NO20101779A1

NO20101779A1 - Overvaking av bronnhodedeformasjon

Info

Publication number: NO20101779A1
Application number: NO20101779A
Authority: NO
Inventors: Arild Saasen; Colin Jones
Original assignee: Det Norske Oljeselskap Asa
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-21

Abstract

Oppfinnelsen er et utmattingslastmålesystem for brønnhoder (8) koblet til et marint stigerør (2) fra et overflatefartøy (1) til en undersjøisk BOP (5) videre koblet til en eller fler sementerte foringsrør (9,10) i en petroleumsbrønn (0) på havbunnen, bestående av - en rekke med strekkspenningsmåler (11) plassert på en eller fler av nevnte foringsrør (9,10) med hensikt å gi forrykningssignaler (s) proporsjonalt med indusert relativ forrykning i en eller fler av nevnte foringsrør (9,10), - de nevnte strekkspenningsmåler (11) distribuert fra nær toppen av en eller fler av nevnte foringsrør (9,10) med ønsket avstand (delta d) ned til ønsket dyp (d), - registreringsapparatur (12) for å registrere nevnte forrykningsignal (s) overtid, og - et apparatur for å integrere måledata (13) for å estimere en kumulativ utmattingslast (fl) basert på nevnte forrykningssignal (s) fra nevnte en eller fler avforingsrørene (9,10) overtid.

Description

Brønnhodestrekkovervåking

Oppfinnelsen omhandler overvåking av laster som følger av plassering av en BOP (Blow Out Preventer) på brønnhoder. Mer spesifikt, så omhandler oppfinnelsen en innretning til, og en metode for å måle akselerasjoner og derav induserte relative forrykninger (strain) på brønnhodenes komponenter. Formålet med oppfinnelsen er å overvåke de akkumulerte relative forrykningene over tid for å hindre utmatting av brønnhodekomponentene og da selve brønnhodet og det nærværende foringsrør.

Videre, oppfinnelsen kan overvåke den virkelige sammenheng mellom et observert havbølgespektrum og de induserte bevegelser i brønnhodekomponentene. Derav kan oppfinnelsen gi en prediksjon av utmatting, basert på et gitt bølgespektrum og den observerte vekselvirkning mellom overflatebølger som virker på en boreplattform (eller produksjonsplattform), marint stigerør (riser) og BOP på brønnhodekomponentene. Ved hjelp av dette kan man dimensjonere brønnhodeutstyr bedre, og spesielt unngå overdimensjonert utstyr, eller unngå overskride utstyrets utmattingstid for en gitt operasjon.

Kort figurbeskrivelse

Fig. 1 illustrerer en boret brønn konstruert med et foringsrør (surface casing) (10) som er sementert inn i et videre sementert lederør (conductor casing) (9) til havbunnen, med et brønnhode på topp av disse rørene, hvor det på brønnhodet er påmontert en BOP, som igjen det er påmontert et riserrør som går opp igjennom vannkolonnen til overflaten av et borefartøy.

Problemer relatert til induserte bevegelser av brønnhodet

En riser (2) for en borestreng (3) bæres av overflatefartøyet (1) i såkalte "riser tensioners" (4). Riserrøret skal idealisert sett ikke tilføre nevneverdige vertikale laster til BOP (5). Riserrøret (2) er forbundet via en spesiell ekspansjonskobling (6) til toppen av BOPen (5). BOPen (5) er montert inn i en brønnhodekonnektor (7) på et brønnhode (8). Brønnhodekonnektoren (7) holdes både i brønnhodet (8) som er i toppen av det såkalte lederøret (9), vanligvis med en diameter på 30'' og som er sementert opp til havbunnen og går 50-60 m nedenfor havbunnen, og i den såkalte "surface casing"- (10) som er sementert fast i innsiden av lederøret og betydelig dypere i et videre boret hull under lederøret med en diameter av for eksempel 2 6".

Lederøret (9) og / eller "surface casing" (10) kan ha en forsterket del fra brønnhodet og minst ned igjennom toppen av sementen

Det er observert ved hjelp av et videokamera på en ROV, at et 30'' lederør som stikker mellom 1 1/2 and 2 1/2 meter opp over havbunnen, kan bevege seg 1" i horisontal retning, i en mer eller mindre syklisk bevegelse, rundt vertikallinjen. Denne bevegelsen medfører bendingsmomenter på foringsrørene. Den sykliske bevegelsen antas å være indusert av overflatebølger som virker på borefartøyet gjennom den marine riser, BOP og brønnhodet til "surface casing" (10) og lederøret (9). Pr. dags dato, kjennes ikke til hvilket dyp denne bevegelsen rekker, og hvor muligens en eller flere nodepunkter for bevegelsen fins. I slike nodepunkter vil man anta at akkumulert forrykning vil være stor, og det er ønskelig å måle den aktuelle relative forrykningen istedenfor kun å basere seg på modellering

Forrykningene og deres virkelige distribusjon er vanligvis modellert basert på antakelser om transfer-funksjoner fra overflatebølger til "surface casing". Svært få brønnhoder feiler, noe som kan bety at brønnhodene er planlagt med altfor stor sikkerhetsfaktor, noe som medfører økt dimensjon på alt brønnhodeutstyr, som igjen medfører altfor høy vekt av komponentene. Det er ønskelig å bruke en realistisk målemetode for forrykninger og den akkumulerte utmatting med formål å redusere vekt, eller hvis utmatting er større enn forventet, a unngå å bruke utstyret til utmattingsbrudd.

En løsning til det ovenforstående problem er å bruke en rekke med forrykningsmålere (strekkspenningsmåler) (11) for å måle forrykninger indusert i en eller flere av foringsrørene (9, 10), hvilke strekkspenningsmåler (11) er distribuert fra nær toppen av de nevnte foringsrør (9, 10) med ønskete separasjoner (delta d) ned til et ønsket dyp (d), hvor de nevnte strekkspenningsmålers gir et signal (s) proporsjonalt til den målte relative forrykkelse, og et apparatur for kumulativt måle dette nevnte signal (s) for beregning av utmattingskraft (fl) på nevnte foringsrør (9, 10) over tid.

Systemet kan videre åpne for sanntids overvåking av sykliske spenningslaster og dermed den kumulative sykliske mekaniske spenningsbelastning på stigerørstrammere, stigerøret, stigerør til BOP-kobling, brønnhodekobling, brønnhode til lederrørtilkobling og lederør. Hensikten er at den akkumulerte utmattelseslasten er målt slik at utmattingstiden ikke overskrides på noe punkt. En tilleggseffekt er at systemet kan brukes til å optimalisere riggens posisjon for å redusere den totale utmattelseslast på kritiske komponenter.

Systemet kan bestå av følgende:

- x-y-z akselerometre ved toppen av stigerøret (2),

- x-y og muligens z - akselerometre ved toppen av BOP (5),

- x-y akselerometre ved toppen av lederør (9),

- x-y-z akselerometre på borefartøyet (1),

- bølgemonitorer og instrumenter for datalagring,

- riserstrekk-logger,

- x-y strekkspenningsmåler ved stigerørkoblinger (topp og bunn),

- x-y strekkspenningsmåler ved stigerørets spenningskobling,

- x-y strekkspenningsmåler ved brønnhode - lederørkobling,

- x-y strekkspenningsmåler distribuert ned langs toppseksjonen av lederøret (9) , - x-y strekkspenningsmåler distribuert ned langs toppseksjonen av "surface casing" (10), - en digitalt BOP nivåindikator, et såkalt elektronisk "bull's eye". - en telemetriinnretning på BOPen med kommunikasjon til en data logger enhet for forrykningssignaler fra BOP/brønnhode/foringsrør.

Forrykningsmålerne (strekkspenningsmålerne) kan støpes inn i bitumen eller epoxy på foringsrørene (9, 10). Signalene fra disse målerne kan ledes via ordinære elektriske ledere fra deres påfestete og muløigens sementert på plass- posisjon langs rørveggene (9, 10) til en posisjon vekk fra brønnhodet. Forrykningsmålerne kan videre være utstyrt med en transmitter som får sin kraft fra integrerte batterier med tilstrekkelig kapasitet til a vare ut boreoperasjonen.

Claims

1. Utmattingslastmålesystem for brønnhoder (8) koblet til et marint stigerør (2) fra et overflatefartøy (1) til en undersjøisk BOP (5) videre koblet til en eller fler sementerte foringsrør (9, 10) i en petroleumsbrønn (0) på havbunnen, bestående av - en rekke med strekkspenningsmåler (11) plassert på en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10) med hensikt å gi forrykningssignaler (s) proporsjonalt med indusert relativ forrykning i en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10), - de nevnte strekkspenningsmåler (11) distribuert fra nær toppen av en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10) med ønsket avstand (delta d) ned til ønsket dyp (d), - registreringsapparatur (12) for å registrere nevnte forrykningsignal (s) over tid, og - et apparatur for å integrere måledata (13) for å estimere en kumulativ utmattingslast (fl) basert på nevnte forrykningssignal (s) fra nevnte en eller fler av foringsrørene(9, 10) over tid.

2. Målesystemet nevnt under krav 1, - nevnte strekkspenningsmålere (11) bestående av aksielt rettete strekkspenningsmålere (lia) for å måle den aksielle relative forrykningskomponenten på en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10).

3. Målesystemet nevnt under krav 1, - nevnte strekkspenningsmålere (11) bestående av torsjonsrettete strekkspenningsmålere (lit) for å måle vridningsrettetet relative forrykninger på en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10).

4. Målesystemet nevnt under krav 1, - nevnte registreringsapparatur (12) som er videre koblet til en eller flere akselerometre (14w) på nevnte brønnhode (8) for å registrere akselerasjoner (a(w)) indusert på nevnte brønnhode (8) over tid.

5. Målesystemet nevnt under krav 1, - nevnte registreringsapparatur (12) videre koblet til en eller flere akselerometre (14s) på nevnte bore- eller produksjonsfartøy (0).

6. Målesystemet under krav 1, bestående av transfer funksjonsalgoritme (15) for å beregne mekanisk transfer funksjon mellom nær havoverflatemålte akselerasjoner på nevnte fartøy (1) eller nevnte stigerør (2), og nevnte foringsrør (9, 10).

7. Målesystemet under krav 1, nevnte strekkspenningsmålere (11) forbundet via et tråløst transmisjonssystem til nevnte registreringsapparatur (12).

8. En metode for å måle utmatting av materiale for et brønnhode (8) forbundet med et marint stigerør (2) fra et flytende fartøy (1) til en subsea BOP (5) videre koblet til en eller flere foringsrør (9, 10) som er sementert på plass i en petroleumsbrønn (0) på havbunnen, bestående av - en rekke strekkspenningsmålere (11) for å måle relativ forrykning indusert på en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10), - plassering av nevnte strekkspenningsmålere (11) fra nær toppen av en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10) med ønsket avstand (delta d) ned til et ønsket dyp (d), - måling av relative forrykningssignaler (s) fra nevnte strekkspenningsmålere, for derav måle relativ forrykning på en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10), og - registrere nevnte forrykningssignal (s) over tid i nevnte registreringsapparat (12), og - estimere kumulative utmattingslast (fl) på nevnte en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10) over tid basert på nevnte signal (s) ved bruk av en integrasjonsinnretning (13).

9. Metoden under krav 8, - måle en aksiell relativ forrykningskomponent på en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10) ved bruk av nevnte strekkspenningsmålere (11) som består av aksielt rettete strekkspenningsmålere (lia).

10. Målesystemet under krav 8, - måle en relativ torsjonsforrykning på en eller fler av nevnte foringsrør (9, 10) ved hjelp nevnte strekkspenningsmålere (11) bestående av torsjonsrettete strekkspenningsmålere (lit).

11. Målesystemet under krav 8, - registrere brønnhodeakselerasjoner (a(w)) indusert på nevnte brønnhode (8) over tid ved hjelp av nevnte registreringsapparat (12) videre koblet til en eller fler akselerometre (14w) på nevnte brønnhode (8).

12. Målesystemet under krav 8, - registrere overflateakselerasjoner (a(s)) ved hjelp av nevnte registreringsapparat (12) videre koblet til en eller fler akselerometre (14s) på nevnte fartøy (0) eller øvre deler av nevnte stigerør (2).

13. Målesystemet under krav 8, - estimere hvorvidt nevnte kumulative utmattingslast (fl) på nevnte en eller flere av nevnte foringsrør (9, 10) kan overskride en estimert utmattingstid hos nevnte foringsrør (9, 10).

14. Målesystemet under krav 8, estimere fra nevnte måling av relative forrykninger en deformasjonsprofil langs minst den øvre del av nevnte foringsrør, og estimere posisjonen an antatt kritiske nodes av deformasjon av nevnte foringsrør.