NO318357B1 - Anordning ved stigeror - Google Patents

Abstract

Et stigerør som strekker seg mellom et fartøy på overflaten og en undersjøisk brønn (1) omfatter i sin nedre ende en ringromspakning (33) anordnet mellom stigerøret (31) og et kveilrør (32). Ringromspakningen isolerer fluidet i stigerøret og fluidet i brønnen. Ved å fylle stigerøret med et fluid med en tetthet eller trykk som overstiger brønntrykket unngås migrering av hydrokarboner inn i stigerøret.

Description

Oppfinnelsen omhandler en anordning ved et stigerør, spesielt til bruk ved nødfrakobling for å unngå utslipp av hydrokarboner, hvor stigerøret strekker seg mellom en undervanns brønn og et fartøy og et kveilrør eller lignende føres gjennom stigerøret og ned i brønnen, idet en pakning for tetting av ringrommet mellom kveilrøret og stigerøret er plassert i stigerørets nedre ende.

Operasjoner i havbunnsbrønner foregår vanligvis ved at det etableres en lukket søyle som forbinder brønnen med et fartøy på overflaten som vil gi en sikker adgang til brønnen. En slik søyle betegnes vanligvis som et stigerør eller stigerørsystem og omfatter ikke bare selve røret men også flere andre innretninger som i tillegg til selve røret er nødvendig for sikker adgang til brønnen. Alle operasjoner nede i brønnen foregår gjennom stigerøret idet dette danner en barriere mellom brønnfluider og det omgivende sjøvann. Stigerøret må derfor være dimensjonert for å kunne motstå høye brønntrykk. Motsatt kan en ukontrollert utblåsning gjøre at stigerøret fylles med gass fra brønnen noe som vil føre til at trykket inne i stigerøret synker tilnærmet mot null.

Stigerørsystemet omfatter vanligvis en nedre stigerørspakke LRP (Lower Riser Package) med et antall ventiler for å stenge ned brønnen, og som dermed funksjonsmessig tilsvarer en boresikringsventil (BOP). Videre er anordnet en nødfrakoblingspakke EQDP (Emergency Quick Disconnect Package) og en bøyeskjøt (stress joint). I øvre ende av stigerøret, dvs i fartøyet, er vanligvis anordnet en overflate BOP. 1 tillegg kan stigerøret være utstyrt med bøyeledd, oppdriftselementer samt eventuelle andre innretninger for operasjoner på en havbunnsbrønn.

En metode for å utføre operasjoner nede i en brønn er å benytte en vaier eller et kveilrør til å senke et verktøy ned i brønnen. Kveilrøret føres gjennom stigerøret, ventiltreet og ned i brønnen. Arbeidene utføres på en "levende" brønn, dvs at brønnen er åpen helt opp til fartøyet med brønnfluider som har et trykk tilsvarende formasjonstrykket. Det kan, på samme måte som et borestigerør, fylles med et balansefluid som er så tungt at det balanserer formasjonstrykket men dette er ikke vanlig praksis.

Brønnfluidene er ustabilisert, dvs at de har formasjonstrykk og inneholder gass. Gassen vil stige opp i fluidsøylen og vil, på grunn av det minskende trykk, utvide seg når den stiger oppover og selv små mengder gass kan skape problemer dersom stigerøret må frakobles brønnen i en nødssituasjon. En utblåsning skjer når store mengder gass stiger ukontrollert inn i stigerøret eller til og med opp i riggen og vil alltid forårsake farlige situasjoner.

Når operasjoner skal gjøres på brønner plassert på større havdyp, benyttes et fartøy som holdes i riktig posisjon ved hjelp av propellere og/eller trustere. Slike fartøy kalles dynamisk posisjonerte (DP) fartøy. Slike fartøy er svært avhengige av at alle systemer fungerer tilfredsstillende og vanlig praksis krever at de er utstyrt med flere systemer som sikkerhet mot at fartøyet ikke driver av fra sin posisjon.

Under operasjoner fra et dynamisk posisjonert fartøy vil det kunne oppstå situasjoner hvor det blir nødvendig raskt å forlate posisjonen over brønnen. Dette kan være kontrollert, såsom et varsel om forverrede værforhold gjør det nødvendig å evakuere posisjonen, eller ukontrollert, i tilfelle noen av systemene feiler og fartøyet begynner å drive av posisjonen. En slik situasjon kan også oppstå ved plutselig dårlig vær men spesielt i situasjoner hvor fartøyets systemer ikke er i stand til å holde fartøyet i korrekt posisjon over brønnen. Konsekvensene av en slik situasjon kan være at hivkompenseringssystemet feiler eller at stigrøret kommer i en uakseptabel vinkel som medfører belastninger over stigerørets designlast.

Slike situasjoner kan forårsake brudd i stigerøret. I slike situasjoner er det viktig at bruddet kommer på et sted hvor brønnens barrier forblir intakte.

Brudd på stigerøret kan forårsake skade på fartøyet og være farlig for personell i tillegg til å kunne forårsake miljøskader, dvs utslipp av hydrokarboner, hydraulisk fluid eller lignende. Dette kan skje på grunn av energien i det strekte stigerør og innholdet i stigerøret. En kompliserende faktor vil være til stede dersom stigerøret har et innvendig trykk med et ustabilisert fluid eller en blanding av gass og fluid. Fluidet som da strømmer ut av stigerørets nedre ende vil forårsake en oppoverrettet kraft som søker å presse stigerøret opp i riggen mot hivkompenseringen og dermed gjøre situasjonen mere ustabil.

En kjent måte å avhjelpe dette på er å utstyre stigerøret med en nedre ventil (ret ai ner valve) som stenger før frakobling. Denne vil imidlertid måtte stå åpen mens kveilrøret befinner seg i brønnen og vil dermed ikke hindre at gass trenger inn i stigerøret. Et annet problem med en slik ventil er at under nødfrakoblingen, etter at kveilrøret er skjært av, må kveilrøret trekkes opp i stigerøret til det kommer ovenfor ventilen før den kan lukkes. I enkelte situasjoner kan man oppleve at man ikke har tid til dette.

Det er tidligere kjent å utstyre stigerøret med en pakning som tetter ringrommet mellom stigerøret og kveilrøret. En slik pakning er eksempelvis kjent fra US patent nr. 6 450 262. Slike pakninger har imidlertid kun vært brukt i forbindelse med boring for å omlede returslammet og har som formål å isolere slamsøylen i brønnen fra slamsøylen i stigerøret. Dermed unngås for høye slamvekter i borehullet, noe som kan medføre utilsiktet oppsprekking i formasjonen. Denne metoden er imidlertid uegnet i brønner med ustabiliserte brønnfluider da gass i så fall vil migrere inn i stigerøret og mulig forårsake farlige gassdannelser.

Formålet med oppfinnelsen er på en enkel måte å hindre gass i å trenge inn i stigerøret og på en enkel måte å opprettholde kontroll av sigerøret under nødfrakobling. Dette oppnås ved at ringrommet mellom kveilrøret og stigerøret er fylt med et fluid slik at trykket på oversiden av pakningen er større enn på undersiden.

Stigerøret kan enten være fylt med et fluid som er tyngre enn sjøvann. Alternativt kan ringromsfluidet trykksettes.

Trykket i ringromsfluidet over pakningen må være høyere enn trykket under pakningen, dvs. brønntrykket, men denne trykkforskjellen er fortrinnsvis liten, eksempelvis mindre enn 100 kPa (1 bar). Dette gjør at påkjenningene på stigerøret og pakningen ikke blir for store samtidig som dette er tilstrekkelig for å hindre inntrenging av gass..

Fordelaktig er stigerøret fylt med et fluid som ikke forårsaker skade på miljøet ved utslipp.

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

Fig. 1 viser et typisk stigerør og utstyr for brønnintervensjon, og

Fig. 2 viser skjematisk en isolasjonsinnretning ifølge oppfinnelsen.

Stigerørsystemet vist i fig. 1 er av en type som vanligvis er kalt et intervensjons stigerør, dvs at det er innrettet til å benyttes under operasjoner i en brønn etter at brønnen er ferdig komplettert og satt i produksjon. Det kan eksempelvis være operasjoner for å sette ned eller hente opp utstyr fra brønnen, stimulering av brønnen med kjemiske eller mekaniske midler osv. Et slikt stigerør er innrettet til å motstå høye trykk men er normalt mindre enn stigerøret som benyttes ved boreoperasjoner og er vanligvis ca 356 mm (14") utvendig diameter.

Den konfigurasjon som er vist i fig. 1 er kun ment som et eksempel på slike typer stigerør og det skal forstås at det kan omfatte flere deler, eller at andre deler kan erstatte de viste deler. Stigerøret er vist festet til den øvre del av et undervanns ventiltre 1 som i sin tur er tilkoblet et brønnhode 2 som sitter i en føringsbasis 3. Sistnevnte danner fundamentet for brønnen 4 og hviler på sjøbunnen 5.

Stigerørsystemet omfatter, nedenfra og opp, en nedre stigerørspakke LRP 6, en nødfrakobler EQDP 7, en bøyeskjøt 8, røret 9, og et strekkledd 10. Røret 9 består av et antall rør som er skrudd eller på annen måte koblet sammen til dannelse av en langstrakt søyle. Strekkleddet 10 danner feste for vaiere 11 som igjen er festet til hivkompenseringssystemet 12. Dette sørger for å holde stigerøret i strekk noe som gjøres for å unngå for store lastpåkjenninger på brønnen.

Hivkompenseringssystemet er av vanlig kjent type brukt til slike arbeider og vil derfor ikke bli beskrevet i detalj. Et slikt standard hivkompenseringssystem består av en stempel-sylinderanordning hvor den ene del, eksempelvis stempelet, er festet tit vaieren 11, mens den andre del er festet til fartøyet.

Fartøyet har et boredekk 13 som er det primære arbeidsområdet på fartøyet og en kjellerdekksåpning (moonpool) 14 gjennom hvilket utstyr senkes til havbunnen. Fartøyet omfatter videre ikke viste boretårn, kraner, operasjonssentral osv.

De øvre delene av stigerørsystemet omfatter en adapterskjøt 15 som danner overgang mellom røret 9 og en strekkramme 16 som igjen er opphengt i riggens drivverk 17. Inne i strekkrammen 16 er anordnet et overflate-ventiltre 18, en overflate-BOP 19 og en kveilrørsinjektor 20.1 boredekket 13 er montert en glide- eller sliteskjøt 21 som røret 9 føres igjennom for å unngå skader på røret. En navlestreng (ikke vist) fører ned til de nedre delene av stigerøret og omfatter hydrauliske og elektriske linje for kontroll av systemene på havbunnen.

Fartøyet omfatter videre ikke viste boretårn, kraner, og annet utstyr som er vanlig på et fartøy. På, fartøyet er også plassert en operasjonssentral med en operatør som overvåker arbeidene i brønnen. I operasjonssentralen er anordnet en intelligent styringsenhet som mottar data og bearbeider disse. 1 fig. 2 er skjematisk vist en foretrukket utføringsform av isolasjonsinnretningen. Stigerøret 9 har en relativt tykk vegg 31. Kveilrøret 32 strekker seg gjennom stigerøret. Isolasjonsinnretningen i den foretrukne utførelse består av en enkel hylse 33 av et elastisk materiale, eksempelvis gummi, som omgir kveilrøret 32 og hviler tettende mot stigerørets vegg 31 slik at den terter ringrommet mellom kveilrøret og innerveggen i stigerøret. Gummihylse kan eksempelvis monteres på kveilrøret og blir med ned under nedføringen til den ligger an mot en stopp 34 i den nedre ende av stigerøret. En tilsvarende stopp 35 kan være montert på kveilrøret for å forhindre at hylsen glir oppover under nedføringen av kveilrøret. Dersom det er nødvendig å sirkulere fluid i brønnen kan denne fluid returneres via den vanlige strupe- eller kvelelinje som er en ledning på utsiden av stigerøret.

I en alternativ utførelse kan isolasjonsinnretningen være en modifisert ringroms-ekspansjonspakning av en tilsvarende type som i en BOP eller en avlederventil. Den kan i så fall fordelaktig være montert i et eget skjøtestykke som kobles inn i stigerøret. Pakningen kan være innrettet slik at den er i avslappet tilstand under nedføring og tilkobling av stigerøret til brønnen. Etter at kveilrøret er ført gjennom stigerøret men før brønn ventilene er åpnet, blåses pakningen opp slik at den omgir kveilrøret og tetter ringrommet. En slik utførelse vil være mere gunstig når det er ønskelig å etablere en sirkulasjon i brønnen, dvs at fluid, eksempelvis behandlingsfluid, pumpes ned i brønnen gjennom kveilrøret og returnerer opp igjennom ringrommet.

En pakning som er helt tett vil gi stor friksjonsmotstand. En slik fullstendig tetning vil derfor gjøre det vanskelig å føre kveilrøret ned i brønnen da friksjonsmotstanden kan bli høy. I den foretrukne utførelsesform ligger derfor hylsen løst an mot kveilrøret.

Ringrommet mellom kveilrøret 32 og stigerøret 31 over pakningen er ifølge oppfinnelsen fylt med et fluid som gjør at trykket blir noe høyere på oversiden av pakningen enn trykket nedenfor. Dette har den ytterligere fordel at det ikke er nødvendig for pakningen å tette fullstendig mot kveilrøret. Det høyere trykk på oversiden av pakningen hindrer inntrenging av gass i stigerøret. Selv on noe fluid sannsynligvis vil lekke forbi pakningen og ned i brønnen er dette et mindre problem enn det motsatte.

Dette kan oppnås ved å benytte et fluid med passende tetthet slik at vekten av fluidsøylen over pakningen gir det ønskede trykk. Slike fluider er vel kjente i forbindelse med boring der det er viktig å ha et fluid som kan utbalansere formasjonstrykket. 1 en foretrukket utførelse benyttes imidlertid et "lett" fluid som er satt under trykk i stigerøret. På denne måten kan det benyttes miljøvennlige fluider, dvs fluider som ikke forurenser sjøen ved utslipp. Eksempler på slike fluid er vegetabilske og animalske oljer. Dette gir også muligheter til å benytte et hydratinhiberende fluid såsom glykol.

Dersom systemet bestemmer at en unormal situasjon er oppstått vil det iverksette nødprosedyrene. En slik prosedyre vil normalt omfatte følgende trinn:

- en avgjørelse om nødavstengning blir tatt,

- starte lukking av skjærventiler for å skjære av (og eventuelt fastholde) kveilrøret,

- eventuelt aktuere pakningen for klemming rundt kveilrøret,

- frakoble EQDP og blø av volumet mellom BOP ventil og fotventil

- frakobling av navlestreng, og

- (eventuelt) avblødning av fluidet i stigerøret.

Siden stigerøret nå henger i kranen i riggen og er tyngre enn omgivelsen fordi det ikke er eller er svært lite, gass i stigerøret, kan man unngå reaksjonen ved at stigerøret presses opp i riggen og skaper farlige situasjoner. Når stigerøret er frakoblet vil det dermed bli hengende fra riggen og riggen kan bevege seg bort fra brønnen. Fluid vil nå lekke ut av stigerørets nedre ende men kun i små mengder. Ved at fluidet i stigerøret er et fluid som ikke er farlig for miljøet og dermed kan slippes ut i havet, kan nå kveilrøret trekkes opp etter at stigerøret er frakoblet og fluidet som lekker ut vil ikke gjøre skade.

Claims (8)

1. Anordning ved et stigerør, spesielt til bruk ved nødfrakobling for å unngå utslipp av hydrokarboner, hvor stigerøret strekker seg mellom en undervanns brønn (4) og et fartøy og et kveilrør (32) eller lignende føres gjennom stigerøret (9) og ned i brønnen, idet en pakning (33) for tetting av ringrommet mellom kveilrøret (32) og stigerøret (31) er plassert i stigerørets nedre ende, karakterisert ved at ringrommet er fylt med et fluid slik at trykket på oversiden av pakningen er større enn på undersiden.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at pakningen (33) er en gummihylse.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at pakningen (33) er en oppblåsbar pakning.

4. Anordning som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at pakningen (33) omfatter en enveisventil.

5. Anordning som angitt i et foregående krav, karakterisert ved at trykket i stigerøret er høyere enn det utvendige trykk.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at fluidet har en tetthet høyere enn sjøvannets tetthet.

7. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at fluidet er et miljøvennlig fluid.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at fluidet er et hydratinhiberende fluid.