NO20200071A1

NO20200071A1 - Vedlikeholdsstyringssystem for undersjøisk ventiltre

Info

Publication number: NO20200071A1
Application number: NO20200071A
Authority: NO
Inventors: Robert K Voss
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2012-07-02
Also published as: AU2011265329A1; GB2486970B; NO347114B1; NO20111724A1; CN102561997A; BRPI1105333A8; AU2011265329B2; BRPI1105333A2; SG182105A1; BRPI1105333B1; US8746346B2; GB2486970A; US20120168169A1; MY156046A; GB201121857D0; BRPI1105333B8; NO344934B1

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt undersjøiske ventiltrær, og spesielt forenkling av service på den elektriske og hydrauliske styring av undersjøiske ventiltrær via en fjernstyrt undervannsfarkost (ROV) under brønnoverhalingsoperasjoner.

Teknisk bakgrunn

[0001] Et undersjøisk ventiltre er en anordning som primært blir brukt til å regulere strømningen av produksjonsfluid fra en undersjøisk brønn. Et undersjøisk ventiltre kan i tillegg brukes til å dirigere fluid inn i en undersjøisk brønn, slik som ved injeksjon av kjemikalier.

[0002] Et undersjøisk ventiltre vil typisk benytte flere ventiler for å styre strømningen av fluider gjennom det undersjøiske ventiltre. Betjeningen av de undersjøiske ventiler kan styres ved hjelp av en undersjøisk styringsmodul (Subsea Control Module, SCM). Styringsmodulen kan omfatte flere elektromagnetstyrte reguleringsventiler for å dirigere strømningen av hydraulisk fluid til ventilene i det undersjøiske ventiltre. Reguleringsventilene i en SCM styrer ventilenes forskjellige operasjoner i det undersjøiske ventiltre. Reguleringsventilene blir forsynt med hydraulisk fluid og kan styres av elektriske signaler fra f.eks. en navlestreng, som kan strekke seg fra et ventiltre for produksjon eller en plattform.

[0003] Ventiler i undersjøiske ventiltrær kan være hydraulisk drevne ventiler. En operasjonsdel for en hydraulisk drevet ventil kan f.eks. ha en fjær som driver ventilen mot lukket stilling. For å åpne ventilen må en styreventil betjenes for å dirigere hydraulisk fluidtrykk fra en kilde for trykksatt hydraulisk fluid til ventiloperasjonsdelen, for derved å overvinne kraften fra fjæren og drive ventilen mot åpen stilling. Når det er ønskelig å bringe den undersjøiske ventil tilbake til sin opprinnelige stilling, blir styreventilen posisjonert slik at kilden for trykksatt hydraulisk fluid ikke lenger dirigerer trykksatt hydraulisk fluid til ventiloperasjonsdelen. Det hydrauliske fluid i operasjonsdelen blir da ventilert for å gjøre det mulig for fjæren å føre ventilen tilbake til sin opprinnelige stilling.

[0004] For å legge til rette for distribusjonen av det hydrauliske fluid i navlestrengen til SCM-ens reguleringsventiler kan navlestrengen være forbundet med et mottak på en koblingsplate plassert på det undersjøiske ventiltre. Koblingsplaten har typisk et hydraulisk fordelingsrørarrangement som strekker seg fra mottaket til SCM-ens reguleringsventiler. Når navlestrengen også inneholder en elektrisk ledning, kan den elektriske ledning være rutet fra mottaket til en elektrisk tilkobling på SCM-en.

[0005] I løpet av en brønns levetid må utstyr noen ganger skiftes ut eller installeres, eller overhaling eller inngrep i brønnen kan bli nødvendig. Under slike operasjoner er det viktig at driften av det undersjøiske ventiltre midlertidig blir overtatt av et overhalingsfartøy på overflaten og at produksjonsdriftsmodusen blir avsperret for å hindre utilsiktet operasjon fra andre kilder enn fartøyet når kritisk utstyr er underveis eller overhalingsoperasjoner er i gang.

[0006] For å sikre at fartøyet har fullstendig kontroll over det undersjøiske ventiltre, blir det typisk benyttet et installasjons/overhalings-styringssystem (Installation / Workover Control System, IWOCS). IWOCS-et har sin egen navlestreng som kan inneholde både hydrauliske og elektriske mateledninger for å styre det undersjøiske ventiltre under installasjons- eller overhalingsoperasjoner. Produksjonsnavlestrengen blir da typisk frakoblet mottaket på koblingsplaten og parkert på en parkeringsplate på havbunnen. Dette sikrer at produksjonsnavlestrengen ikke utilsiktet vil bevirke drift av noen av de undersjøiske ventiltrekomponenter.

[0007] Det henvises nå til den kjente teknikk som er anskueliggjort i fig.1, hvor produksjonsnavlestrengen er ute av veien og IWOCS-navlestrengen 10, som strekker seg fra fartøyet, derved kan forbindes med mottaket 12 på koblingsplaten 16. Når den er tilkoblet, leverer IWOCS-navlestrengen 10 hydraulisk fluid til SCM-en 18 via distribusjonsledningene 20. Under drift av de undersjøiske ventilene blir det hydrauliske fluid ventilert til sjøen via et eksosutløp 22. Derved må hydraulisk fluid etterfylles på SCM-en 18 via navlestrengen 10. En elektrisk ledning 23 kan videre være rutet fra koblingsplaten 16 til en elektrisk forbindelse 24 på SCM-en 18, slik som vist, eller en separat elektrisk samleledning kan brukes.

[0008] Et annet arrangement er et hvor styrefluidkraften blir frembrakt ved hjelp av en spesielt tilpasset hydraulisk kraftpakke på den fjernstyrte undervannsfarkost (ROV). I dette tilfelle må kraftpakken inneholde tilstrekkelig fluid til å fylle opp forsyningen til ventiltrefunksjonene ettersom det vanligvis ikke er noen egen forsyningsledning fra overflaten. Kravet om at det hydrauliske fluid i distribusjonsledningene 20 blir etterfylt via et internt ROV-reservoar er upraktisk på grunn av innvirkningen på enhetens størrelse og vekt, og vil gi ekstra driftskostnader på grunn av opphentingstiden for etterfylling av ROV-reservoaret. Videre er utslippet av fluidet til sjøen helt opplagt uøkonomisk og det kan ha en ødeleggende innvirkning på miljøet.

[0009] Det er derfor et behov for å løse et eller flere av de problemer som er beskrevet ovenfor.

Oppsummering av oppfinnelsen

[0010] I en utførelse av foreliggende oppfinnelse er eksosledningen fra ventiltreet ført til en fast produksjonskoblingsplate for å ventileres til sjøen utenfor den fjernbare koblingsplate. Et ROV-styringssystem kan brukes til å betjene et SCM eller undersjøisk ventiltre under brønninstallasjoner, -inngrep eller -overhalinger. Den fjernstyrte undervannsfarkost kan utplasseres fra et fartøy og føres mot et undersjøisk ventiltre ved hjelp av en operatør på fartøyet. Når ROV-en befinner seg ved ventiltreet, frakobler den produksjonsnavlestrengen fra den faste koblingsplate plassert ved ventiltreet. ROV-en kan parkere produksjonsnavlestrengen på en parkeringsplate for å sikre at den ikke utilsiktet bevirker drift av SCM-treet eller det undersjøiske ventiltre under brønninstallasjons/overhalings-operasjoner. ROV-en forbinder så sin frie tilkobling med den faste koblingsplate for å etablere hydraulisk kommunikasjon med en hydraulisk ramme på den fjernstyrte undervannsfarkost. Den hydrauliske ramme kan videre være innrettet for å etablere kommunikasjon med både SCM-ens hydrauliske forsyningsledning og dens eksosledning. I denne utførelse er det plassert en pumpe på den hydrauliske ramme, som en del av en sløyfe som på nytt trykksetter det hydrauliske fluid som mates til SCM-en etter at det er blitt brukt.

[0011] Det ROV-baserte styringssystem eliminerer problemer med kapital- og installasjonsomkostninger i forbindelse med det tradisjonelle IWOCS-system. Rørsystemet mellom ROV-rammen, koblingsplaten og SCM-en gjør det mulig for brukt hydraulisk fluid å bli satt under trykk på nytt og gjenbrukt i SCM-en, noe som ytterligere reduserer utslippet av styringsfluid til sjøvannet.

Kort beskrivelse av tegningene

[0012] Figur 1 illustrerer en typisk IWOCS-navlestrengforbindelse til en SCM i henhold til kjent teknikk,

[0013] Figur 2 illustrerer en eksoskrets i produksjonsmodus i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen,

[0014] Figur 3 illustrerer en ROV forbundet med ventiltreet i overhalingsmodus med resirkulert eksosfluid i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, og

[0015] Figur 4 er en skjematisk illustrasjon av en kobling mellom en undersjøisk elektronisk ROV-modul (SEM) og en SEM plassert på SCM-en i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

[0016] Det henvises nå til fig.2 hvor en del av et undersjøisk ventiltre 26 i samsvar med en utførelse av foreliggende oppfinnelse, er illustrert. Det undersjøiske ventiltre 26 har en fast kobling 30 og det er vist en fjernbar kobling 32 som er festet til den faste kobling 30. Den fjernbare kobling 32 er anordnet for å koble en produksjonsnavlestreng 34 til den faste kobling 30. I den viste utførelse er navlestrengen 34 utformet for å levere både hydraulisk styrefluid og elektriske signaler under normale produksjonsoperasjoner. Produksjonsnavlestrengen 34 kan strekke seg fra et produksjonsventiltre eller en fjerntliggende plattform (ikke vist).

[0017] I denne utførelse er det tilveiebrakt en eksosledning 36 fra ventiltreet, som er lagt for å omdirigere hydraulisk fluid til sjøen, gjennom den faste kobling 30 og den fjernbare kobling 32. Produksjonsnavlestrengen 34 som er forbundet med den faste kobling 30 via den fjernbare kobling 32, forsyner minst én elektromagnetdrevet styreventil 38 i en undersjøisk styringsmodul (Subsea Control Module, SCM) 50 med hydraulisk fluid via den hydrauliske SCM-forsyningsledning 54. I denne utførelse har SCM-en en liten akkumulator 39 med trykksatt hydraulisk fluid. De elektromagnetdrevne styreventiler 39 i SCM-en 50 regulerer det hydrauliske fluidtrykk for åpning og lukning av minst én undersjøisk ventil 51 i ventiltreet. I en modus dirigerer de elektromagnetdrevne styreventiler 39 trykksatt fluid til den undersjøiske ventil 51. I en annen modus ventilerer de elektromagnetdrevne styreventiler 39 hydraulisk fluid som er blitt brukt til å drive ventilene 51 i det undersjøiske ventiltre, til sjøen gjennom den faste kobling 30 og den fjernbare kobling 32. I likhet med alle de komponenter som her er beskrevet, er det undersjøiske ventiltre 26 vist skjematisk og ikke skalert i henhold til andre komponenter. En elektrisk kobling 52 på SCM-en 50 gjør det mulig for en elektrisk navlestreng 58 å betjene det elektriske utstyr i SCM-en 50 og det undersjøiske ventiltre 26.

[0018] Når en brønninstallasjon, -overhaling eller -inngrep er ønskelig, kan det, med henvisning til fig.3, utplasseres en ROV-en 70 fra et fartøy (ikke vist), som føres hen mot det undersjøiske ventiltre 26. ROV-en 70 blir typisk styrt av en operatør på fartøyet. I denne utførelse bærer ROV-en 70 en ROV-navlestreng eller løs styrekabel 72 fra fartøyet ned til det undersjøiske ventiltre. ROV-en 70 har fasiliteter som tillater det å frakoble og plukke opp produksjonsnavlestrengen 34 (fig. 2) fra den faste kobling 30 og parkere produksjonsnavlestrengen 34 på en havbunnsparkering (ikke vist) inntil installasjons/overhalings-operasjonene er ferdige. Dette sikrer at produksjonsnavlestrengen 34 (fig.2) ikke utilsiktet vil bevirke drift av SCM-en 50 eller det undersjøiske ventiltre 26 under installasjons/overhalings-operasjonene.

[0019] Med produksjonsnavlestrengen 34 (fig.2) ute av veien forbinder så ROV-en 70 den frie styrekabel 72 med den faste kobling 30. ROV-en 70 kan omfatte en hydraulisk ramme 71 innrettet for å bli sammenkoblet med den faste kobling 30 for derved å etablere hydraulisk kommunikasjon mellom ROV-en 70 og SCM-en 50. Den hydrauliske ramme 71 kan i denne utførelse videre omfatte en fjernbar kobling 73 som passer sammen med den faste kobling 30 for å etablere kommunikasjon med både den hydrauliske mateledning 54 og eksosledningen 36 i SCM-en 50, som begge er rutet til den faste kobling 30. En elektrisk ledning 76 kan også være ført til ROV-en 70 via ROV-navlestrengen 72 for å levere elektriske styresignaler eller kraft til utstyr slik som ventiler, lys, pumper eller kameraer. Den elektriske ledning 76 kan være forbundet med en elektrisk modul 78 på den hydrauliske ramme 71 hvorfra en elektrisk fordelingsledning 80 kan være forbundet med den elektriske tilkobling 52 på SCM-en 50. I denne utførelse etablerer koblingsanordningen 73 på den hydrauliske ramme 71 videre kommunikasjon mellom indre rør i rammen 71, den hydrauliske mateledning 54 og eksosledningen 36 i SCM-en 50 for å danne et lukket sløyfesystem. I denne utførelse er en pumpe 82 plassert på den hydrauliske ramme 71 og forbundet med de indre rør for å utgjøre en del av sløyfen. Et reservoar 83 kan brukes ved den T-forbindelse som dannes av ledningene 92 og ledningen 84 som er forbundet med et inntak på pumpen 82 for å legge til rette for fluidforsyning i sløyfen. Pumpen 82 blir brukt til på nytt å trykksette det hydrauliske fluid som mates til SCM-en 50 for derved å muliggjøre gjenbruk av styrefluidet i SCM-en 50.

[0020] I denne utførelse vil ROV-ens frie kabel 72 i en installasjon/overhalingsoperasjon forsyne ROV-en 70 med hydraulisk fluid og elektrisk kraft levert fra et fartøy på overflaten. Det hydrauliske fluid vil bli innført i en hydraulisk kommunikasjonsledning 90 via den hydrauliske ledning 74, og så bli levert til SCM-en 50 via den hydrauliske mateledning 54. Hydraulisk fluid ventilert fra de undersjøiske ventilene 51 blir dirigert via eksosledningen 36, fra SCM-en 50 tilbake til returledningen 92. Begge ledningene 90 og 92 er koblet til den faste kobling 30 via den fjernbare kobling 73. Returledningen 92 vil tillate det ventilerte hydrauliske fluid å sirkulere inn i ROV-rammeseksjonen 71 for ny trykksetting ved hjelp av pumpen 82. Pumpen 82 fører det trykksatte styrefluid inn i den hydrauliske ledning 90 i rammen 71 og tilbake inn i den hydrauliske mateledning 54, for gjeninnføring til SCM-en 50. Under drift leverer videre den elektriske del av ROV-navlestrengen 72 kraft til pumpen 82.

[0021] I en annen utførelse, som er vist skjematisk i fig.4, har den hydrauliske ramme 71 i ROV-en 70 en undersjøisk elektronikkmodul (Subsea Electronic Module, SEM) 100 som kan motta kraft og elektriske signaler fra den frie kabel 72 og omforme dem til kraft og signal for en SEM 200 i det undersjøiske ventiltre, og som kan være plassert på SCM-en 50. En styreledning 150 kommuniserer med SEM-ene 100, 200, mens en kraftledning 160 tillater ROV-SEM-en 100 å levere konvertert kraft til ventiltre-SEM 200. En bærbar hovedstyringsstasjon (ikke vist) kan også brukes i kontrollrommet i overflatefartøyet til å styre ROV-en 70.

[0022] Systemet eliminerer problemene med kapital- og installasjonsomkostninger i forbindelse med det tradisjonelle IWOCS-system. Rørarrangementet mellom den hydrauliske ROV-ramme 71, den faste kobling 30 og SCM-en 50 tillater ventilert hydraulisk fluid å bli oppfanget og trykksatt på nytt for gjenbruk i SCM-en 50. Det foreslåtte arrangement reduserer videre utstrømning av styrefluid til sjøvann.

[0023] Denne nedtegnede beskrivelse benytter eksempler for å beskrive oppfinnelsen, innbefattende den best tenkte måte, og også for å gjøre det mulig for en hvilken som helst person son er kyndig på området, å praktisere oppfinnelsen, innbefattende fremstilling og bruk av alle anordninger og systemer, og utføre alle inkluderte fremgangsmåter. Disse utførelsesformer er ikke ment å begrense omfanget av oppfinnelsen. Det patenterbare omfang av oppfinnelsen er definert i de vedføyde patentkrav og kan innbefatte andre eksempler som fagfolk på området kan komme på. Slike andre eksempler er ment å være innenfor rammen av patentkravene hvis de har strukturelle elementer som ikke skiller seg fra den bokstavelige ordlyd i kravene, eller hvis de innbefatter ekvivalente strukturelle elementer med ubetydelige forskjeller i forhold til den bokstavelige ordlyd i patentkravene.

Claims

N Y E P A T E N T K R A V

1. Undersjøisk brønnanordning for bruk under en overhalingsmodus, og som omfatter:

en fjernstyrt undervannsfarkost (ROV),

en undersjøisk hydraulisk drevet ventil,

en styringsmodul operativt installert i forbindelse med et undersjøisk ventiltre, idet styringsmodulen har en hydraulisk fluidledning som strekker seg fra styringsmodulen til den undersjøiske, hydraulisk drevne ventilen på det undersjøiske ventil-treet, en kobling operativt installert med det undersjøiske ventiltreet og utformet for å gå i inngrep med ROV-en, for å motta hydraulisk fluid fra ROV-en og for å ventilere hydraulisk fluid fra den undersjøiske ventilen til ROV-en,

en hydraulisk fluidmateledning for å koble hydraulisk fluid fra koblingen til styringsmodulen, og

en hydraulisk fluidreturledning for å koble hydraulisk fluid som er ventilert fra de hydraulisk drevne, undersjøiske ventiler, til koblingen, hvor:

en hydraulisk seksjon av ROV-en omfatter et returmotstykke for overgang til mate- og returledninger ved koblingen,

en overhalingsnavlestreng som er forbundet ved én ende til en hydraulisk fluidkilde, videre omfatter en elektrisk ledning forbundet med en kraftkilde på et fartøy, og som ved en annen ende er forbundet med ROV-en for å levere kraft til styringsmodulen.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor den elektriske ledning videre leverer kraft og elektriske signaler til en elektronikkmodul plassert på ROV-en, idet elektronikk-modulen konverterer kraften og de elektriske signaler for å betjene en elektronikk-modul plassert på det undersjøiske ventiltreet, og hvor elektronikkmodulene er forbundet med hverandre via kraft- og styreledninger.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, videre omfattende en pumpe plassert i ROV-en, idet pumpen er egnet til å øke trykket i det hydrauliske fluidet, og hvor koblingen har en inngangskobling i fluidkommunikasjon med fluidmateledningen og en utgangskobling i fluidkommunikasjon med fluidreturledningen.