Produzione di petrolio nei giacimenti petroliferi
Come funzionano le linee di controllo nei pozzi?
Le linee di controllo consentono la trasmissione di segnali, consentono l'acquisizione di dati di fondo pozzo e consentono il controllo e l'attivazione di strumenti di fondo pozzo.
I segnali di comando e controllo possono essere inviati da una posizione sulla superficie all'utensile a fondo pozzo nel pozzo.I dati dai sensori di fondo pozzo possono essere inviati ai sistemi di superficie per la valutazione o l'uso in determinate operazioni di pozzo.
Le valvole di sicurezza a fondo pozzo (DHSV) sono valvole di sicurezza sotterranee controllate in superficie (SCSSV) azionate idraulicamente da un pannello di controllo in superficie.Quando la pressione idraulica viene applicata lungo una linea di controllo, la pressione costringe un manicotto all'interno della valvola a scivolare verso il basso, aprendo la valvola.Al rilascio della pressione idraulica, la valvola si chiude.
Le linee idrauliche di fondo pozzo di Meilong Tube sono utilizzate principalmente come condotti di comunicazione per dispositivi di fondo pozzo azionati idraulicamente in pozzi di iniezione di petrolio, gas e acqua, dove sono richieste durata e resistenza a condizioni estreme.Queste linee possono essere configurate su misura per una varietà di applicazioni e componenti di fondo pozzo.
Tutti i materiali incapsulati sono idroliticamente stabili e compatibili con tutti i tipici fluidi di completamento dei pozzi, compreso il gas ad alta pressione.La scelta del materiale si basa su vari criteri, tra cui temperatura del fondo, durezza, resistenza alla trazione e allo strappo, assorbimento d'acqua e permeabilità ai gas, ossidazione, abrasione e resistenza chimica.
Le linee di controllo hanno subito un ampio sviluppo, inclusi test di frantumazione e simulazione di pozzi in autoclave ad alta pressione.I test di schiacciamento in laboratorio hanno dimostrato il carico maggiore sotto il quale i tubi incapsulati possono mantenere l'integrità funzionale, in particolare quando vengono utilizzati "fili del paraurti" a trefoli di filo.
Dove vengono utilizzate le linee di controllo?
★ Pozzi intelligenti che richiedono la funzionalità ei vantaggi di gestione del giacimento dei dispositivi di controllo remoto del flusso a causa dei costi o dei rischi degli interventi o dell'impossibilità di supportare l'infrastruttura di superficie richiesta in una località remota.
★ Ambienti terrestri, piattaforme o sottomarini.
Generazione di energia geotermica
Tipi di piante
Esistono fondamentalmente tre tipi di impianti geotermici utilizzati per generare elettricità.Il tipo di impianto è determinato principalmente dalla natura della risorsa geotermica del sito.
La cosiddetta centrale geotermica a vapore diretto si applica quando la risorsa geotermica produce vapore direttamente dal pozzo.Il vapore, dopo essere passato attraverso i separatori (che rimuovono le piccole particelle di sabbia e roccia) viene inviato alla turbina.Questi sono stati i primi tipi di impianti sviluppati in Italia e negli Stati Uniti Sfortunatamente, le risorse di vapore sono le più rare tra tutte le risorse geotermiche ed esistono solo in pochi luoghi al mondo.Ovviamente gli impianti a vapore non sarebbero applicati a risorse a bassa temperatura.
Gli impianti a vapore istantaneo sono impiegati nei casi in cui la risorsa geotermica produce acqua calda ad alta temperatura o una combinazione di vapore e acqua calda.Il fluido dal pozzo viene inviato a un serbatoio flash dove una parte dell'acqua viene trasformata in vapore e viene diretta alla turbina.L'acqua rimanente viene indirizzata allo smaltimento (solitamente iniezione).A seconda della temperatura della risorsa può essere possibile utilizzare due stadi di flash tank.In questo caso, l'acqua separata nel serbatoio del primo stadio viene convogliata in un serbatoio flash del secondo stadio dove viene separato più vapore (ma a pressione inferiore).L'acqua rimanente dal serbatoio del secondo stadio viene quindi indirizzata allo smaltimento.Il cosiddetto impianto double flash eroga vapore a due diverse pressioni alla turbina.Anche in questo caso, questo tipo di impianto non può essere applicato a risorse a bassa temperatura.
Il terzo tipo di impianto geotermico è chiamato impianto binario.Il nome deriva dal fatto che per azionare la turbina viene utilizzato un secondo fluido a ciclo chiuso anziché il vapore geotermico.La figura 1 presenta uno schema semplificato di un impianto geotermico di tipo binario.Il fluido geotermico viene fatto passare attraverso uno scambiatore di calore chiamato caldaia o vaporizzatore (in alcuni impianti, due scambiatori di calore in serie il primo un preriscaldatore e il secondo un vaporizzatore) dove il calore nel fluido geotermico viene trasferito al fluido di lavoro facendolo bollire .I fluidi di lavoro passati negli impianti binari a bassa temperatura erano refrigeranti CFC (tipo Freon).Le macchine attuali utilizzano idrocarburi (isobutano, pentano ecc.) di refrigeranti di tipo HFC con il fluido specifico scelto per adattarsi alla temperatura della risorsa geotermica.
Figura 1. Centrale geotermica binaria
Il vapore del fluido di lavoro viene inviato alla turbina dove il suo contenuto energetico viene convertito in energia meccanica e consegnato, attraverso l'albero, al generatore.Il vapore esce dalla turbina al condensatore dove viene riconvertito in liquido.Nella maggior parte degli impianti, l'acqua di raffreddamento viene fatta circolare tra il condensatore e una torre di raffreddamento per respingere questo calore nell'atmosfera.Un'alternativa consiste nell'utilizzare i cosiddetti "dry cooler" o condensatori raffreddati ad aria che respingono il calore direttamente nell'aria senza la necessità di acqua di raffreddamento.Questo design elimina sostanzialmente qualsiasi consumo di acqua da parte dell'impianto per il raffreddamento.Il raffreddamento a secco, poiché opera a temperature più elevate (soprattutto nella stagione estiva chiave) rispetto alle torri di raffreddamento, si traduce in una minore efficienza dell'impianto.Il fluido di lavoro liquido dal condensatore viene pompato di nuovo al preriscaldatore/vaporizzatore a pressione più alta dalla pompa di alimentazione per ripetere il ciclo.
Il ciclo binario è il tipo di impianto che verrebbe utilizzato per applicazioni geotermiche a bassa temperatura.Attualmente, le apparecchiature binarie standard sono disponibili in moduli da 200 a 1.000 kW.
FONDAMENTI DI CENTRALE ELETTRICA
Componenti per centrali elettriche
Il processo di generazione di elettricità da una fonte di calore geotermica a bassa temperatura (o dal vapore in una centrale elettrica convenzionale) prevede un processo che gli ingegneri chiamano ciclo Rankine.In una centrale elettrica convenzionale, il ciclo, come illustrato in figura 1, comprende una caldaia, una turbina, un generatore, un condensatore, una pompa dell'acqua di alimentazione, una torre di raffreddamento e una pompa dell'acqua di raffreddamento.Il vapore viene generato nella caldaia bruciando un combustibile (carbone, petrolio, gas o uranio).Il vapore viene fatto passare alla turbina dove, espandendosi contro le pale della turbina, l'energia termica del vapore viene convertita in energia meccanica provocando la rotazione della turbina.Questo movimento meccanico viene trasferito, attraverso un albero, al generatore dove viene convertito in energia elettrica.Dopo essere passato attraverso la turbina, il vapore viene riconvertito in acqua liquida nel condensatore della centrale.Attraverso il processo di condensazione, il calore non utilizzato dalla turbina viene ceduto all'acqua di raffreddamento.L'acqua di raffreddamento viene inviata alla torre di raffreddamento dove il "calore di scarto" del ciclo viene respinto nell'atmosfera.Il vapore condensato viene inviato alla caldaia dalla pompa di alimentazione per ripetere il processo.
In sintesi, una centrale è semplicemente un ciclo che facilita la conversione dell'energia da una forma all'altra.In questo caso l'energia chimica contenuta nel combustibile viene convertita in calore (alla caldaia), quindi in energia meccanica (nella turbina) e infine in energia elettrica (nel generatore).Sebbene il contenuto energetico del prodotto finale, l'elettricità, sia normalmente espresso in unità di wattora o kilowattora (1000 wattora o 1kW-ora), i calcoli delle prestazioni dell'impianto vengono spesso eseguiti in unità di BTU.Conviene ricordare che 1 kilowattora è l'equivalente energetico di 3413 BTU.Una delle determinazioni più importanti su una centrale elettrica è la quantità di energia immessa (combustibile) necessaria per produrre una data uscita elettrica.
Ombelicali sottomarini
Funzioni principali
Fornire potenza idraulica ai sistemi di controllo sottomarini, ad esempio per aprire/chiudere valvole
Fornire energia elettrica e segnali di controllo ai sistemi di controllo sottomarini
Fornire prodotti chimici di produzione per l'iniezione sottomarina su alberi o pozzi
Fornire gas per l'operazione di sollevamento del gas
Per fornire queste funzioni, può includere un ombelicale in acque profonde
Tubi di iniezione chimica
Tubi di alimentazione idraulica
Cavi per segnali di comando elettrici
Cavi elettrici di alimentazione
Segnale in fibra ottica
Tubi di grandi dimensioni per gas lift
Un ombelicale sottomarino è un insieme di tubi idraulici che possono includere anche cavi elettrici o fibre ottiche, utilizzati per controllare le strutture sottomarine da una piattaforma offshore o da una nave galleggiante.È una parte essenziale del sistema di produzione sottomarino, senza il quale non è possibile una produzione di petrolio sottomarino economicamente sostenibile.
Componenti chiave
Assemblea di terminazione ombelicale superiore (TUTA)
Il Topside Umbilical Termination Assembly (TUTA) fornisce l'interfaccia tra l'ombelicale principale e l'apparecchiatura di controllo della parte superiore.L'unità è un involucro autoportante che può essere imbullonato o saldato in una posizione adiacente all'ombelico in un ambiente esposto a rischio a bordo della struttura superiore.Queste unità sono generalmente realizzate su misura in base alle esigenze del cliente in vista della selezione idraulica, pneumatica, di potenza, di segnale, di fibra ottica e dei materiali.
Il TUTA di solito incorpora scatole di derivazione elettriche per i cavi di alimentazione elettrica e di comunicazione, nonché tubi, manometri e valvole di blocco e sfiato per le forniture idrauliche e chimiche appropriate.
(Sottomarino) Assemblea di terminazione ombelicale (UTA)
L'UTA, che si trova sopra un fango, è un sistema elettroidraulico multiplex che consente di collegare molti moduli di controllo sottomarini alle stesse linee di comunicazione, alimentazione elettrica e idraulica.Il risultato è che molti pozzi possono essere controllati tramite un ombelicale.Dall'UTA, i collegamenti ai singoli pozzetti e agli SCM sono realizzati con ponticelli.
Cavi volanti in acciaio (SFL)
I cavi volanti forniscono collegamenti elettrici/idraulici/chimici dall'UTA ai singoli alberi/baccelli di controllo.Fanno parte del sistema di distribuzione sottomarino che distribuisce le funzionalità ombelicali agli obiettivi di servizio previsti.Sono in genere installati dopo l'ombelicale e collegati da ROV.
Materiali ombelicali
A seconda dei tipi di applicazione, sono generalmente disponibili i seguenti materiali:
Termoplastico
Pro: è economico, consegna veloce e resistente alla fatica
Contro: Non adatto per acque profonde;problema di compatibilità chimica;invecchiamento, ecc.
Acciaio inossidabile duplex Nitronic 19D zincato
Professionisti:
Costo inferiore rispetto all'acciaio inossidabile super duplex (SDSS)
Maggiore resistenza allo snervamento rispetto al 316L
Resistenza alla corrosione interna
Compatibile per il servizio di iniezione idraulica e la maggior parte dei prodotti chimici
Qualificato per il servizio dinamico
Contro:
Necessaria protezione anticorrosione esterna: zinco estruso
Preoccupazioni per l'affidabilità delle saldature continue in alcune dimensioni
I tubi sono più pesanti e più grandi dell'equivalente SDSS: problemi di sospensione e installazione
Acciaio inossidabile 316L
Professionisti:
A basso costo
Richiede poca o nessuna protezione catodica per breve durata
Bassa resistenza allo snervamento
Competitivo con il materiale termoplastico per tieback a bassa pressione in acque poco profonde, più economico per una breve durata sul campo
Contro:
Non qualificato per un servizio dinamico
suscettibile alla vaiolatura del cloruro
Acciaio inossidabile super duplex (equivalente alla resistenza al pitting - PRE >40)
Professionisti:
Elevata resistenza significa diametro ridotto, peso leggero per l'installazione e sospensione.
L'elevata resistenza alla tensocorrosione in ambienti clorurati (resistenza al pitting equivalente > 40) significa che non sono necessari rivestimenti o CP.
Il processo di estrusione non comporta saldature di giunzione difficili da ispezionare.
Contro:
È necessario controllare la formazione di fasi intermetalliche (sigma) durante la produzione e la saldatura.
Il costo più alto, i tempi di consegna più lunghi degli acciai utilizzati per i tubi ombelicali
Acciaio al carbonio zincato (ZCCS)
Professionisti:
Basso costo rispetto a SDSS
Qualificato per il servizio dinamico
Contro:
Cucitura saldata
Meno resistenza alla corrosione interna rispetto al 19D
Pesante e di grande diametro rispetto a SDSS
Messa in servizio ombelicale
I nuovi ombelicali installati in genere contengono fluidi di accumulo.I fluidi di stoccaggio devono essere spostati dai prodotti previsti prima di essere utilizzati per la produzione.È necessario prestare attenzione per cercare potenziali problemi di incompatibilità che possono causare precipitati e causare l'ostruzione dei tubi ombelicali.Se si prevede un'incompatibilità è necessario un fluido tampone adeguato.Ad esempio, per mettere in servizio una linea di inibitore dell'asfalteneo, è necessario un solvente reciproco come EGMBE per fornire un tampone tra l'inibitore dell'asfalteneo e il fluido di stoccaggio poiché sono tipicamente incompatibili.