Fagstoff

Kommunikasjon mellom kontrollrommet og brønnen

Publisert: 06.03.2017, Oppdatert: 25.07.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Kommunikasjon gjennom umbilical. Illustrasjon.Kommunikasjon gjennom umbilical  

Kommunikasjon mellom  kontrollrommet og havbunnsbrønnene skjer gjennom en styrekabel, umbilical. Driften er datastyrt og fjernoperert. Umbilical inneholder kabler og rør for å kommunisere både elektrisk, hydraulisk og fiberoptisk, og er koblet til kommunikasjons- og styringsmoduler på havbunnen.

Kommunikasjon mellom kontrollrommet og brønnen

Havbunnsbrønnene er enten tilknyttet et kontrollrom på en plattform, en flytende installasjon, eller et landanlegg. Kommunikasjonen skjer gjennom en samlekabel som heter umbilical, eller «styrekabel» på norsk.

Ventiler på ventiltrær, DHSV i brønner og ventilene på manifolden opereres med signaler som går mellom kontrollrommet og subseaanleggene. I tillegg logges data fra trykk- og temperaturmålere, lekkasjedetektorer, sanddetektorer og flerfasemåler.

Kommunikasjonen mellom kontrollrommet og brønnene går fra en kommunikasjonssentral på overflaten (SCU) og gjennom umbilical til en kontrollmodul som er montert i ventiltremodulen (SCM). Signalene som brukes mellom brønnen og kontrollrommet, er både hydrauliske, elektriske og fiberoptiske.

Statfjordplattformene og Gullfaksplattformene styrer mange havbunnsbrønner i tillegg til brønnene som står på selve plattformene. På Åsgard- og Nornefeltene er det kun havbunnsbrønner som styres fra en FPSO som ligger på feltet. Havbunnsbrønnene på Snøhvit og Ormen Lange styres fra kontrollrommet på land gjennom styrekabler som er henholdsvis 145 og 120 km lange.

Kontrollrommet

I kontrollrommet på overflaten overvåkes og styres den daglige driften av produksjonen på feltet av prosessingeniørene. De justerer produksjonsraten, stenger brønner og reagerer på alarmsignaler fra systemet.

Kontrollrom på oljeplattform. Foto.  

I kontrollrommet viser dataskjermer oversiktsbilder og bilder på detaljnivå. Grafikken på bildene er ofte enkle strektegninger med farger som endrer seg ettersom status på brønnen blir endret, og viser symboler for ventiler og instrumenter. Alarmstatus på havbunnsanlegget er også tilgjengelig. Skjermene er tilknyttet tastatur og mus slik at man kan peke på symbolene på tegningene og med museklikk åpne og lukke ventiler som er montert på havbunnsanlegget, endre stilling på chokeventiler og lese verdier på alle målesensorene.

Datastyrt overvåkning og drift

All innsamlet informasjon fra brønnene lagres i et dataprosesseringsanlegg (Master Control Station – MCS). Dataene brukes til analyse av drift, feilsøking, og til å lage utviklingskurver for produksjon, feilrater, hvor mye vann som følger med produksjonen, og lignende (trending). Dataene brukes også for å finne ut om rør eller andre deler blir slitt og må skiftes.

Subsea Control Unit (SCU)

Signaler fra operatøren på kontrollpanelet går til en kommandosentral på overflaten som heter Subsea Control Unit (SCU). I kommandosentralen settes alarmer som skal slå ut dersom trykk, temperatur, vannrate eller annet kommer ut av normalområdet. Når en alarm slår inn, svarer operatøren på kontrollpanelet og sender signal om å åpne eller stenge ventiler på havbunnen.

Kommandosentralen brukes også til vanlig håndtering av produksjonen.
Når en brønn skal stenges, enten for produksjonsstopp eller nødstopp, må ventilene stenges i riktig rekkefølge slik at de ikke blir utsatt for ulik trykkbelastning på over- og undersiden av ventilen. Ventilene på ventiltreet stenges en etter en, og til slutt blir nedihulls sikkerhetsventil (DHSV) stengt dersom det er nødavstenging. Ved produksjonsstopp blir ikke DHSV stengt. Det hele styres gjennom datastyrte logiske operasjoner fra SCU.

Styringssignalene fra SCU går til en energi- og kommunikasjonspakke (Subsea Power and Communication Unit – SPCU), en hydraulikkpakke (Hydraulic Power Unit – HPU) og en kjemisk injeksjonsenhet (CIU).

 

Subsea Power and Communication Unit (SPCU)

Fra SPCU på overflaten leveres høyspent elektrisk signal, 500–1000 V. Dette reguleres ned til 230 V i en transformator SCM. På felt som har en svært lang umbilical på over 100 km, kan spenningen fra overflaten bli transformert opp til 6000 VAC. SPCU kommuniserer også med fiberoptiske signaler fra kontrollrommet til havbunnsanlegget gjennom umbilical. Fiberkommunikasjon er en rask og stabil kommunikasjonsform.

Hydraulic Power Unit

HPU på overflaten genererer hydraulisk kraft (trykk) til å åpne og stenge ventilene på havbunnsinstallasjonen. Trykket fra HPU lagres i akkumulatorer til det er behov for å åpne eller stenge ventiler.

Kjemisk injeksjonsenhet (CIU)

Den kjemiske injeksjonsenheten fungerer på samme måte som HPU med pumper som pumper kjemikalier i tynne rør gjennom umbilical. Kjemiske væsker brukes til å rense rør og hindre korrosjon i rør på ventiltrær, bromoduler, manifolder og produksjonsrør. Det er egne ventiler på trærne som brukes til å injisere kjemiske væsker. Disse styres også fra kontrollrommet gjennom umbilical og SCM.

Umbilical

Umbilical er forbindelsen mellom overflateutstyret og havbunnsutstyret. Innvendig i umbilical går det mange parallelle rør og ledninger som fører elektriske, fiberoptiske og hydrauliske signaler.

Ytre diameter på umbilical varierer fra felt til felt alt etter hvor mange brønner som er tilknyttet, men typisk diameter kan være 15–20 cm.

Umbilical er oppbygd av komposittmaterialer, polymerer og innstøpt forsterkning. Dette gjør at den er fleksibel, men hardfør. Umbilicalen ligger på havbunnen og flyter i sjøen. Den kan være mange kilometer lang og den blir utsatt for bølgebevegelser, temperaturendringer og vektbelastninger. Det festes flyteelementer på umbilicalen for å redusere strekket i den.

Umbilical inneholder flere ¼" rør for hydraulikkvæske og kjemikalier, elektriske kabler for spenning og fiberoptiske kabler for datasignal. I midten av en umbilical er det ofte en 2" servicelinje. Dette er et rør som blir brukt til MEG (metanoletylenglykol) for å hindre dannelse av hydratplugger der olje og gass strømmer til overflaten.

Umbilicalen kobles (termineres) i kommunikasjonsmodulen (SCM) på havbunnen. Derfra fordeles signalene videre til ventiler og instrumenter på anlegget. Fra havbunnsanlegget sendes informasjon om ventilposisjon, temperatur, trykk og lignende gjennom umbilical til overflaten.

Tverrsnitt av umbilical. Illustrasjon.Tverrsnitt av umbilical. 

Umbilical for klyngeløsning

I klyngeløsninger kobles umbilical direkte til en kontrollmanifold (Subsea Distribution Unit – SDU) med forgreininger (flying leads) ut til kontrollmodulene på hvert ventiltre.

Havbunnsmontert kommunikasjonsanlegg

Signalene som kommer fra SPCU gjennom umbilical går til kontrollmodulen (SCM) på havbunnen. Der omformes og fordeles signalene til riktig mottaker.

Subsea Control Module (SCM)

På hvert ventiltre er det montert en kontrollmodul. Den heter Subsea Control Module (SCM). Det er datamaskinen som holder kontakten mellom havbunnsutstyret og kontrollrommet. Det meste av signaler til SCM går som fiberoptiske signaler. Fra SCM sendes signalene videre til ventiler og instrumenter på havbunnen. I SCM omformes fibersignalene til elektriske signal, slik at de kan kommunisere med solenoidventileneSolenoidventil er en magnetisk spoleventil som opereres med elektrisk spenning. Når det tilføres spenning, endres den magnetiske retningen i spolen slik at ventilens posisjon endres. Når spenningen fjernes, er det en fjær som bringer ventilen til motsatt posisjon. som åpner for hydraulikktrykket til ventilene.

Undersjøisk kommunikasjonsmodul. Foto.  

Under den elektriske delen er den hydrauliske delen av SCM. En hydraulisk operert produksjonsventil skal åpne i løpet av 30 sekunder, noe som ikke lar seg gjøre med hydraulisk væske fra HPU på plattformen til en subsea-ventil på ventiltreet.

Et fibersignal bruker millisekund på samme strekning. Derfor kommuniserer vi elektrisk eller på fiber fra kontrollrom til SCM, der datakortene i SCM sender signal til solenoidventilen som åpner for hydraulisk væske til de store produksjonsventilene. Dermed tar det ca. 20 sekunder å åpne ventilene.

Sensor og måleinstrumenter

Den elektriske kommunikasjonsdelen i SCM er også koblet til overvåkningsinstrumentering som trykk- og temperatursensorer, erosjonsprober, lekkasjesensorer, flerfasemålere og lignende. Dette gjelder også nedihullsinstrumenter og -ventiler. Alle kommandoer fra kontrollrommet skaper status-signaler som sendes tilbake fra SCM. Slik kan operatøren se på dataskjermen hvilken status ventiler og instrumenter har på havbunnen.