NO341390B1 - Havbunnsbrønnsammenstilling og framgangsmåte for å produsere en havbunnsbrønn - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en havbunnsbrønnsammenstilling, slik det framgår av den innledende del av patentkrav 1, og en framgangsmåte for produksjon av en havbunnsbrønn, slik det framgår av den innledende del av patentkrav 9.

Bakgrunn

Én type havbunnsbrønnproduksjon benytter et havbunnsventiltre anordnet på sjøbunnen, ved den øvre enden av brønnen. Ventiltreet har ventiler og en strupeventil for styring av det produserte brønnfluidet.

Ved én type produksjon strømmer fluidet fra ventiltreet til en produksjonsplattform ved overflaten. Produksjonsplattformen har separatorer for separasjon av spillprodukter, så som vann, fra brønnfluidet. Én fremgangsmåte for å bli kvitt det separerte vannet er å pumpe det tilbake ned gjennom rør til havbunnsinjeksjonsbrønner. Dette systemet krever tilstrekkelig høyt trykk i brønnen for å føre brønnfluidet, som fortsatt inneholder vann, til produksjonsplattformen. I meget dypt vann kan brønntrykket være utilstrekkelig. Injeksjonspumpen må også ha tilstrekkelig kapasitet til å overvinne friksjonseffektene til rørene som fører til injeksjonsbrønnene, som kan ligge fjernt fra brønnene som produseres.

Installasjon av en havbunnsseparator tilstøtende en havbunnsbrønn for separasjon av brønnfluid er blitt foreslått. Havbunnspumper er også blitt foreslått, for anordning på eller tilstøtende brønnhodesammenstillinger, forøkning av trykket ved brønnhodet for å føre fluider til et flytende produksjonsfartøy.

WO patentpublikasjon 2005/083228 Al beskriver en undersjøisk brønnsammenstilling lokalisert ved en øvre ende av en havbunnsbrønn. Sammenstillingen oppviser en ramme arrangert for å monteres til et ventiltre. Til rammen kan det monteres flere typer prosessutstyr, deriblant en undersjøisk separator.

US patentskrift 6,068,053 beskriver et apparat og en framgangsmåte for produksjon av en strøm av hydrokarboner og vann fra et brønnhull. Strømmen separeres i en hydrokarbon rik strøm og vann ved hjelp av en separator, der vannet kan reinjiseres i brønnhullet som det ble produsert fra.

US patentpublikasjon 2005/0061515 Al beskriver en framgangsmåte og et apparat for strømming av en havbunnsbrønn. En flyttbar separator separerer en flerfasestrøm fra brønnen til en eller flere faser. Separatoren kan arrangeres i ulike posisjoner ved brønnhodet.

US patentpublikasjon 2005/0173322 Al beskriver en undersjøisk separator for prosessering av råolje, der fraseparert vann kan reinjiseres i brønnen. Separatoren kan være plassert symmetrisk oppå et brønnhode.

US patentpublikasjon 2004/0251030 Al beskriver en undersjøisk montasje som omfatter et brønnhode, et ventiltre montert til brønnhodet. Montasjen oppviser to separatorer for prosessering av fluid produsert fra brønnen.

Sammendrag av oppfinnelsen

En havbunnsbrønnsammenstilling ifølge oppfinnelsen er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1, og en framgangsmåte for produksjon av en havbunnsbrønn er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 9.

I denne oppfinnelsen er et ventiltre anordnet ved den øvre enden av havbunnsbrønnen for styring av brønnfluid som strømmer opp av brønnen. En havbunnsseparator er anordnet ved utløpet av ventiltreet for separasjon av vann, så som vann, fra brønnfluidet. En havbunnsinjeksjonspumpe er tilkoblet vannutløpet til separatoren for å pumpe vannet tilbake inn i brønnen, inn i en injeksjonsformasjon.

I to utførelsesformer blir separatoren og injeksjonspumpen båret på en ramme som er støttet av ventiltreet. I én av disse utførelsesformene er pumpen og separatoren anordnet over ventiltreet, og i den andre av disse utførelsesformene er separatoren og pumpen støttet av ventiltreet på en lateral side av ventiltreet. I en tredje utførelsesform er separatoren og pumpen montert langs siden av ventiltreet og uavhengig støttet.

Det injiserte fluidet kan injiseres til et produksjonsrørringrom som omgir produksjonsrøret. Alternativt kan en separat rørstreng for injeksjon benyttes.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 er et skjematisk riss av et havbunnsbrønnproduksjonssystem, konstruert i samsvar med denne oppfinnelsen. Figur 2 er et skjematisk riss av en alternativ utførelsesform av et

havbunnsbrønnproduksjonssystem i samsvar med denne oppfinnelsen.

Figur 3 er et skjematisk riss av en annen alternativ utførelsesform av en

havbunnsbrønnproduksjonssystem i samsvar med denne oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Det henvises til utførelsesformen i figur 1. Et ventiltre 11 er montert til den øvre enden av en brønn 13. Brønnen 13 har typisk i det minste to strenger av foringsrør 15, men i det skjematiske risset er de multiple strengene av foringsrør skjematisk illustrert som en enkel streng, som er produksjonsstrengen. En streng av produksjonsrør 17 er opphengt i foringsrør 15. Foringsrøret 15 er sementert i brønnen 13 og har et sett produksjonsformasjonsåpninger eller -perforeringer 19. Perforeringene 19 forbinder det indre av foringsrøret 15 med brønnfluidet til en produserende formasjon. Foringsrøret 15 har også et sett med injeksjonsåpninger eller -perforeringer. Injeksjonsperforeringene 21 forbinder det indre av foringsrøret 15 med en injeksjonssone eller - formasjon. I denne utførelsesformen er injeksjonsperforeringene 21 anordnet over produksjonsperforeringene 19, men dette kan være omvendt i andre brønner. En pakning 23 separerer perforeringene 19 fra perforeringene 21, hvorved pakningen 23 tetter mellom foringsrøret 15 og produksjonsrøret 17.

Ventiltreet 11 har en produksjonspassasje 25 som er i fluidforbindelse med produksjonsrøret 17. Ventiltreet 11 har også en produksjonsrørringromspassasje 27 som er i fluidforbindelse med ringrommet som omgir produksjonsrøret 17. Ventiltreet 11 kan være av en type hvor rørhengeren (ikke vist) for produksjonsrøret 17 er anordnet i brønnhodehuset under ventiltreet og har to boringer, én for produksjonspassasjen 25 og én for produksjonsrørringrommet 27. Alternativt kan produksjonsventiltreet 11 være av "horisontal-" eller "rørpass-"type (eng: "horizontal" or "spool" type), hvorved rørhengeren for produksjonsrøret 17 er anordnet i ventiltreet og kun har en enkel boring for produksjonspassasjen 25. Produksjonsrørringromspassasjen 27 strekker seg i så tilfelle gjennom en del av ventiltreet 11 og forløper forbi produksjonsrørhengeren.

En støtteramme 29 er montert til og over ventiltreet 11. I denne utførelsesformen er støtterammen 29 fortrinnsvis montert til en oppoverragende stamme (ikke vist) til ventiltreet 11. Stammen omfatter et sylindrisk element med en utvendig rillet profil for mottak av en tilkobling (ikke vist) til støtterammen 29. En havbunnsseparator 31 er montert til støtterammen 29 over ventiltreet 11 og har sitt innløp tilkoblet til ventiltreet 11 med et rør 38. Separatoren 31 kan være av et flertall typer. I denne utførelsesformen er det skjematisk vist at det er en type med en koalescensenhet 33 og en dielektroforeseenhet 35, så som beskrevet i publisert US patentsøknad 2003/0150731. Separatoren 31 er horisontalt montert og har en strupeventil 37 anordnet ved sin produktutløpsende, som er tilkoblet til en produktstrømningsledning 39 som fører til et i avstand anordnet prosesserings- og transportanlegg. Anordning av strupeventilen 37 ved utløpsenden til separatoren 31 resulterer i at det innvendige av separatoren 31 hovedsakelig er ved brønnhodetrykk. Alternativt kan strupeventilen 37 være anordnet på ventiltreet 11, oppstrøms i forhold til separatoren 31. Strupeventilen 37 er en konvensjonell anordning med variabel munning som varierer strømningsraten og således mottrykket i ventiltreets produksjonspassasje 25.

Fluid separert av separatoren 31 er typisk vann, men kan alternativt være eller inneholde gass. Dette fluidet, som for enkelthets skyld heri kalles "spillfluid", fortsetter gjennom et spillfluidutløp 41 til innløpet til en injeksjonspumpe 43. Injeksjonspumpen 43 er en havbunnspumpe og kan være av et flertall typer. Dersom spillfluidet er gass, kan injeksjonspumpen 43 inneholde en kompressor, og betegnelsen "pumpe" er ment å omfatte kompressorer. Injeksjonspumpen 43 blir fortrinnsvis drevet av en elektrisk motor. Injeksjonspumpen 43 har et utløp til produksjonsrørringroms-passasjen 27 for å utføre spillfluid inn i foringsrøret 15.

I drift av den første utførelsesformen strømmer brønnfluid fra produksjonsformasjonsperforeringene 19 opp gjennom produksjonsrøret 17 og produksjonspassasjen 25 i ventiltreet 11, til innløpsrøret 38 til separatoren 31. Separatoren 31 separerer spillfluid fra brønnfluidet og fører produktfluidet gjennom strupeventilen 37 til produktstrømningsledningen 39. Produktet strømmer gjennom strømningsledningen 39 til et prosesserings- og transportanlegg, typisk en flytende plattform. Separatoren 31 fører spillfluidet gjennom spillutløpet 41 og til injeksjonspumpen 43. Injeksjonspumpen 43 injiserer spillfluidet inn i produksjonsrørringromspassasjen 27. Spillfluidet strømmer ned gjennom foringsrøret 15 i ringrommet som omgir produksjonsrøret 17, og inn i en injeksjonssone gjennom injeksjonsperforeringene 21.

I utførelsesformen i figur 2 kan ventiltreet 45 enten være av en konvensjonell type eller en horisontal type. Ventiltreet 45 er anordnet ved den øvre enden av en brønn 47 som har en streng av produksjonsforingsrør 49. Produksjonsrøret 51 er opphengt i foringsrøret 49 for mottak av strømning fra produksjonsformasjonsperforeringer 53. En øvre pakning 55 kan benyttes for å separere produksjonsformasjonsperforeringer53 fra ringrommet til produksjonsrøret 51.

Ventiltreet 45 har en produksjonspassasje 57 og en injeksjonspassasje 59. I dette eksemplet er injeksjonspassasjen 59 i fluidforbindelse med en streng av injeksjonsrør 61 som er opphengt i foringsrøret 49 langsmed produksjonsrøret 51. Injeksjonspassasjen 59 kan strekke seg gjennom produksjonsrørhengeren, langsmed produksjonspassasjen 57, eller den kan strekke seg på en annen måte. Produksjonsrøret 51 er i fluidforbindelse med injeksjonsformasjonsperforeringer 63. En nedre pakning 65 separerer injeksjonsformasjonsperforeringene 63 fra produksjonsformasjonsperforeringene 53. Den nedre pakningen 65 tetter mellom injeksjonsrøret 61 og foringsrøret 15. Den øvre pakningen 55 har en tetningspassasje, gjennom hvilken injeksjonsrøret 61 løper. Selv om injeksjonsformasjonsperforeringene 63 er vist lavere enn produksjonsformasjonsperforeringene 53, kan dette være omvendt i andre brønner.

En annen mulig forskjell mellom utførelsen i figur 2 og den i figur 1 er støtterammen 67. Støtterammen 67 er montert til et ventiltre 45 for støtting fra ventiltreet 45 over havbunnen. Den kan monteres til stammen med en stammetilkobling (ikke vist), som i den første utførelsesformen. I denne utførelsesformen, i stedet for å være anordnet over, er støtterammen 67 imidlertid utoverhengende, lateralt ut fra ventiltreet 45.

En separator 69, som kan være den samme som separatoren 31 i den første utførelsesformen, er montert til støtterammen 67, med sitt innløp i fluidforbindelse med produksjonspassasjen 57. En injeksjonspumpe 71 er tilkoblet mellom injeksjonspassasjen 59 og spillfluidutløpet til separatoren 69. I utførelsesformen i figur 2 fungerer driften på samme måte som beskrevet ovenfor, bortsett fra at injeksjonspumpen 71 injiserer fluid inn i injeksjonsrøret 61 i stedet for inn i foringsrøret, så som foringsrøret 15 i den første utførelsesformen.

I den tredje utførelsesformen, vist i figur 3, kan ventiltreet 73 være montert til en brønn konstruert som i figur 1 eller som i figur 2 eller andre typer. Ventiltreet 73 har en produksjonspassasje 75 og en injeksjonspassasje 77. Som i de andre utførelsesformene kan ventiltreet 73 enten være av en konvensjonell type med to vertikale ventiltreboringer 75, 77, eller den kan være av en rørpasstype eller horisontal type.

Forskjellen mellom denne utførelsesformen og de andre er prinsipielt at støtterammen 79 ikke blir støttet av ventiltreet 73. I stedet er den montert ved siden av og uavhengig støttet over sjøbunnen. Støtterammen 79 støtter en separator 81 og en injeksjonspumpe 83. Separatoren 81 og injeksjonspumpen 83 kan være de samme som i de to første utførelsesformene.

Oppfinnelsen har betydelige fordeler. Anordning av separator og en injeksjonspumpe ved et havbunnsventiltre gjør at operatøren kan injisere fluid tilbake inn i den samme brønnen som operatøren produserer fra. Fjerning av spillvann kan bidra i produksjonen av brønnfluider og tilveiebringer et effektivt middel for fjerning. Dette systemet unngår kostnader tilknyttet transport av spillfluid til og fra et flytende produksjonsfartøy til en fjerntliggende injeksjonsbrønn. Dette systemet kan også unngå behovet for å ha en trykkøkningspumpe for å pumpe brønnfluider til et fjerntliggende produksjonsfartøy.