1 Inledning

brunnhuvudet är den övre delen av brunnen som leder ner till behållaren. Olja från behållaren kommer ut genom brunnshålet med hölje. Olje-eller gasflödet från brunnen bör vara tillräckligt för att göra det kommersiellt genomförbart. Då är endast brunnhuvudet installerat på toppen av brunnen. Den består av ventiler och utrustning som styr brunnshuvudets tryck och flöde. Denna utrustning och dess kontroll är den mest avgörande i oljefält. De undviker farliga förhållanden i olje-och gasanläggningar. Faran orsakas av flödet av brandfarliga material ut ur brunnen och det höga trycket inuti brunnen. Således måste flödet genom brunnhuvudet kontrolleras och göras felsäkert. Det är därför Well Head Control Panels (WHCP) används.

brunnhuvudet är också känt som julgran (på grund av dess struktur). Julgranen består av underjordiska styrda Säkerhetsventiler (SCSSV), Ytsäkerhetsventiler (SSV) och andra säkerhetsventiler (Choke, ESD, HIPPS). Dessa ventiler används för att stänga brunnen vid behov. På toppen av trädstrukturen kommer en tryckmätare att indikera trycket i slangen.

processerna som ska hända i brunnhuvudet manipuleras genom dessa tre ventiler med hjälp av mätare och choke.

2 Vad är en Well Head Control Panel (WHCP)?

syftet med en WHCP är att övervaka de underjordiska styrda säkerhetsventilerna (SCSSV), Ytsäkerhetsventilerna (SSV) och andra säkerhetsventiler (Choke, ESD, HIPPS) för brunnens säkerhet. En WHCP bör förhindra risken för personskador eller skador på personal, miljö eller utrustning. Wellhead styrsystem är utformade för att vara ”felsäker.”Brunnhuvudet kommer att programmeras och styras av PLC-eller SCADA-system.

WHCP tar emot ingångssignaler från olika mätare, inklusive tryck -, temperatur-och flödesmätare i brunnhuvudet. Dessutom är de viktigaste ingångarna från nödstängningssystem (ESD), nödknappar och smältbara pluggar. Utgången genereras genom att läsa dessa signaler, vilket vanligtvis är ett kommando för att stänga av ventilerna på brunnhuvudet för att säkerställa anläggningens säkerhet.

WHCP använder både hydrauliska och pneumatiska komponenter. Scssv: er installeras mestadels på markbrunnar som drivs av hydraulisk kraft. I så fall måste WHCP innehålla en hydraulisk reservoar och pumpsystem för att bibehålla trycket på underlagsventilerna under normal drift. Å andra sidan använder WHCP pneumatik för avkänning och styrning av ytsäkerhetsventiler (SSV).

därför är WHCP en samling olika styrsystem som möjliggör kontrollerat genomförande av planer och nödstopp. På markbrunnar används ett separat brunnskontrollsystem för varje brunn som arbetar under högt tryck. Wellhead – styrsystemen för offshore-plattformar är grupperade på en eller flera paneler. Varje brunns kontrolllogik hålls åtskild från de andra brunnarna för att lägga till eller ta bort nya brunnar efter behov.

3 princip för WHCP

det finns olika typer av WHCP kategoriserade baserat på driftskällan. Dessa är elektriska kontrollpaneler, manuella, soldrivna och pneumatiska styrda paneler. Valet av typ kommer att väljas enligt applikationskraven. Dessutom fungerar Kontrollpanelen i två olika konfigurationer; en enda wellhead och en multi-wellhead kontrollpanel. Vi kommer att prata om dessa typer i de kommande avsnitten.

WHCP kontrollerar olje-och gasbrunnarna. WHCP utför denna uppgift genom att styra ventiler installerade vid brunnhuvudet, som är SCSSV (Surface Controlled Sub-surface Safety Valves) och SSV (Surface Safety Valves), som består av Masterventiler (MV) och Vingventiler (WV). Den sekventiella driften av SCSSV och SSV underlättar Nödstoppsprocessen (ESD).

andra än de grundläggande komponenterna i kontrollpanelen, WHCP består av en hydraulisk reservoar, sil, hydrauliska pumpar, ackumulator, brunnskenans styrmodul och hydrauliska linjer, som levererar och återgår till brunnskenans styrmodul. Hydraulvätskan inuti hydraulbehållaren Driver brunnhuvudet. Reservoarens storlek bestäms av den mängd vätska som krävs för ventilens funktion och avståndet mellan behållaren och brunnen.

SCSSV och SSV arbetar vid hydrauliskt tryck, SCSSV vid högt tryck och SSV vid medeltryck. Ett hydrauliskt kraftpaket eller en hydraulisk kraftenhet används för att uppfylla tryckkraven, som består av en reservoar, hydrauliska pumpar och en ackumulator. Reservoaren lagrar hydraulvätska, och det kommer att finnas två hydrauliska huvuden och pumpar i varje brunnhuvud. Då kommer varje pump att ha en sil för att filtrera hydraulvätskan från alla partiklar så att hydraulvätskan som går till SCSSV eller SSV är ren. Beroende på driftsmiljö kan hydrauliken vara pneumatisk eller elektrisk driven. En ackumulator kommer att användas nedströms pumpen för att uppnå önskat tryck för SCSSV eller SSV.

den ackumulerade hydraulvätskan vid huvudet tillförs genom hydrauliska matarledningar till brunnshuvudstyrmodulen när det behövs. Sekvensen och logiken för drift av SCSSV och SSV fastställs vid denna wellhead-styrmodul. För att styra flödet eller utföra ESD-proceduren går signaler från panelen till denna wellhead-kontrollmodul. Efter att ha mottagit styrsignalen öppnar brunnshuvudets styrmodul SCSSV och SSV genom att sända högt tryck respektive medeltryck. Hydraulvätskan återgår till hydraulledningen genom att aktivera en trevägsventil för att stänga ventilerna.

så här fungerar wellhead-kontrollpanelen för att styra wellhead-flödet och nödstoppsproceduren.

4 huvudfunktioner för WHCP

• Stäng av brunnen i händelse av farliga situationer
• kontrollerar de kritiska säkerhetsparametrarna
• Sekventiell uppstart och ned-procedur för brunnhuvudet
• övervaka och kontrollera SCSSV noggrant.
• WHCP använder separata hydrauliska kraftenheter (HPU) som underlättar hydrauliska pumpar, ackumulatorer, reservoarer etc.
• speciella tryckknappar används i panelen för att stoppa vingventilen, huvudventilen och SCSSV.

5 komponenter i WHCP

WHCP installeras nära brunnhuvudet, men huvudstyrningsdelen, PLC eller SCADA, kommer att installeras i en säker zon. Alla logiska signaler som skickas till WHCP kommer från styrsystemet (PLC eller SCADA). WHCP nära brunnhuvudet kommer att göra den kontrollerande åtgärden direkt. Huvuddelen av en WHCP är den hydrauliska kraftenheten (HPU) som består av en hydraulisk pump, reservoar och ackumulator. Komponenterna i WHCP beskrivs i nedanstående avsnitt:

5.1 Hydraulpump

hydraulpumpar distribuerar hydraulvätska vid nödvändigt tryck till rubriker. Det nödvändiga trycket bestämmer pumpens storlek och kapacitet till brunnhuvudet, avståndet från panelen till brunnhuvudet och leveranstiden. Processstyrsystemet, som antingen är en PLC eller en SCADA, styr motorn.

5.2 oljebehållare

oljetankar ger den nödvändiga oljetillförseln för hydraulpumpen. Silar används vid utloppet av tanken för att säkerställa ren olja förs till pumpen. Dessutom är en returledning från ventilerna ansluten till tankens topp.

5.3 ackumulator

en ackumulator är en energibesparande anordning som används för att tillgodose högtrycksbehovet för SCSSV (Surface Controlled Subsea Safety Valves) eller SSV (Surface Safety Valves). Ackumulatorn installeras nedströms om hydraulpumpen. Det bör noggrant dimensioneras för att möta tryckkraven.

ackumulatorn har två sektioner: gassektionen och den hydrauliska sektionen. Gassektionen laddas vanligtvis med torr kvävgas, som fylls först. Sedan fylls hydrauloljan i ackumulatorn och komprimerar gasdelen. När det finns en efterfrågan på hydraulik släpper ackumulatorn oljan, vilket gör att gasdelen kan expandera. Denna mekanism möjliggör snabb urladdning av hydraulolja.

5.4 regulatorer

för varje matningshuvud används nedströms oljehuvuden och regulatorer ger dem reglerat tryck. Högtrycksområden hanteras av regulatorer, som åtföljs av avlastningsventiler.

5.5 hydraulkrets

hydraulkretsen består av reglerventiler (SCSSV och SSV), hydraulrör och hydrauliska matarhuvuden. Den hydrauliska slangutrustningen väljs efter tryckbehov, dvs höga, medelstora och lågtryckskrav. Kretsarna innehåller en backventil, en isoleringsventil, rör, rördelar etc.

en smältbar plugg används i hydraulledningen för brandsäkerhet. Vid brand smälter säkringspluggen för att upphöra med det hydrauliska trycket och stänger brunnhuvudventilerna. Brunnen stängs automatiskt av.

5.6 Instrumentgränssnitt

mätinstrument är viktiga när det gäller att kontrollera och skydda brunnshuvudets aktiviteter. På de hydrauliska rubrikerna installeras trycksändare för att övervaka ventiloperationer, och live-statusen vidarebefordras till PLC-styrenheterna. Dessutom används nivåmätare för att kontinuerligt kontrollera reservoarnivån. WHCP är kopplat till PLC/SCADA-systemet för central övervakning och styrning av brunnhuvudet. För att underlätta underhåll, felsökning och omkonstruktion bör en separat kopplingsbox användas.

6 typer av WHCP

6.1 enda wellhead kontrollpanel

en enda wellhead kontrollpanel kan styra endast en wellhead. Den hanterar all wellhead-utrustning och möjliggör både automatiska och manuella avstängningar. Denna WHCP används för monotom eller avlägsna brunnar som är långt ifrån andra brunnar. Den enda wellhead – kontrollpanelen är vidare indelad i följande kategorier:

• manuellt styrsystem
• elektriskt styrsystem
• pneumatiskt styrsystem
• soldrivet styrsystem

6.2 manuellt styrsystem

använder manuell hydraulpump för att leverera tryck till SSV. Huvudfunktionerna är fjärr ESD, smältbara pluggar, lågtrycks- / högtrycksdetektering och manuell avstängning vid panelen.

6.3 elektriskt styrsystem

en elektrisk motor styr hydraulflödet till SSV. Elektriska styrsystem har utvecklats och är tillförlitliga i hårda klimat eller vid hantering av farliga ämnen i flödeslinjen. Elektriska avstängningssystem är mer flexibla, lättare att distribuera och billigare än pneumatiska avstängningssystem, där signalering av avstängningssensorn är nödvändig. Elektriska system är betydligt enklare att ansluta till ett SCADA-system (Supervisory Control And Data Acquisition) för fjärrövervakning och styrning.

6.4 pneumatiskt styrsystem

det gör alla huvudfunktioner som andra system gör. Men styrningen av hydraulpumpen är genom pneumatisk energi. Denna typ används för högeffektiva operationer.

6.5 soldrivna styrsystem

denna typ av styrsystem är mest lämplig för brunnar på avlägsna platser. Det erbjuder energibesparing, minskar driftskostnader, dubbel strömförsörjning, standardkontrollfunktionen etc.

7 utforma en WHCP

7.1 dimensionering

korrekt dimensionering av komponenterna som är ackumulatorn, röret och behållaren måste göras för kontrollerad och sekventiell drift av brunnhuvudet. Designers kan använda hjälp av olika program för exakt dimensionering av komponenter. Denna programvara kommer att göra dimensionering för de givna kraven.

7.2 Flödeslinjesäkerhet

för säkerheten bör varje ände av flödeslinjerna använda en choke för att minska inlinetrycket. De faktorer som måste beaktas för flödessäkerhet:

• kontrollera om den första choke-enheten i det initiala flödeslinjesegmentet är mindre än 10 meter från brunnhuvudet. När avståndet mellan choken och det första segmentet av flödeslinjen uppströms choken är mindre än 10 fot behövs inte trycksensorer i den första flödeslinjen uppströms flaskhalsen. När avståndet är mer än 10 fot är en lågtryckssensor allt som behövs för att upptäcka läckor och sprickor.
• både hög-och lågtryckssensorer krävs för att detektera ett blockerat lednings-eller flödeskontrollfel och en läcka eller bristning när inloppstrycket (SITP) är större än det högsta tillåtna arbetstrycket (MAWP) för den sista delen av flödeslinjen efter choken.
• när MAWP för ändflödessektionen är mindre än SITP krävs en tryckavlastningsventil och hög-och lågtryckssensorer.

7.3 testbarhet

medan sensorer testas, kalibreras eller byts ut, kan en trevägsventil på panelen monteras för att kringgå hög-och lågtryckspiloterna samt sandproberna. Användningen av panelmonterade indikatorer bör på avstånd indikera att bypassventilen har bytts av säkerhetsskäl.

en trevägsventil på panelen kan installeras för att kringgå hög-och lågtryckspiloterna, liksom sandproberna, medan sensorer kontrolleras, kalibreras eller byts ut. Användningen av panelmonterade indikatorer bör tydligt visa att bypassventilen har stängts av Av säkerhetsskäl på avstånd.

Nålventiler ska monteras i tillförselgas-och hydrauloljeledningarna för att möjliggöra utbyte av komponenter utan att stänga av ett enda brunnhuvud eller alla.

8 bottenlinje

även om WHCP kan drivas av pneumatisk, hydraulisk, elektrisk eller solenergi, är systemet hydrauliskt på grund av dess hydrauliska effekt. I olje-och gasanläggningar är pumpning av olja eller gas från behållaren en viktig uppgift. En WHCP bör reglera brunnhuvudet mer exakt och effektivt, vilket möjliggör kontinuerlig olje-och gasproduktion.