NO325339B1

NO325339B1 - High pressure Vortex washing system for BOP, Riser, well and well protection equipment and related to use during cementing and downhole operations

Info

Publication number: NO325339B1
Application number: NO20043970A
Authority: NO
Inventors: Ole Dagfinn Jensen; Geir Overland; Egil Vika
Original assignee: Seashore Technology As
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2008-03-31
Also published as: NO20043970L; NO20043970D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et høytrykks vaskesystem for ut-blåsningssikringsventiler, BOP, og stigerørspakker ved boring og ferdigstillelse av en brønn for produksjon. Rengjøringen foregår ved at væske med høyt trykk pumpes ned borestrengen (drill pipe DP) og inn i verktøyet. The present invention relates to a high-pressure washing system for blowout protection valves, BOPs, and riser packages when drilling and completing a well for production. The cleaning takes place by pumping liquid at high pressure down the drill string (drill pipe DP) and into the tool.

Liknende teknikk fremgår for eksempel fra US 6 302 201 som viser en anordning og fremgangsmåte for vasking av undersjøisk borerigg utstyr. Denne publikasjonen beskriver en anordning med mange likhetstrekk med den foreliggende oppfinnelsen. Fra publikasjonen fremgår det anordninger og metoder for fjærning av størknet boreslam, borkaks, jernspon, sedimenter, og andre borerester og partikler som er kommet opp fra brønnen, fra de innvendige overflatene av utstyr brukt under boring av onshore og offshore brønner. Similar technology appears, for example, from US 6 302 201 which shows a device and method for washing underwater drilling rig equipment. This publication describes a device with many similarities to the present invention. From the publication, it appears devices and methods for removing solidified drilling mud, cuttings, iron shavings, sediments, and other drilling residues and particles that have come up from the well, from the internal surfaces of equipment used during drilling of onshore and offshore wells.

Boreslam inneholder ofte forskjellige elementer slik som gelmidler og kjemi-kalier nødvendig for å styre egenskaper innenfor ønskede grenser. Slik boreslam i tillegg til borkaks og andre rester samles opp og akkumuleres innvendig i elemen-tene som benyttes, og dette kan forringe forskjellige prosesser betydelig. Følgelig finnes det forskjellig utstyr for vasking av boreutstyr som eksempelvis vist i US 6 302 201. Fra denne publikasjonen fremgår det et vaskeverktøy med hoved-sakelig sylindrisk fasong og som har et sentralt verktøylegeme. Verktøyet har en innvendig overflate som definerer en sentral langsgående boring som strekker seg langs hele verktøyets lengde. Verktøyet innehar et flertall dyser eller porter som strekker seg gjennom verktøylegemet som danner kommunikasjon mellom den langsgående boringen og brønnboringen som skal vaskes eller renses. Dysene er fortrinnsvis vinklet i en retning normalt på verktøylegemets langsgående akse, og følgelig er dysene rettet radielt utover fra den sentrale langsgående boringen av verktøylegemet. Drilling mud often contains various elements such as gelling agents and chemicals necessary to control properties within desired limits. Such drilling mud, in addition to drilling cuttings and other residues, is collected and accumulated inside the elements used, and this can significantly impair various processes. Consequently, there are different equipment for washing drilling equipment, as for example shown in US 6 302 201. This publication shows a washing tool with a mainly cylindrical shape and which has a central tool body. The tool has an internal surface that defines a central longitudinal bore that extends along the entire length of the tool. The tool has a plurality of nozzles or ports extending through the tool body which form communication between the longitudinal bore and the wellbore to be washed or cleaned. The nozzles are preferably angled in a direction normal to the longitudinal axis of the tool body, and consequently the nozzles are directed radially outward from the central longitudinal bore of the tool body.

Fra US 5 195 589 fremgår det et vaskeverktøy som er fritt opplagret i en wire, med et dysehus konsentrisk plassert rundt en aksling og roterbart montert til akslingen ved hjelp av aksiallagre og bærelage. From US 5 195 589 it appears a washing tool which is freely stored in a wire, with a nozzle housing concentrically placed around a shaft and rotatably mounted to the shaft by means of axial bearings and support bearings.

Fra US 4 518 041 fremgår det et vaskeverktøy som er innfestet i et kveilrør. En ytre hylse/et ytre legeme roterer ved at vinklede dyser skaper et rotasjonsmo-ment fra impulskraften av de vinklede dysene. Dette momentet skal dreie verktøy-et om en sentral akse. US 4,518,041 discloses a washing tool which is attached to a coiled pipe. An outer sleeve/an outer body rotates by angled nozzles creating a rotational moment from the impulse force of the angled nozzles. This moment must rotate the tool about a central axis.

Ved dysekonfigurasjoner der dysene er vinklet radielt eller vaskeverktøyet roterer i hovedsak i stedet for væskesøylen, vil imidlertid energien fra dysene raskt avta, og følgelig vedrører den foreliggende oppfinnelse et høytrykks vaskesystem der energien i vaskemediet ivaretas eller opprettholdes bedre. In nozzle configurations where the nozzles are angled radially or the washing tool rotates mainly instead of the liquid column, however, the energy from the nozzles will quickly decrease, and consequently the present invention relates to a high-pressure washing system in which the energy in the washing medium is safeguarded or maintained better.

Dette oppnås med et vaskeverktøy og en fremgangsmåte som angitt i det selvstendig krav og som definerer et vaskeverktøy for rensing av offshore-boreutstyr. Verktøyet i henhold til oppfinnelsen benytter et Vortex prinsipp der energien i en væskestrøm bevares lengre ved at væskestrømmen påføres en tangentiell bevegelseskomponent slik at en væskesøyle settes i rotasjon. This is achieved with a washing tool and a method as stated in the independent claim and which defines a washing tool for cleaning offshore drilling equipment. The tool according to the invention uses a Vortex principle where the energy in a liquid stream is preserved longer by applying a tangential movement component to the liquid stream so that a column of liquid is set in rotation.

Vaskeverktøyet omfatter et langstrakt rørformet legeme med en øvre ende, en nedre ende og en sentral langsgående boring plassert derigjennom. Den sentrale boringen strekker seg fra den øvre enden for tilknytning til en kilde for tilførsel av væske under høyt trykk. Det langstrakte rørformede legeme har minst én vaskeport som strekker seg gjennom det langstrakte rørformede legeme. Vaskeporten er utformet med en dyse. En standard rørtilkopling i topp er tilpasset for fast innfesting av vaskeverktøyet til en borestreng slik at verktøyet ikke kan rotere i forhold til borestrengen. Dysen på den minst ene vaskeporten er en vortex dyse tilpasset for å skape en rotasjon i en væskesøyle som omgir vaskeverktøyet slik at det dannes en sirkulær strøm i det som skal vaskes. The washing tool comprises an elongated tubular body having an upper end, a lower end and a central longitudinal bore located therethrough. The central bore extends from the upper end for connection to a source of supply of liquid under high pressure. The elongate tubular body has at least one wash port extending through the elongate tubular body. The washing port is designed with a nozzle. A standard pipe connection at the top is adapted for firmly attaching the washing tool to a drill string so that the tool cannot rotate in relation to the drill string. The nozzle on at least one washing port is a vortex nozzle adapted to create a rotation in a column of liquid which surrounds the washing tool so that a circular current is formed in the thing to be washed.

Verktøyet kan være konstruert for fri gjennomstrømning, og kan ha en dynamisk lukkeventil i sin ende i en avstand fra tilførselsenden og kan tillate at en utblåsningssikrings avstengningsventiler lukkes rundt verktøyet uten at dette fører til skade av verktøyet. The tool may be designed for free flow, and may have a dynamic shut-off valve at its end at a distance from the supply end and may allow a blowout protection shut-off valve to close around the tool without causing damage to the tool.

Verktøyet kan omfatte en kurv for oppsamling av utvaskede partikler, idet kurven kan være tilpasset for å passe inn i et profil og kan være utstyrt med en svivel for at verktøyet over kurven skal kunne rotere fritt. The tool may comprise a basket for collecting washed particles, the basket may be adapted to fit into a profile and may be equipped with a swivel so that the tool above the basket may rotate freely.

Vortex dysen kan gå ut med en tangentiell vinkel fra boringen i senter av verktøyet. The vortex nozzle can exit at a tangential angle from the bore in the center of the tool.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører således et høytrykks vaskesystem for å rengjøre brønn, utblåsningssikringer og tilhørende stigerørspakker. Rengjø-ring foregår ved at væske ved høyt trykk pumpes ned borestrengen DP og inn i verktøyet. The present invention thus relates to a high-pressure washing system for cleaning wells, blowout fuses and associated riser packages. Cleaning takes place by pumping liquid at high pressure down the drill string DP and into the tool.

I verktøyet vil væsken strømme ut gjennom spesiallagede dyser som skaper en vortex effekt i hulrommet mellom verktøy og innerdiameteren i den omtalte BOP og riser. Oppsamlingskurven i bunn av verktøyet sikrer at urenheter som blir fjernet blir samlet opp og ikke faller ned i olje/gassbrønnen. Verktøyet lander i en kjent profil i brønnhodet og kan fritt roteres fra overflaten. Opplagringen kan eksempelvis være et glidelager over en landering. In the tool, the liquid will flow out through specially made nozzles that create a vortex effect in the cavity between the tool and the inner diameter of the mentioned BOP and risers. The collection basket at the bottom of the tool ensures that impurities that are removed are collected and do not fall into the oil/gas well. The tool lands in a known profile in the wellhead and can be freely rotated from the surface. The storage can, for example, be a slide bearing over a landing ring.

Kort beskrivelse av de vedlagte figurer: Brief description of the attached figures:

Figur 1 viser et verktøy i henhold til oppfinnelsen plassert i en utblåsnings-sikring; og Figur 2 viser et tverrsnitt av verktøyet i henhold til oppfinnelsen med et tverrsnitt gjennom en dyse, slik at dysens vinkel i forhold til verktøyet fremgår. Figure 1 shows a tool according to the invention placed in a blowout fuse; and Figure 2 shows a cross-section of the tool according to the invention with a cross-section through a nozzle, so that the angle of the nozzle in relation to the tool can be seen.

Detaljert beskrivelse av den foreliggende oppfinnelse med henvisning til de vedlagte figurer. Detailed description of the present invention with reference to the attached figures.

Figur 1 viser et høytrykks vaskesystem for å rengjøre utblåsningssikrings-ventiler og tilhørende stigerørspakke eller lignende utstyr. Vaskesystemet omfatter (fra toppen og nedover) en forbindelse 1, for eksempel en gjenget muffeforbindel-se vanlig brukt på fagområdet til borestrengen. Figure 1 shows a high-pressure washing system for cleaning blowout protection valves and associated riser package or similar equipment. The washing system comprises (from the top downwards) a connection 1, for example a threaded sleeve connection commonly used in the field of drilling string.

Et antall dyser 2 er vist i figur 2 plassert med en tangentiell vinkel 19 på verktøyet i gitte avstander for å gi maksimal vaskeeffekt. Fra figuren fremgår det seks dyser 2. Verktøyet 3 er vist ustyrt med et lager 4 hvor verktøyet 3 fritt kan rotere over en oppsamlingskurv 5 hvor utvaskede partikler samles opp. Oppsamlingskurven 5 har en perforert bunn 6 slik at væsken kan flomme fritt under nedset-ting. Over lageret 4 er det installert en lukkeventil 8 som stenger ved at man setter på væsketrykk fra en rigg. I bunnen av verktøyet er det vist en tappforbindelse til en borestreng. Verktøyet kan for eksempel ha en diameter på 14cm (5<1>/2"). Diameter på verktøyet kan ha fra 7,62 cm (3") til 38,1 cm (15") ytre diameter. Ventilen 8 kan være en flottørventil, og en landingsring 7 kan være plassert på oppsamlingskurven 5 under svivelforbindelsen 4. Fra figuren 1 fremgår det videre et øvre ringrom 10, et nedre ringrom 11, en kutteventil 12, et øvre omslutningshode 13, et midtre omslutningshode 14 og tre røromslutningsventiler 15. Videre fremgår et brønnhode 16 med en deri plassert slitasjebøssing 17. A number of nozzles 2 are shown in Figure 2 positioned at a tangential angle 19 on the tool at given distances to give maximum washing effect. The figure shows six nozzles 2. The tool 3 is shown uncontrolled with a bearing 4 where the tool 3 can freely rotate over a collection basket 5 where washed particles are collected. The collection basket 5 has a perforated bottom 6 so that the liquid can flow freely during sedimentation. A shut-off valve 8 is installed above the bearing 4, which closes when liquid pressure is applied from a rig. A pin connection to a drill string is shown at the bottom of the tool. For example, the tool may have a diameter of 14cm (5<1>/2"). Diameter of the tool may be from 7.62cm (3") to 38.1cm (15") outer diameter. The valve 8 may be a float valve, and a landing ring 7 can be placed on the collection curve 5 below the swivel connection 4. From figure 1, it is further apparent from figure 1 an upper annulus 10, a lower annulus 11, a cut-off valve 12, an upper enclosure head 13, a middle enclosure head 14 and three pipe enclosure valves 15. Furthermore, a wellhead 16 with a wear bushing 17 placed therein is visible.

I figur 2 er dyse 2 vist med en utbyttbar dyse i et materiale fra stor til ekstrem slitestyrke for å unngå utvasking, erosjon fra væsken som pumpes inn i verk-tøyet via borestrengen. Væsken kan typisk bestå av brine, vann/sjøvann, sement, oljebasert eller vannbasert borevæske, med mindre eller stort innhold av slitasje-partikler fra vektmaterialer og fra leire og bergformasjonene som det har vært bo-ret i. Materialvalgene for dysene, og delene som inngår i dysesammenstillingen, kan typisk være utfellingsherdbare superlegeringer av typen wolframkarbid eller titankarbid i matriks av nikkel eller kobolt eller andre materialer som har fra god til ekstrem motstand mot slitasje. In Figure 2, nozzle 2 is shown with a replaceable nozzle in a material from high to extreme wear resistance to avoid washing out, erosion from the liquid that is pumped into the tool via the drill string. The liquid can typically consist of brine, water/seawater, cement, oil-based or water-based drilling fluid, with a small or large content of wear particles from weight materials and from clay and the rock formations in which it has been drilled. The material choices for the nozzles, and the parts that included in the nozzle assembly, can typically be precipitation-hardenable superalloys of the type tungsten carbide or titanium carbide in a matrix of nickel or cobalt or other materials that have from good to extreme resistance to wear.

Figur 2 viser et tverrsnitt (snitt AA på verktøyet 3) av verktøyet i henhold til oppfinnelsen, der tverrsnittet er tatt gjennom en dyse. Den viste dysen er en vortex boringsdyse i et materiale med stor slitestyrke og gode fasthetsegenskaper for eksempel wolframkarbid som passer i utblåsningssikringens hulrom. Fra figur 2 fremgår det tydelig hvordan dysen går ut med en tangentiell vinkel 19 fra boringen i senter av verktøyet slik at verktøyet danner en vortex strømning eller en sirkulær strøm i det som skal vaskes illustrert i figur 1. Den tangentielie vinkelen 19, som defineres som vinkelen fra radiell retning, kan typisk være fra 10 til 85 grader. Dysens vinkel i forhold til verktøyets utvendige flate fremgår også. Figure 2 shows a cross-section (section AA on the tool 3) of the tool according to the invention, where the cross-section is taken through a nozzle. The nozzle shown is a vortex drilling nozzle in a material with high wear resistance and good strength properties, for example tungsten carbide, which fits in the cavity of the blowout protection. From figure 2 it is clear how the nozzle exits with a tangential angle 19 from the bore in the center of the tool so that the tool forms a vortex flow or a circular current in what is to be washed illustrated in figure 1. The tangential angle 19, which is defined as the angle from the radial direction can typically be from 10 to 85 degrees. The angle of the nozzle in relation to the outer surface of the tool is also shown.

Verktøyet kan ha standard rørtilkoplinger i topp og bunn for eksempel (fra 5,1 cm (2") til 29,9 cm (11 %")) eksempel 11,4 cm (4 %") IF, 14cm (5 1/2") FH, 16,8 cm (6 5/8") Reg. eller en hvilken som helst annen forbindelse. Verktøyet 3 er konstruert for fri gjennomstrømning og lukkeventilen 8 i bunnen kan være en dynamisk lukkeventil (float) og kan akseptere at BOP-avstengningsventiler lukkes rundt verktøyet uten at det fører til skader. Dersom verktøyet 3 benyttes uten gjennomstrømning og i enden av borestrengen, monteres det en blind sub 9 i enden. The tool may have standard pipe connections at the top and bottom for example (from 5.1 cm (2") to 29.9 cm (11")) example 11.4 cm (4%) IF, 14 cm (5 1/2 ") FH, 16.8 cm (6 5/8") Reg. or any other connection. The tool 3 is designed for free flow and the shut-off valve 8 in the bottom can be a dynamic shut-off valve (float) and can accept that the BOP - shut-off valves are closed around the tool without causing damage If the tool 3 is used without flow and at the end of the drill string, a blind sub 9 is mounted at the end.

Verktøyet kan ha et arbeidstrykk for eksempel opp til 690 bar. The tool can have a working pressure of, for example, up to 690 bar.

Claims

1. Washing tool (3) for cleaning well and onshore/offshore drilling equipment having an elongated tubular body having an upper end, a lower end and a central longitudinal bore located therethrough, wherein the central bore extends from the upper end for connection to a source for supplying liquid under high pressure, and where the elongate tubular body has at least one wash port extending through the elongate tubular body, the wash port being formed with a nozzle (2), characterized wood standard pipe connection (1) at the top adapted for firmly attaching the washing tool (3) to a drill string so that the tool (3) cannot rotate in relation to the drill string and that the nozzle (2) on at least one washing port is a vortex nozzle ( 2) adapted to create a rotation in a column of liquid which surrounds the washing tool (3) so that a circular current is formed in what is to be washed.

2. Tool according to claim 1 in which, the tool (3) is designed for free flow, and has a dynamic shut-off valve (8) at its end at a distance from the supply end and can allow the shut-off valves (12) of a blowout preventer (9) to be closed around the tool (3) without this leading to damage to the tool (3).

3. Tool according to one of the preceding claims, in which the tool (3) comprises a basket (6) for collecting washed particles, the basket (6) being adapted to fit into a profile and equipped with a swivel ( 4) so that the tool (3) above the curve (6) can rotate freely.

4. Tool according to one of the preceding claims, in which the vortex nozzle (2) exits at a tangential angle from the bore in the center of the tool (3).