อุปกรณ์ลูกลอยสำหรับบ่อน้ำมันก๊าซซัลเฟอร์ต้องได้รับการประเมินตามสภาพแวดล้อมการใช้งานทั้งหมด ไม่ใช่เพียงแค่การทนแรงดันและอุณหภูมิเท่านั้น เมื่อมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) อยู่ NACE MR0175 และ ISO 15156 จะกำหนดขีดจำกัดของวัสดุเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ (sulfide stress cracking) ในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ก่อให้เกิดการกัดกร่อนที่ส่งผลต่อเสื้ออุปกรณ์ สปริง และพื้นผิวซีล หากอุปกรณ์ลูกลอยหรือรองเท้าลูกลอยล้มเหลวภายใต้สภาวะเหล่านี้ อาจสูญเสียการปิดกั้นแรงดันย้อนกลับ ทำให้ซีเมนต์ไหลย้อนกลับ หรือต้องทำการซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูง ดังนั้น การประเมินควรครอบคลุมถึงโลหะวิทยาของชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักทุกชิ้น ความแข็งและการอบชุบของสปริงและตัวยึด ความเข้ากันได้ของซีลอีลาสโตเมอร์กับ H2S, CO2 และอุณหภูมิ รวมถึงการรับรองคุณสมบัติการทำงานภายใต้วิธีการทดสอบ API Spec 10F และ ISO 10427-2 บทความนี้จะอธิบายว่าสภาวะก๊าซซัลเฟอร์และฤทธิ์กัดกร่อนส่งผลต่ออุปกรณ์ลูกลอยอย่างไร เหตุใดการประเมินที่เป็นระบบจึงช่วยปกป้องความสมบูรณ์ของบ่อน้ำมันและต้นทุนโครงการ และผู้ซื้อจะสามารถระบุ ตรวจสอบ และจัดทำเอกสารอุปกรณ์ที่ทำงานได้ตลอดอายุการใช้งานของบ่อน้ำมันได้อย่างไร
โดยทั่วไป บ่อน้ำมันจะถูกจัดประเภทว่าเป็นบ่อซัลเฟอร์เมื่อของไหลในบ่อมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ในความดันย่อยสูงพอที่จะทำให้วัสดุที่ไวต่อการแตกร้าวเกิดการแตกร้าวได้ NACE MR0175 และ ISO 15156 มักจะนำมาใช้เมื่อความดันย่อยของ H2S เกินประมาณ 0.05 psi (0.3 kPa) ในเฟสก๊าซ โดยทั่วไปจะมีคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ด้วย ซึ่งจะละลายในน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบสูญเสียน้ำหนัก ดังนั้น เครื่องมือใต้หลุมจึงต้องเผชิญกับการโจมตีสองรูปแบบที่แตกต่างกัน: การแตกร้าวที่เกิดจาก H2S ซึ่งเกิดขึ้นอย่างฉับพลันและรุนแรง และการกัดกร่อนที่เกิดจาก CO2 ซึ่งค่อยเป็นค่อยไปและสะสม
การแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นรูปแบบความล้มเหลวที่อันตรายที่สุด เหล็กกล้าความแข็งแรงสูง รวมถึงสปริงที่แข็ง สลัก และตัวยึดภายในวาล์วลูกลอย จะดูดซับไฮโดรเจนที่เกิดจากการกัดกร่อนของ H2S และแตกร้าวภายใต้ความเค้น บางครั้งอาจเกิดขึ้นภายในไม่กี่ชั่วโมง วิธีแก้ไขแบบดั้งเดิมไม่ใช่การเคลือบผิว แต่เป็นการเลือกวัสดุ: เหล็กกล้าที่มีความแข็งที่ควบคุมได้ โดยทั่วไปต่ำกว่า 22 HRC สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 การอบชุบที่เหมาะสม และขีดจำกัดความแข็งแรงคราก วัสดุผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนจะถูกระบุเมื่อสภาวะเกินขีดจำกัดเหล่านั้น
อุปกรณ์ลูกลอยมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากหลายชิ้นถูกออกแบบมาให้สามารถเจาะทะลวงได้โดยใช้เหล็กหล่อ อะลูมิเนียม และพลาสติกเทอร์โมเซต วัสดุแต่ละชนิดในวาล์ว ตั้งแต่เสื้อวาล์ว สปริง ไปจนถึงซีล จะต้องได้รับการประเมินแยกกัน: เสื้อวาล์วที่ผ่านการทดสอบมาตรฐานไม่ได้ปกป้องสปริงที่ไม่ผ่าน วัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่สามารถเจาะทะลวงได้ เช่น พลาสติกเทอร์โมเซต จะหลีกเลี่ยงการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้ทั้งหมด เนื่องจากไม่เกิดการกัดกร่อน แต่ซีลอีลาสโตเมอร์ของวัสดุเหล่านี้ยังคงต้องทนทานต่อการโจมตีจาก H2S และ CO2 อุณหภูมิสูง และการลดแรงดันก๊าซอย่างรวดเร็ว
อุณหภูมิมีผลต่อภาพรวม: พฤติกรรมการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก การกัดกร่อนจาก CO2 จะเร่งขึ้นเมื่ออุณหภูมิและความดันย่อยของ CO2 สูงขึ้น และอีลาสโตเมอร์จะเสื่อมสภาพเร็วขึ้นที่อุณหภูมิใต้หลุมที่สูงขึ้น ดังนั้น การประเมินจึงไม่ใช่การตรวจสอบวัสดุเพียงครั้งเดียว แต่เป็นการพิจารณาวัสดุ สภาพแวดล้อม และอุณหภูมิในรูปแบบเมทริกซ์ ข้อกำหนดด้านการทำงานยังคงมาจาก API Spec 10F และ ISO 10427-2 ซึ่งทดสอบการปิดผนึก ความสามารถในการทนแรงดันแตกต่าง ความทนทานต่ออุณหภูมิ และพฤติกรรมการเจาะทะลวงภายใต้สภาวะที่กำหนด การเลือกใช้วัสดุสำหรับบ่อซัลเฟอร์จะเพิ่มมิติของสภาพแวดล้อมเข้าไปในการทดสอบการทำงานเหล่านั้น
ผลที่ตามมาของการเลือกใช้อุปกรณ์ลูกลอยทั่วไปในบ่อซัลเฟอร์นั้นร้ายแรง สปริงที่แตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์อาจทำให้ลิ้นปิดไม่สนิท ทำให้คอลลาร์ลูกลอยกลายเป็นช่องเปิดให้ซีเมนต์ไหลย้อนกลับหลังจากการแทนที่ ก๊าซจากชั้นหินอาจอพยพขึ้นไปตามคอลัมน์ซีเมนต์ที่ยังไม่แข็งตัว ทำให้เกิดเส้นทางการไหลในวงแหวนไปยังพื้นผิว ในบ่อน้ำมันที่มี H2S การทำงานแก้ไขนั้นอันตราย และความล้มเหลวเพียงครั้งเดียวอาจทำให้ลูกเรือและสิ่งแวดล้อมสัมผัสกับก๊าซพิษ อุปกรณ์ลูกลอยเป็นแผงกั้นทางเดียวที่ไม่สามารถตรวจสอบหรือซ่อมแซมได้เมื่อซีเมนต์เข้าที่แล้ว
ความล้มเหลวจากการกัดกร่อนจะเกิดขึ้นช้ากว่าแต่ก็มีค่าใช้จ่ายสูงเช่นกัน CO2 ละลายในน้ำที่ผลิตได้เพื่อสร้างกรดคาร์บอนิกที่กัดกร่อนเสื้อวาล์ว ที่นั่งวาล์ว และพื้นผิวซีลเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี อาการแรกอาจเป็นคอลลาร์ลูกลอยที่ไม่สามารถกักแรงดันได้ระหว่างการทดสอบแรงดันตามปกติ ทำให้ต้องทำการซ่อมแซมซึ่งการเลือกวัสดุที่ถูกต้องจะสามารถป้องกันได้
บ่อน้ำมันซัลเฟอร์มักจะอยู่ภายใต้ข้อกำหนดของโครงการที่ต้องการการปฏิบัติตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 และมาตรฐานของบริษัทปฏิบัติการสำหรับบริการ H2S เอกสารการจัดซื้อจัดจ้างจะต้องแสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนทุกชิ้นที่รับแรงดันและรับน้ำหนักเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ระบุ การประเมินที่เป็นระบบจะสร้างหลักฐานนั้นก่อนสั่งซื้ออุปกรณ์ ไม่ใช่หลังเกิดความล้มเหลว
การประเมินตามสภาพแวดล้อมที่สมบูรณ์ให้ประโยชน์สี่ประการ:
บริการบ่อซัลเฟอร์มักจะมาพร้อมกับแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง ซึ่งจำกัดทางเลือกของวัสดุให้แคบลง: เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงที่ทนต่อการยุบตัวอาจเกินขีดจำกัดความแข็ง ในขณะที่โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนจะส่งผลต่อต้นทุน ในบ่อน้ำมันดังกล่าว รองเท้าลูกลอยและคอลลาร์ลูกลอยควรได้รับการพิจารณาเป็นระบบ โดยมีระบบวาล์วคู่ที่ให้ความซ้ำซ้อนในกรณีที่วาล์วหลักเสียหายระหว่างการเจาะทะลวงหรือจากเศษวัสดุ
ความพยายามในการประเมินควรได้สัดส่วนกับสภาพแวดล้อม: บ่อน้ำมันที่มี CO2 เล็กน้อยต้องการการวิเคราะห์น้อยกว่าบ่อ HPHT ที่มี H2S สูงและกำมะถันธาตุ แต่บ่อซัลเฟอร์ทุกบ่อสมควรได้รับการตัดสินใจเลือกวัสดุที่จัดทำเอกสารไว้ เนื่องจากคอลลาร์ลูกลอยและรองเท้าลูกลอยเป็นแผงกั้นที่จะถูกตัดสินเมื่อสายเกินไปที่จะเปลี่ยนแปลง
การประเมินเชิงปฏิบัติประกอบด้วยห้าขั้นตอน แต่ละขั้นตอนจะแปลงสภาพแวดล้อมของบ่อน้ำมันให้เป็นข้อกำหนดอุปกรณ์ที่ชัดเจนและเอกสารที่ตรวจสอบได้ เพื่อให้สามารถยืนยันการเลือกขั้นสุดท้ายในการตรวจสอบการจัดซื้อจัดจ้างและในภาคสนาม
เริ่มต้นด้วยสภาพแวดล้อม ไม่ใช่แคตตาล็อก รวบรวมความดันย่อยสูงสุดของ H2S และ CO2 ที่คาดว่าจะเกิดขึ้นที่รองเท้า อุณหภูมิและความดันที่ก้นหลุม ค่า pH และองค์ประกอบของน้ำจากชั้นหินและของเหลวในการเติม และมีกำมะถันธาตุหรือไม่ สังเกตช่วงอุณหภูมิระหว่างการไฮเดรตของซีเมนต์ เนื่องจากความร้อนจากการไฮเดรตสามารถเพิ่มอุณหภูมิเฉพาะที่วาล์วได้ รวมถึงแรงดันในการบำบัดและการทดสอบ เนื่องจากอุปกรณ์ต้องทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่แรงดันแตกต่างสูงสุด โดยทั่วไปคือ 5,000 ถึง 15,000 psi ในบ่อน้ำมันแรงดันสูง ขอบเขตการใช้งานคือข้อมูลอ้างอิงที่ใช้ตรวจสอบการตัดสินใจเลือกวัสดุทุกชิ้น
ตรวจสอบโลหะวิทยาของส่วนประกอบที่รับน้ำหนักทุกชิ้น: เสื้อวาล์ว ที่นั่งวาล์ว สปริง สลักบานพับ ตัวยึด และแหวนล็อค เหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำต้องเป็นไปตามขีดจำกัดความแข็งและการอบชุบของ NACE MR0175 และ ISO 15156 สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ หมายถึงความแข็งที่ควบคุมได้ การอบคืนตัวที่เหมาะสม และไม่มีชิ้นส่วนที่ทำงานหนักด้วยความแข็งสูงภายใต้ความเค้นดึง สปริงเป็นจุดอ่อนที่สุดในวาล์วลูกลอยหลายชนิด ดังนั้น ให้ยืนยันวัสดุสปริง ระดับความเค้น และการออกแบบ ในกรณีที่สภาวะเกินขีดจำกัดของเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ ให้ระบุโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อน หรือการออกแบบที่ไม่ใช่โลหะที่สามารถเจาะทะลวงได้ทั้งหมด ขอใบรับรองวัสดุและพื้นฐานของคำแถลงการปฏิบัติตามจากซัพพลายเออร์
ซีลอีลาสโตเมอร์ต้องเผชิญกับความท้าทายสามประการ: การโจมตีทางเคมีจาก H2S และ CO2 อุณหภูมิสูง และการลดแรงดันก๊าซอย่างรวดเร็วเมื่อแรงดันถูกปล่อยอย่างรวดเร็ว ยางไนไตรล์มาตรฐานมักไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานในบ่อซัลเฟอร์ที่อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจนไนไตรล์ (HNBR) ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ (FKM) และสารประกอบพิเศษอื่นๆ เป็นการอัพเกรดที่พบบ่อย ยืนยันการทนอุณหภูมิของระบบซีลเทียบกับอุณหภูมิใต้หลุมสูงสุด สูงสุดประมาณ 350 ถึง 400 องศาฟาเรนไฮต์สำหรับการออกแบบมาตรฐาน และสูงกว่าสำหรับอุปกรณ์พิเศษ สอบถามว่าซัพพลายเออร์ได้ผ่านการรับรองสารประกอบซีลสำหรับการใช้งานในบ่อก๊าซซัลเฟอร์และการลดแรงดันก๊าซอย่างรวดเร็วหรือไม่ และยืนยันข้อกำหนดในการจัดเก็บและอายุการเก็บรักษา
การปฏิบัติตามข้อกำหนดวัสดุเพียงอย่างเดียวไม่ทำให้วาล์วลูกลอยทำงานได้ อุปกรณ์จะต้องผ่านการทดสอบการทำงานของ API Spec 10F และ ISO 10427-2: ความสมบูรณ์ของการปิดผนึกทั้งสองทิศทาง ความสามารถในการทนแรงดันแตกต่างที่แรงดันที่กำหนด การหมุนเวียนอุณหภูมิ และพฤติกรรมการเจาะทะลวงที่คาดการณ์ได้สำหรับการออกแบบที่เจาะทะลวงได้ สำหรับบ่อซัลเฟอร์ สอบถามว่าซัพพลายเออร์ตรวจสอบประสิทธิภาพภายใต้สภาวะที่เป็นตัวแทนอย่างไร และมีใบรับรองการทดสอบหรือไม่ ยืนยันว่าการทนแรงดันครอบคลุมแรงดันแตกต่างที่แย่ที่สุดระหว่างการแทนที่ เมื่อคอลัมน์ซีเมนต์ 15.8 ถึง 20 ppg สมดุลกับของเหลวในวงแหวนที่เบากว่า และขนาด การเชื่อมต่อ และแรงบิดในการประกอบตรงกับรายการท่อเหล็ก
ขอชุดเอกสารที่รวมรายงานการทดสอบวัสดุพร้อมหมายเลขความร้อน การยืนยันความแข็ง ข้อมูลสารประกอบอีลาสโตเมอร์ ใบรับรองการทดสอบการทำงาน และคำแถลงที่ชัดเจนเกี่ยวกับการปฏิบัติตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 สำหรับขอบเขตการใช้งานที่ระบุ ยืนยันว่าซัพพลายเออร์ดำเนินการภายใต้ระบบคุณภาพ API Spec Q1 หรือ ISO 9001 สุดท้าย วางแผนการจัดเก็บและการจัดการที่ปกป้องอุปกรณ์สำหรับบ่อซัลเฟอร์: รักษาซีลให้สะอาดและป้องกันจากโอโซน แสงแดด และความร้อน ใช้ตัวป้องกันเกลียว และหลีกเลี่ยงความเสียหายจากการกระแทกที่อาจทำให้เกิดความเค้นเข้มข้นในส่วนประกอบที่ต้องทนทานต่อการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์
ไม่มีเกณฑ์ตัดสากล แต่ NACE MR0175 และ ISO 15156 มักจะนำมาใช้เมื่อความดันย่อยของ H2S ในเฟสก๊าซเกินประมาณ 0.05 psi (0.3 kPa) ความดันย่อยขึ้นอยู่กับทั้งความเข้มข้นและความดันรวมของระบบ ดังนั้น ก๊าซความเข้มข้นต่ำที่ความดันสูงยังคงเป็นบ่อซัลเฟอร์ได้ โปรดให้การวิเคราะห์ก๊าซทั้งหมด
ได้ ด้วยการเลือกที่ถูกต้อง การออกแบบพลาสติกเทอร์โมเซตและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอื่นๆ ที่เจาะทะลวงได้ทั้งหมดไม่มีชิ้นส่วนโลหะที่ไวต่อการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ และใช้ในบ่อซัลเฟอร์ ส่วนประกอบอะลูมิเนียมและเหล็กหล่อต้องได้รับการตรวจสอบตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 สำหรับสภาพแวดล้อมเฉพาะ และซีลอีลาสโตเมอร์ต้องเหมาะสมกับองค์ประกอบก๊าซและอุณหภูมิ
สปริงเป็นชิ้นส่วนเหล็กที่ผ่านการทำงานเย็น มีความแข็งสูง และอยู่ภายใต้ความเค้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นส่วนผสมที่การแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์โจมตี สปริงที่แตกร้าวในวาล์วลิ้นปิดจะทำให้ลิ้นไม่สามารถปิดสนิท ทำลายแผงกั้นแรงดันย้อนกลับ ดังนั้น วาล์วสำหรับบ่อซัลเฟอร์จึงใช้สปริงที่มีความแข็งและการอบชุบที่ควบคุมได้ โลหะผสมสปริงทางเลือก หรือการออกแบบที่ไม่มีสปริงซึ่งปิดด้วยแรงโน้มถ่วงหรือแรงดันแตกต่าง
อาจล้มเหลว H2S และ CO2 โจมตียางทั่วไปหลายชนิด ทำให้เกิดการบวม แข็ง และสูญเสียแรงกดซีล และอุณหภูมิสูงจะเร่งความเสียหาย การปล่อยแรงดันอย่างรวดเร็วอาจทำให้เกิดความเสียหายจากการระเบิดภายในซีล สำหรับบ่อซัลเฟอร์ มักต้องการสารประกอบพิเศษ เช่น HNBR และ FKM ที่ผ่านการรับรองสำหรับองค์ประกอบก๊าซ อุณหภูมิ และสภาวะการลดแรงดัน
พวกมันโจมตีในรูปแบบที่แตกต่างกัน H2S ก่อให้เกิดการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ในเหล็กกล้าแข็ง และยังสามารถก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบสูญเสียน้ำหนักได้ CO2 ละลายในน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ก่อให้เกิดการกัดกร่อนที่ค่อยเป็นค่อยไปของที่นั่งวาล์ว เสื้อวาล์ว และท่อ การทำงานร่วมกันต้องการโลหะวิทยาที่ทนต่อการแตกร้าว บวกกับค่าเผื่อการกัดกร่อนหรือวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน และซีลที่ทนทานต่อก๊าซทั้งสองชนิดที่อุณหภูมิใต้หลุม
ขอรายงานการทดสอบวัสดุพร้อมหมายเลขความร้อน บันทึกความแข็งและการอบชุบสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนัก ข้อมูลสารประกอบอีลาสโตเมอร์ และสำเนาใบรับรองการทดสอบการทำงาน ขอคำแถลงเป็นลายลักษณ์อักษรเกี่ยวกับการปฏิบัติตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 ที่ระบุขอบเขตการใช้งาน รวมถึงความดันย่อยของ H2S และ CO2 และอุณหภูมิ การตรวจสอบย้อนกลับจากใบรับรองโรงสีไปยังเครื่องมือสำเร็จรูปเป็นสิ่งจำเป็น
การใช้งานในบ่อก๊าซซัลเฟอร์เปลี่ยนความหมายของการเลือกอุปกรณ์ลูกลอย การทนแรงดันและขนาดท่อเหล็กยังคงเป็นจุดเริ่มต้น แต่การตัดสินใจสุดท้ายขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม: ความดันย่อยของ H2S และ CO2 อุณหภูมิ และวัสดุและอีลาสโตเมอร์ที่สามารถทนทานได้ การประเมินที่เป็นระบบ ครอบคลุมโลหะวิทยาตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 ความเข้ากันได้ของซีล คุณสมบัติการทำงานตาม API Spec 10F และ ISO 10427-2 และเอกสารที่สมบูรณ์ จะเปลี่ยนการซื้อสินค้าโภคภัณฑ์ให้เป็นการตัดสินใจสร้างแผงกั้นทางวิศวกรรม ค่าใช้จ่ายในการประเมินนั้นน้อยมาก ค่าใช้จ่ายของคอลลาร์ลูกลอยที่ล้มเหลวในบ่อซัลเฟอร์นั้นไม่น้อย เมื่อโครงการถัดไปของคุณเกี่ยวข้องกับก๊าซซัลเฟอร์หรือของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน โปรดติดต่อวิศวกรแอปพลิเคชันของเราพร้อมการวิเคราะห์ก๊าซ ข้อมูลอุณหภูมิและความดัน และโปรแกรมท่อเหล็ก เพื่อให้สามารถระบุ ทดสอบ และจัดทำเอกสารรองเท้าลูกลอยและคอลลาร์ลูกลอยสำหรับสภาวะการใช้งานที่แน่นอนของคุณได้
อุปกรณ์ลูกลอยสำหรับบ่อน้ำมันก๊าซซัลเฟอร์ต้องได้รับการประเมินตามสภาพแวดล้อมการใช้งานทั้งหมด ไม่ใช่เพียงแค่การทนแรงดันและอุณหภูมิเท่านั้น เมื่อมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) อยู่ NACE MR0175 และ ISO 15156 จะกำหนดขีดจำกัดของวัสดุเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ (sulfide stress cracking) ในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ก่อให้เกิดการกัดกร่อนที่ส่งผลต่อเสื้ออุปกรณ์ สปริง และพื้นผิวซีล หากอุปกรณ์ลูกลอยหรือรองเท้าลูกลอยล้มเหลวภายใต้สภาวะเหล่านี้ อาจสูญเสียการปิดกั้นแรงดันย้อนกลับ ทำให้ซีเมนต์ไหลย้อนกลับ หรือต้องทำการซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูง ดังนั้น การประเมินควรครอบคลุมถึงโลหะวิทยาของชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักทุกชิ้น ความแข็งและการอบชุบของสปริงและตัวยึด ความเข้ากันได้ของซีลอีลาสโตเมอร์กับ H2S, CO2 และอุณหภูมิ รวมถึงการรับรองคุณสมบัติการทำงานภายใต้วิธีการทดสอบ API Spec 10F และ ISO 10427-2 บทความนี้จะอธิบายว่าสภาวะก๊าซซัลเฟอร์และฤทธิ์กัดกร่อนส่งผลต่ออุปกรณ์ลูกลอยอย่างไร เหตุใดการประเมินที่เป็นระบบจึงช่วยปกป้องความสมบูรณ์ของบ่อน้ำมันและต้นทุนโครงการ และผู้ซื้อจะสามารถระบุ ตรวจสอบ และจัดทำเอกสารอุปกรณ์ที่ทำงานได้ตลอดอายุการใช้งานของบ่อน้ำมันได้อย่างไร
โดยทั่วไป บ่อน้ำมันจะถูกจัดประเภทว่าเป็นบ่อซัลเฟอร์เมื่อของไหลในบ่อมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ในความดันย่อยสูงพอที่จะทำให้วัสดุที่ไวต่อการแตกร้าวเกิดการแตกร้าวได้ NACE MR0175 และ ISO 15156 มักจะนำมาใช้เมื่อความดันย่อยของ H2S เกินประมาณ 0.05 psi (0.3 kPa) ในเฟสก๊าซ โดยทั่วไปจะมีคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ด้วย ซึ่งจะละลายในน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบสูญเสียน้ำหนัก ดังนั้น เครื่องมือใต้หลุมจึงต้องเผชิญกับการโจมตีสองรูปแบบที่แตกต่างกัน: การแตกร้าวที่เกิดจาก H2S ซึ่งเกิดขึ้นอย่างฉับพลันและรุนแรง และการกัดกร่อนที่เกิดจาก CO2 ซึ่งค่อยเป็นค่อยไปและสะสม
การแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นรูปแบบความล้มเหลวที่อันตรายที่สุด เหล็กกล้าความแข็งแรงสูง รวมถึงสปริงที่แข็ง สลัก และตัวยึดภายในวาล์วลูกลอย จะดูดซับไฮโดรเจนที่เกิดจากการกัดกร่อนของ H2S และแตกร้าวภายใต้ความเค้น บางครั้งอาจเกิดขึ้นภายในไม่กี่ชั่วโมง วิธีแก้ไขแบบดั้งเดิมไม่ใช่การเคลือบผิว แต่เป็นการเลือกวัสดุ: เหล็กกล้าที่มีความแข็งที่ควบคุมได้ โดยทั่วไปต่ำกว่า 22 HRC สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 การอบชุบที่เหมาะสม และขีดจำกัดความแข็งแรงคราก วัสดุผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนจะถูกระบุเมื่อสภาวะเกินขีดจำกัดเหล่านั้น
อุปกรณ์ลูกลอยมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากหลายชิ้นถูกออกแบบมาให้สามารถเจาะทะลวงได้โดยใช้เหล็กหล่อ อะลูมิเนียม และพลาสติกเทอร์โมเซต วัสดุแต่ละชนิดในวาล์ว ตั้งแต่เสื้อวาล์ว สปริง ไปจนถึงซีล จะต้องได้รับการประเมินแยกกัน: เสื้อวาล์วที่ผ่านการทดสอบมาตรฐานไม่ได้ปกป้องสปริงที่ไม่ผ่าน วัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่สามารถเจาะทะลวงได้ เช่น พลาสติกเทอร์โมเซต จะหลีกเลี่ยงการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้ทั้งหมด เนื่องจากไม่เกิดการกัดกร่อน แต่ซีลอีลาสโตเมอร์ของวัสดุเหล่านี้ยังคงต้องทนทานต่อการโจมตีจาก H2S และ CO2 อุณหภูมิสูง และการลดแรงดันก๊าซอย่างรวดเร็ว
อุณหภูมิมีผลต่อภาพรวม: พฤติกรรมการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก การกัดกร่อนจาก CO2 จะเร่งขึ้นเมื่ออุณหภูมิและความดันย่อยของ CO2 สูงขึ้น และอีลาสโตเมอร์จะเสื่อมสภาพเร็วขึ้นที่อุณหภูมิใต้หลุมที่สูงขึ้น ดังนั้น การประเมินจึงไม่ใช่การตรวจสอบวัสดุเพียงครั้งเดียว แต่เป็นการพิจารณาวัสดุ สภาพแวดล้อม และอุณหภูมิในรูปแบบเมทริกซ์ ข้อกำหนดด้านการทำงานยังคงมาจาก API Spec 10F และ ISO 10427-2 ซึ่งทดสอบการปิดผนึก ความสามารถในการทนแรงดันแตกต่าง ความทนทานต่ออุณหภูมิ และพฤติกรรมการเจาะทะลวงภายใต้สภาวะที่กำหนด การเลือกใช้วัสดุสำหรับบ่อซัลเฟอร์จะเพิ่มมิติของสภาพแวดล้อมเข้าไปในการทดสอบการทำงานเหล่านั้น
ผลที่ตามมาของการเลือกใช้อุปกรณ์ลูกลอยทั่วไปในบ่อซัลเฟอร์นั้นร้ายแรง สปริงที่แตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์อาจทำให้ลิ้นปิดไม่สนิท ทำให้คอลลาร์ลูกลอยกลายเป็นช่องเปิดให้ซีเมนต์ไหลย้อนกลับหลังจากการแทนที่ ก๊าซจากชั้นหินอาจอพยพขึ้นไปตามคอลัมน์ซีเมนต์ที่ยังไม่แข็งตัว ทำให้เกิดเส้นทางการไหลในวงแหวนไปยังพื้นผิว ในบ่อน้ำมันที่มี H2S การทำงานแก้ไขนั้นอันตราย และความล้มเหลวเพียงครั้งเดียวอาจทำให้ลูกเรือและสิ่งแวดล้อมสัมผัสกับก๊าซพิษ อุปกรณ์ลูกลอยเป็นแผงกั้นทางเดียวที่ไม่สามารถตรวจสอบหรือซ่อมแซมได้เมื่อซีเมนต์เข้าที่แล้ว
ความล้มเหลวจากการกัดกร่อนจะเกิดขึ้นช้ากว่าแต่ก็มีค่าใช้จ่ายสูงเช่นกัน CO2 ละลายในน้ำที่ผลิตได้เพื่อสร้างกรดคาร์บอนิกที่กัดกร่อนเสื้อวาล์ว ที่นั่งวาล์ว และพื้นผิวซีลเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี อาการแรกอาจเป็นคอลลาร์ลูกลอยที่ไม่สามารถกักแรงดันได้ระหว่างการทดสอบแรงดันตามปกติ ทำให้ต้องทำการซ่อมแซมซึ่งการเลือกวัสดุที่ถูกต้องจะสามารถป้องกันได้
บ่อน้ำมันซัลเฟอร์มักจะอยู่ภายใต้ข้อกำหนดของโครงการที่ต้องการการปฏิบัติตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 และมาตรฐานของบริษัทปฏิบัติการสำหรับบริการ H2S เอกสารการจัดซื้อจัดจ้างจะต้องแสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนทุกชิ้นที่รับแรงดันและรับน้ำหนักเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ระบุ การประเมินที่เป็นระบบจะสร้างหลักฐานนั้นก่อนสั่งซื้ออุปกรณ์ ไม่ใช่หลังเกิดความล้มเหลว
การประเมินตามสภาพแวดล้อมที่สมบูรณ์ให้ประโยชน์สี่ประการ:
บริการบ่อซัลเฟอร์มักจะมาพร้อมกับแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง ซึ่งจำกัดทางเลือกของวัสดุให้แคบลง: เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงที่ทนต่อการยุบตัวอาจเกินขีดจำกัดความแข็ง ในขณะที่โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนจะส่งผลต่อต้นทุน ในบ่อน้ำมันดังกล่าว รองเท้าลูกลอยและคอลลาร์ลูกลอยควรได้รับการพิจารณาเป็นระบบ โดยมีระบบวาล์วคู่ที่ให้ความซ้ำซ้อนในกรณีที่วาล์วหลักเสียหายระหว่างการเจาะทะลวงหรือจากเศษวัสดุ
ความพยายามในการประเมินควรได้สัดส่วนกับสภาพแวดล้อม: บ่อน้ำมันที่มี CO2 เล็กน้อยต้องการการวิเคราะห์น้อยกว่าบ่อ HPHT ที่มี H2S สูงและกำมะถันธาตุ แต่บ่อซัลเฟอร์ทุกบ่อสมควรได้รับการตัดสินใจเลือกวัสดุที่จัดทำเอกสารไว้ เนื่องจากคอลลาร์ลูกลอยและรองเท้าลูกลอยเป็นแผงกั้นที่จะถูกตัดสินเมื่อสายเกินไปที่จะเปลี่ยนแปลง
การประเมินเชิงปฏิบัติประกอบด้วยห้าขั้นตอน แต่ละขั้นตอนจะแปลงสภาพแวดล้อมของบ่อน้ำมันให้เป็นข้อกำหนดอุปกรณ์ที่ชัดเจนและเอกสารที่ตรวจสอบได้ เพื่อให้สามารถยืนยันการเลือกขั้นสุดท้ายในการตรวจสอบการจัดซื้อจัดจ้างและในภาคสนาม
เริ่มต้นด้วยสภาพแวดล้อม ไม่ใช่แคตตาล็อก รวบรวมความดันย่อยสูงสุดของ H2S และ CO2 ที่คาดว่าจะเกิดขึ้นที่รองเท้า อุณหภูมิและความดันที่ก้นหลุม ค่า pH และองค์ประกอบของน้ำจากชั้นหินและของเหลวในการเติม และมีกำมะถันธาตุหรือไม่ สังเกตช่วงอุณหภูมิระหว่างการไฮเดรตของซีเมนต์ เนื่องจากความร้อนจากการไฮเดรตสามารถเพิ่มอุณหภูมิเฉพาะที่วาล์วได้ รวมถึงแรงดันในการบำบัดและการทดสอบ เนื่องจากอุปกรณ์ต้องทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่แรงดันแตกต่างสูงสุด โดยทั่วไปคือ 5,000 ถึง 15,000 psi ในบ่อน้ำมันแรงดันสูง ขอบเขตการใช้งานคือข้อมูลอ้างอิงที่ใช้ตรวจสอบการตัดสินใจเลือกวัสดุทุกชิ้น
ตรวจสอบโลหะวิทยาของส่วนประกอบที่รับน้ำหนักทุกชิ้น: เสื้อวาล์ว ที่นั่งวาล์ว สปริง สลักบานพับ ตัวยึด และแหวนล็อค เหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำต้องเป็นไปตามขีดจำกัดความแข็งและการอบชุบของ NACE MR0175 และ ISO 15156 สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ หมายถึงความแข็งที่ควบคุมได้ การอบคืนตัวที่เหมาะสม และไม่มีชิ้นส่วนที่ทำงานหนักด้วยความแข็งสูงภายใต้ความเค้นดึง สปริงเป็นจุดอ่อนที่สุดในวาล์วลูกลอยหลายชนิด ดังนั้น ให้ยืนยันวัสดุสปริง ระดับความเค้น และการออกแบบ ในกรณีที่สภาวะเกินขีดจำกัดของเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ ให้ระบุโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อน หรือการออกแบบที่ไม่ใช่โลหะที่สามารถเจาะทะลวงได้ทั้งหมด ขอใบรับรองวัสดุและพื้นฐานของคำแถลงการปฏิบัติตามจากซัพพลายเออร์
ซีลอีลาสโตเมอร์ต้องเผชิญกับความท้าทายสามประการ: การโจมตีทางเคมีจาก H2S และ CO2 อุณหภูมิสูง และการลดแรงดันก๊าซอย่างรวดเร็วเมื่อแรงดันถูกปล่อยอย่างรวดเร็ว ยางไนไตรล์มาตรฐานมักไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานในบ่อซัลเฟอร์ที่อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจนไนไตรล์ (HNBR) ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ (FKM) และสารประกอบพิเศษอื่นๆ เป็นการอัพเกรดที่พบบ่อย ยืนยันการทนอุณหภูมิของระบบซีลเทียบกับอุณหภูมิใต้หลุมสูงสุด สูงสุดประมาณ 350 ถึง 400 องศาฟาเรนไฮต์สำหรับการออกแบบมาตรฐาน และสูงกว่าสำหรับอุปกรณ์พิเศษ สอบถามว่าซัพพลายเออร์ได้ผ่านการรับรองสารประกอบซีลสำหรับการใช้งานในบ่อก๊าซซัลเฟอร์และการลดแรงดันก๊าซอย่างรวดเร็วหรือไม่ และยืนยันข้อกำหนดในการจัดเก็บและอายุการเก็บรักษา
การปฏิบัติตามข้อกำหนดวัสดุเพียงอย่างเดียวไม่ทำให้วาล์วลูกลอยทำงานได้ อุปกรณ์จะต้องผ่านการทดสอบการทำงานของ API Spec 10F และ ISO 10427-2: ความสมบูรณ์ของการปิดผนึกทั้งสองทิศทาง ความสามารถในการทนแรงดันแตกต่างที่แรงดันที่กำหนด การหมุนเวียนอุณหภูมิ และพฤติกรรมการเจาะทะลวงที่คาดการณ์ได้สำหรับการออกแบบที่เจาะทะลวงได้ สำหรับบ่อซัลเฟอร์ สอบถามว่าซัพพลายเออร์ตรวจสอบประสิทธิภาพภายใต้สภาวะที่เป็นตัวแทนอย่างไร และมีใบรับรองการทดสอบหรือไม่ ยืนยันว่าการทนแรงดันครอบคลุมแรงดันแตกต่างที่แย่ที่สุดระหว่างการแทนที่ เมื่อคอลัมน์ซีเมนต์ 15.8 ถึง 20 ppg สมดุลกับของเหลวในวงแหวนที่เบากว่า และขนาด การเชื่อมต่อ และแรงบิดในการประกอบตรงกับรายการท่อเหล็ก
ขอชุดเอกสารที่รวมรายงานการทดสอบวัสดุพร้อมหมายเลขความร้อน การยืนยันความแข็ง ข้อมูลสารประกอบอีลาสโตเมอร์ ใบรับรองการทดสอบการทำงาน และคำแถลงที่ชัดเจนเกี่ยวกับการปฏิบัติตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 สำหรับขอบเขตการใช้งานที่ระบุ ยืนยันว่าซัพพลายเออร์ดำเนินการภายใต้ระบบคุณภาพ API Spec Q1 หรือ ISO 9001 สุดท้าย วางแผนการจัดเก็บและการจัดการที่ปกป้องอุปกรณ์สำหรับบ่อซัลเฟอร์: รักษาซีลให้สะอาดและป้องกันจากโอโซน แสงแดด และความร้อน ใช้ตัวป้องกันเกลียว และหลีกเลี่ยงความเสียหายจากการกระแทกที่อาจทำให้เกิดความเค้นเข้มข้นในส่วนประกอบที่ต้องทนทานต่อการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์
ไม่มีเกณฑ์ตัดสากล แต่ NACE MR0175 และ ISO 15156 มักจะนำมาใช้เมื่อความดันย่อยของ H2S ในเฟสก๊าซเกินประมาณ 0.05 psi (0.3 kPa) ความดันย่อยขึ้นอยู่กับทั้งความเข้มข้นและความดันรวมของระบบ ดังนั้น ก๊าซความเข้มข้นต่ำที่ความดันสูงยังคงเป็นบ่อซัลเฟอร์ได้ โปรดให้การวิเคราะห์ก๊าซทั้งหมด
ได้ ด้วยการเลือกที่ถูกต้อง การออกแบบพลาสติกเทอร์โมเซตและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอื่นๆ ที่เจาะทะลวงได้ทั้งหมดไม่มีชิ้นส่วนโลหะที่ไวต่อการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ และใช้ในบ่อซัลเฟอร์ ส่วนประกอบอะลูมิเนียมและเหล็กหล่อต้องได้รับการตรวจสอบตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 สำหรับสภาพแวดล้อมเฉพาะ และซีลอีลาสโตเมอร์ต้องเหมาะสมกับองค์ประกอบก๊าซและอุณหภูมิ
สปริงเป็นชิ้นส่วนเหล็กที่ผ่านการทำงานเย็น มีความแข็งสูง และอยู่ภายใต้ความเค้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นส่วนผสมที่การแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์โจมตี สปริงที่แตกร้าวในวาล์วลิ้นปิดจะทำให้ลิ้นไม่สามารถปิดสนิท ทำลายแผงกั้นแรงดันย้อนกลับ ดังนั้น วาล์วสำหรับบ่อซัลเฟอร์จึงใช้สปริงที่มีความแข็งและการอบชุบที่ควบคุมได้ โลหะผสมสปริงทางเลือก หรือการออกแบบที่ไม่มีสปริงซึ่งปิดด้วยแรงโน้มถ่วงหรือแรงดันแตกต่าง
อาจล้มเหลว H2S และ CO2 โจมตียางทั่วไปหลายชนิด ทำให้เกิดการบวม แข็ง และสูญเสียแรงกดซีล และอุณหภูมิสูงจะเร่งความเสียหาย การปล่อยแรงดันอย่างรวดเร็วอาจทำให้เกิดความเสียหายจากการระเบิดภายในซีล สำหรับบ่อซัลเฟอร์ มักต้องการสารประกอบพิเศษ เช่น HNBR และ FKM ที่ผ่านการรับรองสำหรับองค์ประกอบก๊าซ อุณหภูมิ และสภาวะการลดแรงดัน
พวกมันโจมตีในรูปแบบที่แตกต่างกัน H2S ก่อให้เกิดการแตกร้าวจากความเค้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ในเหล็กกล้าแข็ง และยังสามารถก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบสูญเสียน้ำหนักได้ CO2 ละลายในน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ก่อให้เกิดการกัดกร่อนที่ค่อยเป็นค่อยไปของที่นั่งวาล์ว เสื้อวาล์ว และท่อ การทำงานร่วมกันต้องการโลหะวิทยาที่ทนต่อการแตกร้าว บวกกับค่าเผื่อการกัดกร่อนหรือวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน และซีลที่ทนทานต่อก๊าซทั้งสองชนิดที่อุณหภูมิใต้หลุม
ขอรายงานการทดสอบวัสดุพร้อมหมายเลขความร้อน บันทึกความแข็งและการอบชุบสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนัก ข้อมูลสารประกอบอีลาสโตเมอร์ และสำเนาใบรับรองการทดสอบการทำงาน ขอคำแถลงเป็นลายลักษณ์อักษรเกี่ยวกับการปฏิบัติตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 ที่ระบุขอบเขตการใช้งาน รวมถึงความดันย่อยของ H2S และ CO2 และอุณหภูมิ การตรวจสอบย้อนกลับจากใบรับรองโรงสีไปยังเครื่องมือสำเร็จรูปเป็นสิ่งจำเป็น
การใช้งานในบ่อก๊าซซัลเฟอร์เปลี่ยนความหมายของการเลือกอุปกรณ์ลูกลอย การทนแรงดันและขนาดท่อเหล็กยังคงเป็นจุดเริ่มต้น แต่การตัดสินใจสุดท้ายขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม: ความดันย่อยของ H2S และ CO2 อุณหภูมิ และวัสดุและอีลาสโตเมอร์ที่สามารถทนทานได้ การประเมินที่เป็นระบบ ครอบคลุมโลหะวิทยาตาม NACE MR0175 และ ISO 15156 ความเข้ากันได้ของซีล คุณสมบัติการทำงานตาม API Spec 10F และ ISO 10427-2 และเอกสารที่สมบูรณ์ จะเปลี่ยนการซื้อสินค้าโภคภัณฑ์ให้เป็นการตัดสินใจสร้างแผงกั้นทางวิศวกรรม ค่าใช้จ่ายในการประเมินนั้นน้อยมาก ค่าใช้จ่ายของคอลลาร์ลูกลอยที่ล้มเหลวในบ่อซัลเฟอร์นั้นไม่น้อย เมื่อโครงการถัดไปของคุณเกี่ยวข้องกับก๊าซซัลเฟอร์หรือของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน โปรดติดต่อวิศวกรแอปพลิเคชันของเราพร้อมการวิเคราะห์ก๊าซ ข้อมูลอุณหภูมิและความดัน และโปรแกรมท่อเหล็ก เพื่อให้สามารถระบุ ทดสอบ และจัดทำเอกสารรองเท้าลูกลอยและคอลลาร์ลูกลอยสำหรับสภาวะการใช้งานที่แน่นอนของคุณได้
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski