Kristinfeltet – høyt trykk og høy temperatur
Kristinfeltet er bygget ut med tolv produksjonsbrønner fordelt på fire brønnrammer, som er koblet til en halvt nedsenkbar produksjonsplattform. Kristin er også vertsplattform for Tyrihans (operatør Equinor) og Maria (operatør Wintershall). De to feltene kom i produksjon i henholdsvis 2009 og 2017.[REMOVE]Fotnote: https://www.equinor.com/no/energi/kristin
Trykk og temperaturutfordringer
Definisjonen på et høyt trykk og temperatur for et felt er at statisk trykk på brønnhodet er minst 690 bar (10 000 psi) eller at temperaturen i bunnen av brønnen er minst 150 °C.
Reservoaret i Kristinfeltet ligger godt over denne grensen. Trykket er på 911 bar på brønnhodet (13 200 psi) og temperaturen er på 170 °C i hullbunnen. Det er høyere enn på noe annet felt som hittil er bygd ut på norsk sokkel.[REMOVE]Fotnote: Smst..
Det bød på store utfordringer å utvikle utstyr som mestret disse påkjenningene.[REMOVE]Fotnote: Hundseid, Flaten, Fossum: “Subsea System Design for the HPHT Kristin Field Development Thermal and Pressure Loads”, OTC 16688, 2004. På toppen av brønnen måtte utstyret være så solid at det skapte en trykkbarriere slik at det høye brønntrykket ikke forplantet seg videre oppover i systemet. I verste fall kunne det skade de fleksible slangene og stigerørene som førte brønnstrømmen opp mot prosessanlegget på plattformen, og som ikke var beregnet for så høyt trykk.[REMOVE]Fotnote: Denne artikkelen bygger i stor grad på: Gjerde, Kristin Øye og Nergaard, Arnfinn, Subseahistorien : norsk undervannsproduksjon i 50 år. (2019): 153–154 og 250–251.
Juletreet – en avgjørende trykkbarriere
En av utfordringene på Kristin var dermed å designe et juletre, eller ventiltre, på toppen av brønnhodet som tålte det høye trykket. Dette treet er selve hjertet i undervannsteknologien – og garantien for sikkerhet. På den ene siden skal det sørge for pålitelig produksjon. På den andre skal ventilene på juletreet kunne stenge brønnen når det trengs. Juletreet består av flere barriereelementer for å kontrollere brønnen.
Kristin - Grensesprengende teknologoi. Foto: Equinor
Rent fysisk er ikke juletreet spesielt imponerende. I sin enkleste form kan det beskrives som lag på lag med ventiler og aktuatorer med en brønnhodekopling i bunnen. I størrelse kan trærne bli opptil åtte meter høye og rundt fem ganger fem meter i lengde og bredde. Vekten kan variere mellom 10 og 50 tonn.[REMOVE]Fotnote: Smst.: 153–154.
Det var Aker Kværner Subsea som fikk oppdraget med å levere en komplett undervannspakke med ti brønner, fire bunnrammer og komplette kontrollsystemer til Kristinfeltet. Høytrykkskomponentene skulle leveres av Kværner National i Houston. Men juletrærne som ble laget i Houston, viste seg å ikke holde mål da de ble testet. De lakk nitrogen. Ved hjelp av norsk ingeniørkompetanse ble det gjort et solid utviklingsarbeid for å produsere ventiltrær som tålte utfordringen.[REMOVE]Fotnote: Intervju med Raymond Carlsen, 02.11.2017.
Hvert ventiltre Aker Kværner leverte var utstyrt med en strupeventil som skulle redusere trykket til maksimum 260 bar. I tilfelle en strupeventil skulle svikte, var det tre sikkerhetssystemer som skulle sørge for at trykket ikke forplantet seg videre.
For det første: Hvis det ble målt høyere trykk enn 260 bar etter strupeventilen, skulle ventiltreets hovedventil og vingventil stenges slik at det høyere trykket ble begrenset til selve ventiltreet.
For det andre: Hvis hovedventilen og vingventilen skulle svikte, skulle et såkalt HIPPS-system tre i funksjon. HIPPS står for High Integrity Pressure Protection System og består av to uavhengige avstengningsventiler i tandem i begynnelsen av hver av strømningsledningene, slik at det høye trykket begrenses til systemet i selve bunnrammen.
For det tredje: Skulle strupeventil, vingventil, hovedventil og begge HIPPS-ventilene svikte, ble det installert en sikkerhetsventil (trykkavlastningsventil) på toppen av hvert stigerør.[REMOVE]Fotnote: Gjerde, Kristin Øye og Nergaard, Arnfinn, Subseahistorien : norsk undervannsproduksjon i 50 år. (2019): 250–251.
Kontroll av temperatur
Den andre store utfordringen på Kristinfeltet var temperaturkontrollen. Det var begrenset hvor høy temperatur de fleksible stigerørene opp til produksjonsplattformen tålte. Kappen rundt det fleksible røret var laget av et materiale som tålte en temperatur på maksimalt 132 °C. Men maksimal temperatur på brønnhodet var langt høyere, og var beregnet til 157 °C.
Statoil valgte å satse på to ting for å senke temperaturen i brønnstrømmen. For det første skjedde en viss nedkjøling når strømmen gikk gjennom strupeventilen. For det andre ble strømmen nedkjølt på grunn av varmetap i strømningsledningen. Brønnstrømmen var dermed tilstrekkelig nedkjølt før den nådde det kritiske punktet i det fleksible stigerøret.
Et annet problem var at dersom produksjonen ble stengt, kunne nedkjølingen i rørene på havbunnen bli for sterk, og det kunne dannes hydrater («is») i ledningen. For å være sikker på å unngå dette ble strømningsledningene utstyrt med et direkte elektrisk oppvarmingssystem som sikrer at temperaturen holder seg på minst 23 °C ved en nedstenging.
Som en ekstra sikkerhetsforanstaltning er strømningsrørene og rørledningene for gasseksport utstyrt med undervanns-isolasjonsventiler (SSIV – Subsea Isolation Valve), som skal forhindre innholdet i rørene å kunne strømme opp til plattformen i en kritisk situasjon.
Slike ventiler ble industristandard etter katastrofen på Piper Alfa i juli 1988, da 167 mennesker mistet livet i en eksplosjonsartet brann hvor brennstoffet i hovedsak var eksportgass som kom i retur til plattformen.[REMOVE]Fotnote: Smst..
Alt i alt førte Kristin-prosjektet til at en rekke komponenter for undervannsproduksjon ble videreutviklet og kvalitetssikret for fremtidige subseaprosjekter.
