كيف يعمل مانع الانفجار؟

يعمل مانع الانفجار (BOP) عن طريق إغلاق حفرة البئر بكباش مدفوعة هيدروليكيًا أو عنصر مطاطي حلقي قابل للنفخ عندما يبدأ ضغط التكوين - وهو تدفق مفاجئ للنفط أو الغاز أو الماء المالح يسمى "الركلة" - في تجاوز ضغط سائل الحفر، مما يؤدي إلى قطع التدفق غير المنضبط قبل أن يتمكن من الوصول إلى السطح ويؤدي إلى انفجار كارثي. يتم تركيب مانع الانفجار BOP في الجزء العلوي من رأس البئر على منصات الحفر البرية أو في قاع البحر للعمليات البحرية، وعادةً ما يجمع بين العديد من أدوات منع الكدمات مع مانع حلقي واحد على الأقل، مما يشكل سلسلة زائدة من الحواجز المُقدرة لتحمل ضغوط العمل من 5000 رطل لكل بوصة مربعة للآبار البرية الضحلة حتى 15000 رطل لكل بوصة مربعة لآبار المياه العميقة وآبار الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية (HPHT)، وفقًا لمواصفات الصناعة الموثقة من قبل بوب-المنتجات.كوم.

ما هو مانع الانفجار ولماذا هو مهم؟

A مانع الانفجار عبارة عن مجموعة صمامات كبيرة ومتخصصة يتم تركيبها عند رأس البئر أثناء عمليات التنقيب عن النفط والغاز والغرض الوحيد منها هو منع الإطلاق غير المنضبط للنفط الخام أو الغاز الطبيعي من البئر - وهو حدث يُعرف باسم الانفجار - والذي يمكن أن يقتل العمال، ويدمر المعدات، ويسبب أضرارًا بيئية كارثية. وفقًا للنظرة العامة الهندسية التي تقدمها ScienceDirect لمنع الانفجار، فإن وظيفة نظام منع الانفجار الكامل هي التحكم في حركة سوائل الركلة (سوائل التكوين التي تدخل حفرة البئر) أثناء عمليات الحفر والتعثر والغلاف.

ويجب أن يكون النظام قادراً على القيام بأربعة إجراءات متميزة: إغلاق البئر عند السطح؛ إزالة سوائل الركلة من حفرة البئر بشكل آمن؛ استبدال سائل الحفر الأصلي بسائل عالي الكثافة لمنع المزيد من تسرب سائل التكوين؛ وتحريك الأنابيب داخل وخارج الحفرة أثناء احتواء الضغط، وهو إجراء يعرف باسم عمليات التجريد. تشرح هذه المتطلبات الأربعة لماذا لا يعد مانع الانفجار BOP صمامًا واحدًا، بل مجموعة معقدة من الأجهزة المتعددة التي تعمل بتسلسل منسق.

يمكن أن يحدث الانفجار عندما يخترق الحفر التكوين بسرعة كبيرة جدًا، أو عندما يتم التقليل من ضغط المكمن، أو عندما يكون وزن سائل الحفر - المسمى الطين - غير كافٍ لموازنة الضغط في قاع البئر. بدون مانع الانفجار BOP الفعال، يمكن للهيدروكربونات المضغوطة أن تنتقل إلى أعلى حفرة البئر دون رادع، وغالبًا ما تشتعل على السطح مع عواقب مدمرة، كما شهد العالم في 20 أبريل 2010، عندما عانت منصة Deepwater Horizon في خليج المكسيك من أكبر تسرب نفطي بحري في تاريخ الولايات المتحدة، حيث تم إطلاق ما يقرب من 3.19 مليون برميل من النفط على مدار 87 يومًا وفقًا لنتائج التحقيق الذي أجراه مجلس السلامة الكيميائية الأمريكي (CSB).

المكونات الرئيسية لنظام منع الانفجار

يتكون النظام الكامل لمنع الانفجار من مجموعة مانع الانفجار BOP نفسها، والمراكم الهيدروليكي الذي يزودها بالطاقة، ويقتل ويخنق خطوط تدوير سوائل الآبار، ونظام تحكم يمكن تشغيله من مواقع متعددة بما في ذلك أرضية منصة الحفر ووحدة Koomey البعيدة. وفقًا لموقع ScienceDirect، تشتمل المكونات الأساسية على مكدس مانع الانفجار BOP (المانع الحلقي، وموانع الكبس، والمكبات، والموانع الداخلية)، ورأس الغلاف، وخطوط التدفق والاختناق والتجهيزات، وخطوط القتل والوصلات، والفواصل، والمراكم.

• مكدس مانع الانفجار BOP: العمود المجمع من الموانع الحلقية والمكبس المثبتة بمسامير في رأس البئر، مصمم للتعامل مع معدلات ضغط عمل محددة. يبلغ طول كومة السطح النموذجية 3-5 أقدام. يمكن أن يصل ارتفاع كومة المياه العميقة تحت سطح البحر إلى 18-25 قدمًا وتزن عدة مئات الآلاف من الجنيهات.
• المجمع الهيدروليكي: وحدة التحكم الرئيسية التي تحتوي على المضخات، والخزان الهيدروليكي، ومشعب التحكم، وصمامات التحكم، وزجاجات الغاز المضغوط. وفقًا لـ Keystone Energy Tools، غالبًا ما يحمل المركم ما يكفي من الطاقة المخزنة لإغلاق جميع وحدات مانع الانفجار BOP وتشغيل وظائف النسخ الاحتياطي حتى في حالة فشل الأنظمة الأخرى، ولهذا السبب يتم تركيبه مباشرة على مكدس مانع الانفجار BOP أو بالقرب منه.
• خط القتل: أنبوب عالي الضغط يسمح للمهندسين بضخ سائل الحفر الثقيل (طين القتل) في حفرة البئر أسفل مانع الانفجار المغلق، مما يزيد الضغط في قاع البئر للتغلب على التكوين وقتل البئر.
• خط الاختناق ومشعب الاختناق: نظام من الصمامات القابلة للضبط وأجهزة استشعار الضغط التي تسمح بالتحكم في إطلاق سوائل البئر وإدارة ضغط حفرة البئر بعد إغلاق مانع الانفجار، مما يتيح للمهندسين توزيع الركلة بأمان.
• حجرات التحكم (تحت سطح البحر): بالنسبة إلى مانعات الانفجار BOP تحت سطح البحر، تتلقى حجرات التحكم الإلكترونية والهيدروليكية الزائدة الأوامر من السطح عبر الكابلات السرية ويمكنها تنشيط وظائف مانع الانفجار BOP بشكل مستقل، مما يوفر النسخ الاحتياطي في حالة فشل حجرة واحدة.
• نظام Deadman / AMF: وظيفة الوضع التلقائي التي تقوم بتشغيل مكبس القص الأعمى بشكل مستقل في حالة فقدان جميع الاتصالات والطاقة الهيدروليكية إلى مانع الانفجار BOP تحت سطح البحر في وقت واحد، والمقصود منها أن تكون بمثابة ضمان نهائي للفشل.

كيف يعمل النوعان الرئيسيان من مانع الانفجار BOP

هناك فئتان من موانع الانفجار الأكثر انتشارًا في الصناعة - مانع الانفجار الحلقي و مانع الانفجار الكبسي - و مكدس مانع الانفجار BOP يستخدم دائمًا كلا النوعين معًا، مع وجود الحلقي في الأعلى وموانع الكبس المتعددة مرتبة أسفله. وفقًا للنظرة الفنية العامة لويكيبيديا حول موانع الانفجار، تستخدم مكدسات مانع الانفجار BOP في كثير من الأحيان كلا النوعين، عادةً مع مانع انفجار BOP حلقي واحد على الأقل مكدس فوق عدة مانعات انفجار مانعة للتسرب.

مانع الانفجار الحلقي

يقوم مانع الانفجار BOP الحلقي بإغلاق المساحة حول سلسلة الحفر باستخدام الضغط الهيدروليكي لضغط عنصر مطاطي سميك على شكل كعكة تسمى وحدة التعبئة إلى الداخل حتى يتماسك بإحكام حول كل ما هو موجود في الحفرة - أنبوب الحفر، الغلاف، كيلي، أو حتى وصلة أداة غير منتظمة - مما يشكل ختمًا محكمًا للضغط دون الحاجة إلى معرفة القطر الدقيق مسبقًا. وفقًا لويكيبيديا، يستخدم مانع الانفجار الحلقي مبدأ الإسفين لإغلاق حفرة البئر، وسيقوم مانع الانفجار الحلقي المزود بحشوة مطاطية معززة بإغلاق المساحة الحلقية حول أي جزء من سلسلة الحفر في الحفرة بغض النظر عن الشكل أو الحجم.

يمكن لـ BOPs الحلقي أن يغلق ثقبًا مفتوحًا تمامًا دون وجود أي أنبوب، كما أنه يتمتع بالمرونة الكافية للسماح بتدوير أنبوب الحفر أو تحريكه ببطء عموديًا من خلال الختم المغلق - وهي قدرة بالغة الأهمية أثناء عمليات التجريد عندما يجب إدارة البئر تحت الضغط. عادةً ما يكون المانع الحلقي هو خط الدفاع الأول في حالة الانفجار لأنه يمكن تنشيطه بسرعة والتكيف مع أي شيء موجود في الحفرة في تلك اللحظة. ومع ذلك، فإن مانعات الانفجار BOP الحلقية بشكل عام ليست فعالة مثل موانع الكبس في الحفاظ على ختم الضغط طويل المدى على حفرة مفتوحة، كما هو مذكور في الوثائق الفنية في ويكيبيديا.

مانع انفجار رام

يتم إغلاق مانع الانفجار BOP عن طريق دفع اثنين من الكباش الفولاذية المتعارضة معًا هيدروليكيًا من الجانبين المتقابلين لحفرة البئر، مع تحديد التصميم المحدد لتلك الكباش ما إذا كان الجهاز يمسك الأنبوب، أو يغلق فتحة مفتوحة، أو يقطع بالكامل من خلال سلسلة الحفر. وفقًا لشركة SVES Oilfield Supply، فإن الآلية التشغيلية لمكبس مانع الانفجار BOP تتضمن استخدام الضغط الهيدروليكي لتشغيل المكبس، وبالتالي فتح أو إغلاق الكباش لتحقيق إغلاق رأس البئر.

تشتمل حواجز مانع الانفجار BOP عادةً على مكبسين تم ترتيبهما بشكل معاكس ويتم إزاحتهما بالنسبة لبعضهما البعض إما للمشبك أو الختم أو القطع، كما هو موضح في وثائق براءات الاختراع الأمريكية لتجميعات مكدسات مانعات التدفق BOP. بمجرد الإغلاق، يمكن تشغيل آلية عمود القفل لإغلاق الكباش ميكانيكيًا، والحفاظ على الختم حتى في حالة فقدان الضغط الهيدروليكي - وهي ميزة احتياطية أساسية لعمليات التحكم في البئر الممتدة.

الأنواع الأربعة لمنع الكبش: ما يفعله كل واحد

إن موانع الكبش غير قابلة للتبديل: حيث يعالج كل نوع من أنواع الكباش الأربعة المتميزة سيناريو محدد للتحكم في البئر، وعادةً ما تشتمل مجموعة مانع الانفجار BOP المجهزة بالكامل على ثلاثة أنواع مختلفة من الكباش لتغطية كل حالة طوارئ معقولة.

الجدول 1: أنواع موانع الكبس الأربعة المستخدمة في التحكم في آبار النفط والغاز، مع مقارنة آلية الختم الخاصة بها، وسيناريو التنشيط، والقيود التشغيلية. المصادر: SVES Oilfield Supply، ويكيبيديا، ScienceDirect، تقرير تحقيقات CSB Deepwater Horizon.

كيف يتم ترتيب مكدس BOP

يتم ترتيب مكدس مانع الانفجار BOP باستخدام الجهاز الأكثر مرونة والأسرع فعالية في الأعلى - المانع الحلقي - وموانع الكبس الأكثر قوة تدريجيًا في الأسفل، بحيث يمكن للمشغلين تصعيد استجابتهم من الختم الجزئي السريع إلى الفصل الميكانيكي الكامل لسلسلة الحفر إذا لزم الأمر. وفقًا لوثائق براءات الاختراع الأمريكية لمداخن مانع الانفجار BOP تحت سطح البحر، يتم عادةً توفير موانع الانفجار التي تم ترتيبها بالقرب من الخزان لتطويق وإغلاق أنابيب الحفر، في حين يتم توفير تلك البعيدة عن الرواسب لقطع سلسلة الحفر وإغلاق البئر بإحكام.

تتضمن عادةً مجموعة BOP السطحية التمثيلية التي تعمل من الأعلى إلى الأسفل ما يلي: واحد أو اثنين من الموانع الحلقية في الأعلى؛ مانع واحد ذو تجويف متغير أو كبش أنبوب؛ مانع كبش أعمى واحد؛ وواحد مانع كبس القص الأعمى في الأسفل، الأقرب إلى رأس البئر. توفر بكرة الحفر - وهي عبارة عن فاصل ذي حواف تربط مجموعة مانع الانفجار BOP برأس الغلاف - نقاط الاتصال لخطوط القتل وخطوط الاختناق. يمكن تكوين تصميمات مكدس BOP للتعامل مع ضغوط العمل التي تصل إلى 15000 رطل لكل بوصة مربعة، وفقًا لـ ScienceDirect، ويحمل كل تكوين رمز تعيين API الذي يصف ترتيب المكدس.

السطح مقابل موانع الانفجار تحت سطح البحر: الاختلافات الرئيسية

إن الآليات الأساسية لمنع الانفجار السطحي وتحت سطح البحر متطابقة، ولكن يجب أن تتعامل مانعات الانفجار BOP تحت سطح البحر مع عمق الماء الشديد، والتشغيل عن بعد، وتقييد الوصول للصيانة، والحاجة إلى أنظمة تحكم متعددة زائدة عن الحاجة لا تتطلبها مانعات الانفجار BOP السطحية.

الجدول 2: مقارنة بين موانع الانفجار السطحية/الأرضية وموانع الانفجار تحت سطح البحر/المياه العميقة عبر الموقع، وتقييم الضغط، ونظام التحكم، والوصول إلى الصيانة، وإمكانية قطع الاتصال في حالات الطوارئ. المصادر: ويكيبيديا، أدوات الطاقة كيستون، bop-products.com.

خطوة بخطوة: ماذا يحدث عند اكتشاف الركلة

عند اكتشاف ركلة ما، ينفذ الطاقم استجابة تحكم في البئر تتحرك من خلال تسلسل محدد - الكشف والإغلاق والتدوير والقتل - مع توفير مانع الانفجار BOP الحاجز المادي الذي يجعل كل هذه الخطوات ممكنة.

1. كشف الركلة: يقوم طاقم الحفر بمراقبة حجم الحفرة (كمية السوائل في خزانات الطين)، وضغط المضخة، ومعدل التدفق بحثًا عن الحالات الشاذة. يعد كسب الحفرة - عودة السوائل أكثر من المتوقع - هو مؤشر الركلة الكلاسيكي. يجب على مشغلي الحفر تأمين وإغلاق البئر لعمليات القتل لحظة اكتشاف ركلة، وفقًا للوثائق الفنية الصادرة عن شركة Rein Wellhead Equipment.
2. الإغلاق: يقوم عامل الحفر بتنشيط مانع الانفجار BOP عبر لوحات التحكم الموجودة على أرضية منصة الحفر أو وحدة تراكم Koomey. عادةً ما يتم إغلاق المانع الحلقي أولاً لأنه يمكنه إغلاق كل ما هو موجود في الحفرة. يؤدي إغلاق مانع الانفجار BOP المناسب إلى منع تدفق السوائل خارج حفرة البئر.
3. قراءة الضغط وتقييمه: مع إغلاق البئر، يقوم المهندسون بقراءة ضغط أنبوب الحفر المغلق وضغط الغلاف المغلق لحساب كثافة الطين القاتل اللازم لموازنة التكوين.
4. تعميم الركلة: وباستخدام مشعب الخنق، يقوم المهندسون بتدوير سائل الحفر عبر البئر تحت ضغط متحكم فيه، مما يسمح لسائل الركلة بالانتقال بأمان لأعلى وللخارج عبر خط الاختناق بينما يتم ضخ الطين الأثقل أسفل سلسلة الحفر.
5. قتل البئر: بمجرد إزالة سائل الركلة وملء حفرة البئر بطين القتل الموزون بشكل صحيح، يتجاوز الضغط الهيدروستاتيكي لعمود الطين ضغط التكوين، ويتم قتل البئر بشكل فعال. ويمكن بعد ذلك فتح مانع الانفجار BOP واستئناف الحفر.
6. القص في حالات الطوارئ (الملاذ الأخير): إذا تصاعدت الركلة إلى ما هو أبعد من القدرة على تعميمها - أو إذا كان لا بد من فصل جهاز الحفر في حالات الطوارئ - يتم تنشيط كبش القص المسدود لقطع سلسلة الحفر وإغلاق حفرة البئر بالكامل.

أفق المياه العميقة: ما كشفه فشل مانع الانفجار BOP

لا تزال كارثة ديب ووتر هورايزن التي وقعت في 20 أبريل 2010 هي دراسة الحالة النهائية لما يحدث عندما يفشل خط الدفاع الأخير لـ مانع الانفجار BOP، وقد شكلت نتائج التحقيق التي أجراها مجلس السلامة الكيميائية الأمريكي (CSB) بشكل مباشر تصميم ومعايير اختبار مانع الانفجار BOP الدولي في السنوات التالية.

حدد تقرير التحقيق الذي أجراه ديوان الخدمة المدنية أربعة حالات فشل متتالية في الحاجز أدت إلى الانفجار: فشل الأسمنت في إغلاق التكوينات الهيدروكربونية؛ تم تفسير اختبار الضغط السلبي بشكل خاطئ على أنه يشير إلى أن البئر كان مغلقًا بينما لم يكن كذلك؛ فشل الطاقم في اكتشاف أن البئر كان يتدفق حتى وصل الغاز والنفط إلى السطح تقريبًا؛ وأخيرًا، فشل مانع الانفجار في إيقاف التدفق وإغلاق البئر لفترة كافية لاتخاذ الإجراءات التصحيحية.

كانت نقطة الفشل الحاسمة في مانع الانفجار BOP هي مكبس القص المسدود، وهو جهاز الملاذ الأخير المصمم لقطع أنبوب الحفر وإغلاق البئر. وفقًا لتحليل CSB وWorkBoat للتحقيق، فقد التوى أنبوب الحفر بسبب فرق الضغط الكبير الذي نشأ عندما أغلق المشغلون مكابس الأنابيب، مما أدى إلى وضع الأنبوب بعيدًا عن المركز داخل تجويف مانع الانفجار BOP وخارج نطاق القص الفعال لمكبس القص المسدود. حدد تقرير CSB أيضًا العديد من الأسلاك الخاطئة في حجرات التحكم: تم توصيل أحد ملفات الملف اللولبي بشكل غير صحيح بحيث تتعارض القناتان مع بعضهما البعض، مما كان من شأنه أن يمنع تشغيل صمام الملف اللولبي بشكل مستقل عن جميع حالات الفشل الأخرى. أضاف تدهور البطارية في نظام الرجل الميت طبقة أخرى من الفشل.

عزا التحقيق الأوسع، كما تم تلخيصه في التحليل الأكاديمي المنشور في Academia.edu، فشل مانع الانفجار BOP إلى عدم كفاية معايير التصميم والاختبار، لا سيما في مواصفات API 16D، التي تحكم أنظمة التحكم في مكدسات مانع الانفجار BOP. أدت الكارثة بشكل مباشر إلى تسريع المراجعات لمعايير واجهة برمجة التطبيقات (API) ودفعت إلى إصدار لوائح جديدة لمكتب السلامة والإنفاذ البيئي الأمريكي (BSEE) تتطلب اختبارات وصيانة أكثر صرامة لمعدات مانع الانفجار BOP على الحفارات البحرية.

اختبار مانع الانفجار BOP، والصيانة، والمتطلبات التنظيمية

تخضع مانعات الانفجار BOP لاختبار الضغط الإلزامي واختبار الوظيفة وفقًا لجدول زمني منتظم، مع فترات زمنية وضغوط اختبار تحددها معايير API والهيئات التنظيمية الوطنية، لأن مانع الانفجار BOP الذي لم يتم اختباره مطلقًا في ظل ظروف حقيقية يوفر فقط مظهر الأمان. تتطلب اللوائح عادةً أن يكون المانع الحلقي قادرًا على إغلاق حفرة البئر تمامًا، كما هو مذكور في النظرة العامة الهندسية على ويكيبيديا.

• اختبار الوظيفة: يجب فتح وإغلاق كل مكون مانع الانفجار BOP لتأكيد التشغيل الميكانيكي الصحيح، عادةً كل 7 إلى 14 يومًا أثناء عمليات الحفر النشطة.
• اختبار الضغط: يجب أن يتم اختبار الضغط لمكدس مانع الانفجار BOP وفقًا لضغط العمل المقدر للتحقق من سلامة الختم، عادةً في كل مرة يتم فيها تركيب مانع تسرب مانع جديد وعلى فترات زمنية محددة بعد ذلك - في العمليات البحرية الأمريكية، كل 21 يومًا بموجب لوائح BSEE بعد Deepwater Horizon.
• اختبار المجمع: يجب التحقق من احتواء المركم الهيدروليكي على ضغط كافٍ مشحون مسبقًا لإغلاق جميع وظائف مانع الانفجار BOP دون أي مساعدة للمضخة، مما يؤكد سلامة احتياطي الطاقة الآمن عند التعطل.
• اختبار جراب التحكم (تحت سطح البحر): يجب اختبار كل من حجرات التحكم الأولية والثانوية الموجودة على مانعات الانفجار BOP تحت سطح البحر بشكل مستقل للتأكد من أن فقدان حجرة واحدة لا يؤثر على قدرة النظام على إغلاق أي وظيفة.
• التحقق من قدرة كبش القص: بعد أن توصل تحقيق Deepwater Horizon إلى أن الأنابيب البعيدة عن المركز تمنع القص، تتطلب الإرشادات التنظيمية الآن اختبار تصميمات مكبس القص مقابل درجات الأنابيب المحددة والتكوينات المشتركة التي سيتم استخدامها في كل برنامج بئر.

الأسئلة المتداولة حول وسائل منع الانفجار

س: ما الفرق بين الركلة والانفجار؟

الركلة هي تدفق سوائل التكوين - النفط أو الغاز أو الماء أو أي مزيج - إلى حفرة البئر ويحدث ذلك بسبب انخفاض ضغط حفرة البئر مؤقتًا إلى ما دون ضغط التكوين. تعتبر الركلة حدثًا يمكن التحكم فيه إذا تم اكتشافه مبكرًا ويتم إغلاق مانع الانفجار BOP على الفور لإغلاقه في البئر. الانفجار هو نتيجة لركلة غير منضبطة: تستمر سوائل التكوين في التدفق إلى السطح دون أي حاجز فعال، وغالبًا ما يؤدي ذلك إلى نتائج انفجارية وكارثية بيئيًا. الغرض الكامل من BOP هو تحويل كل ركلة إلى حدث يمكن التحكم فيه ويمكن التحكم فيه قبل أن يتحول إلى انفجار.

س: هل يمكن استخدام مانع الانفجار أثناء دوران سلسلة الحفر؟

نعم، لميزان المدفوعات الحلقي. وفقًا للنظرة الفنية العامة على ويكيبيديا، تعتبر موانع الانفجار الحلقي فعالة في الحفاظ على الختم حول أنبوب الحفر حتى أثناء دورانه أثناء الحفر. يمكن لعنصر التعبئة المطاطي الموجود في المانع الحلقي أن يمسك الأنبوب بقوة كافية لاحتواء الضغط مع السماح بالدوران البطيء أو الحركة المحورية الخاضعة للتحكم، وهو الأساس لعمليات التجريد. على النقيض من ذلك، تم تصميم موانع الكبش للإمساك بالأنابيب الثابتة ويجب عدم استخدامها للدوران الديناميكي أو حركة الأنابيب الكبيرة.

س: ما هو حجم ووزن مكدس مانع الانفجار BOP النموذجي تحت سطح البحر؟

يمكن لمكدس مانع الانفجار BOP النموذجي في المياه العميقة تحت سطح البحر، بما في ذلك حزمة الناهض البحري السفلي (LMRP)، أن يصل ارتفاعه إلى 18-25 قدمًا ويزن ما يزيد عن 400000 إلى 450000 رطل (حوالي 200 طن متري). يبلغ قطر تجويف المكدس — الفتحة الداخلية التي تمر من خلالها سلسلة الحفر — 18.75 بوصة لعمليات المياه العميقة. تعكس هذه الأبعاد القوى القصوى التي يجب أن يقاومها مانع الانفجار BOP عند الضغوط المقدرة التي تتراوح بين 10000 إلى 15000 رطل لكل بوصة مربعة في أعماق المياه التي يمكن أن تتجاوز 10000 قدم.

س: ما هو رافع الحفر وكيف يتصل بـ BOP؟

إن رافعة الحفر عبارة عن سلسلة أنابيب ذات قطر كبير تربط مانع الانفجار BOP تحت سطح البحر في قاع البحر بجهاز الحفر على السطح، مما يوفر مسارًا مغلقًا مستمرًا لسلسلة الحفر، وعودة سوائل الحفر، وخطوط القتل والاختناق. وفقًا لويكيبيديا، يعمل الناهض على تمديد حفرة البئر إلى منصة الحفر بشكل فعال. يتم توصيل الناهض من نهايته السفلية بجزء LMRP من مكدس مانع الانفجار BOP عبر موصل هيدروليكي، ويمكن فك الناهض بسرعة للسماح للحفارة بالتحرك خارج الموقع في حالة الطوارئ بينما يظل مانع الانفجار BOP في مكانه ومغلقًا على رأس البئر أدناه.

س: لماذا فشلت أداة القص في ديب ووتر هورايزن في إغلاق البئر؟

وفقًا لنتائج التحقيق التي أجراها مجلس السلامة الكيميائية الأمريكي والتي نشرتها WorkBoat، فإن مكبس القص الأعمى الموجود في Deepwater Horizon فشل في المقام الأول بسبب التواء أنبوب الحفر تحت فرق الضغط الداخلي الشديد الذي نشأ عندما تم إغلاق مكابس الأنابيب في وقت سابق في تسلسل الطوارئ. أدى هذا "الضغط الفعال" إلى ثني أنبوب الحفر بعيدًا عن المركز داخل تجويف مانع الانفجار، مما وضعه خارج نطاق القطع الفعال لشفرات كبش القص. تشمل العوامل المساهمة الإضافية التي حددها المحققون سوء التوصيلات الكهربائية في إحدى حجرات التحكم، والبطاريات المتدهورة في نظام الرجل الميت، والافتقار العام للوعي في الصناعة بأن الأنابيب البعيدة عن المركز يمكن أن تمنع مكبس القص من العمل - وهو سيناريو تصميم لم يتم اختباره رسميًا قبل الكارثة.

س: هل هناك بدائل لـ BOPs التقليدية للتحكم في الآبار؟

تمثل أنظمة الحفر بالضغط المُدار (MPD) نهجًا تكميليًا يحافظ على ضغط البئر المستمر والمتحكم فيه بدقة طوال عملية الحفر لتقليل الظروف التي تسبب الركلات في المقام الأول، مما يقلل الاعتماد على تدخل مانع الانفجار BOP التفاعلي. تشتمل بعض التصميمات التجريبية على أجهزة تحكم دوارة (RCDs) تلتف حول سلسلة حفر دوارة على السطح للسماح بالحفر المتحكم فيه بالضغط المنخفض. ومع ذلك، لا يوجد حاليًا نظام منتشر تجاريًا يحل محل مانع الانفجار BOP باعتباره الحاجز الميكانيكي الأساسي للتحكم في الآبار في حالات الطوارئ؛ تعد MPD وRCDs بمثابة تكملة لتكنولوجيا BOP بدلاً من استبدالها.

ملخص

يعمل مانع الانفجار عن طريق وضع سلسلة من الحواجز الهيدروليكية الزائدة ميكانيكيًا - الموانع الحلقية في الأعلى، ومكبس الأنابيب ومكبس القص المسدودة بالأسفل - مباشرة فوق رأس البئر، وتكون جاهزة للإغلاق بشكل فوري ضد الضغوط التي تصل إلى 15000 رطل لكل بوصة مربعة عندما تهدد الركلة بالتحول إلى انفجار. يوفر مانع الانفجار BOP الحلقي إحكامًا سريعًا ومرنًا للخط الأول حول أي شكل هندسي للأنبوب؛ تمسك مكابس الأنابيب وتغلق حول قطر محدد لخيط الحفر؛ ويعمل مكبس القص المسدود كملاذ أخير في الصناعة، حيث يقطع سلسلة الحفر ويغلق الثقب المفتوح بضربة هيدروليكية واحدة.

أظهرت كارثة Deepwater Horizon مع عواقب وخيمة أن فعالية مانع الانفجار BOP لا تعتمد فقط على التصميم الميكانيكي الصحيح ولكن على الأسلاك المناسبة، والبطاريات التي تمت صيانتها، والاختبار المنتظم مقابل سيناريوهات واقعية بما في ذلك الأنابيب خارج المركز، والتطبيق الصارم للخطوات الإجرائية للتحكم في البئر التي تعمل على تنشيط النظام في الوقت المناسب. إن التطور المستمر لتصميم مانع الانفجار BOP - بما في ذلك بروتوكولات اختبار كبس القص المحسنة، وتكرار التحكم الكهروهيدروليكي المتعدد، وأنظمة الأمان من الفشل - يعكس صناعة تستمر في استيعاب الدروس المستفادة من هذا الحدث في السعي وراء الآبار التي يمكن التحكم فيها حقًا في كل مرحلة من دورة حياتها.