Simulering ga lynstart

Grundig testing med omfattende bruk av dynamisk prosessimulering i alle faser av prosjektet gjorde at mange feil ble luket bort allerede før Snorre B-plattformen ble tauet til havs. Dermed gikk oppstarten som en drøm.

– Jeg tror vi har satt ny rekord. Plattformen ble tauet ut i begynnelsen av mai, og allerede 27. juni ble den satt i drift, sier Knut Ola Staver, automatiseringsansvarlig ved Norsk Hydro.

Opprinnelig var målet å få til en automatisk oppstart av plattformen – uten manuelle korrigeringer. Alle regulatorer skulle være ferdig innjusterte, og det skulle i prinsippet bare være å trykke på de forskjellige startknappene. Et urealistisk mål, vil mange si, men det var ikke mye som manglet på at det ble innfridd. Produksjonen på plattformen startet to måneder før planen.

– Det ville ikke vært mulig uten simulatorhjelpen, sier Dag-Vidar Gjerstad, prosjektleder for Snorre B ved Siemens Oil and Gas Divison.

Sterkt integrert

At dynamisk simulering blir brukt til opplæring av prosessoperatørene på oljeplattformer, er ikke noe nytt. Det nye i Snorre B-prosjektet er at simulatoren i tillegg er brukt aktivt i alle faser av prosjektet; til design av prosessutrustningen, i forbindelse med konfigurering og testing av sikkerhets- og automatiseringssystemet, og i testfasen før plattformen ble tauet ut. I neste fase skal simulatoren brukes som et dynamisk verktøy for vedlikehold og optimalisering.

– Det er en livsløpssimulator. Aldri tidligere har et slikt system blitt så sterkt integrert i et prosjekt, sier Roar Nilsen, Kongsberg Simrads prosjektleder for Snorre B.

Testgevinst

Plattformens prosessystemer er konfigurert inn i Kongsberg Simrads nyeste simulatorsystem Asset. Alle data på rør, ventiler, motorer, kompressorer og annet utstyr er lagt inn. Simulatoren er integrert med et Siemens sikkerhets- og automatiseringssystem (SAS), som er identisk med det som er installert på plattformen. De aller fleste delsystemene og funksjonene i automatiseringssystemet ble testet før plattformen ble transportert ut til oljefeltet.

Under testingen ble forskjellige scenarier for alle prosessdelene simulert hos Siemens i Oslo – blant annet oppstart, nedstenging, normal drift og forskjellige forstyrrelser av driften. Prosjektfolkene på Stord – hvor plattformen ble montert og testet – fikk løpende informasjon om nødvendige endringer.

– Vi hadde spesielt stort utbytte av simulatoren i testfasen. Mange feil ble funnet på flere av prosesselementene. At disse feilene ble rettet opp tidlig, hadde mye å si for at oppstarten gikk så raskt og smertefritt som den gjorde, sier Staver.

Sparte penger

Dette var den mest omfattende test Siemens Oil and Gas Divison noen gang har gjort med en simulator.

– Både Siemens og Norsk Hydro sparte mye tid og penger på at feil i prosessparametre og programvare ble avdekket før plattformen ble tauet ut. Kostnadene med å gjøre modifikasjonsarbeidet ute på oljefeltet ville blitt betydelig høyere, sier Dag-Vidar Gjerstad ved Siemens.

Norsk Hydro kjører nå samme simulatoropplegg i forbindelse med Grane-plattformen, som ABB leverer kontrollsystemet til.

Debut på Snorre B

For å redusere kostnader og øke utvinningsgraden plasseres stadig mer instrumentering nede i selve borehullene og på havbunnen. Med mye elektronisk utstyr under vann stilles nye krav til kontrollsystemene. Snorre B er pionerplattform for et nytt undervanns kontrollsystem som er utviklet av Siemens i samarbeid med tidligere Saga Petroleum og Norsk Hydro.

Systemet kalles Downhole instrumentation and control system (Diacs), og kommuniserer uavhengig av kontrollsystemet som tar seg selve undervannsproduksjonen.

Under havflaten består systemet av 14 redundante elektroniske distribusjonsenheter og 104 Diacs kontrollmoduler. Kontrollmodulene er bestykket med de egenutviklede mikrodatamaskinene ConSi, som fungerer som dataloggere og protokollkonvertere for instrumentene i borehullene.

Kommunikasjonen mellom enhetene går på bussystemet Profibus DP. Det er første gang i historien denne busstypen er brukt i undervannsinstallasjoner. ConSi-enhetene styrer feltbussnettverket under vann og tar seg også av forskjellige overvåkingsoppgaver.

Over vannet

Oppe på plattformen står Diacs strømforsynings- og kommunikasjonsenheter og en datamaskin. Datamaskinen fungerer som operatørstasjon og grensesnitt mot undervannsystemet. Den er også tilknyttet det overordnede automatiseringssystemet.

Høyhastighetsmodemet Diacs MDU utveksler data mellom utstyret på havbunnen og Diacs PC-en på plattformen. Radiofrekvensmodemet modulerer Profibus DP inn på kraftkabelen som går ned til kontrollmodulen på brønnhodet, 300 meter under overflaten. Egne modemer benyttes for undervanns produksjonssystemet.

Tidligere har hastigheten på dataoverføringen mellom overflaten og undervannssystemene ligget på 1200-2400 bit pr. sekund. Med det nye modemet kan hastigheten i teorien komme opp i 100.000 bit i sekundet over avstander på opptil 60 kilometer.

Spennende fortsettelse

– Foreløpig fungerer Diacs-utstyret bra, men vi er fortsatt spent på hvordan det vil virke over tid og når flere enheter blir satt i drift, sier automatiseringsleder Knut Ola Staver ved Norsk Hydro.

Snorre B har 16 produksjonsbrønner og 12 injeksjonsbrønner. Foreløpig er tre av produksjonsbrønnene satt i drift, men fortsatt er ikke nedihullsystemene fullt utnyttet. I forbindelse med injeksjonsbrønnene er det oppstått problemer som gjør at ingen av disse er satt i drift ennå.

Ekstraarbeid med feltbuss

På hjelpesystemene for ferskvann og klor er instrumentbussen Profibus PA tatt i bruk for at Norsk Hydro skal få erfaringer med denne busstypen. I underkant av 100 Profibus PA-instrumenter er installert. Instrumentene kommer hovedsakelig fra Endress + Hauser, mens Siemens har håndtert selve kommunikasjonsdelen.

– Det ble en vanskelig start på bruk av feltbuss. Vi erfarte at kunnskapen om Profibus er varierende for de forskjellige involverte aktørene. Det krevdes stor innsats å komme i mål, og besparelsene var ikke særlig store i forhold til å bruke distribuerte signalmoduler, sier Knut Ola Staver.

Andre feltinstrumenter er for det meste såkalte smart-transmittere; kommunikasjonsprotokollen Hart brukes i forbindelse med kalibrering av feltutstyret fra kontrollrommet.

Innfløkt system

Sikkerhets- og automatiseringssystemet (SAS) på Snorre B håndterer om lag 6400 fysiske signaler og 10.600 kommuniserte signaler. Det inkluderer systemer for prosesstyring, brann og gass, nødavstenging, prosessavstenging, undervannsystemer og Diacs

Anlegget, som er levert av Siemens, er hovedsakelig bygd opp av Simatic S7 kontrollstasjoner og Unix-baserte operatørstasjoner. Som kommunikasjonsnettverk nedover mot prosessenhetene er det standardisert på Profibus DP. Til ryggradsnettverk er 100 Mbps Ethernet valgt.

Separate systempakker.

Flere frittstående systemer er også tilknyttet SAS. Kongsberg Simrads Rig Management System (RMS) tar seg av hydroakustisk posisjonering, ballastering og lensing, og har egne operatørstasjoner i kontrollrommet.

Boreriggen styres av et eget system fra Maritim Hydraulics, som også har levert selve boreutstyret. Systemet er basert på Simatic S7 og har egne PC-baserte operatørstasjoner.

Den matematiske modellen Idun bruker nedihullsmålinger til å beregne brønnstrømmen. På den måten kan du styre hvor mye du får ut av brønnene og hvor hardt du skal kjøre produksjonen.

Kompressorovervåking

Kompressorstyringen håndteres av Siemens-systemet ConSi MAPS. For tilstandsovervåking av roterende utstyr er det installert et system fra Bently Nevada – Total Condition Monitoring System.

Ved å overvåke vibrasjoner, trykk og temperatur på utstyret kan du se når det nærmer seg et havari, og utføre vedlikehold og utskiftinger i god tid før det skjer. Overvåkingen utføres primært fra land via et PC-nett som er knyttet til plattformen.

I tillegg er det systemer som tar seg av energiovervåking og energidistribusjon. Et ultralydbasert fiskalt målesystem med vedlikeholdsfunksjoner som kan fjernstyres er også knyttet opp mot SAS.

Analyserer data

Som en del av SAS-leveransen har Siemens utviklet og installert et system for informasjonsforvaltning (IMS) basert på InfoPlus-21 fra Aspen Tech. Systemet mottar data om alle hendelser i SAS i sanntid og lagrer informasjonen i ett år. Siemens har utviklet funksjoner for analyse, optimalisering og rapportering. Data hentes fra databasen i InfoPlus-21.

Systemet er basert på en moderne trelags arkitektur med sentral database og tynne klienter som kan installeres på forskjellige steder i Hydros nettverk. Noen eksempler på anvendelser er verifisering av nødavstenging og prosessavstenging, skiftrapporter, brønntestrapporter, ventilverifisering, måledata og diagnosedata fra Diacs.