NO165507B - Undervanns broennproduksjonssystem. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et undervanns brønnproduksjons-system som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

Som følge av nye fremskritt i olje- og gassutvinningstek-nikken tilhavs er produksjonen nå utvidet til undervannsområder som f.eks. de ytre deler av kontinentalsoklene og kontinental-skråningene. Et undervannsfartøybasert produksjonssystem antas å være den mest praktiske metode for å nå de undersjøiske avsetninger. Selv om hydrokarboner på dette tidspunkt er av størst interesse, antar man at undersjøiske avsetninger av svovel og andre mineraler kan hentes opp fra havbunnen. Selv om permanente overflateinstallasjoner som hviler på bunnen har vist seg å være økonomisk og teknologisk anvendbare på forholdsvis grunt vann, må anvendelse av slike overflateinstallasjoner på dypere vann, som f.eks. flere hundre til flere tusen meter, begrenses til meget spesielle situasjoner. Installsjoner som strekker seg over vannflaten har ulemper også på grunnere vann der det er vanskelige forhold ved overflaten, som f.eks. i områder der bunnkonstruksjonen til en produksjonsplattform som rager over overflaten utsettes for isbelastning.

Undervannssystemer kan anvendes for montering av et

antall brønnhoder forholdsvis nær hverandre, ved bruk av en boremal som er anordnet på havbunnen. Slike systemer kan manøvreres fra flytende overflåtekonstruksjoner ved bruk av elektrohydrauliske styresystemer, idet undervannssystemene er forbundet med overflåtekonstruksjonene ved hjelp av samleledninger for produksjonsfluider, injeksjonsfluider, hydrauliske styringer, elektriske kabler og lignende.

Undervanns arbeidsklokker eller satelitter, hvor betjenings-og/eller vedlikeholdspersonell kan oppholde seg, kan holdes i nærheten av en gruppe ved hjelp av boremal borede brønnhoder, f.eks. som vist i US patent nr. 3556 208. I slike systemer er undervannssatelitten fullstendig tilkoplet et antall omgivende undervanns brønnhoder og virker til å styre produksjonen fra,

og vedlikeholdet av, brønnhodene. Brønnene bores i et sirkulært mønster gjennom en mal på havbunnen, idet malen også tjener som et fundament på hvilket satelitten monteres. Produksjons/- styrekanalene i hver brønn er forbundet med produksjonsutstyr i satelitten ved hjelp av separate koplings-enheter som hver for

seg senkes på plass fra et overflatefartøy og danner deler av strømningsmønsteret mellom brønnhodene og produksjonssutstyret i satelitten.

Selv om ovennevnte undervanns-satelittsystemer har vist seg stort sett tilfredsstillende ved havdyp på 100 til 150 meter, byr bruk av slike systemer ved dyp på 300 til 750 meter på visse problemer. F.eks. blir anvendelsen av styreliner og dykkerassistanse for undervannsinstallasjon av systemets komponenter mer komplisert med økende dybde. På store havdyp blir det nødvendig å anvende dynamiske styresystemer, innbefattende fjernsyn- og/eller sonarovervåking, under installasjons-prosessen. Dessuten byr installsjon av satelitten på malen ved tidligere kjente systemer på problemer med hensyn til styring av satelitten på riktig plass på malen, og nødvendigheten av å feste satelitten på malen. Ved kjente undervanns-brønnproduk-sjonssystemer blir det typisk også anvendt neddykkede arbeidsklokker med vertikalt anordnede skrog- eller veggjennomføringer. En slik anordning av gjennomføringer gir uønskede spenninger i arbeidsklokkens skrog, særlig ved dybder større enn 150 meter.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å unngå de problemer og ulemper som den kjente teknikk er beheftet med, ved å tilveiebringe et forbedret undervanns brønnproduksjons-system og en fundamentmal for dette, som muliggjør forenklet installering på havbunnen, såvel som en forbedret fremgangsmåte for montering av en undervannssatelitt.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved det innled-ningsvis angitte undervanns brønnproduksjonssystem, med de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av brønnproduksjonssystemet ifølge oppfinnelsen er angitt i de øvrige etterfølgende krav.

I de medfølgende tegninger er figur 1 et perspektivriss

av et undervanns brønnproduksjonssystem ifølge et første eksempel på foreliggende oppfinnelse for styrelinefri montering,

Figur 2 er et perspektivriss, delvis antydet med streka-., punkterte linjer, av systemet på figur 1, som viser.. styrelinefri montering av en av dets komponenter, Figur 3 er et perspektivriss av havbunn-fundamentmalen i systemet på figur 1, Figur 4 er et grunnriss av havbunn-fundamentmalen vist i figur 3,

Figur 5 er et perspektivriss av undervannsarbeidsklokken

i systemet på figur 1, hvor den tilfestede rørledningsbom og rørledning er vist,

Figur 6 er et vertikalt snitt gjennom arbeidsklokkens

øvre styreseksjon, hvor det innvendige overvåkings- og styreutstyr er vist,

Figur 7 er et vertikalsnitt gjennom arbeidsklokkens nedre betjeningsseksjon, hvor en del av de innvendige fluidmonterings-apparater er vist, Figur 8 er et horisontalsnitt, delvis vist med strek-punkterte linjer, gjennom den nedre betjeningsseksjon vist i figur 7, Figur 9 er et perspektivriss av en brønnhode-koplingsinn-retning og dens tilhørende, beskyttende innrettingsramme i systemet på fig. 1, Figur 10 er et perspektivriss av en hovedventilenhet og den tilhørende beskyttende innrettingsramme i systemet på figur 1 , Figur 11 er et oppriss av hovedventilenheten og den til-hørende beskyttende innrettingsramme vist i figur 10, Figur 12 er et perspektivriss av et undervanns brønnpro-duks jonssystem ifølge et annet eksempel på foreliggende oppfinnelse, hvor styrelinemontering av én av systemets komponenter er vist.

Undervanns brønnproduksjonssystemet ifølge det første eksempel er på figur 1 generelt betegnet med tallet 10 og omfatter en fundamentmal, som generelt er betegnet med tallet 11, som har en nedre bærekonstruksjon for understøttelse av en arbeidsklokke 13, individuelle brønnhoder 14, og en brønnhode-koplingsinnretning 15. Brønnhoder 14 er montert på brønnled-ningsrør 16 som danner en del av fundamentmalens 11 nedre bærekonstruksjon .

En halvt neddykkbar borerigg (ikke vist) senker fundamentmalen 11 til havbunnen på et bore-stigerør på kjent måte. Boring av hver brønn gjennom fundamentmalen 11 utføres under anvendelse av en konvensjonell sikringsventilstabel (BOP) og konvensjonelle boremetoder. Fundamentmalen 11 er fortrinnsvis slik konstruert at den vil oppta en BOP-stabel i dens tiltenkte stilling på brønnen ved hjelp av vertikale føringer 19, hvorved forhindres overlapping eller innføring i tilgrensende brønn-stillinger. Når en brønn er komplettert blir fortrinnsvis en hovedventilenhet 50 (beskrevet nedenfor) nedsenket på et bore-stigerør (ikke vist) og driftsmessig forbundet med brønnhodet 14 for å danne toppen av dette. Arbeidsklokken 13 monteres på fundamentmalen 11 ved at den nedsenkes på et stigerør fra et halvt nedsenkbart borefartøy og orienteres ved omdreining av stigerøret, under anvendelse av fjernsynskameraer eller sonar for bestemmelse av orienteringen. Monteringen av arbeidsklokken 13 på fundamentmalen 11 utføres fortrinnsvis uten bruk av styreliner. Brønnhodekoplingsinnretningen 15 blir så nedsenket fra boreriggen på et borerør og driftsmessig innkoplet mellom hver hovedventilenhet og grenrørinnretning som er anordnet i arbeidsklokken 13 via sidegjennomføringsorganer 38 som strekker seg gjennom arbeidsklokkens skrog. Grenrørinnretningen er i sin tur forbundet med rørledninger og samleledninger som strekker seg gjennom arbeidsklokken 13. Arbeidsklokken 13 må plasseres på og fastlåses til fundamentmalen 11 innenfor en bestemt rotasjonsmessig asimut-toleranse for å bringe side-gjennom-føringsorganene 38 innenfor et område hvor de med rimelighet kan nåes av de tilsvarende brønnhodekoplingsinnretninger 15.

Brønnproduksjonssystemet 10 manøvreres fra en produksjons-konstruksjon på overflaten, ved bruk av konvensjonelle elektrohydrauliske styresystemer, idet brønnproduksjonssystemet er forbundet med overflåtekonstruksjonen via rørledninger, fluid-betjeningsledninger, hydrauliske ledninger og elektriske kabler. Produksjons- og styreutstyr innvendig i arbeidsklokken 13 ved-likeholdes av personell som bringes til klokkekammeret i en undervannsfarkost eller kabelstyrt overføringsfarkost. Brønn-reparasjoner utføres enten ved hjelp av vertikale<->tilbakeven-dingsteknikker fra en flytende borerigg, eller ved bruk av nedpumpingsverktøy (PDT) som settes ut fra arbeidsklokken 13 og styres fra overflåtekonstruksjonen.

Der det er ønskelig, f.eks. for anvendelse på større dyp, blir alle brønnproduksjonssystemets undervannskomponenter montert på fundamentmalen 11 uten bruk av styreliner. Brønnhode-koplingsinnretningen 15, hovedventilenhetene 50 samt sikrings-ventilstablene (ikke vist) er fortrinnsvis utstyrt med en spesialkonstruert bufferkonstruksjon (nærmere beskrevet nedenfor) som passer sammen med en spesialkonstruert øvre føringsseksjon på fundamentmalen 11.

På figur 2 blir komponenten, i dette tilfelle en brønn-hode-koplingsenhet 15, som skal plasseres på fundamentmalen 11, nedsenket ved hjelp av borerør 61 til et punkt fortrinnsvis utenfor brønn-nisjen, for sikkerhets skyld i tilfelle komponenten slippes ved et uhell, og orienteres ved omdreining av bore-røret under anvendelse av fjernsyn eller sonar for overvåking av operasjonen. Deretter beveges komponenten horisontalt inn i brønn-nisjekonstruksjonen og nedsenkes for plassering på brønn-hodet 14 eller hovedventilenheten 50, under anvendelse av ned-føringsverktøy lik de som konvensjonelt anvendes for montering av våte undervannstrær.

Som vist på figur 1 - 4 omfatter fundamentmalens 11 nedre bærekonstruksjon også organer for befestigelse av fundamentmalen på sjøbunnen i stort sett horisontal stilling. Som vist i figur 4 omfatter festeorganene konvensjonelle nivelerings-pel-føringer som er anordnet med innbyrdes avstand rundt malens omkrets og strekker seg koaksialt med brønnledningsrørene 16 for stiv befestigelse av fundamentmalen 11 til havbunnen i stort sett horisontal stilling. Brønnhodene 14 og brønnled-ningsrørene 16 er av konvensjonell konstruksjon.

Fundamentmalen 11 omfatter videre en øvre føringskonstruk-sjon som består av et antall i det vesentlige vertikalt for-løpende føringselementer 19 som er montert på fundamentmalen med innbyrdes avstand i radiell rekke. Hvert vertikalt fø-ringselement 19 strekker seg innad fra fundamentmalens ytre omkrets, slik at det ved fundamentmalens sentrale parti dannes en stort sett sylindrisk åpning som avgrenses av de respektive vertikale indre ben 21 av hvert føringselement 19, for å oppta arbeidsklokken 13. Et parti 20 av den øvre omkretsflate på hvert føringselement 19 skråner nedad mot den sylindriske åpning for å virke som en trakt eller føringsbane. Skråpartiet 20 danner fortrinnsvis en vinkel på ca. 45° med horisontalret-ningen.

For montering av arbeidsklokken 13 på fundamentmalens 11 sentrale parti, nedsenkes klokken ved hjelp av en konvensjonell borestreng eller stigerør (ikke vist) fra et flytende eller halvt nedsenkbart fartøy (ikke vist) over fundamentmalen. Borestrengen kan være forbundet med arbeidsklokken 13 under anvendelse av en kopling 18 (se figur 12) som er koaksialt festet til et øvre parti av klokken. Når arbeidsklokken 13 kommer i berøring med fundamentmalens 11 øvre føringskonstruksjon, vil skråpartiene 20 virke til å styre klokken 13 inn i den stort sett sylindriske åpning som avgrenses av benene 21 på fundamentmalens øvre føringskonstruksjon ved malens sentrale parti, hvorved sikres korrekt posisjonering av arbeidsklokken ved fundamentmalens sentrale parti.

I tillegg til å styre arbeidsklokken 13 under styrelinefri montering på fundamentmalen 11, virker fundamentmalens 11 øvre føringskonstruksjon til å beskytte klokken mot skade. På grunn av dens stive konstruksjon virker denne konstruksjon som et beskyttende gitter som omgir arbeidsklokken 13. Fundamentmalen 11 er fortrinnsvis konstruert av stive konstruksjonsrør, ved bruk av eh åpen rammekonstruksjon, som vist. I tillegg til styrke gir slike rør mulighet til å regulere fundamentmalens oppdrift, for derved å lette dens montering på havbunnen.

Ytterligere styring og orientering av arbeidsklokken 13 besørges fortrinnsvis av føringsflenser 22 (figur 3) på fundamentmalen 11, som strekker seg radielt innad fra benene 21 og har nedad skrånende, øvre flatepartier 23.

Selv om andre former er mulig, har fundamentmalen 11 fortrinnsvis sirkulær form, sett ovenfor, med brønnhodene 14 og brønnledningsrørene 16 anordnet med innbyrdes avstand rundt dens omkrets, fortrinnsvis med samme radielle avstand fra fundamentmalens sentrum. I et slikt system er de vertikale fø-ringselementer 19 fortrinnsvis anordnet med lik innbyrdes avstand .

Fundamentmalens 11 øvre føringskonstruksjon omfatter fortrinnsvis også tverrstykker 24 (figur 1) av konstruksjonsrør, som strekker seg mellom tilgrensende, vertikale ben 21, og er stivt festet til disse. Som nedenfor forklart virker tverrstykkene 24 som blokkeringsorganer, hvorved utelatelse av et tverrstykke 24 mellom et forutvalgt par ben 21 videre letter innretting og orientering av arbeidsklokken 13 i dens ønskede stilling under montering på fundamentmalen 11.

Fundamentmalen 11 kan være forsynt med ballasttanker

(ikke vist) for å lette håndtering under sleping og montering av konstruksjonen. Fundamentmalen 11 er fortrinnsvis en åpen, sveiset metallkonstruksjon med en tverravstivet metallrørramme.

Under henvisning til figur 1 og 5, blir arbeidsklokken 13 som nevnt montert på undervannsfundamentmalen 11 ved at den nedsenkes på en borestreng uten bruk av styreliner. For videre hjelp til å rette inn og orientere arbeidsklokken 13 i den ønskede stilling ved fundamentmalens 11 sentrale parti, strekker en sentreringsinnretning 25 (figur 5) seg fortrinnsvis fra arbeidsklokkens 13 omkrets. I den viste utføringsform omfatter sentreringsinnretningen 25 en rørledningsbom i hvilken er anordnet én eller flere rørledninger og samleledninger 26 som strekker seg gjennom arbeidsklokken 13 til dens innside (omtalt nærmere nedenfor). De utvendige dimensjoner på rørledningsbom-men 25 er slik valgt at man får en trang pasning mellom bommen og de vertikale ben 21 på fundamentmalens 11 øvre føringskon-struksjon. Under montering virker tverrstykkene 24 som bom-blokkeringsorganer som hindrer nedsenking av rørledningsbommen 25, slik at rørledningsbommen bare kan senkes ned mellom de enkelte par vertikale ben 21 uten tverrstykker 24, hvorved sikres den ønskede orientering av arbeidsklokken 13.

Som bes vist i figur 1 og 3 omfatter fundamentmalen 11

videre fortrinnsvis rørledningsbom-sentreringsbuffere for finere innretting av bommen 25 mellom de korrekte vertikale føringselementer 19. Rørledningsbommen 25 avsmalner fortrinnsvis mot et smalere endeparti 25', og bufferne 27 er anordnet med innbyrdes avstand langs fundamentmalens 11 omkrets i en avstand som er konstruert for å sikre en trang pasning for dette smalere endeparti. Som vist omfatter bufferne 27 videre fortrinnsvis nedadskrånende partier som er tilpasset føringsende-partiet 25' når det nedsenkes under montering på fundament-

malen 1 1 .

Som vist i figur 5 er minst én sideveis utstikkende posi-sjoneringsansats 29 fortrinnsvis festet til den ytre omkrets av arbeidsklokkens 13 sylindriske parti for anlegg mot det vertikale ben 21 på et føringselement 19 for å stoppe arbeidsklokkens bevegelse når den dreier under montering av klokken på fundamentmalen 11, hvorved ytterligere lettes orientering av klokken i forhold til malen. Posisjoneringsansatsene 29 kan også virke som løfteører eller -knekter for overflatehåndtering av arbeidsklokken 13.

Ved anvendelse av de ovenfor omtalte metoder kan arbeidsklokken monteres på en fundamentmal på havbunnen uten bruk av styreliner ved havdyp på 750 meter. Akustiske signalinnretnin-ger og sonarreflektorer, såvel som fjernsynskameraer kan anvendes til å overvåke arbeidsklokkens posisjon og orientering i forhold til fundamentmalen under montering.

Som vist på figur 5-7 omfatter arbeidsklokken 13 fortrinnsvis en vertikalt orientert, avtrappet sylinder. Den øvre, mindre sylindriske seksjon 30 opptar sammen med en komplementær halvkuleformet endeseksjon 31, en styreseksjon 32. Den nedre større sylindriske seksjon 33 er overbygget av en komplementær halvkuleformet seksjon 34 som er forbundet med nedre ende av den mindre sylindriske seksjon 30. En ytterligere halvkuleformet seksjon 35 strekker seg fra bunnen av den sylindriske seksjon 33 og fullstendiggjør avlukket for en betjeningsseksjon 36 som understøttes av et skjørtelement 37 hvorfra samlelednings-bomraen 25 rager ut..

Gjennomføringsorganer 38 er anordnet rundt omkretsen av den sylindriske seksjon 33 og strekker seg sideveis, stort sett horisontalt ut fra denne, for opprettelse av fluidkommunikasjon gjennom arbeidsklokken 13. Horisontal innretting av gjennom-føringsorganene 38 gjennom klokkens 13 skrogvegg gir vesentlig bedre avlasting av spenningene i skroget sammenlignet med vertikal innretting gjennom den øvre, halvkuleformede seksjon 31.

Betjeningsseksjonen 36 (figur 7) opptar produksjonsgren-rør 39 som er driftsmessig forbundet med én eller flere rørled-ninger 26 som strekker seg gjennom arbeidsklokkens 13 vegg, som vist i figur 7.

En del av det innvendige fluidhåndteringssystem i en typisk betjeningsseksjon 36, som vist i figur 7 og 8, forbinder gren-røret 39 driftsmessig med de innvendige ender 40 av de fast-sveisede gjennomføringsorganer 38. Forskjellige produserte petroleumsstrømmer, gasstrømmer, vannstrømmer, kjemiske injek-sjonsstrømmer, teststrømmer og hydrauliske ledninger kan for-deles gjennom sine respektive ledninger og ventiler enkeltvis i henhold til de ønskede produksjonsplaner. Grenrørene og ven-tilene er fortrinnsvis konstruert til å tillate gjennomføring av nedpumpingsverktøy (PDT) fra undervann-arbeidsklokken ut til og ned gjennom de enkelte brønner. For å muliggjøre innlasting av nedpumpingsverktøy i rørsystemet må, i et slikt tilfelle, en smøreinnretning være forbundet med en drivfluid-tilførselsled-ning fra en overflateenhet for å tilfredsstille kravet til stor pumpekapasitet, strømningsmåling, fluidbehandling og lag-ring. Systemet gir fortrinnsvis mulighet for omstilling mellom de enkelte brønnfunksjoner (fra produksjon til test til service) under brønnens effektive levetid. Innvendige ventilorganer muliggjør sekvensstyring eller kombinering av fluider i henhold til de ønskede produksjonsplaner. Fjernstyrte og/eller manuelt styrte ventiloperasjoner anvendes etter ønske.

Figur 7 og 8 viser relevante deler av et typisk system for innvendige rør- og ventilorganer, innbefattende PDT-mulighet, for opprettelse av fluidstrømning mellom ett enkelt gjennom-føringsorgan 38 og grenrørorgan 39. Stort sett identiske systemer anvendes for å forbinde hvert av de enkelte gjennomfø-ringsorganer 38 som er fordelt rundt arbeidsklokken 13 med grenrørorganet 39. De fullstendige detaljer ved slike andre systemer er sløyfet i figur 7 og 8 for klarhetens skyld. PDT-service eller -betjening krever en krumningsradius på minst 1,52 m på alle rørbend gjennom hvilke nedpumpingsverktøy skal føres.

Service- eller betjeningsseksjonen 36 er utstyrt med en eksplosjonssikker, inert atmosfære, som f.eks. nitrogen. Et styrkeskott og gjennomblåsingskammer 42 er anordnet for over-føring av personell mellom betjeningsseksjonen 36 og styreseksjonen 32, idet de to atmosfærer i de respektive seksjoner holdes adskilt og hindres fra sammenblanding ved bruk av konvensjonelle luftlås-overføringsmetoder. Pusteutstyr av stik-kontakttype anvendes av personalet i betjeningsseksjonen 36.

Styreseksjonen 32 (figur 6) er utstyrt med en pustbar atmosfære som gjør opphold i styreseksjonen mulig. Livred-ningssystemer for den beboelige styreseksjonen 32, såvel som de nødvendige fjerntliggende kontroller og lignende, kan være forbundet med en fjerntliggende overflateenhet ved hjelp av én eller flere rørledninger for tilveiebringelse av luft, avgasser, kommunikasjoner, drivkraft og lignende. Disse rørledninger kan løpe sammen med eller innvendig i rørledningen 26.

Styreseksjonen 32 (figur 6) er utstyrt med en personal-overføringsklokke, eller "tekopp" 41 for overføring av drifts-og vedlikeholdspersonell fra et konvensjonelt undervannsfartøy (ikke vist) under anvendelse av overføringsmetoder basert på atmosfærisk trykk.

Arbeidsklokken 13 må ha en tilstrekkelig styrke til å

tåle ekstremt høye trykk ved havdyp på opptil 750 m. En har funnet at arbeidsklokken 13 må være slik konstruert at den har negativ oppdrift, ved passende nedtyngning og ballast. Med en .slik konstruksjon unngår man behovet for fastlåsingsutstyr for å holde arbeidsklokken nede når den er montert på fundamentmalen på havbunnen. Arbeidsklokken 13 innbefatter fortrinnsvis kiler (ikke vist) som kan være av konvensjonell konstruksjon, og fundamentmalen 11 omfatter en sentralt beliggende dor 9 (se figur 3 og 4) som strekker seg stort sett vertikalt oppad. I denne utføringsform holdes arbeidsklokken 13 fast på fundamentmalen 11 på grunn av sin tyngde og ved hjelp av kilene festet til doren 9.

Som vist på figur 1 og 9 omfatter brønnproduksjonssystemet ifølge foreliggende oppfinnelse videre en brønnhode-koplings-innretning 15 for å forbinde brønnhodet 14 med ett av arbeidsklokkens gjennomføringsorganer 38 for opprettelse av fluidkommunikasjon mellom disse. Som her vist omfatter brønnhode-koplingsinnretningen 15 en fluidkoplingsenhet 49 og en konvensjo-nel hydraulisk kopling (ikke vist), som strekker seg stort sett vertikalt fra enhetens nedre ende for driftsmessig å forbinde den med brønnhodet 14. I en foretrukket utføringsform er den hydrauliske kopling ikke festet direkte til brønnhodet 14, men til en hovedventilenhet 50 som er festet til brønnhodet 14 for å skaffe mulighet til avstengning og beskyttelse av brønnen før brønnen forbindes med arbeidsklokkens grenrør 39. Hovedventilenheten 50, som kan være av konvensjonell konstruksjon, er montert på fundamentmalen 11 før arbeidsklokken 13 monteres. Hovedventilenheten 50 skal omtales nærmere nedenfor.

Fluidkoplingsenheten 49 omfatter fortrinnsvis også et Y-rør 51 som strekker seg fra en avleder 52 som skaffer fluidforbindelse mellom konvensjonelle toppventiler 53 og hydraulikkoplin-gen. Toppventilene 53 er fortrinnsvis anordnet av vedlikeholds-hensyn, vanligvis benevnt "overhaling". I den foretrukne utfø-ringsform vist i figur 9 har man vertikal adgang til toppventilene 53, såvel som til produksjons- og serviceledningene nede i borehullet, fra et fartøy på overflaten eller fra et neddykk-bart arbeidsfartøy, via konvensjonell koplingsdor 54 og rør 55. For å gi mulighet for nedpumping av verktøy må Y-røret 51 ha en krumningsradius på minst 5 fot (1,53 m) . Y-røret 51 er forbundet med det tilhørende gjennomføringsorgan 38 ved hjelp av en passende gjennomføringskopling 56, idet en leddmekanisme 57 er anordnet for å bevege gjennomføringskoplingen 56 i driftsmessig forbindelse med gjennomføringsorganet. For en nærmere beskri-velse av konstruksjonen og virkemåten til gjennomføringskoplin-gen 56 og gjennomføringsorganet 38 henvises til US patent nr. 4 191 256.

Etter at brønnhode-koplingsinnretningens 15 hydraulikkop-ling er tilkoplet brønnhodet 14, eller hovedventilenheten 50,

og gjennomføringskoplingen 56 er tilkoplet gjennomføringsorganet 38, kan brønnfluider som strømmer ut av brønnhodet 14 kommuni-seres gjennom arbeidsklokken 13 og inn i grenrørinnretningen 39, hvorved produksjonsmulighet opprettes. Brønnhode-koplingsinn-

retningen 15 vist i figur 9 muliggjør, sammen med de horison-tale gjennomføringsorganer 38, en vesentlig reduksjon av brønn-hode-koplingsinnretningens størrelse, sammenlignet med tidligere kjente konstruksjoner, samtidig som utvendige produksjons-rør fremdeles er avtakbare for vedlikehold.

Brønnhode-koplingsinnretningen 15 omfatter videre fortrinnsvis en føringsramme 60 for understøttelse og beskyttelse av fluidkommunikasjonsenheten 49, som er stivt festet til denne. Som vist i figur 2 kan brønnhode-koplingsinnretningen 15 monteres på fundamentmalen 11 ved at den nedsenkes på et stigerør 61,og kcples til øvre dor 54 ved hjelp av konvensjonelle nedførings-verktøy-koplingsinnretninger. Ved havdyp på 750 m kan imidler-tid konvensjonell styrelinemontering vise seg umulig. Følgelig tjener den spesialkonstruerte føringsramme 60, i en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen, ikke bare som et beskyttende gitter eller bur for koplingsinnretningen 15, men letter også montering av koplingsinnretningen 15 på fundamentmalen 11.

I utføringsformen vist i figur 2 og 9 er føringsrammen 60 konstruert som en åpen, kileformet bufferkonstruksjon tilpasset en brønn-nisje som avgrenses av tilstøtende vertikale føringer 19 på fundamentmalen 11 for å lette grovinnretting eller -inn-stilling og orientering av brønnhode-koplingsinnretningen 15 på fundamentmalen. Denne bufferkonstruksjon strekker seg fortrinnsvis i hele fluidkoplingsenhetens 49 høyde, og omfatter fortrinnsvis grove konstruksjonsrør.

I den foretrukne utføringsform vist i figur 9 omfatter føringsrammen 60 stort sett symmetriske topp- og bunn-bæreelementer 65, 66, idet fluidkoplingsinnretningen 49 er innrettet for innad, stort sett horisontal forbindelse med et passende gjennomføringsorgan på arbeidsklokken 13, og for nedad, stort sett vertikal forbindelse med et passende brønnhode 14, enten direkte eller via en hovedventilenhet 50. Topp- og bunn-bære-elementene 65, 66 er vertikalt forbundet ved stort sett vertikale konstruksjonselementer 67, 68, 69,_70, 71, 72, 73, 74, og har en innad-avsmalnende ytterdimensjon for å lette innretting av føringsrammen 60 i en tilsvarende avsmalnende brønn-nisje-seksjon. Selv om topp- og bunn-bæreelementenes 65, 66 trapes-form, vist i figur 9 er velegnet til å gi den ønskede innad-avsmalnende ytterdimensjon på føringsrammen 60, er det på ingen måte den eneste passende form. Det vesentlige er at førings-rammen 60 har motstående sidepartier som avsmalner på samme måte som de avsmalnende sider på brønn-nisjen i hvilken brønnhode-koplingsinnretningen 15 skal monteres (som avgrenset av tilstø-tende vertikale føringselementer 19), og som er anordnet i tilstrekkelig innbyrdes avstand og strekker seg i tilstrekkelig lengde og høyde til å sørge for innretting av føringsrammen 60

i brønn-nisjen når den beveges sideveis innad under montering på fundamentmalen 11. I tillegg må føringsrammens 60 avsmalnende sidepartier avsmalne til en smal endebredde som er tilstrekkelig smal til at føringsrammen kan komme helt inn i brønn-nisjen, og derved posisjonere brønnhode-koplingsinnretningen 15, og særlig gjennomføringskoplingen 56, tilstrekkelig nær arbeidsklokken 13, og særlig nær gjennomføringsorganet 38, til å muliggjøre deres driftsmessige sammenkopling. Den smale endebredde som avgrenses av bufferelementene 75, 76, 77 må således være tilstrekkelig liten til at den kan opptas nær arbeidsklok-

ken 13, idet føringsrammen 60 beveges mot fundamentmalens 11 sentrum under montering.

Generelt kan brønnkoplingsinnretningens 15 ønskede orientering i brønnen oppnås ved å gjøre bredden av det .radielt ytterstliggende parti av føringsrammen 60, i forhoid.tii fundamentmalens 11 sentrum, tilstrekkelig stor til å hindre feil-orientering av føringsrammen 60. I den i fig. 9 viste utfø-ringsform er denne bredde avgrenset av bufferelementer 78, 79.

I en slik alternativ konstruksjon blir radiell posisjonering

av brønnhode-koplingsinnretningen 15 fortrinnsvis lettet ved å gjøre breddedimensjonen på det radielt innerstliggende parti av føringsrammen 60 (avgrenset av bufferelementer 75, 76, 77

i figur 9) tilstrekkelig liten til at den ikke kommer i kon-

flikt med de vertikale føringer 19, slik at de kan opptas nær arbeidsklokken 13 og ved riktig radiell posisjonering av fluidkoplingsenheten 50 på føringsrammen 60, i forhold til endebufferelementene 75, 76, 77.

Føringslinefri montering av brønnhode-koplingsinnretningen

15 oppnås ved først å senke koplingen til en dybde som mulig-

gjør kontakt mellom føringsrammen 60 og den øvre føringskon-struksjon på fundamentmalen 11. Av sikkerhetsgrunner blir brønnhode-koplingsinnretningen 15 fortrinnsvis ikke senket di-

rekte over fundamentmalen. Dette minsker faremomentet dersom senke-stigerøret skulle svikte eller et uhell oppstå, med den følge at utstyret slippes. Når brønnhode-koplingsinnretningen 15 har nådd den riktige dybde i nærheten av fundamentmalen 11, føres den sideveis i retning av fundamentmalens 11 sentrum. Dens bevegelse kan overvåkes ved hjelp av fjernsynskameraer, sonar, undervannsfarkoster etc. Føringsrammen 60 vil kontakte én eller flere vertikale føringselementer 19 på fundamentmalen 11, og vil bli styrt inn i brønnisjen mellom tilstøtende vertikale føringselementer 19, slik at korrekt orientering av brønnhode-koplingsinnretningen 15 sikres.

I den foretrukne utføringsform vist på figur 1 er de vertikale føringselementer 19 på fundamentmalen 11 anordnet med lik innbyrdes avstand rundt malen slik at denne deles opp i like store, innad avsmalnende brønnisjer, hvorav alle unntatt én er innrettet til å oppta motsvarende avsmalnende brønnhode-koplingsinnretninger 15. Hvert av gjennomføringsorganene 38

er beliggende på arbeidsklokken 13 slik at de kan rettes inn på linje med en brønnhode-koplingsinnretning 15, idet den hori-sontale avstand mellom alle unntatt to av gjennomføringsorga-nene er den samme. Et slikt arrangement, sammen med arrangementet av brønnhodene 14 med lik radiell avstand, muliggjør bruk av like store, og likedannede brønnkoplingsinnretninger 15 og gir bedre utnyttelse av plassen i arbeidsklokkens 13 service-seksjon 36, med sikte på arrangementet av de nødvendige produksjons-, teste- og serviceintervaller.

Under henvisning til figur 2, 9 og 10 oppnås endelig innretting og driftsmessig tilkopling av brønnhode-koplingsinnretningen 15 på brønnhodet_14, eller fortrinnsvis på hovedventilenheten 50 som er forbundet med brønnhodet 14, fortrinnsvis ved bruk av konvensjonelle traktinnrettingsteknikker. En slik teknikk anvender en nedadvendt trakt 80 (figur 9) med stor diameter som er forbundet med undersiden av fluidkoplingsenheten 49 og/eller føringsrammen 60. Når brønnhode-koplingsinnretningen 15 nedsenkes føres trakten 80 over en tilpasset sentreringsinnretning, f.eks. en ring 81 (figur 2), og brønnhode-koplingsinnretningen dreies til sin endelige, innrettede eller sentrerte stilling. Trakten 80 trekkes deretter opp, hvorved brønnkoplingsinnretningen 15 kan danne driftsmessig inngrep med doren til brønnhodet 14 (eller hovedventilenheten 50) for derved å opprette fluidkommunikasjon.

En slik styretraktteknikk kan også brukes til å forbinde brønnhode-koplingsinnretningen 15 med bore-stigerøret 61, idet trakten 62 (figur 2) festes til stigerøret, eller nedførings-verktøy, og styres over landeringen 62 på brønnhode-koplings-innretingen.

Hovedventilenheten 50, som vist i figur 1, 2, 10 og 11,

er generelt av konvensjonell konstruksjon for å gi mulighet for avstengning av brønnen etter at boringen er avsluttet og beskyttelse før brønnen tilkoples arbeidsklokke-grenrøret 39. Den installeres etter at brønnen er boret og komplettert, men før arbeidsklokken 13 monteres på fundamentmalen 11. Hovedventilenheten 50 omfatter typisk en nedre kopling 82 som skal festes til brønnhodet, en hovedventil 83 i hver streng, og en toppdor 84. En styretraktteknikk, som ovenfor beskrevet i forbindelse med brønnhode-koplingsinnretningen 15, anvendes fortrinnsvis for å styre hovedventilenheten 50 over på brønnhodet 14, dersom styrelinefri montering anvendes. Videre lettes fortrinnsvis styrelinefri montering av hovedventilenheten 50 på fundamentmalen 11 ved å anvende en kileformet, beskyttende bufferkonstruksjon, eller føringsramme 90 i hovedventilenheten. Bortsett fra selvsagte endringer som følge av forskjeller i stør-relse, vil konstruksjonen og virkemåten til føringsrammen 90 være stort sett indentisk med den ovenfor beskrevne førings-ramme 60 i forbindelse med montering av brønnhode-koplingsinnretningen 15, idet de vertikale føringer 19 virker til å lede føringsrammen 90 i stilling idet den beveges sideveis under dens montering på fundamentmalen 11.

Til hjelp ved styrelinefri montering av hovedventilenheten 50, samt for å gi øket beskyttelse av konstruksjonen, omfatter fundamentmalen 11, som vist i figur 1, fortrinnsvis også buffere 95 som strekker seg langs malens ytre omkrets. Buffernes 95 vertikale høyde bør være tilnærmet lik høyden av hovedventilenheten 50. Montering av hovedventileneheten 50 krever at enheten først nedsenkes til en dybde som ikke er større enn toppen av bufferne 19, hvoretter den beveges sideveis i posisjon over brønnhodet 14, og tilslutt nedsenkes den gjenværende strek-ning for opprettelse av kontakt med brønnhodet 14. Hovedventilenheten 50 blir så driftsmessig tilkoplet brønnhodet 14 via dens nedre kopling 82.

Figur 12 viser en utføringsform av oppfinnelsen der en konvensjonell styrelineteknikk anvendes for montering av brønnhode-koplingsinnretningen 15. Ved denne teknikk er styreliner 100 festet til en føringsramme 101 som er festet i en brønnisje på fundamentmalen 11, strukket gjennom vertikale rør som danner hjørnestolpene i brønnhode-koplingsrammen 60, og deretter utsatt for høyt strekk. Brønnhode-koplingsinnretningen 15 blir så nedsenket langs styrelinene 100 ved hjelp av stigerør 61. Ved et slikt system er konstruksjonen av fundamentmalen 11 i hovedsaken som ovenfor beskrevet for styrelinefri montering (bortsett fra anvendelsen av føringsrammen 101), og fremgangsmåten for montering av undervanns-arbeidsklokken 13 på fundamentmalen er stort sett uendret i forhold til den tidligere beskrevne.

Illustrerende eksempler på parametre for forskjellige systemkomponenter ved foreliggende oppfinnelse er omtalt nedenfor.

Den øvre føringskonstruksjon på fundamentmalen 11 har fortrinnsvis en størrelse og konstruksjon slik at ved nedsenkning kan arbeidsklokken 11 være 1,8 m i avstand fra sentrum i hvilken som helst sideretning, og den vil likevel ledes mot målet ved hjelp av den øvre f øringskonstruks joneller opptil 15° rotasjonsmessig for skjøvet>og blir likevel riktig orientert ved. hjelp av den'øvre føringskonstruksjon. Jo mer horisontalt forskjøvet arbeidsklokken 13; er dess mindre rotasjonsmessig forskyvning eller orientering kan selvsagt tolereres. Såsnart arbeidsklokken 13 er innenfor det parti av fundamentmalen 11 som dannes av de vertikale ben 21, vil ytterligere flenser eller knekter 22 fortrinnsvis rette inn arbeidsklokken innenfor 7,6 cm av den ønskede innretting. Når arbeidsklokken 13 er helt nedsenket på fundamentmalen 11, vil fortrinnsvis bare en klaring på 15,2 cm foreligge mellom rørledningsbommen 25 og innrettingsbufferne 27 ved bommens frie ende. Dette er tilstrekkelig til å orientere arbeidsklokken 13 innenfor pluss/ minus en halv grad dreining.

Fundamentmalens 11 nedre bæresystem er fortrinnsvis nivel-lert til pluss/minus en halv grad avvik fra horisontalplanet.

Med en vinkelavstand på 22J° for sikringsventil-omhyllin-ger rundt en sirkulær fundamentmal 11 under boring av brønnene, og idet det antas at omhyllingene er 3,7 m x 4,6 m, trenger ikke omhyllingene å overlappe hverandre, hvilket foretrekkes. Med en slik BOP-omhy11ingsavstand er en fundamentmaldiamter på 18 m fortrinnsvis en minimumdiameter for malen.

I den foreliggende oppfinnelse er brønnene, for havdyp større enn 300 m, fordelt rundt fundamentmalen 11 med samme radius fra malens sentrum.

Ved en praktisk utførelse av brønnproduksjonssystemet konstruert for drift på havdyp på 750 m, er fundamentmalen 11 sirkulær i form og har en diameter på 19,5 m og en total høyde (fra bunnen av nedre bærekonstruksjon til toppen av øvre fø-ringskonstruksjon) på 13,7 m. En slik mal, konstruert for opptil 8 brønner, har en vekt på ca. 2 x 10^ kg og en radiell brønnavstand på 6,7 m. Avstanden mellom brønnene er 4,6 m. Den øvre føringskonstruksjon er 9,8 m høy, mens den nedre bærekonstruksjon har en høyde på 3,96 m. Konstruksjonselementene som danner fundamentmalens 11 øvre føringskonstruksjon omfatter konstruksjonsrør med diameter 50,8 cm og veggtykkelse 0,75 cm, mens de som danner fundamentmalens nedre bærekonstruksjon har 76,2 cm ytterdiameter og 0,50 cm rørveggtykkelse. Brønnhodene i et slikt system er typisk 42,5 cm og nivelleringspelføringene anvender tre peler med ytterdiameter 106,7 cm. Undervanns-arbeidsklokken 13 har en total høyde på 17,45 m og en total ytterdiameter på 7,4 m, idet ytterdiameteren på styreseksjonens 32 sylindriske seksjon 30 er 3,7 m. Halvkuleseksjonens 31 utvendige radius er 182 cm og halvkuleseksjonenes 34, 35 utvendige radius er 370 cm. Vekten av arbeidsklokken 13 er 203 000 kg (ekslusiv vekten av skjørtet 37, bommen 25 og de innvendige rør og utstyr), og den totale utstyrsvekt er 457 000 kg. Tilstrekkelig ballast tilføres i kamrene (ikke vist) i skjørtet 37 for å gi den neddykkede arbeidsklokke en total tyngde på ca. 45 000 kg.

Claims (7)

1. Undervanns brønnproduksjonssystem for et antall brønner, omfattende en fluidtett arbeidsklokke (13) som inneholder et grenrørsystem (39), hvilken arbeidsklokke har et stort sett sylindrisk parti og gjennomføringsorganer (38) som strekker seg sideveis gjennom veggen i det sylindriske parti for opprettelse av løsbar fluidforbindelse til grenrørsystemet, en fundamentmal (11) som har en nedre bærekonstruksjon for understøttelse av arbeidsklokken (13) og organer for befestigelse av fundamentmalen til havbunnen, slik at den nedre bærekonstruksjon strekker seg stort sett horisontalt, idet fundamentmalens nedre bærrekonstruk-sjon omfatter et antall brønnlederør (16) som strekker seg stort sett vertikalt ved bruk og som er anordnet med innbyrdes avstand rundt malen med samme radielle avstand fra malens sentrum,.for innretting av de enkelte brønner under boring, idet den øvre seksjon av hvert lederør ender i et brønnhode (14), en brønnhode-koplingsinnretning (15) for løsbar tilkopling av et brønhode til ett av sidegjennomføringsorganene for opprettelse av fluidkommunikasjon mellom disse, karakterisert ved at fundamentmalen videre har en øvre føringskonstruksjon omfattende et antall førings-elementer (19) som strekker seg stort sett vinkelrett på den nedre bærekonstruksjon og er montert med innbyrdes avstand i radiell rekke, idet føringselementene strekker seg innad mot fundamentmalens (11) sentrum og danner en åpning ved fundamentmalens sentrale parti for å oppta arbeidsklokken (13), idet et parti (20) av hvert føringselements (21) øvre omkretsflate skråner nedad mot åpningen for styring av arbeidsklokken (13) inn i åpningen under montering av arbeidsklokken (13) ved nedsenking av klokken på fundamentmalen (11), og at de vertikale føringselementer (19) er slik beliggende at naboelementer avgrenser en radielt innad avsmalnende brønn-nisje for hvert brønnhode, idet arbeidsklokken (13) i montert stilling har hvert av sine gjennomføringsorganer (38) beliggende radielt innenfor en brønn-nisje.

2. Brønnproduksjonssystem ifølge krav 1, karakterisert ved. at arbeidsklokken (13) omfatter en sentreringsinnretning (25) som strekker seg sideveis fra arbeidsklokkens omkrets og at fundamentmalens øvre føringskonstruksjon videre omfatter blokkeringsorganer (24) som er stivt montert mellom alle, unntatt ett, par tilstøtende føringselementer (19), hvorved sentreringsinnretningen (25) bare kan opptas mellom nevnte ene par tilstøtende førings-elementer (19) idet arbeidsklokken (13) nedsenkes under montering av klokken på fundamentmalen, hvorved klokken orienteres.

3. Brønnproduksjonssystem ifølge krav 2, karakterisert ved at klokkesentreringsinnret-ningens frie ende er mindre enn dens motsatte ende, og at fundamentmalen (11) videre omfatter et par stort sett vertikalt forløpende buffere (27) anordnet i avstand langs fundamentmalens omkrets i en avstand som tillater trang pasning av den frie ende mellom disse, idet de vertikalt forløpende buffere har motvendte partier som skråner nedad for styring av sentreringsinnretningen idet arbeidsklokken (13) nedsenkes under montering på fundamentmalen.

4. Brønnproduksjonssystem ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at brønnhode-koplingsinnretningen (15) omfatter en fluidkoplingsenhet beregnet til å monteres i en brønnisje og en stiv, åpen føringsramme (60) som omgir og er stivt festet til fluidkoplingsenheten, hvilken ramme har motstående sidepartier (67 - 74) som avsmalner lik de radielt innrettede sider av brønnisjen i hvilken brønnhode-koplingsinnretningen (15) skal monteres, idet de avsmalnende sidepartier er anordnet i tilstrekkelig innbyrdes avstand og strekker seg i tilstrekkelig lengde og høyde til å gi innretting av rammen i brønnisjen når den beveges sideveis under montering av brønnhode-koplingsinnretningen (15) på fundamentmalen (11), hvorved en ønsket orientering av fluidkoplingsenheten kan oppnås.

5. Brønnproduksjonssystem ifølge krav 4, karakterisert ved at føringsrammen (60) omfatter stort sett symmetriske øvre og nedre bæreelementer (65, 66) og åpne vertikale konstruksjonselementer (67 - 74) som er koplet mellom de øvre og nedre bæreelementer, idet fluidkoplingsenheten er innrettet for innad horisontal tilkopling til et passende side-gjennomføringsorgan (38) og nedad vertikal tilkopling til et passende brønnhode.

6. Brønnproduksjonssystem ifølge et av kravene 1- 5, karakterisert ved at det videre omfatter minst én hovedventilenhet (50) for å danne fluidkommunikasjon mellom et brønnhode (14) og den tilhørende brønnhode-koplings-innretning (15), hvilken hovedventilenhet (50) omfatter en stiv føringsramme (90) med motstående sidepartier som avsmalner lik de radielt innrettede sider av brønnisjen i hvilken enheten skal monteres, idet de avsmalnende sidepartier har tilstrekkelig innbyrdes avstand og strekker seg i tilstrekkelig lengde og høyde til å gi innretting av føringsrammen i brønnisjen når den føres sideveis under montering på fundamentmalen, hvorved en ønsket orientering av enheten (50) kan oppnås.

7. Brønnproduksjonssystem ifølge krav 6, karakterisert ved at fundamentmalens øvre konstruksjon videre omfatter stort sett vertikale buffere (95) som strekker seg langs malens ytre omkrets for radiell styring og posisjonering av hovedventilenheten (50) når den nedsenkes under montering på fundamentmalen, idet de vertikale buffere gir konstruksjonsmessig beskyttelse og innretting av enheten.