NO316189B1 - Kontrollanordning for stigeror - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en kontrollanordning for stigerør som er utformet spesielt for å brukes i forbindelse med spoletrær eller horisontale produksjonstrær i undersjøiske olje- og gassinstallasjoner

De siste ti årene har undersjøiske produksjonssystemer blitt den foretrukne løsningen for utnyttelse av fralands olje- og gassfelter Slike systemer gir vesentlige fordeler i forhold til den tradisjonelle plattformbaserte metoden både når det gjelder økonomi og reservoarkontroll Det var et vesentlig fremskritt for undersjøiske produksjonssystemer da man innførte spoletrær eller horisontale produksjonstrær Dette muliggjorde først komplettering med stor diameter og deretter multilaterale brønner, slik at man kan utnytte et fralandsfelt til fulle med betydelig færre borehull Disse systemene reduserer også anleggs- og driftskostnadene ved at de gjør det mulig å utføre kompletterings- og intervensjonsoperasjoner gjennom et tradisjonelt stigerør og UBIS i motsetning til det doble skjelettstigerøret som man vanligvis forbinder med konvensjonelle undersjøiske produksjonstrær

Mange av feltene som er utbygd med horisontale trær går nå over til andre produksjonsfase og derfor vil intervensjonsfasen, dvs utstrakte produksjonsloggprogrammer med de påfølgende diagnostiserte utbednngsoperasjonene som reperforenng og vannavstengmg, behovet for og vanskeligheten av disse operasjonene, øke med kompleksiteten av både utbygde og planlagte brønner Selve karakteren av brønnene med lange horisontale seksjoner som slynger seg gjennom den produserende seksjonen krever strategisk utplassering for mtervensjonsverktøy på kompressivt stive kveilerør Den kritiske faktoren ved utplassering av utstyr av denne typen i undersjøisk miljø er om den undersjøiske nedre stigerørspakkens kan kutte intervensjonsstrengen og isolere brønnen Det utstyret som brukes til denne funksjonen i dag er basert på etablert teknikk med sikkerhetsventiler nede i brønnen, hvor det primære kutteutstyret er en kuleventil og den primære tetningen enten en kule- eller klappventil

Bruk av kuleventil til kuttefunksjonen er unikt for denne typen utstyr siden kutteoperasjoner normalt gjøres med UBIS, som gir betydelige fordeler, fordi kutteeffektiviteten er mye høyere og toleransen for produksjonsavfall vesentlig høyere, noe som betyr mer pålitelig tetning

En annen viktig faktor som innvirker på fremgangsmåten ved intervensjonen vil være muligheten til å utplassere intervensjonssystemet og utføre operasjoner fra et lett fartøy

Da det horisontale treet var på utviklingsstadiet ble man forespeilet at intervensjonsoperasjoner ville bh utført fra en borerigg gjennom et marint stigerør / UBIS og et overhahngsstigerør med stor diameter og en nedre stigerørspakke Men hvis man bruker et konvensjonelt fartøy innvirker det på utgiftssiden, ikke bare på grunn av høye driftsutgifter, men også med mer komplisert fortøyning i og omkring produksjonsanlegget og infrastrukturen Det er gjort mange undersøkelser for å fastslå de økonomiske og driftsmessige aspektene ved å utføre intervensjoner fra et lett halv- eller ettskrogsfartøy Størrelsen av disse fartøyene utelukker bruk av marint stigerør og UBIS-stakk og krever utplassering av et undersjøisk smøresystem som likner smøresystemet i konvensjonelle treintervensjoner Brannkontrollen under disse operasjonene oppnås ved en kombinasjon av barrierer inne i intervensjonssystemet og produksjonstreet Dette gir full fleksibilitet i brønnavskjermingen og til og med fullstendig berging av intervensjonsutstyret, siden ventilene som man demmer opp med i det vertikale hullet i produksjonstreet isolerer brønnen

Men hvis det skal utføres liknende operasjoner på et horisontalt tre uten vertikale isolasjonsegenskaper (både røropphenget og hodepluggene på treet er fjernet for at intervensjonsstrengen skal kunne komme til) befinner den eneste tilgjengelige vertikale isolasjonen seg i intervensjonssystemet selv Under normale omstendigheter tilfredsstiller dette den aksepterte barrierefilosofien, men det utelukker ikke muligheten for å fjerne intervensjonsutstyret eller utplassere en UBIS for brønndreping eller brønnfisking Det er fremlagt flere forskjellige konsepter for forbedring av lettvekts intervensjonsoperasjoner med horisontale trær Alle tillater utplassering av bore-UBIS under intervensjonsoperasjoner, som for eksempel bruk av koblingsstykke, kutteventil og koblingsspole (hvor kutteventilen gir brønnisolasjon under kjøring og uttrekking av intervensjonssystemet) eller utplassering av et koblingsstykke og en spole med integrert indre ventil som kan lukkes hydraulisk slik at intervensjonssystemet kan berges og UBIS-stakken kan kjøres Begge systemene gjør imidlertid intervensjonssystemet betydelig tyngre slik at man trenger et mye større fartøy enn slike som vanligvis forbindes med lettvektsintervensjonsteknikk En annen ulempe er at bøyemomentet som innføres ved produksjonstreet og brønnhodet økes betydelig av vekten og lengden av spolen og et ekstra koblingsstykke, og utelukker bruk av dette systemet i alt annet enn gunstige miljøer

Løsninger av ovennevnte og lignende type for avstengning av brønnstrenger og stigerør er bl a kjent fra NO 307 665, US 5 653 418 og US 6 227 300

For å unngå de ovennevnte ulempene med de ovennevnte UBIS- og kuleventilløsningene og for å gjøre det mulig å utnytte fordelene med spoletreet eller det horisontale produksjonstreet til fulle har oppfinnerne utviklet en kontrollanordning for stigerør i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, som gjør det mulig å kopiere funksjonen til en konvensjonell nedre stigerørspakke og oppnå både brønnkontroll (sikker isolering) og frakoblmgsfunksjoner

De opprinnelige systemene som ble brukt i denne rollen ble utviklet av utstyr som var innført tidlig på åttitallet for lete- og prøveboringer som generelt er av kort varighet og ikke krever et så stort vedlikeholdsprogram som i et komplettenngsmiljø Derfor ga ikke de tidlige systemene som ble brukt til dette kritiske formålet den nødvendige tilgjengeligheten, og det ble gjort en betydelig utviklingsinnsats for å produsere et system som skulle tilfredsstille tilgjengelighets- og integritetskravene

Oppfinnelsen er karakterisert ved de egenskapene som er definert i det vedlagte patentkrav 1

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er definert i de vedlagte avhengige kravene 2-5

Oppfinnelsen beskrives videre nedenfor med eksempler og med henvisning til illustrasjonene hvor

Fig 1 viser et lengdesnitt (vertikalt) av en nedre del av et stigerør med horisontalt

produksjonstre og konvensjonelt UBIS-system

Fig 2 viser et lengdesnitt (vertikalt) av den nedre delen av et stigerør med horisontalt produksjonstre og ovenfor treet en kontrollanordning for stigerøret i henhold til oppfinnelsen Fig 3 viser et tverrsnitt i større skala av den samme kontrollanordningen (figurene skal korrigeres) - som viser både et toppsnitt og et "side"-snitt (i en annen tverrsnittvinkel) Fig 4 viser sekvensene a), b) og c) av kontrollanordningen fra åpen til lukket stilling

Konvensjonelle UBIS-systemer som det på Fig 1 har et par låsestykker 32 plassert i horisontalt motsatte lommer som befinner seg i 90 graders vinkel med det vertikale borehullet eller stigerøret 11 For å lukke beveger låsestykkene seg mot hverandre og møtes i midten av det indre hullet Ca 40 % av lengden av låsestykkene befinner seg ennå i hver av lommene for å skaffe strukturell støtte mot trykkbelastningen i enden God tetning oppnås med et kontinuerlig elastomerbelegg over forsidene av hvert av låsestykkene langs den horisontale diameteren av låsestykket og over den øvre ytre diameteren som er forbundet med det motsatte horisontale beinet, hvor den gode tetningen oppnås ved kontakten mellom elastomerelementene på forsiden av låsestykkene og låsestykkelommen En vesentlig ulempe med systemet er at 50 % av slaglengden er utsatt for differensialt trykk når det er lukket, slik at den effektive tetningsintegriteten økes Til undersjøiske formål (og vanligvis også til overflateformål) drives låsestykkene hydraulisk med stempler montert på aksen til låsestykket og lommen som er koblet til ytterflaten av hvert låsestykke med en drivstang Arealet til denne stangen utsettes for trykket i borehullet og den virker deretter på systemet med en aksial kraft utover (åpnende), slik at det trengs et slags låsesystem (kilelåser) for å unngå utilsiktet åpning av låsestykkene ved svikt i hydraulikken Som man kan se krever en utforming av UBIS-systemet et høyt forhold mellom bredde og indre diameter for å fungere effektivt, normalt i området 8 til 10 Det er derfor åpenbart at det ytre hylsteret utelukker bruk av denne teknologien til tross for den økte driftssikkerheten med et UBIS-system

Som nevnt ovenfor viser Fig 2 et lengdesnitt (vertikalt) av den nedre delen av et stigerør 11 med et horisontalt produksjonstre 12 og over treet en kontrollanordning 10 for stigerøret i henhold til oppfinnelsen Som man kan se av figuren er kontrollanordningen 10 koblet direkte til treet i den enden av stigerøret som befinner seg nedenfor en (konvensjonell) lukkeventil 13

Fig 3 viser kontrollanordningen 10 i henhold til oppfinnelsen i normal dnftstilstand (åpen) Kledningen består av to seksjoner, overdekselet 1 og underdekselet 2 Inne i overdekselet befinner låsestykkene 6 seg inne i hulrommene 3 som dannes mellom over- og underdekselet I den nedre flaten til hvert av låsestykkene er det laget en T-formet åpning 4 som går parallelt med aksen til låsestykket En tilsvarende tapp 5 er laget på den øvre delen av skjærstykket 7 som passer inn i åpningen 4 i den nedre flaten av låsestykket Dette gir skjærstykket muligheten til å bevege seg fritt i forhold til låsestykket 6 innenfor en forhåndsbestemt lineær lengde Hvor langt skjærstykket skal kunne bevege seg bestemmes ved lengden av tappen (åpningen) på låsestykket og dybden av bakplaten som er festet til låsestykket På den flaten av skjærstykket som er motsatt tappen, parallelt med aksen til låsestykket, er det laget et utstikkende element med et midtre hull gjennom i 90 graders vinkel med låsestykket og aksen til skjærstykket Det utstikkende elementet på skjærstykket passer inn mellom to identiske utstikkende elementer 15 som er laget på den øvre seksjonen av veivarmen 8 og låses på plass ved å sette inn en splint 16 i borehullet på alle de tre utstikkende elementene Dette muliggjør effektiv overføring av den lineære bevegelsen av veivarmen 8 til kombinasjonen av skjær- og låsestykke, mens den vertikale bevegelsen av veivarmen 8 kan absorberes som rotasjonskomponent

Den nedre enden av veivarmen 8 er identisk med den øvre og ender i et tverrstykke 17 med to utstikkende elementer som begge har et midtre hull i 90 graders vinkel med hovedaksen til armen Disse utstikkende elementene passer inn over et tilsvarende utstikkende element 18 som er laget på den øvre seksjonen av stempelstangen 9 og de festes til hverandre ved innsetting av en splint 19 som er identisk med den som brukes i det øverste tverrstykket Selv om den er identisk med den øvre kombinasjonen som gjør det mulig å overføre den horisontale og vertikale bevegelseskomponenten til en total horisontal bevegelse gjør denne kombinasjonen av utstikkende element og tverrstykke det mulig å dele den vertikale bevegelsen av stempelstangen 9 i horisontale og vertikale komponenter

Derfor gjør kombinasjonen av de to rotasjonshengslene 20, 21 i hver sin ende av veivarmen 8 det mulig å overføre den vertikale bevegelsen av stempelstangen 9 til en total horisontal bevegelse av låse- og skjærstykkekombinasjonen

Den vertikal bevegelsesmengden som er nødvendig for å oppnå tilstrekkelig av den horisontale komponenten til å fullstendig åpne og lukke låsestykkene 6 er avhengig av både lengden av veivarmen 8 og vmkelforskyvningen av rotasjonshengslene 20, 21 fra begynnelsen av Man må merke seg at jo lengre veivarmen er, desto mindre vertikal bevegelse trengs det for å få den horisontal komponenten stor nok til full lukning En vesentlig fordel med denne metoden for å betjene et låsestykke 6 i forhold til et konvensjonelt lineært system er at bevegelsen av låsestykket er omvendt i forhold til den vertikale bevegelsen av drivmekanismen og derfor gir betydelige mekaniske fordeler under kutte- og tetningsseksjonen av syklusen, noe som gir bedre kutting og tetning

Ved normal drift er dnvsystemet for låsestykket/kutteren 6,7 hydraulisk, men andre former for drivkraft kan også benyttes Det er mest hensiktsmessig om det hydrauliske dnvsystemet er en uavhengig enhet som settes sammen eksternt Dermed kan systemet skiftes ut raskt hvis nødvendig Det består av 8 hovedkomponenter som kan defineres som følger indre mantel 22, stempelstang 9, ringstempel 23, balansestempel 24, mellomliggende tetningsholder 25, holdersperre 26, mantelsperre 27 og låsenng for sperrene 28

Når det er satt sammen plasseres dnvsystemet inne i underdekselet og låses på plass ved å installere låsenngen for sperrene på de indre gjengene i underdekselet 2 Installasjonen av systemet danner i virkeligheten to uavhengige hydrauliske kamre inne i systemet Det øvre kammeret 29 dannes mellom den nedre flaten til den indre mantelen 22 og den øvre flaten til nngstempelet 23 Det nederste kammeret 30 dannes mellom den nedre flaten til nngstempelet 23 og den øvre flaten til den midlere tetningsholderen 25 Hydrauliske rør (ikke vist) som befinner seg i ytterveggen til underdekselet 2 er ført gjennom til de respektive hydrauliske kamrene Det øvre kammeret 29 fungerer som åpningskammer, hvor hydraulisk trykk som innføres i kammeret 29 danner en differensialkraft over nngstempelet 23 og gir opphav til en drivkraft som tvinger stempelet 23 nedover

Stempelstengene 9 som er festet til nngstempelet 23 ved hjelp av gjenger 24 beveger seg derfor nedover og drar det nedre leddet av veivarmen med seg, slik at bevegelsen overføres til horisontal bevegelse av kombinasjonen av skjærstykke 7 og låsestykke 6 og begge presses til åpen stilling

Det nedre kammeret 30 som får tilførsel fra det hydrauliske røret fungerer som lukningssystem, hydraulisk trykk gjennom røret virker på den nedre flaten av nngstempelet 23 og lager et differensialtrykk som overføres som en drivkraft som tvinger stempelet 23 og dermed stempelstengene 9 og det nedre leddet 21 av veivarmen 8 oppover Den vertikale bevegelsen overføres med de øvre og nedre leddene av veivarmen til en sann horisontal komponent og derfor beveges skjærstykkene og deretter låsestykkene til lukket stilling

Fig 4 a), b) og c) viser en sekvens av kontrollanordningen for stigerøret fra startstilhng til helt lukket stilling På fig 4 a) er lukkeoperasjonen nettopp startet Begynnende bevegelse av låsestykkene 6 oppnås ved hjelp av tapper 27 på veivarmene 8 Stengene 8 skyves innover når tappene 27 griper an mot en del som er utvidet innover 28 på dekselet 2, mens stengene samtidig beveges oppover av stempelet 23 Fig 4 b) viser kontrollanordningen i en stilling hvor kutteknivene 7 og låsestykkene 6 er i en midlere kutte posi sjon, mens fig 4 c) viser låsestykkene 6 i helt lukket stilling hvor de fjærende pakningselementene 31 lukker tett mot den gjenværende enden av produksjonsstrengen (ikke fremstilt på figuren) eller liknende

Oppfinnelsen i henhold til patentkravene er ikke begrenset til bruk i forbindelse med kutting og tetning av en borestreng eller et stigerør, men kan også brukes som konvensjonell lukkeventii, uten kutteknivene 7

Claims (4)

1 Kontrollanordning for stigerør, spesielt utformet for bruk i forbindelse med spoletrær eller horisontale produksjonstrær (12) for brønner i undersjøiske olje- og gassinstallasjoner, karakterisert ved to låsestykker (6) som kan beveges radialt i retning mot hverandre inne i et deksel (1,2) for å isolere (forsegle) brønnen og samtidig to skjærstykker (7) som kan beveges radialt i retning mot hverandre for å kutte av en intervensjonsstreng eller liknende, hvor låsestykkene (6) og skjærstykkene (7) drives ved hjelp av en vertikal dnvmekanisme (8,9,23) inne i dekselet (1,2)

2 Kontrollanordning for stigerør i henhold til krav 1, karakterisert ved at drivmekamsmen er i form av en hydraulisk drevet anordning med ringstempel (23) og ringformet kammer (29,30) som gjennom stempelstenger (14) og veivarmer (8) omdanner bevegelsen av stempelet (23) til åpning eller lukning av låsestykkene (6) og skjærstykkene (7)

3 Kontrollanordning for stigerør i henhold til krav 1 og 2, karakterisert ved at skjærstykkene (7) og låsestykkene (6) er koblet sammen gjensidig, slik at den radiale bevegelsen av skjærstykkene (7) også innebærer radial bevegelse av låsestykkene (6)

4 Kontrollanordning for stigerør i henhold til krav 3, karakterisert ved at låsestykkene (6) er anbrakt oppå skjærstykkene (7), slik at koblingen mellom låsestykkene og skjærstykkene er i form av en åpning (4) i den nedre flaten av hvert låsestykke (6) og en tilsvarende tapp (5) i den øvre seksjonen av skjærstykket (7) 5 Kontrollanordning for stigerør i henhold til krav 4, karakterisert ved at åpningen (4) strekker seg over en strekning parallelt med aksen av låsestykket (6) slik at det tilsvarende skjærstykket (7) beveger seg fritt i forhold til det tilsvarende låsestykket (6) gjennom den samme strekningen