NO20111721A1

NO20111721A1 - System og fremgangsmate for katodisk beskyttelse av undersjoisk bronnutstyrsenhet

Info

Publication number: NO20111721A1
Application number: NO20111721A
Authority: NO
Inventors: Richard Knox
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-06-22
Also published as: CN102586785A; BRPI1105388B1; GB2488392A; MY152975A; US8607878B2; AU2011265325A1; NO345084B1; SG182086A1; US20120152559A1; GB201121490D0; CN102586785B; GB2488392B; BRPI1105388A2

Abstract

Det er beskrevet en undersjøisk brønnanordning (10) som i et utførelseseksempel har en navlestreng (16) forbundet med en strømkilde. Strømkilden kan befinne seg på en plattform (14). Det er også satt inn en konnektor for å koble navlestrengen til en stikkontakt anordnet på den undersjøiske brønnanordning, og en undersjøisk styringsmodul (24) som leverer effekt og styresignaler til den undersjøiske brønnanordning. En modul (26) for beskyttelse med påtrykt strøm er integrert med den undersjøiske styringsmodul som mottar effekt fra navlestrengen.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

[0001]Denne oppfinnelse gjelder generelt undersjøisk olje- og gassproduksjon, og særlig utstyr og fremgangsmåter for beskyttelse av en undersjøisk brønnanordning mot korrosive virkninger av saltvann, ved bruk av elektrisk ladning.

2. Kjent teknikk

[0002]Komponenter i et undersjøisk brønnproduksjonssystem, innbefattet det tilknyttede produksjonsbrønnhode, ventiltre og manifold, er generelt bygget av stål, hvilket krever beskyttelse for å hindre korrosjon i sjøvann. Katodisk beskyttelse med offeranoder blir ofte brukt for å beskytte stålkomponenter. For å gjennomføre katodisk beskyttelse blir offeranoder av enten aluminium eller sink festet til brønn-komponenter, og anodene korroderer for å frembringe en elektrisk strøm som beskytter stålet mot korrosjon.

[0003] Korrosjon i sjøvann er en elektrokjemisk prosess. Under den kjemiske reaksjon mellom metallene og omgivelsene hvor det dannes korrosjonsprodukter (slik som rust på stål), gir metalliske atomer opp et eller flere elektroner og blir positivt ladede ioner, mens oksygen og vann forenes for å danne negativt ladede ioner. Reaksjonene skjer ved hastigheter som fører til at det ikke bygges opp ladning. Alle elektroner oppgitt av metallatomene forbrukes av den andre reak-sjonen. Katodisk beskyttelse er en prosess som hindrer korrosjonsreaksjonen ved å danne et elektrisk felt, slik at strøm flyter inn i metallet. Dette hindrer dannelse av metallioner ved at det settes opp en potensialgradient ved overflaten, hvilket motvirker den elektriske strøm som frembringes av strømmen av elektrisk ladede ioner bort fra metalloverflaten som resultat av korrosjonen. Det elektriske felt må være av en styrke som motvirker feltet som frembringes av korrosjonsreaksjonen, for å sørge for at det ikke dannes metallioner. En kilde for det elektriske felt som motvirker korrosjonsreaksjonen kan være en strøm tilført fra den foretrukne korrosjon av en metallanode med forskjellige elektrokjemiske egenskaper i omgivelsene, og som har en sterkere anodisk reaksjon med omgivelsene enn hva offshore-strukturen har. Strømmen flyter således til strukturen fra anoden, som selv tiltagende korroderer fremfor strukturen. Denne teknikk er kjent som katodisk beskyttelse med offeranoder.

[0004]Selv om katodisk beskyttelse med offeranoder fungerer godt for å hindre korrosjon i et brønnproduksjonssystem, er det noen problemer med et passivt system. Anodene som brukes i systemet må være passende plassert og fordelt over hele brønnproduksjonssystemet, dvs. på forskjellige komponenter av ventiltreet, for å sørge for at det induseres et passende elektrisk felt av den elektrokjemiske reaksjon. Tilføyelsen av disse anoder bidrar sterkt til vekten av ventiltre-strukturen. Videre er anodene generelt ikke funksjonsdyktige over brønnens levetid, som kan være i produksjon i 50 år eller mer. Tilslutt kan strømmer påvirke offersystemets virkning. Tilstanden til anodene må følgelig overvåkes, og anoder som svikter, må periodisk erstattes, hvilket kan være vanskelig, avhengig av anodenes plassering.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0005]Det beskrives her en undersjøisk brønnanordning, hvor den undersjøiske

brønnanordning i et utførelseseksempel har en navlestreng festet til en strømkilde. Strømkilden kan befinne seg på en plattform. Det er også satt inn en konnektor for å koble navlestrengen til en stikkontakt montert på den undersjøiske brønnanord-ning og en undersjøisk styringsmodul som leverer effekt og styresignaler til den undersjøiske brønnanordning. En modul for beskyttelse med påtrykt strøm er integrert i den undersjøiske styringsmodul som mottar effekt fra navlestrengen. I en annen utførelse inneholder den undersjøiske styringsmodul også en strømfor-syningsenhet, i hvilken det er anordnet en induktor, idet strømforsyningsenheten mottar et vekselstrømssignal fra navlestrengen og leverer effekt til komponenter i den undersjøiske styringsmodul. I den undersjøiske styringsmodul er det også i en alternativ utførelse, inkludert en undersjøisk elektronikkmodul som får tilført effekt fra strømforsyningsenheten. Den undersjøiske elektronikkmodul overvåker forskjellige målinger i brønnhodeanordningen, innbefattet temperatur og trykk i forskjellige hydraulikkledninger, og aktiverer manøverventiler for å styre strømmen av hydraulikkfluid gjennom ledningene og ventilene i brønnanordningen og levere effekt til modulen for beskyttelse med påtrykt strøm. Som nok en valgmulighet omfatter den undersjøiske styringsmodul videre et fluidreservoar forbundet med

manøverventilene og en pumpe. I et utførelseseksempel tilfører fluidreservoaret hydraulikkfluid til brønnhodeanordningen, og har utløpsledninger og returledninger. Anoden kan være fremstilt av sink. Alternativt kan det videre være anordnet flere anoder fordelt langs havbunnen. I en valgfri utførelse har modulen for beskyttelse med påtrykt strøm også en plussklemme forbundet med anoden og en minusklemme som er forbundet med brønnhodeanordningen. Valgfritt kan minusklemmen være forbundet med huset til den undersjøiske styringsmodul. I enda en annen alternativ utførelse inneholder modulen for beskyttelse med påtrykt strøm en transformator for å justere effekten som leveres til anoden, og en AC-til-DC-omformer for å omforme en vekselspenning fra transformatoren til en likespenning for levering til anodene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0006]For at trekkene og fordelene ved oppfinnelsen, så vel som andre som vil bli åpenbare, skal kunne forstås på en mer detaljert måte, kan en nærmere beskrivelse av oppfinnelsen, som er kort sammenfattet ovenfor, fås ved å henvise til utførelsesformer av denne, idet slike er illustrert på de vedføyde tegninger, som utgjør en del av denne spesifikasjon. Det skal imidlertid bemerkes at tegningene kun illustrerer forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen, og de skal derfor ikke anses som begrensende for oppfinnelsens omgang, ettersom den også kan omfatte andre effektive utførelser.

[0007]Figur 1 er et skjematisk blokkdiagram over et undersjøisk brønnproduk-sjonssystem som anvender et påtrykt strøm-beskyttelsessystem i henhold til en utførelse av oppfinnelsen.

[0008]Figur 2 er et blokkdiagram over en undersjøisk styringsmodul, idet den undersjøiske styringsmodul har et påtrykt strøm-beskyttelsessystem i henhold til en utførelse av oppfinnelsen.

[0009]Figur 3 er et blokkdiagram over et påtrykt strøm-beskyttelsessystem i henhold til en utførelse av oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0010]Foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives mer fullstendig nedenfor med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor utførelser av oppfinnelsen er vist. Denne oppfinnelse kan imidlertid gis konkret form i mange forskjellige former og skal ikke fortolkes som begrenset til de illustrerte utførelser som her er angitt. Snarere er disse utførelser fremskaffet slik at denne beskrivelse skal bli grundig og fullstendig, og fullt ut formidle oppfinnelsens omfang til fagfolk på området. Like tall henviser gjennomgående til like elementer.

[0011]Det skal nå beskrives en brønnutstyrsenhet med henvisning til fig. 1. Som det kan sees, er den undersjøiske brønnutstyrsenhet 10 posisjonert på havbunnen 12, hvor den er forbundet med en plattform 14 og en kommandostasjon (ikke vist) gjennom en navlestreng 16. Brønnutstyrsenheten 10 kan omfatte et ventiltre 18, en brønnhodeanordning 20, en produksjonsrørledning 22, en undersjøisk styringsmodul 24, og en modul 26 for beskyttelse med påtrykt strøm og en påtrykt strøm-anode 28 i henhold til en utførelse av oppfinnelsen. Som fagfolk på området vil forstå kan brønnutstyrsenheten 10 omfatte et ventiltre 18, en brønnhodeanord-ning 20, en produksjonsrørledning 22, en undersjøisk styringsmodul 24 som er konfigurert på en konvensjonell måte. For eksempel kan brønnhodeanordnin-gen 20 omfatte et brønnhodehus, en produksjonsrørhengerspole, osv., som bærer produksjonsrør i seg.

[0012]Plattformen 14 kan være av et mangfold av typer og vil ha et boretårn og en borevinsj for boring og kompletteringsoperasjoner. Den kan også ha en lokal styringsstasjon lokalisert på seg for overvåking av tilstanden til den undersjøiske brønnutstyrsenhet og styring av den undersjøiske styringsmodul 24. En navle-strengledning 16 strekker seg ved siden av, men ikke inne i, den undersjøiske brønnutstyrsenhet 10 for tilførsel av elektrisk og hydraulisk effekt. Navlestreng-ledningen 16 har en mengde ledende ledninger inne i en mantel for forbindelse med huset, for å styre de forskjellige funksjoner i den undersjøiske brønnutstyrs-enhet 10, og som kobles til denne ved hjelp av en fjernstyrt farkost (ROV). For eksempel kan en frem- og tilbakegående konnektor (ikke vist) plugges inn i et inngrepsorgan i den undersjøiske brønnutstyrsenhet 10. Den undersjøiske brønn-utstyrsenhet 10 har følgelig en stikkontakt (ikke vist) plassert på sin sidevegg, som fører til forskjellige elektriske komponenter i den undersjøiske styringsmodul 24 plassert på produksjonsventiltreet 18.1 noen konfigurasjoner kan den frem- og tilbakegående konnektor også ha en innstikksanordning som strekker seg ut for tettende å gå i inngrep med stikkontakten på den undersjøiske anordning. Som fagfolk på området vil forstå, er en slik forbindelsesmekanisme kjent på dette område, selv om den ikke er spesifikt beskrevet her.

[0013]En undersjøisk styringsmodul 24 er anordnet på produksjonsventiltreet. Den undersjøiske styringsmodul 24 vises i fig. 2 og 3, og omfatter elektriske og hydrauliske styringsinnretninger som fortrinnsvis omfatter en hydraulisk akku-mulator 108 som avgir trykksatt hydraulikkfluid ved mottak av et signal gjennom navlestrengen 16. Den undersjøiske styringsmoduls funksjon omfatter den kon-vensjonelle drift av produksjonsventiltre-aktuatorer med avbruddssikker retur og styring av nedihullsventiler, slik som sikkerhetsventiler, strupeventiler for strøm-ningsregulering, avstengingsventiler, manifold-avlederventiler, kjemikalieinjek-sjonsventiler, osv, overvåking av nedihulls trykk, temperatur og strømnings-mengder, på manifolden og inne i produksjonsventiltreet, og styring av hydraulikk-fluidet lagret i fluidreservoaret 108. Navlestrengen 16 strekker seg opp til en styringsstasjon (ikke vist) montert på plattformen 14.

[0014]Som vist i fig. 2 omfatter den undersjøiske styringsmodul (Subsea Control Module, SCM) 24 modulen 26 for beskyttelse med påtrykt strøm, den undersjøiske elektronikkmodul (Subsea Electronic Module, SEM) 106, fluidreservoaret 108, pumpen 110, manøverventilmodulen (Directional Control Valve Module, DCV) 111 og anoden 28. Som vist i fig. 3 omfatter modulen 26 for beskyttelse med påtrykt strøm 26 en strømforsyning 302 som kan være f.eks. en transformator, en AC/DC-omformer, eksempelvis en likeretter og plussklemmer og minusklemmer. Transformatoren mottar effekt f.eks. fra navlestrengen gjennom den undersjøiske elektronikkmodul, og transformatoren brukes til å transformere spenningen opp eller ned. Alternativt kan modulen 26 for beskyttelse med påtrykt strøm motta effekt fra en strømforsyningsenhet (ikke vist) integrert med den undersjøiske styringsmodul 24, for å tilføre effekt til de forskjellige komponenter. Som fagfolk på området vil forstå kan transformatorer brukes til å slippe en vekselspenning gjennom fra en krets til en annen, for dermed å virke som en strømkilde for den annen krets. I dette tilfelle slipper transformatoren gjennom en spenning som er passende til å skape et egnet elektrisk felt inne i anodene.

[0015]Transformatoren lar en vekselspenning slippe igjennom til en AC-til-DC-omformer 304, slik som en likeretter, for å forsyne klemmene 306 med en likespenning. Klemmene 306 består av en plussklemme (forbundet med anoden) og en minusklemme (som er jordet, f.eks. på huset til den undersjøiske styringsmodul, brønnhodet, ventiltreet og manifolden, osv.). Plussklemmen er forbundet med anoden 28 som f.eks. kan være fremstilt av sink, magnesium, osv., og som sammen med den negative anode fullfører kretsen for påtrykt strøm. Som sådan kan beskyttelsessystemet med påtrykt strøm ifølge foreliggende oppfinnelse brukes sammen med flere brønnstrukturer og brønner.

[0016] Det henvises igjen til fig. 2, hvor den undersjøiske elektronikkmodul (Subsea Electronic Module, SEM) 106 mottar et signal f.eks. fra en strømforsyn-ingsenhet (ikke vist) for å tilføre effekt til funksjonene i denne, og kan videre omforme signalet til et digitalt signal til bruk for noen av de elektroniske komponenter i SEM-en 106, f.eks. mikrokontrollere og andre digitale innretninger. På denne måte sender navlestrengen både effekt og styresignaler fra styrings-stasjonen til den undersjøiske brønnanordning. SEM 106 overvåker og styrer det undersjøiske utstyr, inkludert alle følere, ventiler og eksterne pumper og DCV-moduler, noe som er konvensjonelt kjent på området. Som det kan sees opererer DCV-ene 111 under styring fra SEM-en 106 for å avgi ut hydraulikkfluid lagret i fluidreservoaret 8 inn i den undersjøiske brønnanordning ved hjelp av pumpen 110 for å aktivere strømning.

[0017]Et eksempel på virkemåten for utførelsen i fig. 1 skal nå beskrives. En ROV (ikke vist) forbinder navlestrengen til den frem- og tilbakegående konnektor (ikke vist). Dette får konnektoren til å føres frem til tettende inngrep med stikkontakten på den undersjøiske brønnanordning. Operatøren sørger deretter for effekt til navlestrengen, og for å avgi vekselstrømseffekt og styresignaler til SCM-en 24, som i sin tur tilfører effekt til modulen for beskyttelse med påtrykt strøm. Så snart effekt er skrudd på til modulen for beskyttelse med påtrykt strøm, brukes strøm-men fra anoden 28 til den jordede "katode" eller brønnhodeanordningen, til å beskytte brønnhodeanordningen mot korrosjon.

[0018]På tegningene og med beskrivelsen av disse er det blitt vist en typisk fore-trukket utførelse av oppfinnelsen, og selv om spesifikke uttrykk er blitt anvendt, brukes uttrykkene kun i en beskrivende betydning og ikke med henblikk på be-grensning. Oppfinnelsen er således blitt beskrevet i betydelig detalj med spesifikk referanse til disse illustrerte utførelser. Det vil imidlertid være åpenbart at forskjellige modifikasjoner og forandringer kan foretas innenfor oppfinnelsens idé og omfang, slik som angitt i den foregående beskrivelse.

Claims

1. Undersjøisk brønnanordning som omfatter: en navlestreng forbundet med en strømkilde på en plattform, en konnektor for å koble navlestrengen til en stikkontakt på den under-sjøiske brønnanordning, en undersjøisk styringsmodul for å levere effekt og styringssignaler til den undersjøiske brønnanordning, og en modul for beskyttelse med påtrykt strøm integrert med den undersjøiske styringsmodul, idet modulen for beskyttelse med påtrykt strøm mottar effekt fra navlestrengen.

2. Brønnhodeanordning som angitt i krav 1, og hvor den undersjøiske styringsmodul videre omfatter: en strømforsyningsenhet som det er anordnet en induktor i, idet strøm-forsyningsenheten er tilpasset for å motta et vekselstrømssignal fra navlestrengen og tilpasset til å levere effekt til komponenter i den undersjøiske styringsmodul, en undersjøisk elektronikkmodul som får effekt tilført fra strømforsynings-enheten, idet den undersjøiske elektronikkmodul overvåker forskjellige målinger i brønnhodeanordningen, innbefattet temperatur og trykk i forskjellige hydraulikkledninger, og er innrettet for å aktivere manøverventiler for å styre en strøm av hydraulikkfluid gjennom ledningene og ventilene i brønnanordningen, og levere effekt til modulen for beskyttelse med påtrykt strøm.

3. Brønnhodeanordning som angitt i krav 2, hvor den undersjøiske styringsmodul videre omfatter: et fluidreservoar som er forbundet med manøverventilene og en pumpe, idet fluidreservoaret tilfører hydraulikkfluid til brønnhodeanordningen, og fluidreservoaret har utløpsledninger og returledninger.

4. Brønnhodeanordning som angitt i krav 3, hvor anoden er fremstilt fra sink.

5. Brønnhodeanordning som angitt i krav 4, hvor anoden omfatter flere anoder fordelt på en havbunn.

6. Brønnhodeanordning som angitt i krav 1, hvor modulen for beskyttelse med påtrykt strøm videre omfatter: pluss- og minusklemmer, idet plussklemmen er forbundet med anoden og minusklemmen er forbundet med brønnhodeanordningen.

7. Brønnhodeanordning som angitt i krav 6, hvor minusklemmen er forbundet med huset til den undersjøiske styringsmodul.

8. Brønnhodeanordning som angitt i krav 6, hvor modulen for beskyttelse med påtrykt strøm videre omfatter: en transformator for å justere effekten levert til anoden, og en AC-til-DC-omformer for å omforme en vekselspenning fra transformatoren til en likespenning for levering til anodene.