Blowout Preventer ทำงานอย่างไร?

เครื่องป้องกันการระเบิด (BOP) ทำงานโดยการปิดผนึกหลุมเจาะด้วยรางขับเคลื่อนด้วยระบบไฮดรอลิกหรือชิ้นส่วนยางวงแหวนแบบพองได้ เมื่อใดก็ตามที่ความดันในชั้นหิน — การที่น้ำมัน ก๊าซ หรือน้ำเกลือไหลเข้ามาอย่างฉับพลันที่เรียกว่า "การเตะ" เริ่มที่จะเกินแรงดันของของไหลจากการขุดเจาะ ซึ่งจะตัดการไหลที่ไม่สามารถควบคุมได้ก่อนที่จะถึงพื้นผิวและก่อให้เกิดการระเบิดที่รุนแรง โดยทั่วไปแล้ว BOP Stack จะติดตั้งที่ด้านบนของหัวหลุมบนแท่นขุดเจาะบนบกหรือบนพื้นทะเลสำหรับการดำเนินงานนอกชายฝั่ง โดยจะรวมตัวป้องกัน ram หลายตัวเข้ากับตัวป้องกันรูปวงแหวนอย่างน้อยหนึ่งตัว กลายเป็นชุดสิ่งกีดขวางที่ซ้ำซ้อนที่ได้รับการจัดอันดับให้ทนทานต่อแรงกดดันในการทำงานตั้งแต่ 5,000 psi สำหรับบ่อน้ำตื้นบนบก จนถึง 15,000 psi สำหรับบ่อน้ำลึกและแรงดันสูงที่มีอุณหภูมิสูง (HPHT) ตามข้อกำหนดเฉพาะของอุตสาหกรรม โดย bop-products.com

Blowout Preventer คืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ?

A อุปกรณ์ป้องกันการระเบิด เป็นชุดวาล์วพิเศษขนาดใหญ่ที่ติดตั้งที่หัวหลุมระหว่างการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซ โดยมีวัตถุประสงค์เพียงอย่างเดียวคือเพื่อป้องกันการปล่อยน้ำมันดิบหรือก๊าซธรรมชาติที่ไม่สามารถควบคุมได้จากบ่อ ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เรียกว่าการระเบิด ซึ่งสามารถคร่าชีวิตคนงาน ทำลายอุปกรณ์ และก่อให้เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรง ตามภาพรวมทางวิศวกรรมของการป้องกันการระเบิดของ ScienceDirect หน้าที่ของระบบการป้องกันการระเบิดแบบเต็มคือการควบคุมการเคลื่อนที่ของของเหลวเตะ (ของเหลวก่อตัวที่เข้าไปในหลุมเจาะ) ในระหว่างการขุดเจาะ การสะดุด และการขุดท่อ

ระบบจะต้องมีความสามารถในการดำเนินการที่แตกต่างกันสี่ประการ: ปิดบ่อน้ำที่ผิวน้ำ; กำจัดของเหลวเตะออกจากหลุมเจาะอย่างปลอดภัย แทนที่ของไหลเจาะเดิมด้วยของไหลที่มีความหนาแน่นสูงกว่าเพื่อป้องกันการแทรกซึมของของไหลที่ก่อตัวเพิ่มเติม และการเคลื่อนย้ายท่อเข้าและออกจากรูในขณะที่มีแรงดันอยู่ ซึ่งเป็นขั้นตอนที่เรียกว่าการดำเนินการปอก ข้อกำหนดทั้งสี่นี้อธิบายว่าทำไม BOP ไม่ใช่วาล์วเดี่ยว แต่เป็นสแต็กที่ซับซ้อนของอุปกรณ์หลายตัวที่ทำงานในลำดับที่ประสานกัน

การระเบิดอาจเกิดขึ้นเมื่อการเจาะทะลุชั้นหินเร็วเกินไป เมื่อแรงดันของอ่างเก็บน้ำถูกประเมินต่ำเกินไป หรือเมื่อน้ำหนักของของไหลจากการขุดเจาะ — ที่เรียกว่าโคลน — ไม่เพียงพอที่จะปรับสมดุลแรงดันในหลุมเจาะ หากไม่มี BOP ที่ทำงานได้ ไฮโดรคาร์บอนที่มีแรงดันสามารถเดินทางขึ้นไปบนหลุมเจาะโดยไม่ได้รับการตรวจสอบ ซึ่งมักจะจุดติดไฟที่พื้นผิวพร้อมกับผลกระทบร้ายแรง ดังที่โลกได้เห็นเมื่อวันที่ 20 เมษายน พ.ศ. 2553 เมื่อแท่นขุดเจาะ Deepwater Horizon ในอ่าวเม็กซิโกประสบกับการรั่วไหลของน้ำมันนอกชายฝั่งครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของสหรัฐอเมริกา โดยปล่อยน้ำมันประมาณ 3.19 ล้านบาร์เรลในระยะเวลา 87 วัน ตามผลการวิจัยของคณะกรรมการความปลอดภัยด้านสารเคมีของสหรัฐอเมริกา (CSB)

ส่วนประกอบสำคัญของระบบป้องกันการระเบิด

ระบบป้องกันการระเบิดที่สมบูรณ์ประกอบด้วยตัว BOP Stack ตัวสะสมไฮดรอลิกที่จ่ายพลังงานให้กับมัน Kill และ Choke Line สำหรับการไหลเวียนของไหลในบ่อ และระบบควบคุมที่สามารถทำงานได้จากหลายตำแหน่ง รวมถึงพื้นแท่นขุดเจาะและยูนิต Koomey ระยะไกล ตามข้อมูลของ ScienceDirect ส่วนประกอบพื้นฐานประกอบด้วย BOP Stack (ตัวป้องกันรูปวงแหวน ตัวป้องกัน ram ตัวแยก และตัวป้องกันภายใน) หัวปลอก ท่อและข้อต่อการไหลและโช้ค เส้นคิลไลน์และการเชื่อมต่อ ตัวแยก และตัวสะสม

• BOP สแต็ค: คอลัมน์ที่ประกอบกันของตัวป้องกันรูปวงแหวนและตัวป้องกันการกระแทกนั้นยึดเข้ากับหัวหลุมผลิต ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับพิกัดแรงดันใช้งานเฉพาะ กองพื้นผิวทั่วไปมีความสูง 3–5 ฟุต; กองน้ำลึกใต้ทะเลสามารถยืนได้สูง 18–25 ฟุตและหนักหลายแสนปอนด์
• ตัวสะสมไฮดรอลิก: หน่วยควบคุมหลักซึ่งประกอบด้วยปั๊ม อ่างเก็บน้ำไฮดรอลิก ท่อร่วมควบคุม วาล์วควบคุม และขวดแก๊สอัด จากข้อมูลของ Keystone Energy Tools เครื่องสะสมพลังงานมักจะกักเก็บพลังงานไว้เพียงพอเพื่อปิดหน่วย BOP ทั้งหมดและเรียกใช้ฟังก์ชันการสำรองข้อมูล แม้ว่าระบบอื่นๆ จะล้มเหลว ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงติดตั้งโดยตรงบนหรือใกล้กับสแต็ก BOP
• ฆ่าไลน์: ท่อแรงดันสูงที่ช่วยให้วิศวกรสามารถสูบของเหลวเจาะหนัก (โคลนฆ่า) ลงในหลุมเจาะที่อยู่ใต้ BOP แบบปิด ซึ่งจะเพิ่มแรงดันในหลุมเจาะเพื่อเอาชนะชั้นหินและทำลายหลุม
• Choke Line และ Choke Manifold: ระบบวาล์วแบบปรับได้และเซ็นเซอร์ความดันที่ช่วยให้ควบคุมการปล่อยของเหลวในบ่อและการจัดการแรงดันของหลุมเจาะหลังจากปิด BOP แล้ว ช่วยให้วิศวกรสามารถหมุนเวียนการเตะออกได้อย่างปลอดภัย
• พ็อดควบคุม (ใต้ทะเล): สำหรับ BOP ใต้ทะเล พ็อดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และไฮดรอลิกซ้ำซ้อนจะได้รับคำสั่งจากพื้นผิวผ่านสายสะดือ และสามารถเปิดใช้งานฟังก์ชัน BOP ได้อย่างอิสระ โดยให้การสำรองข้อมูลในกรณีที่พ็อดหนึ่งล้มเหลว
• ระบบเดดแมน / AMF: ฟังก์ชันโหมดอัตโนมัติที่สั่งงาน blind shear ram โดยอัตโนมัติ หากการสื่อสารและกำลังไฮดรอลิกทั้งหมดที่ส่งไปยัง BOP ใต้ทะเลสูญหายไปพร้อมๆ กัน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นการป้องกันความล้มเหลวขั้นสุดท้าย

BOP หลักสองประเภททำงานอย่างไร

ตัวป้องกันการระเบิดสองประเภทเป็นที่แพร่หลายมากที่สุดในอุตสาหกรรม — BOP วงแหวนและ BOP ของ ram — และ BOP สแต็กมักจะใช้ทั้งสองประเภทร่วมกัน โดยมีรูปวงแหวนอยู่ด้านบนและตัวป้องกัน ram หลายตัวจัดเรียงอยู่ด้านล่าง ตามภาพรวมทางเทคนิคของวิกิพีเดียเกี่ยวกับตัวป้องกันการระเบิด BOP สแต็คมักใช้ทั้งสองประเภท โดยทั่วไปจะมี BOP วงแหวนอย่างน้อยหนึ่งอันซ้อนกันอยู่เหนือ RAM BOP หลายตัว

น้ำยาป้องกันการเกิด Annular Blowout

BOP วงแหวนจะผนึกช่องว่างรอบสายสว่านโดยใช้แรงดันไฮดรอลิกเพื่ออัดชิ้นส่วนยางรูปทรงโดนัทหนาที่เรียกว่าชุดบรรจุเข้าด้านในจนกระทั่งยึดแน่นกับสิ่งที่อยู่ในรู เช่น ท่อเจาะ ท่อ kelly หรือแม้แต่ข้อต่อเครื่องมือที่ไม่ปกติ ทำให้เกิดเป็นซีลที่แน่นด้วยแรงดันโดยไม่จำเป็นต้องทราบเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอนล่วงหน้า ตามข้อมูลในวิกิพีเดีย ตัวป้องกันการระเบิดเป็นรูปวงแหวนใช้หลักการของลิ่มเพื่อปิดในหลุมเจาะ และตัวป้องกันวงแหวนที่มีการหุ้มด้วยยางเสริมแรงจะปิดช่องว่างวงแหวนรอบส่วนใด ๆ ของเชือกเจาะในรูโดยไม่คำนึงถึงรูปร่างหรือขนาด

BOP แบบวงแหวนยังสามารถปิดผนึกรูที่เปิดสนิทโดยไม่มีท่ออยู่ และพวกมันมีความยืดหยุ่นพอที่จะหมุนท่อเจาะหรือเคลื่อนช้าๆ ในแนวตั้งผ่านการซีลแบบปิด ซึ่งเป็นความสามารถที่สำคัญในระหว่างการปอกเมื่อต้องจัดการหลุมภายใต้แรงกดดัน โดยทั่วไปแล้วตัวป้องกันรูปวงแหวนจะเป็นด่านแรกในการป้องกันในสถานการณ์ระเบิด เนื่องจากสามารถเปิดใช้งานได้อย่างรวดเร็วและปรับให้เข้ากับทุกสิ่งที่อยู่ในหลุมในขณะนั้น อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไป BOP แบบวงแหวนจะไม่มีประสิทธิภาพเท่ากับตัวป้องกัน ram ในการรักษาซีลแรงดันระยะยาวบนรูเปิด ดังที่ระบุไว้ในเอกสารทางเทคนิคของ Wikipedia

น้ำยาป้องกัน Ram Blowout

BOP แบบแกะปิดโดยการขับแกะเหล็กสองตัวที่อยู่ตรงข้ามกันเข้าด้วยกันแบบไฮดรอลิกจากด้านตรงข้ามของหลุมเจาะ โดยมีการออกแบบเฉพาะของแกะเหล่านั้นเพื่อกำหนดว่าอุปกรณ์จะจับท่อ ปิดผนึกรูที่เปิดอยู่ หรือตัดผ่านสายสว่านทั้งหมดหรือไม่ จากข้อมูลของ SVES Oilfield Supply กลไกการทำงานของ ram BOP เกี่ยวข้องกับการใช้แรงดันไฮดรอลิกเพื่อขับเคลื่อนลูกสูบ ดังนั้นจึงเปิดหรือปิดฝาสูบเพื่อให้ปิดหัวหลุมผลิตได้

โดยทั่วไป Ram BOP จะประกอบด้วย ram สองตัวที่จัดเรียงตรงข้ามกัน ซึ่งแทนที่โดยสัมพันธ์กันโดยใช้แคลมป์ ซีล หรือการตัด ตามที่อธิบายไว้ในเอกสารสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาสำหรับชุดประกอบ BOP เมื่อปิดแล้ว จะสามารถยึดกลไกเพลาล็อคเพื่อยึดรางปิดโดยกลไก โดยรักษาการซีลไว้แม้ว่าแรงดันไฮดรอลิกจะหายไป ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำรองที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการควบคุมบ่อที่ขยายเวลา

Ram Preventer สี่ประเภท: สิ่งที่แต่ละคนทำ

ตัวป้องกัน Ram ไม่สามารถใช้แทนกันได้: แต่ละประเภทของ RAM ที่แตกต่างกันจะจัดการกับสถานการณ์การควบคุมบ่อที่เฉพาะเจาะจง และโดยปกติแล้ว BOP Stack ที่มีอุปกรณ์ครบครันจะมีประเภท RAM ที่แตกต่างกันอย่างน้อยสามประเภทเพื่อให้ครอบคลุมทุกเหตุฉุกเฉินที่เป็นไปได้

ตารางที่ 1: ประเภทตัวป้องกัน ram ทั้งสี่ประเภทที่ใช้ในการควบคุมบ่อน้ำมันและก๊าซ เปรียบเทียบกลไกการปิดผนึก สถานการณ์การเปิดใช้งาน และข้อจำกัดในการปฏิบัติงาน ที่มา: SVES Oilfield Supply, Wikipedia, ScienceDirect, CSB Deepwater Horizon Investigation Report

วิธีจัดเรียง BOP Stack

BOP Stack ได้รับการจัดเรียงโดยมีอุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นที่สุดและออกฤทธิ์เร็วที่สุดที่ด้านบน — ตัวป้องกันรูปวงแหวน — และตัวป้องกัน ram ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ ด้านล่าง เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเพิ่มการตอบสนองของตนจากการปิดผนึกบางส่วนอย่างรวดเร็วไปจนถึงการแยกทางกลของสายสว่านโดยสมบูรณ์ หากจำเป็น ตามเอกสารสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาสำหรับกอง BOP ใต้ทะเล อุปกรณ์ป้องกันการระเบิดที่จัดเรียงไว้ใกล้กับอ่างเก็บน้ำมักจะถูกจัดเตรียมไว้เพื่อปิดล้อมและปิดผนึกท่อเจาะ ในขณะที่ส่วนที่อยู่ห่างจากตะกอนนั้นมีไว้เพื่อตัดสายสว่านและสำหรับการปิดผนึกหลุมอย่างแน่นหนา

โดยทั่วไปแล้ว สแต็ค BOP ของพื้นผิวตัวแทนที่ทำงานจากบนลงล่างโดยทั่วไปจะประกอบด้วย: ตัวป้องกันรูปวงแหวนหนึ่งหรือสองตัวที่ด้านบน; ตัวป้องกันการเจาะแบบแปรผันหรือท่อ ram หนึ่งตัว ตัวป้องกันแกะตาบอดตัวหนึ่ง และตัวป้องกันแรงเฉือนแบบตาบอดหนึ่งตัวที่ด้านล่าง ใกล้กับหัวหลุมมากที่สุด หลอดเจาะ — ตัวเว้นระยะแบบหน้าแปลนที่เชื่อมต่อชุดประกอบ BOP กับหัวปลอก — ให้จุดเชื่อมต่อสำหรับคิลไลน์และโช้คไลน์ การออกแบบสแตก BOP สามารถกำหนดค่าให้รองรับแรงกดดันในการทำงานสูงถึง 15,000 psi ตาม ScienceDirect และการกำหนดค่าแต่ละรายการจะมีรหัสการกำหนด API ที่อธิบายการจัดเรียงสแตก

Surface vs. Subsea Blowout Preventers: ความแตกต่างที่สำคัญ

กลไกพื้นฐานของอุปกรณ์ป้องกันการระเบิดที่พื้นผิวและใต้ทะเลจะเหมือนกัน แต่ BOP ใต้ทะเลจะต้องต่อสู้กับความลึกของน้ำที่รุนแรง การดำเนินการจากระยะไกล การเข้าถึงที่จำกัดเพื่อการบำรุงรักษา และความต้องการระบบควบคุมซ้ำซ้อนหลายระบบที่ BOP ที่พื้นผิวไม่ต้องการ

ตารางที่ 2: การเปรียบเทียบอุปกรณ์ป้องกันการระเบิดบนพื้นผิว/พื้นดิน และอุปกรณ์ป้องกันการระเบิดใต้ทะเล/น้ำลึกทั่วทุกตำแหน่ง ระดับแรงดัน ระบบควบคุม การเข้าถึงการบำรุงรักษา และความสามารถในการตัดการเชื่อมต่อฉุกเฉิน ที่มา: Wikipedia, Keystone Energy Tools, bop-products.com

ทีละขั้นตอน: จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อตรวจพบการเตะ

เมื่อตรวจพบการเตะ ลูกเรือจะดำเนินการตอบสนองการควบคุมอย่างดีซึ่งเคลื่อนที่ตามลำดับที่กำหนดไว้ — การตรวจจับ การปิดเข้า หมุนเวียนออก และการสังหาร — โดยที่ BOP จะเป็นผู้จัดเตรียมสิ่งกีดขวางทางกายภาพที่ทำให้ขั้นตอนเหล่านี้ทั้งหมดเป็นไปได้

1. การตรวจจับการเตะ: เจ้าหน้าที่ขุดเจาะจะตรวจสอบปริมาตรของหลุม (ปริมาณของเหลวในถังโคลน) แรงดันปั๊ม และอัตราการไหลของความผิดปกติ การเพิ่มขึ้นของหลุม — การกลับมาที่ลื่นไหลมากกว่าที่คาดไว้ — เป็นตัวบ่งชี้การเตะแบบคลาสสิก ผู้ปฏิบัติงานขุดเจาะต้องรักษาความปลอดภัยและปิดบ่อเพื่อฆ่าทันทีที่ตรวจพบการเตะ ตามเอกสารทางเทคนิคจาก Rein Wellhead Equipment
2. ปิดเครื่อง: เครื่องเจาะเปิดใช้งาน BOP ผ่านแผงควบคุมที่อยู่บนพื้นแท่นขุดเจาะหรือหน่วยสะสม Koomey โดยทั่วไปตัวป้องกันรูปวงแหวนจะปิดก่อนเนื่องจากสามารถปิดผนึกสิ่งที่อยู่ในรูได้ การปิด BOP ที่เหมาะสมจะป้องกันไม่ให้ของเหลวไหลออกจากหลุมเจาะ
3. การอ่านและการประเมินความกดดัน: เมื่อปิดบ่อน้ำแล้ว วิศวกรจะอ่านแรงดันของท่อเจาะและแรงดันท่อปิดเพื่อคำนวณความหนาแน่นของโคลนฆ่าซึ่งจำเป็นต่อความสมดุลของชั้นหิน
4. การหมุนเวียนการเตะออก: การใช้ท่อร่วมสำลัก วิศวกรจะหมุนเวียนของเหลวจากการเจาะผ่านบ่อด้วยแรงดันที่ควบคุมได้ ซึ่งช่วยให้ของเหลวเตะสามารถเคลื่อนย้ายขึ้นและออกได้อย่างปลอดภัยผ่านแนวท่อหายใจ ในขณะที่โคลนที่หนักกว่าถูกสูบลงมาตามสายสว่าน
5. ฆ่าบ่อน้ำ: เมื่อของเหลวเตะถูกเอาออกและหลุมเจาะถูกเติมด้วยโคลนฆ่าที่ถ่วงน้ำหนักอย่างเหมาะสม แรงดันอุทกสถิตของคอลัมน์โคลนจะเกินแรงดันของชั้นหิน และหลุมก็จะถูกกำจัดอย่างมีประสิทธิภาพ จากนั้นสามารถเปิด BOP และดำเนินการเจาะต่อได้
6. แรงเฉือนฉุกเฉิน (ทางเลือกสุดท้าย): หากการเตะลุกลามเกินความสามารถในการไหลเวียนออกไป หรือหากแท่นขุดเจาะต้องตัดการเชื่อมต่อฉุกเฉิน รางเฉือนแบบตาบอดจะถูกเปิดใช้งานเพื่อตัดสายสว่านและปิดผนึกหลุมเจาะอย่างสมบูรณ์

Deepwater Horizon: สิ่งที่เปิดเผยความล้มเหลวของ BOP

ภัยพิบัติ Deepwater Horizon เมื่อวันที่ 20 เมษายน พ.ศ. 2553 ยังคงเป็นกรณีศึกษาขั้นสุดท้ายเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อแนวป้องกันสุดท้ายของ BOP ล้มเหลว และผลการสืบสวนจากคณะกรรมการความปลอดภัยด้านสารเคมีของสหรัฐอเมริกา (CSB) ได้กำหนดมาตรฐานการออกแบบและการทดสอบ BOP ระดับสากลโดยตรงในปีต่อๆ มา

รายงานการสอบสวนของ CSB ระบุความล้มเหลวของอุปสรรคตามลำดับสี่ประการที่นำไปสู่การระเบิด ได้แก่ ซีเมนต์ไม่สามารถปิดผนึกการก่อตัวของไฮโดรคาร์บอน; การทดสอบแรงดันลบถูกตีความผิดโดยระบุว่าบ่อน้ำถูกปิดผนึกเมื่อไม่ได้ปิด; ลูกเรือตรวจไม่พบว่ามีบ่อน้ำไหลจนกระทั่งก๊าซและน้ำมันเกือบถึงผิวน้ำ และสุดท้าย ระบบป้องกันการระเบิดไม่สามารถหยุดการไหลและปิดผนึกบ่อได้นานพอที่จะดำเนินการแก้ไขได้

จุดล้มเหลวที่สำคัญของ BOP คือ blind shear ram ซึ่งเป็นอุปกรณ์ทางเลือกสุดท้ายที่ออกแบบมาเพื่อตัดผ่านท่อเจาะและปิดผนึกบ่อ ตามการวิเคราะห์ของ CSB และ WorkBoat ของการสืบสวน ท่อเจาะงอเนื่องจากแรงดันที่แตกต่างกันขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นเมื่อผู้ปฏิบัติงานปิดรางท่อ โดยวางท่อให้อยู่นอกศูนย์กลางภายในรู BOP และอยู่นอกระยะตัดที่มีประสิทธิภาพของ blind shear ram รายงานของ CSB ยังระบุถึงการเดินสายที่ไม่ถูกต้องหลายครั้งในหน่วยควบคุม: คอยล์โซลินอยด์หนึ่งต่อสายอย่างไม่ถูกต้อง ดังนั้นสองช่องสัญญาณจะตรงข้ามกัน ซึ่งจะทำให้การทำงานของวาล์วโซลินอยด์ไม่เป็นอิสระจากความล้มเหลวอื่นๆ ทั้งหมด ความเสื่อมของแบตเตอรี่ในระบบเดดแมนทำให้เกิดความล้มเหลวอีกชั้นหนึ่ง

การสืบสวนที่กว้างขึ้น ตามที่สรุปไว้ในการวิเคราะห์ทางวิชาการที่ตีพิมพ์ใน Academia.edu ระบุว่า BOP ล้มเหลวเนื่องจากมาตรฐานการออกแบบและการทดสอบที่ไม่เพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในข้อกำหนด API 16D ซึ่งควบคุมระบบควบคุมสำหรับสแต็ค BOP ภัยพิบัติครั้งนี้เร่งให้มีการแก้ไขมาตรฐาน API โดยตรง และกระตุ้นให้สำนักงานบังคับใช้ความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อม (BSEE) ใหม่ของสหรัฐฯ กำหนดให้มีการทดสอบและบำรุงรักษาอุปกรณ์ BOP บนแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งที่เข้มงวดมากขึ้น

การทดสอบ BOP การบำรุงรักษา และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ

BOP จะต้องได้รับการทดสอบแรงดันและการทดสอบการทำงานตามกำหนดเวลาปกติ โดยมีช่วงเวลาและแรงกดดันในการทดสอบที่กำหนดโดยมาตรฐาน API และหน่วยงานกำกับดูแลระดับชาติ เนื่องจาก BOP ที่ไม่เคยได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะจริงมีเพียงรูปลักษณ์ที่ปลอดภัยเท่านั้น โดยทั่วไปกฎระเบียบกำหนดให้ตัวป้องกันรูปวงแหวนต้องสามารถปิดหลุมเจาะได้อย่างสมบูรณ์ ดังที่ระบุไว้ในภาพรวมทางวิศวกรรมของวิกิพีเดีย

• การทดสอบฟังก์ชัน: ต้องเปิดและปิดส่วนประกอบ BOP แต่ละรายการเพื่อยืนยันการทำงานของกลไกที่ถูกต้อง โดยปกติทุกๆ 7 ถึง 14 วันในระหว่างการขุดเจาะที่ใช้งานอยู่
• การทดสอบแรงดัน: ชั้น BOP จะต้องได้รับการทดสอบแรงดันตามแรงดันใช้งานที่กำหนด เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของการปิดผนึก โดยทั่วไปทุกครั้งที่มีการติดตั้ง BOP ใหม่ และตามช่วงเวลาที่กำหนดหลังจากนั้น ในการปฏิบัติงานนอกชายฝั่งของสหรัฐอเมริกา ทุก 21 วันภายใต้กฎระเบียบ BSEE หลัง Deepwater Horizon
• การทดสอบการสะสม: ต้องตรวจสอบตัวสะสมไฮดรอลิกว่ามีแรงดันที่ชาร์จล่วงหน้าเพียงพอเพื่อปิดฟังก์ชัน BOP ทั้งหมดโดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือจากปั๊มใดๆ เพื่อยืนยันว่าพลังงานสำรองที่ปลอดภัยเมื่อเกิดเหตุขัดข้องยังคงอยู่
• การทดสอบฝักควบคุม (ใต้ทะเล): ทั้งพ็อดควบคุมหลักและรองบน BOP ใต้ทะเลจะต้องได้รับการทดสอบอย่างอิสระเพื่อยืนยันว่าการสูญเสียหนึ่งพ็อดไม่กระทบต่อความสามารถของระบบในการปิดฟังก์ชันใดๆ
• การตรวจสอบความสามารถในการรับแรงเฉือน: หลังจากการสืบสวนของ Deepwater Horizon พบว่าท่อที่อยู่ตรงกลางป้องกันการตัดเฉือน ขณะนี้คำแนะนำด้านกฎระเบียบกำหนดให้มีการทดสอบการออกแบบตัวรับแรงเฉือนกับเกรดท่อเฉพาะและการกำหนดค่าข้อต่อที่จะใช้ในโครงการหลุมแต่ละหลุม

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับสารป้องกันการระเบิด

ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างการเตะและการระเบิด?

การเตะคือการที่ของเหลวในชั้นหิน — น้ำมัน แก๊ส น้ำ หรือสารผสมใดๆ ไหลเข้าในหลุมเจาะที่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันของหลุมเจาะลดลงต่ำกว่าความดันชั้นหินชั่วขณะ การเตะเป็นเหตุการณ์ที่สามารถจัดการได้หากตรวจพบตั้งแต่เนิ่นๆ และ BOP จะถูกปิดทันทีเพื่อปิดในบ่อ การระเบิดเป็นผลมาจากการเตะที่ไม่สามารถควบคุมได้: ของเหลวในชั้นหินยังคงไหลต่อไปยังพื้นผิวโดยไม่มีสิ่งกีดขวางที่มีประสิทธิภาพใดๆ มักส่งผลให้เกิดการระเบิดและเป็นหายนะต่อสิ่งแวดล้อม วัตถุประสงค์ทั้งหมดของ BOP คือการแปลงทุกการเตะให้เป็นเหตุการณ์ที่มีการควบคุมและจัดการได้ ก่อนที่จะกลายเป็นเหตุการณ์ระเบิด

ถาม: สามารถใช้อุปกรณ์ป้องกันการระเบิดขณะหมุนสายสว่านได้หรือไม่

ใช่ สำหรับ BOP วงแหวน จากภาพรวมทางเทคนิคของวิกิพีเดีย สารป้องกันการระเบิดเป็นรูปวงแหวนมีประสิทธิภาพในการรักษาซีลรอบท่อเจาะ แม้ว่าจะหมุนในระหว่างการเจาะก็ตาม ส่วนประกอบยางในอุปกรณ์ป้องกันรูปวงแหวนสามารถจับท่อได้อย่างแน่นหนาพอที่จะรับแรงกดในขณะเดียวกันก็ช่วยให้หมุนได้ช้าหรือเคลื่อนที่ตามแนวแกนได้ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการดำเนินการปอก ในทางตรงกันข้าม ตัวป้องกันการกระแทกได้รับการออกแบบให้จับท่อที่อยู่นิ่ง และต้องไม่ใช้สำหรับการหมุนแบบไดนามิกหรือการเคลื่อนตัวของท่ออย่างมีนัยสำคัญ

ถาม: BOP ใต้ทะเลโดยทั่วไปมีขนาดใหญ่และหนักเพียงใด

BOP ใต้ทะเลลึกทั่วไป รวมถึงชุดยกลอยใต้ทะเล (LMRP) สามารถยืนได้สูง 18–25 ฟุต และมีน้ำหนักเกิน 400,000 ถึง 450,000 ปอนด์ (ประมาณ 200 เมตริกตัน) เส้นผ่านศูนย์กลางของรูเจาะของปล่อง - ช่องเปิดภายในที่สายสว่านผ่าน - โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 18.75 นิ้วสำหรับการใช้งานในน้ำลึก ขนาดเหล่านี้สะท้อนถึงแรงที่รุนแรงที่ BOP ต้องต้านทานที่แรงดันพิกัด 10,000 ถึง 15,000 psi ในระดับความลึกของน้ำที่เกิน 10,000 ฟุต

ถาม: ไรเซอร์การเจาะคืออะไร และเชื่อมต่อกับ BOP ได้อย่างไร

แท่นขุดเจาะคือชุดท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อ BOP ใต้ทะเลบนพื้นทะเลกับแท่นขุดเจาะที่พื้นผิว ทำให้เกิดเส้นทางปิดอย่างต่อเนื่องสำหรับชุดสว่าน การส่งคืนของไหลจากการขุดเจาะ และแนวคิลและโช้ก ตามข้อมูลในวิกิพีเดีย ไรเซอร์จะขยายหลุมเจาะไปยังแท่นขุดเจาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวยกจะติดที่ปลายล่างเข้ากับส่วน LMRP ของกอง BOP ผ่านตัวเชื่อมต่อไฮดรอลิก และสามารถปลดสลักตัวยกได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้แท่นขุดเจาะเคลื่อนออกจากตำแหน่งในกรณีฉุกเฉินในขณะที่ BOP ยังคงอยู่ในตำแหน่งและปิดผนึกไว้บนหัวหลุมด้านล่าง

ถาม: เหตุใดตัวเฉือนบน Deepwater Horizon จึงไม่สามารถปิดผนึกบ่อน้ำได้

ตามผลการสอบสวนของคณะกรรมการความปลอดภัยสารเคมีของสหรัฐอเมริกาที่รายงานโดย WorkBoat พบว่า blind shear ram บน Deepwater Horizon ล้มเหลวในเบื้องต้นเนื่องจากท่อเจาะงอเนื่องจากความแตกต่างของแรงดันภายในที่รุนแรงซึ่งสร้างขึ้นเมื่อมีการปิดตัวกั้นท่อก่อนลำดับเหตุฉุกเฉิน "การบีบอัดที่มีประสิทธิภาพ" นี้ทำให้ท่อเจาะงอจากศูนย์กลางภายในรู BOP โดยวางไว้นอกระยะการตัดที่มีประสิทธิภาพของใบมีดของตัวเฉือน ปัจจัยสนับสนุนเพิ่มเติมที่ระบุโดยผู้สืบสวน ได้แก่ การเดินสายไฟฟ้าผิดพลาดในกระเปาะควบคุมตัวใดตัวหนึ่ง แบตเตอรี่เสื่อมสภาพในระบบเดดแมน และการขาดความตระหนักโดยทั่วไปของอุตสาหกรรมว่าท่อที่อยู่นอกศูนย์กลางสามารถป้องกันไม่ให้ตัวเฉือนทำงานได้ ซึ่งเป็นสถานการณ์การออกแบบที่ไม่เคยได้รับการทดสอบอย่างเป็นทางการก่อนเกิดภัยพิบัติ

ถาม: มีทางเลือกอื่นนอกเหนือจาก BOP แบบดั้งเดิมสำหรับการควบคุมอย่างดีหรือไม่?

ระบบการเจาะด้วยแรงดันที่มีการจัดการ (MPD) เป็นตัวแทนของแนวทางเสริมที่รักษาแรงดันของหลุมเจาะที่ต่อเนื่องและควบคุมได้อย่างแม่นยำตลอดกระบวนการขุดเจาะ เพื่อลดสภาวะที่ทำให้เกิดการเตะออกตั้งแต่แรก ซึ่งช่วยลดการพึ่งพาการแทรกแซง BOP แบบรีแอกทีฟ การออกแบบการทดลองบางอย่างรวมเอาอุปกรณ์ควบคุมการหมุน (RCD) ที่ผนึกรอบสายสว่านแบบหมุนที่พื้นผิวเพื่อให้สามารถเจาะที่ควบคุมแรงดันต่ำได้ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันไม่มีระบบที่ใช้งานเชิงพาณิชย์มาแทนที่ BOP ในฐานะอุปสรรคทางกลหลักสำหรับการควบคุมหลุมฉุกเฉิน MPD และ RCD เป็นส่วนเสริมแทนที่จะทดแทนเทคโนโลยี BOP

สรุป

เครื่องป้องกันการระเบิดทำงานโดยการวางชุดแผงกั้นไฮดรอลิกสำรองทางกลไก — ตัวป้องกันวงแหวนที่ด้านบน, รางท่อ และรางเฉือนแบบตาบอดด้านล่าง — เหนือหัวหลุมผลิตโดยตรง พร้อมที่จะปิดผนึกทันทีต่อแรงกดดันสูงถึง 15,000 psi เมื่อใดก็ตามที่การเตะขู่ว่าจะระเบิด BOP เป็นรูปวงแหวนช่วยให้การซีลขั้นแรกรวดเร็วและยืดหยุ่นรอบๆ รูปทรงของท่อใดๆ ด้ามจับท่อจับและปิดผนึกรอบเส้นผ่านศูนย์กลางของสายสว่านเฉพาะ และตัวเฉือนแบบตาบอดทำหน้าที่เป็นทางเลือกสุดท้ายของอุตสาหกรรม โดยตัดสายสว่านและปิดผนึกรูเปิดด้วยจังหวะไฮดรอลิกเพียงครั้งเดียว

ภัยพิบัติ Deepwater Horizon แสดงให้เห็นผลลัพธ์ร้ายแรงที่ประสิทธิภาพของ BOP ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับการออกแบบกลไกที่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการเดินสายที่เหมาะสม แบตเตอรี่ที่ได้รับการบำรุงรักษา การทดสอบเป็นประจำกับสถานการณ์จริง รวมถึงท่อที่อยู่นอกศูนย์กลาง และการใช้งานขั้นตอนการควบคุมอย่างดีตามขั้นตอนอย่างเข้มงวดซึ่งจะเปิดใช้งานระบบได้ทันเวลา วิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของการออกแบบ BOP รวมถึงโปรโตคอลการทดสอบแรงเฉือนที่ได้รับการปรับปรุง ความซ้ำซ้อนของการควบคุมมัลติเพล็กซ์แบบไฟฟ้า-ไฮดรอลิก และระบบความปลอดภัยเมื่อเกิดข้อผิดพลาดแบบเดดแมน สะท้อนให้เห็นถึงอุตสาหกรรมที่ยังคงดูดซับบทเรียนของเหตุการณ์นั้นต่อไปโดยแสวงหาบ่อที่สามารถควบคุมได้อย่างแท้จริงในทุกขั้นตอนของวงจรชีวิต