NO313298B1 - Fremgangsmåte og anordning ved installasjon av neddykkede olje- og/eller gassbrönner - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår neddykkede olje- og gassbrenner og mer spesielt en fremgangsmåte og anordning som spesielt kan benyttes i forbindelse med neddykkede olje- og gassbrenner i grunt vann hvor flytende is kan ødelegge strukturene plassert på havbunnen og hvor konvensjonelle halvt nedsenkbare borerigger med pontonger normalt ikke kan benyttes, og hvor utstyret forbundet med brønnhodet under boring av brønnen og under senere operasjon av brønnen er anordnet i en silo anbragt nedenfor bunnen av vannmassene.

I denne type miljø er beskyttelse av undervanns brønnhoder veldig viktig. Bruken av undervanns senkekasser med stor diameter har tidligere vært forsøkt i arktiske områder, men det har generelt ikke vært vellykket, hovedsakelig på grunn av installasjonsproblemer. Praksisen med å grave ut såkalte «glory holes» benyttes idag, men metoden er dyr og beskytter ikke utstyret fra skurende bruddstykker av is. Pælet rammeverk har blitt benyttet for beskyttelse mot fiskeutstyr og ankere, men igjen, de er store, vanskelige å installere og dyre.

Konvensjonelle undervannsbrønner har derfor brønnhoder ved havbunnen og har til disse forbundet enten en utblåsningssikring under borefasen eller et ventilblokkarrangement og en forbindelsesledningskobling under produksjonsfasen. Brønnhodet og det assosierte utstyret strekker seg i noen grad over havbunnen og er derfor sårbare for skade.

Alt utstyr på havets bunn er i risiko på grunn av et flertall farer. Innen offshore hydrokarbonutvikling har de største farene for undervannsutstyr til i dag vært trålebord benyttet i kommersiell fisking og ankere benyttet av forsyningsfartøy, leggelektere, boreskip, etc. For hydrokarbonutvikling i regioner med kaldt vann, må man ta i betraktning en ny fare, isskuring av havbunnen. I Beaufort Sea området f.eks., forekommer isskuring i området utenfor den landfaste isen hvor isrygger dannes og ofte skurer havbunnen. Utenfor østkysten av Canada kan veldig dyp skuring forekomme når et isfjell støter mot grunnen. Derfor er det et krav for en brønnkompletteringsdesign at man beholder kontroll over brønnen selv i et ekstremt tilfelle av isskuring, som kutter av toppen av brønnen.

En konvensjonell løsning omfatter å plassere en trykk-kontrollanordning (slik som

en masterventil, DHSVs, etc.) og brønnhodet med deres tetningssystemer nedenfor skuresonen sammen med passende kutteanordninger for å sikre deres integritet. Det finnes mange alternative måter å gjennomføre en slik løsning. En metode er å grave ut et stort hull, (såkalt "glory hole") med tilstrekkelig dybde for å plassere alle brønnkontrollinnretningene nedenfor skurelinjen. Tilnærmingen med "glory hole" er en god teknisk løsning, men er ikke økonomisk attraktiv. I den andre enden av spekteret av løsninger, er det å designe et kompakt juletre slik at det kan installeres inne i brønnen ved den nødvendige dybde, med offerbart utstyr overfor brønnkontrollinnretningene. Innsatte trær har blitt utviklet for å minimalisere

utstyrshøyden over havbunnen, men det er ikke kjent hvorvidt utstyret mellom overflaten og brønnkontrollinnretningene er offerbare.

Imidlertid, mellom de to ytterlighetene beskrevet ovenfor finnes det et flertall av andre løsninger tilgjengelig. De omfatter i hovedsak installering av en senkekasse, som er stor nok til å tillate et konvensjonelt undervannstre å bli installert inne i senkekassen. Suksessen for denne tilnærmingen avhenger av muligheten for å installere senkekassene.

For å overkomme noen av disse problemene, er det foreslått å lage en senkekasse som er stor nok til å inneholde utblåsningssikringen. US patent nr. 3 344 612 og 3 796 273 beskriver metoder for å installere en slik type senkekasse. US patent nr 3 344 612 benytter en spyleteknikk for installering av en senkekasse i en myk havbunn og US patent nr. 3 796 273 benytter en roterende boreteknikk for en hard havbunn. I dette sistnevnte arrangement, er bunnen av senkekassen utstyrt med kuttende tenner ved sin overflate og hele senkekassen roteres og borer derved sitt eget hull. Selv om disse teknikkene synes muliggjørbare, krever de en borerigg som er meget kostbar og de er avhengig av sementering for å forsikre gjennomførbarheten siden den omgivende jorden er sterkt forstyrret. I tilfelle med den roterende senkekassen, settes det spørsmålstegn ved muligheten for å lett rotere en slik stor struktur når den nærmer seg full penetrering, siden det er et stort overflateareal med en stor radius.

US patent nr. 3 344 612 beskriver en senkekasse som er formålstjenlig under boring og senere operasjon av brønnen ved en offshore lokalitet fra et flytende borefartøy. Et vesentlig formål med den beskrevne senkekassen i dette patentet er å kunstig senke bunnen av vannmassene over brønnområdet slik at utblåsningssikring, normalt assosiert med brønnhodet under boreoperasjoner, kan anbringes med klaring til bunnen av borefartøyet, hvorfra boringsoperasjonene utføres. En utblåsningssikring har en vesentlig høyde og er påbudt ved boring av offshore brønner. En utblåsningssikring er en mekanisme for å stenge av brønnen i det tilfellet man under boring treffer på lommer i grunnformasjonen med olje eller gass med høyt trykk. Konvensjonelle flytende borefartøy har en senterbrønn gjennom skroget gjennom hvilken boreoperasjonen er utført fra en borerigg montert til fartøyet over senterbrønnen. I områder med grunt vann kan høyden av utblåsningssikringen være større enn den vertikale avstanden mellom brønnhodet og bunnen av det flytende borefartøyet; der denne situasjonen eksisterer, er det flytende borefartøyet fanget av utblåsningssikringen under boreoperasjonene og kan ikke fjernes fra brønnområdet under en storm eller i en krisesituasjon.

US patent nr. 3 344 612 instruerer at, i omstendigheter med slikt grunt vann, kan bunnen av vannmassene senkes kunstig ved bruk av en senkekasse slik at avstanden mellom brønnhodet, lokalisert ved bunnen av senkekassen, og bunnen av borefartøyet overgår høyden av utblåsningssikringen. Derfor er det mulig å fjerne det flytende borefartøyet fra brønnområdet i en krisesituasjon før installasjonen av en produksjonsventilsammensetning (kjent i industrien som juletre) istedenfor en utblåsningssikring ved komplettering av brønnboreoperasjonen. Hovedformålet med senkekassen omtalt i dette patentet er kun å senke bunnen av vannmassene tilstrekkelig slik at utblåsningssikringen er lokalisert under skroget til borefartøyet; toppen av utblåsningssikringsstabelen, som er forbundet til brønnhodet under boreoperasjonen, kan strekke seg noe over bunnen av vannmassene.

US patent nr. 4 189 255 beskriver en havbunns kjeller som omfatter en hovedsakelig sylindrisk støtteveggsammenstilling med et hult indre, en øvre kantdel som danner en toppåpning og en nedre kantdel som danner en bunnåpning. Festeanordninger er montert ved den øvre kantstruktur for feste av støtteveggsammenstillingen til en passende kran for senking av havbunns-avstivningskjelleren til havbunnen fra et borefartøy. En ringformet luftejektor er anordnet inne i støtteveggsammenstillingen i nærheten av den nedre kantstrukturen, den ringformede luftejektoren omfatter anordninger for å forbinde luftejektoren til en kilde med komprimert luft. Den ringformede luftejektoren omfatter et flertall luftdyser, rettet generelt vertikalt oppover. Et flertall utladningsrør er montert hovedsakelig inne i det indre av støtteveggsammenstillingen og omfatter en øvre utløpsdel som strekker seg utad fra støtteveggsammenstillingen og en nedre innløpsdel posisjonert i det minste dels over dysene for styring av luften, vann og faste partikler mottas oppad og utad av støtteveggsammenstillingen. Den havbunnsavstivende støtteveggsammenstilling beskrevet i dette patentet installeres ved først å bore et hull ved tilnærmet senteret av det angitte området av havbunnen som skal tømmes. Et spyleverktøy er deretter benyttet for å spyle komprimert luft eller annen gass eller borefluid inn i området for det borede hullet for å utvide hullet til en tilstrekkelig størrelse for å motta støtteveggsammenstillingen. Et T-jern spyleverktøy kan også benyttes innenfor det delvis klargjorte hullet ved å rotere det inne i dette og rette utad, gjennom et flertall av dyser, et spy lefl uid for å løse opp jorden av havbunnen, hvilken jord deretter fjernes ved sugeaksjon anvendt inne i utladningsrørene montert til støtteveggsammenstillingen.

NO allment tilgjengelig patentsøknad hr. 924344 omhandler et produksjonssystem

for undervannsbrønner der en senkekasse er plassert helt eller delvis i en fordypning i sjøbunnen, og har en forbindelse til en landstasjon via ledninger som kan føre olje eller gass. Senkekassen er understøttet av et betongfundament hvorpå en boreramme med ventiltrærenheter er samlet i en manifold med forbindelser til ledningene.

I NO 154025 er det beskrevet en plattformkonstruksjon og en undervannsbrønn for utvinning av petroleumsprodukter hvor ismasser kan forårsake store skader. Konstruksjonen som hviler på havbunnen er via et stigerør forbundet med en senkekasse i et utgravd kammer på havbunnen. En havbunnsutrustning kan senkes på føringslinjer fra konstruksjonen til senkekassen.

GB 1200066 beskriver en metode for å bore en undervannsbrønn. Et flytende boreskip transporterer et ytre ledningsrør slik at dette kan senkes ned til havbunnen med en streng og deretter presses ned til en gitt dybde. Mellom det ytre ledningsrøret og indre ledningsrør støpes betong mens oversiden av det indre røret er forbundet med en utblåsningsstopper.

Alle disse oppfinnelsene angår tradisjonell boring og komplettering, f.eks. boring av en enkelt brønn hvor et foringsrør sementeres inn i grunnen og et brønnhode anordnes til dette. Imidlertid har det i de senere år blitt en økende interesse for bruk av brønnrammer, hvor et flertall brønner kan bores fra den samme lokaliteten. En brønnramme trenger imidlertid et godt fundament og må stabiliseres før boring. Ingen av de ovenfor nevnte løsningene kan enkelt benyttes i forbindelse med komplettering av en brønnrammetype brønn.

Et annet problem angår forbindelsen av brønnstrømsrør og navlestrenger til brønnhodet. Disse har tradisjonelt blitt forbundet til toppen av juletreet og er derfor i fare for å bli revet med og ødelagt av den bevegelige isen. For å imøtegå dette, har eksisterende løsninger innarbeidet såkalte «svake ledd» slik at brønnstrømsrøret eller navlestrengen bryter på et ønsket sted, normalt ved koblingen, hvis linen rives med av isen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en effektiv, enkel, økonomisk og pålitelig fremgangsmåte og anordning for installasjon av en havbunns kjeller, som benyttes i forbindelse med en brønnramme. Spesielt tilveiebringer oppfinnelsen en forbedret silo for grunt vann hvilken silo kan installeres ved enkle hamrings- eller vibratorordninger.

I forhold til fremgangsmåten, er siloen anbragt i en hovedsakelig vertikal stilling. Siloen er deretter senket inntil den nedre ende av siloen hviler på havbunnen, og deretter hamret inn i grunnen inntil den øvre ende av siloen befinner seg nær toppen av jordformasjonen, eller med andre ord bunnen av vannmassene. Siloen er deretter tømt for stein og jord og en sementert skive formes i bunnen av siloen. En brønnramme er deretter plassert på det sementerte gulvet og det ønskede antall brønner bores inn i jordformasjonen gjennom brønnrammens boreguider.

Anordningen omfatter en silo i form av en rørformet hul struktur med en åpen topp og bunn. Det indre av siloen definerer et kammer med en størrelse for å motta fult i denne en brønnramme med assosiert utstyr for et flertall brønner, slik som manifolder. En sementsåle posisjoneres i gulvet av siloen og tilveiebringer et fundament for en brønnramme. Juletrær, manifold og annet assosiert utstyr er fastgjort til brønnrammen. Brønnstrømsrør og/eller navlestrenger er ført inn i siloen gjennom et hull i sideveggen.

De ovenfor nevnte og andre trekk ved den foreliggende oppfinnelse beskrives nærmere i den følgende detaljerte beskrivelse av en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, hvilken beskrivelse presenteres med referanse til de vedføyde tegninger, hvor: fig. 1 er et skjematisk bilde som illustrerer hovedkomponentene av havbunnskjelleren, med delene vist eksplodert;

fig. 2 er en skisse av siloen installert under havbunnen;

fig. 3 er en diagrammessig sekvenstegning av installasjonsmetoden.

Med referanse til fig. 1 er det vist en havbunnskjeller i form av en hul rørformet struktur 1. Strukturen er foretrukket i form av en sylinder, men kan også ha andre former, f.eks. rektangulær, oktogonal, eller også en asymmetrisk form. Strukturen er foretrukket laget av stål, men kan når jordforholdene tillater det også lages av betong. Strukturen kan bestå av et flertall mindre sylindre som til sammen danner den nødvendige høyden. Den hule rørformede struktur er i det videre også omtalt som silo 1.

Et lokk 3, som danner et beskyttende tak, kan plasseres på toppen av siloen 1 og lukke den øvre åpning av siloen for å beskytte brønnhodeutstyret som befinner seg inne i siloen.

En bunnsåle 4 tilgjort av betong er designet for å plasseres inne i siloen. Denne betongsålen vil fortrinnsvis støpes på stedet etter at siloen er tømt for materiale. Sålen 4 tilveiebringer et fundament for brønnrammen 5. Sålen er fortrinnsvis støpt slik at den tilveiebringer en plan basis for brønnrammen, og dermed fjernes behovet for å levellere brønnrammen. Brønnrammen omfatter ledeanordning for å styre en borestreng under boring og for å plassere brønnhoder og juletrær og assosiert manifold.

Brønnstrømsrør eller navlestrenger vil fortrinnsvis bli lagt nedgravd i havbunnen, for å unngå skade av isen. For å forbinde brønnstrømsrør til manifold er det derfor foretrukket å forlenge røret gjennom et hull 9A i siloveggen. I en foretrukket utførelse er en sammenkoblingsplugg 9 plassert i åpningen for å tette åpningen og tillate passasje av brønnstrømsrør og/eller navlestreng til innsiden av siloen. Alternativt, kan sammenkoblingspluggen også omfatte forbindelsesledd både innvendig og utvendig. Brønnstrømsrøret og/eller navlestrengen er fastgjort i pluggen ved utsiden, mens en kort spole forbinder pluggen med manifolden på innsiden av siloen 1.

Også som vist i fig. 1 kan rørformede forlengelser 7 legges til på toppen av silostrukturen, for å forlenge siloen til over vannlinjen. På dette vis kan vann innvendig i siloen pumpes ut slik at arbeid, f.eks. intervensjonsarbeid, kan utføres i et tørt miljø.

Som vist i fig. 2, når en fullstendig installasjon er gjort, er brønnutstyret anbragt i et sikkert miljø inne i siloen og derfor er brønnutstyret beskyttet fra bevegelse av flytende is eller fiskeutstyr som ellers kan ødelegge brønnen.

Havbunns kjellersystemet/siloen er ment å benyttes med et spesielt borefartøy som kan senkes over siloen og tette siloen og fartøyets åpning i underdekket for borestreng, fra vannet utenfor. Dette gjør det mulig å installere og forbinde utstyret i et tørt miljø.

Denne installasjonsprosessen er vist i fig. 3 ved de fem skissene. Når man installerer havbunnskjelleren, er siloen bragt ut på en lekter eller lignende fartøy 10 og løftet til en vertikal posisjon. Siloen er så først senket inntil den sitter på havbunnen. For å drive siloen inn i havbunnen, er fortrinnsvis et hammer- eller vibratorapparat benyttet. Dette er vel kjent for en fagmann innen området og derfor ikke beskrevet videre.

I fig. 3(1) er situasjonen hvor siloen 1 har blitt hamret ned i havbunnen 2 vist. Etter installasjonen er materialet inne i siloen gravd ut (fig. 3(2)), slik at det dannes et utgravet hull 11. Etter dette, er borefartøyet 10 flyttet over siloen 1 og senket slik at fartøyets åpning i underdekket 12 for borestrengen, såkalt moonpool, sitter på havbunnen. Som vist i fig. 3(3), kan moonpoolen utstyres med utskytende skjørt som vil penetrere en kort avstand ned i havbunnen og som muliggjør at vann kan pumpes ut av moonpoolen og innsiden av siloen. Deretter er betong heilt inn i siloen for å danne et fundament/såle 4 for brønnrammen 5. Ved at det nå er mulig å operere i et tørt miljø kan støpingen av betongen bli gjort på en slik måte at den tilveiebringer en nivellert såle 4. Brønnrammen kan deretter senkes inn i siloen. Brønnrammen kan ankres til betongen ved enhver standardanordning. Boring kan nå utføres ved å benytte brønnrammens boreguider på en normal måte. Etter boring, installeres manifold 6 til brønnrammen og ventiltrær 8 installeres til hver brønn (fig. 3(4)).

Hvis nødvendig kan siloens indre vegger utstyres med vertikale guider (ikke vist), slik at brønnrammen ledes til dens korrekte posisjon på sålen. Også, under støping av betongen, kan anker eller festeanordninger fastgjøres til denne, for sikker fastgjøring av brønnrammen.

Etter boring og kompletteringsaktiviteter er avsluttet senkes takelementet 3 ned til sin posisjon for å gjøre utstyret i siloen beskyttet mot is og andre ytre faktorer (fig. 3(5)).

Under installasjon av brønnrammen og manifoldutstyret, kan et rør installeres som strekker seg fra manifolden til sammenkoblingspluggen i siloveggen, for senere å forbinde brønnstrømsrøret.

Under komplettering, eller hvis det senere er behov for å utføre brønnoverhalingsoperasjoner på brønnen, vil taket 3 fjernes og kompletteringsringer 7 (fig. 1) kan stables på toppen av siloen, slik at de strekker seg over vannets overflate. Dette muliggjør å utføre operasjonene i et tørt miljø.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å installere brønner på grunt vann hvor det er fare for isgang, karakterisert ved at den omfatter følgende trekk: - med et fartøy transportere en rørformet struktur (1) ut til et installasjonssted og senke den ned til sjøbunnen i vertikal opprettstående stilling på kjent måte - presse eller slå strukturen (1) ned i havbunnen inntil den øvre ende av strukturen er i det alt vesentligste på nivå med sjøbunnen, - fjerne materialet inne i strukturen (1), - fylle strukturens indre med sement slik at det dannes en støpt såle (4), inkludert planering av sålen, - plassere en brønnramme (5) på sålen, og - på kjent måte utføre boring og komplettering av et antall brønner gjennom rammens føringer.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, omfattende at strukturens (1) øvre ende stenges med et lokk (3).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, omfattende å utforme et hull (9A) i strukturens (1) vegg og trekke en rørledning utenfra og inn i strukturen gjennom hullet.

4. Anordning for installasjon av brønner på grunt vann hvor det er fare for isgang, omfattende en rørformet struktur (1) som er åpen i begge ender og innrettet til å drives ned i en sjøbunn og som er beregnet på å huse en brønnramme (5) med tilhørende påmontert manifold (6) og ventiltrær (8), og at den videre omfatter et fundament i form av en støpt såle (4) karakterisert ved at sålen befinner seg inne i den rørformede struktur (1), hvilket fundament tjener til avstøtting av brønnrammen.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den rørformede struktur omfatter et hull (9 A) i sideveggen for innføring av en rørledning eller lignende.

6. Anordning som angitt i krav 4 - 5, karakterisert ved at den støpte såle (4) omfatter forankringspunkter for brønnrammen (5).

7. Anordning som angitt i krav 4-6, karakterisert ved at den rørformede struktur (1) omfatter et lokk (3).

8. Anordning som angitt i krav 4-7, karakterisert ved at den rørformede struktur (1) omfatter føringsinnretninger anordnet i den indre vegg for styrt nedføring av brønnrammen (5).

9. Anordning som angitt i krav 4-8, karakterisert ved at den rørformede struktur (1) er sylindrisk.

10. Anordning som angitt i krav 4-8, karakterisert ved at den rørformede struktur (1) er mangekantet.