NO157306B

NO157306B - MULTI BROWN UNDERWATER PRODUCTION SYSTEM.

Info

Publication number: NO157306B
Application number: NO841673A
Authority: NO
Inventors: Glen E Lochte; Lars Eivind Gjoersvik
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1987-11-16
Also published as: NO841673L; NO157306C

Description

Oppfinnelsen vedrører integrerte brønn- og rørsystemer på havbunnen for produksjon av olje og gass. To generelle kate-gorier av flerbrønns produksjonssystemer på havbunnen er kjente; satelittbrønner med individuelle ledninger* for hver brønn og flerbrønns borerammer eller fundamenter med sammenkoblet strømning gjennom et redusert antall ledninger eller med individuell strømning gjennom atskilte eller sammen-buntede rørledninger. The invention relates to integrated well and pipe systems on the seabed for the production of oil and gas. Two general categories of multi-well production systems on the seabed are known; satellite wells with individual lines* for each well and multi-well drilling frames or foundations with interconnected flow through a reduced number of lines or with individual flow through separate or bundled pipelines.

Ett flerbrønns fundamentsystem omfatter sammenhengende brønn-rammer i et fast strukturfundament med anordninger for å kunne motta undervanns-ventiltre og andre ventil- og kon-trollmoduler etter at brønnene er ferdigstilt. Et system av denne type er beskrevet i GB patent nr. 1.410.523. Alter-nativt kan brønnfundamentsystemet være oppbygget av moduler, hvor individuelle brønnrammer er innbyrdes forbundet ved hjelp av spesielle forbindelseselementer, hvorved det gradvis konstrueres et flerbrønns brønnfundament på havbunnen bestående av flere innbyrdes sammenkoblede enheter. Et modul-system av denne typen er beskrevet i norsk patent nr. 142.004. A multi-well foundation system comprises connected well frames in a fixed structural foundation with devices to be able to receive underwater valve trees and other valve and control modules after the wells have been completed. A system of this type is described in GB patent no. 1,410,523. Alternatively, the well foundation system can be made up of modules, where individual well frames are interconnected using special connecting elements, whereby a multi-well well foundation is gradually constructed on the seabed consisting of several interconnected units. A module system of this type is described in Norwegian patent no. 142,004.

I US patent nr. 3.401.746 er det vist og beskrevet et fler-brønns undervannsproduksjonssystem hvor forskjellige moduler er innbyrdes forbundet ved hjelp av fleksible rørledninger. Dette muliggjør at en produksjonssatellitt kan heves til overflaten for reparasjon eller vedlikehold uten frakobling av rørledningene. Dette systemet kan ikke installeres i ett og forhindrer likevel ikke legging og kobling av rørbunter på havbunnen, som vil medføre omfattende marine operasjoner. In US patent no. 3,401,746, a multi-well underwater production system is shown and described where different modules are interconnected by means of flexible pipelines. This enables a production satellite to be raised to the surface for repair or maintenance without disconnecting the pipelines. This system cannot be installed in one and yet does not prevent the laying and connection of pipe bundles on the seabed, which will entail extensive marine operations.

I GB ålment tilgjengelig patentsøknad nr. 2.044.319 er det også beskrevet et flerbrønns undervannsproduksjonssystem som tillater produksjon fra flere individuelle brønner boret i forskjellige områder av et felt gjennom en sentral produk-sjonsmanifold og videre gjennom stigerør til overflaten. Denne løsningen krever en produksjonsplattform i senter over installasjonen og kan ikke taues ut i ett, hvilket medfører omfattende marine operasjoner. Dette produksjonssystemet kan heller ikke dekke fjerntliggende områder. In GB generally available patent application no. 2,044,319, a multi-well underwater production system is also described which allows production from several individual wells drilled in different areas of a field through a central production manifold and further through risers to the surface. This solution requires a production platform in the center of the installation and cannot be towed out in one go, which entails extensive marine operations. This production system also cannot cover remote areas.

Rørledninger og rørbunter har generelt blitt installert fra overflaten ved hjelp av spesielle utleggingsfartøyer som med-fører omfattende marine operasjoner, men der er også kjent en utleggingsteknikk som kjennetegnes ved at røret eller rør-bunten slepes ut fra land i neddykket posisjon. Dette system kan benytte positiv oppdrift på rørledningen og samtidig bruke vekter i form av ankerkjeder eller lignende som henger ned fra ledningen, slik at den holdes i en styrt avstand fra havbunnen. Pipelines and pipe bundles have generally been installed from the surface using special laying vessels that involve extensive marine operations, but there is also known a laying technique characterized by the pipe or pipe bundle being towed out from land in a submerged position. This system can use positive buoyancy on the pipeline and at the same time use weights in the form of anchor chains or similar that hang down from the pipeline, so that it is kept at a controlled distance from the seabed.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er således å tilveiebringe et konsept som eliminerer behovet for undervannsrør-legging og innkobling av rørledninger og kontroll- og kraft-forsyningsledninger på havbunnen og som tillater en spredd lokalisering av individuelle brønner eller brønngrupper. The purpose of the present invention is thus to provide a concept which eliminates the need for underwater pipe laying and connection of pipelines and control and power supply lines on the seabed and which allows a dispersed localization of individual wells or well groups.

Disse og andre formål med oppfinnelsen oppnås ved systemet som er beskrevet nedenfor, og oppfinnelsen er karakterisert og definert ved de medfølgende patentkrav. These and other purposes of the invention are achieved by the system described below, and the invention is characterized and defined by the accompanying patent claims.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør sammenstilling ikke bare av flere brønnrammer, men også av brønnrammer (templates) og rørledningsseksjoner (pipelines) til en integrert og allerede trykk- og funksjonstestet enhet som kan slepes ut til installasjonsstedet og installeres i en og samme operasjon. Den kombinerte og integrerte utslepbare brønnramme-rørled-ningskonstruksjon ifølge foreliggende oppfinnelse kan således omfatte en flerbrønns, men spredd anordning av brønnrammer som kombinerer egenskapene ved såvel satellittbrønner som flerbrønns produksjonssystemer på havbunnen, og vil derved eliminere nødvendigheten av undervannsledninger mellom brønn-grupper og samlestasjoner og redusere antallet undervanns-koblinger som vil kreve omfattende marine operasjoner og redusere påliteligheten (dvs. øke antall feilkilder). The present invention enables assembly not only of several well frames, but also of well frames (templates) and pipeline sections (pipelines) into an integrated and already pressure- and function-tested unit that can be towed out to the installation site and installed in one and the same operation. The combined and integrated draggable well frame-pipeline construction according to the present invention can thus comprise a multi-well but dispersed arrangement of well frames that combines the characteristics of both satellite wells and multi-well production systems on the seabed, and will thereby eliminate the necessity of underwater pipelines between well groups and gathering stations and reduce the number of underwater connections that would require extensive marine operations and reduce reliability (ie increase the number of sources of failure).

Oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor under henvisning til de medfølgende tegninger, som illustrerer noen eksempler på mulige utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 1 viser i skjematisk form den utslepbare brønn-ramme-rørledningskonstruksjon. Fig. 2 viser brønnramme-rørledningskonstruksjonen under The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate some examples of possible embodiments of the invention. Fig. 1 shows in schematic form the extractable well-frame pipeline construction. Fig. 2 shows the well frame pipeline construction below

utsleping før stabilisering på havbunnen. discharge before stabilization on the seabed.

Fig. 3 og 4 er eksempler på hva som kan monteres på brønn-rammene og viser detaljer ved en brønnproduk-sjonsenhet som omfatter et undervannsventiltre for sammenkobling med en brønnramme. Fig. 5 viser en kombinert brønnramme-rørledningskon-struksjon under uttauing. Fig. 6 viser ulike utførelsesformer av konstruksjonen. Fig. 1 viser skjematisk en brønnramme- og rørledningskon-struksjon i samsvar med et forutbestemt mønster av brønner. Konstruksjonen består av to forskjellige basisdeler, en brønnramme-modul 1 og en rørledningsbunt 2. Tre moduler 1 ses innbyrdes forbundet med rørledningsbunten 2. Rørlednings-bunt en 2 er forbundet med et fremre slepehode 3 og en bakre Fig. 3 and 4 are examples of what can be mounted on the well frames and show details of a well production unit which includes an underwater valve tree for connection with a well frame. Fig. 5 shows a combined well frame-pipeline construction during thawing. Fig. 6 shows various embodiments of the construction. Fig. 1 schematically shows a well frame and pipeline construction in accordance with a predetermined pattern of wells. The construction consists of two different basic parts, a well frame module 1 and a pipeline bundle 2. Three modules 1 are seen interconnected with the pipeline bundle 2. The pipeline bundle 1 2 is connected to a front towhead 3 and a rear

slepeende 4. Hver av disse slepeendene vil være forbundet med hvert sitt slepefartøy på overflaten under utsleping. towing end 4. Each of these towing ends will be connected to its respective towing vessel on the surface during towing.

Strukturens oppdrift kan eksempelvis, som vist ved hjelp av kjedene 5 (kjetting) og flottører 6 (Fig. 2), være justerbar slik at systemet kan stabiliseres ved installasjonsstedet. The buoyancy of the structure can, for example, as shown with the help of the chains 5 (chain) and floats 6 (Fig. 2), be adjustable so that the system can be stabilized at the installation site.

Konstruksjonen har en lang, kjedeliknende utforming som gir høy grad av fleksibilitet. Modulene 1 er utstyrt med anordninger, f.eks. boremal med føringsstolper, for undervanns-brønnboring tilsvarende generelt den ønskede plassering av satellittbrønner på sjøbunnen. Brønnramme-modulen kan også være utstyrt med anordninger for å kunne motta undervanns-manifolder, separatorer osv. Vekt, dimensjoner, rørled-ningslengde og slepekraft er valgt meget omhyggelig for å oppnå den fleksibilitet som er nødvendig for å realisere opp-finnelseskonseptet. The construction has a long, chain-like design that provides a high degree of flexibility. The modules 1 are equipped with devices, e.g. drilling template with guide posts, for underwater well drilling generally corresponding to the desired location of satellite wells on the seabed. The well frame module can also be equipped with devices to be able to receive underwater manifolds, separators, etc. Weight, dimensions, pipeline length and towing force have been chosen very carefully to achieve the flexibility necessary to realize the invention concept.

Brønnramme.-modulene kan før utsleping bli påmontert alle anordninger for å kunne bore og komplettere brønnene, avgreninger/ventiler i forbindelse med rørledningsbunten og det nødvendige utstyr for styring og overvåking, hvilket tillater at systemet i stor grad kan trykk- og funksjonstestes på land. The well frame.-modules can be fitted to all the devices to be able to drill and complete the wells, branches/valves in connection with the pipeline bundle and the necessary equipment for control and monitoring, which allows the system to be pressure and function tested to a large extent on land.

Fig. 3 og 4 viser forenklede eksempler på disse anordningene. I tillegg viser figurene selve ventiltreet 7 og det perma-nente fundament 8 som vil bli påmontert før brønnene blir boret. Fig. 3 and 4 show simplified examples of these devices. In addition, the figures show the actual valve tree 7 and the permanent foundation 8 which will be fitted before the wells are drilled.

Modulen kan ha vertikale eller horisontale koblinger for de forskjellige rørledninger, inklusiv hydrauliske kontroll-ledninger, og er utstyrt med en koblingsmottaker 10 som danner en del av brønnrammen/manifolden. Koblingsmottakeren huser de individuelle rør som passer sammen med rør og for-bindelesanordninger på ventiltreet. Manifoldrørene er kon-struert med bukter og/eller ekspansjonsbend slik at det er tilveiebragt en fleksibilitet mellom koblingsmottakeren på brønnrammen/manifolden og ventiltreet. The module can have vertical or horizontal connections for the various pipelines, including hydraulic control lines, and is equipped with a connection receiver 10 which forms part of the well frame/manifold. The coupling receiver houses the individual pipes that mate with the pipes and fittings on the valve tree. The manifold pipes are constructed with bends and/or expansion bends so that flexibility is provided between the coupling receiver on the well frame/manifold and the valve tree.

På Fig. 3 er vist en modul med en ekstra brønnramme indikert ved hjelp av en brutt strek. Koblingsmottakeren 10 kan kobles enten til primærbrønnen eller reservebrønnen. Ventiltreet 7 kan senkes ned på brønnrammen eller reservebrønnrammen ved hjelp av føringsliner og ledestolper 9 (Fig. 4) og kobles til koblingsmottakeren 10. Avgreninger med tilhørende ventiler er betegnet med henvisningstall 11. Fig. 3 shows a module with an additional well frame indicated by a broken line. The coupling receiver 10 can be connected to either the primary well or the reserve well. The valve tree 7 can be lowered onto the well frame or the spare well frame using guide lines and guide posts 9 (Fig. 4) and connected to the coupling receiver 10. Branches with associated valves are designated by reference number 11.

Konstruksjonen og formen av modulen er avpasset slik at det oppnås beskyttelse for selve rørene med ventiler. Fig. 4 viser at modulen kan være utstyrt med skrånende sider 12 slik at fiskeredskaper eller andre nærgående gjenstander blir av-ledet. Ytterligere beskyttelsesskjold 13 og 13' kan også være anordnet. Rørledningsbunten 2 er fremstilt av et antall individuelle rørledninger. Som vist på Fig. 3 kan disse bestå av en produksjonssamleledning 14, serviceledninger 15 og 16 ført gjennom hver modul og på hensiktsmessig måte forbundet med koblingsmottakeren 10.'The construction and shape of the module have been adapted so that protection is achieved for the pipes themselves with valves. Fig. 4 shows that the module can be equipped with sloping sides 12 so that fishing tools or other approaching objects are diverted. Additional protective shields 13 and 13' can also be provided. The pipeline bundle 2 is made of a number of individual pipelines. As shown in Fig. 3, these can consist of a production collector line 14, service lines 15 and 16 passed through each module and connected in an appropriate manner to the coupling receiver 10.'

Andre strukturelle detaljer som kan inkorporeres er slike som vedrører montering av produksjonsutstyr (ventil, choke, kon-trollutstyr o.l.) og anordninger for innkobling av satellitt-brønner. Other structural details that can be incorporated are those relating to the installation of production equipment (valve, choke, control equipment etc.) and devices for connecting satellite wells.

Fig. 5 viser en brønnramme-rørledningskonstruksjon under uttauing hvor brønnrammene er vist utstyrt med flottører 6 og kjeder 5. I tillegg kan det benyttes ekstra flottører 18 for å stabilisere selve rørledningsbunten under vann. Fig. 5 shows a well frame pipeline construction during thawing where the well frames are shown equipped with floats 6 and chains 5. In addition, extra floats 18 can be used to stabilize the pipeline bundle itself under water.

Av hensyn til enkelheten er ikke alle deler beskrevet detaljert, da dette ikke er essensielt for å forstå oppfinnelsen . For the sake of simplicity, not all parts are described in detail, as this is not essential for understanding the invention.

Brønnramme-modulene og slepeendene er også utstyrt med opp-rettings- og forankringsinnretninger. Både slepehodet og slepeenden er utstyrt med de nødvendige taueinnretninger. Konstruksjonen blir helt enkelt tauet ut til monteringsstedet og gradvis senket ned progressivt fra den ene ende ved å manipulere slepekraften, hastighet og oppdrift. The well frame modules and tow ends are also equipped with straightening and anchoring devices. Both the tow head and the tow end are equipped with the necessary towing devices. The structure is simply towed out to the installation site and gradually lowered progressively from one end by manipulating drag, speed and buoyancy.

Konstruksjonens rørledninger 2 innbefatter de rørledninger som normalt vil løpe fra satellittbrønner eller flerbrønns-rammer. Injeksjonsledninger, styrings- og overvåkings-ledninger, serviceledninger og lignende såvel som piggløkke-anordninger kan være inkludert. Rørbunten kan være innrettet til å tilveiebringe enten individuell strømning eller såkalt sammenkoblet strømning fra flere brønner. The construction's pipelines 2 include the pipelines that will normally run from satellite wells or multi-well frames. Injection lines, control and monitoring lines, service lines and the like as well as barbed loop devices may be included. The pipe bundle can be designed to provide either individual flow or so-called interconnected flow from several wells.

Sammenkoblingen med ventiltrærne blir forenklet ved at en enkel koblingsmottaker ved ventiltreet erstatter det som ellers ville være et komplisert og avansert arrangement for inntrekking og kobling av rørledninger. The connection with the valve trees is simplified by a simple coupling receiver at the valve tree replacing what would otherwise be a complicated and advanced arrangement for pulling in and connecting pipelines.

Ytterligere muligheter omfatter å forlenge brønnrammerør-ledningskoiistruksjon med en rørbuntlengde tilsvarende den Additional possibilities include extending the well casing pipe line coiinstruction by a pipe bundle length corresponding to it

i in

lengde som er nødvendig for å kunne trekkes gjennom et J-rør inn til en plattform. length required to be pulled through a J-tube into a platform.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse kan det således tilveie-bringes et flerbrønns produksjonssystem som gir en høy grad av fleksibilitet mellom brønnfundament og rørledninger som forbinder fundamentene. Videre kan forskjellen i oppdrift mellom deler av konstruksjonen kompenseres ved eksempelvis å utnytte flottører og ankerinnretninger av ulik størrelse og vekt. på denne måte vil konstruksjonen oppføre seg som en rørledning og kan bli tauet fra et landbasert byggested til undervannsproduksjonsstedet og der bli plassert på bunnen med den utforming som var planlagt for de individuelle produk-s jonsbrønner. According to the present invention, a multi-well production system can thus be provided which provides a high degree of flexibility between well foundation and pipelines connecting the foundations. Furthermore, the difference in buoyancy between parts of the structure can be compensated by, for example, using floats and anchor devices of different sizes and weights. in this way, the construction will behave like a pipeline and can be towed from a land-based construction site to the underwater production site and there be placed on the bottom with the design that was planned for the individual production wells.

Fig. 6 viser alternative utforminger av den kombinerte brønn-ramme-rørledningskonstruksjon som kan benyttes. Fig. 6 shows alternative designs of the combined well-frame-pipeline construction that can be used.

På Fig. 6A er det vist en brønnramme-rørledningskonstruksjon. Flere slike kan forbindes med en sentral produksjonsplattform, mens Fig. 6B viser en enkel brønnramme-rørlednings-konstruksjon forbundet mellom to produksjonsplattformer, en i hver ende. Endelig viser Fig. 6C en brønnramme-rørlednings-konstruksjon lagt i løkkeform og hvor eventuelt fLjre slike kan forbindes med et felles produksjonssted. Disse eksempler er selvfølgelig ikke begrensende for oppfinnelsen, og et antall andre utforminger er også mulig. På tegningen viser henvisningstallet 19 til produksjonsplattformene og henvisningstallet 1 til de individuelle brønnrammene. In Fig. 6A, a well frame pipeline construction is shown. Several such can be connected to a central production platform, while Fig. 6B shows a simple well frame-pipeline construction connected between two production platforms, one at each end. Finally, Fig. 6C shows a well frame-pipeline construction laid in loop form and where possibly several such can be connected to a common production site. These examples are of course not limiting for the invention, and a number of other designs are also possible. In the drawing, reference number 19 refers to the production platforms and reference number 1 to the individual well frames.

Når konstruksjonen er fast forankret på havbunnen og klar for produksjon, vil den være rigid og stabil og oppfører seg som et hvilket som helst annet flerbrønns produksjonssystem som er bygget opp fra grunnen av på stedet. Oppfinnelsens hoved-resultat og fordeler er som følger: 1. Brønnramme-rørledningskonstruksjonen kan slepes ut fra land ved bruk av enklere slepe- og installasjons-midler. 2. Rørledningene er integrert med brønnramme-modulene, noe som fullstendig eliminerer en serie av offshore operasjoner for å legge og koble rørene. 3. Bunten av rørledninger fra produksjonsenhetene kan kobles sammen og samles i en førende slepeende som er tilstrekkelig lang til å kunne etterlates på havbunnen for senere å bli brakt til overflaten for sammenkobling med hovedrørledninger til plattformen. Dette eliminerer ytterligere undervannsutstyr og arbeidsoperasjoner. 4. Operasjoner som tidligere fant sted offshore, utføres nå på land, hvilket øker påliteligheten og reduserer risikoen for installatørene. 5. Styrings- og overvåkingssystemet kan installeres og testes før man går offshore. 6. Systemet er særdeles egnet for utbygging av fjerntliggende og perifere reservoarområder. Once firmly anchored to the seabed and ready for production, the structure will be rigid and stable and behave like any other multi-well production system built from the ground up on site. The main results and advantages of the invention are as follows: 1. The well frame pipeline construction can be towed from land using simpler towing and installation means. 2. The pipelines are integrated with the well frame modules, which completely eliminates a series of offshore operations to lay and connect the pipes. 3. The bundle of pipelines from the production units can be connected and collected in a leading tow end which is long enough to be left on the seabed to be later brought to the surface for connection with main pipelines to the platform. This eliminates additional underwater equipment and work operations. 4. Operations that previously took place offshore are now carried out onshore, increasing reliability and reducing risk for installers. 5. The control and monitoring system can be installed and tested before going offshore. 6. The system is particularly suitable for the development of remote and peripheral reservoir areas.

Claims

1. Multi-well underwater production system comprising at least two interconnected well frame modules (1) which can be equipped with a drill template for drilling and completing at least one well and for recording at least one wellhead, guiding or guiding devices (9) for assembly of valve tree (7) and other necessary production equipment on the wellhead] a number of pipelines (2), such as production lines, gathering lines, service lines, power supply lines etc., passed through the module (1) and devices including a multi-pipe connector (10) for operationally tie said pipelines with the valve tree, characterized in that the well frame modules (1) are arranged at a distance from each other and interconnected by means of flexible pipe bundle sections (2), each of which can be made up of a number of pipelines, such as production lines, collection lines, service lines, power supply lines etc, as the six ion's individual pipelines communicate with respective pipelines which are rt through the modules (1), whereby a towable string of alternating well frame modules (1) and pipe bundle sections (2) is formed.

2. Underwater production system according to claim 1, characterized in that the towable string comprises a towing head (3) which is connected to the front well frame module (1), seen in relation to the towing direction, by means of a pipe bundle six ion (2), and which is adapted to be connected to a production unit at sea or on land.

3. Underwater production system according to claim 1, characterized in that the towable string comprises a towing end (4) which is connected to the rear well frame module (1), seen in relation to the towing direction, by means of a pipe bundle section (2), and which is adapted to be connected with a production unit or with a further string of alternating well frame modules (1) and pipe-bundle six ions (2).