Olieveldplugkleppen in upstream-activiteiten: ontwerp-, normen- en toepassingsgids

Een olieveld plug klep is een kwartslag isolatie- en stroomregelklep die gebruik maakt van een cilindrische of taps toelopende plug met een geboorde doorgang om de stroom in stroomopwaartse olie- en gassystemen te starten, stoppen of om te leiden. Plugkleppen worden veel gebruikt in putmonden, spruitstukken, opvangsystemen en de behandeling van geproduceerd water, omdat ze veel voordelen bieden strakke afsluiting, snelle kwartslagbediening en sterke weerstand tegen schurende of meerfasige vloeistoffen vergeleken met veel schuif- of kogelkraanontwerpen.

Hoe een olieveldplugklep werkt

Een plugklep regelt de stroom door een plug - een cilindrisch of licht taps toelopend lichaam met een doorgaande boring - die 90 graden in het kleplichaam draait. Wanneer de boring op één lijn ligt met de pijpleiding, stroomt er stroom doorheen; wanneer deze een kwartslag wordt gedraaid, blokkeert het massieve gedeelte van de plug het stroompad volledig. Dit mechanisme geeft plugkleppen een eenvoudige, robuuste afdichtingsmethode die niet afhankelijk is van een afzonderlijke zittingring die tegen een kogel aanslijt, wat een van de redenen is dat ze de voorkeur genieten in schurende of met zand beladen stroomopwaartse vloeistoffen.

Omdat de plug zelf het afdichtingsoppervlak vormt, bieden plugventielen over het algemeen lager bedrijfskoppel en snellere cyclustijden dan vergelijkbare schuifafsluiters, waardoor ze een gebruikelijke keuze zijn wanneer frequent schakelen tussen stroompaden vereist is, zoals in testspruitstukken en verzamelsystemen met meerdere putten.

Soorten plugkleppen die worden gebruikt in upstream-operaties

Niet alle plugkranen zijn op dezelfde manier gebouwd. Het selecteren van het juiste type hangt af van de vloeistof die wordt verwerkt, het drukverschil en hoe vaak de klep wordt bediend.

Excentrische plugventielen verdienen bijzondere aandacht bij gebruik stroomopwaarts, omdat de niet-gecentreerde rotatie van de plug deze tijdens het openen en sluiten uit de zitting tilt, waardoor de slijtage van de zitting drastisch wordt verminderd bij het hanteren van geproduceerd water met zand of kalkaanslag - een veelvoorkomend faalpunt voor standaard plug- en kogelkranen in hetzelfde gebruik.

Toepasselijke normen en certificeringen

Plugkleppen voor olievelden die worden gebruikt in toepassingen voor putmond-, pijpleiding- en oppervlakteproductie, zijn doorgaans ontworpen en getest op basis van een combinatie van API- en ASME-normen, afhankelijk van waar in het systeem de klep is geïnstalleerd.

Belangrijke normen

• API6D: Beheert pijpleidingkleppen, inclusief plugkleppen die worden gebruikt in verzamel- en transmissielijnen
• API6A: Van toepassing wanneer plugkleppen worden gebruikt als onderdeel van putmond- of kerstboomapparatuur
• API-599: Heeft specifiek betrekking op het ontwerp, de afmetingen en de testvereisten van metalen plugkleppen
• ASME B16.34: Biedt druk-temperatuurclassificaties voor klepmaterialen en -klassen
• NACEMR0175/ISO 15156: Vereist wanneer de klep wordt blootgesteld aan zuur (H2S-bevattend) gebruik

Kleppen gebouwd volgens API 599 moeten een shell-test doorstaan 1,5 maal de nominale werkdruk en een stoeltest bij nominale druk, met maximaal toelaatbare lekpercentages gedefinieerd door de lekklassentabel van de norm. Exploitanten die plugkleppen specificeren voor pijpleiding- of puthoofdservice moeten altijd bevestigen welke norm van toepassing is op het specifieke installatiepunt, aangezien een klep die alleen is gecertificeerd volgens ASME B16.34 mogelijk niet voldoet aan de API 6D-documentatievereisten voor pijpleidingaansluitingen.

Materialen en drukklassen

Plugkleplichamen die stroomopwaarts worden gebruikt, worden meestal vervaardigd uit koolstofstaal, koolstofstaal op lage temperatuur (LTCS) of roestvrij staal, afhankelijk van de vloeistofcorrosiviteit en de omgevingsomstandigheden. Standaard ASME-drukklassen variëren van Klasse 150 tot klasse 2500 , overeenkomend met een nominale werkdruk van ongeveer 285 psi tot 6.170 psi bij standaardtemperatuur, waarbij deratingcurven worden toegepast naarmate de temperatuur stijgt.

Voor zure putten moeten de behuizings- en bekledingsmaterialen voldoen aan de NACE MR0175/ISO 15156 hardheids- en metallurgielimieten om sulfidespanningsscheuren te voorkomen, wat doorgaans beperkt is tot lichaamsmaterialen tot specifieke koolstofstaalsoorten met een lage hardheid of corrosiebestendige legeringen.

Waar plugkleppen worden gebruikt in stroomopwaartse systemen

Plugkleppen zijn overal in het stroomopwaartse stroompad te vinden, van de boorput tot aan de verzamel- en verwerkingsfaciliteiten. Gemeenschappelijke installatiepunten zijn onder meer:

• Wellsite-spruitstukken: Het leiden van de stroom tussen productieputten en test- of productieheaders
• Verzamellijnen: Isoleren van pijpleidingsegmenten voor onderhouds- of pigging-werkzaamheden
• Geproduceerde watersystemen: Hanteren van schurend, met vaste stoffen beladen water met excentrische plugontwerpen
• Testscheiders: Plugkleppen met meerdere poorten die de stroom schakelen tussen meerdere bronstromen
• Chemische injectieskids: Nauwkeurige aan/uit-regeling van corrosieremmers en andere behandelingschemicaliën

In het bijzonder bij testspruitstuktoepassingen wordt de voorkeur gegeven aan plugkleppen omdat hun kwartslagbediening operators in staat stelt een put binnen enkele seconden van productie- naar teststroom te schakelen, zonder de multi-turn vertraging die gepaard gaat met schuifafsluiters - een betekenisvol voordeel bij het uitvoeren van frequente puttests over een pad met meerdere putten.

Hoe u de juiste plugklep selecteert voor upstreamservice

Het kiezen van de juiste plugklep vereist dat het ontwerp en de materialen van de klep worden afgestemd op de specifieke vloeistofkarakteristieken en drukomstandigheden op het installatiepunt, in plaats van standaard te kiezen voor één enkele standaardconfiguratie voor het hele veld.

Selectiechecklist

1. Identificeer het vloeistoftype (schoon gas, geproduceerd water met vaste stoffen of meerfasige stroming) om te bepalen of een standaard, excentrisch of gesmeerd plugontwerp geschikt is
2. Bevestig de nominale werkdruk en selecteer een ASME-klasse met voldoende marge boven de maximaal verwachte werkdruk
3. Controleer op zure servicevereisten en specificeer materialen die voldoen aan NACE MR0175/ISO 15156 als H2S aanwezig is
4. Bepaal de cyclusfrequentie – toepassingen met een hoge cyclus, zoals testspruitstukken, profiteren van niet-gesmeerde mofontwerpen die herhaalde injectie van afdichtmiddel voorkomen
5. Controleer of het type eindverbinding (met flens, schroefdraad of gelast) overeenkomt met de bijpassende leidingen
6. Bepaal de bedieningsmethode: handmatige hendel voor onregelmatige bediening, of pneumatische/elektrische bediening voor op afstand of automatisch schakelen van verdeelstukken

Bijvoorbeeld een geproduceerde waterleidingdragende fijn zand bij 600 psi zou normaal gesproken vragen om een excentrische plugafsluiter met PTFE-versterkte zitting om erosieve slijtage te weerstaan, terwijl een schone gasverzamelleiding bij vergelijkbare druk tegen lagere kosten een standaard niet-gesmeerde schuifplugklep zou kunnen gebruiken.

Onderhoudspraktijken die de levensduur verlengen

Plugafsluiters vergen over het algemeen minder onderhoud dan schuifafsluiters, maar omstandigheden stroomopwaarts – zandproductie, kalkaanslag en blootstelling aan H2S – vereisen nog steeds een gestructureerd onderhoudsprogramma om voortijdig falen te voorkomen.

• Voor gesmeerde plugkleppen moet het afdichtmiddel opnieuw worden geïnjecteerd met de door de fabrikant aanbevolen intervallen om de integriteit van de afdichting te behouden
• Inspecteer de huls- of stoelvoeringen periodiek op erosie, vooral bij gebruik met vaste stoffen
• Controleer of het bedrijfskoppel niet significant is toegenomen, wat kan duiden op kalkaanslag of het vastlopen van de plug
• Voer periodieke lekkagetests uit om te bevestigen dat de klep nog steeds voldoet aan de nominale lekkageklasse
• Controleer de werking van de aandrijving en de lucht-/hydraulische toevoerleidingen op geautomatiseerde plugkleppen die worden gebruikt op afgelegen locaties met verdeelstukken

Veel operators plannen elke keer een volledige klepinspectie en hercertificering 2 tot 3 jaar voor testspruitstukkleppen met hoge cyclus, en dichter bij 5 jaar voor isolatiekleppen met een lagere cyclus in verzamelleidingen, waarbij het interval wordt aangepast op basis van waargenomen slijtagesnelheden en geproduceerde vloeistofeigenschappen op elke specifieke locatie.