NO339037B1

NO339037B1 - Brønnhodesystem og koblinger

Info

Publication number: NO339037B1
Application number: NO20141460A
Authority: NO
Inventors: Karl-Willie Hoel
Original assignee: Hoel Karl Willie
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-11-07
Also published as: US11091973B2; GB2548518B; BR112017010880A2; US20170321510A1; WO2016089221A1; AU2015355667B2; GB201709989D0; CA2968678A1; NO20141460A1; CA2968678C; GB2548518A; BR112017010880B1; AU2015355667A1

Description

Brønnhodesystem og koblinger

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et forbedret undersjøisk brønnhodesystem og en fremgangsmåte for å tilveiebringe et slikt brønnhode.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Tradisjonell konstruksjon av brønnhodesystemerer ikke optimalisert med tanke på levetid. Levetid for tradisjonelle brønnhodesystemerer vanligvis den begrensende faktoren innenfor offshore-boring, kompletterings- og overhalingsaktiviteter.

Den øvre delen av ethvert undersjøisk templat- eller satellittbrønnhodesystem er eksponert for høy strekk- og bøyebelastning under bore-, kompletterings- og overhalingsoperasjoner. Belastningen genereres av bevegelser fra overflatefartøyer. Den variable belastningen på stigerørstrekken overføres via marine stigerør og utblåsningssikring (BOP) til det øvre brønnhodehuset. Høye bøyemomenter forekommer når strekkbelastningen påføres i en vinkel som er relativ til brønnhodets midtakse. På nåværende tidspunkt er det ingen offentlige krav som definerer hvilken belastning et undersjøisk brønnhodesystem skal være konstruert for å tåle. Vanlige krav fra oljeselskaper er at integriteten til brønnhodet skal være intakt etter tilfeldig belastning, dvs. veldig generelle og ikke-spesifikke krav.

Undersjøiske brønnhodesystemer kan være eksponert for høyfrekvensvibrasjoner påført av det marine stigerøret, kjent som virvelavløsning. Hvis den sylindriske strukturen, ref. det marine stigerøret, ikke er stivt montert og frekvensen til virvelavløsningen samsvarer med resonansfrekvensen til strukturen, så kan strukturen begynne å gi resonans og vibrere med harmoniske oscillasjoner drevet av energien til strømningen.

Det er kjent at store sykliske bøyemomenter og vibrasjoner med høy frekvens forårsaker tretthetsskade på undersjøiske brønnhodesystemer.

Ringrommet mellom lederøret og det borede hullet er sementert nedenfra til havbunnen. Teoretisk og optimalt bør brønnhodet repareres hele veien fra nederst til øverst. Dette er imidlertid vanligvis ikke tilfelle. Det øverste laget av havbunnen kan være veldig myk leire eller sand med lav skjærstyrke. Den laterale støtten fra den myke jorden er minimal. Den øvre delen av hullet kan være vid som en konisk formet grøft uten lateral støtte.

Dypere ned i brønnen er den laterale støtten tilveiebrakt av konsoliderte sedimenter. Fikseringspunktet til brønnhodet er definert som "punktet under havbunnen" der brønnhodet ikke kan flytte seg lateralt. Fra fikseringspunktet og ned er jorden konsolidert, sementjobben er fullført med fylling av alle hulrom, og sementbindingen er tilstrekkelig. Under fikseringspunktet er brønnhodesystemet hovedsakelig utsatt for statisk aksial belastning.

Vanligvis inkluderer den strukturelle delen av et undersjøisk brønnhodesystem en 30" (76,2 cm) eller 36" (91,4 cm) ledestreng og en 20" (50,8 cm) eller 22" (55,9 cm) overflatestreng. For begge strengene inkluderer den øvre koblingen vanligvis tre deler som er sveiset sammen med hverandre med to rundsømmer. I toppen er det et smidd hus, vanligvis kalt ledehuset og 18-3/4"

(47,6 cm) brønnhodehuset. I midten er det et rør. Vanligvis er det en stor veggtykkelseovergang fra det smidde 18-3/4" (47,6 cm) brønnhodehuset til røret. Det er også en veggtykkelseovergang mellom ledehuset og røret. I bunnen er det et gjenget maskinert smiearbeid, vanligvis en leddforbindelse.

Hus er generelt definert som den øverste delen av lede- og overflatestrengen. Husene fabrikkeres vanligvis av lavlegert smidd materiale med høy styrke maskinert med en nedre sveiseforberedelse for rundsveising på røret.

Husene er maskinert med interne og eksterne profiler for setteverktøy for installering av lede- og overflatestrengen og forankringsskuldre for forankring av brønnhodehuset inne i ledehuset.

Ledehuset inkluderer vanligvis hull for fluidretur og grenseflateområder for tilkobling av bore- eller produksjonsstyrebasis.

Brønnhodehuset inkluderer eksterne profiler for tilkobling av utblåsningssikring (BOP) eller juletreforbindelse. Brønnhodehuset kalles også høytrykkshuset siden det er konstruert for å tåle fullt borehullstrykk. Brønnhodehuset inkluderer vanligvis interne forankrings- og låseinnretningsprofiler for foringsrørshengere og forseglingsområder for ringromsforseglinger og metallpakningen for utblåsningssikring (BOP) og ventiltre (XMT).

Hull for fluidretur, profiler for setteverktøy, interne profiler for foringsrørhengere, forseglingsområder for ringromforseglinger og BOP/XMT-metallpakninger og de eksterne låseprofilene for BOP/XMT-forbindelsen er for enkelthets skyld ikke vist på tegningene siden disse ikke er en del av oppfinnelsen.

Det er kjent å inkludere en forsterket smidd seksjon mellom brønnhodehuset og røret. To sveiser er nødvendig. Den vanlige lengden på den forsterkede seksjonen er i området på 1-2 meter.

Det er også kjent å maskinere gjenger på den nedre delen av røret. Typisk er veggtykkelsen redusert ved å maskinere et internt undersnitt og en ytre diameterreduksjon for å eliminere rørfabrikasjonstoleranser og sveisevulst før maskinering av gjengene. Typisk veggtykkelse for en 20" (50,8 cm) maskinert forbindelse som en del av røret, er 0,625" (1,5875 cm).

Høykapasitetsforbindelser er vanligvis fremstilt av smiegods av høy kvalitet som er sveiset til den nedre delen av røret, som ikke er av høy kvalitet, etter maskinering.

De fleste oljeindustrileverandører har utviklet en avlastingsmekanisme som sikrer kontakt med en belastning på 1-2 millioner pund (6895-13790 MPa) mellom brønnhodehuset og ledehuset. Formålet er å overføre bøyemomenter fra brønnhodehuset til ledestrengen. Avlastingsmekanismen motvirker også løftekraft som følge av termisk utvidelse.

Vanligvis forankres det indre huset på en forankringsskulder i det ytre huset. Forankringsskulderen kan også defineres som det øvre reaksjonspunktet. Under forankringsskulderen er det en smal radial toleranse mellom det indre og ytre huset. Når det indre huset utsettes for bøying, vil det indre huset rotere svakt til det indre huset kommer i kontakt med det ytre huset. Det punktet der det indre huset kommer i kontakt med det ytre huset, kalles det nedre reaksjonspunktet. Et reaksjonspunkt er generelt definert som kontaktpunktene mellom husene med høyt trykk og lavt trykk, noe som danner de koblede parene, når huset med høyt trykk utsettes for bøyemomenter. Belastningene som virker på de øvre og nedre reaksjonspunktene danner et koblet par. Et koblet par forstås generelt som et par av like, parallelle krefter som virker i motsatt retning og med tendens til å produsere rotasjon. For konvensjonelt utstyr er koblede par lokalisert inne i det ytre huset.

Det er også mulig å forankre brønnhodehuset inne i ledehuset slik at det indre huset og det ytre huset kiles uten radial klaring innenfor hverandre for å stabilisere bevegelse av det indre huset, ref

US-patent 5029647 (A) -1991-07-09. Merkevarebetegnelsen på denne momentstive forbindelsen er: "dobbeltkonisk kobling". Denne løsningen er også basert på et øvre og nedre reaksjonspunkt. Leverandørene hevder at det ikke er nødvendig å avlaste hus med høyt trykk til lavt trykk for å oppnå den beregnede bøyekapasiteten.

De neste koblingene under den øvre koblingen er også fremstilt av tre deler som er sveiset sammen med hverandre med to rundsømmer. Øverst er det vanligvis en hunnforbindelse, kalt boksen. I midten er det et rør. I bunnen er det en hannforbindelse, kalt pinnen. Koblingene som følger nedenfor er fabrikkert på en lignende måte.

De generelle problemene med konvensjonelle brønnhodesystemer som beskrives ovenfor, oppsummeres i en presentasjon holdt av Dr. Hugh Howells fra selskapet 2H, den 30. oktober 2013, IBC, 2. Annual Drillships Conference i Seoul, Korea, kalt "Mitigating Drilling Riser an Conductor Fatigue", som er vedlagt.

Det er kjent i bransjen å maskinere borerør fra ett enkelt stykke smiegods uten sveising, ref. vedlagte reklamebrosjyre fra TuffRod ( http:// tuffrod. com/ drill- rod- universitv/). Det er også kjent at produksjonsstigerør med høyt trykk overhalingsstigerør er dannet av ett enkelt stykke smiegods. Imidlertid er bruken, produksjonen og kravene til borerør og stigerør helt forskjellige fra konstruksjon av brønnhodesystemer, og det er begrenset mulighet til å overføre teknologikunnskap mellom de to feltene.

Annen kjent teknikk inkluderer WO 2012/049289, som beskriver en brønnhodesammenstilling for undervanns brønner hvor bøyekrefter påført brønnhodehuset under stigerørsoperasjoner reduseres, US 5029647 A, som viser et undervanns brønnhode anordnet for å redusere bøyebevegelse av et indre hus i et ytre hus, og US 2730799 A, som beskriver en metode for å fabrikkere brønnhoder.

Formålet med oppfinnelsen

Det er et formål med oppfinnelse å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem med vesentlig lengre levetid og økt strukturell styrke, sammenlignet med konvensjonelle brønnhodesystemer.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som reduser eller eliminerer risikoen for tretthetsbrudd under offshore-boring, kompletterings- og overhalingsoperasjoner.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som er egnet for avlastede eller ikke-avlastede brønnhodesystemer for både templatbrønner og satellittbrønner.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som er billigere å produsere, krever færre produksjonstrinn, og krever involvering av færre produksjonsleverandører, noe som således reduserer antallet transportledd mellom ulike produksjonsanlegg som er spesialisert på bestemte produksjonstrinn.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som har en mer forutsigbar levetid.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som trygt og forutsigbart kan bære dagens tyngre utblåsningssikringer (BOP).

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som trygt og forutsigbart kan bære enda tyngre utblåsningssikringer enn de som brukes i dag.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som trygt og forutsigbart kan stå imot dagens krav til bore-, kompletterings- og overhalingsoperasjoner.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som trygt og forutsigbart kan stå imot bore-, kompletterings- og overhalingsoperasjoner som er tøffere for brønnhodet enn dagens boreoperasjoner.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedre undersjøisk brønnhodesystem som trygt og forutsigbart kan utvide værvinduet for boreoperasjoner, kompletterings- og overhalingsoperasjoner, og derved redusere WOW-forstyrrelser (Waiting On Weather) og redusere operasjonskostnadene.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedret undersjøisk brønnhodesystem som reduserer risikoen for miljøkatastrofe, reduserer risikoen for personskader og tap av liv og reduserer risikoen for kapitaltap.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedret undersjøisk brønnhodesystem som kan standardiseres.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et bedret undersjøisk brønnhodesystem der det er mulig å øke avstanden mellom de koblede parene.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bedret undersjøisk brønnhodesystem der det er mulig å øke den strukturelle kapasiteten ved å introdusere ny geometri på overflatestrengen slik som f.eks. vertikale avstivningsfinner.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebragt en øvre undersjøisk overflatekopling og en øvre undersjøisk ledekopling ifølge de medfølgende uavhengige krav. De avhengige krav beskriver alternative og/eller fordelaktige utførelser i henhold til oppfinnelsen.

Ifølge et aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er de øvre og nedre koblingene av ledestrengen og overflatestrengen maskinert fra ett stykke med forlenget smiegods.

Ifølge et aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er både ledestrengens og overflatestrengens øvre koblinger konstruert med integrerte hus i den øvre enden og integrerte forbindelser i den nedre enden.

Ifølge et aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er både ledestrengens og overflatestrengens nedre koblinger konstruert med integrerte forbindelser, typisk boks opp, i den øvre enden og pinne ned, i den nedre enden. Posisjonen til boks- og pinneforbindelsene kan være omvendt.

Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen elimineres sveising av hus eller forbindelser til røret.

Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen inkluderer lede- og overflatekoblingene færre strukturelle deler, følgelig kan hver kobling fremstilles med færre prosesstrinn, raskere og til lavere kostnader enn konvensjonelle brønnhodekoblinger.

Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen kan hver kobling være konstruert med økt veggtykkelse, jevnere overganger, enhetlig veggtykkelse og enhetlige materialegenskaper.

Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen kan hver kobling være behandlet med korrosjonsbeskyttelse.

Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen kan forseglingsoverflatene være beskyttet av korrosjonsresistent legering som kan være påført av en elektrolytisk prosess.

Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen kan det forbedrede undersjøiske brønnhodet være inkludert i konstruksjonen av en hvilken som helst oljeindustrileverandørs brønnhodesystem med begrenset påvirkning på leverandørens eksisterende teknologi og uten forstyrrelse fra eksterne grenseflater. Interne grenseflater for eksisterende setteverktøy, foringsrørhengere og ringromsforseglinger vil påvirkes og kan forbli som de er.

Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen kan levetiden og den strukturelle kapasiteten til et hvilket som helst avlastet eller ikke-avlastet satellitt- eller templatbrønnhodesystem heves til et høyere nivå.

Den foreliggende oppfinnelsen ifølge de medfølgende kravene tilveiebringer et forbedret brønnhodesystem og en fremgangsmåte for å tilveiebringe et slikt brønnhode som oppfyller minst ett av de ovennevnte kravene. I det følgende gis det en detaljert ikke-begrensende beskrivelse av ulike utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen med henvisning til de medfølgende tegningene, der

Fig. la viser en typisk ledekobling fra kjent teknikk,

Fig. lb viser seksjonen A-A i Fig. la,

Fig. 2a viser en typisk øvre overflatekobling fra kjent teknikk,

Fig. 2a viser seksjonen A-A i Fig. lb,

Fig. 3a viser en typisk nedre lede- eller overflatekobling fra kjent teknikk,

Fig. 3b viser seksjonen A-A i Fig. 3a,

Fig. 4a viser en utførelsesform av en øvre ledekobling ifølge den foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 4b viser seksjonen A-A i Fig. 4a,

Fig. 5a viser en alternativ utførelsesform av en øvre ledekobling ifølge den foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 5b viser seksjonen A-A i Fig. 5a,

Fig. 6a viser en utførelsesform av en nedre ledekobling ifølge den foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 6b viser seksjonen A-A i Fig. 6a,

Fig. 7a viser en utførelsesform av en nedre overflatekobling ifølge den foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 7b viser seksjonen A-A i Fig. 7a,

Fig. 8a viser en nedre ledekobling koblet til en øvre ledekobling,

Fig. 8b viser seksjonen A-A i Fig. 8a,

Fig. 9a viser en utførelsesform av en øvre overflatekobling ifølge den foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 9b viser seksjonen A-A i Fig. 9a,

Fig. 10a viser en øvre overflatekobling inne i en øvre ledekobling,

Fig. 10b viser seksjonen A-A i Fig. 10a,

Fig. 10c viser risset B i Fig. 10a,

Fig. Ila viser en alternativ utførelsesform av en øvre overflatekobling inne i en øvre ledekobling, der den øvre overflatekoblingen omfatter finner,

Fig. 11b viser seksjonen A-A i Fig. Ila,

Fig. lic viser risset B i Fig. Ila,

Fig. 12a viser en sammenstilling av en nedre overflatekobling koblet til en øvre overflatekobling inne i en øvre ledekobling koblet til en nedre ledekobling. Det nedre reaksjonspunktet mellom overflatekoblingen og ledekoblingen er tilveiebrakt av en halvsfærisk ring maskinert med strømningsseksjoner,

Fig. 12b viser seksjonen A-A i Fig. 12a,

Detaljert beskrivelse

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører hovedsakelig den øvre delen av brønnhodet som er utsatt for bøyebelastning og vibrasjoner. Dette omfatter de delene av brønnhodet som stikker over havbunnen og ned til fikseringspunktet. Dybden til fikseringspunktet under havbunnen kan variere fra felt til felt og påvirkes av jordforholdene. Den kan typisk være 10-15 meter under havbunnen, men kan være så dyp som ned til 50 meter eller mer.

Oppfinnelsen kan være installert dypere ned i brønnen i områder som ikke er berørt av bøyebelastning. Formålet med å installere oppfinnelsen dypere ned i brønnen er å øke massen til overflatestrengen og på den måten øke belastningen på det ytre husets forankringsskulder. Økt vertikal belastning anses som et avhjelpningstiltakforå øke levetiden til brønnhodesystemet.

Fig. 1-3 viser ulike lede- og overflatestrengsystemer fra kjent teknikk, og ulike elementer av lede-og overflatestrengsystemer fra kjent teknikk. Generelt inkluderer lede- og overflatestrengsystemene fra kjent teknikk typisk tre deler som er sveiset sammen med rundsømmer 1. Øverst er det et smidd hus 2, typisk kalt ledehuset for ledestrengen og brønnhodehus for overflatestrengen. I midten er det et rør 3. Vanligvis er det en stor veggtykkelseovergang fra de smidde husene til røret. I bunnen er det et gjenget maskinert smiearbeid vanligvis kalt pinneforbindelsen 4. Pinneforbindelsen og røret er også normalt sveiset sammen med rundsømmer. I noen tilfeller er gjengene til pinneforbindelsen maskinert inn i rørmaterialet. I tillegg omfatter røret vanligvis en langsgående sveis fra produksjonen av røret.

Fig. 4a og 4b viser en utførelsesform av en øvre ledekobling 5 ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som er maskinert fra ett stykke smidd råmateriale, og derved eliminerer rundsømmer 1 mellom røret 3 og de øvre og nedre endene 2,4 til den øvre ledekoblingen. Den øvre ledekoblingen 5 ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter en smidd sylindrisk seksjon 6 som en erstatning for røret 3. Fig. 6a og 6b viser en utførelsesform av en nedre ledekobling 9 ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som er maskiner fra ett stykke smidd råmateriale, og som dermed eliminerer rundsømmer 1.1 utførelsesformen vist i fig. 6a og 6b er integrerte boks- og pinneforbindelser 7, 8 tilveiebrakt som en del av det ene stykket med smidd råmateriale for hver seksjon. Fig. 5a og 5b viser en alternativ utførelsesform av en øvre ledekobling 5' ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 7a og 7b viser en utførelsesform av en nedre overflatekobling 10 ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som er maskiner fra ett stykke smidd råmateriale, og som dermed eliminerer rundsømmer 1. Fig. 8a og 8b viser en nedre ledekobling 9 koblet til en øvre ledekobling 5', som begge er maskinert fra ett stykke smidd råmateriale, og som dermed eliminerer rundsømmer 1. Fig. 9a og 9b viser en utførelsesform av en øvre overflatekobling 11 ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som er maskinert fra ett stykke smidd råmaterialet, og som dermed eliminerer rundsømmer 1. Fig. 10a - 10c viser en øvre overflatekobling 11 inne i en øvre ledekobling 5; 5', som begge er maskinert fra ett stykke smidd råmateriale, og som dermed eliminerer rundsømmer 1. Fig. Ila - lic viser en alternativ øvre overflatekobling 11' inne i en øvre ledekobling 5; 5', som begge er maskinert fra ett stykke smidd råmateriale, og som dermed eliminerer rundsømmer 1. Den alternative øvre overflatekoblingen 11' omfatter finner 12. Fig. 12a og 12b viser en sammenstilling av en nedre overflatekobling 10 koblet til en øvre overflatekobling 11 inne i en øvre ledekobling 5' koblet til en nedre ledekobling 9. Den alternative øvre overflatekoblingen 11' omfatteren belastningsreaksjonsring med maskinerte strømningsseksjoner. Tverrsnittet av belastningsreaksjonsringen er konstruert halvsfærisk. Formålet er å øke avstanden mellom de øvre og nedre reaksjonspunktene.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer færre geometriske overganger samt jevnere geometriske overganger. Ved å øke veggtykkelsen til den sylindrisk smidde seksjonen til både lede-og overflatekoblingen reduseres forskjeller i veggtykkelse mellom de øvre delenes hus og de sylindriske seksjonene reduseres, og følgelig får man jevnere overganger. Eksempler på dette kan enkelt ses ved å sammenligne den kjente teknikken i Fig. 1-3 med figurene av den foreliggende oppfinnelsen.

Pinneforbindelsen 8 i den nedre enden av de øvre koblingene og pinne- og boksforbindelsene 7, 8 til de nedre koblingene 9,10 kan maskineres tilsvarende OD og ID til de sylindriske seksjonene, og følgelig eliminere overganger knyttet til pinne- og boksforbindelsene 7, 8.

Den foreliggende oppfinnelsen muliggjør slett ID og OD ved de gjengede tilkoblingene 7, 8. Dette er mulig idet boks- og pinneforbindelsene 7, 8 er maskinert med OD-en og ID-en til den sylindriske seksjonen 6 (ref. Fig., 6a, 6b, 7a, 7b).

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en mulighet for økt avstand mellom det øvre og nedre reaksjonspunktet, ref. ll'og 11"

Ifølge én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen kan veggtykkelsen til lede- og overflatekoblingene økes og gjøres mer enhetlige. Ved å øke veggtykkelsen og gjøre den mer enhetlig kan den strukturelle styrken og levetiden til lede- og overflatekoblingen økes betraktelig sammenlignet med konvensjonelle brønnhodesystemer. Selv om konvensjonelle veggtykkelser opprettholdes, vil imidlertid levetiden til lede- og overflatekoblingene øke betydelig sammenlignet med konvensjonelle brønnhodesystemer dannet av tre eller flere seksjoner av varierende materialer som er sveiset sammen.

Ifølge én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen kan veggtykkelsen til overflatekoblingen typisk være 1-3" (2,54-7,62 cm) eller mer. Økt veggtykkelse og ytre diameter anses som positivt idet det øker massen til overflatestrengen og dermed øker den vertikale belastningen på det ytre huset 2.

Ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen kan ledekoblingen typisk være 1" til 6" (2,54-15,24 cm) eller mer.

Ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen kan ledekoblingens OD typisk være 30" til 40" (76,2-101,6 cm) eller mer.

Ved å tilveiebringe lede- og overflatekoblinger maskinert fra ett stykke med smidd råmateriale kan hver kobling varmebehandles som én enhet under fabrikasjonen ved smiingen. Varmebehandling som ett stykke er positivt idet det bidrar til enhetlig kornstruktur og forbedrede mekaniske egenskaper. Enhetlig mekaniske egenskaper oppnås også ved å bruke stål med god og jevn herdbarhet gjennom hele tverrsnittet av materialet.

Ved å tilveiebringe lede- og overflatekobl inger maskinert fra ett stykke smidd råmateriale kan risikoen knyttet til varmebehandling etter sveising elimineres fordi det ikke er noen fabrikasjonssveising.

Ved å tilveiebringe lede- og overflatekobl inger maskinert fra ett stykke smidd råmateriale kan antallet materialinnkjøpsordre reduseres fra 3 til 1 for de strukturelle delene. Elimineringen av røret forenkler innkjøp.

Når rundsømmene 1 i lede- og overflatekoblingsrøret fjernes, fjernes risikoen som PWHT (Post Weld Heat Treatment) medfører i konvensjonelle lede- og overflatekoblinger. Sveising av lavlegert stål som konvensjonelt brukes i lede- og overflatekoblinger krever varmebehandling etter sveising for å redusere hardhet etter sveising.

Når røret ikke lenger er en del av fabrikasjonsprosessen og endelig sammenstilling, kan stresskonsentrasjonsfaktoren knyttet til rørfabrikasjonstoleranser ignoreres.

Når rundsømmer 1 i lede- og overflatekoblinger fjernes, reduseres antallet spenningskonsentrasjoner idet sveisespenningskonsentrasjoner elimineres.

Når smidde øvre og nedre ender sveises til røret, vil det vanligvis være materiale med en lavere kvalitet på røret. På grunn av ulike materialer er det ofte en utfordring å oppnå lav nok hardhet for både smiingen og røret til sveisen uten å miste styrke på rørsiden. For å redusere hardheten tilstrekkelig på den smidde siden er det ofte en risiko for at PWHT-prosessen kan føre til redusert styrke på rørsiden. Denne potensielle risikoen vil fjernes ved å ha hele lede- og overflatekoblinger i ett smidd stykke.

Kun som et eksempel brukes vanligvis rørklasse API 5L X56 og X60 i industrien på grunn av god sveisbarhet. Rørklassen med høy styrke API 5L X80 brukes også, men er mindre vanlig. Det er mulig å sveise med kvaliteten X80 i forhold til NACE-krav for sur service, men det er imidlertid ikke gitt at alle sveiseverksteder er i stand til å sveise X80. Bare de beste leverandørene er i stand til å sveise med kvaliteten X80.

Når kvaliteten X80 sveises på enten AISI 8630 eller ASTM A182 F22, så er varmebehandling alltid nødvendig. PWHT er nødvendig å redusere hardheten til AISI 8630- eller ASTM A182 F22-materiale. Vanligvis oppnås reduksjon av hardhet i det smidde materialet på bekostning av redusert styrke i rørmaterialet.

Dette klassiske dilemmaet i forhold til materiale kan unngås ved oppfinnelsen. Materiale av høy kvalitet vil ifølge oppfinnelsen beholde materialegenskaper i henhold til testresultater fra smiegodsets verkssertifikater gjennom hele livssyklusen til materialet. Generelt kan brønnhodebestanddeler ifølge oppfinnelsen tilveiebringes med høyere materialstyrke enn typiske konvensjonelle brønnhodesystemer og uten risiko for redusert materialstyrke som følge av sveising under fabrikasjonsprosessen.

Tilkoblinger med høy avlastning bidrar til høy tretthetsmotstand. Tilkoblingen mellom hver kobling skal avlastes til et nivå som sikrer at det ikke blir noen separasjon under den sykliske belastningen. Det er typisk tre hovedprinsipper for å skape høy avlastning som er relevante:

Gjenget tilkobling og roterende sammenkobling

Spesialkonstruert gjenget tilkobling og roterende sammenkobling

Sirkulære spor med aksial ikke-roterende sammenkobling

Typisk for alle prinsippene ovenfor, er tretthetsresistente gjengeform/sporprofiler, dvs. ingen skarpe hjørner, sirkulær gjenge/sportopp og gjenge/sporbunn. Gjengede forbindelser kan lages med standard boreriggsprosedyrerog -verktøy.

Spesialkonstruerte gjengeformer kan konstrueres for å distribuere belastningen jevnt på hver gjenge. Høy spenning på den første gjengen kan dermed unngås. Sammenkoblingsspenningen kan distribueres jevnt på hver gjenge hvis hver gjenge har ulik gjengehøyde. Sammenkobling av spesialgjenger krever spesialutstyr og -prosedyrer. Spesialgjenger som sammenkobles på denne måten, er blitt brukt for å lage tilkoblinger for strekkforankret plattform.

Ikke-roterende aksialt sammenkoblingsstykke er også en alternativ løsning for oppfinnelsen. Den ikke-roterende aksiale sammenkoblingsforbindelsestypen erkarakterisert vedekstremt høy avlastning som er positivt for levetiden. Den ikke-roterende aksiale sammenkoblingsforbindelsestypen er basert på spesialverktøy og -prosedyrer som ikke er vanlig å bruke på borerigger.

Hver kobling av ledestrengen og overflatestrengen kan være generelt korrosjonsbeskyttet av et elektrolytisk korrosjonsresistent belegg eller av andre typer belegg påført av andre prosesser. Andre prosesser kan f.eks. være termisk sprayet aluminium eller epoksymaling med zinkpulver. Korrosjonsbeskyttelse eliminerer ikke korrosjon av grunnmaterialet fullstendig, men anodematerialet til ulike korrosjonbeskyttelsesbelegg reduserer korrosjonsgraden til grunnmaterialet til et veldig lavt nivå. Reduksjonen av veggtykkelsen til grunnmaterialet kan ved å påføre korrosjonsbeskyttelse ignoreres under livssyklusen til produktet.

Overflatebelegget kan påføres på begge sider av det utstrakte smiegodset, dvs. på innsiden og utsiden av lede- og overflatestrengkoblingene. Dette kan føre til økt levetid.

Kombinasjonen av ett stykke stål med høy kvalitet med minimum flytegrense på 500 MPa, overflatefinish bedre enn Ra3, eliminering av rundsømmer, eliminering av CRA clad-sveising på forseglingsoverflater og korrosjonsbeskyttelse tillater beregning av levetid i henhold til en HS S-N-kurve i stedet for en Cl S-N-kurve, der sistnevnte er nødvendig for vanlige sveisede systemer.

Effekten av dette er vesentlig. Den beregnede levetiden ved bruk av en HS-graf er vesentlig høyere enn ved bruk av Cl-grafen. Forbedringen er i størrelsesorden flere hundre ganger bedre til IO5 ganger bedre under relevant spenningsområde og geometri for brønnhodekoblingen.

Det skal bemerkes at noe av økningen av levetiden kan oppnås ved å påføre korrosjonsresistent belegg på konvensjonelle sveisede ledestreng- og overflatestrengkoblinger. Det er en S/N-kurve for sveisede strukturer med korrosjonsbeskyttelse. Cl med CP-kurven forbedrer levetiden til eksisterende utstyr noe. Cl-kurven med CP vil imidlertid ikke være tilstrekkelig for å matche levetiden til oppfinnelsen.

Sammenlignet med det maksimale potensialet til oppfinnelsen vil levetiden til dagens teknologi bare være som en fraksjon av levetiden til oppfinnelsen. For eksempel for et spenningsområde på 300 MPa er levetiden til oppfinnelsen i området på 4.000 ganger lengre enn levetiden til nåværende utstyr beregnet i henhold til Cl-kurve med korrosjonsbeskyttelse. Når effekten av den økte veggtykkelsen basert på lik belastning og de samme dimensjonene også tas med i betraktningen, er levetiden til oppfinnelsen minst 5 ganger lengre enn nåværende teknologi i henhold til B-l-kurven og 74 ganger lengre i henhold til HS-kurven.

Påføringen av korrosjonsresistente belegg er velkjent i andre felt, men bruken av korrosjonsresistente belegg på konvensjonelle ledestreng- og overflatestrengkoblinger for å øke levetiden er ikke blitt beskrevet tidligere. Fordelen med elektrolytiske korrosjonsresistente belegg i forhold til andre metoder, er at det er enkelt å påføre korrosjonsbeskyttelsen samtidig på begge sider og særlig spesielt enkelheten med å påføre korrosjonsbeskyttelse på overflaten på innsiden av hver kobling.

I tillegg til den tilveiebrakte generelle korrosjonsbeskyttelsen for å sikre bruken av Bl- eller HS-kurve med korrosjonsbeskyttelse kan forseglingsoverflaten på brønnhodehuset også inkludere korrosjonsbeskyttelse. Formålet med korrosjonsbeskyttelse på forseglingsoverflaten er å sikre trykkintensitet under feltets levetid.

Det kan variere om ringromsforseglingsoverflatene inne i brønnhodehuset er korrosjonsbeskyttet i konvensjonell teknologi. Forseglingsoverflaten for brønnhodemetallpakningen er alltid korrosjonsbeskyttet i konvensjonell teknologi. Det er vanlig å bruke inconellegering. Inconellegeringen på konvensjonelle brønnhodehus påføres med en sveiseprosess.

Korrosjonsbeskyttelseslegeringen (Corrosion Protection Alloy - CRA), sveises typisk på en grovt maskinert og NDT-verifisert profil med dagens teknologi. NDT utføres for å sikre at det ikke er noen overflatedefekter på grunnmaterialet før sveising av CRA. Endelig maskinering utføres etter sveising av CRA. Volumetrisk og overflate-NDT utføres vanligvis på CRA i tillegg til verifisering av tykkelse og overflategrovhet. Sveising av CRA utføres vanligvis i to omganger. Formålet er å begrense jerninnholdet i inconellegeringen. Positiv materialidentifisering er vanligvis nødvendig etter sveising for å sikre at jerninnholdet er mindre enn 10 % på overflaten til CRA. Vanligvis er den ferdige CRA-tykkelsen spesifisert til 3 mm eller mer for å sikre mindre enn 10 % jerninnhold. Basert på godkjente NDT-rapporter varmebehandles brønnhodehus etter sveising av CRA og før sveising på røret. Hvis CRA-sveisingen ikke er vellykket, må legeringen fjernes med maskinering og prosessen må gjentas.

Påføringen av korrosjonsbeskyttelse på forselingsoverflatene til konvensjonelle brønnhodehus inkludere flere prosesstrinn på ulike arbeidsplasser. Påføring av CRA er tidkrevende og involverer risiko for defekter og omarbeiding.

Forseglingsoverflatene til oppfinnelsen kan være korrosjonsbeskyttet med en krom-nikkellegering med hard overflate påført med en elektrolytisk prosess eller andre korrosjonsresistente metaller eller legeringer. Det er mulig å påføre CRA på en ferdig maskinert overflate med spesifisert overflatefinish. Den elektrolytiske prosessen kan fullføres i løpet av noen timer. Siden sveising ikke er nødvendig, elimineres risikoen for høyt jerninnhold i CRA. Derfor kan CRA være mye tynnere og i området u. i stedet for millimeter. Ved å maskinere forseglingsområdet til en forhåndsbestemt overstørrelse kan den korrekte endelige dimensjonen til forseglingsoverflaten oppnås nøyaktig ved å påføre CRA på forseglingsoverflaten. Siden avsetingsraten til CRA er kjent og en parameter for tid og gjeldende nivå, er det mulig å forutsi tykkelsen på CRA med nøyaktige toleranser. Endelig maskinering etter påføring av CRA kan derfor elimineres. Risikoen for sveisedefekter elimineres.

Som nevnt ovenfor, involverer den konvensjonelle fabrikasjonsmetoden for brønnhodekoblinger vanligvis sammensveising av tre hoveddeler og sveising av inconellegering på forseglingsoverflatene. Konvensjonelle fabrikasjonsmetoder er basert på teknikker som ble utviklet i en æra da brønnhodetretthet ikke var en problemstilling i oljeindustrien.

Da fabrikasjonsmetoden ble utviklet, var den god nok. Borerigger og utblåsningssikringer (BOP) var mindre. Kapasiteten på stigerørstrekksystemer var mindre enn den er nå på 5. og 6. generasjon borerigger. Brønnene var enklere og boreriggene var koblet til brønnhodet over kortere tidsperioder.

Dagens boring i lange horisontale brønner kombinert med mer komplekse kompletteringer krever borerigger som er koblet sammen i en lengre tidsperiode. Boreaktiviteter utføres nå i områder med tøffere miljømessige forhold. Boring av reservoarseksjonen utføres ofte med utblåsningssikring (BOP) på toppen av såkalt horisontal ventiltre (XMT). Undersjøiske brønner utsettes i dag for vesentlig større tretthetsbrudd enn tidligere som følge av utviklingen av boreaktiviteter.

I de siste 5-10 årene har industriens fokus på tretthet i brønnhodet økt. Oljeindustrien har innført stive låsemekanismer som en avhjelpende handling, men det har ikke endret de tradisjonelle fabrikasjonsmetodene for brønnhodesystemer.

I dette henseendet er det viktig å huske på at oljeindustrien anses å være et veldig konservativt virksomhetsområde. Endringer er kostbare og tar ofte tid. Implementering av ny teknologi krever vanligvis kostbare og tidkrevende kvalifikasjonsprogrammer. "Prøvet i praksis" er et viktig begrep. "Prøvet i praksis" er et salgsargument. Det tar mange år før en leverandør kan hevde at teknologien er prøvet i praksis, og følgelig anses det å endre teknologien som risikabelt. Dette er én av årsakene til at oljeindustrien vanligvis er konservativ.

For oljeindustrileverandører er det ofte lavt vilje til å ta risikoen med å endre den tradisjonelle fabrikasjonsmetoden så lenge produktene kan selges som de er, dvs. fabrikkert i henhold til tradisjonelle velkjente metoder som er prøvet i praksis.

Selv om den stive låsemekanismen bidrar til å bedre levetiden ved å overføre belastningen fra brønnhodehuset til ledehuset, er dette alene ikke ansett å være nok for å løse utfordringene knyttet til tretthetsbrudd og strukturell kapasitet.

Sett i forhold til et brønnhodes levetid er den konvensjonelle fabrikasjonsmetoden ikke anbefalt siden den bidrar til redusert levetid for brønnhodesystemet.

Rør fabrikkeres vanligvis av plater som rulles og sveises sammen. Rør kan også fabrikkeres uten sveising ref. sømløst rør. For begge rørfabrikasjonsmetodene er røret fabrikkert til toleranser som skaper ujevn tilpasning mellom røret og de nøyaktig maskinerte delene. Avvikende rundhetstoleranser, diametertoleranser og veggtykkelsestoleranser bidrar til spenningskonsentrasjoner. Sveising av deler introduserer også spenningsfelt med høy spenning som kalles spenningskonsentrasjoner.

Siden konvensjonelle fabrikasjonsmetoder bidrar til begrenset levetid må fabrikasjonsmetoden endres.

Ved å endre fabrikasjonsmetoden i henhold til den foreliggende oppfinnelsen åpner det opp for muligheter til å bruke råmaterialer med enhetlige materialegenskaper, økt strukturell kapasitet, materialer uten fabrikasjonstoleranser som skaper spenningskonsentrasjoner, materialer uten redusert styrke som følge av varmebehandling etter sveising og materialer uten spenningskonsentrasjoner som følge av sveising.

Endringen av fabrikasjonsmetoder kan derfor anses å være en viktig del av ett aspekt ved oppfinnelsen. De ikke-sveisede lede- og overflatekoblingene er maskinert fra ett enkelt stykke smidd råmateriale med økt seksjonsmodulus.

Fabrikasjon av ikke-sveisede lede- og overflatekoblinger kan tilveiebringe et forenklende bidrag som følge av færre prosesstrinn, færre arbeidssteder, mindre håndtering og mindre behov for transport. Oppfinnelsen er egnet for mindre arbeidskrevende automatisert fabrikasjon. Fordelen med å introdusere nye konstruksjons- og fabrikasjonsmetoder kan således være raskere fabrikasjon med redusert risiko for NCR, omarbeiding og skroting, og til syvende og sist, lavere fabrikasjonskostnader.

Introduksjon av forlenget smiegods i ett stykke gjør det mulig å konstruere hver kobling med ukonvensjonell geometri og dimensjoner. Smiegods kan fremstilles i nesten hvilken som helst relevant dimensjon og med større veggtykkelse enn konvensjonelle koblinger.

Kombinasjonen av større ytre diameter, økt veggtykkelse og bruken av stål med høyere materialklasse involverer økt strukturell kapasitet og forlenget levetid. Oppfinnelsen kan derfor konstrueres med strukturell styrke for å tåle spesifiserte eksterne ekstreme belastninger i henhold til de nyeste kravene. I motsetning til konvensjonelle koblinger kan koblingene i henhold til den foreliggende oppfinnelsen konstrueres for å oppfylle fremtidige standarder som diskuteres i oljeindustrien.

Avstanden mellom det øvre og nedre reaksjonspunktet for konvensjonelt utstyrer relativt kort og i området på 300-400 millimeter. Årsaken til dette er den typiske geometrien til konvensjonelle ledehus og kravet til reaksjon av belastningene innenfor området med stor veggtykkelse og høy strukturell kapasitet.

Kapasiteten til koblede par er en funksjon av avstanden mellom reaksjonspunktene. For koblede par er det derfor mulig å redusere bøyespenningen med det samme forholdet som avstanden mellom reaksjonspunktene økes. (Forutsatt at belastningsbanen er statisk bestemt).

Ved å introdusere koblingene dannet av ett stykke smiegods er det mulig å øke avstanden mellom reaksjonspunktene til en multiplum på 300-400 mm. Det er mulig på grunn av den slette innsidegeometrien, nøyaktig maskinerte toleranser og den økte stivheten til lede- og overflatestrengkoblingene. Det lavere reaksjonspunktet kan tilveiebringes av en semisfærisk formet ring eller av vertikale finner 12. Noen mulige utførelsesformer av en semisfærisk formet ring 13 og vertikale finner 12 vises i fig. 11b og 12b. De integrerte vertikale reaksjonsfinnene 12 kan utvides aksialt. Finnene 12 langs overflatestrengens øvre kobling vil øke stivheten til overflatestrengens øvre kobling 11'. De integrerte finnene 12 kan konstrueres for installasjonsstyring og jevn spenningsoverføring.

De ikke-sveisede brønnhodesystemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan være konstruert for å være kompatibel med oljeindustrileverandørers gjeldende smiegodsfilosofier. Råmateriale kan oppbevares i egne eller underleverandørers mekaniske verksted og kan maskineres på kort varsel i henhold til eksisterende CNC-programvare. Den foreliggende oppfinnelsen gjør det mulig å komme nærmere bruk av en konstruksjon som passer for alle. Det vil være mulig å maskinere brønnhodekoblinger for oppbevaring for umiddelbar levering. Fordelene med kort ledetid er åpenbare og inkluderer et konkurransefortrinn (potensiale for økt markedsandel), fordeler for kunder (forenkler kundenes planlegging), økt kundefleksibilitet og bedre utnyttelse av borerigger, og til syvende og sist, lavere operasjonskostnader for operatøren.

De eksterne grenseflatene mellom ledehuset og bore-/produksjonsstyrebasisen eller en templatstyrebasis vil ikke påvirkes av koblingene ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Det vil heller ikke de interne setteprofilene til ledehuset eller utgangene for slamretur. Den eksterne profilen til overflatestrengens øvre kobling for tilkobling av utblåsningssikring (BOP) og ventiltre (XMT) blir ikke endret. Potensialet til oppfinnelsen kan imidlertid utnyttes ytterligere ved å introdusere eksterne låseprofiler med bedret kapasitet. Låseprofilene til setteverktøyet for den interne overflatestrengens øvre kobling, forankringsskuldrene til foringsrørhengere, låseprofilene for foringsrørhengere og forseglingsområdet for foringsrørhengerens ringromforsegling forblir uendret.

Claims

1. Øvre undersjøisk overflatekobling (11; 11'; 11") omfattende et hus (2) i den øvre enden og et tilkoblingsorgan i den nedre enden, og interne og eksterne overflater, der huset (2) omfatter forseglingsoverflater, kara terisert ved at den øvre overflatekoblingen (11; 11'; 11") er maskinert fra et enkelt stykke smidd stålmateriale, og der forseglingsoverflatene er korrosjonsbeskyttet av en korrosjonsresistent legering ved hjelp av en elektrolytisk prosess.

2. Øvre undersjøisk overflatekobling (11; 11'; 11") ifølge krav 1, der innsiden og utsiden av den øvre overflatekoblingen (11; 11'; 11") omfatter et korrosjonsresistent belegg.

3. Øvre undersjøisk overflatekobling (11; 11'; 11") ifølge krav 2, der stålmaterialet har en strekkgrense lik eller høyere enn 500 MPa.

4. Øvre undersjøisk overflatekobling (11; 11'; 11") ifølge krav 1, 2 eller 3, der én eller flere av de nedre koblingene er maskinert fra et enkelt stykke smidd stålmateriale.

5. Øvre undersjøisk ledekobling (5,5') omfattende et hus (2) i den øvre enden og et tilkoblingsorgan i den nedre enden, og interne og eksterne overflater, karaterisert ved at den øvre ledekoblingen (5,5") er maskinert fra et enkelt stykke smidd stålmateriale, og der innsiden og utsiden av den øvre undersjøiske ledekoblingen (5, 5') omfatter et korrosjonsresistent belegg.

6. Øvre undersjøisk ledekobling (5, 5') ifølge krav 5, der stålmaterialet har en strekkgrense lik eller høyere enn 500 MPa.

7. Øvre undersjøisk ledekobling (5, 5') ifølge hvilken som helst av krav 5 eller 6, der én eller flere av de nedre koblingene er maskinert fra et enkelt stykke smidd stålmateriale.