Kontrollmodul og utstyr på havbunnen

På havbunnen er det moduler som mottar og distribuerer signaler, elektrisk spenning, hydraulikkolje og kjemikalier til ventiltre, manifolder og prosessmoduler.

Kontrollmodulen på ventiltrærne kalles Subsea Control Module (SCM). SCM mottar kommunikasjonen fra overflaten via umbilical. SCM inneholder en datamaskin som via kommunikasjonsenhetene og umbilicalen holder kontakten med kontrollrommet.

I SCM er det dataprosessorer som mottar og videreformidler signaler fra sensorer som er plassert i ventiltrærne og i brønnene. Signalene omformes til informasjon som igjen brukes for å styre ventiler til å regulere produksjonen, injisere kjemikalier og å åpne og å stenge barrierer.

SCM har to elektriske moduler, SEM-A og SEM-B (Subsea Electric Module). Grunnen til at vi har to slike moduler er at dersom den ene feiler, tar den andre over. Modulene står på toppen av enheten. Under disse to modulene finner du en manifold for hydraulisk væske, og på denne manifolden står elektrisk opererte ventiler. Disse ventilene kaller vi solenoidventiler, og vi har en slik ventil for hver ventil i ventiltreet.

En avansert SCM kan ha opp til 40 hydrauliske styringsfunksjoner, arbeidstrykk på 15.000 psi, og den kan tåle 10.000 m havdyp.

Solenoidventiler

Solenoidventil 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.

Solenoidventiler åpner for og blør av hydraulisk trykk inn til hydraulisk styrte ventiler.

Datasignalene fra kontrollrommet sendes til SCM på elektrisk ledning eller fiberkabel. Datamodulen i SCM sender elektriske signaler videre til solenoidventilen. Når solenoidventilen åpnes, føres trykksatt hydraulisk væske til aktuatoren til de store produksjonsventilene, og ventilen åpnes. Når ventilen skal stenges, bløs trykket av ved hjelp av solenoidventilen. Det tar ca. 20 sek å åpne eller stenge ventilene.

Sluseventilen (gate valves)

Hoved- og sideventilene på ventiltreet er sluseventiler. Det vi si production master valve (PMV), production wing valve (PWV), annulus master valve (AMV), annulus wing valve (AWV) og crossover valve (XV) mellom tubing og annulus.

Ventilene har hver sin solenoidventil i SCM.

På den ene siden av solenoidenventilene, er det hydraulisk trykk på 207 bar fra overflaten via de hydrauliske rørene i umbilical. På den andre siden av ventilen er det ikke trykk. Når en ventil skal åpnes, f.eks. PMV, trykker operatøren i kontrollrommet på ikonet på skjermen for denne ventilen. Da sendes det et datasignal fra dataprosesseringssystemet på overflaten, gjennom umbilical til SCM. Signalet blir tolket i dataenhetene i SCM og omformes til et elektrisk signal som går til solenoidventilen for PMV. Solenoidventilen åpnes og slipper trykket ut i hydraulikkrøret som går til aktuatoren til PMV. Siden avstanden fra SCM til PMV er så kort, fylles kammeret i PMV- aktuatoren raskt opp. Fjæren i kammeret presses sammen og PMV opereres i løpet av 20-30 sekunder.

Sluseventilene er slik at dersom de mister hydraulikktrykket, vil fjæren i ventilene spennes ut, og ventilen stenges. Denne sikkerhetsfunksjonen kalles «Fail-safe-close». Dersom noe feiler, så stenges produksjonen.

Strupeventiler (choke-ventiler)

For å kunne justere produksjonen trenger vi en type ventil som kan justeres gradvis fra helt stengt til helt åpent. Denne ventilen kaller vi for en strupeventil eller choke-ventil.

På samme måte som de andre ventilene er også denne ventilen hydraulisk operert. Strupeventiler kan åpnes stegvis ved at hydraulisk-trykket økes stegvis. Når det hydrauliske trykket ikke økes lenger, låses ventilen i den posisjonen som tilsvarer det hydrauliske trykket.

Åpningen i strupeventilen regulerer produksjonsraten fra brønnen. Trykket i brønnen rett før strupeventilen varierer med produksjonsraten og trykket i reservoaret. Det er kontinuerlig måling av dette trykket; produksjonstrykket.

Produksjonstrykket fra brønner som går inn på samme manifold, må være på omtrent samme nivå. Ellers vil produksjonen fra en brønn med høyt trykk kunne strømme ned i en brønn med lavere trykk. Produksjonen til overflaten vil da bli kraftig redusert. Dette er lite ønskelig.

Doseringsventiler – kjemikalieinjeksjon

Ventilene for kjemikalieinjeksjon er vanligvis nåleventiler med ratemåler. Ventilene opereres hydraulisk og styres med elektriske signal.

Dersom det oppstår feil i styrings- og operasjonsystemene, blir disse ventilene stående i den posisjonen de hadde ved brudd, «fail as is».

Nedihullssikkerhetsventil (down hole safety-ventiler, DHSV)

Under ventiltreet er DHSV den første barrieren i brønnen. Det er en Fail Safe Close hydraulisk operert flapperventil.

DHSV opereres hydraulisk, og den har en solenoidventil i SCM. DHSV blir operert hydraulisk med 690 bar i HPU på overflaten. Trykket tilføres ventilen gjennom en kontrollinje som ligger på utsiden av produksjonsrøret. Koblingen går gjennom tubing hangeren til umbilicalen og videre til overflaten.

For å åpne ventilen tilføres hydraulisk trykk gjennom kontrollinjen. Åpningstrykket må minimum være høyere enn det trykket som er i brønnen på settedypet for DHSV.

En sikkerhetsfunksjon som er lagt inn i åpnefunksjonen, er at ventilen ikke skal kunne åpnes av hydrostatisk trykk på settedypet. Trykket i kontrollinjene til DHSV må derfor også overstige det hydrostatiske trykket på utsiden av produksjonrøret før ventilen åpnes. Det er styrken på fjæren i ventilen som holder ventilen lukket til riktig trykk er oppnådd i kontrollinjen.

Soneventiler – sliding sleeves

I smarte brønner er sliding sleeves montert i nedre komplettering i reservoarseksjonen i brønnen. Ventilene brukes for å kontrollere produksjon fra de ulike sonene i reservoaret.

Ventilene fjernstyres fra kontrollrommet. Som for chokeventilen styres disse med en gradvis økning av det hydrauliske trykket til ønsket åpning er oppnådd.

Avstanden fra SCM til sliding sleeve-ventiler nede i brønnene kan være mange kilometer, og det tar lenger tid å operere disse ventilene enn for eksempel DHSV og ventilene på ventiltreet. Sliding sleeve-ventilene er imidlertid ikke barriere-ventiler, og det er derfor ikke krav til at de skal kunne stenges innenfor et bestemt tidsintervall. Av samme grunn er de ikke Fail-Safe-Close, men Fail-As-Is. Det vil si at dersom vi mister kommunikasjonen med disse ventilene, så blir de stående i den siste posisjonen.

Sensorer og måleinstrumenter

Det er vanlig å ha trykk- og temperatursensorer før og etter ventilene i ventiltre og i manifolder. Sensorene kommuniserer kontinuerlig til SCM med elektriske signal. Måleverdiene fra sensorene blir behandlet i datamodulene i SCM og omformet til datasignaler før de blir sendt til overflaten i fiberkablene. I kontrollrommet blir de omformet i datasystemet. Deretter blir de presentert for operatørene på dataskjermene som måleverdier i grader og trykk.

I SCU er det programmert inn normalverdier for trykk- og temperatursensorene og alarmgrenser for høy og lav verdi utenfor normalverdien. Dersom sensoren måler en verdi utenfor normalen, går alarmen i kontrollrommet. Hver enkelt sensor på ventiltreet har alarmfunksjoner.

Data fra erosjonssensorer, lekkasjesensorer, flerfasemålere og nedihullsinstrumenter og ventiler behandles også på denne måten.

Når en ventil i brønnen stenges/reguleres, vil det skje en trykkoppbygging under ventilen. Denne trykkoppbyggingen vil umiddelbart bli registrert av sensorer og instrumenter. Dette gjør at vi kan sende kommandoer til SCM fra kontrollrommet og lese av virkningen av våre kommandoer ved hjelp av instrumenteringen på treet og nedi brønnen.

Nede i reservoarene er det også montert trykk- og temperaturfølere. Disse kommuniserer på elektriske kabler opp til SCM, der signalet omformes før det blir sendt til kontrollrommet slik de andre signalene blir, og så blir det presentert på skjermen for operatøren.