Processo upstream: produzione

Apparecchiature per l'intervento sul pozzo / Unità coiled tubing

Pratiche e versatili, le unità di coiled tubing (CTU) sono un tipo di attrezzatura per l'intervento sui pozzi con molte applicazioni:

• Spazzatura e pulizia meccanica e chimica
• Foratura e fresatura
• Cementazione
• Trippin (rimozione e sostituzione di una sezione della sonda di perforazione)
• Fishing (recupero di oggetti nel pozzo)
• Fratturazione idraulica e rfratturazione
• Avvio o riattivazione della produzione

Le centraline idrauliche forniscono la potenza necessaria per controllare il macchinario di sollevamento (gru, collo d'oca), srotolare il tubo, spingerlo nel pozzo con un gruppo di iniettori e riavvolgere il tubo. Dalla cabina di comando, gli operatori manovrano le apparecchiature meccaniche e di controllo della pressione (PCE). I dispositivi di misura su una CTU includono sensori di pressione e temperatura sulla centralina idraulica, trasduttori di forza sulla testa dell'iniettore e manometri nella cabina di controllo

Testa di pozzo con albero di Natale

Una testa pozzo è il sistema di stub, bobine e adattatori da cui è sospesa la custodia della sonda e scorre il petrolio/gas greggio. Conosciuta anche come tubing head, questa apparecchiatura svolge un'altra importante funzione: contenere il fluido del pozzo pressurizzato (effluente).

Una disposizione di valvole, raccordi e strozzatori è generalmente montata sulla parte superiore della testa pozzo. Chiamato albero di Natale per il modo in cui si ramificano i suoi vari componenti, questo sistema funziona come un rubinetto complesso che consente di controllare e reindirizzare il flusso degli effluenti verso tubi e serbatoi.

I manometri meccanici per applicazioni heavy-duty monitorano la pressione sull'involucro, sui tubi, sulla linea di portata e su altri punti dell'apparecchiatura. I trasmettitori di pressione elettronici e i trasmettitori di processo utilizzati su un albero di Natale, devono essere omologati come a sicurezza intrinseca o come antideflagranti affinché il sito di produzione rimanga sicuro.

Sistema di pompaggio a ventosa

Comunemente chiamate martinetti a pompa, cavalli petroliferi o torri petrolifere, le pompe a ventosa punteggiano il paesaggio delle aree ricche di petrolio. Il meccanismo è semplice ed efficace: una manovella, azionata dal motore principale (motore elettrico), muove il braccio di leva (composto dalla trave e da una testa di cavallo a un'estremità) su e giù. Un'asta a ventosa levigata, attaccata alla testa del cavallo e infilata attraverso una barra di supporto, viene inserita attraverso la testa del pozzo e lungo tutta la lunghezza del tubo. (Più profondo è il pozzo, più lunga sarà l'asta di perforazione e, quindi, più grande il cavallo petrolifero.) L'asta a ventosa aspira lentamente il fluido del pozzo, grazie ad un sistema di valvole apri-chiudi all'estremità dell'asta di perforazione e alla parte inferiore della custodia. Alla testa del pozzo, il fluido viene deviato verso una linea di flusso e quindi convogliato in un serbatoio di contenimento per il successivo trasporto.

Un manometro sulla testa del pozzo e un trasmettitore di pressione sulla linea di flusso consentono agli operatori di monitorare e controllare l'effluente pompato. Un sensore di inclinazione sui walking beam traccia il movimento e la posizione dell'asta lucidata, mentre una cella di carico appositamente progettata sulla barra di trasporto monitora la forza subita dall'asta lucidata durante la sua corsa verso l'alto. Queste informazioni, registrate su schede dinamometriche, vengono utilizzate per analizzare le condizioni di pompaggio del fondo pozzo e l'efficienza del gruppo asta aspirante.

Sistema di sollevamento a pistone

Il calo della produzione fa parte del ciclo naturale di un pozzo, ma diversi fattori possono accelerarne il declino. Uno di questi fattori è il carico di liquidi. Il fluido presente nei pozzi è una combinazione di gas naturale e liquido. La portata critica del gas (CFR) è la velocità minima alla quale deve viaggiare per sollevare il liquido di riserva. Al di sotto del CFR, il pozzo inizia a caricarsi. Se il fondo liquido del pozzo non viene rimosso, la produzione diminuisce e alla fine si fermerà del tutto.

Installato idealmente prima che il caricamento sia un problema serio, un sollevatore a stantuffo è una soluzione economica per i pozzi verticali. L'unica energia richiesta da questo sistema meccanico può provenire da un piccolo pannello solare. L'installazione inizia posizionando ammortizzatore, utilizzando un'unità di tubi a spirale, sul fondo della tubazione del pozzo verticale; nella parte superiore della testa pozzo è presente un ingrassatore che alloggia lo stantuffo ad azione libera. Quando il controller elettronico rileva che è in corso il caricamento, chiude la valvola motore per arrestare il flusso nel tubo. Questa azione rilascia lo stantuffo, che cade attraverso lo strato di liquido (slug) per appoggiarsi sul paraurti. Poiché il pozzo è ora chiuso, la pressione aumenta all'interno; quando la pressione raggiunge un livello predeterminato, la valvola motore si riapre. Questo improvviso cambiamento di pressione solleva lo stantuffo, che spinge il residuo verso l'alto e fuori dal pozzo. Lo stantuffo ritorna quindi verso lo sgrassatore, attivando il sensore di arrivo per aprire la valvola del motore che consente al gas di fluire nuovamente. Il ciclo viene ripetuto automaticamente ogni volta che il controller rileva che è in corso il caricamento.

I sistemi di sollevamento dello stantuffo si basano su sensori e manometri di pressione per rilevare la quantità di pressione del gas naturale nel case o e nei tubi al fine di ottimizzare l'uso dello stantuffo. Data la presenza di fumi di gas esplosivi è necessario utilizzare trasduttori di pressione a sicurezza intrinseca o antideflagranti.

Sistema di pompe a cavità progressiva (PCP)

Quasi tutti i pozzi oil & gas possono usufruire di una piccola spinta, soprattutto quelli maturi la cui portata si sta riducendo gradualmente. Un modo per aumentare la produttività in un pozzo verticale o deviato è l'utilizzo di una pompa a cavità progressiva (PCP), nota anche come pompa a cavità progressiva o pompa a vite.

Questo sistema di sollevamento artificiale è costituito da un rotore metallico di forma elicoidale (spazio positivo) inserito all'interno di uno statore in elastomero (spazio negativo). Il rotore, che è come l'ingranaggio interno, ruota all'interno dello statore stazionario, che agisce come un ingranaggio esterno fisso. Il fluido entra nell'estremità di aspirazione e occupa lo spazio tra il rotore e lo statore. Durante il funzionamento della pompa, il lobo del rotore entra in contatto con il lobo dello statore, creando una cavità sigillata ad ogni giro. Il fluido viene quindi progressivamente riportato in superficie attraverso la testa pozzo. Grazie alle cavità, i sistemi PCP possono gestire olio viscoso, sabbia e altri materiali solidi comuni nella fratturazione idraulica.

Il monitoraggio e il controllo della superficie, eseguiti con manometri e trasmettitori di pressione a sicurezza intrinseca o antideflagrante, consentono di ottimizzare questo sistema di sollevamento artificiale.

Sistema di sollevamento a gas

Alcuni pozzi petroliferi presentano una lenta portata a causa del caricamento del liquido. In un pozzo verticale, un sollevamento a stantuffo può eliminare meccanicamente questo residuo liquido; i pozzi orizzontali in cui il fluido scorre male possono beneficiare di un sistema di sollevamento artificiale basato sul gas.

Un sistema di sollevamento del gas imita il sollevamento naturale integrando il gas di formazione con una fonte esterna. Innanzitutto, una serie di mandrini (cilindri cavi) con valvole vengono installati lungo l'esterno della tubazione a diverse profondità. Quindi, il gas ad alta pressione proveniente dal gruppo compressore viene iniettato nell'anello (spazio tra la tubazione interna e la stringa dell'involucro esterno). Quando il gas di iniezione incontra ciascun mandrino, la valvola della bombola si apre per consentirgli di entrare nel tubo; allo stesso tempo, la valvola prima si chiude. Una volta all'interno, il gas si mescola con il liquido (riducendone la densità) e fa “ribollire” il fluido del pozzo. Dopo che questa emulsione raggiunge la superficie, l'unità separa la porzione liquida, comprime il gas rimanente e lo inietta nuovamente nel pozzo fino al raggiungimento del sollevamento, a quel punto il gas sollevato viene deviato alle vendite.

Un sistema di sollevamento del gas comprende porte di ingresso (aspirazione) e uscita (scarico), un motore, depuratori per rimuovere l'umidità residua dal gas e cilindri di compressione. Manometri, trasmettitori di pressione e termoresistenze sugli scrubber consentono agli operatori di monitorare e controllare le fasi di compressione. Gli indicatori di livello indicano il livello del liquido di olio e acqua all'interno di un serbatoio, mentre un livellostato a galleggiante magnetico monitora il livello dei fluidi in questi depuratori.

Separatori a 3 fasi

I tre componenti principali degli effluenti dei pozzi (acqua, petrolio e gas naturale) si depositano naturalmente da soli, poiché l’acqua è più pesante del petrolio, che a sua volta è più pesante del gas. Ciò che fa un separatore trifase è accelerare e controllare questo processo in modo che l'acqua possa essere rimossa dall'emulsione e gli idrocarburi separati possano essere convogliati alle rispettive destinazioni e venduti.

Esistono diversi tipi di separatori trifase e ciascuno ha componenti interni diversi per la separazione e il controllo dell'interfaccia. In generale, sia in un separatore orizzontale che verticale, l'emulsione entra nella vasca e colpisce un deviatore di ingresso; questa azione rompe la tensione superficiale del liquido per favorire il rilascio del gas. La parte liquida si deposita quindi nella metà inferiore del serbatoio, dove si separa naturalmente in olio e acqua. Un controllore di livello su questa interfaccia liquido-liquido segnala a una valvola di scarico di rilasciare l'acqua secondo necessità per mantenere la corretta altezza dell'interfaccia. Un altro controllore di livello indica alla valvola di scarico dell'olio quando aprirsi e chiudersi per mantenere il livello dell'olio corretto. Nel frattempo, il gas sale verso la parte superiore del serbatoio, passa attraverso un dispositivo riduttore di condensa ed esce attraverso la valvola di controllo superiore, che serve anche a mantenere una pressione costante nel serbatoio. Un ingresso, tre uscite.

I sensori di livello sulle interfacce olio-acqua e olio-gas aprono e chiudono le valvole di scarico. I manometri misurano la pressione dell'olio quando esce dal separatore ed entra nella tubazione, mentre i trasmettitori di pressione a sicurezza intrinseca o antideflagrante controllano la valvola di uscita del gas. I termometri bimetallici e i sensori RTD consentono di monitorare la temperatura all'interno del serbatoio e della linea di uscita del gas. I riduttori di pressione sonica vengono utilizzati per proteggere le valvole durante la depressurizzazione del gas.

Serbatoi di additivi chimici

Durante tutta la fase di produzione, le sostanze chimiche vengono aggiunte nel pozzo, alla testa del pozzo, prima o durante la separazione e nei serbatoi di stoccaggio. I motivi per trattare bene i fluidi ed il greggio sono molteplici:

• Inibisce incrostazioni e depositi
• Demulsionare l'effluente
• Ridurre la formazione di schiuma
• Incoraggiare la flocculazione delle goccioline d'olio
• Prevenire la corrosione e il congelamento
• Uccidere alghe, funghi e batteri
• Migliorare il flusso degli idrocarburi viscosi (paraffina, asfalto, ecc.)
• Ridurre la resistenza nelle tubazioni

I serbatoi per additivi chimici richiedono un sistema di indicatori di livello, sensori di livello, manometri e trasmettitori di pressione. Questi strumenti per applicazioni heavy-duty aiutano i produttori di petrolio e gas a monitorare le condizioni all'interno di recipienti e tubazioni per ottenere processi efficienti.

Serbatoi di produzione

I serbatoi di produzione costituiscono l'ultima fase del processo upstream nel settore oil & gas. Dopo che gli effluenti del pozzo passano attraverso un separatore trifase, i componenti principali vengono convogliati in enormi serbatoi di contenimento in attesa del trattamento e dello smaltimento (per l'acqua prodotta) o della vendita alle società midstream (per petrolio e gas naturale).

La misura del livello è essenziale in questi serbatoi di stoccaggio di olio e acqua, monitorandone il volume al fine di:

• Determinare e gestire l'inventario
• Calcolare le esigenze di trasporto
• Prevenire condizioni di overflow

I trasmettitori di pressione immergibili (sonde di livello) consentono ai produttori di monitorare accuratamente i livelli delle loro risorse vendibili. I trasduttori a sicurezza intrinseca offrono una protezione aggiuntiva in applicazioni pericolose, mentre una custodia in acciaio inox con elevato grado di protezione garantisce l'affidabilità dello strumento a lungo termine. Per una maggiore stabilità e protezione contro turbolenze e intasamenti, utilizzare un WIKA LevelGuard^TM con il sensore di pressione immergibile.

Ciminiera

Durante la produzione, l'obiettivo è catturare e vendere quante più risorse naturali possibile. Tuttavia, per ragioni logistiche e di sicurezza, parte del gas estratto deve essere gestito in altri modi. Un metodo per ridurre la pressione in eccesso che occasionalmente si accumula nelle apparecchiature è lo sfiato, che però crea inquinamento atmosferico. Il flaring, che è la combustione controllata del metano e dei composti organici volatili (COV) nei gas di scarico, è molto preferibile al venting poiché distrugge ≥98% del metano e dei COV prima di entrare nell'atmosfera.

Una ciminiera è un sistema relativamente semplice. Il flusso del gas di scarico entra nel separatore diretto, creando una caduta di pressione che rimuove l'umidità e la condensa dal gas; questo passaggio è necessario in quanto la combustione di idrocarburi liquidi crea una situazione pericolosa per le persone, le attrezzature e l'ambiente. Il gas privo di condensa entra quindi nel collettore e risale lo stretto camino della ciminiera. Nella parte superiore c'è una punta con una fiamma pilota sotto di essa per accendere il gas di scarico.

I sistemi di combustione del gas richiedono un assortimento di sensori per funzionare in modo sicuro ed efficiente. Gli indicatori di livello e i livellostati a galleggiante nei separatori servono a controllare e monitorare la quantità di fluidi nei serbatoi. Termocoppie, pozzetti termometrici (compresi quelli in esecuzione ScrutonWell®) e trasmettitori di temperatura alla base e alla punta della ciminiera aiutano a garantire che il gas e la fiamma siano sufficientemente caldi da convertire completamente gli idrocarburi rimanenti in acqua e CO₂. La misura di portata massica tramite un misuratore di portata ad ultrasuoni è possibile anche quando la composizione del gas cambia durante il funzionamento. Il corpo del flow meter può essere personalizzato in base alla classe della tubazione applicabile.

Calibrazione e servizi di taratura

Siete alla ricerca di uno strumento di calibrazione adatta alle vostre applicazioni? Date un'occhiata alla nostra ampia gamma di calibratori. Usa il nostro servizio di taratura per le misura di pressione, temperatura, forza, portata e segnali elettrici. così come per gli strumenti di misura del gas SF6. Tariamo i vostri strumenti campione e le vostre apparecchiature di prova indipendentemente dai produttori nei nostri laboratori di taratura accreditati ISO 17025 o direttamente presso la vostra sede. Grazie alle nostre squadre di esperti globale siamo a portata di mano. Nel caso in cui uno strumento si guasti, saremo lieti di supportarvi con la nostra esperienza di riparazione e di far funzionare nuovamente i vostri strumenti.

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Servizio per separatori a membrana: sostizuzione, riparazione e ottimizzazione

Grazie al servizio di riparazione dei separatori a membrana WIKA, i costi totali del sistema con separatore a membrana possono essere ridotti in modo significativo. WIKA offre il servizio di sostituzione sia per i propri sistemi con separatore a membrana, sia per quelli di altri costruttori riconosciuti. A seconda del tipo di applicazione, la durata del trasmettitore da processo è maggiore di quella delle parti a contatto con il fluido. Pertanto solo in rari casi i sistemi con separatore a membrana difettosi devono essere sostituiti completamente, compreso il trasmettitore da processo. Riutilizzando il trasmettitore da processo, WIKA offre un pacchetti servizi con evidente risparmio dei costi.

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Grazie ai competenti ed esperti Centri Assistenza WIKA siamo lieti di supportarvi con numerosi altri servizi, oltre ai corsi di formazione. Rivolgiti al referente responsabile della tua zona.