NO314320B1 - Well frame mounted guide - Google Patents

Description

Den foreliggende opprinnelse vedrører en brønnrammemontert føring for lederør i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1. The present origin relates to a well frame-mounted guide for guide pipes in accordance with the preamble of the subsequent claim 1.

Før boring av en offshore petroleumsbrønn installeres det en brønnramme (template) på havbunnen umiddelbart over det stedet hvor brønnen skal bores. Deretter føres en borestreng med borekrone gjennom brønnrammen og ned til havbunnen, hvoretter boringen starter. En eller flere føringer er på forhånd montert i brønnrammen. Hver føring markerer det stedet én brønn skal bores. Føringen har som én av sine funksjoner å lede borekronen ned mot havbunnen. Before drilling an offshore petroleum well, a well frame (template) is installed on the seabed immediately above the place where the well is to be drilled. A drill string with a drill bit is then guided through the well frame and down to the seabed, after which drilling begins. One or more guides are pre-mounted in the well frame. Each guide marks the place where one well is to be drilled. One of the functions of the guide is to guide the drill bit down towards the seabed.

Imidlertid har føringen sin viktigste funksjon etter at den første delen av boringen er fullført og det skal installeres et lederør (conductor casing) i brønnen. Når lederøret skal installeres i brønnen føres det gjennom føringen i brønnrammen. Imidlertid, siden brønnrammen plasseres direkte på havbunnen og derved innstiller seg etter havbunnens helling, og ofte synker ned i havbunnssedimentene i ulik grad, vil det ofte være et vinkelawik mellom brønnaksen og føringens lengdeakse. Dette vinkelavviket kan skape problemer med å få lederøret gjennom føringen, da klaringen mellom lederøret og føringen er svært liten. Det vil også være et vinkelawik i brønnaksen. However, the guide has its most important function after the first part of the drilling is completed and a conductor casing must be installed in the well. When the guide pipe is to be installed in the well, it is guided through the guide in the well frame. However, since the well frame is placed directly on the seabed and thereby adjusts to the slope of the seabed, and often sinks into the seabed sediments to varying degrees, there will often be an angular misalignment between the well axis and the longitudinal axis of the guide. This angular deviation can cause problems in getting the guide pipe through the guide, as the clearance between the guide pipe and the guide is very small. There will also be an angular deviation in the well axis.

Vanligvis vil man kompensere i det minste delvis for skrå bunnforhold ved å installere føringen tilsvarende skråstilt i forhold til bunnrammen. Imidlertid er det vanskelig å forutse hvor mye rammen vil synke ned i havbunnen, og rammen vil ofte synke skjevt ned i underlaget. Usually one will compensate at least partially for inclined bottom conditions by installing the guide correspondingly inclined in relation to the bottom frame. However, it is difficult to predict how much the frame will sink into the seabed, and the frame will often sink crookedly into the substratum.

Det har derfor blitt gjort forsøk på å gjøre føringens vinkel justerbar. Et av disse forsøkene innebærer en føringshylse som lar seg fritt vippe noen grader til alle sider. Hylsen vil derved før installasjonen av produksjonsrøret, innta en vilkårlig vinkel innenfor dette vinkelområdet. Imidlertid har det vist seg at dersom lederøret treffer hylsen mens denne er vippet til side, vil det oppstå store bendekrefter mellom lederøret og hylsen. Dette vil medføre at det behøves store aksielle krefter for å skyve lederøret gjennom hylsen. Det vil også påføre hylsen og dennes innfesting store belastninger. Dessuten blir denne konstruksjonen dyr, idet den involverer ett eller helst to sfæriske lager(e). Dette gjør også konstruksjonen uforholdsmessig dyr. Attempts have therefore been made to make the angle of the guide adjustable. One of these experiments involves a guide sleeve that can be freely tilted a few degrees to all sides. The sleeve will therefore, before the installation of the production pipe, assume an arbitrary angle within this angle range. However, it has been shown that if the guide tube hits the sleeve while it is tilted to the side, large bending forces will occur between the guide tube and the sleeve. This will mean that large axial forces are needed to push the guide tube through the sleeve. It will also impose large loads on the sleeve and its attachment. Moreover, this construction becomes expensive, as it involves one or preferably two spherical bearing(s). This also makes the construction disproportionately expensive.

GB 2202257, US 5526882 og EP 263722 beskriver kjente løsninger ved brønnrammeføringer, som alle har en eller flere av de ovenfor nevnte ulemper. GB 2202257, US 5526882 and EP 263722 describe known solutions for well frame guides, all of which have one or more of the above-mentioned disadvantages.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilveiebringe en føringshylse som har en enklere konstruksjon, og derved er enklere å fremstille, resulterer i lavere lokale spenninger og bedre kontroll med spenningene, og som gir en sikker føring av lederøret gjennom bunnrammen. Dette oppnås ved de trekk som er angitt i det etterfølgende krav 1. The present invention aims to provide a guide sleeve which has a simpler construction, and is thereby easier to manufacture, results in lower local stresses and better control of the stresses, and which provides a safe guidance of the guide pipe through the bottom frame. This is achieved by the features specified in the subsequent claim 1.

Denne konstruksjonen utmerker seg videre med gode bøyekarakteristika, d.v.s. en høy og økende stivhet ved små vinkelutslag. This construction is also distinguished by good bending characteristics, i.e. a high and increasing stiffness at small angular deflections.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til de etterfølgende tegninger, der: figur 1 viser et utsnitt av en brønnramme med føringen ifølge den foreliggende oppfinnelse, sett i perspektiv ovenfra, The invention will now be explained in more detail with reference to the following drawings, where: figure 1 shows a section of a well frame with the guide according to the present invention, seen in perspective from above,

figur 2 viser et utsnitt av en brønnramme med føringen ifølge den foreliggende oppfinnelse, sett i perspektiv nedenfra, figure 2 shows a section of a well frame with the guide according to the present invention, seen in perspective from below,

figur 3 viser et bilde fra en FEM analyse av føringen ifølge den foreliggende oppfinnelse, for å illustrere spenningsfordelingen ved et gitt vinkelutslag, figure 3 shows an image from a FEM analysis of the guide according to the present invention, to illustrate the stress distribution at a given angular projection,

figur 4 viser et diagram som illustrerer bøyemomentet i føringen ved ulike vinkelutslag og ved to ulike ringtykkelser og figure 4 shows a diagram illustrating the bending moment in the guide at different angles and at two different ring thicknesses and

figur 5 viser en alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Figure 5 shows an alternative embodiment of the present invention.

I figur 1 er det vist et utsnitt av en bunnramme 1. Bunnrammen omfatter bærebjelker 2, 3,4,5, som er innrettet til å bære en føring 6. Som også vist i figur 2, omfatter føringen en hylse 7. Til hylsen 7 er det via et antall første braketter 9 (her fire), festet en bøyelig ring 8. Ringen 8 har fortrinnsvis en bredde på 180 mm (målt mellom den ytre og den indre diameteren) og har en innvendig diameter som er omtrent 40 mm større enn diameteren til hylsen 7. De første brakettene 9 holder ringen 8 på plass i forhold til hylsen 7 og er forbundet med både ringen 8 og hylsen 7. Videre er ringen 8 forbundet med et antall andre braketter 10 (her fire), som strekker seg fra undersiden av ringen 8 til bærebjelkene 2, 3,4, 5. Figure 1 shows a section of a bottom frame 1. The bottom frame comprises support beams 2, 3, 4, 5, which are designed to carry a guide 6. As also shown in figure 2, the guide comprises a sleeve 7. To the sleeve 7 is via a number of first brackets 9 (here four), attached a flexible ring 8. The ring 8 preferably has a width of 180 mm (measured between the outer and inner diameter) and has an inner diameter that is approximately 40 mm larger than the diameter of the sleeve 7. The first brackets 9 hold the ring 8 in place in relation to the sleeve 7 and are connected to both the ring 8 and the sleeve 7. Furthermore, the ring 8 is connected to a number of other brackets 10 (here four), which extend from the underside of the ring 8 to the support beams 2, 3, 4, 5.

De andre brakettene 10 er sammenføyet med bærebjelkene 2, 3,4, 5 i de hjørnene som dannes der hvor to og to av bjelkene møtes. De andre brakettene 10 er festet til ringen 8 med en liten avstand til hylsen 7. Avstanden er stor nok til at hylsen 7 og brakettene 10 ikke kommer i berøring med hverandre når hylsen bøyes sideveis. Alle de ovennevnte delene er fortrinnsvis festet til hverandre ved sveising. The other brackets 10 are joined to the support beams 2, 3, 4, 5 in the corners formed where two of the beams meet. The other brackets 10 are attached to the ring 8 with a small distance to the sleeve 7. The distance is large enough so that the sleeve 7 and the brackets 10 do not come into contact with each other when the sleeve is bent sideways. All of the above-mentioned parts are preferably attached to each other by welding.

Figurene 1 og 2 viser også en del av et lederør 15, som er i ferd med å bli installert. Figures 1 and 2 also show part of a conductor pipe 15, which is in the process of being installed.

I figur 3 er det vist et FEM (Finite Element Method) diagram over føringen 6. Diagrammet er basert på databeregninger ut fra materialegenskaper og dimensjoner, på en måte som er i og for seg velkjent for en fagmann på området. Illustrasjonen viser de andre brakettene 10, som er vist som fast innfestet ved sine ytre ender (illustrert ved trekanter 11), de første brakettene 9, ringen 8 og hylsen 7. Figure 3 shows a FEM (Finite Element Method) diagram of the guide 6. The diagram is based on data calculations based on material properties and dimensions, in a way that is in and of itself well known to a specialist in the field. The illustration shows the second brackets 10, which are shown as fixed at their outer ends (illustrated by triangles 11), the first brackets 9, the ring 8 and the sleeve 7.

Hylsen 7 er påvirket av en siderettet kraft som bøyer hylsen 1,56° til venstre i figuren. 1,56° er i og for seg tilfeldig valgt, men er også en et realistisk vinkelawik for et lederør. Dette er illustrert ved kraftpilene 12. I tillegg er hylsen 7 utsatt for en nedadrettet kraft, som et resultat av at lederøret er hengt av på hylsen 7. De mørke områdene viser områder med spenning. Jo mørkere området er jo høyere spenning. Bøyemomentet overføres fra hylsen 7 til de første brakettene 9 og derfra til ringen 8, hvor størsteparten av bøyemomentet opptas. Som man ser opptrer de høyeste spenningene i ringen 8 og i overgangen mellom ringen 8 og de første brakettene 9, samt den av de andre brakettene 10 som befinner seg motsatt av utbøyningsretningen. Ut over dette overføres det lite spenninger til de andre brakettene 10. Ringen 8 opptar derved størsteparten av bøyningen. The sleeve 7 is affected by a lateral force which bends the sleeve 1.56° to the left in the figure. 1.56° is in itself randomly chosen, but is also a realistic angular deviation for a guide tube. This is illustrated by the force arrows 12. In addition, the sleeve 7 is exposed to a downward force, as a result of the guide tube being suspended from the sleeve 7. The dark areas show areas of stress. The darker the area, the higher the voltage. The bending moment is transferred from the sleeve 7 to the first brackets 9 and from there to the ring 8, where most of the bending moment is taken up. As can be seen, the highest stresses occur in the ring 8 and in the transition between the ring 8 and the first brackets 9, as well as that of the second brackets 10 which are located opposite the direction of deflection. In addition to this, little tension is transferred to the other brackets 10. The ring 8 thereby takes up most of the bending.

I figur 4 er det illustrert et diagram som viser bøyemomentet i føringen som funksjon av vinkelutslag. Diagrammet er fremkommet ved hjelp av FEM-metoden på samme måte som diagrammet i figur 3, en metode som skulle være velkjent for en fagmann på området. Kurven 13 viser dette for en føring med en ring 8 som er 30 mm tykk. Kurven 14 viser dette for en føring med en ring 8 som er 50 mm tykk. Man ser at for begge tilfeller er bøyemomentkurven forholdsvis bratt ved små vinkelutslag og deretter avtar denne etter hvert som materialet i ringen flyter. For en 30 mm ring vil den bratte delen av kurven ligge mellom 0 og 0,8°, og for en 50 mm ring mellom 0 og 1,3°. Derved blir føringen forholdsvis stiv i de vinkelområder som er aktuelle. Figure 4 illustrates a diagram showing the bending moment in the guide as a function of angular deflection. The diagram has been produced using the FEM method in the same way as the diagram in Figure 3, a method which should be well known to a person skilled in the field. Curve 13 shows this for a guide with a ring 8 that is 30 mm thick. Curve 14 shows this for a guide with a ring 8 that is 50 mm thick. It can be seen that for both cases the bending moment curve is relatively steep at small angular deflections and then decreases as the material in the ring flows. For a 30 mm ring, the steep part of the curve will lie between 0 and 0.8°, and for a 50 mm ring between 0 and 1.3°. As a result, the guide becomes relatively stiff in the relevant angular areas.

Ved installasjon av føringen vil man velge den ringtykkelsen som gir den bøyemomentkurven som er best egnet for det aktuelle tilfellet. Forventet vinkelutslag avhenger av hvilket underlag bunnrammen skal plasseres på; jo mykere underlag, jo større vinkelutslag må ringen 8 absorbere og jo tykkere ring må benyttes. Ringens 8 tykkelse vil fortrinnsvis kunne velges i området 30 mm til 70 mm. Imidlertid er det for spesielle applikasjoner også tenkelig å gå under eller over dette tykkelsesområdet. Man har funnet ut at en ring med en tykkelse på 30 mm vil oppta ca. 1/3 av det maksimale bøyemomentet på lederøret. Med en 70 mm ring vil ringen kunne oppta hele det maksimale bøyemomentet på lederøret. When installing the guide, you will choose the ring thickness that gives the bending moment curve that is best suited for the particular case. The expected angle depends on the surface on which the bottom frame is to be placed; the softer the surface, the greater the angular impact the ring 8 must absorb and the thicker the ring must be used. The thickness of the ring 8 can preferably be selected in the range of 30 mm to 70 mm. However, for special applications it is also conceivable to go below or above this thickness range. It has been found that a ring with a thickness of 30 mm will occupy approx. 1/3 of the maximum bending moment on the guide pipe. With a 70 mm ring, the ring will be able to absorb the entire maximum bending moment on the guide pipe.

Det er også mulig å legge inn en fysisk sperre ved et visst maksimalt vinkelutslag, for eksempel 1,5°, som hindrer føringen å gjøre større utslag enn dette, Den fysiske sperren kan for eksempel tilveiebringes ved at avstanden mellom hylsen 7 og de andre brakettene 10 er tilpasset slik at hylsen støter borti en eller to av brakettene 10 ved det maksimale vinkelutslaget. It is also possible to insert a physical barrier at a certain maximum angular deflection, for example 1.5°, which prevents the guide from making a greater deflection than this. The physical barrier can, for example, be provided by the distance between the sleeve 7 and the other brackets 10 is adapted so that the sleeve bumps into one or two of the brackets 10 at the maximum angle.

Når lederøret 15 er ført gjennom føringshylsen 7 og ned i brønnen henges dette av på toppen av føringshylsen 7 ved et lederørhus (ikke vist) som er montert på lederøret 15. Lederøret støpes så fast i brønnboringen. Deretter kan boringen fortsette med en borekrone med diameter mindre enn lederøret 15. When the guide pipe 15 has been passed through the guide sleeve 7 and down into the well, it is suspended from the top of the guide sleeve 7 by a guide pipe housing (not shown) which is mounted on the guide pipe 15. The guide pipe is then cast firmly in the wellbore. Drilling can then continue with a drill bit with a diameter smaller than the guide pipe 15.

Selv om den ovenfor beskrevne utførelsesformen er den for tiden beste løsningen man pr. i dag tenker seg, kan oppfinnelsen også realiseres på annen måte. Bl.a. kan det Although the embodiment described above is currently the best solution per today one thinks, the invention can also be realized in another way. Blue. can it

tenkes et hylseformet ringelement, som er plassert konsentrisk med føringshylsen og er forbundet med dette via et antall braketter. Denne ringen kan opplagres i brønnrammen på en slik måte at den bøyes ved belastning av føringshylsen. En slik utførelsesform er vist i figur 5. a sleeve-shaped ring element is thought of, which is placed concentrically with the guide sleeve and is connected to this via a number of brackets. This ring can be stored in the well frame in such a way that it bends when the guide sleeve is loaded. Such an embodiment is shown in figure 5.

Figur 5 viser et vertikalsnitt gjennom et utsnitt av en føring. Her er føringshylsen vist ved 7.2 betegner en bjelke i brønnrammen. Bjelken har to flenser 20 og 21 og et steg 23. Ved enden av bjelken 2 strekker det seg en ring 8 mellom flensene 20 og 21. Denne ringen er plassert konsentrisk rundt føringshylsen 7. Utenfor ringen 8 er det utformet en utsparing 24. Ringen 8 er forbundet med føringshylsen 7 via et antall braketter 9, der kun én er vist her. Mellom braketten 9 og ringen 8 er det også et åpent rom 25. Det er også anordnet en andre ring 26, som strekker seg mellom føringshylsen 7 og bjelken 2, som er innrettet til å hindre rotasjon av føringshylsen 7. Under bjelken 2 er det anordnet en plate 27, som virker som en utslagsbegrensning for føringshylsen 7, idet hylsens 7 vinkelutslag stanses når den støter mot platen 27. Figure 5 shows a vertical section through a section of a guide. Here the guide sleeve shown at 7.2 denotes a beam in the well frame. The beam has two flanges 20 and 21 and a step 23. At the end of the beam 2, a ring 8 extends between the flanges 20 and 21. This ring is placed concentrically around the guide sleeve 7. A recess 24 is formed outside the ring 8. The ring 8 is connected to the guide sleeve 7 via a number of brackets 9, of which only one is shown here. Between the bracket 9 and the ring 8 there is also an open space 25. A second ring 26 is also arranged, which extends between the guide sleeve 7 and the beam 2, which is designed to prevent rotation of the guide sleeve 7. Below the beam 2 is arranged a plate 27, which acts as an extension limitation for the guide sleeve 7, as the angular extension of the sleeve 7 is stopped when it collides with the plate 27.

Claims (10)

1. Brønnrammemontert føring (6) for lederør (15), omfattende en føringshylse (7), som er forbundet med en brønnramme (1), karakterisert ved at føringshylsen (7) er forbundet med brønnrammen (1) via et bøyelig element (8).1. Well frame-mounted guide (6) for guide pipe (15), comprising a guide sleeve (7), which is connected to a well frame (1), characterized in that the guide sleeve (7) is connected to the well frame (1) via a flexible element (8). 2. Føring ifølge krav 1, karakterisert ved at det bøyelige elementet er en fra føringshylsen (7) hovedsakelig vinkelrett utadragende ring (8).2. Guide according to claim 1, characterized in that the flexible element is a ring (8) projecting mainly perpendicularly from the guide sleeve (7). 3. Føring ifølge krav 2, karakterisert ved at ringen (8) er forbundet med et antall første braketter (9), som også er forbundet med føringshylsen (7).3. Guide according to claim 2, characterized in that the ring (8) is connected to a number of first brackets (9), which are also connected to the guide sleeve (7). 4. Føring ifølge krav 3, karakterisert ved at ringen (8) er anordnet i avstand fra hylsen (7), slik at krefter overføres fra hylsen til ringen via de første brakettene (9).4. Guide according to claim 3, characterized in that the ring (8) is arranged at a distance from the sleeve (7), so that forces are transferred from the sleeve to the ring via the first brackets (9). 5. Føring ifølge krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at ringen (8) er forbundet med brønnrammen (1) via et antall andre braketter (10).5. Guide according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the ring (8) is connected to the well frame (1) via a number of other brackets (10). 6. Føring ifølge krav 5, karakterisert ved at en respektiv av de andre brakettene (10) er forbundet med brønnrammen (1) i hjørnet som dannes mellom hosliggende bjelker (2, 3,4, 5) i brønnrammen (1).6. Guide according to claim 5, characterized in that a respective one of the other brackets (10) is connected to the well frame (1) in the corner formed between adjacent beams (2, 3, 4, 5) in the well frame (1). 7. Føring ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at de andre brakettene (10) er festet til ringen (8) med en avstand til hylsen (7).7. Guide according to claim 5 or 6, characterized in that the other brackets (10) are attached to the ring (8) at a distance from the sleeve (7). 8. Føring ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at føringens elastisitetskarakteristika er forutbestemt ved valg av ringens (8) tykkelse.8. Guide according to one of the preceding claims, characterized in that the elasticity characteristics of the guide are predetermined by choosing the thickness of the ring (8). 9. Føring ifølge krav 8, karakterisert ved at ringens (8) tykkelse er mellom 30 mm og 70 mm.9. Guide according to claim 8, characterized in that the thickness of the ring (8) is between 30 mm and 70 mm. 10. Føring ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at føringens maksimale vinkelutslag er begrenset av en fysisk sperre.10. Guide according to one of the preceding claims, characterized in that the guide's maximum angular range is limited by a physical barrier.