UA123713U

UA123713U - DRILLING PUMP AND CIRCULATION SYSTEM

Info

Publication number: UA123713U
Application number: UAU201707840U
Authority: UA
Inventors: Михайло Михайлович Лях; Леся Євстахівна Шкіца; Теодозія Михайлівна Яцишин; Ольга Ігорівна Сидоренко
Original assignee: Івано-Франківський Національний Технічний Університет Нафти І Газу
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2018-03-12

Abstract

Насосно-циркуляційна система бурової установки складається із приймальних ємностей, ємностей з хімреагентами, ділянок всмоктувальних і нагнітальних ліній, бурових насосів, блока очистки, ділянок жолобової циркуляційної лінії, блока приготування бурового розчину, стояка з вертлюгом та обладнання устя свердловини, крім того, приймальні ємності та ємності з хімреагентами виконані герметичними із еластичного матеріалу і є компактно складальними для зручності транспортування та монтажу і демонтажу, ділянки всмоктувальної лінії оснащені шламовими відцентровими насосами та обв'язкою трубопроводів для перемішування бурового розчину у закритих приймальних ємностях з еластичного матеріалу і для можливості доливання свердловини, а жолобова циркуляційна лінія виконана закритою із еластичних трубопроводів, а для забезпечення руху бурового розчину оснащена від блока очистки та від ємностей з хімреагентами шламовими відцентровими насосами.The pump-circulation system of the drilling rig consists of receiving tanks, tanks with chemical reagents, sections of suction and discharge lines, drilling pumps, block of cleaning, sections of a trough circulating line, block of preparation of drilling fluid, riser with swivel, and tanks with chemical reagents are made sealed of elastic material and are compactly assembled for easy transportation and installation and dismantling, suction sections are equipped with slurry centrifugal pumps and strapping of pipelines for mixing the drilling fluid in sealed receiving tanks made of elastic material and for the possibility of filling the well, and the trough circulation line is made closed from elastic pipelines, and to ensure the movement of the drilling fluid and the equipment. sludge centrifugal pumps.

Description

Корисна модель належить до нафтогазовидобувної промисловості, зокрема до техніки буріння нафтових і газових свердловин, а саме до промивання свердловин буровим розчином.The useful model belongs to the oil and gas industry, in particular to the technique of drilling oil and gas wells, namely to washing wells with drilling fluid.

Насосно-циркуляційна система бурових установок в основному є відкритою і по ній циркулює буровий розчин з вмістом різноманітних шкідливих речовин.The pumping and circulation system of drilling rigs is mainly open and drilling fluid containing various harmful substances circulates through it.

Буровий розчин містить небезпечні для довкілля і для здоров'я людини речовини, а саме: - сода каустична (Маон) - належить до 2 класу небезпеки. Сильно діє на слизові оболонки, небезпечна при потраплянні в очі та при вдиханні, ковтанні. Викликає кашель, стиснення у грудях, нежить, сльозотечу, довго не загоюються опіки слизової оболонки порожнини рота, стравоходу, шлунка та важкі опіки слизової очей до втрати зору. Використовується для диспергації карбонатного шламу і переводу його в тверду фазу промивальної рідини. Широко застосовується як складова частина багатьох реагентів - захисних колоїдів; - сода кальцинована (Маг2бОз) - належить до 3 класу небезпеки. Вдихання пилу може викликати подразнення дихальних шляхів, кон'юнктивіт, їдка при зволоженні. Цей реагент дає можливість отримати придатні для буріння промивні рідини з глин. Кальцієві глини при обробціDrilling mud contains substances dangerous for the environment and for human health, namely: - caustic soda (Maon) - belongs to the 2nd class of danger. It has a strong effect on mucous membranes, is dangerous if it gets into the eyes and if inhaled or swallowed. It causes coughing, tightness in the chest, runny nose, lacrimation, burns of the mucous membrane of the oral cavity, esophagus, stomach that do not heal for a long time, and severe burns of the mucous membrane of the eyes to the point of loss of vision. It is used for dispersing carbonate sludge and transferring it to the solid phase of the washing liquid. It is widely used as a component of many reagents - protective colloids; - soda ash (Mag2bOz) - belongs to the 3rd class of danger. Inhalation of dust can cause irritation of the respiratory tract, conjunctivitis, itching when moistened. This reagent makes it possible to obtain suitable drilling fluids from clays. Calcium clays during processing

МагСО: переходять в натрієві такі, що добре набухають і легко диспергуються; - кислота соляна (НС) - Подразнює відкриті слизові поверхні - органи дихання, очі, ротову і носоглоткову порожнини. Сама соляна кислота при потраплянні на відкриті ділянки тіла викликає сильні хімічні опіки. Використовується для ліквідації ускладнень та аварій під час буріння; - сірководень (Не5) - належить до 2 класу небезпеки. Це безколірний, дуже отруйний газ із запахом тухлих яєць, який вражає нервову систему. Сірководень може надходити в свердловину з пластовою водою, нафтою і газом, вибуреною породою частково або повністю розчиненим, а також утворюватися в буровому розчині при термоокислювальній деструкції сірковмісних хімреагентів (лігносульфонати та ін) ії за рахунок редукування сульфатвідновлюючими бактеріями. Сірководень виноситься з промивальною рідиною із свердловини при розбурюванні пластів, які ним насичені. Потрапляючи в легені, розчиняється в крові і сполучається з гемоглобіном, попереджуючи надходження кисню. Явний запах сірководню відчувається вже при концентрації 0,0014-0,0024 мг/л, а при 0,007 мг/л (в суміші з вуглеводнями навіть при 0,003 мг/л), запах тяжко переноситься навіть тими, хто звик до нього.MagSO: those that swell well and are easily dispersed pass into sodium; - Hydrochloric acid (HC) - Irritates exposed mucous surfaces - respiratory organs, eyes, oral and nasopharyngeal cavities. Hydrochloric acid itself causes severe chemical burns when exposed to exposed areas of the body. It is used to eliminate complications and accidents during drilling; - hydrogen sulfide (He5) - belongs to the 2nd class of danger. It is a colorless, highly poisonous gas with the smell of rotten eggs that affects the nervous system. Hydrogen sulfide can enter the well with reservoir water, oil and gas, partially or completely dissolved rock, and also be formed in the drilling fluid during the thermo-oxidative destruction of sulfur-containing chemical reagents (lignosulfonates, etc.) and due to reduction by sulfate-reducing bacteria. Hydrogen sulfide is carried out with the flushing fluid from the well during drilling of formations that are saturated with it. Getting into the lungs, it dissolves in the blood and combines with hemoglobin, preventing the supply of oxygen. The obvious smell of hydrogen sulfide is already felt at a concentration of 0.0014-0.0024 mg/l, and at 0.007 mg/l (in a mixture with hydrocarbons even at 0.003 mg/l), the smell is hard to tolerate even by those who are used to it.

Зо 0,1 95 сірководню у повітрі швидко викликає тяжке отруєння. При вдиханні його в значних концентраціях може миттєво наступити непритомний стан або, навіть, смерть від паралічу дихання (якщо потерпілий не був своєчасно винесений з отруєної атмосфери). Першим симптомом гострого отруєння є втрата нюху. Надалі з'являються головний біль, запаморочення і нудота. Іноді через деякий час наступає раптова непритомність. Хронічне отруєння малими кількостями Н25 обумовлює загальне погіршення самопочуття, схуднення, поява головних болів тощо. На тяжчий від повітря, в результаті чого він може непомітно для навколишніх накопичуватися під буровою і призводити до вибуху чи пожежі та ін.From 0.1 95 hydrogen sulfide in the air quickly causes severe poisoning. When it is inhaled in significant concentrations, unconsciousness or even death from respiratory paralysis can occur instantly (if the victim was not removed from the poisoned atmosphere in a timely manner). The first symptom of acute poisoning is loss of smell. Later, headache, dizziness and nausea appear. Sometimes, after some time, sudden fainting occurs. Chronic poisoning with small amounts of H25 causes a general deterioration of well-being, weight loss, headaches, etc. It is heavier than air, as a result of which it can imperceptibly accumulate under the drilling rig and lead to an explosion or fire, etc.

Відома насосно-циркуляційна система |1|, яка складається із ємностей різного призначення, всмоктувальної і нагнітальної ліній, бурових насосів, блока очистки, запірної арматури.A well-known pumping and circulation system |1|, which consists of containers for various purposes, suction and discharge lines, drilling pumps, a cleaning unit, shut-off valves.

Основними недоліками даної системи є: - всі ємності не герметичні, відкриті, буровий розчин (промивальна рідина), який насичений шкідливими, небезпечними для здоров'я речовинами буде випаровуватись. Особливо інтенсивне випаровування буде проходити, коли буровий розчин буде надходити із свердловини при високій температурі; - велика складність з перевезенням і монтажно-демонтажними роботами крупногабаритних і важких металевих ємностей. Тому дана насосно-циркуляційна система не є достатньо ефективною для буріння нафтових і газових свердловин.The main disadvantages of this system are: - all containers are not hermetically sealed, open, drilling fluid (flushing fluid), which is saturated with harmful, health-threatening substances, will evaporate. Especially intensive evaporation will take place when the drilling mud will come from the well at a high temperature; - great difficulty with transportation and assembly and disassembly works of large and heavy metal containers. Therefore, this pump and circulation system is not efficient enough for drilling oil and gas wells.

Також відома система замкнутого оборотного водопостачання бурової свердловини |21, яка містить ємності різного призначення, всмоктувальну і нагнітальну лінії, блок очистки та насоси.Also known is the system of closed circulating water supply of drilling well |21, which contains containers for various purposes, suction and discharge lines, cleaning unit and pumps.

Недоліками даної системи є також негерметичність ємностей різного призначення, в яких знаходиться буровий розчин з вмістом хімічних речовин різної небезпеки та великі габарити і маса даних металевих ємностей.The disadvantages of this system are also the leakiness of containers for various purposes, which contain drilling fluid containing chemicals of various dangers, and the large dimensions and weight of these metal containers.

Найбільш близькою до запропонованої системи є насосно-циркуляційна система бурової установки |З| відмічена у формулі п. 3. Загальними суттєвими ознаками системи та системи, що заявляється є наявність ємностей і резервуарів, виконаних з гумотканинного матеріалу, блок очистки, бурових насосів, всмоктувальної і нагнітальної ліній, стояка, запірної арматури.The closest to the proposed system is the pumping and circulation system of the drilling rig |З| noted in the formula of clause 3. The general essential features of the system and the claimed system are the presence of containers and tanks made of rubber material, a cleaning unit, drilling pumps, suction and discharge lines, a riser, shut-off valves.

Недоліком даної системи є те, що вона не передбачає виконання всіх технологічних процесів, пов'язаних з різноманітними ситуаціями, що виникають під час буріння свердловини, а також не дозволяє оперативне приготування бурових розчинів з певними параметрами, 60 необхідними для високоякісного безаварійного буріння свердловин.The disadvantage of this system is that it does not provide for the implementation of all technological processes associated with various situations that arise during well drilling, and also does not allow the prompt preparation of drilling fluids with certain parameters necessary for high-quality, accident-free drilling of wells.

Задачею корисної моделі є вдосконалення схеми насосно-циркуляційної системи бурової установки для підвищення екологічної безпеки та ефективності промивання свердловин, що буряться, а також для покращення інших якісних показників, наприклад: загальна маса насосно- циркуляційної системи в декілька разів менша, не потребує спеціального транспорту для перевезення обладнання, не враховуючи бурових насосів, під час зберігання бурового розчину та хімічних реагентів відсутнє випаровування, що може впливати на зміну їх якісних показників; ємності із еластичного матеріалу можуть бути використані для збору нафтопродуктів під час некерованих нафтопроявів тощо.The purpose of the useful model is to improve the scheme of the pumping and circulation system of the drilling rig to increase environmental safety and the efficiency of washing wells being drilled, as well as to improve other quality indicators, for example: the total mass of the pumping and circulation system is several times smaller, it does not require special transport for transportation of equipment, excluding drilling pumps, during the storage of drilling fluid and chemical reagents, there is no evaporation, which can affect the change in their quality indicators; containers made of elastic material can be used to collect oil products during uncontrolled oil shows, etc.

Для вирішення цієї задачі розроблена насосно-циркуляційна система, що складається з приймальних ємностей, ємностей з хімреагентами, ділянок всмоктувальних і нагнітальних ліній, бурових насосів, блока очистки, ділянок жолобової циркуляційної лінії, блока приготування бурового розчину, стояка з вертлюгом та обладнання устя свердловини, приймальні ємності та ємності з хімреагентами, виконані герметичними із еластичного матеріалу і є компактно складальними для зручності транспортування та монтажу і демонтажу, ділянки всмоктувальної лінії оснащені шламовими віддентровими насосами та ообв'язкою трубопроводів для перемішування бурового розчину у закритих приймальних ємностях з еластичного матеріалу і для можливості доливання свердловини, а жолобова циркуляційна лінія виконана закритою із еластичних трубопроводів, а для забезпечення руху бурового розчину оснащена від блока очистки та від ємностей з хімреагентами шламовими віддцдентровими насосами. З метою можливості розподілу та регулювання потоків бурового розчину ділянки всмоктувальних і нагнітальних ліній та ділянки жолобово-циркуляційної лінії оснащені оптимальним набором і розміщенням запірної арматури, зворотних клапанів і запобіжних перемикаючих пристроїв.To solve this problem, a pumping and circulation system was developed, which consists of receiving tanks, tanks with chemical reagents, sections of suction and injection lines, drilling pumps, a cleaning unit, sections of a trough circulation line, a unit for preparing drilling mud, a riser with a swivel and wellhead equipment. receiving containers and containers with chemical reagents, made hermetically from elastic material and are compactly assembled for ease of transportation and assembly and disassembly, sections of the suction line are equipped with slurry pumps and pipelines for mixing the drilling mud in closed receiving containers made of elastic material and for the possibility filling the well, and the chute circulation line is made of closed elastic pipelines, and to ensure the movement of the drilling fluid, it is equipped with mud centrifugal pumps from the cleaning unit and from the containers with chemical reagents. In order to be able to distribute and regulate flows of drilling fluid, the sections of the suction and injection lines and the section of the chute-circulation line are equipped with an optimal set and placement of shut-off fittings, non-return valves and safety switching devices.

Запропонована насосно-циркуляційна система забезпечує високу ефективність запобігання та зменшення випаровування бурового розчину із вмістом шкідливих речовин на різних ділянках насосно-циркуляційної системи при виконанні різноманітних технологічних операцій в процесі буріння свердловини. Зміна параметрів бурового розчину виконується у закритій насосно- циркуляційній системі, що також не дає можливість потрапляти шкідливим речовинам в довкілля. Запропонована насосно-циркуляційна система бурової установки є зручною у транспортуванні. В складеному вигляді ємності є компактними, не займають багато місця і неThe proposed pump-circulation system provides high efficiency in preventing and reducing the evaporation of drilling fluid containing harmful substances in different parts of the pump-circulation system during various technological operations in the well drilling process. The parameters of the drilling fluid are changed in a closed pump-circulation system, which also prevents harmful substances from entering the environment. The proposed pumping and circulation system of the drilling rig is convenient for transportation. When folded, the containers are compact, do not take up much space and do not

Зо потребують спеціального транспорту для їх перевезення. Ємності є відносно легкими і зручними при виконанні вантажно-розвантажувальних і монтажно-демонтажних роботах.They need special transport for their transportation. Containers are relatively light and convenient when carrying out loading and unloading and assembly and disassembly work.

На кресленні зображено схему пропонованої насосно-циркуляційної системи бурової установки.The drawing shows the scheme of the proposed pumping and circulation system of the drilling rig.

Насосно-циркуляційна система складається із герметичних приймальних ємностей 1 виконаних з еластичного матеріалу, з'єднаних за допомогою ділянок 2, 3, 4 всмоктувальної лінії та через шламові насоси 5 з буровими насосами б та ємностей 7 з хімреагентами з'єднаними через шламовий насос 8 з ділянкою 9 жолобово-циркуляційної лінії, яка сполучена з блоком очистки 10 через шламові насоси 11 і зворотні клапани 12, а також сполучена з приймальними ємностями 1 через запірні елементи 13, блок приготування бурового розчину 14 також приєднаний до ділянки 9 жолобово-циркуляційної лінії. Від бурових насосів Є ділянки 15, 16, 17 і 18 нагнітальної лінії з'єднані паралельно-послідовно між собою та ділянка 17 іншим кінцем з обладнанням 20 устя свердловини, а ділянка 18 приєднана до стояка 19 з вертлюгом 21. Від обладнання 20 устя свердловини до блока очистки 10 встановлена ділянка 23 жолобової циркуляційної лінії. На всіх ділянках ліній, де є ймовірність перевищення тиску встановлені запобіжні перемикаючі пристрої 22. Шламові насоси 5 також з'єднані через відповідні запірні елементи 27 з приймальними ємностями 1 та запірні елементи інших ділянок всмоктувальної лінії з ділянкою 24 і запірними елементами 25, встановленими на патрубках приймальних ємностей 1 та в протилежному напрямі через ділянку 26 з обладнанням 20 устя свердловини.The pump-circulation system consists of hermetic receiving containers 1 made of elastic material, connected by sections 2, 3, 4 of the suction line and through mud pumps 5 with drilling pumps b and containers 7 with chemical reagents connected through a mud pump 8 with section 9 of the chute-circulation line, which is connected to the cleaning unit 10 through mud pumps 11 and non-return valves 12, and is also connected to the receiving containers 1 through closing elements 13, the mud preparation unit 14 is also connected to section 9 of the chute-circulation line. From the drilling pumps, sections 15, 16, 17 and 18 of the injection line are connected in parallel and series with each other and section 17 at the other end with the wellhead equipment 20, and section 18 is connected to the riser 19 with the swivel 21. From the wellhead equipment 20 to section 23 of the gutter circulation line is installed in the cleaning unit 10. Safety switching devices 22 are installed on all sections of the lines where there is a possibility of overpressure. Slurry pumps 5 are also connected through appropriate closing elements 27 to receiving containers 1 and closing elements of other sections of the suction line with section 24 and closing elements 25 installed on the nozzles receiving tanks 1 and in the opposite direction through the section 26 with the equipment 20 of the wellhead.

Насосно-циркуляційна система бурової установки працює наступним чином. Буровий розчин від приймальних ємностей 1, виконаних герметичними із еластичного матеріалу, через ділянки 2, 3, 4 всмоктувальної лінії та при відкритих запірних елементах 27 від ємностей та інших відповідних запірних елементів, що знаходяться на вище перелічених ділянках, за допомогою шламових насосів 5 подається до бурових насосів 6. В даному випадку шламові насоси 5 виконують функцію підпірних насосів. Як шламові насоси 5, так і бурові насоси б при необхідності можуть працювати по одному або по два паралельно. Бурові насоси 6 подають буровий розчин через ділянки 15 і 18 нагнітальної лінії до стояка 19 і через вертлюг 21 з колоною бурильних труб у свердловину. Із свердловини через обладнання 20 устя свердловини, буровий розчин насичений вибуреною породою, по ділянці 23 жолобово- циркуляційної лінії надходить в блок очистки 10. Із блока очистки 10 за допомогою одного або бо двох шламових насосів 11 буровий розчин через зворотні клапани 12 і через ділянку 9 жолобово-циркуляційної лінії та при відкритих запірних елементах 13 подається у приймальні ємності 1. При необхідності зворотного промивання свердловини, буровий розчин подається буровими насосами б через ділянки 15, 17 нагнітальної лінії і обладнання 20 устя у свердловину. Доливання свердловини буровим розчином здійснюється через ділянку 26 і обладнання 20, використовуючи один із шламових насосів 5. При виникненні екстремальної ситуації - перевищенні допустимого тиску бурового розчину на одну із ділянок, спрацює відповідний запобіжний перемикаючий пристрій 22, який стравить тиск. Для оброблення бурового розчину хімреагентами із ємностей 7 хімічна речовина за допомогою шламового насоса 8 подається через ділянку 9 в одну або декілька приймальних ємностей 1 відповідно відкривши запірний елемент. При необхідності буровий розчин готується в блоці приготування бурового розчину 14 і подається шламовим насосом у приймальну ємність 1 через ділянку 9 жолобово-циркуляційної лінії. Для перемішування бурового розчину в одній із приймальних ємностей 1, використовується один із шламових насосів 5, який подає буровий розчин із ємності 1 через ділянку 24 і відповідно відкритий запірний елемент 25, забезпечуючи замкнену циркуляцію через ємність, де здійснюється перемішування розчину. При виконанні всіх вище вказаних та інших технологічних операцій, що пов'язані зі запропонованою насосно- циркуляційною системою різко зменшується забруднення довкілля за рахунок максимальної герметизації всіх ділянок системи і раціонального розташування всіх комплектуючих елементів.The pumping and circulation system of the drilling rig works as follows. Drilling fluid from the receiving containers 1, made hermetic from an elastic material, through sections 2, 3, 4 of the suction line and when the closing elements 27 are open from the containers and other relevant closing elements located in the above sections, with the help of mud pumps 5 is fed to drilling pumps 6. In this case, mud pumps 5 perform the function of support pumps. Both mud pumps 5 and drilling pumps b, if necessary, can work one or two in parallel. Drilling pumps 6 supply drilling fluid through sections 15 and 18 of the injection line to the riser 19 and through the swivel 21 with a column of drill pipes into the well. From the well, through the equipment 20 of the wellhead, the drilling mud is saturated with drilled rock, along the section 23 of the chute-circulation line, it enters the cleaning unit 10. From the cleaning unit 10, with the help of one or two mud pumps 11, the drilling mud passes through the check valves 12 and through the section 9 chute-circulation line and when the shut-off elements 13 are open, it is fed into the receiving containers 1. If it is necessary to backwash the well, the drilling fluid is fed by drilling pumps b through sections 15, 17 of the injection line and the equipment 20 of the mouth of the well. Topping up the well with drilling fluid is carried out through section 26 and equipment 20, using one of the mud pumps 5. In the event of an extreme situation - exceeding the allowable pressure of the drilling fluid on one of the sections, the corresponding safety switching device 22 will work, which will release the pressure. To treat the drilling mud with chemical reagents from the containers 7, the chemical substance is fed by means of the mud pump 8 through the section 9 into one or more receiving containers 1, respectively, by opening the closing element. If necessary, the drilling fluid is prepared in the drilling fluid preparation unit 14 and is fed by a slurry pump into the receiving tank 1 through section 9 of the chute-circulation line. To mix the drilling fluid in one of the receiving tanks 1, one of the mud pumps 5 is used, which supplies the drilling fluid from the tank 1 through the area 24 and the correspondingly open closing element 25, ensuring closed circulation through the tank, where the solution is mixed. When performing all the above-mentioned and other technological operations related to the proposed pump-circulation system, environmental pollution is sharply reduced due to the maximum sealing of all parts of the system and the rational arrangement of all component elements.

Перелік посилань: 1. ЮА 42464. Схема обв'язки циркуляційної системи при бурінні з промиванням свердловини піною. МПК ЕО4Е 1/00, опубл. 10.07.2009., бюл. Мо 13. 2. ВИ 2084611. Система замкнутого обратного водоснабжения буровой скважиньі. МПКList of references: 1. ЮА 42464. Scheme of tying of the circulation system during drilling with washing of the well with foam. IPC EO4E 1/00, publ. 10.07.2009., Bull. Mo. 13. 2. VI 2084611. Closed return water supply system of a borehole. IPC

Е218 21/06, опубл. 20.07.1997 р. 3. ОА 35712. Мобільна бурова установка. МПК Е21В 7/02, опубл. 10.10.2008р., бюл. Мо 11.E218 06/21, publ. 07/20/1997 3. OA 35712. Mobile drilling rig. IPC E21B 7/02, publ. 10.10.2008, Bull. Mo 11.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. The pumping and circulation system of the drilling rig, which consists of receiving tanks, tanks with chemical reagents, sections of suction and injection lines, drilling pumps, a cleaning unit, sections of a trough circulation line, a unit for preparing drilling fluid, a riser with a swivel and wellhead equipment, which is distinguished by the fact that the receiving containers and containers with chemical reagents are hermetically made of elastic material and are compactly assembled for ease of transportation and assembly and disassembly, the sections of the suction line are equipped with slurry pumps and pipelines for mixing the drilling fluid in closed receiving containers made of elastic material and for the possibility of topping up the well, and the chute circulation line is made of closed elastic pipelines, and to ensure the movement of the drilling mud, it is equipped with centrifugal slurry pumps from the cleaning unit and from the containers with chemical reagents.

2. The pumping and circulation system of the drilling rig according to claim 1, which is distinguished by the fact that, in order to be able to distribute and regulate the flows of drilling mud, the sections of the suction and injection lines and the section of the chute-circulation line are equipped with an optimal set and placement of shut-off valves, non-return valves and safety switches devices