, pups e componentes relacionados.
1. Válvula de compuerta principal. A válvula do portão mestre é instalada acima da cabeça do tubo e é a passagem principal que controla o fluxo de óleo e gás para a árvore de Natal. Durante a produção normal, a válvula mestre geralmente permanece aberta e é fechada apenas quando é necessário um bloqueio prolongado ou outra condição especial. Como a seção abaixo da válvula mestre e dentro da válvula da comporta do revestimento não é controlada, o reparo ou substituição só pode ser realizado após o poço ser desativado. Portanto, na gestão diária, a válvula da comporta principal e a válvula da caixa geralmente não devem ser operadas de forma casual.
2. Válvula de comando. A válvula de compuerta de produção é instalada na lateral da cruz ou Tee da tubulação. Sua função é controlar o fluxo de petróleo e gás para a tubulação de saída. Durante a produção normal, a válvula de compuerta de produção permanece aberta e fechada ao substituir ou inspecionar o Choke Bean ou quando o poço de petróleo é desligado.
3. Válvula de alavanca de limpeza com parafina, ou válvula de compuerta de teste de poço. As válvulas de cancela de parafina são instaladas como duas válvulas simétricas no topo da árvore de Natal. Um lubrificante para limpeza com parafina ou teste de poço pode ser conectado acima deles. Eles são abertos durante a limpeza com parafina e durante a operação de outros instrumentos de teste, e fechados após a limpeza e o teste com parafina.
4. Cruzamento de tubos, ou tee. Também chamada de pequena cruz, ela se conecta para cima e para baixo à válvula de compuerta principal e à válvula de compuerta de limpeza com parafina ou de teste de poço, e seus dois lados, ou um lado, conectam-se à válvula de compuerta de produção. É tanto um componente de conexão quanto uma passagem para o fluxo de petróleo e gás e instrumentos no fundo do poço.
5. Válvula de estrangulamento. O Válvula de estrangulamento também é chamado de Feijão Estrangulado. Sua função é controlar diretamente a diferença razoável de pressão de produção do reservatório durante a produção e regular a produção dos poços de petróleo. É o principal dispositivo para ajustar e controlar a operação razoável de poços de fluxo e poços de bomba elétrica. O Feijão de Afogamento geralmente é instalado no suporte para Feijão de Afogamento em um dos lados da árvore de Natal, e também pode ser instalado no fundo ou antes do separador de medição na estação. O diâmetro do furo de fluxo de óleo do Choke Bean geralmente é de cerca de 1,5 a 30 mm, e o diâmetro adequado pode ser selecionado de acordo com diferentes cronogramas operacionais. A estrutura do Feijão de Estrangulamento é mostrada na Figura 10.
Figura 10. Esquema da estrutura do Feijão de Estrangulamento
(a) Feijão de Estrangulamento Enfiado; (b) Feijão Estrangulante de encaixe.
6. Válvula de compuerta de amostragem. A válvula de amostragem é instalada na linha de saída de óleo atrás do Choke Bean e é usada para amostragem ou ventilação ao inspecionar ou substituir o Choke Bean.
7. Válvula de compuerta de contrapressão, ou válvula de retorno de óleo. A válvula de contrapressão é instalada na linha de saída de óleo atrás do Choke Bean. Sua função é evitar que fluido na linha de coleta flua para frente ao inspecionar ou substituir o Choke Bean, reparar a válvula de compuerta de produção ou realizar operações no fundo do poço. Alguns poços de petróleo também instalam uma Válvula de retenção de alta pressão nessa posição, em vez da válvula de contrapressão.
8. Manômetro. O manômetro é usado para observar e registrar a pressão do óleo e a pressão do revestimento.
3. Pressão máxima de trabalho dos equipamentos do cabeçote de poço
A pressão máxima de trabalho dos componentes do equipamento do cabeçote deve ser determinada pela pressão máxima de trabalho da conexão final ou da saída. Quando as pressões máximas de trabalho das conexões da extremidade e da saída são diferentes, deve-se usar o valor de pressão mais baixo.
A pressão máxima de trabalho e o tipo de conexão do equipamento do cabeçote de poço são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Pressão máxima de trabalho e tipo de conexão do equipamento de cabeça de poço
| Tipo de conexão | Pressão máxima de trabalho | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 14 | 21 | 35 | 70 | 105 | 140 | |
| Flange | △ | △ | △ | △ | △ | △ |
| Grampo | △ | △ | △ | |||
Nota: "△" indica a pressão máxima de trabalho que deve estar disponível para equipamentos de cabeça de poço com diferentes tipos de conexão.
4. Vários tipos comuns de equipamentos para cabeças de poço
As figuras 11 e 12 mostram vários tipos comuns de equipamentos para cabeças de poço. A Figura 13 é um diagrama esquemático de uma estrutura excêntrica de cabeça de poço para testes de anular de poços de bombeamento.
Figura 11. Equipamentos de cabeceira de poço KYS15/62DQ
1. Plugue cego; 2. válvula de cancela de parafina; 3. flange; 4. Tubo em Tee; 5. núcleo mestre de válvula de porta; 6. Clamp; 7. cabeça de tubo; 8. parafuso de fixação; 9. tubulação de cachorro; 10. cachorro de carcaça; 11. manômetro; 12. núcleo da válvula de entrada do revestimento; 13. tubo com válvula de entrada; 14. União tipo hammer.
Figura 12. Equipamentos de cabeça de poço de bombeamento KY250/65
1. Manômetro de tubulação; 2. manômetro de pressão do revestimento; 3. pinça; 4. válvula de controle do manômetro; 5. cruzamento de tubos; 6. válvula de comando; 7. Suporte para Feijão de Estrangulamento; 8. válvula principal de comporta; 9. válvula de compuerta de revestimento; 10. cabeça de tubos; 11. flange superior da cabeça do tubo; 12. flange do revestimento; 13. dispositivo de vedação de hastes polidas; 14. flange de parafuso de fixação; 15. baseado.
Figura 13. Esquema da estrutura da cabeça de poço excêntrica de rotação simples
1. Flange do revestimento; 2. limitar a carapaça protetora; 3. flange superior; 4. suporte de tubo excêntrico; 5. união conjunta; 6. T da saída de óleo; 7. conector giratório; 8. porto de teste; 9. rolamento de esferas; 10. Anel de aço.
