분출 방지 장치란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

분출 방지기(BOP)는 일반적으로 분출이라고 알려진 지층 유체의 통제되지 않은 급증이 발생할 경우 유정을 제어하고 밀봉하기 위해 유정 또는 가스정의 수정에 설치된 대형 고압 기계식 밸브 어셈블리입니다. 이는 석유 및 가스 시추 작업에서 가장 중요한 안전 장치 중 하나입니다. 유정이 터질 때(형성 압력이 굴착 유체의 정수압을 초과함) BOP는 유정과 표면 사이의 주요 기계적 장벽이 되어 화재, 폭발, 환경 피해 및 인명 손실을 초래할 수 있는 탄화수소의 통제되지 않은 방출을 방지합니다.

평가하는 엔지니어링 조달 팀 및 시추 장비 구매자용 유정 파열 방지 장치 BOP 시스템의 작동 방식과 안정적인 성능을 보장하기 위해 필요한 제조 정밀도를 이해하는 구성 요소 및 부품은 효과적인 장비 사양 및 공급업체 평가의 기초입니다.

폭발 방지가 중요한 이유

지하 저장소에 있는 석유, 가스 및 물의 자연 압력인 형성 압력은 깊은 우물에서 수만 PSI에 도달할 수 있습니다. 시추하는 동안 이 압력은 일반적으로 유정에 있는 시추 이수 기둥의 정수압과 균형을 이룹니다. 지층 압력이 진흙 압력을 초과하거나 굴착 유체가 다공성 지층으로 손실되어 균형이 상실되면 지층 유체가 유정으로 들어가 빠르게 위쪽으로 흐를 수 있습니다. 유정을 밀봉하는 BOP가 없으면 이는 표면 폭발로 발전할 수 있습니다. 즉, 통제되지 않은 탄화수소 흐름으로 인해 치명적인 결과가 발생할 수 있습니다.

BOP가 심해 유정을 밀봉하지 못해 폭발이 발생하고 11명이 사망했으며 미국 역사상 최대 규모의 해양 기름 유출이 발생한 2010년 Deepwater Horizon 재난은 BOP 오작동의 결과를 가장 심각도가 높은 수준으로 보여줍니다. 따라서 BOP 성능과 신뢰성은 석유 및 가스 장비 부문에서 가장 엄격한 엔지니어링, 제조 및 테스트 표준을 따릅니다.

분출 방지 스택의 주요 구성 요소

시추정에 설치된 완전한 BOP 시스템을 BOP 스택이라고 합니다. 이는 여러 가지 독립적인 밀봉 기능을 제공하기 위해 여러 BOP 유형을 쌓아서 연결한 수직 조립체입니다. BOP 스택의 주요 구성 요소 유형은 다음과 같습니다.

램 방지기

램 방지기는 BOP 스택의 핵심 기능 단위입니다. 이 장치는 유정 전체에 걸쳐 유압식으로 작동되는 램(탄성 밀봉 요소가 장착된 강철 블록)을 닫는 방식으로 작동합니다. 다양한 RAM 유형은 다양한 밀봉 기능을 수행합니다.

• 파이프 램(가변 보어 램): 유정의 드릴 파이프, 케이싱 또는 튜브 주위를 닫고 파이프 외부 직경과 유정 사이의 환형 공간을 밀봉합니다. 드릴 스트링이 우물에 남아 있는 동안 그들은 아래에서 압력을 유지합니다. 가변 보어 램은 램 어셈블리를 변경하지 않고도 다양한 직경의 파이프 주위를 밀봉할 수 있습니다.
• 블라인드 램: 파이프가 없는 유정을 가로질러 닫고, 드릴 스트링이 BOP 위로 당겨졌을 때 또는 유정이 구멍에 파이프 없이 흐르고 있을 때 유정을 완전히 밀봉합니다. 통합 어셈블리에서 전단 램과 함께 사용됩니다.
• 전단 램(블라인드 전단 램): 심해 BOP 스택에서 가장 중요한 램 유형입니다. 전단 램은 매우 높은 전단력을 사용하여 유정의 드릴 파이프, 와이어라인 또는 코일형 튜브를 물리적으로 절단한 다음 절단된 유정을 아래에서 밀봉하도록 설계되었습니다. 이는 다른 수단으로 유정을 제어할 수 없고 유정을 밀봉하기 위해 드릴 스트링을 절단해야 하는 경우 최후의 수단인 밀봉 메커니즘입니다. 전단 램 블레이드 형상과 재료 경도는 유정에 존재할 수 있는 최대 파이프 크기 및 등급과 정확하게 일치해야 합니다.

환형 방지기(구형 BOP)

환형 방지 장치는 고무 요소를 안쪽으로 압축하여 유정에 있는 모든 것(파이프, 드릴 칼라, 켈리, 와이어라인) 주위를 닫는 도넛 모양의 탄성 패커 요소를 사용합니다. 유정에 있는 모든 물체의 모양과 일치하기 때문에 환형 방지 장치는 불규칙한 단면 주위를 밀봉할 수 있으며 적절한 작동 절차를 통해 파이프를 벗겨내는 데 사용할 수 있습니다(압력 하에서 닫힌 방지 장치를 통해 파이프 이동). 환형 방지 장치는 일반적으로 BOP 스택 상단에 설치됩니다.

초크 및 킬 라인

BOP 스택에는 시추 엔지니어가 BOP를 닫은 상태에서 유정 안팎으로 유체를 순환시킬 수 있는 측면 배출 밸브(초크 라인 및 킬 라인)가 포함되어 있습니다. 초크 라인을 사용하면 표면의 초크 매니폴드를 통해 유정 압력을 제어하여 방출할 수 있어 유정 제거 작업을 제어할 수 있습니다. 킬 라인을 사용하면 무거운 진흙을 유정으로 펌핑하여 정수압 균형을 복원하고 유정에 대한 통제력을 회복할 수 있습니다.

유압 제어 시스템

모든 BOP 기능(램 열기 및 닫기, 환형 방지기 열기 및 닫기, 초크 및 킬 밸브 작동)은 어큐뮬레이터 기반 제어 시스템("BOP 제어 장치" 또는 "Koomey 장치")을 통해 유압식으로 제어됩니다. 어큐뮬레이터는 유압 전원 공급 장치에 장애가 발생하더라도 모든 BOP 기능을 닫을 수 있을 만큼 충분한 압력으로 유압유를 저장하여 안전 장치 폐쇄 기능을 제공합니다. BOP 폐쇄에 대한 응답 시간 요구 사항은 규제 표준에 지정되어 있습니다. 대부분의 관할권에서는 폐쇄 명령을 시작한 후 30초 이내에 전체 폐쇄를 달성할 수 있어야 합니다.

폭발 방지 시스템이 웰킥에 반응하는 방법

굴착 작업자가 유정 킥(굴착 유체 회수 증가, 펌프 압력 감소 또는 피트 부피 증가로 표시)을 감지하면 표준 유정 제어 절차가 다음 순서를 시작합니다.

1. 환형 방지 장치를 닫습니다. 드릴 스트링이 구멍에 있는 동안 우물을 막기 위해 드릴 스트링 주위에
2. 해당 파이프 램을 닫습니다. 드릴 파이프 주변의 추가적인 밀봉 무결성을 위해
3. 폐쇄 드릴 파이프 압력 및 폐쇄 케이싱 압력 읽기 형성 압력을 결정하고 필요한 킬 머드 중량을 계산합니다.
4. 죽이는 진흙을 순환시키십시오 킬 라인을 통해 유정으로 들어가고, 유정이 킬 중량 진흙으로 안정화될 때까지 제어된 배압 하에서 초크 라인을 통해 유입물을 순환시킵니다.
5. 유정을 순환으로 제어할 수 없는 경우(예: 드릴 스트링이 분실되거나 분리된 경우) 클로즈 블라인드 전단 램 파이프를 자르고 유정을 밀봉하기 위해

BOP 부품의 제조 정밀도 요구 사항

BOP 장비는 초심해 응용 분야를 위한 최대 20,000PSI(1,379bar)의 유정 압력, 부적절하게 지정된 강철에서 황화물 응력 균열을 유발하는 황화수소(H2S) 사워 서비스 환경, 북극 표면 조건에서 상승된 다운홀 온도까지의 온도 순환, 전단 램 어셈블리에 대한 파이프 전단의 기계적 부하와 같은 극한 조건에서 안정적으로 작동해야 합니다.

이러한 요구 사항은 BOP 부품 공급업체가 충족해야 하는 정밀 제조 사양으로 직접 변환됩니다.

재료 사양

BOP 본체, 램 블록 및 압력 함유 부품은 고강도 합금강(일반적으로 4130, 4140 또는 압력 함유 유정 장비에 대한 API 6A 및 API 16A 재료 요구 사항을 충족하는 맞춤형 등급)으로 제조됩니다. H2S 함유 유정 환경에서 작동하는 모든 BOP에는 사워 서비스(NACE MR0175/ISO 15156) 준수가 필요합니다. 이는 최대 경도를 제한하고 황화물 응력 균열 실패를 방지하는 열처리 요구 사항을 지정합니다.

치수 정확도

램 보어 치수, 씰 홈, 보닛 면 및 유압 실린더 보어는 적절한 램 장착, 안정적인 탄성 씰 압축 및 누출 없는 유압 작동을 보장하기 위해 엄격한 공차로 가공되어야 합니다. BOP 압력 경계의 치수 오류로 인해 가장 중요한 순간(유정이 차고 폐쇄 신뢰성이 생명 안전에 중요한 순간)에 잠재적인 누출 또는 밀봉 실패가 발생할 수 있습니다.

압력 테스트

모든 BOP 어셈블리는 문서화된 테스트 기록과 함께 제조 시설을 떠나기 전에 정격 작동 압력(일반적으로 정격 WP의 1.5배)의 배수로 압력 테스트를 거칩니다. API 16A는 램 BOP 압력 테스트에 대한 테스트 절차 및 허용 기준을 지정합니다. 본체, 보닛, 엔드 캡 등 개별 압력 함유 구성 요소는 조립 전에 생산 품질 프로토콜의 일부로 정수압 테스트를 거칩니다.

애플리케이션별 BOP 유형

분출 방지 장치에 대한 적용 표준

BOP 장비는 국제적으로 인정받는 표준에 따라 설계, 제조 및 테스트되었습니다. 주요 적용 표준은 다음과 같습니다.

• API 16A: 드릴스루 장비 사양 - 드릴링 작업에 사용되는 램 BOP 및 환형 BOP에 대한 기본 설계 및 제조 표준
• API 16C: 초크 및 킬 장비 사양 - 초크 매니폴드, 킬 라인 및 관련 압력 제어 장비를 다룹니다.
• API 16D: 시추 유정 제어 장비용 제어 시스템 사양
• ISO 13533: 드릴스루 장비에 대한 API 16A와 동등한 국제 규격
• NACE MR0175 / ISO 15156: H2S 사워 서비스 적용을 위한 재료 요구사항

자주 묻는 질문

BOP와 웰헤드의 차이점은 무엇입니까?

는 수원 우물로 흘러들어가는 케이싱 스트링에 대한 구조적 지지와 압력 억제를 제공하는 우물 표면의 영구 장비입니다. 이는 생산 수명 내내 우물에 남아 있는 영구 설치물입니다. 는 폭발 방지 장치 유정 수명의 시추 및 완료 단계 동안에만 유정 상단에 설치되는 임시 시추 장비입니다. 유정이 생산 준비가 되면 제거되고 생산 트리 장비로 교체됩니다. BOP는 유정의 케이싱 헤드에 연결되어 있으며 후속 유정에 사용하기 위해 제거하고 개조할 수 있습니다.

폭발 방지 장치는 얼마나 자주 테스트하고 검사해야 합니까?

다음에 대한 규제 요구 사항 BOP 테스트 빈도 관할권 및 운영 환경에 따라 다릅니다. 대부분의 규제 프레임워크(해외 유정에 대한 미국 BSEE 규정, 영국의 UKOPA 규정 및 동등한 국가 표준)에서 모든 BOP 구성 요소의 기능 테스트는 시추 작업 중 14일을 초과하지 않는 간격으로 수행되어야 합니다. 2주마다 드릴 승무원은 각 BOP 기능을 닫고 열어야 하며 압력 반응과 닫힘 시간을 문서화해야 합니다. 지정된 간격으로 그리고 BOP 수리 또는 교체 후에는 전체 압력 테스트가 필요합니다. 심해 작업의 해저 BOP는 고장이 발생할 경우 개입이 어렵기 때문에 더욱 엄격한 테스트 요구 사항을 따릅니다.

BOP 램 블록을 제조하는 데 어떤 재료가 사용됩니까?

BOP 램 본체 및 램 블록은 API 6A PSL(제품 사양 수준) 요구 사항을 충족하는 합금강 등급(일반적으로 지정된 화학, 열처리, 기계적 특성 및 충격 인성을 갖춘 AISI 4130 또는 4140 수정 등급)으로 제조됩니다. 램 표면과 램 본체 주변의 탄성 밀봉 요소는 일반적으로 니트릴(NBR), 수소화 니트릴(HNBR) 또는 시추 유체 유형, 온도 등급 및 유정 화학과의 호환성을 위해 선택된 기타 내유성 탄성중합체입니다. 블라인드 전단 램의 전단 블레이드는 BOP 폐쇄 장치에서 제공되는 유압력으로 고급 드릴 파이프를 절단할 수 있는 고경도 공구강 또는 특수 열처리 합금강으로 제조됩니다.

BOP를 수리하고 재사용할 수 있습니까? 아니면 사용 후 교체해야 합니까?

BOP 장비 유정 운영 사이에 정기적인 유지 관리 및 개조를 통해 정격 사용 수명 동안 여러 번 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 램 블록과 탄성 밀봉 요소는 정기적인 유지 관리 간격 동안 마모 품목으로 교체됩니다. 유압 씰, 패킹, 마모 표면을 검사하고 필요에 따라 교체합니다. 압력을 가하는 단조 또는 주강 하우징인 BOP 본체 자체는 피로 또는 부식 손상을 감지하기 위한 주기적인 비파괴 검사(NDE) 검사를 통해 서비스 수명을 연장하도록 설계되었습니다. 장기 시추 장비의 해저 BOP는 전체 분해, 검사, 개조 및 재인증을 위해 정기적으로 표면으로 회수된 후 다시 사용됩니다.

Jiangyin Huanming Machinery의 유정 분출 방지 부품

Jiangyin Huanming Machinery Co., Ltd. 석유 및 가스 산업을 위한 정밀 가공된 유정 파열 방지 부품 및 관련 시추 장비 부품을 제조합니다. Huanming Machinery는 고급 대형 부품 CNC 가공 기능, 인증된 철강 공장의 재료 추적성, 국제 석유 및 가스 장비 표준에 부합하는 문서화된 품질 프로세스를 통해 BOP 본체 부품, 램 블록 및 관련 압력 함유 부품을 전 세계 시추 장비 제조업체 및 MRO 공급망에 공급합니다.

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