NO337795B1 - Fremgangsmåte og apparatur for å håndtere fluider i løpet av en operasjon med undersjøisk topphull eller riserløs boring - Google Patents

Description

Boreapparatur og - fremgangsmåte

Den forliggende oppfinnelsen gjelder apparatur og fremgangsmåter for anvendelse i boreoperasjoner under vann, og spesielt apparatur og fremgangsmåter for å bore undersjøiske brønner for den industrien som driver med hydrokarbonleting og - produksjon. Aspekter ved oppfinnelsen vedrører apparatur og fremgangsmåter som minimerer utslipp av forurensinger til et undersjøisk miljø ved boring under vann.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Boring på havbunnen, som har formål av vitenskapelige eller tekniske undersøkelser, eller for hydrokarbonleting og -produksjon, innebærer typisk rotasjon av en borkrone på enden av en borestreng (eller borerør), som strekker seg fra en boreplattform til en borkrone. Et typisk boresystem, som blir brukt til boring i dype partier av en undersjøisk brønn, er skjematisk vist i Figur IA og blir generelt benevnt med 100. Borefluid (referert til som boreslam) blir pumpet fra riggen 102 og ned gjennom borestrengen 104 til borkronen 106. Borefluidet oppfyller en rekke forskjellige funksjoner, innbefattet det hydrostatiske trykket for å kunne regulere inngang av fluider fra formasjonen og inn i brønnhull et 110, smøring av borkronen, holde borkronen avkjølt under boringen, og frakte partikulært materiale så som borkaks oppover og ut av brønnen og vekk fra borkronen 106. Under hoveddelen av boreoperasjonen strekker borestrengen 104 seg fra riggen 102 til borkronen og gjennom et stigerør 112, som er koplet til brønnhodet 114 via et oppsett for utblåsningssikring 116. Stigerøret 112 kopler brønnen til riggen og danner en lukket sløyfe for borefluidet. Borefluid og -kaks som kommer ut fra brønnhull et 110 blir fraktet opp i ringrommet mellom stigerøret og borerøret, og går i retur til riggen for prosessering, gjenbruk, lagring og/eller behandling.

Figur IB viser skjematisk et typisk boresystem 120, som blir brukt til å bore det øverste partiet 118 av brønnhullet 110, som blir referert til som «topphullet». Når topphullspartiet 118 blir boret, er det ikke installert noe stigerør mellom havbunnen og boreriggen 102, og det finnes ingen kanal for å føre borefluider tilbake fra brønnhullet til overflaten, og boreslam og -kaks blir sluppet ut til undervannsmiljøet.

Oppsett av denne type for topphullsboring byr på en rekke kommersielle og miljømessige problemer for operatører. For det første vil det kunne oppstå forurensinger på grunn av utslipp av borefluider og borkaks som kommer ut fra brønnhullet og inn i miljøet. Borefluidene kan for eksempel være vannbaserte, oljebaserte, eller syntetiske, som alle vil kunne inneholde forbindelser som er skadelige for det marine livet og tilstanden for undervannssystemet. I tillegg vil borefluidene i seg selv kunne være forurenset med hydrokarboner eller andre materialer fra formasjonen, og det er ikke ønskelig med deres tilstedeværelse i det marine miljøet. Regelverket for den industrien som befatter seg med hydrokarbonleting og -produksjon har stadig større fokus på de mulige skadelige virkningene på miljøet. Boreoperatører blir globalt utfordret av regelverk for å forbedre den miljømessige ytelsen ved offshore boreoperasjoner. I mange tilfeller vil borekonsesjon for undersjøiske brønner være avhengig av at det kan dokumenteres svært lave utslipp eller null-utslipp av materialer til sjøs.

For det andre vil typiske topphulls boreoperasjoner kunne kreve store volumer med borefluid, som er dyrt å produsere og vanskelig å frakte til offshoreplasser. Det er derfor ønskelig å gjenvinne borefluid ved behandling, og benytte gjenbruk hvor dette vil kunne være passende.

Selv om disse utfordringene er innlysende av forskjellige driftsmessige og kommersielle grunner for topphulls boreoperasjoner, søker boreoperatører også å utvikle boresystemer som er fullstendig uten stigerør, hvor hele brønnen vil bores uten et stigerør. I slike boresystemer, hvor det ikke er stigerør, blir de ovenfor beskrevne problemene forsterket, etter hvert som det vil bli større mengder borefluider som skal slippes ut i havet.

US 4149603 beskriver et system for slamretur uten stigerør. Systemet omfatter en slamsump som er koplet til et nedsenket brønnhode og som bærer en mengde med slam over brønnhodet. En toppåpning tillater at et borerør går inn i sumpen og går gjennom sumpen inn i brønnen. Sjøvann er i stand til å gå inn i det øvre partiet av sumpen gjennom toppåpningen, men bare så langt som til den øvre overflaten av slammet. En pumpeanordning blir brukt til å pumpe slam gjennom slangen og tilbake til overflaten, hvor pumpen blir driftet i en avhengighet til det registrerte nivået av slam og kaks som holdes oppe innenfor sumpen.

EP 1694941 Al, WO 05/049958 og NO 318767 Bl beskriver begge en anordning for fjerning og filtrering av borefluid tilsvarende det som er beskrevet i US 4149603. Systemet i EP 1694941 B1 og NO 318767 B1 sies å forbedre det systemet som er beskrevet i US 4149603, ved å innbefatte et filter for å filtrere dispergert materiale, så som svellende leire eller steiner fra boreslammet. Filtre i returstrømledninger for slammet er også beskrevet i US 4410425 og US 4599172.

De ovenfor beskrevne systemer av tidligere teknikk adresserer ikke på en passende måte de temaene som vedrører forurensinger og kontaminanter som slippes ut i et undervannsmiljø. Foreksempel, verken US 4149603 eller EP 1694941 adresserer problemet med kontaminanter som går oppover gjennom systemet med borerøret. Spesielt vil boreslammet kunne danne en film på borerøret, som deretter blir utsatt for sjøvann etter hvert som borerøret blir trukket tilbake. Det er verdt å merke seg at det åpne systemet i EP 1694941 er konstruert for å kunne gjenvinne 80 til 90 % av borefluidet, hvor store partikler som ikke kan passere gjennom filteret tillates å strømme over gjennom den åpne toppen på utstyret og inn til havet. Slike konfigurasjoner er derfor begrenset i deres anvendelse for lav- eller nullutslipps fluidavfall.

US 3943997 beskriver en rotasjonsboirngsanordning og fremgangsmåte der brønn-verktøy slik som stabilisatorer vaskes når de trekkes ut av brønnhullet i en konvensjonell overflateboringsoperasjon. Anordningen er installert på en øvre sikkerhetsventil umiddelbart under rotasjonsbordet ved overflaten. US 2007/0256839 beskriver en rengjøringsenhet for å rengjøre materie fra yttersiden av et borerør. Rengjøringsenheten er posisjonert ved overflaten.

Det er generelt et behov for å forbedre den miljømessige ytelsen i offshore boreoperasjoner og redusere borefluidsavfall.

Det er et mål ved oppfinnelsen å tilveiebringe en apparatur og/eller en fremgangsmåte for en boreoperasjon som fjerner, eller i det minste begrenser, en eller flere ulemper ved de tidligere foreslåtte systemene.

Det er et videre mål ved oppfinnelsen å tilveiebringe et undersjøisk boresystem, som er egnet for anvendelse i topphulls- og/eller stigerørsløse boreoperasjoner, og som reduserer utslipp av borefluider og/eller -kaks til miljøet. Det er et mål ved minst en utførelsesform ved oppfinnelsen å tilveiebringe et boresystem som har vesentlig null utslipp av borefluider og/eller borkaks til miljøet.

Andre mål og formål med oppfinnelsen vil bli innlysende ut ved å lese den følgende beskrivelsen.

Oppsummering av oppfinnelsen

I et første aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelsen en apparatur for å håndtere fluider i løpet av en operasjon med undersjøisk topphull eller riserløs boring, hvor apparaturen er konfigurert for undersjøisk plassering og omfatter et legeme som definerer et langsgående gjennomgående hull og som har en første øvre ende som er konfigurert for å ta i mot en borestreng, og en andre nedre ende som er konfigurert for å ta i mot borefluider fra et brønnhull, et første utløp til legemet som er konfigurert for å bli koplet til en kanal for å tilveiebringe en strømningsbane for å frakte borefluider som sirkulerer gjennom apparatet til et sted som er fortrengt fra legemet, hvor apparaturen omfatter et delsystem for rensing som er konfigurert for å fjerne forurensinger fra en borestreng som går gjennom apparaturen i de undersjøiske omgivelsene.

I et andre aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å håndtere borefluider i løpet av en topphull eller riseløs boreoperasjon under vann, der fremgangsmåten omfatter å tilveiebringe et legeme som definerer et langsgående gjennomgående undersjøisk brønnhull ved et sted på havbunnen, føre en borestreng gjennom legemet mellom det undersjøiske brønnhullet og de undersjøiske omgivelsene, ta i mot borefluid inn i legemet fra det undersjøiske brønnhullet, og rette borefluidet til en kanal som er koplet til et utløp til legemet, frakte borefluidet gjennom kanalen til et sted som er fortrengt fra legemet, og rense borestrengen ved posisjonen til et undersjøisk brønnhull som er over utløpet for å fjerne materialer fra borestrengen.

Foretrukkede utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i kravene 2 - 9 og 11 - 14. Det beskrives en apparatur for håndtering av borefluider i løpet av en undersjøisk boreoperasjon, hvor apparaturen omfatter: et legeme som definerer et langsgående gjennomgående hull og som har en første ende som er konfigurert for å ta i mot en borestreng, og en andre ende som er konfigurert for å ta i mot borefluider fra et brønnhull;

et første utløp til legemet som er konfigurert for å bli koplet til en kanal for å tilveiebringe en strømningsbane for transport av borefluider til et sted som er fortrengt fra legemet; hvor

apparaturen omfatter et delsystem for rensing som er konfigurert for fjerne forurensinger fra en borestreng som går gjennom apparaturen.

Ved å tilveiebringe et delsystem for rensing av borestrengen, vil apparaturen kunne begrense passasje av forurensinger inn i undervannsmiljøet, som er knyttet til en boreoperasjon.

Innen denne konteksten er forurensinger hvilke som helst stoffer fra boreoperasjonen (eller relaterte operasjoner for brønnbygging eller -komplettering), av hvilken tilstedeværelse i undervannsmiljøet er uønsket. Forurensingene innbefatter borefluider, borkaks, steinfragmenter, leirematerialer fra brønnen, hydrokarboner og/eller andre materialer fra formasjonen, faste stoffer som er forurenset med hydrokarbonfluider eller kompletteringsfluider og sementpartikler. Forurensingene vil for eksempel kunne trekkes opp gjennom apparaturen med borestrengen, eller vil kunne stige opp fra grenseflaten mellom borefluidene og et vannivå innenfor apparaturen.

Fortrinnsvis blir delsystemet for rensing konfigurert for å rette forurensingene mot utløpet. Forurensingene vil deretter kunne fraktes til et fjerntliggende sted sammen med borefluidene.

Fortrinnsvis blir rensesystemet konfigurert for å fjerne faste materialer og/eller filmer fra overflaten av en borestreng som passerer gjennom apparaturen. Av denne grunn vil faste stoffer og/eller filmer som har klebet seg til borestrengen under boreoperasjonen kunne bli fjernet fra strengens overflate og bli samlet opp i strømningsbanen for borefluidet.

Fortrinnsvis blir delsystemet for rensing, eller en komponent av dette, aksielt fordelt fra den øvre enden av legemet, og vil derfor kunne utføre en rensingsfunksjon nedenfor et punkt hvor borestrengen går ut fra legemet. Således vil en borestreng som kommer ut fra apparaturen (det vil si, som blir trukket ut fra borehullet) kunne bli renset før den går ut fra apparaturen og blir eksponert for undervannsmiljøet.

Rensesystemet vil i det minste delvis kunne være anordnet mellom utløpet og den første øvre enden av legemet. På denne måten vil delsystemet for rensing kunne lede forurensinger nedover i apparaturen mot utløpet (og vekk fra den første øvre enden).

Delsystemet for rensing vil kunne innbefatte en eller flere mekaniske renseanordninger, som vil kunne innbefatte en eller flere børster, skrapere eller stripperringer. Fortrinnsvis omfatter den ene eller de flere mekaniske renseanordningene en komponent eller en flerhet av komponenter som strekker seg innover og inn i det gjennomgående hullet. Mer foretrukket, strekker komponenten eller flerheten av komponenter seg innover og inn i det gjennomgående hullet til en posisjon hvor den kommer i kontakt med en borestreng som passerer gjennom apparaturen. Komponenten eller flerheten av komponenter vil kunne definere en åpning for passasjen for en borestreng.

Alternativt, eller i tillegg til, vil delsystemet for rensing kunne innbefatte en anordning for å spyle fluid. Fortrinnsvis omfatter anordningen for å spyle fluid en eller flere stråler som er arrangert for å rette fluid på en borestreng som passerer gjennom apparaturen. Anordningen for å spyle fluid vil kunne ta i mot et fluid valgt fra: sjøvann, boreslam; kjemiske rensefluider; eller en kombinasjon av ovenstående.

Apparaturen vil kunne omfatte et deksel som vesentlig lukker den øvre enden. Innenfor denne konteksten betyr «vesentlig lukker» at faste partikler, så som stein og borkaks som er til stede i borefluidene, ikke er i stand til å passere under normale driftsforhold. Dekslet vil derfor kunne utføre en inneholdende funksjon for forurensinger: Spesielt vil dekslet kunne ha som funksjon å inneholde forurensinger som er fjernet fra borestrengen og/eller som vil kunne stige opp fra grenseflaten mellom borefluidene og vannet. Dette vil tillate at forurensingene blir inneholdt i apparaturen, og deretter blir fraktet til et fjerntliggende sted gjennom utløpet. Dette legger til rette for anvendelser på boresystemer med null utslipp.

Dekslet vil kunne innbefatte en eller flere børster, skrapere eller stripperringer. Fortrinnsvis omfatter dekslet en komponent eller en flerhet av komponenter som strekker seg innover og inn i det gjennomgående hullet. Den radielle lengden, stivheten, plasseringens tetthet og/eller den langsgående spredningen av komponenten eller flerheten av komponentene vil kunne velges ut for å tilveiebringe en tilstrekkelig renseeffekt på borerøret og for å forhindre at faste partikler, så som stein og borkaks, kommer ut fra apparaturen, uten å vesentlig å forhindre passasje av borerøret og annet verktøy som er nødvendig for å passere gjennom apparaturen.

Apparaturen vil kunne omfatte en første seksjon, som er definert av legemet, en mekanisk renseanordning og et deksel, som vil kunne anordnes mellom utløpet og den øvre enden av legemet. Spyleanordningen vil kunne være i det minste delvis konfigurert til å lede fluid til borestrengen i den første seksjonen.

Et andre utløp vil kunne tilveiebringes i den første seksjonen, som vil være konfigurert til å bli koplet til et sted som er fortrengt fra legemet. Apparaturen vil derfor kunne lede fluider fra den første seksjonen til kanalen. Apparaturen vil videre kunne omfatte et ventilarrangement for å styre strømmen fra første og/eller andre utløp.

Fortrinnsvis omfatter apparaturen en pumpe for å hjelpe til for strømmen av borefluider fra legemet, og vil også kunne omfatte en returledning som blir plassert nedstrøms for strømningsbanen.

Strømningsbanen for å frakte borefluider er fortrinnsvis av tilstrekkelige dimensjoner til å kunne tillate at faste partikler, innbefattet steiner og borkaks, blir fraktet til det fjerntliggende stedet. Pumpen, kanalen og returledningen vil derfor kunne velges ut for å kunne ta i mot de største partiklene som blir fanget i borefluidet, slik at det ikke er nødvendig med noen filtreringsmidler.

Alternativt, eller i tillegg til, vil apparaturen kunne omfatte et eller flere filtre, som vil kunne være plassert langt vekk fra legemet (for eksempel i kanalen eller integrert med pumperammen) eller vil kunne være inne i eller integrert med legemet.

Apparaturen vil kunne bli konfigurert til å bli koplet til et undersjøisk brønnhode. Alternativt vil apparaturen kunne bli konfigurert til å bli montert på havbunnen, for eksempel via en sokkel med tapper.

Det beskrives en framgangsmåte for å håndtere fluider under en boreoperasjon under vann, hvor fremgangsmåten omfatter å: tilveiebringe et legeme som definerer et langsgående gjennomgående hull ved et sted på havbunnen;

føre en borestreng gjennom legemet;

ta i mot borefluid inn i legemet fra brønnhodet, og lede borefluidet til en kanal som er koplet til et utløp for legemet;

frakte borefluidet gjennom kanalen til et sted som er fortrengt fra legemet; og rense borestrengen på et sted som er ovenfor utløpet for å fjerne materialer fra borestrengen.

I henhold til et tredje aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en framgangsmåte for å bore en undersjøisk brønn, hvor fremgangsmåten omfatter å: tilveiebringe et legeme som har et langsgående gjennomgående hull på havbunnen; tilveiebringe en borestreng som strekker seg fra en boreplattform til havbunnen gjennom vannkolonnen, slik at minst en del av borestrengen blir eksponert for miljøet på havbunnen;

føre borestrengen gjennom legemet;

bore en brønnhull seksjon mens borefluid blir pumpet gjennom borestrengen og samle opp retur av borefluid fra legemet;

trekke ut borestrengen fra brønnhullet gjennom legemet; og

rense borestrengen for å fjerne materialer fra en del av borestrengen før den går ut fra legemet.

Utførelsesformer av andre og tredje aspekt av oppfinnelsen vil kunne omfatte de foretrukne eller valgfrie særtrekkene av det første aspektet ved oppfinnelsen og vice versa.

I henhold til et fjerde aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en apparatur for å kunne håndtere borefluider under en boreoperasjon under vann, hvor apparaturen omfatter: et legeme som definerer et langsgående gjennomgående hull og som har en første ende som er konfigurert for å ta i mot en borestreng, og en andre nedre ende som er konfigurert for å ta i mot borefluider fra et brønnhull;

et første utløp til legemet som er konfigurert for å bli koplet til en kanal for å tilveiebringe en strømningsbane for transport av borefluider til et sted som er fortrengt fra legemet; hvor

apparaturen omfatter et deksel som vesentlig lukker legemet rundt en borestreng som går gjennom apparaturen ved dens øvre ende for dermed å inneholde forurensinger fra en boreoperasjon; og

hvor dekslet er konfigurert til å kunne tillate inntrengning av fluid fra utsiden av apparaturen og inn i den første øvre enden.

Dekslet vil derfor kunne være «lekkende», slik at det ikke blir holdt oppe noe trykkdifferensiale mellom utsiden av apparaturen og innsiden av apparaturen. Med andre ord, dekslet danner ingen fluidtetning, og er ikke konstruert for å holde trykk i apparaturen.

Utførelsesformer av det fjerde aspektet ved oppfinnelsen vil kunne omfatte de foretrukne eller valgfrie særtrekkene av det første til tredje aspektet ved oppfinnelsen og vice versa.

I henhold til et femte aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en apparatur for å håndtere borefluider under en boreoperasjon under vann, hvor apparaturen omfatter: et legeme som definerer et langsgående gjennomgående hull og som har en første ende som er konfigurert for å ta i mot en borestreng, og en andre nedre ende som er konfigurert for å ta i mot borefluider fra et brønnhull;

et første utløp til legemet som er konfigurert for å bli koplet til en kanal for å tilveiebringe en strømningsbane for transport av borefluider til et sted som er fortrengt fra legemet; hvor

apparaturen omfatter et deksel som vesentlig lukker legemet rundt en borestreng som går gjennom apparaturen ved dens øvre ende for dermed å inneholde forurensinger fra en boreoperasjon; og

hvor dekslet er konfigurert til å forhindre at det blir holdt oppe et trykkdifferensiale mellom utsiden av apparaturen og innsiden av apparaturen.

Dekslet vil kunne bli konfigurert for å kunne tillate fluidinntrengning fra utsiden av apparaturen og inn den første øvre enden.

Utførelsesformer av det femte aspektet ved oppfinnelsen vil kunne omfatte de foretrukne eller valgfrie særtrekkene av det første til fjerde aspektet ved oppfinnelsen og vice versa.

Kort beskrivelse av tegningene

Aspekter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelsen vil bli innlysende ved å lese den følgende detaljerte beskrivelsen av de foretrukne utførelsesformene og ved å referere til de tegningene som nå følger, hvor: Figurer IA og IB er skjematiske representasjoner av tidligere teknikks undersjøisk boresystemer for henholdsvis en dyp brønnseksjon og en topphulls brønnseksjon; Figur 2 er en skjematisk representasjon av et boresystem i samsvar med en første utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 3 er en skjematisk representasjon av et boresystem i samsvar med en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen; og Figurer 4A og 4B er henholdsvis plan- og sideriss av en skraperkomponent som vil kunne bli brukt i oppfinnelsens utførelsesformer.

Detaljert beskrivelse

Slik som beskrevet ovenfor, viser Figurer IA og IB boresystemer i henhold til tidligere teknikk, og danner ikke en del av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 2 viser skjematisk et boresystem i henhold til en første utførelsesform av oppfinnelsen, som generelt er vist ved 200. Systemet 200 innbefatter en apparatur 202, som omfatter en et legeme 204 som definerer et langsgående gjennomgående hull 206. Apparaturen 202 blir konfigurert for en topphulls boreoperasjon, og innbefatter et koplingsstykke 208 for en sokkel med tapper (ikke vist), som er med eller uten et skjørt, og som trenger gjennom og ned i havbunnen, slik som vil kunne være kjent innen faget.

Apparaturen innbefatter en første øvre ende 210 hvor det er tilveiebrakt en ledetrakt 212 for å hjelpe til med inngang for borerøret 214. En andre nedre ende 216 av apparaturen er i fluidkommunikasjon med topphullspartiet av brønnhullet (ikke vist) som blir boret.

Plassert mellom første og andre ende er det et utløp 218 som kopler det gjennomgående hullet til en kanal eller slange 220. En pumpe 222 tillater pumping av fluider og faste materialer fra apparaturen til et fjerntliggende sted via en returledning 224, slik som vil bli beskrevet nedenfor.

Apparaturen 202 omfatter også et delsystem for rensing, som generelt er vist som 230. Delsystemet for rensing er plassert mellom den første øvre enden 210 og utløpet 218, og har som funksjon å rense borerørets 214 overflate ved avbrudd, og forhindre gjennomgående passasje av faste partikler, slik at utslipp av borefluider og -materialer til det omgivende miljøet blir minimert eller eliminert etter hvert som borestrengen blir avbrutt og fjernet fra brønnhullet og apparaturen 202.

Delsystemet for rensing 230 omfatter et deksel 232 som er plassert ved eller i nærheten av apparaturens øvre ende 210. Dekslet har en senteråpning som tillater passasje av et borerør og annet verktøy som er nødvendig for å gå inn i brønnhullet, men lukker vesentlig den øvre enden av apparaturen 202 ved bruk. I denne konteksten betyr «vesentlig lukken> at faste partikler, så som steiner og borkaks som er til stede i borefluider, og som ved normale driftsforhold ikke er i stand til å komme gjennom fra det gjennomgående hullet 206 forbi dekselet 232. Dette er i motsetning til for eksempel det systemet som er vist i US 4149603 (som har en åpen passasjevei for borestrengen), og det arrangementet som er vist i EP 1694941 (som har en åpen topp for å kunne tillate at større partikler blir filtrert fra borefluidet som skal pumpes over toppen av enheten). Imidlertid er det ikke nødvendig for dekselet 232 å danne en fluidtetning med borerøret, og det er akseptabelt at sjøvann kommer inn i apparaturen gjennom dekselet 232. Faktisk er det i mange utførelsesformer foretrukket at dekselet ikke tilveiebringer en fullstendig fluidtetning, for å forhindre eventuell virkning på fluidtrykket i brønnhullet, eller skape interferens med bevegelsen i borestrengen ved boreoperasjoner.

I denne utførelsesformen er dekslet 232 i form av børster som er festet til den innvendige veggen på apparaturen, og er vendt radielt innover for å komme i kontakt med borestrengen. Børstene omfatter et antall børstehår, og den radielle lengden, stivheten, plasseringstetthet og langsgående spredning av børstehårene blir valgt ut for å tilveiebringe tilstrekkelig renseeffekt på borerøret, og for å forhindre at faste partikler så som steiner og borkaks kommer ut fra apparaturen, uten vesentlig å hindre passasje for borerør og annet verktøy som er nødvendig for å passere gjennom apparaturen. Den radielle lengden på børstene er lengre enn den lengden som er nødvendig for å nå frem til borestrengen, og ved bruk vil de derfor bøye seg i en retning som er med borerørets bevegelse.

Delsystemet 230 for rensing omfatter også en mekanisk renseanordning 234, som er plassert mellom deksel 232 og utløp 218. Anordningen 234 i denne utførelsesformen omfatter også et arrangement med børster, som har en senteråpning for å kunne tillate passasje av borerøret 214. Den mekaniske renseanordningens 234 funksjon er å gi en mekanisk fjerning av boreavfall fra borerøret ved avbrudd for borerøret. I denne utførelsesformen blir anordningen 234 valgt ut slik at den vil ha andre mekaniske egenskaper enn dekselet 232. Anordningen blir valgt ut for å tilveiebringe et «løsere» feste med borerøret sammenlignet med dekselet 232, for å kunne fjerne store faste partikler fra borerøret og forhindre disse i å komme inn i det øvre partiet av apparaturen, men for å gjøre det lett å kunne tillate en strøm av fluid fra det øvre partiet av hovedkammeret i apparaturen. Slik som med deksel 232, vil børstene bøye i en retning av borerørets bevegelse ved bruk, i kraft av at den radielle lengden for børstene er lengere enn den lengden som er nødvendig for å nå frem til borestrengen.

Plassert mellom dekselet 232 og den mekaniske renseanordningen 234 er et det et spylesystem 236, som omfatter et antall dyser som er fordelt langs omkretsen og som er rettet radielt innover mot sentrum av det gjennomgående hullet 206. Spylesystemet 236 har som funksjon å rette fluid mot borerørets overflate, med en tilstrekkelig kraft til å kunne fjerne klebrige faste stoffer og filmer fra borerørets vegg. I denne utførelses-formen blir spylesystemet koplet til en tilførsel av sjøvann via en sjøvannspumpe, som tillater spyling av sjøvann mot røret ved et trykk og et volum som er tilstrekkelig til å kunne rense røret.

I alternative utførelsesformer ved oppfinnelsen er spylesystemet koplet til alternative fluidkilder. For eksempel kan sjøvann tilveiebringes fra en slange som løper fra overflaten eller fra en fjerntliggende lagringstank. Dysene kan være koplet til en tilførsel av boreslam, som vil kunne være en ren boreslamskilde tilført fra overflaten eller fra en lagringstank under vannet. Kjemikalier vil kunne bli tilført gjennom spylesystemet 236 for å forbedre renseeffekten, for eksempel glykol som blir tilført fra overflaten eller en lagringstank under vannet. Alternativt vil borefluider kunne tilveiebringes fra returledningen 224, for eksempel ved avledning av en del av strømmen fra en posisjon som er nedstrøms for pumpen 222.

Anvendelse av apparaturen i Figur 2 i en boreprosess vil nå bli beskrevet. Apparaturen 202 blir installert direkte på havbunnen før det bores, via en sokkel med tapper, som innbefatter en rørledning (ikke vist) som trenger ned i havbunnen. Borestrengen 214, som ved sin fjerneste ende innbefatter en nedihulls sammenstilling (ikke vist), blir senket ned fra riggen og ledet inn i apparaturen 202 via ledetrakten 212. Nedihulls sammenstillingen og borerøret går gjennom dekselet 232, som er tilstrekkelig kompatibelt til å kunne tillate passasje av borestrengen gjennom senteråpningen. Borestrengen går gjennom renseanordningen 234 på en tilsvarende måte og ned gjennom apparaturen til slamlinjen (ikke vist).

Under boring blir borefluider sirkulert ned gjennom borestrengen og utover gjennom åpningene i nedihulls sammenstillingen. Borefluidet går oppover i brønnhullet i et ringrom mellom borestrengen og veggen på brønnhullet, og inn i apparaturen 202. Borefluidet inneholder faste materialer, som innbefatter borkaks og steinfragmenter som kommer ut fra brønnhullet.

Borefluid og faste materialer som kommer ut fra brønnhullet blir forhindret fra å gå gjennom og ut fra toppen av apparaturen ved delsystemet for rensing. Den mekaniske anordningen 234 forhindrer at borefluid og faste materialer går inn i et øvre parti av apparaturen 202, slik at hoveddelen av borefluidet og de faste materialene kommer ut fra apparaturen via utløp 218. Borefluider og dispergerte faste materialer kommer ut fra apparaturen via utløpet 218, bistått med suging fra pumpe 222, og blir pumpet til et fjerntliggende sted, som i dette tilfellet er til overflaten via en returledning 224.

Deksel 232 forhindrer oppadgående passasje av eventuelle borefluider og faste materialer som kommer inn i det øvre partiet av apparaturen. I særdeleshet blir dekselet konfigurert for å forhindre at faste partikler, så som borkaks og steinfragmenter, kommer ut fra den øvre enden av apparaturen og inn i det omgivende miljøet under vann. I tillegg blir spylesystemet 234 driftet for rette trykksatt sjøvann på borerørets overflate. Dette gir effekten av å fjerne eventuelle faste partikler som har klebet seg på borerøret, og eventuelle filmer som har blitt dannet på borerøret i løpet av boreoperasjonen. På grunn av sugeeffekten i pumpen 222 vil fluidene og fjernede forurensinger gå nedover gjennom den mekaniske renseanordningen 234 og blir fjernet sammen med hovedstrømmen av borefluider gjennom kanal 220.

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåten for apparaturen har effekten av å gi en vesentlig begrensing på utslipp av materialer til undervannsmiljøet. Kanalen 220, pumpen 222 og returledningen 224 blir valgt ut for å kunne være i stand til å håndtere de største faste partiklene, innbefattet borkaks og steiner, som kommer ut fra brønn-hullet. Av denne grunn blir alt materiale fra brønnhullet ført tilbake til overflaten, slik at det er ingenting som blir igjen under vann, og det blir ingenting som blir sluppet ut til undervannsmiljøet. Videre, delsystemet for rensing blir driftet for å fjerne materialer fra borerørets overflate. Dette innbefatter klebrige faste materialer som har klebet seg på overflaten, og eventuelle filmer som har bygget seg opp på borerøret. Når borestrengen avbrytes ut fra brønnhullet, blir borestrengen renset før utgangen fra apparaturen og uten å være eksponert for undervannsmiljøet.

Figur 3 er en skjematisk representasjon av et boresystem i henhold til en andre utførelsesform av oppfinnelsen. Systemet, som generelt blir benevnt som 300, er tilsvarende boresystemet 200, og vil kunne forstås ut fra Figur 2 og den medfølgende beskrivelsen, og samme særtrekk blir representert med like henvisningstall hvor nummeret økes med 100. Systemet 300 innbefatter en apparatur 302 som omfatter et legeme 304 som definerer et langsgående gjennomgående hull 306. Apparaturen 302 blir konfigurert for en boreoperasjon på et eksisterende undersjøisk brønnhode 307, for å øke brønnhullets dybde. På samme måte som med apparaturen 202, innbefatter apparaturen 302 et deksel 332, en mekanisk renseanordning 334, og et spylesystem 336. Dekselet 332 og den mekaniske renseanordningen 334 definerer til sammen et øvre parti 335 av apparaturen.

Denne utførelsesformen er forskjellig fra den tidligere utførelsesformen ved at den innbefatter et par utløp 318a og 318b, som er koplet til henholdsvis første og andre åpninger på en tre-veis ventil 319. Utløp 318a er plassert under den mekaniske renseanordningen 334 i legemets hovedvolum 321, og utløp 318b er plassert mellom dekslet 332 og den mekaniske renseanordningen 334 slik at det er et utløp for apparaturens øvre parti 335. Tre-veis ventilen 319 er koplet til kanalen 320, som igjen er koplet til returledningen 324 via pumpen 322.

Utløpsparet 318a, 318b og tre-veis ventilen 319 vil sammen kunne tillate styring av fluidutløpsandelene fra det øvre partiet 335 og hovedvolumet 321. Tre-veis ventilen 319 kan tilveiebringe en justerbar eller fast blanding av strøm fra de respektive utløpene under drift, som for eksempel vil være avhengig av strømningshastigheten for direkte returer til brønnhullet, strømningshastigheten på innløpene i spylesystemet, eller driftsfasen.

I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen (ikke illustrert), har utløp 318a og 318b dedikerte kanaler, pumper og/eller returledninger. I en slik utførelsesform blir en tre-veis ventil 319 utelatt, selv om utløpene 318a, 318b eventuelt vil kunne tilveiebringes med dedikerte choker/ventiler for styring av strømningshastigheter for fluid og kaks fra de respektive partiene i apparaturen.

Apparaturen 302 innbefatter også en sikt 326 og oppsamlingsanordning 328 som er plassert i kanalen 320. Sikten 326 har som funksjon å filtrere store faste partikler, så som steiner, fra kanalstrømmen for oppbevaring på havbunnen i oppsamlingsanordningen 328, for senere opphenting til overflaten ved anvendelse av bagger eller transportbeholdere. I den utførelsesformen som er vist, er sikten og oppsamlingsanordningen adskilt fra pumpen 322, selv om de i en alternativ utførelses-form vil kunne være integrert inn i en pumperamme.

Figurer 4A og 4B viser en alternativ mekanisk sammenstilling som vil kunne bli brukt i en annen utførelsesform av oppfinnelsen, i henholdsvis plan- og sideriss. Sammenstillingen, som generelt er vist med 500, omfatter et antall skrapende elementer 502 som dannes fra et plastisk, gummi- eller elastomerisk materiale. Sammenstillingen (som vil kunne bli brukt istedenfor eller i tillegg til børstene som danner dekslene 232, 332 og mekaniske renseanordninger 234, 334 i tidligere utførelsesformer) omfatter et arrangement av innad vendte kronblader eller blader som er festet til apparaturens innvendige overflate. Bladene blir dannet i flerfoldige lag 504, hvor de suksessive lagene er rotasjonsmessig forskjøvet i forhold til hverandre, slik at gapene 506 mellom de tilgrensende lag ikke er på linje. Sammenstillingen definerer en senteråpning 508 for passasje av borestrengen. De mekaniske egenskapene for sammenstillingen blir valgt ut slik at det er tilstrekkelig kompatibelt til å kunne utføre den ønskede rensefunksjonen og for å begrense passasje av faste partikler, uten betydelig forhindring for kjøring og avbrudd for borestrengkomponentene.

Ytterligere alternative renseanordninger vil kunne bli brukt i andre aspekter ved oppfinnelsen. For eksempel vil apparaturen kunne bli tilveiebrakt med en eller flere gummi- eller elastomeriske stripperringer, som danner en åpning for passasje av borestrengen, og som har en tilstrekkelig kompatibilitet til å tilveiebringe en renseeffekt uten forhindring av kjøring og avbrudd for borestrengen og nedihulls sammenstillingen.

Det vil være innlysende for en fagperson innen faget at særtrekk for de ovenfor beskrevne utførelsesformene ved oppfinnelsen vil kunne bli kombinert på andre måter enn de som er uttrykkelig beskrevet. For eksempel vil de forskjellige komponentene i delsystemene for rensingen kunne bli brukt om hverandre, og de særtrekkene som er spesifikke for de særskilte systemene 200 og 300 vil kunne bli innarbeidet i andre systemer enn de som er beskrevet her. For eksempel, selv om de beskrevne utførelsesformene blir montert på sokler med tapper eller brønnhoder, vil det være innlysende at alle utførelsesformer av oppfinnelsen kan bli tilpasset til enten et undersjøisk brønnhode eller en sokkel med tapper, med eller uten et skjørt og som trenger ned i havbunnen.

Oppfinnelsen tilveiebringer en apparatur og en fremgangsmåte for å håndtere borefluider i løpet av en operasjon med undersjøisk boring. Apparaturen omfatter et legeme som definerer et langsgående gjennomgående hull og som har en første øvre ende for å kunne ta i mot en borestreng. En andre nedre ende er konfigurert for å ta i mot borefluider fra et brønnhull, og et utløp til legemet blir koplet til en kanal for å tilveiebringe en strømningsbane for å frakte borefluider til et fjerntliggende sted, så som en undersjøisk lagring eller til overflaten. Apparaturen omfatter et delsystem for rensing som er konfigurert for fjerne forurensinger fra en borestreng som går gjennom apparaturen.

Den foreliggende oppfinnelsen adresserer et behov for å forbedre miljøvernet i offshore boreoperasjoner, og for å redusere borefluidsavfall, ved å redusere utslipp av borefluider og/eller borkaks til miljøet. Oppfinnelsens utførelsesformer gjenvinner alle, eller vesentlig alle, forurensede materialer fra en boreoperasjon, og egner seg til boreoperasjoner med null utslipp. Oppfinnelsen har særskilt anvendelse for boreoperasjoner uten stigerør, så som topphulls boring og boring som er fullstendig uten stigerør.

Den foregående beskrivelsen av oppfinnelsen har blitt presentert for formål av å illustrere og beskrive, og er ikke ment å være uttømmende eller å begrense oppfinnelsen til den presise formen som er beskrevet. De beskrevne utførelsesformene ble valgt og beskrevet for best å kunne forklare prinsippene ved oppfinnelsen, og dens praktiske anvendelser, for dermed å gjøre det mulig for andre fagpersoner innen området å benytte oppfinnelser i forskjellige utførelsesformer og med forskjellige modifikasjoner som er egnet for den særskilte bruken som man kan tenke seg. Av denne grunn vil ytterligere modifikasjoner eller forbedringer kunne bli innlemmet uten å avvike fra det tiltenkte omfanget av oppfinnelsen her.

Claims (14)

1. En apparatur (202, 302) for å håndtere fluider i løpet av en operasjon med undersjøisk topphull eller riserløs boring, hvor apparaturen er konfigurert for undersjøisk plassering ogkarakterisert vedat det omfatter: et legeme (204, 304) som definerer et langsgående gjennomgående hull (206, 306) og som har en første øvre ende (210) som er konfigurert for å ta i mot en borestreng, og en andre nedre ende (216) som er konfigurert for å ta i mot borefluider fra et brønnhull; et første utløp til legemet (218, 318a) som er konfigurert for å bli koplet til en kanal for å tilveiebringe en strømningsbane for å frakte borefluider som sirkulerer gjennom apparatet til et sted som er fortrengt fra legemet; hvor apparaturen omfatter et delsystem for rensing (230) som er konfigurert for å fjerne forurensinger fra en borestreng som går gjennom apparaturen i de undersjøiske omgivelsene.

2. Apparatur ifølge krav 1, hvor delsystemet for rensing (230) er i det minste delvis anordnet mellom utløpet (218, 318a) og den første øvre enden av legemet (210).

3. Apparatur ifølge krav 1 eller 2, hvor delsystemet for rensing (230) omfatter en eller flere mekaniske renseanordninger (234, 334).

4. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, som omfatter et deksel (232, 332) som vesentlig lukker den øvre enden av legemet (210).

5. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor delsystemet for rensing (230) omfatter et spylearrangement (236, 336) som har en eller flere dyser som er anordnet for å rette fluid på en borestreng som går gjennom apparaturen (202, 302).

6. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, som omfatter et første parti, som er definert ved legemet (202, 302), en mekanisk renseanordning (234, 334) og et deksel (232, 332), hvor det første partiet er anordnet mellom utløpet (218, 318a) og den øvre enden av legemet (210).

7. Apparatur ifølge krav 6, hvor spylearrangementet (236, 336) i det minste delvis er konfigurert for å rette fluid til borestrengen i det første partiet.

8. Apparatur ifølge krav 6 eller 7, som omfatter et andre utløp (318b) som er tilveiebrakt i det første partiet, hvor det andre utløpet (318b) er konfigurert for å bli koplet til en kanal (320) for å tilveiebringe en strømningsbane for å frakte borefluider til et sted som er fortrengt fra legemet.

9. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor strømningsbanen for å frakte borefluider har tilstrekkelige dimensjoner til å kunne tillate at faste partikler, innbefattet steiner og borkaks, blir fraktet til et fjerntliggende sted.

10. En fremgangsmåte for å håndtere borefluider i løpet av en topphull eller riseløs boreoperasj on under vann,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter o a: tilveiebringe et legeme (204, 304) som definerer et langsgående gjennomgående undersjøisk brønnhull (206, 306) ved et sted på havbunnen; føre en borestreng gjennom legemet (204, 304) mellom det undersjøiske brønnhullet og de undersjøiske omgivelsene; ta i mot borefluid inn i legemet (204, 304) fra det undersjøiske brønnhullet, og rette borefluidet til en kanal (220, 320) som er koplet til et utløp til legemet (218, 318a); frakte borefluidet gjennom kanalen (220, 320) til et sted som er fortrengt fra legemet; og rense borestrengen ved posisjonen til et undersjøisk brønnhull som er over utløpet for å fjerne materialer fra borestrengen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, som omfatter mekanisk rensing av et parti av borestrengen før den går ut fra legemet for å entre det undersjøiske miljøet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10 eller 11, som omfatter spyling av fluider mot en overflate av en del av borestrengen før den går ut fra legemet.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 10 til 12, som omfatter frakt av faste partikler, innbefattet steiner og/eller borkaks, til et sted som er fjernt fra legemet.

14. Fremgangsmåte for å bore et topphullsparti av en undervanns brønn, som omfatter hvilke som helst trinn i krav 10 til 13.