Como conduzir um moderno sistema de corte de coque

O Dr. Wolfgang Paul e Jay Jones descrevem as características dos acionamentos de sistemas de corte modernos para talhas e acionamentos de haste de perfuração (juntas rotativas) implementados desde 2000.

Desde 2000, a tecnologia em unidades de coqueamento retardado mudou drasticamente. Vários desenvolvimentos foram realizados nos anos anteriores, mas apenas pequenos avanços foram alcançados em relação à segurança, desempenho e confiabilidade.

Recentemente, em combinação com o desenvolvimento de válvulas automáticas superior e inferior, ferramentas automáticas de perfuração/corte e acionadores de guindaste, os sistemas de corte de alto desempenho obtiveram grandes melhorias em segurança, desempenho e confiabilidade.

Basicamente, os parâmetros do processo determinam a natureza da unidade de coque e do sistema de descoqueamento. Isso não será investigado, apenas aspectos mecânicos do sistema serão abordados.

Até o ano 2000, os projetos e pedidos eram baseados em tambores de coque com diâmetros de até 29 pés (8,8 m) e alturas - flange a flange (FF) de até 130 pés (39,0 m).

Atualmente, existem unidades de descoqueamento em construção com diâmetros de 32 pés (9,80 m) e alturas FF de 150 pés (46,0 m). Isso reflete um aumento de 15% no comprimento e 10% no diâmetro. Como o volume aumenta com o quadrado do diâmetro e linear com a altura, um maior desempenho (passagem) será alcançado com o aumento do diâmetro em vez da altura FF.

Outros fatores além dos parâmetros do processo, como altura total da estrutura, resistência do tambor de coque e condições específicas do local, podem desempenhar um papel importante, mas essas questões não serão consideradas aqui.

Por volta do ano 2000, o fluxo e a pressão da bomba de jato eram de 1.200 gpm a 4.400 psi (272 m3/h a 300 bar). À medida que o tamanho do tambor de coque aumentou, houve um aumento no sistema hidráulico da bomba de jato para 1400gpm@5000psi (320m3/h@350bar).

Apenas os acionadores dos acionamentos do guindaste e da coluna de perfuração permaneceram constantes por um tempo.

Veja o diagrama do desenvolvimento dos tambores de coque e vazão e pressão da bomba de jato de 1980 a 2008. Os dados são mostrados como uma porcentagem para refletir o crescimento ao longo do tempo. Cada vez que diferentes tamanhos de bombas e tambores foram construídos, o diagrama mostra a tendência. Os dados básicos para o cálculo são indicados abaixo.

Ao longo de décadas, as talhas e juntas rotativas foram acionadas por ar comprimido com motores pneumáticos. O desempenho foi de aproximadamente 30HP (22 kW) para a talha e 13HP (10kW) para a junta rotativa (também chamada de Drill Stem Drive, DSD).

Existem várias instalações onde os componentes acionados hidraulicamente foram instalados na década de 1990, mas a maioria das unidades instaladas permaneceu acionada a ar.

Paralelamente aos requisitos de maior desempenho, outras questões precisavam ser abordadas, como níveis reduzidos de ruído e poluição ambiental. Como os motores a ar têm alto nível de ruído e pulverização de óleo devido ao ar lubrificado.

Com o aumento adicional no tamanho dos tambores e das bombas a jato, foi necessária uma mudança geral nos acionamentos do guindaste e nos acionamentos da haste de perfuração.

Componentes acionados hidraulicamente

As talhas e os acionamentos da haste de perfuração precisavam ser operados com níveis de potência muito maiores sem aumentar o tamanho dos componentes.

Em 2000, a Ruhrpumpen desenvolveu um sistema de acionamento hidráulico modernizado de guinchos e acionamentos de haste de perfuração, acionado por uma Unidade Hidráulica, especialmente projetada para operação desses componentes em um coqueador. As vantagens incluem:

- Força de tração da talha até 9900 lbf (45kN).

- Torque do DSD de até 5500 lbft (7500Nm).

- Os acionadores das motobombas são instalados de forma redundante em um abrigo fechado.

- A operação e o controle são realizados a partir de um painel do operador via PLC. Este é um dos requisitos básicos para corte remoto ou automático.

No entanto, foi necessário mais tubulação e instalação de componentes hidráulicos na plataforma de corte e na torre.

Componentes acionados eletricamente

Em 2004, a Ruhrpumpen desenvolveu um sistema acionado eletricamente para os guindastes e acionadores da haste de perfuração. Os motores de elevação e DSD são acionados por inversores de frequência variável (VFD), com VFDs redundantes instalados. As unidades podem estar localizadas em áreas seguras ou perigosas.