Enheter og kommunikasjonsutstyr på overflaten
På overflaten består systemene av et døgnoperert kontrollrom, dataprosesseringsanlegg (MCS) og en styringsenhet (SCU). SCU styrer enheter for data- og signaloverføring (SPCU), hydraulikk (HPU) og kjemikalieinjeksjon (ICP).
Kontrollrommet
Prosessingeniørene i kontrollrommet overvåker og styrer driften av produksjonen på feltet. Her justeres produksjonsraten, brønner åpnes og stenges, og alarmsignaler blir håndtert.
Kontrollrommet er knyttet til et dataprosesseringsanlegg (Master Control Station – MCS). Her blir all innsamlet informasjon fra brønnene og subsea-modulene lagret. Dataene brukes i programvarer til analyse av drift, til feilsøking og til å lage utviklingskurver for produksjon, feilrater, hvor mye vann som følger med produksjonen, og lignende (trending).
Disse dataene danner grunnlag for å styre produksjonen fra enkeltbrønner, feilsøking og utarbeidelse av vedlikeholdsprogram. Vedlikeholdsprogrammet baserer seg blant annet på data som viser om rør eller andre deler er slitt og må skiftes på grunn av slitasje fra for eksempel sandproduksjon.
Programmerbar styringsmodul (Subsea Control Unit, SCU)
Fra kontrollrommet går styringssignalene til Subsea Control Unit (SCU), som er plassert i nærheten av kontrollrommet. SCU er programmert for å styre, overvåke og sette alarmgrenser for brønner, manifolder og alt utstyr på havbunnsrammene.
SCU har programmerbar logisk styring ( PLS-er). Disse brukes for å programmere alarmer som utløses ved lavt trykk eller høyt trykk. Det programmeres også hindringer for mulig feiloperasjon, som for eksempel sperre mot å åpne en ventil før trykket er utlignet på begge sider av den.
En operasjon starter når en operatør i kontrollrommet sender en kommando via dataskjermen til SCU. SCU bearbeider disse signalene via PLS-ene som igjen styrer tre overflateenheter. Dette er:
- Subsea Power and Communication Unit (SPCU)
- HPU (Hydraulic Power Unit)
- Kjemisk injeksjonsenhet (CIU)
PLS-ene er også koblet til ventilene som styrer produksjonen. Når brønnen skal stenges, enten for produksjonsstopp eller nødstopp, går signalene fra kontrollpanelet til SCU. Sekvenser for stenging av produksjon eller helt avstenging av brønn, er programmert i PLS-er slik at vi får en kontrollert stopp når disse knappene blir aktivert i kontrollrommet. Ventilene på ventiltreet stenges en etter en, og til slutt blir nedihulls sikkerhetsventil (DHSV) stengt dersom det er nødavstenging. Ved produksjonsstopp blir DHSV normalt ikke stengt.
Subsea Power and Communication Unit (SPCU)
Subsea Power and Communication Unit – SPCU sender kommunikasjonssignaler og elektrisk spenning fra overflaten til subsea-installasjonene. SPCU består av flere komponenter; den har komponenter der elektrisk spenning blir sendt på kabler til umbilical, og komponenter der datasignaler blir sendt fra dataprosessorer til fiberkabler i umbilical. Siden elektriske signaler og ikke minst optiske signaler bruker under ett sekund på å reise mange kilometer, tar det svært kort tid fra en operatør gir en kommando i kontrollrommet topside, til kommandoen mottas i kontrollmodulen på ventiltreet. Umbilicalen knytter SPCU-en på overflaten sammen med kontrollmodulen på ventiltreet.
Elektrisk spenning
SPCU leverer elektrisk spenning og kommuniserer med havbunnsanlegget. De fleste subsea-installasjoner bruker 230 volt vekselstrøm (VAC)/50Hz. Dette er lavspenning som ved sending over lange avstander fører til et stort spenningstap i ledningen. Det er derfor en transformator i SPCU på overflaten som transformerer spenningen opp til et mellomspenningsnivå mellom 600 VAC og 1000 VAC, og en transformator i SCM på ventiltreet som transformerer spenningen ned igjen. På felt som har en svært lang umbilical på over 100 km, kan spenningen bli transformert opp til 6000 VAC.
Datasignal
Signalene mellom datamaskinene i kontrollrommet og datamaskinene som sitter i kontrollmodulen på ventiltreet, sendes i fiberkabel. Fiberkommunikasjon er en rask og stabil kommunikasjonsform. Likevel finnes en reserveløsning i tilfelle fiberen blir ødelagt eller slutter å virke. Til reserveløsningen brukes en kommunikasjonsmetode som kalles «Signal-on-Power». Det digitale datasignalet (1-ere og 0-ere) gjøres om til et analogt kommunikasjonssignal som er spenning på 0–5 volt og settes sammen med spenningssignalet på 600 VAC i en modulator. Spenningen sendes i kobberledningene i umbilical til havbunnsinstallasjonen. I kontrollmodulen (SCM) på ventiltreet er det en «demodulator» som skiller spenning og kommunikasjonssignal. Så gjøres kommunikasjonssignalet digitalt igjen og blir sendt til datamaskinen i ventiltreets SCM.
Hydraulic Power Unit
Hydraulic Power Unit generer hydraulisk kraft (trykk) til å åpne og stenge brønnventilene i ventiltreet. Fra HPU går ¼" kontrollinjer ut til et koblingspunkt som heter hang-off, der hydraulikkrørene overføres til umbilical.
HPU sørger for at hydraulikksystemet er trykksatt fra tankene med hydraulikkvæske, gjennom hydraulikkrørene i umbilical helt ned til kontrollmodulen på ventiltreet for hver enkelt brønn.
HPU-en består av tanker, pumper, akkumulatorer og regulatorer.
Tanken
Tanken inneholder hydraulikkvæske og har to kamre, et returkammer og et supplykammer.
Returkammeret: Dersom en brønn stenger i en ordinær avstenging eller i en nødsituasjon, blåses det hydrauliske trykket ned slik at brønnventilene lukkes. Det vil da strømme hydraulikkolje tilbake til returkammeret fra subsea-hydraulikksystemet via umbilical. Kammeret kan ikke fylles helt opp, for det må alltid være tilstrekkelig plass til returolje ved en nødavstenging.
Returkammeret rommer over 1500 liter hydraulikkvæske avhengig av størrelsen på feltet, det vil si antall ventiltrær som skal opereres.
I returkammeret sirkuleres væsken i en lukket sløyfe med en sirklulasjonspumpe. Væsken går gjennom et filter som fjerner små partikler som kan skade ventiler og ventilblokker. Så blir det tatt prøver. Væsken skal tilfredsstille renhetsklassen SAE AS 4059 CL 6B-F som er en industristandard.
Ved behov etterfylles hydraulikkvæske i returkammeret.
Supplykammeret: Renset hydraulikkolje pumpes over til det andre kammeret i tanken, supplykammeret. Det er svært viktig at hydraulikkvæskenen som pumpes til subsea, er ren, da de små ventilene i subsea-kontrollmodulen på ventiltreet kan bli blokkert dersom det kommer partikler inn i dem.
Fra supplykammeret pumpes hydraulikkolje til akkumulatorene. Supplykammeret må alltid ha tilstrekkelig volum av hydraulikkvæske til å forsyne anleggene på havbunnen.
Pumper: Fra supplykammeret går det rør til fire pumper. Det er to lavtrykkspumper og to høytrykkspumper. Grunnen til at det er to av hver, er at vi trenger reservepumpe i tilfelle den ene må ha vedlikehold eller må skiftes ut av en eller annen grunn. Når disse pumpene starter, pumpes hydraulikkvæske inn i akkumulatorene.
Akkumulatorer og regulatorer: En akkumulator er en lagringsflaske for energi. Trykket som genereres av pumpene, lagres i akkumulatorflaskene til ventilene skal opereres. Akkumulatorflaskene fungerer også som reservelager for hydraulikktrykk dersom hydraulikkpumpene skulle svikte.
Akkumulatorene er stempelakkumulatorer som har nitrogen på den ene siden av stempelet og hydraulikkvæske på den andre siden. Hydraulikkvæsken pumpes inn i akkumulatorene slik at vi får 345 bar på lavtrykksakkumulatorene og 860 bar på høytrykksakkumulatorene. Når ventilene på ventiltreet opereres, vil trykket i akkumulatorene synke. Da starter pumpene opp og øker trykket i akkumulatorene samtidig som trykket tappes til ventiloperasjonen. Dermed får vi et variabelt trykk ut fra akkumulatorene. Vi ønsker å ha et stabilt trykk, derfor er det en regulator mellom akkumulatorene og umbilicalen som regulerer leveringstrykket til ventilene. På lavtrykkslinjene reguleres trykket fra 345 bar til ca. 207 bar og på høytrykkslinjene fra 860 bar til 690 bar inn på umbilical.
Kjemisk injeksjonsenhet (CIU)
Den kjemiske injeksjonsenheten, CIU, fungerer på samme måte som HPU med pumper som pumper kjemikalier i tynne rør gjennom umbilical. Det er egne ventiler på ventiltrærne som åpnes for å til å injisere kjemiske væsker. Disse styres også fra kontrollrommet gjennom umbilical og SCM.