Công cụ ngăn ngừa xả hơi hoạt động như thế nào?

Thiết bị ngăn ngừa phun trào (BOP) hoạt động bằng cách bịt kín giếng bằng các thanh truyền động bằng thủy lực hoặc một phần tử cao su hình khuyên bơm hơi bất cứ khi nào áp suất hình thành - một dòng dầu, khí hoặc nước muối đột ngột được gọi là "cú đá" - bắt đầu vượt quá áp suất của dung dịch khoan, cắt dòng chảy không kiểm soát được trước khi nó có thể chạm tới bề mặt và gây ra một vụ nổ thảm khốc. Được lắp đặt trên đỉnh đầu giếng trên các giàn khoan trên đất liền hoặc dưới đáy biển cho các hoạt động ngoài khơi, ngăn xếp BOP thường kết hợp nhiều thiết bị ngăn ram với ít nhất một thiết bị ngăn hình khuyên, tạo thành một loạt rào chắn dự phòng được đánh giá có thể chịu được áp suất làm việc từ 5.000 psi đối với các giếng nông trên bờ lên đến 15.000 psi đối với các giếng nước sâu và giếng nhiệt độ cao áp suất cao (HPHT), theo các thông số kỹ thuật của ngành được ghi lại bởi bop-products.com.

Công cụ ngăn chặn xả hơi là gì và tại sao nó lại quan trọng?

A ngăn ngừa nổ tung là một cụm van lớn, chuyên dụng được lắp đặt ở đầu giếng trong các hoạt động khoan dầu khí với mục đích duy nhất là ngăn chặn việc xả dầu thô hoặc khí tự nhiên không kiểm soát từ giếng - một sự kiện được gọi là nổ tung - có thể giết chết công nhân, phá hủy thiết bị và gây ra thiệt hại nghiêm trọng về môi trường. Theo tổng quan kỹ thuật về ngăn ngừa phun trào của ScienceDirect, chức năng của hệ thống ngăn ngừa phun trào hoàn chỉnh là kiểm soát chuyển động của chất lỏng đá (chất lỏng hình thành đi vào giếng) trong quá trình khoan, vấp và vận hành ống vách.

Hệ thống phải có khả năng thực hiện bốn hành động riêng biệt: đóng giếng trên bề mặt; loại bỏ chất lỏng đá khỏi giếng một cách an toàn; thay thế dung dịch khoan ban đầu bằng chất lỏng có mật độ cao hơn để ngăn chặn sự xâm nhập của dung dịch hình thành tiếp theo; và di chuyển đường ống vào và ra khỏi lỗ trong khi áp suất đang được kiểm soát, một quy trình được gọi là hoạt động tước bỏ. Bốn yêu cầu này giải thích tại sao BOP không phải là một van đơn lẻ mà là một tập hợp phức tạp gồm nhiều thiết bị hoạt động theo trình tự phối hợp.

Vụ phun trào có thể xảy ra khi quá trình khoan xuyên qua hệ tầng quá nhanh, khi áp suất vỉa bị đánh giá thấp hoặc khi trọng lượng của dung dịch khoan - gọi là bùn - không đủ để cân bằng áp suất trong hố khoan. Nếu không có BOP hoạt động, hydrocarbon được điều áp có thể di chuyển lên giếng mà không được kiểm soát, thường bốc cháy trên bề mặt với những hậu quả tàn khốc, như thế giới đã chứng kiến ​​vào ngày 20 tháng 4 năm 2010, khi giàn khoan Deepwater Horizon ở Vịnh Mexico hứng chịu vụ tràn dầu ngoài khơi lớn nhất trong lịch sử Hoa Kỳ, giải phóng khoảng 3,19 triệu thùng dầu trong 87 ngày theo kết quả điều tra của Ủy ban An toàn Hóa chất Hoa Kỳ (CSB).

Các thành phần chính của hệ thống ngăn ngừa xả hơi

Một hệ thống ngăn ngừa xả hơi hoàn chỉnh bao gồm chính ngăn xếp BOP, bộ tích lũy thủy lực cung cấp năng lượng cho nó, các đường dẫn tiêu diệt và nghẹt thở để tuần hoàn chất lỏng trong giếng và một hệ thống điều khiển có thể hoạt động từ nhiều vị trí bao gồm sàn giàn khoan và thiết bị Koomey từ xa. Theo ScienceDirect, các thành phần cơ bản bao gồm ngăn xếp BOP (bộ chặn hình khuyên, bộ chặn ram, ống cuốn và bộ chặn bên trong), đầu vỏ, đường dòng và cuộn cảm và phụ kiện, đường dây tiêu diệt và kết nối, bộ phân tách và bộ tích lũy.

• Ngăn xếp BOP: Cột lắp ráp gồm các tấm chắn hình khuyên và thanh chắn được bắt vít vào đầu giếng, được thiết kế để xử lý các mức áp suất làm việc cụ thể. Một chồng bề mặt điển hình cao từ 3–5 feet; một đống nước sâu dưới biển có thể cao 18–25 feet và nặng vài trăm nghìn pound.
• Ắc quy thủy lực: Bộ điều khiển chính chứa máy bơm, bình chứa thủy lực, ống góp điều khiển, van điều khiển và bình khí nén. Theo Keystone Energy Tools, bộ tích lũy thường chứa đủ năng lượng dự trữ để đóng tất cả các thiết bị BOP và chạy các chức năng dự phòng ngay cả khi các hệ thống khác bị lỗi, đó là lý do tại sao nó được gắn trực tiếp trên hoặc gần ngăn xếp BOP.
• Đường tiêu diệt: Một đường ống áp suất cao cho phép các kỹ sư bơm dung dịch khoan nặng (diệt bùn) vào giếng bên dưới BOP kín, làm tăng áp lực hạ cấp để khắc phục sự hình thành và tiêu diệt giếng.
• Dòng cuộn cảm và đa tạp cuộn cảm: Một hệ thống các van có thể điều chỉnh và cảm biến áp suất cho phép xả chất lỏng giếng có kiểm soát và quản lý áp suất giếng sau khi BOP được đóng, cho phép các kỹ sư luân chuyển đá ra ngoài một cách an toàn.
• Vỏ điều khiển (Subsea): Đối với BOP dưới biển, các nhóm điều khiển thủy lực và điện tử dự phòng sẽ nhận lệnh từ bề mặt thông qua dây cáp và có thể kích hoạt các chức năng BOP một cách độc lập, cung cấp bản sao lưu trong trường hợp một nhóm bị lỗi.
• Hệ thống Deadman/AMF: Chức năng chế độ tự động kích hoạt thanh trượt mù một cách tự động nếu tất cả thông tin liên lạc và năng lượng thủy lực tới BOP dưới biển bị mất đồng thời, nhằm mục đích đảm bảo an toàn cuối cùng.

Hai loại BOP chính hoạt động như thế nào

Hai loại thiết bị ngăn ngừa xả hơi phổ biến nhất trong ngành — BOP hình khuyên và BOP ram — và ngăn xếp BOP hầu như luôn sử dụng cả hai loại cùng nhau, với hình khuyên nằm ở trên cùng và nhiều bộ ngăn ram được bố trí bên dưới nó. Theo tổng quan kỹ thuật của Wikipedia về thiết bị ngăn chặn hiện tượng phun trào, ngăn xếp BOP thường sử dụng cả hai loại, thường có ít nhất một BOP hình khuyên được xếp chồng lên nhau trên một số BOP ram.

Công cụ ngăn ngừa xả hơi hình khuyên

BOP hình khuyên bịt kín không gian xung quanh dây khoan bằng cách sử dụng áp suất thủy lực để nén một phần tử cao su dày, hình bánh rán được gọi là bộ phận đóng gói vào bên trong cho đến khi nó bám chặt vào bất cứ thứ gì có trong lỗ - ống khoan, vỏ, kelly hoặc thậm chí là khớp nối dụng cụ không đều - tạo thành một vòng bịt kín áp suất mà không cần biết trước đường kính chính xác. Theo Wikipedia, thiết bị ngăn chặn sự phun trào hình khuyên sử dụng nguyên lý nêm để đóng trong giếng, và thiết bị ngăn chặn hình khuyên với gioăng cao su gia cố sẽ đóng không gian hình khuyên xung quanh bất kỳ phần nào của dây khoan trong lỗ bất kể hình dạng hoặc kích thước.

BOP hình khuyên thậm chí có thể bịt kín một lỗ mở hoàn toàn không có đường ống và chúng đủ linh hoạt để cho phép ống khoan quay hoặc di chuyển từ từ theo chiều dọc thông qua vòng bịt kín - một khả năng quan trọng trong quá trình vận hành tước khi giếng phải được quản lý dưới áp lực. Bộ phận chặn hình khuyên thường là tuyến phòng thủ đầu tiên trong tình huống nổ tung vì nó có thể kích hoạt nhanh chóng và thích ứng với bất cứ thứ gì có trong lỗ vào thời điểm đó. Tuy nhiên, BOP hình khuyên thường không hiệu quả bằng các bộ phận ngăn chặn ram trong việc duy trì áp suất lâu dài trên một lỗ hở, như đã lưu ý trong tài liệu kỹ thuật của Wikipedia.

Công cụ ngăn chặn Ram Blowout

Một ram BOP đóng lại bằng cách dẫn động hai ram thép đối diện nhau bằng thủy lực từ các phía đối diện của giếng khoan, với thiết kế cụ thể của các ram đó sẽ xác định xem thiết bị có kẹp chặt ống, bịt kín một lỗ hở hay cắt hoàn toàn qua dây khoan hay không. Theo SVES Oilfield Supply, cơ chế hoạt động của ram BOP liên quan đến việc sử dụng áp suất thủy lực để dẫn động pít-tông, từ đó mở hoặc đóng các ram để đạt được sự đóng kín đầu giếng.

Ram BOP thường bao gồm hai thanh ram được sắp xếp đối lập nhau, được dịch chuyển tương đối với nhau để kẹp, bịt kín hoặc cắt, như được mô tả trong tài liệu Bằng sáng chế Hoa Kỳ về cụm ngăn xếp BOP. Sau khi đóng, cơ cấu trục khóa có thể được gài vào để giữ các thanh nén đóng lại một cách cơ học, duy trì vòng bịt ngay cả khi mất áp suất thủy lực — một tính năng dự phòng cần thiết cho các hoạt động kiểm soát giếng mở rộng.

Bốn loại công cụ ngăn chặn Ram: Mỗi loại làm gì

Bộ ngăn chặn RAM không thể thay thế cho nhau: mỗi loại trong số bốn loại ram riêng biệt giải quyết một tình huống kiểm soát giếng cụ thể và ngăn xếp BOP được trang bị đầy đủ thường bao gồm ít nhất ba loại ram khác nhau để giải quyết mọi trường hợp khẩn cấp hợp lý.

Bảng 1: Bốn loại thiết bị ngăn chặn ram được sử dụng trong kiểm soát giếng dầu và khí đốt, so sánh cơ chế bịt kín, kịch bản kích hoạt và giới hạn vận hành của chúng. Nguồn: Nguồn cung cấp mỏ dầu SVES, Wikipedia, ScienceDirect, Báo cáo điều tra chân trời nước sâu của CSB.

Cách sắp xếp ngăn xếp BOP

Ngăn xếp BOP được bố trí với thiết bị linh hoạt nhất, hoạt động nhanh nhất ở trên cùng — bộ ngăn hình khuyên — và các bộ ngăn ram mạnh hơn dần dần ở bên dưới, để người vận hành có thể nâng cấp phản ứng của họ từ bịt kín một phần nhanh chóng đến cắt đứt cơ học hoàn toàn dây khoan nếu cần. Theo tài liệu Bằng sáng chế của Hoa Kỳ về các ngăn xếp BOP dưới biển, các thiết bị ngăn chặn phun trào được bố trí gần bể chứa hơn thường được cung cấp để bao bọc và bịt kín các ống khoan, trong khi những thiết bị ở xa mỏ hơn được cung cấp để cắt dây khoan và để bịt kín giếng.

Một ngăn xếp BOP bề mặt đại diện làm việc từ trên xuống dưới thường bao gồm: một hoặc hai tấm chắn hình khuyên ở trên cùng; một bộ chặn ram có lỗ khoan hoặc ống thay đổi; một bộ phận chặn ram mù; và một bộ phận ngăn chặn lực cắt mù ở phía dưới, gần đầu giếng nhất. Ống khoan - một miếng đệm có mặt bích kết nối cụm BOP với đầu vỏ - cung cấp các điểm kết nối cho đường tiêu diệt và đường cuộn cảm. Theo ScienceDirect, thiết kế ngăn xếp BOP có thể được cấu hình để xử lý áp suất làm việc lên tới 15.000 psi, và mỗi cấu hình mang một mã chỉ định API mô tả cách sắp xếp ngăn xếp.

Thiết bị ngăn chặn hiện tượng phun trào bề mặt và dưới biển: Sự khác biệt chính

Cơ chế cơ bản của thiết bị ngăn ngừa phun trào bề mặt và dưới biển là giống nhau, nhưng BOP dưới biển phải đối mặt với độ sâu nước cực cao, vận hành từ xa, khả năng tiếp cận để bảo trì bị hạn chế và nhu cầu về nhiều hệ thống điều khiển dự phòng mà BOP bề mặt không yêu cầu.

Bảng 2: So sánh thiết bị ngăn ngừa phun trào trên bề mặt/đất và thiết bị ngăn ngừa phun trào dưới biển/nước sâu theo vị trí, định mức áp suất, hệ thống điều khiển, khả năng tiếp cận bảo trì và khả năng ngắt kết nối khẩn cấp. Nguồn: Wikipedia, Keystone Energy Tools, bop-products.com.

Từng bước: Điều gì xảy ra khi phát hiện một cú đá

Khi phát hiện một cú đá, phi hành đoàn sẽ thực hiện phản ứng kiểm soát tốt di chuyển theo một trình tự xác định — phát hiện, đóng cửa, tuần hoàn và tiêu diệt — với BOP cung cấp rào cản vật lý giúp tất cả các bước này có thể thực hiện được.

1. Phát hiện cú đá: Đội khoan theo dõi thể tích hố (lượng chất lỏng trong bể chứa bùn), áp suất bơm và tốc độ dòng chảy để phát hiện các điểm bất thường. Mức tăng pit - trở lại nhiều chất lỏng hơn mong đợi - là chỉ báo cú đá cổ điển. Theo tài liệu kỹ thuật từ Rein Wellhead Equipment, người vận hành máy khoan phải đảm bảo an toàn và đóng giếng để dừng hoạt động ngay khi phát hiện ra cú đá.
2. Đóng cửa: Máy khoan kích hoạt BOP thông qua bảng điều khiển nằm trên sàn giàn khoan hoặc bộ tích lũy Koomey. Bộ phận ngăn hình khuyên thường được đóng lại trước tiên vì nó có thể bịt kín bất cứ thứ gì có trong lỗ. Đóng BOP thích hợp sẽ ngăn chất lỏng chảy ra khỏi giếng.
3. Đọc và đánh giá áp lực: Khi giếng đã đóng, các kỹ sư đọc áp suất đóng trong ống khoan và áp suất đóng của ống vách để tính toán mật độ bùn tiêu diệt cần thiết để làm mất cân bằng quá trình hình thành.
4. Luân chuyển cú đá ra ngoài: Bằng cách sử dụng ống góp cuộn cảm, các kỹ sư luân chuyển dung dịch khoan qua giếng ở áp suất được kiểm soát, cho phép chất lỏng đá di chuyển lên và ra ngoài một cách an toàn qua đường cuộn cảm trong khi bùn nặng hơn được bơm xuống dây khoan.
5. Giết giếng: Một khi chất lỏng đá đã được loại bỏ và giếng được lấp đầy bằng bùn tiêu diệt có trọng lượng thích hợp, áp suất thủy tĩnh của cột bùn vượt quá áp suất thành hệ và giếng bị tiêu diệt một cách hiệu quả. BOP sau đó có thể được mở và tiếp tục khoan.
6. Cắt khẩn cấp (phương sách cuối cùng): Nếu cú đá leo thang vượt quá khả năng lưu thông nó ra ngoài - hoặc nếu giàn khoan phải ngắt kết nối khẩn cấp - ram cắt mù sẽ được kích hoạt để cắt đứt dây khoan và bịt kín hoàn toàn giếng khoan.

Deepwater Horizon: Thất bại của BOP tiết lộ điều gì

Thảm họa Deepwater Horizon ngày 20 tháng 4 năm 2010 vẫn là nghiên cứu điển hình rõ ràng về điều gì sẽ xảy ra khi tuyến phòng thủ cuối cùng của BOP thất bại, và kết quả điều tra từ Ủy ban An toàn Hóa chất Hoa Kỳ (CSB) đã trực tiếp định hình các tiêu chuẩn thử nghiệm và thiết kế BOP quốc tế trong những năm tiếp theo.

Báo cáo điều tra của CSB đã xác định bốn hư hỏng liên tiếp của rào chắn dẫn đến vụ nổ: xi măng không thể bịt kín các thành phần hydrocarbon; thử nghiệm áp suất âm đã bị hiểu sai là cho thấy giếng đã được bịt kín trong khi thực tế không phải vậy; thủy thủ đoàn không phát hiện ra rằng giếng đang chảy cho đến khi khí và dầu gần nổi lên mặt nước; và cuối cùng, thiết bị ngăn chặn xả hơi đã không thể ngăn dòng chảy và bịt kín giếng đủ lâu để thực hiện các hành động khắc phục.

Điểm hỏng hóc nghiêm trọng của BOP là thanh dầm cắt mù - thiết bị cuối cùng được thiết kế để cắt xuyên qua ống khoan và bịt kín giếng. Theo phân tích điều tra của CSB và WorkBoat, ống khoan bị vênh do chênh lệch áp suất lớn được tạo ra khi người vận hành đóng các thanh dầm ống, đặt ống lệch tâm bên trong lỗ BOP và nằm ngoài tầm cắt hiệu quả của thanh dầm cắt mù. Báo cáo của CSB cũng xác định nhiều lỗi đi dây trong các hộp điều khiển: một cuộn dây điện từ được nối dây không chính xác khiến hai kênh đối lập nhau, điều này có thể ngăn cản việc kích hoạt van điện từ một cách độc lập với tất cả các lỗi khác. Sự xuống cấp của pin trong hệ thống deadman đã tạo thêm một lớp lỗi nữa.

Cuộc điều tra rộng hơn, như được tóm tắt trong phân tích học thuật được công bố tại Academia.edu, cho rằng sự thất bại của BOP là do các tiêu chuẩn thử nghiệm và thiết kế không đầy đủ, đặc biệt là trong Đặc tả API 16D, chi phối các hệ thống kiểm soát cho ngăn xếp BOP. Thảm họa đã trực tiếp đẩy nhanh việc sửa đổi các tiêu chuẩn API và thúc đẩy các quy định mới của Cục An toàn và Thực thi Môi trường Hoa Kỳ (BSEE) yêu cầu kiểm tra và bảo trì nghiêm ngặt hơn các thiết bị BOP trên các giàn khoan ngoài khơi.

Các yêu cầu về kiểm tra, bảo trì và quản lý BOP

BOP phải được kiểm tra áp suất và kiểm tra chức năng bắt buộc theo lịch trình thường xuyên, với khoảng thời gian và áp suất kiểm tra do tiêu chuẩn API và cơ quan quản lý quốc gia đặt ra, bởi vì BOP chưa bao giờ được kiểm tra trong điều kiện thực tế chỉ mang lại vẻ ngoài an toàn. Các quy định thường yêu cầu thiết bị chặn hình khuyên phải có khả năng đóng hoàn toàn giếng khoan, như được lưu ý trong phần tổng quan kỹ thuật của Wikipedia.

• Kiểm tra chức năng: Mỗi bộ phận BOP phải được mở và đóng để xác nhận hoạt động cơ học chính xác, thường là 7 đến 14 ngày một lần trong quá trình khoan đang hoạt động.
• Kiểm tra áp lực: Ngăn xếp BOP phải được kiểm tra áp suất theo áp suất làm việc định mức của nó để xác minh tính toàn vẹn của lớp bịt kín, thường là mỗi khi BOP mới được lắp đặt và theo các khoảng thời gian xác định sau đó - trong các hoạt động ngoài khơi của Hoa Kỳ, 21 ngày một lần theo quy định của BSEE sau Deepwater Horizon.
• Kiểm tra tích lũy: Bộ tích lũy thủy lực phải được xác minh để chứa đủ áp suất nạp trước để đóng tất cả các chức năng BOP mà không cần bất kỳ sự hỗ trợ nào của máy bơm, xác nhận rằng mức dự trữ năng lượng an toàn vẫn còn nguyên vẹn.
• Thử nghiệm nhóm điều khiển (dưới biển): Cả nhóm điều khiển chính và phụ trên BOP dưới biển phải được kiểm tra độc lập để xác nhận rằng việc mất một nhóm không ảnh hưởng đến khả năng đóng bất kỳ chức năng nào của hệ thống.
• Kiểm tra khả năng ram cắt: Sau phát hiện của cuộc điều tra Deepwater Horizon rằng đường ống lệch tâm đã ngăn chặn hiện tượng cắt, hướng dẫn quy định hiện yêu cầu các thiết kế ram cắt phải được thử nghiệm dựa trên các loại ống cụ thể và cấu hình mối nối sẽ được sử dụng trong từng chương trình giếng.

Các câu hỏi thường gặp về Thiết bị ngăn ngừa xả hơi

Hỏi: Sự khác biệt giữa một cú đá và một cú xả đòn là gì?

Cú đá là dòng chất lỏng thành hệ - dầu, khí, nước hoặc bất kỳ sự kết hợp nào - vào giếng xảy ra do áp suất giếng khoan đã giảm xuống dưới áp suất thành hệ trong giây lát. Cú đá là một sự kiện có thể quản lý được nếu được phát hiện sớm và BOP được đóng lại kịp thời để đóng giếng. Một vụ nổ là hậu quả của một cú đá không kiểm soát: chất lỏng hình thành tiếp tục chảy lên bề mặt mà không có bất kỳ rào cản hữu hiệu nào, thường gây ra hậu quả nổ và thảm khốc về môi trường. Toàn bộ mục đích của BOP là biến mọi cú đá thành một sự kiện có thể kiểm soát, quản lý được trước khi nó có thể trở thành một trận đấu.

Hỏi: Có thể sử dụng thiết bị ngăn chặn hiện tượng nổ tung khi dây khoan đang quay không?

Có, đối với BOP hình khuyên. Theo tổng quan kỹ thuật của Wikipedia, thiết bị ngăn chặn phun trào hình khuyên có hiệu quả trong việc duy trì độ kín xung quanh ống khoan ngay cả khi nó quay trong quá trình khoan. Bộ phận đệm cao su trong bộ chặn hình khuyên có thể kẹp ống đủ chắc chắn để chịu áp lực đồng thời cho phép quay chậm hoặc chuyển động dọc trục có kiểm soát, đây là cơ sở cho các hoạt động tuốt. Ngược lại, bộ chặn Ram được thiết kế để giữ chặt đường ống cố định và không được sử dụng để quay động hoặc chuyển động đường ống đáng kể.

Hỏi: Một đống BOP dưới biển điển hình lớn và nặng bao nhiêu?

Một ngăn xếp BOP nước sâu điển hình dưới biển, bao gồm Gói nâng hàng dưới biển (LMRP), có thể cao từ 18–25 feet và nặng hơn 400.000 đến 450.000 pound (khoảng 200 tấn). Đường kính lỗ khoan của ống khói - lỗ bên trong mà dây khoan đi qua - thường là 18,75 inch đối với các hoạt động ở vùng nước sâu. Các kích thước này phản ánh các lực cực lớn mà BOP phải chống lại ở áp suất định mức từ 10.000 đến 15.000 psi ở độ sâu nước có thể vượt quá 10.000 feet.

Hỏi: Ống nâng khoan là gì và nó kết nối với BOP như thế nào?

Ống đứng khoan là một dây ống có đường kính lớn nối BOP dưới đáy biển với giàn khoan trên bề mặt, cung cấp một đường đi khép kín liên tục cho dây khoan, dòng dung dịch khoan quay trở lại cũng như các đường dẫn tiêu diệt và nghẹt thở. Theo Wikipedia, ống nâng có tác dụng mở rộng giếng khoan cho giàn khoan một cách hiệu quả. Ống đứng gắn ở đầu dưới của nó với phần LMRP của ngăn xếp BOP thông qua một đầu nối thủy lực và ống đứng có thể nhanh chóng được tháo chốt để cho phép giàn khoan di chuyển khỏi vị trí trong trường hợp khẩn cấp trong khi BOP vẫn ở nguyên vị trí và bịt kín trên đầu giếng bên dưới.

Hỏi: Tại sao máy cắt của Deepwater Horizon không thể bịt kín giếng?

Theo kết quả điều tra của Ủy ban An toàn Hóa chất Hoa Kỳ do WorkBoat báo cáo, thanh trượt mù trên Deepwater Horizon đã thất bại chủ yếu do ống khoan bị vênh dưới sự chênh lệch áp suất bên trong cực lớn được tạo ra khi các thanh trượt ống được đóng trước đó trong trình tự khẩn cấp. Quá trình "nén hiệu quả" này đã làm cong ống khoan lệch tâm bên trong lỗ BOP, đặt nó ra ngoài tầm cắt hiệu quả của các lưỡi ram cắt. Các yếu tố góp phần khác được các nhà điều tra xác định bao gồm nối dây điện sai ở một trong các hộp điều khiển, pin xuống cấp trong hệ thống deadman và sự thiếu nhận thức chung của ngành rằng đường ống lệch tâm có thể ngăn cản ram cắt hoạt động — một kịch bản thiết kế chưa bao giờ được thử nghiệm chính thức trước thảm họa.

Hỏi: Có giải pháp thay thế BOP truyền thống nào để kiểm soát giếng không?

Hệ thống Khoan áp lực được quản lý (MPD) thể hiện một phương pháp bổ sung giúp duy trì áp suất giếng khoan liên tục, được kiểm soát chính xác trong suốt quá trình khoan nhằm giảm thiểu các điều kiện gây ra lực tác động ngay từ đầu, giảm sự phụ thuộc vào sự can thiệp của BOP phản ứng. Một số thiết kế thử nghiệm kết hợp các thiết bị điều khiển quay (RCD) bịt kín xung quanh dây khoan quay trên bề mặt để cho phép khoan được kiểm soát áp suất thấp. Tuy nhiên, hiện tại không có hệ thống nào được triển khai thương mại có thể thay thế BOP làm rào cản cơ học chính để kiểm soát giếng khẩn cấp; MPD và RCD bổ sung thay vì thay thế công nghệ BOP.

Tóm tắt

Thiết bị ngăn chặn phun trào hoạt động bằng cách đặt một loạt các rào cản thủy lực dự phòng về mặt cơ học - các thiết bị ngăn chặn hình khuyên ở trên cùng, các thanh chắn ống và các thanh chắn cắt mù bên dưới - ngay trên đầu giếng, sẵn sàng bịt kín ngay lập tức trước áp suất lên tới 15.000 psi bất cứ khi nào một cú đá có nguy cơ gây nổ. BOP hình khuyên cung cấp khả năng bịt kín dòng đầu tiên nhanh chóng, linh hoạt xung quanh bất kỳ hình dạng ống nào; các thanh kẹp ống kẹp và bịt kín xung quanh một đường kính dây khoan cụ thể; và thanh dầm cắt mù đóng vai trò là giải pháp cuối cùng của ngành công nghiệp, cắt đứt dây khoan và bịt kín lỗ hở chỉ bằng một hành trình thủy lực.

Thảm họa Deepwater Horizon đã chứng minh với những hậu quả nghiêm trọng rằng hiệu quả của BOP không chỉ phụ thuộc vào thiết kế cơ khí chính xác mà còn phụ thuộc vào hệ thống dây điện thích hợp, pin được bảo trì, kiểm tra thường xuyên trong các tình huống thực tế bao gồm đường ống lệch tâm và việc áp dụng nghiêm ngặt các bước kiểm soát giếng theo quy trình để kích hoạt hệ thống kịp thời. Sự phát triển liên tục của thiết kế BOP — bao gồm các giao thức thử nghiệm ram cắt được cải tiến, dự phòng điều khiển đa kênh điện-thủy lực và hệ thống an toàn dự phòng deadman — phản ánh một ngành tiếp tục tiếp thu các bài học từ sự kiện đó để theo đuổi các giếng có thể thực sự được kiểm soát ở mọi giai đoạn trong vòng đời của chúng.