NO315721B1 - Fremgangsmåte og anordning for etablering av en eller flere hydrokarbonbrönner på havbunnen - Google Patents

Description

Foreliggende søknad omhandler en fremgangsmåte og anordning for etablering av en eller flere hydrokarbonbrønner på havbunnen i forhold til en på havbunnen forhåndsplassert struktur for mottak av brannfluid, eksempelvis en rørledning.

Tidligere ble undervanns utbygginger gjort ved at hver satellittbrønn ble tilkoblet sin produksjonsmanifold plassert på en plattform for behandling og videre transport.

Med oppdagelsen av store felt på dypere vann begynte petroleumsindustrien å benytte sentralt plasserte samlesystemer for undervanns produksjon som er mer økonomisk for utvikling av slike felter.

Av økonomiske årsaker er det vanlig å gruppere produksjonen fra flere brønner på to hovedmåter: et manifold/bunnramme system og et manifold/satellitt system. I den første blir brønnene boret gjennom en enkelt struktur, noe som gir korte lengder mellom brønnene og manifolden, I dette tilfelle er manifolden sentralt plassert på en bunnramme. Dette systemet har imidlertid flere begrensninger, og disse er økende med økende vanndyp og hvor fartøy med dynamisk posisjonering må erstatte de vanlige forankrede plattformer.

US patentskrift nr. 5.040.607 og 5.722.796 viser eksempler på slike manifold/bunnramme systemer hvor armer som strekker seg radielt ut fra et sentralt fundament hvorpå strukturen er plassert slik at den ikke står direkte på havbunnen og på hvilken er plassert manifolden for kontroll av brønnproduksjonen. Hver av strukturens armer har ved sin ytre ende en åpning med en føringsbasis for boring og komplettering av brønnen. Ulempen ved slike systemer er at denne omfatter tunge og store deler. Bunnrammen må være korrekt installert og nivellert. Det er også ofte nødvendig å bruke fleksible rørforbindelser mellom brønnen og manifolden for å kunne justere for brønnvekst.

I det andre type systemer blir brønner boret i uavhengige baser, gjerne plassert 50 - 300 meter fra manifolden. Brønnen bores i et forhåndsbestemt mønster og manifolden plassert på en bunnramme i en sentral posisjon i forhold til brønnene. Mellom brønnene og manifolden legges rørledninger langs havbunnen. En enkelt rørledning av stor diameter blir anordnet mellom manifolden og en overflate-produksjonsenhet. Dette muliggjør større avstand mellom brønnene slik at faren for kollisjoner mellom utstyrsenheter, som kan resultere i alvorlig økonomisk og miljømessige konsekvenser, blir redusert. Til gjengjeld kreves det relativt lange rørforbindelser mellom brønn og manifold. Et slikt system er eksempelvis vist i US patentskrift nr 5 255 744.

Ved utbygging av satellittløsninger er det vanlig praksis å installere en temporær og/eller permanent føringsbasis (TGB hhv. PGB) på havbunnen som en føring for boringen. Etter boring og komplettering blir et ventiltre, såkalt juletre tilkoblet brønnen og brønnen klargjort for produksjon.

Manifolden, som er tilpasset for å motta olje eller gass fra brønnene og samle disse for videre transport gjennom en rørledning til en produksjonsenhet, enten på land eller på et fartøy, er vanligvis plassert sentralt i relasjon til et antall brønner (normalt fire eller åtte). Når brønnene skal tilknyttes manifolden blir avstanden mellom de målt ved hjelp av en metode som av fagmenn benevnes metrologi. Deretter blir et rørstykke av den ønskede lengde fremstilt på bakgrunn av denne informasjon og termineringshoder, som omfatter koblinger) blir sveiset eller på annen måte tilkoblet rørendene.

Rørstykket senkes ned til havbunnen ved hjelp av et åk og plassert på eller nær tilkoblingspunktene hvoretter det kobles opp ved hjelp av et verktøy som bæres av en undervanns robot (ROV).

Denne metoden er relativt kostbar og nødvendiggjør mange trinn for fullførelse. En ytterligere ulempe er at rørstykket må fremstilles i en S- eller Z-form, slik at det kan oppta kreftene som oppstår ved inntrekking og oppkobling. 1 tillegg er en manifold svært tung og kostbar, og veier ofte 30 tonn eller mer.

Det er tidligere kjent å installere ventiltreet med rørledningen tilkoblet, for å redusere oppkoblingskostnader forbundet med tilkobling i den andre enden, dvs manifolden. Denne løsningen innebærer imidlertid en ulempe av økonomisk art, både for ledningens lengde og for operasjonell sikkerhet, fordi lange rørledninger medfører et behov for samtidig bruk av to dynamisk posisjonerte fartøy, en rigg og en rørflåte (jf US 5.255.744 fig. 5). Denne metoden er derfor stort sett forlatt for bruk på dypt vann til fordel for den tradisjonelt fremstilte rørstykke som beskrevet ovenfor.

En spesiell løsning på dette problemet er vist i NO patentskrift nr. 177915.

Patentskriftet omhandler en manifold hvor rørledningen som eventuelt skal oppkobles mot brannen er forhåndsplassert på manifoldstrukturen. Denne senkes til havbunnen og fundamenteres først. Etter at en eller flere brønner er boret kan rørene kveiles ut for oppkobling mot ventiltreet. Denne ideen har imidlertid en rekke ulemper, først og fremst ved at manifolden vil bli svært tung (og kostbar). En annen ulempe er at lokaliseringen av brønnen må gjøres ut fra lengden av de oppkveilede rør, og en eventuell feilplassering vil fa store økonomiske konsekvenser.

I US patentskift nr. 4 317 488 omhandler en løsning for å plassere en brønn i forhold til en etablert struktur (som oppgis å være en brønn) på havbunnen. En temporær føringsbasis (TGB) er festet til enden av en bjelke som nedsenkes til havbunnen og forbindes med en første struktur slik at plassering av brønnen kan fastlegges i forhold til den første struktur. Formålet med denne oppfinnelse er å kunne plassere brønner nær hverandre i "duster" med større sikkerhet mot kollisjoner. Når føringsbasisen er plasser på havbunnen blir bjelken gjenvunnet til overflaten.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å avhjelpe de mangler og ulemper ved den kjente teknikk.

Dette oppnås som angitt i de karakteriserende deler av kravene 1 og 3.

Ved at rørpasstykkene fremstilles i standard lengder unngås at de må spesiallages for hver oppkobling, og de kan i stedet forhåndsrfemstilles på land. I tillegg kan lengden av rørpasstykkene reduseres vesentlig da det ikke lenger er behov for de elastiske egenskaper nødvendig for inntrekkingskreftene og kan dermed fremstilles i en enkel S-form eller med en enkel kompresjons/ekspansjonsskjøt.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er den første struktur en rørledning med en T-forbindelse som er forhåndsutlagt på sjøbunnen og som ved sin ende er tilkoblet en manifold ved en stigerørbasis. Rørstykket kan dermed tilkobles T-stykket erter at det har blitt senket til havbunnen.

I en andre utføringsform av oppfinnelsen er den første struktur forankret til sjøbunnen og avstøtter en manifold. Manifolden må i så fall være plassert på havbunnen på forhånd, slik som beskrevet i ovennevnte NO 177915.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor

Fig. 1 er en tegning av et rørstykke i henhold til oppfinnelsen

Fig 2-6 viser installasjonsmetoden.

I fig. 1 er vist en rørledning 1 som er lagt på havbunnen 2. Rørledningen er utstyrt med sideutløp i form av T-grener eller -forbindelser 3 (kun en er vist). Enden av sideutløpet omfatter en kobling, som kan være en skulder flens eller andre typer design som kan motta en tilsvarende koblingsdel. T-utløpet kan omfatte en ventil 4.

Et kort rør, vanligvis benevnt rørstykke ("spool") omfatter termineringshoder 6 resp 7 som er sveiset eller på annen måte festet til rørstykkets to ender. Termineringshodene omfatter koblingsdeler for tilkobling av endene av rørstykket med andre rør, noe som er vel kjent for en fagmann. I eksempelet er termineringshodet 6 innrettet for tilkobling til enden av T-grenen 3 ved hjelp av et oppkoblingsverktøy.

En føringsbasis 10 som kan være enten permanent (PGB) eller temporær (TGB) er vist hvilende på havbunnen 2. Føringsbasene er av en type som er vanlig kjent og består av en ramme som understøtter en trakt 11 for å motta og lede en borestreng. Til føringsbasisen er sveiset en brakett 12. På braketten er det anordnet midler for tilfesting av enden 7 av rørstykket. Denne tilfestingen er fordelaktig anordnet som en fleksibel eller hengslet forbindelse, for å tillate variasjoner på havbunnen og for å sikre at føringsbasisen forholder seg horisontalt på havbunnen selv om rørstykket ikke er det.

Lengden av rørstykket bestemmer avstanden mellom rørledningen og føringsbasis. Av sikkerhetsgrunner må det være en minimumsavstand men det er en hensikt med oppfinnelsen at denne avstanden gjøres så liten som mulig.

Med referanse til fig. 2-6 skal i det følgende beskrives en fremgangsmåte for utførelse av oppfinnelsen. Som tidligere nevnt blir en rørledning 1 først plassert på havbunnen på konvensjonell måte. Rørstykket 2 kan bli fremstilt på land i en fabrikk, fordelaktig i en standard lengde og form og termineringshoder sveiset til endene. Rørstykkene senkes til havbunnen ved hjelp av et fartøy (fig. 2). Den foretrukne metoden for dette er å bruke et åk 20 som henger i en vaier 21 og som blir senket ved hjelp av en kran på fartøyet. Åket gir en kontrollert senkning av rørstykket og gir større nøyaktighet når rørstykket skal plasseres på havbunnen i nærheten av, eller landes på, T-grenen. Enden 6 av rørstykket kan deretter flyttes til kontakt med enden av T-grenen 3 og de to endene sammenkoblet. Sammenkoblingen kan gjøres ved hjelp av vanlig kjente metoder, eksempelvis ved å benytte et verktøy båret av en ROV (fjernstyrt undervannsrobot).

Andre fremgangsmåter for senkning og oppkobling er selvsagt også mulig. En slik metode er den såkalt "Stab & Hinge" metode vist i US patentskrift nr. 4.676.696 hvor rørstykket senkes i en vertikal stilling med enden 6 pekende nedover til enden 6 treffer en mottaker på grenen 3 og deretter legges over i den horisontale stilling.

I fig. 3 er vist situasjonen hvor enden 6 av rørstykket er oppkoblet med grenen 3 mens den andre enden, til hvilken føringsbasis 10 er festet, hviler på sjøbunnen en kort avstand derfra. Fra overflaten blir det nå nedsenket en borestreng 22 med en borekrone 23 festet til dens ende. Borestrengen ledes gjennom trakten 11 og roteres for å bore brønnen (fig. 4).

Etter boring blir brønnen foret på vanlig kjent måte. I fig. 5 er vist den ferdige brønn med foringer 24. Brønnen kan nå kompletteres på vanlig måte, med et ventiltre festet til toppen av brønnen og en produksjonsrørstreng ført ned gjennom ventiltre og foring, hvoretter brønnen kan perforeres.

Oppfinnelsen er fortrinnsvis beregnet på bruk sammen med et horisontalt ventiltre. Denne typen ventiltre har produksjonsutløpet anordnet gjennom sideveggen av treet. Braketten 12 er utformet slik at når ventiltreet er i sin normale stilling og rotert slik at produksjonsutløpet er vent mot braketten vil enden 7 av rørstykket og produksjonsutløpet være aksialt innrettet med hverandre.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for etablering av en eller flere hydrokarbonbrønner på havbunnen i forhold til en på havbunnen forhåndsplassert struktur for mottak av brønnfluid, eksempelvis en rørledning, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: - fremstilling av et stivt rørpasstykke (5) for å lede brønnfluid av en forhåndsbestemt lengde, omfattende å anordne koblingsorganer i hver ende (6, 7) av rørpasstykket, - festing av en føringsbasis (10) på eller ved en første ende av rørpasstykket, - nedsenkning av rørpasstykket og føringsbasis sammen til havbunnen, - sammenkobling av den andre ende av rørpasstykket med et oppkoblingspunkt på strukturen, - boring og ferdigstillelse av en brønn (24) gjennom nevnte føringsbasis, inkludert montering av et ventiltre, og - sammenkobling av rørpasstykkets første ende med et produksjonsutløp på ventiltreet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trinnene gjentas for det antall brønner som ønskes etablert og tilknyttet den forhåndsplasserte struktur.

3. Anordning for etablering av en eller flere hydrokarbonbrønner på havbunnen, omfattende en struktur (1) for mottak av brønnfluid og som befinner seg på havbunnen, eksempelvis en rørledning, karakterisert ved at den omfatter et stivt rørpasstykke (5) beregnet på å lede brønnfluider som i sin ene ende er tilfestet en føringsbasis (10) for boring og ferdigstillelse av en brønn, og som i hver ende har et termineringshode (6,7) innbefattende koblingsorganer, som er innrettet for tilkobling med tilsvarende koblingsorganer på henholdsvis strukturen (1) og hver brønn (24).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at strukturen er en strømningsrørledning (1) for brønnfluid som er forhåndsutlagt på havbunnen, hvilken strømningsrørledning omfatter en T-gren (3) med en ende for tilkobling med rørpasstykkets ene termineringshode (6).

5. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at strukturen er en manifold anordnet på et fundament på havbunnen, hvilken manifold omfatter samlerør med en ende for tilkobling med rørpasstykkets ene termineringshode (6).

6. Anordning som angitt i krav 3-5 hvor brønnen omfatter et ventiltre med et produksjonsutløp, karakterisert ved at produksjonsutløpet har en ende for tilkobling med rørpasstykkets andre termineringshode (7).

7. Anordning som angitt i krav 3-6, karakterisert ved at rørpasstykket (5) er tilfestet føringsbasis (10) ved hjelp av et hengsel.