NO315952B1

NO315952B1 - Underwater drilling module for use in drilling of oil and gas wells

Info

Publication number: NO315952B1
Application number: NO20011019A
Authority: NO
Inventors: Per Olav Haughom; Jone Salte; Henning Hansen
Original assignee: Per Olav Haughom; Jone Salte; Henning Hansen
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2003-11-17
Also published as: NO20011019D0; NO20011019L

Description

UNDERVANNS BOREMODUL TIL BRUK VED BORING AV UNDERWATER DRILLING MODULE FOR USE WHEN DRILLING

OLJE - OG GASSBRØNNER OIL AND GAS WELLS

Denne oppfinnelse vedrører en boremodul til bruk ved boring av olje - og gassbrenner This invention relates to a drilling module for use when drilling oil and gas burners

der boremodulen utstyres og utformes på en slik måte at den kan plasseres direkte på havbunnen, og slik at boreoperasjoner kan kontrolleres med fjernstyring fra et lett overflatefartøy. where the drilling module is equipped and designed in such a way that it can be placed directly on the seabed, and so that drilling operations can be controlled by remote control from a light surface vessel.

Olje -og gassforekomster nede i jordskorpen utvinnes i dag ved at det bores hull ned til forekomstene, slik at oljen og gassen kan ledes opp til overflaten. Oil and gas deposits deep in the earth's crust are extracted today by drilling holes down to the deposits, so that the oil and gas can be led up to the surface.

Utstyret som benyttes til boring av hull i jordskorpen består i hovedsak av et boretårn The equipment used to drill holes in the earth's crust mainly consists of a derrick

utført som en fagverkskonstruksjon i stål. I boretårnet er det plassert heisemaskineri med wire til å heise opp og sette ned borerør. I tillegg er det anordnet diverse utstyr for å kunne håndtere borerørene og sette ned foringsrør i borehullet. carried out as a truss construction in steel. In the derrick, there is hoisting machinery with a wire to raise and lower the drill pipe. In addition, various equipment has been arranged to be able to handle the drill pipes and insert casing into the borehole.

Når olje -og gassforekomstene må tas opp på store havdyp benyttes flytende eller faste plattformer med påmontert boreutstyr. Disse plattformene blir store og spesielt dyre konstruksjoner fordi boreutstyret er stort og tungt. I tillegg til selve boreutstyret er det nødvendig med rørforbindelser (raiser) mellom plattformen og havbunnen for å sirkulere boreslam under boreoperasjonen. På flytende plattformer må det også anordnes Wvkompensering for å ivareta bølgebevegelser på plattformen i relasjon til havbunnen. When the oil and gas deposits must be taken up at great sea depths, floating or fixed platforms with attached drilling equipment are used. These platforms will be large and particularly expensive structures because the drilling equipment is large and heavy. In addition to the drilling equipment itself, pipe connections (raisers) are needed between the platform and the seabed to circulate drilling mud during the drilling operation. On floating platforms, Wv compensation must also be arranged to ensure wave movements on the platform in relation to the seabed.

Alternativet til boring fra flytende boreplattformer er å plassere boreutstyret direkte på havbunnen, slik at det ikke er nødvendig med store kostbare plattformer. The alternative to drilling from floating drilling platforms is to place the drilling equipment directly on the seabed, so that there is no need for large, expensive platforms.

Oljeindustrien har i dag utviklet mye avansert utstyr for fjernstyrte undervannsoperasjoner. Dette er teknologier som er tilgjengelige og kan benyttes i en fjernstyrt boreoperasjon der boreutstyret plasseres direkte på havbunnen. The oil industry has today developed a lot of advanced equipment for remotely controlled underwater operations. These are technologies that are available and can be used in a remotely controlled drilling operation where the drilling equipment is placed directly on the seabed.

En konseptstudie utført av Shell International Deepwater Services omhandler en fullskala borerigg plassert direkte på havbunnen. A concept study carried out by Shell International Deepwater Services deals with a full-scale drilling rig placed directly on the seabed.

Dette er vesentlig forskjellig fra foreliggende oppfinnelse der en tar sikte på å frembringe en fjernstyrt boremodul, ikke komplett borerigg, som kan plasseres direkte på havbunnen og utfører enklere boreoperasjoner. This is significantly different from the present invention where the aim is to produce a remote-controlled drilling module, not a complete drilling rig, which can be placed directly on the seabed and performs simpler drilling operations.

NO patent 309620 omhandler et undervannssystem der en mindre boremal festes til sjøbunnen, hvoretter det settes ned vingemoduler som festes til boremalen. Denne patenten har liten relevans til foreliggende oppfinnelse. NO patent 309620 deals with an underwater system where a smaller drilling template is attached to the seabed, after which wing modules are set down which are attached to the drilling template. This patent has little relevance to the present invention.

Boreoperasjoner som det er aktuelt å utføre er ikke bare rene boreoppdrag der formålet er å drenere olje - og gassforekomster, men også boreoppdrag i forbindelse med plugging av gamle borehull samt forboring og observasj onsbrønner. I tillegg vil det også være aktuelt å benytte en boremodul som kan plasseres på havbunnen til å foreta vedlikeholds arbeider i produksjonsbrønner. Drilling operations that it is relevant to carry out are not only pure drilling assignments where the purpose is to drain oil and gas deposits, but also drilling assignments in connection with plugging old boreholes as well as pre-drilling and observation wells. In addition, it will also be appropriate to use a drilling module that can be placed on the seabed to carry out maintenance work in production wells.

Med boremodulen plassert på havbunnen reduseres behovet for overflatefartøy til en mindre skip med begrenset løftekapasitet. With the drilling module placed on the seabed, the need for surface vessels is reduced to a smaller ship with limited lifting capacity.

Mellom skipet og boremodulen anbringes fleksible kabler og slanger for styring /overvåking og sirkulasjon av boreslam til boreprosessen. Borerør i seksjoner blir fraktet mellom boreskipet og boremodulen i kassetter som settes på plass i boremodulen ved hjelp av fjernstyrte undervannsmanipulatorer (ROV). Flexible cables and hoses are placed between the ship and the drilling module for control/monitoring and circulation of drilling mud for the drilling process. Drill pipe in sections is transported between the drillship and the drilling module in cassettes that are placed in the drilling module using remotely controlled underwater manipulators (ROV).

Selve boremodulen er utstyrt med flyteelementer og forankres mot sjøbunnen med sugeanker, eller mot en på forhånd nedsatte forankringsrammer. The drilling module itself is equipped with floating elements and is anchored to the seabed with suction anchors, or to an anchoring frame lowered in advance.

Under ekstreme værforhold må boreoperasjoner ofte avbrytes, dette medfører ekstra kostnader og risikofylte operasjoner. In extreme weather conditions, drilling operations often have to be interrupted, which entails additional costs and risky operations.

Det er også en betydelig risiko når arbeidere som skal betjene boreutstyr på There is also a significant risk when workers who must operate drilling equipment on

plattformer utsatt for vær- og bølgepåkjenninger. platforms exposed to weather and wave stress.

Et ufordelaktig fellestrekk ved kjente teknikker der det benyttes flytende borefartøyer er store tunge plattform og konstruksjoner til høye kostnader. A disadvantageous common feature of known techniques where floating drilling vessels are used is large, heavy platforms and constructions at high costs.

Disse problemstillinger ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse hvis generelle formål det har vært å fremskafte en boremodul som kan plasseres direkte på havbunnen og utføre fjernstyrte boreoperasjoner uten bruk av store kostbare flytende boreplattformer. Boremodulen skal også være innrettet til å kunne utføre vedlikeholdsoperasjoner i brønner og til spesiell boring i forbindelse med plugging av brønner. These issues form the basis of the present invention, the general purpose of which has been to provide a drilling module that can be placed directly on the seabed and carry out remotely controlled drilling operations without the use of large, expensive floating drilling platforms. The drilling module must also be designed to be able to carry out maintenance operations in wells and for special drilling in connection with plugging wells.

For nevnte formål er oppfinnelsen kjennetegnet ved de trekk som angitt i den karakteristiske del av det selvstendige patentkrav 1. For the aforementioned purpose, the invention is characterized by the features stated in the characteristic part of the independent patent claim 1.

Fordelaktige, men underordnede trekk som ikke er kritiske for oppfinnelsens tilsiktede funksjon og tekniske effekt, fremgår av etterfølgende uselvstendige underkrav. Beneficial but subordinate features which are not critical for the intended function and technical effect of the invention appear from subsequent non-independent sub-claims.

En boremodul av denne art omfatter en boretårnstruktur med vertikale føringer for boremaskin til rotasjon av borestrengen ,og tilordnet heisemaskineri, slik at borerør tilkoblet boremaskinen kan trekkes opp fra borehullet og ved behov også trykkes ned i borehullet under boreoperasjoner. A drilling module of this type comprises a derrick structure with vertical guides for the drilling machine for rotation of the drill string, and assigned hoisting machinery, so that the drill pipe connected to the drilling machine can be pulled up from the borehole and, if necessary, also pushed down into the borehole during drilling operations.

Boretårnstrukturen er festet til en firkantet rammekonstruksjon med flyteelementer i hvert hjørne hvor det også er anordnet hydraulisk justerbare forankringer mot underliggende stålstruktur plassert på havbunnen. Stålstrukturen forankres til havbunnen ved hjelp av sugeanker. Boretårnstrukturen med tilhørende rammekonstruksjon kan også festes til en standard sub-sea modul der dette er hensiktsmessig. The derrick structure is attached to a square frame structure with floating elements in each corner, where hydraulically adjustable anchorages are also arranged against the underlying steel structure located on the seabed. The steel structure is anchored to the seabed using suction anchors. The derrick structure with associated frame construction can also be attached to a standard sub-sea module where this is appropriate.

Borestrengen bygges opp av i seksjoner av borerør som skrues sammen med gjengeforbindelser. Flere rørseksjoner er samlet i kassetter som kan fraktes mellom havoverflaten og boremodulen der de settes inn i dertil egnede anordniger, slik at de enkelte borerør lar seg håndtere inn i borestrengen etter hvert som denne skrues sammen eller demonteres. The drill string is built up in sections of drill pipe that are screwed together with threaded connections. Several pipe sections are collected in cassettes that can be transported between the sea surface and the drilling module where they are inserted into suitable devices, so that the individual drill pipes can be handled into the drill string as it is screwed together or dismantled.

Håndteringen av borerørseksjoner mellom kassettene og en posisjon i boretårnet utføres av et rørhåndteringsapparat med gripearmer. The handling of drill pipe sections between the cassettes and a position in the derrick is carried out by a pipe handling apparatus with gripper arms.

Borerørene skrues sammen med gripe og rotasjons innretninger (Roughneck) denne er plassert nederst på boretårnstrukturen. The drill pipes are screwed together with gripping and rotation devices (Roughneck) which are located at the bottom of the derrick structure.

Boremodulen drives hydraulisk med hydraulisk trykk fra en pumpeenhet plassert i tilknytning til selve boretårnstrukturen. Energitilførsel for drift av hydraulenheten kan være elektrisk strøm i kabel fra overflaten, eller med en vannturbin som forsynes med trykkvann gjennom fleksibel slange fra overflaten. The drilling module is driven hydraulically with hydraulic pressure from a pump unit located adjacent to the derrick structure itself. Energy supply for operating the hydraulic unit can be electric current in a cable from the surface, or with a water turbine which is supplied with pressurized water through a flexible hose from the surface.

Boreslam som benyttes til å sirkulere ut borekaks fra borehullet blir pumpet ned og tilbake gjennom fleksible slangeforbindelser fra havoverflaten. Gjennom fleksible kabler styres og overvåkes alle operasjoner fra overflatefartøyet. Drilling mud, which is used to circulate cuttings from the borehole, is pumped down and back through flexible hose connections from the sea surface. Through flexible cables, all operations are controlled and monitored from the surface vessel.

Eksempler på foretrukne utførelsesformer for anordninger utformet og innrettet i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse forklares nærmere i det etterfølgende under henvisning til vedlagte tegninger, hvor: Fig 1 viser en prinsippskisse som illustrer et overflatefartøy med med boremodul i nedsenket posisjon og like før tilkobling mot bunnramme plassert på havbunnen Fig 2 viser boremodul sett fra siden og med en rørkassett i possisjon for innsetting i boretårnstrukturen samt oppdriftstanker Fig 3 viser oppriss av boretårnstruktur med boremaskin, rørhåndterer, borerør og skroeanordning for til- og fraskruing av borerørgj enger. Fig 4 viser prinsipielt snitt av slange for tilførsel/retur av boreslam, kommunikasjon og kontroll/styrekabler Examples of preferred embodiments for devices designed and arranged in accordance with the present invention are explained in more detail below with reference to the attached drawings, where: Fig 1 shows a schematic diagram illustrating a surface vessel with a drilling module in a submerged position and placed just before connection to the bottom frame on the seabed Fig 2 shows the drilling module seen from the side and with a pipe cassette in position for insertion into the derrick structure as well as buoyancy tanks Fig 3 shows an elevation of the derrick structure with drilling machine, pipe handler, drill pipe and screw device for screwing in and unscrewing drill pipe threads. Fig 4 shows a general section of the hose for supply/return of drilling mud, communication and control/control cables

Det henvises til fig 1 hvor (21) angir et lett overflatefartøy med påmontert heiseutstyr (22) plassert på havoverflaten (23) like over boremodulen på havbunnen (15). Reference is made to Fig. 1 where (21) indicates a light surface vessel with attached lifting equipment (22) placed on the sea surface (23) just above the drilling module on the seabed (15).

Mellom boremodulen og fartøyet går det fleksibel forbindelse (5) med slanger og kontrollkabler. Rørkassett (4) heises på plass med Wire (1) og heisemaskineri (22). Boretårnet (10 ) forbundet med rammen (12) som igjen er utstyrt med flyteelementer (13) i hvert hjørne. Rammen (12) er også utstyrt med forankringer (16) som går i inngrep mot innfestinger (14) på bunnrammen (24). Between the drilling module and the vessel there is a flexible connection (5) with hoses and control cables. Pipe cassette (4) is hoisted into place with Wire (1) and hoisting machinery (22). The drilling tower (10) is connected to the frame (12), which in turn is equipped with floating elements (13) in each corner. The frame (12) is also equipped with anchors (16) which engage with fixings (14) on the bottom frame (24).

I fig 2 vises boretårnet (10) med påmontert boremaskin (9) og skruanordning (11) for sammenskruing av borerørseksjoner og gripearmer for rørhåndtering (7). Hydraulisk drivenhet (20) er plassert i tilknytning til selve boretpåmstrukturen (10). Fig. 2 shows the drilling rig (10) with attached drilling machine (9) and screw device (11) for screwing together drill pipe sections and gripper arms for pipe handling (7). The hydraulic drive unit (20) is located adjacent to the drill rig structure (10) itself.

Rørkassettene (4) med ramme (3) er utstyrt med flyteelementer (2) for regulering av oppdriften. Føringselementene (8) holder rørkassettene på plass i forhold til boretårnstrukturen (10). På toppen av boretårnstrukturen er det anordnet flyteelement (6) for å regulere oppdriften. The pipe cassettes (4) with frame (3) are equipped with floating elements (2) for regulating the buoyancy. The guide elements (8) hold the pipe cassettes in place in relation to the derrick structure (10). A floating element (6) is arranged on top of the derrick structure to regulate buoyancy.

Bunnrammen (24) holdes på plass mot havbunnen med sugeanker (17). The bottom frame (24) is held in place against the seabed with a suction anchor (17).

Fig 3 viser rørhåndteringsutstyret med en vertikal struktur (19) påmontert gripeanordninger (7) for transport av borerør mellom rørmagasin (4) og en posisjon i boretårnet (25). Rørhåndteringsutstyret består av en vertikal struktur (19) som er opplagret i bunn og topp med føringer (18), slik at strukturen (19) kan rotere om vertikalaksen og samtidig utføre en consentrisk bevegelse om boretårnets vertikalakse ( 26). Fig 4 viser prinsipielt snitt av tilførselskabel (5) mellom overflatefartøy (21) og boretårnet (10). Tilførselskabelen er satt sammen av slanger (29) og (30) for tilførsel og retur av boreslam samt tilførsel (31) av energi til boremodulen. I tillegg er det kabler (32) for styring og kontroll av boremodul med tilhørende utstyr. Fig 3 shows the pipe handling equipment with a vertical structure (19) fitted with gripping devices (7) for the transport of drill pipe between the pipe magazine (4) and a position in the derrick (25). The pipe handling equipment consists of a vertical structure (19) which is stored at the bottom and top with guides (18), so that the structure (19) can rotate about the vertical axis and at the same time perform a concentric movement about the derrick's vertical axis ( 26). Fig 4 shows a general section of the supply cable (5) between the surface vessel (21) and the derrick (10). The supply cable is made up of hoses (29) and (30) for supply and return of drilling mud as well as supply (31) of energy to the drilling module. In addition, there are cables (32) for management and control of the drilling module with associated equipment.

Claims

1. Drilling module for use when drilling oil and gas wells, characterized in that the drilling module with derrick (10) and associated drilling machine (9) is provided with guides (8) designed for remote reception of pipe magazines (4)

2. Drilling module as described in patent claim 1, characterized in that the drilling tower (10) is mounted to a frame (12) with floating elements (13) in each corner.

3. Drilling module as described in patent claims 1 and 2, characterized in that the frame (12) is provided with anchors (16) which engage with gripping devices (14) on the bottom frame (24) placed on the seabed (15).