1 Inleiding

de putkop is het bovenste deel van de put die naar het reservoir leidt. Olie uit het reservoir komt uit door het Putgat met behuizing. De olie – of gasstroom uit de put moet voldoende zijn om het commercieel haalbaar te maken. Dan wordt alleen de putkop aan de bovenkant van de put geïnstalleerd. Het bestaat uit kleppen en apparatuur die de druk en de stroom van de putkop regelen. Dat apparatuur en de controle ervan het meest cruciaal zijn in olievelden. Ze voorkomen gevaarlijke omstandigheden in olie-en gasinstallaties. Het gevaar wordt veroorzaakt door de stroom van brandbare materialen uit de put en de hoge druk in de put. Daarom moet de stroom door de putkop worden gecontroleerd en faalveilig worden gemaakt. Dat is de reden waarom de Well Head bedieningspanelen (WHCP) worden gebruikt.

de putkop is ook bekend als de kerstboom (vanwege zijn structuur). De kerstboom bestaat uit de Subsurface Controlled Safety Valves (SCSSV), Surface Safety Valves (SSV), en andere puthead safety valves (Choke, ESD, HIPPS). Deze kleppen worden gebruikt om de put te sluiten wanneer dat nodig is. Aan de bovenkant van de boomstructuur geeft een manometer de druk in de buis aan.

de processen die in de putkop moeten plaatsvinden, worden door deze drie kleppen gemanipuleerd met behulp van meters en smoorspoelen.

2 Wat is een Well Head Control Panel (WHCP)?

het doel van een WHCP is de bewaking van de ondergrondse veiligheidskleppen (Scssv), de Oppervlakteveilers (SSV) en andere veiligheidskleppen voor boorputkoppen (Choke, ESD, HIPPS) voor de veiligheid van de boorput. Een WHCP moet het risico van letsel of schade aan personeel, het milieu of apparatuur voorkomen. Boorputsystemen zijn ontworpen om “fail-safe” te zijn.”De putkop wordt geprogrammeerd en bestuurd door PLC-of SCADA-systemen.

de WHCP ontvangt ingangssignalen van verschillende meters, waaronder druk -, temperatuur-en debietmeters in de putkop. Daarnaast zijn de belangrijkste ingangen van emergency shutdown systems (ESD), nooddrukknoppen en smeltbare stekkers. De output wordt gegenereerd door het lezen van deze signalen, wat meestal een opdracht is om de kleppen op de putkop uit te schakelen om de veiligheid van de installatie te waarborgen.

de WHCP maakt gebruik van zowel hydraulische als pneumatische componenten. Scssv ‘ s worden meestal geïnstalleerd op landputten die worden bediend door hydraulische kracht. In dat geval moet de WHCP voorzien zijn van een hydraulisch reservoir en een pompsysteem om de druk op de ondergrondse kleppen tijdens normaal bedrijf te handhaven. Anderzijds maakt WHCP gebruik van pneumatiek voor het detecteren en regelen van oppervlakteveilers (SSV).

vandaar dat WHCP een verzameling van diverse besturingssystemen is die de gecontroleerde uitvoering van plannen en noodstoringen mogelijk maken. Op landputten wordt voor elke put die onder hoge druk werkt een afzonderlijk putkoppelcontrolesysteem gebruikt. De boorputsystemen voor offshore platforms zijn gegroepeerd op één of meer panelen. De controlelogica van elke put wordt gescheiden gehouden van de andere putten om zo nodig nieuwe putten toe te voegen of te verwijderen.

3 principe van WHCP

er zijn verschillende soorten WHCP gecategoriseerd op basis van de bron van de werking. Dit zijn elektrische bedieningspanelen, handmatige, zonne-energie, en pneumatische gecontroleerde panelen. De selectie van het type zal worden gekozen volgens de applicatievereisten. Ook, het bedieningspaneel werkt in twee verschillende configuraties; een enkele puthead en een multi-puthead bedieningspaneel. We zullen over deze types in de komende secties praten.

WHCP controleert de olie-en gasputten. WHCP vervult deze taak door aan de putkop geïnstalleerde kleppen te controleren, die SCSSV (Surface Controlled sub-surface Safety Valves) EN SSV (Surface Safety Valves) zijn, die bestaan uit Master Valves (MV) en Wing Valves (WV). De sequentiële werking van SCSSV en SSV vergemakkelijkt het ESD-proces (Emergency Shutdown).Andere dan de basiscomponenten van het bedieningspaneel bestaat WHCP uit een hydraulisch reservoir, een zeef, hydraulische pompen, een accumulator, een regelmodule voor boorputkop en hydraulische leidingen, die de regelmodule voor boorputkop voeden en terugvoeren. De hydraulische vloeistof in het hydraulische reservoir bedient de putkop. De grootte van het reservoir wordt bepaald door de hoeveelheid vloeistof die nodig is voor de werking van de klep en de afstand tussen het reservoir en de put.

de SCSSV en SSV werken bij hydraulische druk, SCSSV bij hoge druk en SSV bij gemiddelde druk. Een hydraulische power pack of een hydraulische power unit wordt gebruikt om te voldoen aan de drukvereisten, die bestaat uit een reservoir, hydraulische pompen en een accumulator. Het reservoir slaat hydraulische vloeistof op, en er zullen twee hydraulische koppen en pompen in elke putkop zijn. Vervolgens heeft elke pomp een zeef om de hydraulische vloeistof te filteren van deeltjes, zodat de hydraulische vloeistof die naar SCSSV of SSV gaat schoon is. Afhankelijk van de operationele omgeving kunnen hydraulica pneumatisch of elektrisch worden aangedreven. Stroomafwaarts van de pomp wordt een accumulator gebruikt om de gewenste druk voor SCSSV of SSV te bereiken.

de geaccumuleerde hydraulische vloeistof aan de kop wordt, indien nodig, via hydraulische toevoerleidingen naar de regelmodule van de boorputkop toegevoerd. De volgorde en logica voor het bedienen van de SCSSV en SSV worden vastgesteld bij deze putkop regelmodule. Om de stroom te regelen of de ESD-procedure uit te voeren, gaan signalen van het paneel naar deze putkopbesturingsmodule. Na ontvangst van het besturingssignaal opent de putkopbesturingsmodule de SCSSV en SSV door respectievelijk hoge druk en gemiddelde druk te verzenden. De hydraulische vloeistof zal terugkeren naar de hydraulische leiding door het activeren van een driewegklep om de kleppen te sluiten.

dit is hoe het bedieningspaneel van de boorputkop functioneert om de doorstroming van de boorputkop en de procedure voor noodstop te regelen.

4 hoofdfuncties van WHCP

• sluit de boorput af in geval van gevaarlijke situaties
• controleert de kritieke veiligheidsparameters
• sequentiële opstart-en downprocedure van de boorput
• nauwlettend toezicht op en controle van SCSSV.
• WHCP maakt gebruik van afzonderlijke hydraulische aggregaten (HPU ‘ s) die hydraulische pompen, accumulatoren, reservoirs, enz.faciliteren.
• in het paneel worden speciale drukknoppen gebruikt om de Vleugelklep, de masterklep en de SCSSV te stoppen.

5 componenten van WHCP

WHCP is geïnstalleerd in de buurt van de putkop, maar het belangrijkste besturingselement, PLC of SCADA, zal worden geïnstalleerd in een veilige zone. Alle logische signalen die naar de WHCP gestuurd worden komen van het besturingssysteem (PLC of SCADA). De WHCP in de buurt van de puthoofd zal de controlerende actie direct uitvoeren. Het grootste deel van een WHCP is de hydraulische Power Unit (HPU) die bestaat uit een hydraulische pomp, reservoir en accumulator. De componenten van het WHCP worden in de volgende paragrafen beschreven:

5.1 Hydraulische pomp

hydraulische pompen verdelen de hydraulische vloeistof onder de noodzakelijke druk over de koppen. De benodigde druk bepaalt de grootte en de capaciteit van de pomp naar de putkop, de afstand van het paneel naar de putkop en de levertijd. Het procesbesturingssysteem, dat ofwel een PLC of een SCADA is, bestuurt de motor.

5.2 oliereservoir

olietanks leveren de benodigde olietoevoer voor de hydraulische pomp. Zeven worden gebruikt bij de uitlaat van de tank om ervoor te zorgen schone olie wordt doorgegeven aan de pomp. Ook is een retourleiding van de kleppen aangesloten op de bovenkant van de tank.

5.3 Accumulator

een accumulator is een energiebesparende voorziening die wordt gebruikt om te voldoen aan de hogedrukvraag naar SCSSV (Surface Controlled Subsea Safety Valves) of SSV (Surface Safety Valves). De accumulator wordt na de hydraulische pomp geïnstalleerd. Het moet zorgvuldig worden gedimensioneerd om aan de drukvereisten te voldoen.

de accumulator heeft twee secties: de gassectie en de Hydraulische sectie. De gassectie wordt meestal geladen met droog stikstofgas, dat eerst wordt gevuld. Vervolgens wordt de hydraulische olie in de accumulator gevuld, het comprimeren van het gasgedeelte. Wanneer er een vraag naar Hydraulische, de accumulator releases van de olie, waardoor de gassectie uit te breiden. Dit mechanisme zal de snelle ontlading van hydraulische olie mogelijk maken.

5.4 regelaars

voor elke aanvoerregelaar worden downstream-olieregelaars gebruikt en regelaars geven deze regelbare druk. Hogedrukbereiken worden behandeld door regelaars, die gepaard gaan met ontlastkleppen.

5.5 hydraulisch circuit

het hydraulische circuit bestaat uit regelkleppen (SCSSV en SSV), hydraulische slangen en hydraulische toevoerkoppen. De hydraulische buisapparatuur wordt geselecteerd op basis van drukbehoeften, d.w.z. hoge, gemiddelde en lage drukvereisten. De circuits bevatten een terugslagklep, een isolatieklep, buizen, buisfittingen, enz.

voor de brandveiligheid wordt in de hydraulische leiding een smeltbare stekker gebruikt. In het geval van een brand, zal de zekering plug smelten om de hydraulische druk te stoppen, het sluiten van de putkop kleppen. De put wordt automatisch afgesloten.

5.6 instrumentatie-interface

meetinstrumenten zijn essentieel voor het beheersen en beschermen van de activiteiten van de boorputkop. Op de hydraulische headers zijn druktransmitters geïnstalleerd om klepbewerkingen te controleren en wordt de live-status doorgegeven aan de PLC-controllers. Bovendien worden niveaumeters gebruikt om het reservoir voortdurend te controleren. De WHCP is gekoppeld aan het PLC/SCADA-systeem voor centrale bewaking en controle van de boorputkop. Voor het gemak van onderhoud, het oplossen van problemen en het opnieuw ontwerpen, moet een aparte junction box worden gebruikt.

6 typen WHCP

6.1 één boorputkoppaneel

een enkel boorputkoppaneel kan slechts één boorputkoppaneel besturen. Het beheert alle boorputapparatuur en maakt zowel geautomatiseerde als handmatige uitschakeling mogelijk. Dit WHCP wordt gebruikt voor monotoom of afgelegen putten die ver van andere putten. De single puthead bedieningspaneel is verder onderverdeeld in de volgende categorieën:

• handbediening
• elektrisch bedieningssysteem
• pneumatisch regelsysteem
• besturingssysteem op zonne-energie

6.2 manueel besturingssysteem

maakt gebruik van handmatige hydraulische pomp om druk te leveren aan SSV. De belangrijkste functies zijn externe ESD, smeltbare pluggen, lage druk / hoge druk detectie, en handmatige uitschakeling op het paneel.

6.3 elektrisch regelsysteem

een elektrische motor regelt de hydraulische stroom naar SSV. Elektrische besturingssystemen zijn ontwikkeld en zijn betrouwbaar in zware klimaten of bij het omgaan met gevaarlijke stoffen in de stroomlijn. Elektrische afsluitsystemen zijn flexibeler, gemakkelijker te implementeren en goedkoper dan pneumatische afsluitsystemen, waarbij het signaleren van de afsluitsensor essentieel is. Elektrische systemen zijn aanzienlijk gemakkelijker te verbinden met een Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) systeem voor bewaking en controle op afstand.

6.4 pneumatisch regelsysteem

het vervult alle hoofdfuncties die andere systemen vervullen. Maar de controle van de hydraulische pomp is door middel van pneumatische energie. Dit type gebruikt voor high-power operaties.

6.5 besturingssysteem op zonne-energie

dit type besturingssysteem is het meest geschikt voor putten op afgelegen locaties. Het biedt energiebesparing, vermindert operationele kosten, dubbele voeding, de standaard besturingsfunctie, enz.

7 het ontwerpen van een WHCP

7.1 dimensionering

de juiste dimensionering van de componenten die de accumulator, de buis en het reservoir zijn, moet worden uitgevoerd voor de gecontroleerde en sequentiële werking van de putkop. Ontwerpers kunnen de hulp van verschillende software gebruiken voor de precieze grootte van componenten. Deze software zal de dimensionering doen voor de gegeven eisen.

7.2 Flowline safety

voor de veiligheid moet aan elk uiteinde van de flowlines een choke worden gebruikt om de inline druk te verminderen. De factoren die in aanmerking moeten worden genomen voor de veiligheid van de stroomlijn:

• Controleer of het eerste choke-apparaat in het eerste stroomlijnsegment minder dan 3 meter van de putkop is. Wanneer de afstand tussen de choke en het eerste segment van de stromingsleiding stroomopwaarts van de choke minder dan 10 voet bedraagt, zijn druksensoren in de eerste stromingsleiding stroomopwaarts van de bottleneck niet nodig. Wanneer de afstand meer dan 10 voet is, is een lagedruksensor alles wat nodig is om lekken en scheuren te detecteren.
• zowel hoge-als lagedruksensoren zijn nodig om een geblokkeerde leiding of debietstoring en een lek of breuk te detecteren wanneer de gesloten slangdruk (SITP) groter is dan de maximaal toelaatbare werkdruk (MAWP) van het laatste deel van de stroomlijn na de choke.
• wanneer de MAWP van de eindstroomlijn minder is dan de SITP, zijn een overdrukklep en hoge-en lagedruksensoren vereist.

7.3 testbaarheid

terwijl sensoren worden getest, gekalibreerd of vervangen, kan een driewegklep op het paneel worden gemonteerd om de hoge-en lagedrukpiloten en de zandsondes te omzeilen. Het gebruik van paneel-gemonteerde indicatoren moet op afstand aangeven dat de bypass klep is geschakeld om veiligheidsredenen.

een driewegklep op het paneel kan worden geïnstalleerd om de hoge-en lagedrukpiloten en de zandsondes te omzeilen, terwijl sensoren worden gecontroleerd, gekalibreerd of vervangen. Het gebruik van paneel-gemonteerde indicatoren moet duidelijk aantonen dat de bypass klep is uitgeschakeld om veiligheidsredenen van een afstand.

Naaldkleppen MOETEN in de leidingen van de toevoerbuizen voor gas en hydraulische olie worden gemonteerd om vervanging van onderdelen mogelijk te maken zonder dat één of alle boorputkoppen worden uitgeschakeld.

8 Bottomline

hoewel de WHCP kan worden aangedreven door pneumatische, hydraulische, elektrische of zonne-energie, is het systeem Hydraulisch vanwege zijn hydraulische vermogen. In olie-en gasfaciliteiten is het pompen van olie of gas uit het reservoir een belangrijke taak. Een WHCP moet de boorputkop nauwkeuriger en efficiënter regelen, waardoor continue olie-en gasproductie mogelijk is.