NO327209B1 - Fremgangsmate og system for intervensjon av undergrunnsbronner - Google Patents

Abstract

Intervensjonsfartøy for undervannsbrenner. Et intervensjonsfartøy for undervannsbrønner innbefatter en dynamisk posisjonerbar tanker og direkte brønnintervensjonsutstyr montert på et dekk på tankeren. Det direkte brønnintervensjonsutstyret kan være montert på en overbygning over tankerens hoveddekk og innbefatter utstyr for underbalansert ikke-roterende boring og hydrokarbonvæske-separasjon. Væskeseparasjonsutstyret er koplet til lagertanker på tankeren for således å motta separerte hydrokarbonvæsker for lagringsformål.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et intervensjonsfartøy for undervannsbrønner. Hydrokarbonproduserende brønner etableres ved å benytte en roterende boresammenstilling. En roterende boresammenstilling drives fra overflaten og vanligvis, når det gjelder en undervannsbrønn, fra en rigg montert på en plattform posisjonert over brønnen. Plattformen kan være montert på havbunnen eller kan være en halvt nedsenkbar sammenstilling hvis beliggenhet holdes konstant i alle tilstander med unntak av de mest ekstreme. Når boringen er sluttført kles brønnen med rør slik at hydrokarbonvæske kan strømme gjennom røret fra et hvilket som helst hydrokarbonreservoar som røret strekker seg inn i. I noen formasjoner opptar hydrokarbonfluider og vann det samme reservoaret, og hydrokarbonfluidene danner et lag oppå vannet. Dersom produksjonsrøret i en brønn penetrerer formasjonen som i utgangspunktet er fylt av hydrokarbonfluider, kan et fenomen kjent som "vannkoning"

("water coning") opptre når fluid strømmer til brannrøret, det vil si at grenseflaten mellom hydrokarbonvæskene og vann skrår oppover mot brønnen. Denne effekten er et resultat av trykkgradienter etablert inne i reservoarformasjonen som et resultat av fluidstrømning gjennom formasjonen til brønnrøret. Dersom tuppen av den kjegleformede grenseflaten når brønnrøret vil store vannmengder entre brønnrøret, hvilket reduserer hydrokarbonvæskeproduksjonsraten og øker kostnaden for å separere de produserte hydrokarbonfluider fra vannet.

Av tidligere kjent teknikk skal nevnes EP 1082515 Bl som beskriver et brønnintervensjonsfartøy bestående av en dynamisk posisjonerbar tanker og utstyr for direkte brønnintervensjon montert på dekket til tankeren.

I brønner der "vannkoning" er et problem, er det kjent å utføre ytterligere boreoperasjoner for således å forhindre eller minimalisere at vannkoning oppstår. For eksempel kan en bunnhulls boresammenstilling benyttes for å bore laterale passasjer inn i den hydrokarbonvæskebærende formasjonen. Dette kan oppnås ved å benytte konvensjonelle boreteknikker, men slike teknikker krever at brønnen stenges og krever ofte at det røret som kler brønnen fjernes. Dette medfører store kostnader og risiki. I tillegg kan den hydrokarbonvæskebærende formasjonen skades av de borefluidene som er nødvendige for de ytterlige boreoperasjonene.

For å unngå muligheten av tap eller skade på en brønn som følge av boreintervensjoner, er en avansert boreteknologi blitt utviklet som gjør at teknisk vanskelig boring kan oppnås uten vesentlig risiko for skade på formasjonen. Denne teknikken omtales som "underbalansert" ("underbalanced") boring. Med underbalansert boring er brønnen "levende" (positivt trykk ved overflaten) hele tiden. Dette kan oppnås enten ved å benytte et lettvekts borefluid eller baserer seg på gassløftkontroll ved å benytte en utblåsningssikringssammenstilling bygget for formålet. Et rent borefluid pumpes ned i brønnen, og dette blandes med formasjonsfluidene som far strømme opp brønnen, og den strømningen transporterer bergfragmentene til overflaten. De fem fasene (gass, olje, formasjonsvann, borefluid og borefaststoffer) separeres så. På land er dette en enkel prosess da plass ikke er noe problem. Utstyret er imidlertid stort og ikke egnet for offshoreoperasj oner.

Underbalansert boring kan utføres enten ved å benytte konvensjonell rotasjonsboring eller kveilrørsboring. I den britiske sektoren i Nordsjøen er det boret fire brønner ved hjelp av underbalansert rotasjonsboring, men dette har kun vært mulig ved å benytte forholdsvis store faste (havbunnsborne) plattformer. På land har man benyttet kveilrørs-boring. I disse kjente anvendelsene skyves et langt sømløst rør som oppbevares på en trommel inn i brønnen ved hjelp av en injektor mot den levende brønnens trykk. En turbindrill er montert på den nedre enden av røret og hydraulisk trykk avleveres til turbindrillen gjennom røret. Dette driver turbinen og gjør at boring kan utføres. Rørets lille diameter (typisk 2,54 - 7,303 cm, 1" - 2 7/8") gjør det mulig for røret å passere igjennom eksisterende brønnforingsrør (normalt omtalt som kompletteringer) slik at det ikke er nødvendig å pådra seg den vesentlige kostnaden og risiki som er involvert ved å fjerne slike rør.

Lette intervensjonsfartøy er tilgjengelige, som gjør det mulig å utføre operasjoner så som brønnvedlikehold, for eksempel brønnlogging og generelt vedlikehold. Slike

fartøyer kan imidlertid ikke anses å være hensiktsmessige plattformer for intervensjoner som krever boring da de ikke er tilstrekkelig stabile for slike operasjoner, og videre ikke kan operere ubalansert boring da de er for små for å håndtere de materialvolumene som resulterer fra en slik boring. Videre krever lette intervensjonsfartøy store

kapitalinvesteringer sammenliknet med de avkastningene som kan genereres, spesielt da de er svært sårbare for dårlig vær slik at intervensjonskostnadene er forholdsvis høye og benyttelsestiden forholdsvis lav. Det ville naturligvis vært mulig å benytte en halvt nedsenkbar enhet for brønnintervensjoner, men halvt nedsenkbare plattformer kan ikke i dag benyttes for underbalansert boring. Selv en slik fremgangsmåte ville kreve støttefartøyer for å motta de produserte væsker og faststoffer.

Det har således ikke blitt gjort noen forsøk på å bruke underbalansert kveilrørsboring fra flytende enheter.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe et intervensjonsfartøy for undervannsbrønner som er i stand til å re-entre eksisterende produksjonsbrønner på en måte som tillater at brønnintervensjoner kan utføres uten å fjerne brønnen fra sin produksjonsmodus og uten å forurense det undervanns produksjonssystem med brønnintervensjonsavløp, som for eksempel bore-faststoffer.

Det er således ifølge oppfinnelsen frembrakt et intervensjonsfartøy for undervannsbrønner, innbefattende en dynamisk posisjonerbar tanker og direkte brønnintervensjonsutstyr montert på tankerens dekk, kjennetegnet ved at det direkte brønnintervensjonsutstyret innbefatter utstyr for underbalansert ikke-roterende boring og hydrokarbon væskeseparasjon koplet til lagertanker på tankeren, slik at separert hydrokarbonvæske kan lagres i tankeren.

Oppfinnelsen frembringer også en fremgangsmåte for å utføre offshore underbalansert boring, der en tanker med direkte brønnintervensjonsutstyr montert på sitt dekk dynamisk posisjoneres over et stigerør som strekker seg fra en underjordisk brønn, kjennetegnet ved at brønnintervensjonsutstyret koples til stigerøret og underbalansert ikke-roterende boring utføres, der den resulterende flerfaseblandingen separeres på tankeren og separerte hydrokarbonvæsker lagres i tankerens lagertanker.

Begrepet "ikke-roterende boring" benyttes her for å innbefatte enhver boring hvor det ikke er noen rotasjon av borestrengen, inkludert men ikke begrenset til underbalansert boring ved å benytte et roterende borehode drevet gjennomen ikke-roterende borestreng.

Brønnintervensjonsutstyret kan være montert på en overbygning over hoveddekket på en konvensjonell shuttle-tanker. Kveilrørsutstyret kan være montert ved et riggflytningsdekk ("skid deck") som kan forflyttes til en utenbords posisjon over et brønnstigerør til hvilket kveilrørsutstyret skal tilkoples. En brønnintervensjon kan således oppnås ved dynamisk å posisjonere shuttle-tankeren ved et brønnstigerør, bevege en rigg forflytningsdekket til utenbordsposisjonen, kople kveilrørsutstyret til stigerøret og utføre de nødvendige intervensjoner i brønnen til hvilken stigerøret er tilkoblet, der fluider og faststoffer produsert i løpet av kveilrørs boreprosessen separeres av utstyr montert på overbygningen og hydrokarbonvæsker overføres fra separasjonsutstyret til et oppbevaringssted på shuttle-tankeren.

Som et alternativ til å frembringe et forflytningsdekk ("skid deck") som er forflyttbart til en utenbords posisjon, kan boreutstyret være montert ved en dekksåpning ("moon pool") som strekker seg gjennom tankerens dekk.

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, som et eksempel, med henvisning til de medfølgende tegningene. Figur 1 er en skjematisk gjengivelse fra et tilgjengelig dokument som viser fenomenet "vannkoning". Figur 2 er en ytterligere illustrasjon fra et publisert dokument som viser resultatene av kveilrørsboring i strukturen i figur 1 for således å forbedre produksjonsraten for hydrokarbonvæsker. Figur 3 er et sideriss av en kjent Nordsjø-shuttle-tanker som innbefatter direkte brønnintervensjonsutstyr ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Figur 4 er et skjemtisk layout diagram av det direkte brønnintervensjonsutstyret vist i figur 3. Figur 5 er en skjematisk illustrasjon av en tanker som definerer dekksåpninger gjennom hvilke kveilrørsboring kan utføres.

Med henvisning til figur 1 illustrerer denne en rekke strata som innbefatter det hydrokarboninneholdende stratum 1 som ligger over et vanninnholdende stratum 2. En brønn 3 er boret gjennom strataene 1 og 2. Trykk i hydrokarbonvæsken og vannet er slik at det etableres strømning til brønnen 3. Som et resultat av denne strømningen defineres en "vannkjegle" eller vannkonus 4 rundt brønnen 3, og som et resultat etableres en kjegleformet grenseflate 5 mellom hydrokarbonvæsken og vannet. Dersom brønnen 3 er kledd med stålrør ned til toppen av strata 1, og vannkjeglen når den tilliggende forede delen, vil det produseres store vannmengder. Dette er tydelig ufordelaktig, og det er derfor kjent å intervenere i brønner som har denne vannkoningseffekten. Figiir 2 viser resultatene av en slik intervensjon.

Med henvisning til figur 2 er en avgreiningsbrønn 6 vist å være boret inn i stratumet 1. Boring av en slik avgreining 6 kan vesentlig forbedre andelen av produserte væsker som utgjøres av hydrokarbonvæsker. Det er kjent å danne en avgreining så som avgreiningen 6 i figur 2 ved hjelp av kveilrørs boreteknikker. Det er imidlertid nødvendig, når slike teknikker benyttes, å opprettholde underbalanserte forhold (det vil si opprettholde et positivt trykk ved toppen av brønnen 3) for å unngå at borefaststoffer skader brønnen. Slike teknikker er aldri tidligere benyttet offshore på grunn av at det materialvolumet som kun kan håndteres i store installasjoner.

Figur 3 viser en shuttle-tanker som omfatter den foreliggende oppfinnelse. Figur 3 er basert på en tegning tatt fra "First Olsen Tankers" og viser en shuttle-tanker av en type som er mye utbredt i Nordsjøen. Den eneste modifikasjonen som er gjort på standard-shuttle-tankeren er å montere en overbygning 7 over tankerens hoveddekk, for eksempel i en høyde på om lag 3 meter for således å gå klar av installerte dekkrør og ventiler. Alt utstyr som er nødvendig for direkte brønnintervensjon er montert på denne overbygningen, inkludert en kran 8. Den detaljerte layout av utstyret montert på overbygningen 7 i figur 3 er vist i figur 4.

Med henvisning til figur 4 er et riggflyttingsdekk ("skid deck") 9 montert sentralt på overbygningen 7 ved en portalkran 10. Kveilrørsboreutstyret 11 av en konvensjonell type er montert ved portalkranen 10. En separatorsammenstilling 12 og tilhørende boresupportutstyrsammenstilling 13 er også montert på overbygningen 7. Alt annet utstyr som er nødvendig for å oppnå den nødvendige direkte brønnintervensjonen er også montert på overbygningen 7. Separatorsammenstillingen 12 er koplet til et hensiktsmessig posisjonert flammetårn, for eksempel ved fartøyets aktre ende (ikke vist) og til tankerens lagertanker for at produserte hydrokarbonfluider kan lagres for etterfølgende transport.

I bruk posisjoneres tankeren dynamisk ved et undervanns brønnstigerør. Riggflytningsdekket 9 beveges så til en utenbords posisjon (ikke vist) over stigerøret slik at kveilrørsutstyret 11 kan koples til stigerøret. Egnede intervensjoner kan så utføres via stigerøret, og spesielt kan kveilrørsboring utføres på en måte som produserer en flerfaseblanding som senere separeres i sine ulike faser i separatorsammenstillingen 12.

Systemet beskrevet med henvisning til figur 3 og 4 representerer et gjennombrudd i offshore boring, testing, avfallshåndtering og brønnvedlikehold. Tankerens lasterom kan benyttes for oppsamling av den produserte oljen ved den underbalanserte boringen. Systemet kan gi direkte adgang for å teste undervannsbrønner for lange perioder. Systemet kan benyttes for utvidede vanninjeksjonstester og legger også til rette for å sende avfall inn i en undersjøisk brønn. Eksisterende systemer kan til sammenlikning ikke utføre kveilrørsboring og kan ikke samle opp produsert olje, hvilket krever en separat shuttle-tanker i det tilfellet der olje produseres ved boring.

Shuttle-tankerens opprinnelige trekk opprettholdes, og fartøyet kan derfor fremdeles benyttes i chartermarkedet når det ikke benyttes for direkte brønnintervensjoner. Som et resultat tilbyr oppfinnelsen en løsning på problemet med å oppnå direkte brønnintervensjoner med kveilrørsboring uten de vesentlige kostnadene som er tilknyttet byggingen og driften av spesialfartøy.

En shuttle-tanker med standard Nordsjø-spesifikasjoner med dynamisk posisjonering kan lett chartres og utstyres med et nytt dekk over de installerte dekkrør og ventiler. På det dekket kan det installeres hensiktsmessig utstyr så som: En skid-montert boretårnstigerørshåndteirngsenhet med undersjøisk kontrollpanel, Stumper for det undersjøiske brønnintervensjonsutstyret,

Et rørlager,

Kveilrørstromler,

Kontrollenhet og kraftforsyningsenhet,

Sementeirngsenhet og blander,

Produksjonstestutstyr inkludert strupemanifold, varmebehandler, separatorer, gassutskillingsenhet og gassfakkel,

Tanker for brønndrepingsslam,

Et lukket sirkulasjonssystem for håndtering av boreslam og borefaststoffer ved den underbalanserte boringen,

Lagertanker for kjemisk og faststoffavfall,

Kraner for undervannsutstyr og forsyninger,

Fjernstyrte enheter for arbeids- og observasjonsoppgaver,

Vannforråd for kjøling og brannslukning.

Det er sannsynligvis slik at det finnes om lag 2000 undervannskompletteringer som for tiden er operative. Med den foreliggende oppfinnelse kunne slike kompletteringer være tilgjengelige for om lag US dollar 100.000 pr. dag, sammenliknet med den nåværende kostnad som er i størrelsesorden US dollar 200.000 til 300.000 pr. dag. Oppfinnelsen påvirker således dramatisk offshoreindustriens tekniske muligheter i forhold til de finansielle begrensninger som industrien stilles overfor.

Kveilrørsboring innbefatter en kostnadseffektiv bunnsammenstilling for standard som slamsystemer og en wirelinebasert bunnhullssammenstilling som fullt ut utnytter mulighetene for boring gjennom røret, innbefattet bruken av skum og luftsystemer. Den foreliggende oppfinnelse tillater at onshore underbalansert boreteknologi overføres offshore uten at man trenger omfattende utstyrsutvikling. Den tillater også produksjonen av vesentlige hydrokarbonvolumer uten å fordre ytterligere lagerfartøyer, for derved å redusere behovene vedrørende pengestrøm mens det samtidig unngår skadene på en brønn som et resultat av boreoperasj onene. En forholdsvis stor shuttle-tankers bevegelseskarakteristika er mer egnet for vanskelige underbalanserte boreoperasj oner enn de kjente forholdsvis mindre og mer lettflytende alternative fartøyene. Dette forlenger den tidsperioden som været tillater operasjonen og reduserer utmatningsbelastninger på kveilrøret der dette føres fra tankeren til brønnstigerøret under vann. Oppfinnelsen gjør også at brønnen kan renses skikkelig etter intervensjonene, for derved å unngå forurensning av det ofte sensitive produksjonssystemet. Boreavfall kan håndteres på en optimal måte, og alt dette kan oppnås i forholdsvis trygge omgivelser gitt det store dekksrommet som er tilgjengelig. Alle disse fortrinnene er ikke tilgjengelige dersom det benyttes et konvensjonelt halvt nedsenkbart fartøy eller et konvensjonelt brønnintervensjonsfartøy bygget for formålet.

I den utførelsesformen av oppfinnelsen som er beskrevet med henvisning til figurene 3 og 4 er komponentene nødvendige for operasjonen av oppfinnelsen montert av et såkalt skid deck (riggflytningsdekk) som kan beveges til en utenbords posisjon. I et alternativt arrangement vist i figur 5 er disse komponentene montert ved dekksåpninger ("moon pools") som går igjennom strukturen på en ellers konvensjonell tanker.

Med henvisning til figur 5 strekker de to dekksåpningene 13 og 14 seg vertikalt igjennom strukturen i en modifisert shuttle-tanker. Tre kraner 15, 16 og 17 kan strekke seg over dekksåpningene og områder som indikerer lastmanifolder 18, en boretårns modul 19, og et nedleggingsområde 20. Området 21 huser gasskompresjon og prosesseringsenheter, området 22 en flammeboom, området 23 en "flare knockout drum skid", og området 24 et ytterligere nedleggingsområde som betjenes av en kran 25.

Tar man utgangspunkt i en standard dobbelskrogs shuttle-tanker, vil de nødvendige modifikasjonene for å frembringe det fartøyet som skjematisk er vist i figur 5 som kan fungere i henhold til den foreliggende oppfinnelsen være en oppgradering av de dynamiske posisjoneringsegenskapene, installasjon av en første dekksåpning (8 m<2>) for intervensjonsarbeid, installasjon av en andre dekksåpning (4 m ) for arbeid utført av fjernstyrte fartøyer, montering av kraner, prosessutstyr og nedbyggingsområder for dekkmontert utstyr, og montering av flammefasiliteter og tilhørende hjelpesystemer:

Claims (5)

1. Intervensjonsfartøy for undervannsbrønner, innbefattende en dynamisk posisjonerbar tanker og direkte brønnintervensjonsutstyr (11) montert på et dekk (7) på tankeren, karakterisert ved at det direkte brønnintervensjonsutstyret (11) innbefatter utstyr for underbalansert ikke-roterende boring og hydrokarbonvæskeseparasj on (12) koplet til lagertanker på tankeren (tankskipet), slik at separert hydrokarbonvæske kan lagres i tankeren.

2. Fartøy ifølge krav 1, karakterisert ved at brønnintervensjonsutstyret (11) er montert på en overbygning (7) over en shuttle-tankers hoveddekk.

3. Fartøy ifølge kravene 1 eller 2, karakterisert ved at kveilrørsytstyr (11) er montert ved et riggflytningsdekk (skid deck) (9) som kan forflyttes til en utenbords posisjon over et brønnstigerør til hvilket kveilrørsboreutstyret (11) skal sammenkoples.

4. Fartøy ifølge kravene 1 eller 2, karakterisert ved at kveilrørsboreutstyr (11) er montert ved en dekksåpning (13,14) som befinner seg over et brønnstigerør til hvilket kveilrørsboreutstyret skal tilkoples.

5. Fremgangsmåte for utførelse av offshore underbalansert boring, der en tanker med direkte brønnintervensjonsutstyr (11) montert på sitt dekk, dynamisk posisjoneres over et stigerør som strekker seg fra en undersjøisk brønn (3), karakterisert ved at brønnintervensjonsutstyret (11) koples til stigerøret, og underbalansert ikke-roterende boring utføres, der den resulterende flerfaseblandingen separeres på tankeren og separerte hydrokarbonvæsker lagres i tankerens lagertanker.