درخت کریسمس نفت و گاز چیست - و چرا برای عملیات چاه حیاتی است؟

درخت کریسمس نفت و گاز دقیقا چیست؟

در صنعت نفت، اصطلاح درخت کریسمس نفت و گاز - اغلب به "X-mas tree" یا به سادگی "درخت" کوتاه می شود - به بسته تجهیزات تخصصی اطلاق می شود که پس از تکمیل چاه و آماده شدن برای تولید در بالای محفظه سر چاه قرار می گیرد. رابط نهایی بین مخزن زیرزمینی و تأسیسات تولید سطحی را تشکیل می دهد.

درخت کریسمس یک هدف دوگانه دارد: یک مجرای مهر و موم شده برای هیدروکربن های تولید شده برای جریان ایمن به سیستم خط لوله سطحی، و به اپراتورها ابزار مکانیکی برای بستن، خفه کردن، نظارت و هدایت جریان چاه بدون ورود به خود چاه را می دهد.

چه چاه در خشکی باشد چه در دریا، عمودی یا افقی، کم فشار یا پرفشار، نوعی از درخت کریسمس سر چاه همیشه در مرحله تولید چرخه حیات چاه وجود خواهد داشت.

چرا به آن درخت کریسمس می گویند؟

نام مستعار "درخت کریسمس" به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد، زمانی که کارگران میدان نفتی در مرزهای تگزاس و اوکلاهاما به شباهت بصری بین تجهیزات و درخت تزئین شده تعطیلات اشاره کردند. شیر اصلی عمودی مانند یک تنه قرار می گیرد، دریچه های بال افقی مانند شاخه ها گسترش می یابند، و فشارسنج ها و چوک ها مانند زیور آلات از مجموعه آویزان می شوند.

این نام در طول بیش از یک قرن تکامل تکنولوژیک باقی مانده است و از انتقال از شیرهای دروازه ای چرخ دستی ساده به سیستم های درخت کریسمس زیردریایی کنترل شده با کامپیوتر امروزی جان سالم به در برده است. در مکالمات صنعتی و اسناد فنی رسمی به طور یکسان، این اصطلاح به طور جهانی قابل درک است.

اجزای اصلی درخت کریسمس در نفت و گاز

الف روغن و گاز درخت کریسمس مونتاژ از چندین جزء مجزا تشکیل شده است که هر کدام عملکرد خاصی در کنترل فشار و مدیریت جریان دارند:

1. شیر اصلی (پایین و بالا)

را شیر اصلی دروازه خاموش کننده اولیه برای کل چاه است. اکثر درختان کریسمس دارای دو دریچه اصلی هستند - الف شیر اصلی پایین (LMV) و یک شیر اصلی فوقانی (UMV) - برای ارائه قابلیت جداسازی اضافی. اگر یکی از کار بیفتد، دیگری می تواند حاوی فشار سوراخ چاه باشد.

2. شیرهای بال (تولید و کشتن)

انشعاب افقی از سوراخ اصلی، شیر بال تولیدی جریان به منیفولد خط لوله را کنترل می کند، در حالی که دریچه بال را بکش برای عملیات مداخله چاه استفاده می شود. آنها با هم، مدیریت مسیر جریان انعطاف پذیر را به اپراتور می دهند.

3. شیر خفه کردن

شاید فعال ترین مؤلفه از نظر عملیاتی، دریچه خفه کن برای تنظیم نرخ تولید و فشار پایین دست، دهانه جریان را محدود یا گسترش می دهد. در چاه های با نرخ بالا، یک چوک قابل تنظیم به اپراتورها اجازه می دهد تا تولید را بدون بی ثبات کردن مخزن بهینه کنند. چوک ها در معرض فرسایش قابل توجهی هستند و به طور معمول بازرسی و تعویض می شوند.

4. قرقره سر لوله

این به عنوان انتقال مکانیکی بین سیستم پوشش سر چاه و بدنه درخت کریسمس عمل می کند. لوله تولید را لنگر می‌اندازد و یک نقطه دسترسی حلقوی مهر و موم شده را فراهم می‌کند.

5. فشارسنج ها و مبدل ها

نظارت بر فشار در هر چاه تولیدی مستمر است. سنج ها و مبدل های الکترونیکی نصب شده بر روی درخت کریسمس فشار لوله، فشار پوشش و فشار حلقوی را در زمان واقعی اندازه گیری می کنند و داده ها را برای پاسخ خودکار یا دستی به اتاق های کنترل می رسانند.

6. شیر تاجی

دریچه تاجی که در قسمت بالایی قرار دارد، دسترسی به ابزارهای مداخله ای با سیم یا لوله های سیم پیچ را فراهم می کند. فقط در طول عملیات چاه باز می شود و در طول تولید عادی بسته می ماند.

انواع درخت کریسمس مورد استفاده در نفت و گاز

نه همه درخت کریسمس نفت و گاز یکسان هستند. آنها بر اساس محیط چاه، رتبه بندی فشار، پیکربندی و روش کنترل متفاوت هستند. درک تمایزات برای مهندسان تدارکات، متخصصان تکمیل و ناظران میدانی مهم است.

درخت کریسمس معمولی (عمودی).

را درخت کریسمس معمولی درخت کریسمس عمودی نیز نامیده می شود، پیکربندی سنتی است که در خشکی و در چاه های کم عمق دریایی استفاده می شود. شیرهای اصلی، شیرهای بال و چوک به صورت عمودی بالای قرقره سر لوله قرار می گیرند. آویز لوله در داخل محفظه سر چاه قرار می گیرد و درخت به سادگی در بالای آن پیچ می شود. این طرح برای نصب و نگهداری ساده تر است و به طور گسترده در عملیات های نفت و گاز زمینی در سطح جهان استفاده می شود.

درخت کریسمس افقی

در یک درخت کریسمس افقی آویز لوله در داخل بدنه درخت قرار دارد تا در محفظه سر چاه. این طرح به درخت اجازه می دهد تا قبل از اجرای لوله تولید روی سر چاه نصب شود، که در عملیات آب های عمیق که زمان دکل بسیار گران است، سودمند است. درختان افقی به صورت عمودی فشرده تر هستند و دسترسی عالی را برای مداخله چاه در آینده ارائه می دهند.

درخت کریسمس زیر دریا

الف درخت کریسمس زیر دریا برای کار بر روی بستر دریا در محیط های آب های عمیق و فوق عمیق، اغلب در اعماق بیش از 3000 متر طراحی شده است. این درختان از راه دور از طریق سیستم های کنترل هیدرولیک یا الکترو هیدرولیک متصل به یک کشتی سطحی یا واحد تولید شناور اداره می شوند. درختان زیر دریا باید در طول عمر طراحی 20 تا 25 سال، فشار شدید هیدرواستاتیک، دمای نزدیک به انجماد و آب دریا خورنده را تحمل کنند. آنها نشان دهنده برخی از پیچیده ترین مهندسی در بخش تجهیزات نفت و گاز هستند.

درخت کریسمس برقی (درخت تمام برقی)

را درخت کریسمس تمام برقی یک فناوری نوظهور است که در آن محرک های هیدرولیکی به طور کامل با محرک های الکتریکی جایگزین می شوند. این امر پیچیدگی و خطر نشت مایع هیدرولیک در بستر دریا را کاهش می دهد و امکان فعال سازی سریعتر و دقیق تر دریچه را فراهم می کند. سیستم‌های تمام الکتریکی با فشار صنعت به سمت عملیات‌های با کربن پایین‌تر و یکپارچه‌تر دیجیتالی هماهنگ هستند.

درخت کریسمس چگونه در تولید نفت و گاز کار می کند؟

در طول تولید عادی، مسیر جریان از طریق درخت کریسمس نفت و گاز سرراست است سیالات مخزن - مخلوطی از نفت خام، گاز طبیعی، آب و گاهی اوقات ماسه - از طریق لوله تولید به سمت بالا حرکت می کنند و در قرقره سر لوله وارد درخت کریسمس می شوند.

را fluid first passes through the lower and upper master valves (both open during normal operation) before reaching the production wing valve, which diverts the flow horizontally into the choke valve. The choke reduces the pressure from wellhead shut-in pressure to a lower operating pressure compatible with the downstream separator and pipeline system.

را key production control steps include:

• شروع جریان: دریچه های اصلی به صورت متوالی باز می شوند (پایین و سپس بالا) تا مایعات سوراخ چاه وارد بدن درخت شوند.
• تنظیم نرخ: را choke is adjusted to achieve the target production rate and maintain stable wellbore conditions.
• نظارت بر فشار: گیج ها به طور مداوم فشار لوله و پوشش را نشان می دهند. اگر فشار از حد از پیش تعیین شده فراتر رفت، سیستم های ایمنی خودکار می توانند خاموش شوند.
• خاموشی اضطراری (ESD): شیرهای خاموش کننده ایمنی - معمولاً شیرهای ایمنی کنترل شده با سطح (SCSSV) همراه با شیرهای درختی سطحی - در پاسخ به سیگنال های اضطراری مانند آتش سوزی، پارگی خط یا فشار بیش از حد، به طور خودکار بسته می شوند.
• دسترسی به مداخله چاه: هنگامی که شیر تاجی باز می شود (با دریچه های اصلی و بال بسته)، ابزارهای سیم کشی را می توان برای عملیات ورود به سیستم، سوراخ کردن یا تعمیر وارد لوله کرد.

طبقه بندی مواد و فشار برای درختان کریسمس نفت و گاز

انتخاب مواد برای درخت کریسمس در نفت و گاز توسط ترکیب مایع خاص چاه، دما و رژیم فشار دیکته می شود. مواد متداول عبارتند از:

• فولاد کربنی (الفISI 4130, 4140): رایج ترین برای درختان خشکی با خدمات استاندارد. نسبت قدرت به هزینه عالی
• فولاد کم آلیاژ: مورد استفاده در چاه های سرویس ترش (حاوی H2S) مطابق با استانداردهای NالفCE MR0175 / ISO 15156.
• فولاد ضد زنگ دوبلکس و فوق دوبلکس: برای چاه های بسیار خورنده با غلظت کلرید بالا ترجیح داده می شود که در کاربردهای زیر دریا رایج است.
• آلیاژهای نیکل (Inconel 625, 718): الفpplied in the most extreme service conditions — high temperature, high pressure (HTHP), and highly corrosive fluids.

رتبه بندی فشار برای درختان کریسمس توسط API 6A (برای درختان سطحی) و API 17D (برای درختان زیر دریا) کنترل می شود. طبقات استاندارد فشار کاری از 2000 psi تا 20000 psi با کلاس های دما از -75 درجه فارنهایت تا 350 درجه فارنهایت (60- تا 177 درجه سانتیگراد).

درختان کریسمس خشکی در مقابل ساحل: تفاوت های کلیدی

تعمیر و نگهداری و بازرسی درخت کریسمس نفت و گاز

بازرسی و نگهداری منظم از الف درخت کریسمس در نفت و گاز این عملیات اختیاری نیست - توسط نهادهای نظارتی مانند اداره ایمنی و اجرای محیط زیست (BSEE) در ایالات متحده و مقامات ملی معادل در جاهای دیگر موظف است. فعالیت های اصلی تعمیر و نگهداری عبارتند از:

• تست عملکرد سوپاپ: هر شیر برای بسته شدن کامل و یکپارچگی فشار به صورت برنامه ریزی شده آزمایش می شود - معمولاً هر سه ماه یکبار برای شیرهای ایمنی سطحی و سالانه برای شیرهای اصلی.
• بازرسی و تعویض خفگی: چوک دانه ها و صندلی ها از نظر فرسایش بررسی می شوند، به ویژه در شرایط شنی یا جریان با سرعت بالا. چوک های فرسوده باعث کنترل نادرست فشار می شود و می تواند منجر به حوادث کنترل خوبی شود.
• کالیبراسیون گیج فشار: گیج ها به طور مرتب کالیبره می شوند تا از خوانش دقیق اطمینان حاصل شود. گیج های معیوب می توانند مشکلات در حال توسعه چاه را پنهان کنند.
• تعویض مهر و موم و واشر: واشرهای حلقه در اتصالات فلنج برای یکپارچگی نشتی در طول هر خاموشی برنامه ریزی شده بررسی می شوند.
• پایش خوردگی: ضخامت دیوار با استفاده از دستگاه‌های تست اولتراسونیک (UT) اندازه‌گیری می‌شود، به‌ویژه برای چاه‌های ترش یا آب برش زیاد که مستعد خوردگی داخلی هستند.

استانداردهای صنعت حاکم بر درختان کریسمس نفت و گاز

را design, manufacture, testing, and installation of christmas tree oil and gas equipment is governed by rigorous international standards:

• الفPI 6A — Wellhead and Tree Equipment: را foundational standard covering surface wellheads and christmas trees. Specifies pressure ratings, material classes, temperature classes, and testing requirements.
• الفPI 17D — Subsea Wellhead and Tree Equipment: الزامات API 6A را به طور خاص برای برنامه‌های کاربردی زیر دریا، از جمله رابط‌های رابط، پانل‌های دسترسی ROV، و پیکربندی‌های پورت آزمایشی گسترش می‌دهد.
• NACE MR0175 / ISO 15156: الزامات مواد برای تجهیزات در محیط های سرویس H2S (گاز ترش) برای جلوگیری از ترک خوردگی استرس سولفید.
• ISO 10423: را international equivalent of API 6A, used in non-American markets.
• الفPI 17TR8: الف technical report covering high pressure high temperature (HPHT) subsea equipment, applicable to next-generation ultra-deepwater developments.

سوالات متداول: درختان کریسمس نفت و گاز

نتیجه گیری: نقش اصلی درخت کریسمس در عملیات نفت و گاز

را درخت کریسمس نفت و گاز بسیار بیشتر از یک قطعه تجهیزات با نام های رنگارنگ است. این مرکز عصبی عملیاتی هر چاه تولیدی است - سیستمی که تولید هیدروکربن ایمن، کنترل‌شده و از نظر اقتصادی کارآمد را ممکن می‌سازد. درختان کریسمس از یک مجموعه دریچه دروازه خشکی ساده گرفته تا یک سیستم زیردریایی با درجه بندی 20000 psi و کنترل از راه دور با وزن صدها تن، طیفی از پیچیدگی های مهندسی را نشان می دهند که با نیازهای تولید نفت و گاز مدرن مطابقت دارد.

درک اجزاء، انواع، درجه بندی فشار، مواد و الزامات نگهداری سرچاه درخت کریسمس سیستم ها برای هر کسی که در زمینه تکمیل چاه، مهندسی تولید، مهندسی زیر دریا یا تهیه تجهیزات میدان نفتی کار می کند، دانش ضروری است. همانطور که صنعت به سمت مخازن عمیق‌تر، داغ‌تر و با فشار بالاتر حرکت می‌کند - و همانطور که روندهای دیجیتال و برق‌سازی طراحی تجهیزات را تغییر می‌دهند - درخت کریسمس به تکامل خود ادامه خواهد داد، اما نقش اساسی آن به عنوان نگهبان یکپارچگی چاه و کنترل تولید بدون تغییر باقی می‌ماند.