Akustisk og elektrisk overvåkning av undervannsinstallasjoner Svein Arild Haugen R&D Manager Naxys AS
THE CONCEPT, SUBSEA ELECTRICAL AND ACOUSTIC MONITORING Subsea Processing Manifolds Emissions Sensors Wells Prosessering & interpretation Leakage detection Real Time Direction Magnitude trend Condition Monitoring: RPM SLIP Valve Operations og mer ROV-operations Leaks Electrical Presentation Decision Support Data prosessering Acoustical Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 2 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
EMISSIONS Leakage detection Structural vibrations Valve operations Rotating Machinery Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 3 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
SPATIAL SIGNAL PROCESSING Leakage & pump acoustic emission Leak 1. No spatial processing 2. Spatial processing Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 4 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
FREQUENCY ANALYSIS Acoustical emissions from pump, 1-6 harmonic frequencies Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 5 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
PUMP MONITORING Monitoring Imbalance Slip Rotor Stator Vibration Non-harmonic excitation Harmonic excitation Warning If pump sound differs from learned sound. Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 6 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
LEARNING AND STATISTICS Learning The system learns the normal sound levels during operation. Statistics The system calculates minimum, maximum and average harmonic levels for all pump frequencies. Configuring The expert user confirms the thresholds using the available statistics. Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 7 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
VIBRATION Functionality Detects all vibrations on template. Statistics The system calculates minimum, maximum and average levels for all vibration frequencies. Configuring The expert user confirms the thresholds using the available statistics. Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 8 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
TIME LINE Tordis/Vigdis Retrofit (2010) Installed the first HC Leak Detector: Troll Pilot Subsea water removal & injection Requirements: Hydrocarbon Leak Detection [HLD] Condition Monitoring [CM] Ormen Lange Subsea development Requirements: HLC Monitoring of vibrations Tordis(2007): 3 Leak Detectors 1 Condition Mon. Vigdis(2007) 1 Leak Detector Gullfaks(2008): 1 Leak Detector Blane(2008) 1 Leak Detector BG Group (2008) 1 Leak Detector 7 Leak Detectors Vega 3 Leak & Vibration Detector Pazflor(2010) CM + Leak Detection Ormen Lange Ph.II(2010) CM + Leak Detection Goliat(2011) 24 Leak Detectors (hot-spot) Marulk(2011) 1 Leak Detector.. 132 Wellheads 32 Manifolds 5 Production Plants Collector with capacitive sensor 3 Acoustic Leak Detection Systems 2 nd generation Acoustic Leak Detector Acoustic Leak Detection Vibration Detection Ormen Lange, Vega: Successful commissioning Troll Pilot [2001]: 1 st generation Acoustic Leak Detector Demonstrated Acoustic Condition Monitoring Ormen Lange delivery (2005): Condition Monitoring Electronics: ISO 13628-6 qualified Hydrophones: ISO 13628-6 qualified Acoustic Leak & Vibration Detector Electronics: ISO 13628-6 qualified Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 9 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
CM INSTRUMENTATION 1.0m ROV Lifting interface Weight: 200-250 kg Protective Frame: Titanium Gr. 2 Electronics canister Subsea processing Analog to Digital Array processing 1 atm. canister Glass to metal penetrator Pressure compensated connector 1.75m 18-34 VDC / 15-25 W UEP & Hydrophone array Receiver of electrical & acoustic energy Fishtail connector & docking station 28 spatially distributed sensors directional detection Successful Arrhenius life cycle testing 25 years design life ROV operated locking pin Qualified according to ISO 13628-6 Template Docking Station Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 10 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
SYSTEM INTEGRATION Naxys support Status: Topside OK Warning Alarm User friendly GUI Trending Localization Transparent links Download Calibration Configuration Software Supported Protocols SIIS 2, Can Open SIIS 3, Ethernet IWIS, RS422 Modbus, RS 485 Transparent ShortStatus Message UEP & A Sensors Subsea data processering 5 min. ring-buffer ( speech recorder ) Facilitates event analysis Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 11 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
TEKNOLOGI OG KRAV Krav fra myndighetene og operatører Naxys teknologi Aktivitetsforeskriften 57 Fjernmåling av akutt forurensning Operatøren skal etablere fjernmålingssystem som gir tilstrekkelig informasjon til å sikre at akutt forurensning fra innretningen raskt blir oppdaget og kartlagtslik at utslippsmengde og spredning kan fastslås. Kort responstid Detekterer kilden (retningsbestemt) It has recently been stated by the Norwegian authorities in relation to future production in the Arctic region that there is a need for early warning system based on detecting leaks at the source Robust & Dekning over lang levetid shall have a leak detection system stort areal (template) Stand-alone (25 år) remote detection of hydrocarbon leakages from the entire subsea production station (Påvirker ikke annet utstyr) Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 12 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
FIELD EXPERIENCE: TESTS Tank tests Verified the technology concept Deepwater inshore tests Leak detected down to 0.8 l/min, dp=5bar @ 10m distance [500 meter deep fjord] SINTEF seawater basin tests Foundation for Scientific and Industrial Research SINTEF 2007 Gas Leak Gas Leak Oil Leak SINTEF 2007 Acoustic Leak localization SINTEF 2007 SINTEF 2007 Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 13 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
QUALIFICATION STATUS General qualifications status ISO 13628-6 Design life: 25 years Operational depth: 2000 meter Statoil s qualification status Hardware Fully qualified with Ethernet communication over fiber according to Statoil s TR1233-Subsea Production Control Systems Software Gain more experience before software solutions are fully qualified High Sensitivity Wide coverage Directional detection Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 14 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
TEST FACILITIES Naxys Deepwater Test Station Naxys Leakage Commissioning Tool Portable Test Pit Monitoring Tool Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 15 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
NAXYS DEEPWATER TEST STATION Naxys Offices, Workshop & Test Facilities BERGEN, NORWAY 210 m (689 ft) Umbilical Power Communication Leak simulation: Nozzles: 0.4-6.0 mm Separate line for gas and liquid Mixing of gas and liquid subsea Variable GLR Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 16 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
LEAKAGE COMMISSIONING TOOL HOW TO SIMULATE A LEAK? 1 2 3 Subsea transducer ( Loudspeaker ) Subsea Electronics: Control, amplifier and batteries Various leaks are tested recorded & digitized Sound is played back using a Commissioning Unit Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 17 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
LEAKAGE COMMISSIONING TOOL DETECTION OF SIMULATED LEAK SCM Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 18 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
ORMEN LANGE COMMISSIONING ROV leakagesimulator ALVD General Results: All moderate and large leaks detected Most small leaks detected Correct direction (sector) indication Detection even if leak is located between complex structures Leak detected at 80m distance from template Leakages detected& correct direction 4 3 2 B 1 C During commissioning of the ALVD units on Ormen Lange template A and B we saw an impressive ability to detect and determine the direction of small and large simulated leakages. 7 A 5 6 Detection even in complex structure Leakages detected at 80 m distance Courtesy Shell Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 19 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
VEGA COMMISSIONING ALVD Location 5 Location 2 Location 3 ALVD Location 1 General results Location 4 Location 6 Detection in all locations Identical detection pattern on all templates Courtesy Statoil Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 20 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
PORTABLE TEST PIT CM SYSTEM Ormen Lange Subsea Compression Pilot: Real-time distribution of CM data 5 x Sattelite Acoustic Sensors UEP& Acoustic Sensor Array Portable Condition Monitoring System installed in Test Pit for the duration of the Compressor Trials Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 21 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
ORMEN LANGE SUBSEA COMPRESSION PILOT Ormen Lange Subsea Compression Pilot: Compressor Shaft: Vibrations Dropping Compressor Magnetic Bearing Levitation Tuning/Ramp Up Condensate Pump VSD tracking RPM tracking Slip tracking Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 22 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
ORMEN LANGE SUBSEA COMPRESSION PILOT Ormen Lange Subsea Compression Pilot: Compressor Shaft Vibrations (543 Hz) AMB Tuning Adaptive Magnetic Bearing Tuning/Ramp Up 2 Hz to 1600 Hz Harmonics of 543 Hz Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 23 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
ORMEN LANGE SUBSEA COMPRESSION PILOT Ormen Lange Subsea Compression Pilot: Condensate Pump RPM Tracking VSD Tracking Cycles pr minute RPM VSD Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 24 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
ORMEN LANGE SUBSEA COMPRESSION PILOT Ormen Lange Subsea Compression Pilot: Condensate Pump RPM Tracking SLIP Tracking RPM SLIP % Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 25 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
PAZFLOR SUBSEA SEPARATION UNITS (3 X) Acoustical Condition Monitoring Systems: Functionality Leakage Detection Vibration Monitoring Valve Monitoring Pump Monitoring Audio Explorer (Live sound) Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 26 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
PAZFLOR SUBSEA SEPARATION UNIT Pump Trip Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 27 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012
TAKK FOR OPPMERKSOMHETEN Deep down Far away Zero spill Total Control Our customers and end-users Svein Arild Haugen svein.arild.haugen@naxys.no +47 482364481 Akustisk og Elektrisk Overvåkning av Undervannsinstallasjoner 28 Subsea Kontrollsystemer 07.02.2012