Overflateutstyr for brønntesting

Overflateutstyr til brønntesting mobiliseres til riggen som skal utføre testene. Utstyrspakken består av barrierer, rør, ventiler, varmeveksler, separator, målestasjon, tanker og brennere. Det vil si utstyr som brukes for å kunne produsere hydrokarbonene sikkert og effektivt til overflaten. Det meste av utstyret er montert i sertifiserte løfterammer som kan brukes til å løfte utstyret fra båt til rigg. Noe utstyr leveres i container.

Alt utstyret er sertifisert i henhold til trykk-, temperatur- og H₂S-krav i API- og NORSOK-standardene. Testanlegget må kunne plasseres på både faste og flytende installasjoner. Mellom hver hovedkomponent (ramme) går det rør og fleksible slanger som også må testes før oppstart.

Barrierene under en brønntest deles inn i havbunnsutstyr og overflateutstyr. Når brønnen testes fra en flytende installasjon står BOP på havbunnen. På overflaten på boreriggen er overflatetestetreet montert direkte på testestrengen. Detaljer om krav til utstyret for testing finnes i NORSOK-standarden D-007.

Det første strømningen fra brønnen møter på overflaten, er testtreet. Det er et midlertidig ventiltre som er montert på toppen av test-strengen (borestreng). Testtreet er en midlertidig løsning og kommer i to ulike varianter, overflate-testtre (surface test tree) eller havbunnsmontert testtre (subsea test tree).

Overflate-testtreet er bygget opp som et ventiltre. I det vertikale løpet er hovedventilen (master valve) plassert nærmest brønnen og service-ventilen (swab valve) i toppen.

I den ene siden av hovedløpet (mellom master- og swab-ventilene) er det en inngang til brønnen (injeksjonspunkt) med en enveis ventilsikring som hindrer strømning fra brønnen til overflaten. Her er kill wing-ventilen montert. Den brukes dersom brønnen skal drepes med tung væske. Ventilen er hydraulisk operert og kobles opp til en aktuator som kan fjernstyres.

På den andre siden av hovedløpet i treet er det plassert en utløpslinje med en stengeventil. Dette er produksjonsventilen (production wing valve). Produksjonen fra brønnen føres ut gjennom produksjonsventilen og videre til testanlegget.

Produksjonsventilen er hydraulisk operert og koblet til en aktuator som kan fjernstyres. Ventilen skal også være koblet til et fjernmontert panel for nødavstengning.

Produksjonsventilen er fail safe close. Den skal kobles opp mot et nødavstengingssystem (Production Shut Down system – PSD) som opereres med en luftdrevet hydraulikkpumpe. Kontrollpanelet skal være plassert et stykke bort fra brønnen. PSD er også koblet til riggens eget nødavstengningssystem (NAS) og aktiviseres dersom personellet på riggen aktiverer et gitt nivå på NAS. Ventilen skal kunne lukkes i løpet av fem sekunder.

En swivel som er montert i testtreet gjør at teststrengen skal kunne roteres under ventiltreet, noe som er nødvendig for å operere packere og ventiler i brønnen.

I tillegg til ventilene i testtreet er det en sikkerhetsventil montert på overflaten. Sikkerhetsventilen stenger innvendig i strømmningsløpet. Sikkerhetsventilen brukes som en ekstra sikring i tillegg til ventilene i testtreet dersom testanlegget må stenges raskt på overflaten. Den er utstyrt med en aktuator som opererer ventilbevegelsen. Sikkerhetsventilen er også koblet opp til nødavstengingssystemet og den skal stenge i løpet av syv sekunder.

Choke-manifolden brukes til å regulere brønnstrømmen inn til testanlegget. Choken er bygget opp som et sett med flere ventiler. Væsken fra brønnen kommer med høy rate og høyt trykk. For å sikre prosessanlegget på overflaten strupes brønnstrømmen i choke-manifolden. Det reduserer strømningshastigheten i overflateutstyret og skaper et mottrykk mot brønnen. På denne måten er det et regulert trykk som kommer ut til varmeveksleren og separatoren.

Ventilene i choke-manifolden slites av strømningen. Derfor er det flere ventiler i manifolden slik at det er mulig å koble over til en annen om den som er i bruk, blir slitt under testen. Når brønnen stenges, kan ventilene som er erodert, byttes ut. Ventilene i choke-manifolden kan opereres manuelt på choken eller på et choke-kontrollpanel som er koblet opp til manifoldens ventiler.

Selv om reservoartemperaturen er høy, faller temperaturen på den produserte væsken i brønnen på vei til overflaten. Utendørstemperatur er også medvirkende til temperaturtap i rørsystemene på overflaten. På overflaten står det derfor en eller flere varmevekslere som brukes til å justere temperaturen på den produserte væsken til et ønskelig nivå. I varmeveksleren brukes steam (vanndamp) til å øke temperaturen på hydrokarbonene før separatoren.

Væsken fra brønnen går inn i en varmeveksler der steam går i et lukket rørsystem. Ved å regulere inngangen på steam til varmeveksleren holdes temperaturen på brønnvæsken stabil. Steam genereres i en egen vannkoker (heater) som bruker vann fra riggsystemet.

Varmevekslere er også utstyrt med strupeventiler som kan regulere brønnvæsken dersom choken skulle feile. Det blir i så fall midlertidig til hoved-choken er reparert.

Høy temperatur vil også forebygge dannelse av voks, asfaltén, scale (utfelling av salter) og hydrat i overflateutstyret. Alle disse problemene kan oppstå når det er lav temperatur og høyt trykk sammen med olje, gass og vann i rørsystemet.

I noen tilfeller testes reservoar som har svært høy temperatur, såkalt high temperature reservoir (HT). Dersom væsken som kommer opp er for varm til å behandles i overflatesystemene, brukes varmeveksleren til å kjøle ned brønnvæsken til riktig temperatur.

En testseparator er en sylinderformet lukket tank. Den kan være horisontal eller vertikal. Det vanligste er den horisontale separatoren, men dersom man vet at det kommer mye gass opp til overflaten er den vertikale mer effektiv.

I inngangen til separatoren reduseres strømningshastigheten og turbulensen på væsken fra brønnen. Væske, gass og fast stoff skilles på grunn av tetthetsforskjellen. Fra oljebrønner kommer olje, gass, vann og faststoff (slam- og sandpartikler).

De forskjellige fasongene er tilgjengelige for to- og trefaseseparering. Tofase-separatorer skiller væske og gass. En trefase-separator skiller olje, gass og vann. I en tofasemodell blir gass separert fra væske, og gass og væske ledes ut i hvert sitt utløp. Det er vanligst å bruke trefaseseparator i testpakken. Trefasetestseparatoren kan deles inn i tre hoveddeler: innløpsdel, primær separasjonsdel og utløpsdel.

Hver del av separatoren har utløpsrør med måleutstyr (oljemeter, gassmeter og gass-måleblende) som viser strømningsraten gjennom de forskjellige utløpsrørene. Den produserte vannmengden blir lagret over på slop-tanker som blir fraktet til land for miljøvennlig rensing.

I kalibrerings- og måletankene mellomlagres den produserte oljen. Her måles mengden produsert olje. Volumet regnes om til hvor mye brønnen kan forventes å produsere når den er ferdig komplettert. Det kan også tas væskeprøver både fra separatoren og fra kalibreringstanken. For å føre olje fra tanken til brennerbommen brukes overføringspumper (transfer pump).

Brennerbom med oljebrennerhoder brukes til brønntesting og opprensking av brønner. Oljebrennerne er montert oppå riggens egen brennerbom. Oljebrennerne for brønntesting er dimensjonert for større volum enn vanlige produksjonsbrennere. Det er viktig å bruke den brennerbommen som ligger i le for vinden når testoperasjonen skal starte, slik at flammene føres bort fra riggen. Dersom riggen kun har én bom, må riggen snus for at bommen skal ligge i le. Varmeutviklingen under brenning av olje er ekstrem, og det er ikke anbefalt å oppholde seg i nærheten over lengre tid.

Oljebrenneren har dyser i utløpet som sprer væsken (oljen) ut i mindre dråper som er lettere å antenne. Det føres også trykkluft ut til dysene som hjelper til på spredningen og forbrenningen. Det er viktig å få en skikkelig forbrenning, slik at det ikke slippes flytende hydrokarboner til havs. Gassen brennes på en egen gas flare-linje, som ligger under brennerbommen.

Brennerbommen brukes til avbrenning av olje og gass fra testbrønnen. Ute på brennerbommen er det en manifold, brennerhoder, tennere og overrislingsanlegg. I tillegg har bommen

• gasslinjer som går på undersiden ut til tuppen av brennerbommen
• pilotflamme med propangass som starter tennerne
• rør for olje som går fram til oljebrenneren
• vann fra riggen, som benyttes til vannskjold for kjøling
• luft fra kompressorer, som benyttes til brenningen i oljebrennerne

Vannet fra riggen spres som et vannskjold for å kjøle ned installasjonen og utstyr på brennerbommen. Vann kan også injiseres direkte i flammen for å kjøle ned flammetemperaturen.