NO791646L - Fremgangsmaate og anordning for boring etter olje og/eller gass under sjoebunnen - Google Patents

Description

Boring etter olje og/eller' naturgass under vann, spesielt

på sjøbunnen, blir mer og mer viktig for å møte energibehovene. Viktige funnsteder befinner seg ofte langt fra land hvor vannet er dypt og ofte turbulent.

Boring av oljebrønner gjøres i slike tilfeller ved hjelp av en •såkalt plattformkonstruksjon eller boreøy, bestående av en plattform eller et dekk understøttet på flere ben, på hvilket dekk boreutstyret er montert. Etter fullføring av boreopera-sjonene og anordning av foringene og de tilhørende ventiler, styres produksjonen deretter fra plattformen, og produktet over-føres til skip som fortøyer nær øyen, eller det transporteres ved hjelp av en rørledning, avhengig av avstanden til nærmeste kyst og sjøbunnens karakter.

Føttene av slik en øy består for tiden av søyler laget av

betong eller stål. I første tilfelle er bena forbundet med en betongfot konstruert som et flytelegeme som kan senkes ned til sjøbunnen ved å fylle dets indre rom med vann. Stål-søyler festes til bunnen ved hjelp av pæling. Slike søyler må oppta momenter som forårsakes av tverrkrefter, f.eks. som resultat av vind, bølger, skiftende belastning på dekk etc. Videre må borestrenger og produksjonsledninger understøttes

ved hjelp av føringer anordnet mellom bena, og i tilfelle av stålsøyler, er det nødvendig med tverrstivere for å øke styrken.

Således har operasjonen mange ulemper. Fremstilling av en

slik øy er meget kostbar, og tauing av den og nedsenkning av den på den nøyaktige destinasjon er meget vanskelig. En annen vanskelighet er at boring først kan begynne etter fullføring av Løyen. Således vil forsinkelser i levering av øyen føre til

store tap, ikke bare fordi produksjonsstarten forsinkes, men også fordi det tilgjengelige boreutstyr må holdes uvirksomt. Boring på et annet sted kan først begynne etter fullføring av en annen boreøy,"med mindre det gjøres store investeringer for bygging av et større antall boreøyer, og uansett er det alltid en risiko for forsinket levering av øyene. En annen innvending er at slik en øy ikke kan benyttes omigjen etter at en brønn er tømt. Disse innvendinger begrenser i alvorlig grad produksjonens ekspansjonsmuligheter. Ytterligere innvendinge: er at kanaler for oppføring av olje eller naturgass utsettes for vannets innvirkning og bølgepåvirkninger, og de må derfor beskyttes tilsvarende. Dertil er slike kanaler vanskelig tilgjengelig for vedlikehold og reparasjon. Dette fører til ytterligere omkostninger og muligens også forlengede arbeids-stanser når reparasjonsarbeider blir nødvendig. En ulempe ved ,sveisede stivere på stålsøyler er at de må beskyttes meget om-sorgsfullt på grunn av risikoen for angrep fra sjøvannet.

Boreanordninger er blitt utviklet som kan betjenes fra et skip e.l., slik at en boreøy ikke er nødvendig for boringen. Imidlertid er produksjonsøyer likevel nødvendig for transport av oljen eller gassen, fra hvilke leveringsutstyr kan kontrol-leres og vedlikeholdes. Anordning av en slik øy på en brønn som allerede er blitt boret, er imidlertid uønskelig fordi den nødvendige presise innretning av den tunge konstruksjon med brønnen er meget vanskelig og ofte til og med umulig uten å skade de allerede tilstedeværende brønnhoder.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å forenkle i betydelig grad produksjonen av olje og/eller naturgass fra sjø-bunnen, og for dette formål er det tilveiebragt en fremgangsmåte som karakteriseres ved at et understell plasseres på sjø-bunnen og symmetrisk omgir brønnen som skal bores eller som allerede er boret, hvilket understell forankres til sjøbunnen og tilpasses til belastningen fra en plattform som senere skal føres opp på dette, og at det før, under eller etter boringen bygges et tårn av stålelementer på eller nær land, hvilket tårn forsynes med ben som passer sammen med understellet

og som skal festes på dette, og er forsynt i eller nær bena I med ballastinnretninger, og som etter plassering på under-

stellet og eventuelt etter fullførelse av brønnen, transporteres til brønnstedet i flytende stilling, senkes der ned på understellet og forankres til dette, og endelig forbindes kanaler i tårnet med brønnhodet. Tårnet kan være lukket på vanntett måte og er mellom bena forsynt med foringsinnrethinger gjennom hvilke kanalene kan føres ut på vanntett måte.

Siden boreoperasjonen nå er fullstendig uavhengig av tilgjengeligheten av en øy, kan boreprogrammet utføres på den mest økonomiske måte. Understellet kan i seg selv være relativt lett og kan senkes ned på sjøbunnen og forankres der på en enkelt måte, og spesielt kan flytelegemer benyttes for dette formål. Understellet er om mulig anordnet før boringen, slik at det også kan benyttes som understøttelse for styring av borestrenger og/eller produksjonsrør og for brønnhodeinnretninger. Dersom tårnet er tilgjengelig allerede før boringen, er det naturligvis også mulig å bore fra dette.

Bygging av tårnet skjer ved å kombinere ringformede elementer

av tilpasset fasong, hvilke kan fremstilles i en hvilken som helst egnet bedrift og kan transporteres til byggestedet som nødvendig. Sammensetning av tårnet kan f.eks. i det minste delvis foregå på en slipp, og i det minste en del av disse operasjoner kan også utføres når den ferdige-del av tårnet er blitt vertikalt neddykket i vann og holdes på forønsket dybde ved hjelp av ballastinnretninger.

Et slikt tårn har med relativt lav vekt en stor bøyestyrke, og har videre den fordel at dens innvendige rom vil forbli tørt slik at kanaler anordnet der ikke utsettes for vannets innvirkning og alltid kan inspiseres, vedlikeholdes og om nød-vendig repareres. Hovedfordelen er imidlertid at sammensettning av et tårn av standardelementer med tilpassede dimensjoner og fasong kan gjøres mye raskere, desto mere som de forskjellige deler kan fremstilles på forskjellige steder. Med en gitt bærekapasitet vil vekten av et slikt tårn være mye mindre enn -tilfellet er for vanlige betongben, og fremstillingsomkostningerie vil også være betydelig mindre. Dertil vil monteringen på.

bunnen være mye enklere. Sammenlignet med stålboreøyer er I fremstillingen enkel, også fordi plattformen ikke lenger er j

I noe vesentlig element for konstruksjonens styrke, og videre j fordi et slikt tårn kan taues flytende til destinasjonspunktet i og der senkes i opprettstående stilling ned på bunnen, mens dagens boretårn av stål tippes over på destinasjonspunktet, noe som er en kompleks og farlig operasjon. Alt dette, sammen med den raske byggemåte og uavhengighet av olje- eller gassproduksjon>resulterer i at de meget betydelige tap som tidligere oppsto på. grunn av forsinkelser, kan unngås. En viktig fordel er videre at et slikt tårn kan adskilles fra understellet og derfor benyttes gjentatte ganger.

Understellet kan bestå av et relativt lett stålfagverk som lett kan transporteres og senkes nøyaktig ned på sjøbunnen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til det ut-førelseseksempel som er vist på tegningene, hvor: Fig. 1 er et sideriss av .en kunstig øy ifølge oppfinnelsen i operasjonstilstand;

fig. 2 viser bæretårnet for denne øy sett nedenifra;

fig. 3 viser et symmetrisk tverrsnitt i større målestokk for å illustrere den måte bena festes på for en slik øy på sjøbunnen;

fig. 4a - c er sterkt forenklede skjematiske fremstillinger som illustrerer boremåten ved bruk av en slik øy; og

fig. 5 er et riss tilsvarende fig. 1 for å illustrere konstruk-sjons- og transportmåten for en slik øy.

På fig. 1 er det vist en kunstig øy ifølge foreliggende oppfinnelse. Øyen omfatter en arbeidsplattform eller et dekk 1

av vanlig form, med skjematisk angitte deler, så som et maskin-rom, mannskapskvarter, en løftekran, et helikopterdekk og lignende, som ikke skal beskrives i detalj.

Dekket 1 understøttes på ét vertikalt tårn 2 som er satt sammen av ringformede stålelementer 3 hvis tvérrdimensjoner er tilpasset den lokalt betingede bøyestyrke. av tårnet. Som vistj har størsteparten av disse elementer avkortet kjeglefasong. Disse, elementer kan eksempelvis være laget av stålplate med en tykkelse på omtrent 50 mm, og de kan være forsynt med innvendige avstivningsribber e.l. dersom dette er nødvendig for deres styrke.

Det nedre ringformede element 4 er forsynt med en fortrinnsvis utad konveks bunn 5 som lukker dette element på en vanntett måte og som er innrettet til å motstå vanntrykket på angjeldende dyp. Elementet .4 er videre forbundet med i det minste tre utadrettede ben 6, som ved sin nedre ende hver er forsynt med en fot 7. Disse føtter er montert og understøttet på et understell 8, som på vist måte kan bestå av et metallfagverk som hviler på sjøbunnen 9.

Understellet 8 har en fasong som er konstruert for understøttelse av bena 7. Forankring av understellet på sjøbunnen kan f.eks. eksempelvis gjøres ved hjelp av rammede deler 10 e.l. forankringsmidler, som videre kan være sementert til understellet 8 og/ eller bena 7. Det er også mulig først å feste understellet til bunnen ved hjelp av pæler, og deretter kan bena 7 festes til understellet ved hjelp av forbindelsestapper. Fig. 3

viser skjematisk på hvilken måte bena 7 kan forankres. Hule rør 10 benyttes som pæler for ikke-flyttbar forankring av understellet 8 til bunnen 9. Etter anordning av en fot 7 inn-settes en tapp 11 gjennom en åpning 12 i foten 7 inntil den støter an mot en skulder 13. Deretter fylles åpningen mellom tappen og åpningen 12 eller innerveggen av pælen 10 med sement 14 .

Understellet 8 kan være stjerneformet og omfatte en sentral del 15 innrettet for passasje av borestrenger eller væskekanaler o.l. derigjennom, som antydet skjematisk ved 16. Bunnen 5 er forsynt med ikke angitte midler for gjennomføring av disse kanaler 16 på en vanntett måte.

I eller nær bena 6 og/eller føttene 7 er det anordnet ballastinnretninger. Disse kan omfatte frigjørbare flyte- eller vektinnretninger, eller kammere som kan fylles og tømmes etter. I ønske med vann ved hjelp av tilhørende ventiler og eventuelt I pumper. ii

Kanalene 16 er ført oppad gjennom det indre av tårnet 2 og er over bunnen 5 ikke lenger i kontakt med vannet. Det indre av tårnet 2 er tilgjengelig slik at vedlikehold og reparasjon av disse kanaler er mulig uten vanskeligheter. Videre gjør dette spesielle beskyttelsestiltak for disse kanaler unødvendig.

Fordelen med et slikt hult tårn fremstilt av.stål er at det er meget sterkt og kan-beregnes på en optimal måte. Et slikt tårn er videre lettere enn nåværende betongben, og fordelen i forhold til vanlige fagverkskonstruksjoner er at det ikke er nødvendig med noen tverrstag forbundet med hjørnesøyler ved hjelp av sveiseforbindelser, hvilke sveisepunkter alltid er mere utsatt for korrosjon. Videre ér plattformen 1 ikke lénger noen essensiell del av konstruksjonen, slik at tårnet kan behandles som en uavhengig enhet. Som det vil ses av det etter-følgende, kan et slikt tårn fremstilles mye raskere og billigere.

En slik kunstig øy kan benyttes på følgende måte. Som skjematisk vist på fig. 4a, senkes understellskonstruksjonen 8 først ned

på sjøbunnen 9, og om nødvendig, forankres til bunnen ved hjelp av rammede pæler 10. Dette understell kan eksempelvis være forsynt med vanntette flytekammere (ikke vist) slik at den kan taues i flytende tilstand til destinasjonsstedet. Imidlertid kan pontonger istedenfor benyttes.

Som vist på fig. 4b, blir deretter en borestreng 18 drevet fra et fartøy 17 ned i sjøbunnen 9. Dette fartøy styres på kjent måte slik at det vil holde seg stort sett vertikalt over bore-.punktet. Egnede anordninger for dette formål er kjent og skal her ikke beskrives i detalj. Siden det vanligvis bores et relativt stort antall brønner ved siden av hverandre for å

få tilstrekkelig produksjonskapasitet for olje og/eller naturgass, er det vanligvis nødvendig å styre og understøtte bore-strengen 18 nær bunnen, spesielt ved begynnelsen- av boreoperasjonen. For dette formål kan den sentrale del 15 av understellet 8 være forsynt med en styring 9 som kan omfatte et

tilsvarende antall passasjer og som etterpå kan benyttes for understøttelse av produksjonsrør og tilhørende ventiler. Styring

av en borestreng mot en styring kan utføres ved hjelp av sonar|

TV-kameraer e.l. '

Etter fullført brønnboring og fjerning av boreutstyret", blir

en vanlig ventilanordning 20 anordnet på brønnene. Fartøyet

17 kan deretter benyttes for en annen boreoperasjon, eller

det kan om nødvendig legges opp. Så lenge tårnet 2 ennå ikke er. montert, blir navigasjon ikke hindret av de borede brønner. Merking av disse brønner ved hjelp av øyer e4l. er ikke nødvendig siden sonar e.l. blir benyttet for den senere plassering av tårnet 2. Boring kan skje uforstyrret og uavhengig av øyens tilgjengelighet, og i de fullførte brønner kan produksjonen vente inntil de trengs og/eller en øy blir tilgjengelig. Dette tillater mye mere økonomisk bruk av boreutstyret.

Tårnet 2 kan konstrueres på forskjellige måter. De enkelte ringer 3 og 4 kan eksempelvis prefabrikeres i en egnet bedrift i mange benyttede størrelser og kan lett fraktes til byggestedet. Bena 6 kan også sammensettes av standardelementer. Dette kan skje på land, f.eks. slippen i et skipsverft e.l.

En ferdig del med ben 6 og den nedre ring 4 med bunnen 5 kan sjøsettes og kan justeres vertikalt i vannet ved hjelp av ballast på en slik måte at det øvre element 3 rager opp av vannet, slik at påfølgende elementer 3 lettikan monteres på dette. Deretter kan anordningen senkes ytterligere ned i vannet som nødvendig. Dette avhenger av tilgjengelige vanndyp. Det er også mulig å taue et delvis fullført tårn til dypere vann for fullføring der.

I mellomtiden kan dekket 1 gjøres ferdig, om nødvendig på et annet sted. Som vist på fig. 5, transporteres dekket ved hjelp av flåter eller pontonger inntil det befinner seg over tårnet 2, som flyter vertikalt i vannet. Ved å endre ballasten på egnet måte kan dekket deretter bringes til kontakt med tårnet og forbindes med dette. Deretter kan hele konstruksjonen taues til destinasjonsstedet, idet flåtene 21 sikrer sideveis

stabilitet. Etter senkning av bena 6 ved å variere ballasten i bena og etter festing av bena til.understellet 8, fjernes flåtene 21." j

Når en brønn forlates, er det tilstrekkelig å fjerne for-bindelsen mellom bena 7 og understellet 8, noe som forenkles av det faktum at også bena 6 og føttene 7 forblir tilgjengelige. Deretter kan anordningene fjernes på omvendt måte.. Understellet 8 kan etterlates på sjøbunnen, spesielt når omkostningene for fjerning av dette er sammenlignbare med fremstillingsom-kostningene av understellet, som er relativt lave.

Siden det er mulig å arbeide med standardelementer 3 og 4

som kan fremstilles av spesialiserte firma, og videre sammensetning av tårnet ikke er begrenset til et bestemt sted, og dertil at montering av dekket kan skje på egnet dypt vann, kan en slik øy konstrueres relativt hurtig. Dertil er tauing og plassering av øyen mye enklere enn i tilfelle av tunge bore-konstruksjoner av betong. Siden boring og produksjon videre kan betraktes som fullstendig adskilte operasjoner, kan en mye mere rasjonell bruk av tilgjengelig utstyr og verktøy oppnås.

De 'divergerende ben 6 tillater nedsenkning av tårnet over en ferdig brønn uten å skade ventilinnretningene på denne, og

understellets tilstedeværelse og bruk av egnede retningsmidler så som sonar forenkler plassering av tårnet.

Om nødvendig kan den del av tårnet som befinner seg nær vann-linjen være forsynt med en ytterligere skjerm for dempning av bølgeslag nær tårnet. På fig. 1 er et eksempel på en slik skjerm vist skjematisk. Denne skjerm består av en ring 22 som understøttes ved hjelp av flottører 2 3 og er forbundet med forankringsmidler på bunnen 9 ved hjelp av kabler 24. Det er noen ganger tilstrekkelig å forbinde slike kabler med dekket 1 eller tårnet 2. Skråstilte flater 25 gir ytterligere dempning av bølgeslag.

Det vil være klart at tårnet 2, spesielt med hensyn til antall og utformning av bena 6, kan modifiseres på mange måter. Siden understellet er relativt lett, kan det plasseres etter boring på en fullført brønn. Det er også naturligvis mulig å benytte en øy av foreliggende,type for boring. Dette avhenger kun av j tilgjengeligheten av en øy. Naturligvis kan det benyttes midler i tårnet for å understøtte kanaler, hvilke midler er forbundet med interne avstivnings-innretninger.

Bunnen 5 kan eventuelt utelates eller kan åpnes etter fullføring av tårnet dersom det ikke er noe som taler imot at tårnet fylles med vann.

, Endelig skal det bemerkes at en undervannsboreanording som kan styres fra over vannflaten, kan monteres på understellet.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for boring i en kilde for olje og/eller naturgass som befinner seg under vann, og for utvinning av olje eller gass fra denne, omfattende anordning av en arbeidsplattform over en boret brønn og understøttelse av samme på sjøbunnen, karakterisert ved at en understellskon-•struksjon plasseres på sjøbunnen slik at den symmetrisk omgir brønnen som skal bores eller.allerede er boret, hvilket understell forankres i sjøbunnen og tilpasses belastningen av plattformen som senere skal reises på dette, ved at det før, under eller .etter boringen monteres på eller ved land et tårn av ringformede stålelementer, hvilket tårn forsynes med ben som passer sammen med understellet for befestigelse til dette, hvilket tårn videre forsynes i eller nær sine ben med ballast-midler, ved at etter posisjonering av understellet og eventuelt fullføring av brønnen transporteres tårnet til brønnstedet i flytende stilling, senkes der ned på understellet og forankres til dette, og ved at kanaler tilstedeværende i tårnet forbindes med brønnhodet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert

ved at tårnet lukkes på vanntett måte og forsynes mellom bena med foringsinnretninger gjennom hvilke kanalene føres ut på vanntett måte. I

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at understellet plasseres på sjøbunnen før boringen, og at brønnen deretter bores ved hjelp av en foreanordning som styres på understellet, hvoretter de-n borede brønn avsluttes og lukkes.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 - 3, karakterisert ved at understellet ' transporteres til brønnstedet i flytende stilling og senkes ned . på sjøbunnen ved hjelp av ballast.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at understellet forankres ved hjelp av rammede pæler.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at understellet sammensettes av et stålfagverk.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at tårnet sammensettes av ringformede stålelementer forbundet med bena, at etter til- veiebringelse av elementet som forbinder bena og som har en lukket bunn, blir den ferdige del av tårnet senket ned i vann, at de følgende elementer plasseres på den del av tårnet som rager opp over vannet, og at ved å variere ballasten av bena styres neddykningsdybden i vann på én slik måte at det neste element kan anordnes på lignende måte.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at plattformen transporteres på flottører til den befinner seg over det ferdige tårn som med sin hovedsakelige del er neddykket i vann, at ved å variere ballasten av flottøren og/eller tårnet bringes de to deler til kontakt med hverandre og forbindes med hverandre, og at den samlede montasje av tårnet og plattformen festet til dette sammen med flottørene som understøtter plattformen, taues til destinasjonsstedet, idet flottørene fjernes etter senking av tårnet ned på understellet.

9.F remgangsmåte ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at benas ender forankres' på understellet ved hjelp av tapper, hvilke tapper sementeres i understellet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at tappene hver festes i hulrommet av en rampæle benyttet for forankring av understellet.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-10, karakterisert ved at etter avslutning av produksjonen blir forankringen mellom bena og understellet brutt og tårnet hevet ved å variere ballasten og deretter tauet bort. .

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at plattformen understøttes og stabiliseres under tauingen ved hjelp av flottører.

13. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av kravene.1-12, karakterisert ved et understell som består av et stjerneformet fagverk av stålstaver e.l., med en sentral del innrettet til å omgi brønnhodeinnretningen og, om nødvendig, understøtte boreutstyret, idet stjernearmenes ender er innrettet til å understøtte et tårns ben.

14. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at fagverket er forsynt med kontrollerbare flottørinn-retninger.

15. Anordning ifølge krav 13 eller 14, karakterisert ved at den sentrale del er forsynt med føringer for boreinnretninger, omfattende flere styrepassasjer hvis antall og plassering tilsvarer antallet og plasseringen av brønner som skal bores.

16. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-12, karakterisert ved at. et tårn sammensatt av ringformede elementer av stålplate med tverrdimensjoner innrettet til å gi den nødvendige bøyestyrke,; I i divergerende ben med føtter for befestigelse til et understell ved den nedre ende av disse, idet nevnte ben og/eller føtter er forsynt med ballastinnretninger.

17. Anordning ifølge krav .16, karakterisert ved at det mellom bena er anordnet en bunn for å lukke den del som befinner seg derover på vanntett måte, hvilken bunn er forsynt med vanntette foringsinnretninger for rør og lignende.

18. Anordning ifølge krav 16 eller 17, karakterisert ved hjelp av midler anordnet rundt den øvre del av tårnet for å dempe effekten.av bølgeslag. -

19. Anordning ifølge krav 18,. karakterisert ved at dempningsmidlene understøttes av flottører.

20. Anordning ifølge krav 18 eller 19, karakteri- sert ved at de bølgedempende midler omfatter oppad-_skrånende plater.