NO342511B1

NO342511B1 - Borings- og utviklingssystem omfattende et stigerør med en forspent konnektor i enden.

Info

Publication number: NO342511B1
Application number: NO20091129A
Authority: NO
Inventors: Jean Guesnon; Gérard Papon; Emmanuel Persent
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2018-06-04
Also published as: NO20091129L; FR2928958A1; FR2928958B1

Abstract

Offshore bore- og utbyggingssystemet for oljereservoarer, består av et stigerør (1) omfattende rørseksjoner (4) som er forbundet ende-mot-ende av konnektorer (5, 8) for å etablere en forbindelse mellom et undersjøisk brønnhode (3) og en flytende understøttelse (2). Konnektorene omfatter et rørformet hannelement og et rørformet hunnelement som passer inn i hverandre, en låsekrage montert mobilt i rotasjon på hannelementet, hvor kragen omfatter knaster som samvirker med knastene på hunnelementet, for å danne en bajonettforbindelse. Systemet omfatter videre strekkmidler (10) som er festet til den flytende understøttelse (2), hvilke påfører et oppadgående vertikalt strekk på stigerøret (1) ved et punkt lokalisert i den øvre del av røret. Systemet er karakterisert ved at minst én konnektor (8) lokalisert ovenfor strekkpåføringspunktet omfatter midler for utøvelse av en aksial forspenning på kragen, og at konnektorer (5) lokalisert nedenfor strekkpåføringspunktet er fri for midler for utøvelse av en aksial forspenning på kragen.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører området boring og utbygging av offshore oljereservoarer. Den vedrører en spesifikk stigerørsarkitektur.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Et borestigerør, i alminnelighet referert til som et stigerør, består av en serie av rørelementer sammenstilt ved hjelp av konnektorer. Rørelementene består generelt av et hovedrør som er forsynt med en konnektor i hver ende. Hovedrøret er forsynt med hjelpeledninger som i alminnelighet refereres til som drepeledning, strupeledning, trykkøkningsledning og hydraulikkledning, hvilke tillater sirkulasjon av teknisk fluid. Rørelementene sammenstilles på borestedet, fra en flytende understøttelse. Stigerøret går ned gjennom vanndybden ettersom rørelementene sammenstilles med hverandre, inntil det når brønnhodet som er lokalisert på havbunnen.

Dokumentene FR-2.432.672 og FR-2.866.942 beskriver konnektorer av bajonettypen for sammenstilling av rørelementene som utgjør et stigerør.

Under operasjon av et stigerør som er forsynt med bajonettkonnektorer, kan det opptre fluidlekkasje (boreslam, utstrømmende rå petroleum, vann, gass…) ved nivået for konnektorene som er lokalisert ved stigerørshodet.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en stigerørsarkitektur bestående av rørseksjoner sammenstilt ved hjelp av konnektorer fri for midler for utøvelse av en aksial forspenning, og den er rettet mot å utruste konnektorene lokalisert ved stigerørshodet med midler for utøvelse av en aksial forspenning, for å eliminere lekkasjerisikoer ved nivået for disse konnektorer.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot et offshore bore- og utbyggingssystem for oljereservoarer bestående av et stigerør omfattende rørseksjoner som er forbundet ende-mot-ende med konnektorer, for å etablere en forbindelse mellom et undersjøisk brønnhode og en flytende understøttelse. Konnektorene omfatter et rørformet hannelement og et rørformet hunnelement som passer inn i hverandre, en låsekrage montert mobilt i rotasjon på hannelementet, idet låsekragen omfatter knaster som samvirker med knastene på hunnelementet, slik at det dannes en bajonettforbindelse. Stigerøret omfatter videre strekkmidler som hviler på den flytende understøttelse og som påfører et oppadgående vertikalt strekk på stigerøret ved et punkt lokalisert i den øvre del av røret. Den foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved at minst én konnektor lokalisert ovenfor strekkpåføringspunktet omfatter midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen, og at ved konnektorene lokalisert nedenfor strekkpåføringspunktet er fri for midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen.

I henhold til oppfinnelsen kan låsekragen på den ene siden hvile på en skulder anordnet i hannelementet, og på den andre siden på knastene av hunnelementet, og midlene for utøvelse av en aksial forspenning kan omfatte kiler som på den ene siden hviler på hannelementet, og på den andre siden på hunnelementet. Kilene kan være montert mobilt i translasjon på låsekragen. Kilene kan aktueres ved hjelp av et skrue-mutter-system.

Alternativt kan midlene for utøvelse av en aksial forspenning omfatte en ring mobilt i rotasjon rundt hannelementet, idet ringen hviler på en skulder anordnet i hannelementet og er forbundet til låsekragen med en gjenge.

I henhold til oppfinnelsen kan hver av hunnelementet og låsekragen omfatte to kroner av knaster som er vinkelforskjøvet fra en krone til den andre, samtidig som de er innskrevet i sylindriske overflater med forskjellige radier, slik at, i inngrepposisjonen til låsekragen og hunnelementet, knastene kan gli på hverandre inntil de når en posisjon hvor knastene av hver krone av låsekragen passer mellom knastene av en korresponderende krone av hunnelementet, slik at det dannes en flerhet av samtidig-låsende bajonettforbindelser.

Strekkpåføringspunktet kan være lokalisert på et element omfattende to teleskopiske rør, idet ett av rørene er forbundet til en av konnektorene fri for midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen, og det andre røret er forbundet til konnektoren omfattende midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen.

Kort beskrivelse av figurene

Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil bli klare fra å lese den følgende beskrivelse, med henvisning til de ledsagende figurer, hvor:

- Figur 1 viser et stigerør,

- Figur 2 viser en bajonettforbindelse som utruster stigerøret,

- Figur 3 viser i utfoldet riss og i lengdesnitt detaljene ved elementene til en konnektor,

- Figurene 4 og 5 viser forskjellige utførelser av en bajonettkonnektor med midler for utøvelse av en aksial forspenning.

Detaljert beskrivelse

Figur 1 viser skjematisk et offshore stigerør 1 ment for boring av en brønn P for å utbygge reservoar G. Stigerøret 1 er en fortsettelse av brønnen P, og det forløper som vist med kurven A-A’ fra et brønnhode 3 til en flytende understøttelse 2, for eksempel en flytende plattform, en lekter eller en båt. Brønnhodet 3 er forsynt med sikkerhetsventiler mot utblåsning, i alminnelighet referert til som BOPer, for Blow-Out Preventers (utblåsningssikringer).

Stigerøret 1 består av sammenstillingen av flere rørseksjoner 4 forbundet ende-mot-ende ved hjelp av konnektorer 5. Konnektorene som brukes til å oppnå stigerøret i henhold til oppfinnelsen er av bajonett-konnektortypen, beskrevet for eksempel i dokumentene FR-2.432.672 og FR-2.866.942. En utførelse av en bajonettkonnektor beskrives heretter i forbindelse med figur 2.

I forbindelse med figur 1 kan hver seksjon bestå av et hovedrørelement som er forsynt med minst ett hjelpeledningselement. Hjelpeledningene som refereres til som drepeledninger eller strupeledninger brukes til å tilveiebringe brønnsikkerhet under forløpet av kontrollprosedyrer vedrørende innstrømming av fluider under trykk i brønnen. Den linje som refereres til som trykkøkningsledning gjør det mulig å injisere slam ved stigerørets fot. Den ledning som kalles hydraulikkledning gjør det mulig å styre brønnhodets utblåsningssikring.

Hodet av stigerøret 1 er forsynt med en teleskopisk rørseksjon 6. Seksjon 6 består av et første rør 6A forbundet til den nedre rørseksjon ved hjelp av en konnektor 5, og av et annet rør 6B forbundet til den øvre seksjon 7 ved hjelp av en konnektor 8. Rør 6B er drevet inn i rør 6A, for å tillate rør 6B å gli i rør 6A samtidig som det opprettholdes en tettet forbindelse mellom de to rør. Således, takket være den teleskopiske sammensetting av rørene 6A og 6B, kan lengden av seksjon 6 varieres.

Stigerørhodet kan omfatte flere seksjoner 7 og konnektorer 8 over systemet av teleskopiske rør 6A og 6B, generelt mellom én og tre konnektorer 8. Figur 1 viser et stigerør 1 omfattende to seksjoner 7 og to konnektorer 8.

Den øvre del av stigerøret 1 er forbundet til en fleksibel skjøt FJ, i alminnelighet referert til som fleks-skjøt, og til en avleder DV. Avlederen og fleks-skjøten er forbundet til dekket 9 av den flytende understøttelse.

Til tross for hivbevegelsen, det vil si de vertikale bevegelser av den flytende understøttelse 2, fremkalt av havets dønninger, tillater den teleskopiske seksjon 6 at avlederen og fleks-skjøten opprettholdes ved nivået for dekket 9 av den flytende understøttelse.

Stigerøret 1 holdes under strekk mellom brønnhodet 3 og den flytende understøttelse 2 ved hjelp av strekkmidler 10. Midlene 10 hviler på den flytende understøttelse 2. De kan bestå av kabler 10 som påfører et oppadgående vertikalt strekk på røret 6A. Midlene 10 tillater at aksiale strekktøyninger påføres på stigerøret 1 uavhengig av hivbevegelsen av den flytende understøttelse 2. Strekktøyningene gjør det mulig å bære vekten av stigerøret 1, for å opprettholde det som vist ved kurven A-A’.

Konnektorene 5 gjennomgår tøyninger som særlig avhenger av vekten av stigerøret 1 og av de strekktøyninger som påføres på stigerøret 1 av midlene 10. Konnektorene 5 gjennomgår følgelig hovedsakelig strekktøyninger med vertikal retning som hovedsakelig er konstant over tid. Under operasjon er strekktøyningene som påtvinges på konnektorene 5 tilstrekkelig høye til at bøyetøyningene ikke forårsaker separasjon av knastene av konnektoren og gjør det mulig å bevare integriteten og tettheten til konnektorene 5.

På den annen side, konnektoren(e) 8 lokalisert over punktet for forbindelse av kablene 10 til stigerøret 1 gjennomgår bøyemomenter som er tilstrekkelig høye i forhold til strekktøyningene til å forårsake separasjon av knastene. Seksjonene 7 som er føyd sammen med konnektorene 8 danner faktisk en forbindelse mellom den nedre del av stigerøret som opprettholdes under trykk i samsvar med kurven AA’ og den øvre del E av stigerøret som er forbundet til den flytende understøttelse 2. Bøyetøyningene som fremkalles av bevegelsene av den flytende understøttelse 2 og som forårsakes av havets dønninger er variable og gjentas over tid. Gjentatte bøyetøyninger kan følgelig forårsake slitasje som kan forringe tettheten til konnektorene 8. Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot å gjøre konnektorene 8 stivere ved å tilføye til konnektorene 8 midler for utøvelse av en aksial forspenning på konnektorene 8. Formålet med de strekktøyninger som påføres på konnektorene 8 er å begrense virkningene av bøyetøyningene og å eliminere lekkasjerisikoer ved nivået for disse konnektorer.

Figur 2 viser et utførelseseksempel på konnektorer 5 av stigerøret 1. En konnektor 5 utgjøres av et rørformet hannelement 11 som passer inn i et rørformet hunnelement 13. Det rørformede hannelement 11 er fastgjort til røret 12, for eksempel ved sveising eller skruing, det rørformede hunnelement 13 er fastgjort til røret 14, for eksempel ved sveising eller skruing. Rørene 12 og 14 utgjør respektivt rørene av den øvre og nedre seksjon 4.

Et parti av det rørformede hannelement 11 passer inn i det rørformede hunnelement 13. Denne sammensettingen kan begrenses av aksial skyvekraft 15 (enden av hunnelementet 13 når sitt stopp mot den aksiale skulder 15 anordnet på hannelementet 11). Konnektoren omfatter en låsekrage 16 som omgir endene av hannelementet 11 og hunnelementet 13.

Låsekragen 16 er montert mobilt i rotasjon rundt det rørformede hannelement 11. låsekragen er blokkert i translasjon av en skulder 17 anordnet på den ytre overflate av hannelementet 11. Når hannelementet 11 passer inn i hunnelementet 13, dekker en del av låsekragen 16 hunnelementet 13, slik at knastene av låsekragen 16 kan samvirke med knastene av hunnelementet 13. Låsing og opplåsing av konnektoren oppnås gjennom rotasjon av låsekragen 16 (låsing av bajonettypen).

Bajonettlåsesystemet er beskrevet i nærmere detalj i forbindelse med figurene 2 og 3. I forbindelse med figur 2 omfatter hunnelementet 13 henholdsvis låsekragen 16 kroner av knaster eller tapper 13A og 13B, og 16A og 16B, hvilket gjør det mulig å tilveiebringe aksial låsing av konnektoren. Knastene strekker seg i radiale retninger. På figur 3 omfatter hunnelementet 13, på omkretsen av sin ytre overflate, en første krone 13A av fire knaster 13A1, 13A2, 13A3 og 13A4, og en annen krone 13B av fire knaster 13B1, 13B2, 13B3 og 13B4. låsekragen 16 omfatter, på periferien av sin indre overflate, en første krone 16A omfattende fire knaster 16A, 16A2, 16A3 og 16A4, og en annen krone 16B av fire knaster 16B1, 16B2, 16B3 og 16B4.

Knastene er vinkelforskjøvet fra en krone til den neste og innskrevet i sylindriske overflater med forskjellige radier. I forbindelse med figur 2, er den første krone 13A og den annen krone 13B av hunnelementet 13 respektivt innskrevet i sylindriske overflater R og r. Den første krone 16A og den annen krone 16B av låsekragen 16 er respektivt innskrevet i sylindriske overflater R’ og r’. Radien R er litt mindre enn r’, slik at knastene av den annen krone 16B kan gli og rotere fritt utenfor den første krone 13A.

Knastene av den første krone 16A av låsekragen samvirker med knaster 13A av den første krone av hunnelementene og knastene av den annen krone 16B av låsekragen samvirker med knaster 13B av den annen krone av hunnelementet, slik at det dannes en bajonettforbindelse.

Mer presist, når hannelementet 11 passer inn i hunnelementet 13, følger låsekragen 16 en translasjonsbevegelse i retningen av kurven AA’ i henhold til de følgende suksessive trinn:

- den første krone 16B av låsekragen beveger seg på utsiden av den første krone 13A av hunnelementet, deretter

- tastene 16B passer mellom knastene 13B og samtidig passer knastene 16A mellom knastene 13A, deretter

- når hannelementet 11 når sitt stopp mot hunnelementet 13, plasseres knastene 16B1, 16B2, 16B3 og 16B4 inne i et spor 17 anordnet på hunnelementet 13 nedenfor knastene av den annen krone 13B, og knastene 16A1, 16A2, 16A3 og 16A4 plasseres inne i et spor 18 anordnet mellom knastene av den første krone 13A og den annen krone 13B.

Når låsekragen 16 er på sin plass, dreies låsekragen på en slik måte at knaster 16A av låsekragen posisjoneres motsatt knaster 13A av hunnelementet og knaster 16B av låsekragen posisjoneres motsatt knaster 13B. Knastene av låsekragen 16 når således et aksialt stopp i forhold til knastene av hunnelementet 13, og de blokkerer element 13 i translasjon i forhold til element 11. Den kjensgjerning at låsekragen på den ene siden har nådd et aksialt stopp ved nivået for skulderen 17 mot hannelementet 11 og på den andre siden et aksialt stopp ved nivået for knastene mot hunnelementet 13, gjør det mulig å oppnå fullstendig låsing av hannelementet 11 i forhold til hunnelementet 13.

Hver av de to bajonettsystemer kan gjøre det mulig å tilveiebringe, mellom knastene av hunnelementet 13 og knastene av låsekragen 16, en kontakt over et totalt vinkelområde som kan nå 175º. De to bajonettforbindelsessystemer er fortrinnsvis vinkelforskjøvet rundt aksen til konnektoren, idet konnektoren kan tillate at de aksiale laster fordeles over ca 350º rundt aksen.

Alternativt kan hver av låsekragen 16 og elementet 13 omfatte kun én krone: knastene av den enkeltstående krone av låsekragen 16 samvirker med knastene av den enkeltstående krone av elementet 13.

Antallet av knaster per krone kan variere, særlig avhengig av diameteren av det indre rør og av tøyningene som skal overføres av konnektoren.

Figurene 4 og 5 beskriver forskjellige utførelser av konnektoren 8 posisjonert ved stigerørhodet. Konnektoren 8 er av den samme type som konnektorene 5, det vil si bajonettkonnektorer, så som de som er beskrevet i forbindelse med figurene 2 og 3. I henhold til oppfinnelsen omfatter konnektoren 8 videre midler for utøvelse av en aksial forspenning. Referansetallene på figurene 4 og 5 som er identiske til de som er på figur 3 betegner de samme elementer.

I forbindelse med figur 4 består midlene for utøvelse av en aksial forspenning av blokkerende kiler 20 montert glidende i radiale boringer 23 anordnet i veggen av låsekragen 16.

Kilene 20 kan være jevnt fordelt på periferien av låsekragen 16. Antallet av kiler som skal brukes kan velges, særlig avhengig av diameteren av rørene.

Kilene 20 som omfatter skrå overflater 24, er innsatt i det omkretsspor som utgjøres av den bærende overflate 25 av hannelementet 11 og av den bærende overflate 26 av hunnelementet 13.

Kilene 20 styres av et skrue-mutter-system 21-22. Skrue-mutter-systemet 21-22 er fastgjort til låsekragen 16. Skruene 21 tillater kiler 20 å bli drevet mellom bærende overflater 25 og 26. Skruene 21 aktueres når konnektoren låses, det vil si når låsekragen 16 blokkerer hannelementet 11 i translasjon i forhold til hunnelementet 13. Når kilen settes inn i sporet 23, ligger de skrå overflater av kilene 20 an mot overflatene 25 og 26, for å bevege elementet 11 bort fra elementet 13. låsekragen blir blokkert i translasjon mellom skulderen 15 og knastene 13A og 13B av elementet 13, idet kilene fremkaller en strekkspenning i låsekragen 16.

I forbindelse med figur 5 består midlene for utøvelse av en aksial forspenning av en klemring 30.

Klemringen 30 er montert mobilt i rotasjon rundt hannelementet 11, og den blokkeres i translasjon av en skulder 31 anordnet på den ytre overflate av hannelementet 11.

Ringen 30 omfatter en gjenge 32 som samvirker med en gjenge 33 anordnet på låsekragen 16. Rotasjonen av ringen 30 gjør det mulig for ringen 30 å bli skrudd inn i låsekragen 16, for å forårsake aksial glidning av låsekragen 16. En uttakbar kile eller tapp montert mellom elementet 11 og låsekragen 16 kan blokkere låsekragen 16 i rotasjon.

Skruing av ringen 30 gjennomføres når konnektoren er låst, det vil si når låsekragen 16 blokkerer hannelementet 11 i translasjon i forhold til hunnelementet 13. Under skruoperasjonen når ringen 30 sitt stopp og hviler på den ene siden mot skulderen 31 og på den andre siden mot knastene 13A og 13B av hunnelementet 13. Fastklemmingen av ringen 30 gjør det således mulig å innføre aksiale strekkspenninger i låsekragen 16, som på den ene siden hviler mot knastene av elementet 13, og på den andre siden trekkes av klemringen 30.

Claims

P A T E N T K R A V

1. Offshore bore- og utbyggingssystem for oljereservoarer, omfattende et stigerør (1) som omfatter rørseksjoner (4) forbundet ende-mot-ende av konnektorer (5, 8) for å etablere en forbindelse mellom et undersjøisk brønnhode (3) og en flytende understøttelse (2), hvor konnektorene omfatter et rørformet hannelement (11) og et rørformet hunnelement (13) som passer inn i hverandre, en låsekrage (16) montert mobilt i rotasjon på hannelementet (11), hvor låsekragen (16) omfatter knaster som samvirker med knastene av hunnelementet, for å danne en bajonettforbindelse, strekkmidler (10) som hviler på den flytende understøttelse, hvilke påfører et oppadgående vertikalt strekk på stigerøret (1) ved et punkt lokalisert i den øvre del av røret,

k a r a k t e r i s e r t v e d at minst én konnektor (8) lokalisert ovenfor strekkpåføringspunktet omfatter midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen, som kan omfatte enten kiler eller en ring, og ved at konnektorene (5) lokalisert nedenfor strekkpåføringspunktet er fri for midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen.

2. System som angitt i krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at låsekragen (16) på den ene siden hviler på en skulder anordnet på hannelementet (11), og på den andre siden på knaster av hunnelementet (13), og ved at midlene for utøvelse av en aksial forspenning omfatter kiler (20) som på den ene siden hviler på hannelementet, og på den andre siden på hunnelementet.

3. System som angitt i krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kiler (20) er montert mobilt i translasjon på låsekragen (16).

4. System som angitt i krav 3,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kiler (20) aktueres ved hjelp av et skrue-muttersystem (21, 22).

5. System som angitt i krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at midlene for utøvelse av en aksial forspenning omfatter en ring (30) mobilt i rotasjon rundt hannelementet (11), idet ringen (30) hviler på en skulder (31) anordnet på hannelementet (11), og er forbundet til låsekragen (16) ved hjelp av en gjenge (32, 33).

6. System som angitt i et av de foregående krav, hvor hunnelementet og låsekragen hver omfatter to kroner av knaster som er vinkelforskjøvet fra en krone til den andre, samtidig som de er innskrevet i sylindriske overflater med forskjellige radier, slik at, i inngrepposisjonen til låsekragen og til hunnelementet, knastene kan gli på hverandre inntil de når en posisjon hvor knastene av hver krone av låsekragen passer mellom knastene av en korresponderende krone av hunnelementet, for å danne en flerhet av samtidig-låsende bajonettforbindelser.

7. System som angitt i et av de foregående krav, hvor strekkpåføringspunktet er lokalisert på et element (6) omfattende to teleskopiske rør (6A, 6B), idet ett av rørene (6A) er forbundet til en av konnektorene (5) fri for midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen (16), og det andre røret (6B) er forbundet til konnektoren (8) omfattende midler for utøvelse av en aksial forspenning på låsekragen (16).