坑口の用途に適した 6A 高圧ゲート バルブ本体を選択するにはどうすればよいですか?

作動圧力から始める: 交渉の余地のない最初のステップ

バルブ本体の定格作動圧力は、以下の圧力以上である必要があります。 予想最大シャットイン坑口圧力 (SIWHP) — 通常の動作圧力ではありません。オペレーターは、予想される坑口流動圧力に対応する定格のバルブ本体を選択することにより、ここでの仕様を過小評価し、坑井の停止または緊急閉鎖中に油層の完全な閉鎖圧力にさらされるだけであることがよくあります。

API 6A では、ゲート バルブ本体の 6 つの標準使用圧力定格が定義されています。

実際的なルール: 計算された SIWHP よりも 1 つ上の標準圧力クラスに定格されたバルブ本体を選択します 。 SIWHP が 8,500 psi の場合は、スプレッドシートの計算で「20% の安全率」が適用された 5,000 psi の本体ではなく、10,000 psi の本体を指定します。

ボアサイズ: 流量要件とダウンホールへのアクセスに適合

ゲート バルブ本体のボアは、次の 2 つの異なる要件に対応する必要があります。 生産流量 そして ダウンホールツール通路 。クリスマス ツリーのマスター バルブとウィング バルブの場合、ボアはワイヤーライン ツール、コイル状チューブ、または修理装置が制限なく通過できる必要があります。

API 6A では、1 13/16 インチから 7 1/16 インチまでの標準公称ボア サイズを指定していますが、すべてのボアがすべての圧力定格で利用できるわけではありません。作動圧力が高くなるほど、必要な本体壁は厚くなり、特定の外囲いサイズにおける最大口径が制限されます。キー選択のガイダンス:

• フルボア設計 : バルブ口径は、接続されたチューブまたはケーシングの ID と正確に一致します。豚の通路、伐採ツール、または穿孔ガンがバルブを通過する必要がある場合はどこでも必要です。マスターバルブは必ずフルボアを指定してください。
• レデュースボア設計 ：呼び径より口径が小さい。工具のアクセスが必要ないウィングバルブおよびキルウィングバルブに使用可能です。レデュースボアボディは、同等の圧力定格において軽量で安価です。
• ボアとチューブのマッチング : 3 1/2 インチのチューブストリング (2.992 インチ ID) の場合、バルブ本体の内径は少なくとも 2.992 インチでなければなりません。標準の最も近いフルボア サイズは公称 3 1/16 インチです。この用途では決して 2 9/16 インチを指定しないでください。

マテリアル クラス: 最も過少指定されたパラメータ

API 6A 材料クラスは、バルブ本体およびすべての圧力保持コンポーネントの基本材料要件を規定します。これは、発注書で最も頻繁に指定不足または誤って指定されるパラメータであり、間違った場合に最も重大な結果をもたらすパラメータです。 材料クラス AA に従って製造され、酸性ガスの供給井に設置されたバルブ本体は、最初の製造から数週間以内に硫化物応力亀裂 (SSC) が発生する可能性があります。

必須のサワーサービス材料クラスのしきい値は次のとおりです。 H₂S 分圧 ≥ 0.05 psia NACE MR0175 で定義されているとおり。ガス流中にわずか 10 ppm H₂S が含まれる坑口操作圧力 5,000 psi では、H₂S 分圧はすでにこのしきい値を超えており、少なくとも材料クラス DD のゲート バルブ本体が必要です。

ボディ構成: T 型接続とクロスボディ接続、および一体型接続とフランジ接続

ゲート バルブ本体の物理的構成によって、ゲート バルブ本体が坑口スタックおよびクリスマス ツリーにどのように統合されるかが決まります。本体構成の選択には 2 つの決定が必要です。

ティーボディ vs. クロスボディ

A ティーボディ 垂直ブランチ上にボンネットを備えた 1 つの貫通ボア軸を備えています。これは、クリスマス ツリーのマスター バルブ、ウィング バルブ、およびスワブ バルブの標準構成です。あ クロスボディ ボンネットの反対側に 4 番目のポートを追加し、特定のマニホールドやテスト構成で使用される両面アクセスを可能にします。クロスボディはかなり重く、高価です。 4 番目のポートが機能的な目的を果たす場合にのみ指定してください。

一体型ボンネットとボルト締めボンネット

ボンネットは、バルブ本体の上部をステムの周囲で密閉します。 ボルト留めボンネット 坑口からバルブを取り外さずにステムシールパッキンスタックを現場で交換できるため、坑井をオフストリームに移すのにコストがかかる生産坑井ではメンテナンス上の重要な利点となります。 プレッシャーシール（一体型）ボンネット シールにエネルギーを与えるために坑井の圧力を使用し、周期的な荷重下でのボルト締めフランジの完全性が懸念される 15,000 psi および 20,000 psi の本体に推奨されます。ほとんどの事業者は、最大 10,000 psi までのボルト締めボンネットと、そのしきい値を超える圧力シール設計を指定しています。

製品仕様レベル (PSL): 品質要件とリスクの調整

PSL は、ゲート バルブ本体の最低限の製造品質、検査、およびテスト要件を定義します。 PSL が高くても圧力定格や材料クラスは変わりません。変化します。 出荷前にボディがどの程度徹底的に検査されるか 。高圧坑口ゲートバルブ本体の場合、正しい PSL は利用可能な予算ではなく、故障の結果によって決まります。

• PSL1 : 外観および寸法検査、静水圧ボディおよびシートのテスト。低圧の非生産地上装置にのみ許容されます。いかなる圧力定格でも坑口マスターバルブやウィングバルブには適していません。
• PSL2 : 保圧溶接部のシャルピー衝撃試験、車体溶接部の NDE、材料トレーサビリティを追加します。ノンサワースイートサービスにおける 3,000 ～ 5,000 psi の作動圧力における生産坑口ゲートバルブ本体の最低基準。
• PSL3 : バルブ本体全体の全容積非破壊検査 (UT または RT)、100% 硬度調査、PR2 製造テスト (50 ～ 100 psi での低圧ガスシートテストを含む)。 10,000 psi 以上のゲート バルブ本体、または圧力に関係なくあらゆるサワー サービス用途に対する最小許容 PSL。
• PSL4 : すべての PSL 3 要件に加え、すべてのテスト、API 6A Annex F に基づく完全な材料認定、および API 6FA に基づく耐火試験の独立した第三者による立会人。ほとんどの主要なオペレーター仕様に従って、海底ゲートバルブ本体および安全性が重要な表面坑口バルブには必須です。

エンドコネクションとフランジタイプ: インターフェースを正しく理解する

ゲートバルブ本体の端部の接続は、嵌合する坑口装置と正確に一致する必要があります。 API 6A では、高圧ゲート バルブ本体用の 2 つのフランジ タイプが定義されており、これらを混合すると、安全でない非準拠インターフェイスが作成されます。

• API 6B フランジ : 2,000 ～ 10,000 psi の作動圧力で使用されます。圧力により作動する楕円形または八角形のリング ガスケットを受け入れる RX リング溝が特徴です。 RX リングの自己増力設計は、内圧が上昇すると締め付けられ、ボルトの予荷重のみに依存しない金属間のシールを提供します。
• API 6BX フランジ : 10,000 ～ 20,000 psi で必須。 BX リングの溝は RX よりも深く、より厳しい公差に合わせて機械加工されており、より硬いリング素材 (通常は AISI 4140 またはサワー サービス用のインコネル 718) が使用されています。 BX リングは RX 溝と互換性がありません。RX リングを BX 溝に押し込むと、アセンブリ全体の圧力定格が無効になります。

終端接続を指定する場合は、注文書に次のように記載する必要があります。 公称ボア、使用圧力、API 6B または 6BX 指定、リング溝番号 (R-46、BX-151 など)、および平面仕上げまたは RTJ 仕上げが必要かどうか 。明確な接続仕様には 6 つのパラメータすべてが必要です。

温度クラスと HPHT に関する考慮事項

API 6A では、ゲート バルブ本体の 7 つの温度クラスが定義されています。温度クラスは、低温での本体材料の延性だけでなく、バ​​ルブ本体内部で使用されるシール材料、エラストマーグレード、およびグリースの仕様も規定します。 温度クラス P (-20 °F ～ 250 °F) に定格されているバルブ本体には、北極での使用に適した定格ではない本体シールとパッキンが付いています。 たとえ鋼鉄の体自体が寒さに耐えたとしても。

• クラス K (-60 °F ～ 180 °F) ：北極の陸上井戸。 -60 °F でのシャルピー衝撃試験と低温エラストマーが必要
• クラス L (-50 °F ～ 180 °F) ：北部沖合プラットフォーム。北海とアラスカの用途で最も一般的
• クラス P (-20 °F ～ 250 °F) : 温帯および熱帯環境における従来の陸上および海上の生産坑口として最も広く指定されているクラス
• クラス T (-20 °F ～ 350 °F) およびクラス U (-75 °F ～ 250 °F) : 生成流体温度が 250 °F を超える HPHT 坑井用途。全金属ステムシールとHNBRまたはFFKMボディシールが必要です

API で定義されている真の HPHT 用途では、坑口圧力が 15,000 psi を超え、温度が 300 °F を超えています。ゲート バルブ本体の標準的なエラストマー シールでは不十分です。 HPHT ゲート バルブ ボディには、完全に金属製のステム シール、バネ付勢 PTFE リップ シール、または定格 450 °F までのグラファイト パッキンが必要です 、標準の API 6A 式に基づく計算ではなく、FEA 解析によって検証された本体壁の厚さを加えます。

よくある仕様の間違いとその回避方法

現場で繰り返される故障と第三者検査で特定された不適合に基づくと、不適切に指定された 6A 高圧ゲート バルブ ボディの大部分は次のエラーによって説明されます。

• SIWHPと等しい使用圧力を指定 : 常に SIWHP より上の次の標準圧力クラスを選択します。 9,800 psi の SIWHP には 10,000 psi のボディが必要ですが、API 6A が認識しない「9,800 psi 定格」のカスタム ボディではありません。
• 性能要件の省略（PR） : PSL 3 を指定するが PR2 を記載しない発注書では、ガスシートのテストではなく、水圧試験のみが行われた本体を受け取る可能性があります。すべての坑口ゲート バルブ本体に対して、常に PR2 を明示的に指定してください。
• 微量の H₂S を含む井戸に対する材料クラス AA の指定 ：サワーサービスの閾値は、ほとんどのエンジニアが想定しているよりも低いです。 3,000 psi で生成し、ガス流中に H₂S が 15 ppm しか含まれていないガス井は、NACE の 0.05 psia 閾値を超えており、サワー定格のボディが必要です。
• 同じ坑口スタック内で API 6B 接続と 6BX 接続を混在させる : 坑口アセンブリ内のすべてのフランジ接続は、同じリング溝シリーズを使用する必要があります。スタック内に 1 つの不正なフランジがあると、その接続上のアセンブリ全体の圧力の完全性が無効になります。
• 完全な材料トレーサビリティ パッケージのないバルブ本体の受け入れ : PSL 3 および PSL 4 では、製造業者は工場証明書、熱処理記録、NDE 報告書、および寸法検査記録を提供する必要があります。この文書なしで納品を受け入れることは、本体が仕様を満たしていることを確認できないことを意味し、ほとんどの管轄区域の規制当局は機器のサービスを受け付けません。

坑口用途のゲートバルブ本体選択チェックリスト

バルブ本体の仕様を準備するとき、またはメーカーのデータシートを評価するときは、次のチェックリストを使用してください。

1. 使用圧力 : 定格 WP が最大 SIWHP を超えていることを確認します。 SIWHP より上の次の API 標準圧力クラスを選択します
2. ボアサイズ : マスターバルブおよびツールの通過を必要とするバルブにはフルボアを指定します。ボアがチューブ文字列ID以上であることを確認してください
3. マテリアルクラス : NACE MR0175 しきい値に対して H₂S 分圧を検証します。サワー サービスの DD 最小値を指定します。完全な CRA 要件の HH
4. 温度クラス : 最低周囲温度と最高生成流体温度を確認します。 HPHT のクラス T または U を指定します
5. PSL : 10,000 psi ですべての坑口ゲート バルブ本体に対して最小 PSL 3 を指定します。 PSL 4 は海中および安全性が重要な用途向け
6. 性能要件 : 常に PR2 を指定します。生産坑口サービスには PR1 を受け入れません
7. 接続を終了する : API 6B または 6BX の状態、リング溝番号、およびボアサイズ。坑口スタック内のすべての接続が同じシリーズであることを確認します
8. 本体構成 ：Tシャツまたはクロスボディ。ボルト締めまたは圧力シールボンネット。圧力クラスの適合性を確認する
9. 火災試験 : 通信事業者の標準または現地の規制で必要な場合は、API 6FA 準拠を指定します (ほとんどのオフショア管轄区域では義務付けられています)。
10. ドキュメントパッケージ : 受領条件として、製造証明書、熱処理記録、NDE 報告書、水圧試験証明書、および寸法検査報告書が必要です

結論

右を選択する 6A高圧ゲートバルブ本体 カタログ検索ではなく、複数のパラメータを考慮したエンジニアリング上の決定です。使用圧力定格、材料クラス、PSL、およびエンド接続はそれぞれ、坑井データから独立して導き出す必要があります。これまでのプロジェクトの経験から仮定したり、利用可能な最低仕様をデフォルトとして設定したりすることはできません。 単一のパラメータでバルブ本体が誤って指定されている場合は、坑口での圧力封じ込めのリスク、規制遵守の失敗、および坑井制御事故の可能性を示しています。

プロジェクトのフロントエンドで、適切に指定された PSL 3、PR2、材料クラス DD または HH ゲート バルブ本体への投資は、生産井の坑口バルブ交換のコストや、使用中の坑井の健全性障害の結果よりも一貫して安価です。