NO338229B1 - Integrert styringssystem og fremgangsmåte for styring av fluidstrøm fra en brønn - Google Patents

Description

Bakgrunn

Styringssystemer for installasjon og overhaling (Installation and Workover Control Systems, IWOCS) brukes for å tilveiebringe hydraulisk trykk og muliggjøre trykk- og temperaturovervåking under installasjonen og intervensjonen av produksjonsrørhengere og undervanns ventiltrær for å muliggjøre produksjon fra undersjøiske brønner. De kan også brukes til injeksjon (typisk ved bruk av vann) inn i brønner for å øke eller opprettholde produksjon fra andre brønner på det samme feltet. Intervensjonsoppgaver kan inkludere aktiviteter så som testing av produksjonsstrøm, nedihulls brønnlogging og wireledning-aktiviteter. Produksjonsrørhengeren, som henger opp produksjonsrøret (kjent som nedihulls kompletteringen), kan installeres i et undervannsbrønnhode, en produksjonsrørhode-spole, eller direkte inn i et undervanns ventiltre. De mekaniske verktøy som brukes sammen med produksjonsrørhengeren inkluderer typisk: et produksjonsrørhenger-setteverktøy (Tubing Hanger Running Tool, THRT), et undervanns testventiltre (Subsea Test Tree, SSTT), og et kompletterings-stigerørsystem. THRPen er typisk låst til produksjonsrørhengeren under installasjon eller intervensjon. SSTPen, et selvstendig ventilarrangement, er innfestet ovenfor THRPen (disse to gjenstander blir ofte holdt sammenstilt sammen). Kompletteringsstigerørsystemet er tilknyttet ovenfor SSTPen, og inkluderer en serie av rørseksjoner (kjent som "rørlengder" ("joints")) for å tilveiebringe et trykkinneholdende ledningsrør mellom produksjonsrørhengeren og boreriggen på overflaten. Av sikkerhetsårsaker er det under installasjon eller intervensjon av en nedihulls komplettering nødvendig å anvende en undervanns utblåsingssikring (Blow Out Preventer, BOP) stakk med et borestigerørsystem innkoplet tilbake til boreriggen på overflaten. BOP-stakken og borestigerørsystemet for undervannsanvendelser inkluderer en innvendig boring for å muliggjøre passasje av produksjonsrørhengeren, THRPen, SSTPen og kompletteringsstigerøret (boringen i BOP-stakken og borestigerørsystemet har vanligvis en minimumsdiameter på 476,25 mm). Selve borestigerøret inkluderer også en serie av "rørlengder" som blir satt sammen på overflaten, som påkrevet, for å passe til den spesifikke vanndybde.

Det er flere varianter av undervannsventiltrær som for det inneværende blir installert i feltutbygginger, hvorav den ene er et vertikalt ventiltre hvor bore-BOP- stakken er direkte installert på ventiltreets gjeninnføringsstamme. Ventiltrærne kan installeres direkte på et undervanns brønnhode eller et produksjonsrørhode-spolarrangement.

Systemet hvor nedihulls kompletteringen har blitt installert gjennom en BOP-stakk og BOP-stakken installert på ventiltreet har tradisjonelt nødvendiggjort bruken av to IWOCS navlestrengsystemer og tilknyttede spoler, forbindelse og innfestingstrekk. Den første navlestreng installeres inne i borestigerøret og BOP-stakken og tilveiebringer hydraulisk styring av SSTPen, THRPen, produksjonsrørhengeren og nedihulls ventiler. Denne navlestrengen kan midlertidig festes til kompletteringsstigerøret under operasjoner. En ytterligere navlestreng utenpå borestigerøret vil være inkorporert for etterfølgende operasjon av de passende undersjøiske veniltreventiler og nedihulls ventiler for trykktesting, kjemikalieinjeksjon og overvåking. Den utvendige navlestreng vil typisk være festet til borestigerøret og vil kreve en nødfrakoplingsenhet (Emergency Disconnect Unit, EDU) ettermontert på BOP-stakken for å tillate stakkens nedre marine stigerørpakke (Lower Marine Riser Package, LMRP) å bli frakoplet i tilfelle av betingelser med dårlig vær. Navlestrengkonfigurasjonen inkluderer typisk direkte hydrauliske ledninger for gruntvannsanvendelser og multpleks-elektro-hydrauliske ledninger for dypvannsanvendelser.

Etter tilfredsstillende installasjon av undervannsventiltreet på den tidligere installerte nedihulls kompletterings (i brønnhodet eller produksjonsrørhodespolen) og testing av strømmen fra brønnen (hvis påkrevet), hentes de innvendige verktøy opp. Dette inkluderer THRPen, SSTPen, kompletterings-stigerørsystemet og den innvendige navlestreng. Det utvendige utstyr, inkludert BOP-stakken, bore-stigerørsystemet og den utvendige navlestreng vil deretter bli hentet tilbake til riggen på overflaten. Produksjon av formasjonsfluidene kan deretter begynne under planlagte operasjoner. I løpet av brønnens levetid kan forskjellige intervensjons- og overhalingsprosedyrer være nødvendige for å sørge for vedvarende produksjon. Disse prosedyrer inkluderer vanligvis installasjon og etterfølgende opphenting av alt det ovennevnte utstyr, på lignende vis som de prosedyrer som nettopp er omtalt.

Fra US 7,318,480 B2 framgår det rørføringsutstyr for en offshorerigg med utblåsningssikring. En fremgangsmåte for å utføre en operasjon i en subsea brønnhodesammenstilling gjennom et stigerør som strekker seg mellom brønnhodesammenstillingen og en plattform på overflaten, omfatter et trinn med å forbinde en utblåsningssikring på overflaten med en øvre andel av stigerøret. En styringsledning som strekker seg langs kanalen forbindes så med verktøyet. Verktøyet og styringsledningen senkes gjennom utblåsningssikringen og stigerøret.

Fra US 2009/0194290 A1 fremgår det et styringssystem for en utblåsningssikrings-stakk. Et modulært styringssystem består av flere funksjonsmodulerfor styring av utblåsningssikrings-stakken og som kan hentes fra et fjerntliggende sted. De forskjellige funksjonsmodulene kan lokaliseres på den nedre marine stigerørspakken og utblåsningssikrings-stakken posisjonert nær utstyret med hvilket de er tilknyttet. Denne fordelingen av moduler nær eliminerer det komplekse grensesnittet mellom den nedre marine stigerørspakken og utblåsningssikrings-stakken.

US 4,730,677 A beskriver et system og en fremgangsmåte for overhaling av en subseabrønn med fleksible stigerør. Det fleksible stigerøret kan modifiseres for anvendelse enten med en brønnkabel eller gjennom brønnstrømsrørverktøy. Det fleksible stigerøret eliminerer behovet for bevegelses eller utstyr for vertikalbevegelseskompensasjon tilknyttet systemer med stive stigerør.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et undervannsproduksjonssystem for styring av fluidstrøm fra en brønn, hvilket system inkluderer: et undervanns-produksjonsventiltre og et borestigerør som kan bringes i inngrep med brønnen, idet ventiltreet inkluderer elektriske og hydrauliske ledninger for å kommunisere med utstyr i ventiltreet og nedihulls i brønnen, et tilknytningsverktøy som kan installeres i ventiltreet gjennom borestigerøret for å etablere minst én av elektrisk og hydraulisk kommunikasjon med ventiltreets elektriske og hydrauliske ledninger, en navlestreng som kan forbindes med tilknytningsverktøyet og som kan strekke seg inne i borestigrøret til overflaten, hvor navlestrengen kan brukes til å kommunisere i det minste én av elektrisk og hydraulisk med tilknytningsverktøyet, idet navlestrengen også kan brukes til å kommunisere i det minste én av elektrisk og hydraulisk med ventiltreet og nedihulls utstyr gjennom tilknytningsverktøyets forbindelse med ventiltreet.

Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for styring av fluidstrøm fra en undervannsbrønn, inkludert: installering av et undervanns-produksjonsventiltre og et borestigerørborestigerør for brønnen, idet ventiltreet inkluderer elektriske og hydrauliske ledninger for styring av utstyr på ventiltreet og kommunisering med nedihulls utstyr i brønnen, installering av et tilknytningsverktøytilknytningsverktøy for ventiltreet gjennom borestigerøret, idet tilknytningsverktøyet etablerer minste én av elektrisk og hydraulisk kommunikasjon mellom ventiltreets elektriske og hydrauliske ledninger og en navlestreng som strekker seg på innsiden av borestigerøret, og kommunisering av minst én av elektrisk og hydraulisk med tilknytningsverktøyet og ventiltreet og nedihulls utstyret ved bruk av navlestrengen til å styre fluidstrøm fra brønnen.

Kort beskrivelse av tegningene

For en mer detaljert beskrivelse av utførelsene skal det nå vises til de følgende ledsagende tegninger: Figur 1 er et sammensatt riss av et undervannssystem som illustrerer en utførelse av et integrert styringssystem for installasjon og overhaling (Integrated Installation and Workover Control System, IIWOCS); og

figur 2 er et skjematisk av grensesnittet mellom det integrerte styringssystem for integrasjon og overhaling (IIWOCS) og et undervannsproduksjons-styringssystem.

Detaljert beskrivelse av utførelsene

På tegningene og i beskrivelsen som følger er like deler gjennomgående i spesifikasjonen og på tegningene merket med de samme henvisningstall. Tegningsfigurene er ikke nødvendigvis i målestokk. Visse trekk ved oppfinnelsen kan være vist overdrevent i målestokk eller i noe skjematisk form, og enkelte detaljer ved konvensjonelle elementer har kanskje ikke blitt vist, av hensyn til klarhet og for å være konsis. Den foreliggende oppfinnelse kan ha forskjellige utførelser. Spesifikke utførelser er beskrevet i detalj og er vist på tegningene, med den forståelse at den foreliggende offentliggjøring skal betraktes som en eksemplifisering av oppfinnelsens prinsipper, og ikke er ment å begrense oppfinnelsen til det som her er illustrert og beskrevet. Det skal fullt ut forstås at den forskjellige lære ved de utførelser som er omtalt nedenfor kan anvendes separat eller i enhver egnet kombinasjon for å frembringe ønskede resultater. Enhver bruk av enhver form av uttrykkene "forbinde", "bringe i inngrep", "kople", "feste" eller ethvert annet uttrykk som beskriver en vekselvirkning mellom elementer ikke er ment å begrense vekselvirkningen til direkte vekselvirkning mellom elementene, og kan også inkludere indirekte vekselvirkning mellom de beskrevne elementer. De forskjellige karakteristika som er nevnt ovenfor, så vel som andre trekk og karakteristika beskrevet i nærmere detalj nedenfor, vil klart fremgå for de som har fagkunnskap innen teknikken ved å lese den følgende detaljerte beskrivelse av utførelsene, og med henvisning til de ledsagende tegninger.

Det vises til figurene 1 og 2, hvor det er vist en eksemplifiserende konfigurasjon av et integrert styringssystem for installasjon og overhaling (Integrated Installation and Workover Control System, IIWOCS). Det skal forstås at, selv om beskrivelsen nedenfor inkluderer et vertikalt ventiltre 16, kan IIWOCS'en hensiktsmessig være konfigurert til installasjon i både vertikale og horisontale ventiltrær. Som vist, istedenfor en eksisterende styringsnavlestreng som strekker seg på utsiden av borestigerørsystemet 15, er styringsevner for intervensjon og produksjons-ventiltre-strømtesting integrert med en IIWOCS navlestreng 8 som strekker seg innvendig inne i borestigerørsystemet 15. Integrering av de to styringssystemer inkluderer bruk av et tilknytningsverktøy 1 installert inne i borestigerøret 15 via en overflaterigg eller et fartøy 22 med passende elektrisk og hydraulisk tilførselsutstyr og tilknyttede styringsinnretninger. Som et eksempel, tilknytningsverktøyet 1 kan inkludere THRPen og, som vist, eventuelt SSTPen. Tilknytningsverktøyet 1 senkes fra overflaten på kompletteringsstigerørsystemet 12 sammen med en multipleks-elektrohydralisk navlestreng 8, gjennom BOP-stakken 13 og borestigerøret 15, slik at styringsledningene (som befinner seg inne i navlestrengen 8) strekker seg fra tilknytningsverktøyet 1 til overflaten inne i borestigerøret 15. Etter at tilknytningsverktøyet 1 passerer gjennom BOP-stakken 13, låses det inne i ventiltreets gjeninnføringsstamme 14. En hydraulisk høytrykkstilførselsledning 5, en hydraulisk lavtrykkstilførselsledning 6, og en ledning 2 for elektrisk effekt, en elektrisk kommunikasjonsledning 3 og en ledning 4 for elektrisk trykk/temperaturovervåking går fra basisen av tilknytningsverktøyet 1 til utsiden av det vertikale undervannsventiltreet 16. Disse ledninger strekker seg fra ventiltreet 16 og avsluttes i en sammenføyningsplate 17 som er satt sammen, med hjelp av en ROV, med en fast sammenføyningsplate 24 på ventiltreet 16. Fra den faste sammenføyningsplate 24 er alle de ovennevnte ledninger ført til monteringsbasisen for undervannsstyringsmodulen (Subsea Control Module Mounting Base, SCMMB) 18, og, i sin tur, undervannsstyringsmodulen (Subsea Control Module, SCM) 19. I denne utførelse er den hydrauliske lavtrykkstilførsel 6 ledet til den undervannsventiltre-monterte produksjonsbrønnventil 20 og ringromsbrønnventilen 21.1 denne utførelse er den hydrauliske lavtrykkstilførsel 6 også ledet fra SCM'en, via undervannsventiltreet 16 og produksjonsrørhengeren 11, til produksjonsisolasjonsventilen 7, lokalisert i produksjonsstrengen. Den hydrauliske høytrykkstilførsel 5 er, via undervannsventiltreet 16 og produksjonsrørhengeren 11, ledet til den overflatestyrte undervannssikkerhetsventil (Surface Control Subsea Safety Valve, SCSSV) 10 lokalisert i produksjonsrørstrengen. Overvåkingsledningen 4 for elektrisk trykk/temperatur-sensoren er ledet fra SCM'en 19, via SCMMB'en 18, undervannsventiltreet 16 og produksjonsrørhengeren 11 til nedihulls trykk/temperatur-sensoren 9.

Således, operasjon av nødvendige produksjonsventiltre og kompletteringsstyringsventilerog trykk/temperatur-overvåking kan foretas under installasjon og brønnintervensjon uten bruk av en utvendig styringsnavlestreng, hvilket sparer betydelig riggtid og utstyrskostnad for å bringe brønnen online for produksjon. Etterat intervensjonsoppgavene har blitt fullført, blir tilknytningsverktøyet 1, kompletteringsstigerøret 12 og styringsnavlestrengen 8 hentet opp, fulgt av opphenting av BOP-stakken 13 og borestigerøret 15. Brønnen kan deretter bringes "i drift" ved bruk av etablerte produksjonsprosedyrer.

Etterfølgende intervensjon eller overhaling kan foretas i løpet av brønnens levetid, som tidligere skissert.

Selv om spesifikke utførelser har blitt vist og beskrevet, kan modifikasjoner foretas av en med fagkunnskap innen teknikken uten å avvike fra denne oppfinnelses idé eller lære. De beskrevne utførelser er kun eksemplifiserende og er ikke begrensende. Mange variasjoner og modifikasjoner er mulige og er innenfor oppfinnelsens omfang. Beskyttelsesomfanget er følgelig ikke begrenset til de beskrevne utførelser, men er kun begrenset av de følgende krav, idet omfanget av disse skal inkludere alle ekvivalenter av kravenes gjenstand.

Claims (14)

1. Undervannsproduksjonssystem for styring av fluidstrøm fra en brønn, hvilket system inkluderer: et undervanns-produksjonsventiltre (16) og et borestigerør (15) som kan bringes i inngrep med brønnen, idet ventiltreet (16) inkluderer elektriske og hydrauliske ledninger (2, 3, 4, 5, 6) for å kommunisere med utstyr i ventiltreet (16) og nedihulls i brønnen; et tilknytningsverktøy (1) som kan installeres i ventiltreet (16) gjennom borestigerøret (15) for å etablere minst én av elektrisk og hydraulisk kommunikasjon med ventiltreets (16) elektriske og hydrauliske ledninger (2, 3, 4, 5, 6); en navlestreng (8) som kan forbindes med tilknytningsverktøyet (1) og som kan strekke seg inne i borestigrøret (15) til overflaten, hvor navlestrengen (8) kan brukes til å kommunisere i det minste én av elektrisk og hydraulisk med tilknytningsverktøyet (1);karakterisert vedat: navlestrengen (8) også kan brukes til å kommunisere i det minste én av elektrisk og hydraulisk med ventiltreet (16) og nedihulls utstyr gjennom tilknytningsverktøyets (1) forbindelse med ventiltreet (16).

2. Undervannsproduksjonssystem som angitt i krav 1, hvor tilknytningsverktøyet (1) inkluderer i det minste det ene av ett produksjonsrørhenger-setteverktøy (THRT) og et undervanns testventiltre (SSTT).

3. Undervannsproduksjonssystem som angitt i krav 1, hvor navlestrengen (8) kan i det minste det ene av styre og overvåke tilknytningsverktøyet (1), ventiltreets (16) utstyr og nedihulls utstyret.

4. Undervannsproduksjonssystem som angitt i krav 1, hvor navlestrengen (8) kan brukes til å gjennomføre i det minste det ene av trykktesting, hengerinstallasjon, produksjonsstrømtesting, nedihulls brønnlogging, kjemikalieinjeksjon, wireledningsaktiviteter og brønnovervåking.

5. Undervannsproduksjonssystem som angitt i krav 1, hvor navlestrengen (8) er en multipleks-elektrohydraulisk navlestreng (8).

6. Undervannsproduksjonssystem som angitt i krav 1, hvor tilknytningsverktøyet (1) er installert ved bruk av et kompletteringsstigerørsystem (12).

7. Undervannsproduksjonssystem som angitt i krav 1, hvor ventiltreets (16) utstyr inkluderer fluidstyringsventiler (20, 21) og nedihulls utstyret inkluderer i det minste det ene av trykk- og temperatursensorer (9).

8. Fremgangsmåte for styring av fluidstrøm fra en undervannsbrønn, inkludert: installering av et undervanns-produksjonsventiltre (16) og et borestigerørborestigerør (15) for brønnen, idet ventiltreet (16) inkluderer elektriske og hydrauliske ledninger (2, 3, 4, 5, 6) for styring av utstyr på ventiltreet (16) og kommunisering med nedihulls utstyr i brønnen; installering av et tilknytningsverktøytilknytningsverktøy (1) for ventiltreet (16) gjennom borestigerøret (15), idet tilknytningsverktøyet (1) etablerer minste én av elektrisk og hydraulisk kommunikasjon mellom ventiltreets (16) elektriske og hydrauliske ledninger (2, 3, 4, 5, 6) og en navlestreng (8) som strekker seg på innsiden av borestigerøret (15),karakterisert ved: kommunisering av minst én av elektrisk og hydraulisk med tilknytningsverktøyet (1) og ventiltreet (16) og nedihulls utstyret ved bruk av navlestrengen (8) til å styre fluidstrøm fra brønnen.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvor tilknytningsverktøyet (1) inkluderer i det minste det ene av ett produksjonsrørhenger-setteverktøy (THRT) og et undervannstestventiltre (SSTT).

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, videre inkluderende bruk av navlestrengen (8) til å styre og overvåke i det minste det ene av tilknytningsverktøyet (1), ventiltreets (16) utstyr og nedihulls utstyr.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvor styring av fluidstrøm fra brønnen inkluderer i det minste det ene av trykktesting, hengerinstallasjon, produksjonsstrømtesting, nedihulls brønnlogging, kjemikalieinjeksjon, wireledningsaktiviteter og brønnovervåking.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvor navlestrengen (8) er en multipleks-elektrohydraulisk navlestreng (8).

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, videre inkluderende installering av tilknytningsverktøyet (1) ved bruk av et kompletteringsstigerørsystem (12).

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvor ventiltreets (16) utstyr inkluderer fluidstyringsventiler (20, 21) og nedihulls utstyret inkluderer i det minste det ene av fluidstyringsventiler (7, 10) og trykk- og temperatursensorer (9).