NO332769B1 - Anordning ved sikkerhetskopling for rorstrengoppheng - Google Patents

Abstract

Det beskrives en anordning ved utløsermodul (4) for innfesting av en rørstreng (3) i en hivkompensert, lastbærende enhet (2) anordnet på en flytende installasjon (1), hvor to el ler flere hydraulikksylinderenheter (41a, 41b, ..., 41n) tildanner en forlengbar forbindelse mellom den hivkompenserte, lastbærende enheten (2) og et parti av rørstrengen (3).

Description

ANORDNING VED SIKKERHETSKOPLING FOR RØRSTRENGOPPHENG

Det beskrives en anordning ved utløsermodul for innfesting av en rørstreng i en hivkompensert, toppdrevet boremaskin anordnet på en flytende installasjon, nærmere bestemt ved at to eller flere hydraulikksylinderenheter tildanner en forlengbar forbindelse mellom den hivkompenserte, toppdrevne boremaskinen og et parti av rørstreng-en.

Ved arbeid på en brønn, for eksempel en olje- eller gassbrønn, fra en flytende installasjon (i det etterfølgende også kalt rigg), er utstyr som er ført ned i brønnen, som regel koplet til riggen via en eller annen form for hivkompensator for å hindre at brønnut-styret beveger seg i vertikal retning i takt med riggens bølge- eller strømgenererte hivbevegelser.

Ved anvendelse av et såkalt vedlikeholdsstigerør, også kalt "workovernser", i kombi-nasjon med en toppdrevet boremaskin, også kalt "top drive", henges vedlikeholdssti-gerøret opp i boremaskinen via strekkfaste opphengsstag ("bails"). Boremaskinens hivkompensator fungerer dermed også som vedlikeholdsstigerørets hivkompensator. For å hindre at vedlikeholdsstigerøret slites av i tilfelle svikt i hivkompensatoren, koples det inn en såkalt "weak link"-enhet, dvs. et svekket element, i opphenget. Dette elementet er ifølge dagens teknikk ofte utført med en eller annen form for skjærbolt-anordnmg som ved brudd frigjør vedlikeholdsrøret fra boremaskinen. Ulempen med slike anordninger er at til dels tunge komponenter kan løsne og dermed falle ned på det underliggende dekket og skade personell som befinner seg der.

Også ved hivkompensert oppheng av andre typer rørstrenger vil svikt i den tilknyttede hivkompensatoren kunne gi samme problemstillinger som det som er beskrevet oven-for.

Fra US 4039177 A er det kjent et boretårnarrangement som hviler på et slingrebøyle-system opplagret i en bærestruktur som strekker seg tvers over en arbeidsbrønn på et boreskip. Slingrebøylesystemet er hivkompensert ved hjelp av hydrauliske sylindre. I slingrebøylesystemet og under et riggdekk er det montert et tungløfteutstyr for heving og senking av borerør. Dette omfatter to sett med hydrauliske sylmdre forbundet par-vis med hver sitt rørkoplingsåk innrettet til løsgjørbar tilkopling til et rør, en rør-seksjon eller en rørstreng.

WO 2000/05483 Al beskriver et apparat innrettet for tilkopling til en toppdrevet boremaskin med den hensikt å forenkle prosessen med oppbygging av en borestreng. Apparatet omfatter et hus som kan koples til boremaskinen, og huset omfatter minst ett gripeelement som er radielt forskyvbart ved hjelp av hydraulisk eller pneumatisk fluid slik at det går i låsende inngrep med et rør for å muliggjøre tiltrekking av en gjengeforbindelse mellom nevnte rør og ytterligere rør. Et bæreelement er forbundet med huset på boremaskinen via to kompenseringssylindre. Kompenseringssylindrene, som inneholder komprimert luft, demper støt av bæreelementet mot et gjenget endeparti under sammenkopling av apparatet og røret samt under den aksiale relative be-vegelsen mellom boremaskinen og røret under sammenskruingen.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste en av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe tilveie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Mellom en lastbærende, hivkompensert enhet, særlig en toppdrevet boremaskin, og en rørstreng er det tilveiebrakt minst to enkeltvirkende hydraulikksylinderenheter på en slik måte at en oppoverragende sylindergavl er tilkoplet boremaskinen, mens rør-strengen er tilkoplet ei stempelstang som rager ut fra en nedovervendende sylindergavl. Et hydraulisk trykk gjennom en fluidport i nevnte nedovervendende sylindergavl bevirker at et sylinderstempel trekker stempelstanga mn i sylinderen. Fluidporten står fortrinnsvis i fluidkommunikasjon med en trykkakkumulator. Denne er av sikkerhetshensyn fortrinnsvis anordnet fjernt fra hydraulikksyhndrene, for eksempel på eller ved et tilstøtende boredekk, men også en lokalisering i umiddelbar nærhet av hydraulikksylinderenheten kan tenkes. Trykkakkumulatoren er fortrinnsvis tilveiebrakt som et langstrakt, sylinderformet legeme, eventuelt flere sylinderformede legemer parallell-koplet ved hjelp av en akkumulatormanifold. En bevegelig akkumulatorvegg, for eksempel utformet som et flytende stempel, danner skille mellom et hydraulikkvæskekammer som står i fluidkommunikasjon med et stempelstangrom i hydraulikksylinderen via en hydraulikkfluidkrets, og et gasskammer som rommer en trykksatt gass. Gasskammeret står i fluidkommunikasjon med et gassreservoar, for

eksempel et gassflaskebatteri, via en akkumulatorfluidledning.

Akkumulatorenhetens arbeidsvolum, dvs. det volumet som gasskammeret, henholdsvis hydraulikkvæskekammeret, kan oppta, overstiger fortrinnsvis det samlede ar-beidsvolumet til alle hydraulikksylmderenhetene. Derved vil hydraulikksylmderenhetene kunne bevege seg i sin fulle lengde uten å begrenses av akkumulatorenhetens arbeidsområde.

Hydraulikkfluidkretsen er fortrinnsvis forsynt med en felles første fluidlednmg som strekker seg fra akkumulatorenheten og til et område nær boremaskinen, hvor det til en manifold er koplet separate, andre fluidledninger som er ført fram til og er tilkoplet hver sin hydraulikksylinderenhet.

Hydraulikkfluidkretsen er forsynt med en sikkerhetsventil anordnet ved hydraulikksy-hnderenhetens fluidport. Sikkerhetsventilen er innrettet til å kunne holde hydraulikkfluidkretsen lukket, dvs. stenge for fluidkommunikasjon mellom hydraulikksylinderenheten og akkumulatorenheten, så lenge trykket i hydraulikksylinderenheten ligger innenfor definerte grenseverdier. Overstiger trykket nevnte verdi, åpnes sikkerhetsventilen slik at hydraulikkfluid dreneres gjennom hydraulikkfluidkretsen og til akkumulatorenheten. Dette vil kunne forhindre for høyt strekk i rørstrengen. Motsatt vil et trykkfall under nedre grenseverdi sørge for at sikkerhetsventilen åpner slik at en trykkstigning sørger for at rørstrengen strekkes og knekkskader unngås.

Et hydraulikkfluidinnløp i akkumulatorenheten er fordelaktig forsynt med en lukkeventil som er innrettet til å kunne lukke hydraulikkfluidinnløpet ved plutselig trykkbortfall i hydraulikkfluidkretsen, for eksempel ved brudd på en hydraulikkfluidledning. Dermed hindres utstrømning av hydraulikkfluid som rommes av akkumulatorenheten.

Endelig er hver av hydraulikksylinderenhetene fortrinnsvis forsynt med en mekanisk stempellås som av sikkerhetshensyn skal kunne låse en fullstendig innskjøvet stempelstang til sylinderen og dermed kunne bære større last enn det en kan gjøre med et foretrukket hydraulisk arbeidstrykk i hydraulikksylinderenheten. Stempellåsen er fordelaktig forsynt med en fjernbetjent låsaktuator, for eksempel hydraulisk betjent.

Hydraulikk- og akkumulatorfluidledninger føres mellom hydraulikksylinderenheten og gassreservoaret på en dertil egnet og hensiktsmessig måte. I en utførelse av oppfinnelsen er en av nevnte ledninger ført inn i en borevæskelednmg gjennom en fluidtett pakning anordnet i en forgrening i borevæskeledningen som i et endeparti er tilkoplet boremaskinen. Forgreningen er anordnet på et egnet sted fjernt fra boremaskinen. Nevnte ledning ligger dermed beskyttet i borevæskeledningen til et borevæskeutløp anordnet i boremaskinen, hvor den er koplet til tidligere nevnte trykkledningsmanifold.

Ved dette arrangementet oppnås det fordelen av å tilveiebringe en kopling mellom rørstrengen og dens hivkompensator hvor en overbelastning av rørstrengen i form av overstrekking eller bortfall av løft grunnet svikt i hivkompensatoren medfører at hyd-raulikksylmderenhetens sikkerhetsventil reduserer, henholdsvis øker arbeidstrykket i hydraulikksylinderenheten. Derved kan boremaskinen, som grunnet svikten i hivkompensatoren følger riggens hivbevegelse, beveges relativt rørstrengen, idet stempelstanga tillates å bevege seg i hydraulikksylinderen, slik at rørstrengen blir stående i ro relativt brønnen så lenge hivbevegelsen ligger innenfor hydraulikksylindrenes slag-lengde.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt en anordning ved utløsermodul for innfesting av en rørstreng i en hivkompensert, toppdrevet boremaskin anordnet på en flytende installasjon og forsynt med to eller flere opphengsstag innbyrdes sammenkoplet via et rørklammer, hvor hvert opphengsstag er tildannet av en hydrauhkksylinderenhet som tildanner en forlengbar forbindelse mellom den hivkompenserte, toppdrevne boremaskinen og et parti av rørstrengen, og hydraulikksylinderenheten på fluidkommuniserende vis er tilknyttet en akkumulatorenhet via en hydraulikkfluid krets, kjennetegnet ved at hydraulikkfluidkretsen omfatter en sikkerhetsventil.

Ei stempelstang kan rage ut fra en nedovervendende sylindergavl.

Hydraulikksylinderenheten kan være innrettet å kunne trekke rørklammeret mot den hivkompenserte, lastbærende enheten.

Sikkerhetsventilen kan være innrettet til å kunne åpne for hydrauhkkfluidkommunika-sjon mellom sylmderenhetene og akkumulatorenheten når et hydraulikkfluidtrykk overstiger en øvre grenseverdi eller faller under en nedre grenseverdi.

Akkumulatorenheten kan være forsynt med minst ett sylinderformet akkumulatorhus hvor et flytende stempel tildanner en bevegelig vegg mellom et hydraulikkvæskekammer og et gasskammer, og hvor akkumulatorenhetens arbeidsvolum er minst like stort som summen av hydraulikksylinderenhetenes arbeidsvolum.

Akkumulatorenhetens gasskammer kan på fluidkommuniserende vis være tilknyttet et trykksatt gassreservoar.

En borevæskeledning som er innrettet til fluidkommunikasjon med et borevæskeutløp anordnet på boremaskinen, kan omslutte i det minste et parti av én eller flere hydrau likk- og akkumulatorfluidledninger som tildanner en kommunikasjon mellom hydraulikksylinderenheten og et trykksatt gassreservoar.

En hydraulikkfluidlednmg kan være ført gjennom en forgrening og mn i borevæskeledningen og til en hydraulikkledningsmanifold anordnet ved borevæskeutløpet på boremaskinen.

Hydraulikkfluidkretsen kan være forsynt med en lukkeventil som er innrettet til ved plutselig trykkfall i hydraulikkfluidkretsen å kunne lukke et hydraulikkfluidinnløp i akkumulatorenheten.

Sylinderenheten kan være forsynt med en stempellås innrettet til mekanisk å kunne fastholde ei stempelstang i et løsgjørbart grep når stempelstanga befinner seg i en mntrukket stilling.

Rørstrengen kan være et vedlikeholdsstigerør.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser ei prinsippskisse av en utløsermodul ifølge oppfinnelsen tilveiebrakt som et oppheng av et vedlikeholdsstigerør i en toppdrevet boremaskin;

og

Fig. 2 viser i større målestokk et utsnitt av en alternativ utførelse av oppfinnelsen, hvor en hydraulikkfluidledning er ført fram til boremaskinen gjennom et parti av en borevæskeledning.

I det etterfølgende er den foreliggende oppfinnelsen beskrevet tilknyttet en toppdrevet boremaskin, men oppfinnelsen kan være tilknyttet en hvilken som helst lastbærende enhet forsynt med hivkompensering og anordnet over et område på en flytende installasjon hvor det foregår borehullsoperasjoner.

På figurene angir henvisnmgstallet 1 den flytende installasjonen, for eksempel en flytende borerigg. En toppdrevet boremaskin 2 er anordnet på i og for seg kjent vis, tilknyttet en borevæskeledning 21 med et borevæskeutløp 211 ved boremaskinen 2 for tilførsel av borevæske til en borestreng (ikke vist). For å forhindre at riggens 1 hivbevegelser overføres til boremaskinen 2 og tilknyttet utstyr er boremaskinen 2 opphengt i en hivkompensator 22 på i og for seg kjent vis.

En rørstreng 3, her vist som et vedlikeholdsstigerør, er for en formålstjenlig operasjon opphengt i boremaskinen 2 for ved hjelp av dennes hivkompensator 22 å kunne holde et tilknyttet nedihullsverktøy (ikke vist) i en ønsket posisjon i et borehull (ikke vist). Et rørklammer 44 er løsgjørbart fastgjort til et parti av vedlikeholdsstigerøret 3, og en utløsermodul 4 strekker seg fra dertil egnede koplingspartier på klammeret 44 og til et opphengsparti på boremaskinen 2.

Utløsermodulen 4 er forsynt med flere hengende, hydraulisk enkeltvirkende sylinder-enheter 41a, 41b,41n, her vist to, 41a, 41b, hvor en første sylindergavl 411 tildanner et lukket endeparti på en sylinders 413 øvre endeparti og tilveiebringer et sy-linderfeste 412 innrettet til dreibar tilkopling til boremaskinen 2. I motsatt endeparti av sylinderen 413 rager ei stempelstang 416 ut fra en andre sylindergavl 414. Til et endeparti av stempelstanga 416 er det fastgjort et stempel 415 som på fluidtettende vis tildanner et trykktett sylindertrykkammer 417 med et maksimalt volum Via, Vlb, ..., Vin, og som via en fluidport 418 og en hydraulikkfluidkrets 42 står i fluidkommunikasjon med en akkumulatorenhet 43. Fluidporten 418 er anordnet i den andre sylindergavlen 414.

Hver hydraulikksylinderenhet 41a, 41b er forsynt med en mekanisk virkende stempellås 419 som er innrettet til å kunne holde stempelstanga 416 i et løsgjørbart grep når stempelstanga 416 er forskjøvet til en mntrukket stilling. Stempellåsen 419 er forsynt med en aktuator 419a innrettet til fjernbetjening av stempellåsen 419.

Hydraulikkfluidkretsen 42 omfatter en første hydraulikkfluidledning 422 som strekker seg fra akkumulatorenheten 43 og til en hydraulikkledningsmanifold 423 som er anordnet nær hydraulikksylmderenhetenes 41a, 41b sylinderfester 412. Fra hydrau-likkledningsmanifolden 423 strekker det seg en andre hydraulikkfluidledning 424 langs hver av hydraulikksyhnderenhetene 41a, 41b og til den andre sylindergavlen 414 hvor hydraulikkfluidlednmgen 424 via en sikkerhetsventil 421 er tilkoplet den respektive hydraulikksylinderenhetens 41a, 41b fluidport 418.

Akkumulatorenheten 43 omfatter et sylinderformet akkumulatorhus 431 som ved hjelp av et flytende, fluidtettende stempel 435 tildanner et hydraulikkvæskekammer 433 og et gasskammer 434. Hydraulikkvæskekammeret 433 er forsynt med et hyd-raulikkfluidinnløp 436 som via en lukkeventil 6 er tilkoplet den første hydraulikkfluidlednmgen 422. Gasskammeret 434 er via en gassport 437 tilkoplet en akkumulatorflu-idlednmg 45 som på fluidkommuniserende vis er tilkoplet et gassreservoar 5 av i og for seg kjent utførelse, for eksempel et batteri av gassflasker fylt med nitrogen under høyt gasstrykk. Akkumulatorenhetens arbeidsvolum V2 er minst like stort som summen av hydraulikksylmderenhetenes 41a, 41b arbeidsvolum Via + Vlb. Sikkerhetsventilen 421 er innstilt til å holde fluidløpet mellom hydraulikksylmderenhetenes 41a, 41b sylindertrykkammer 417 og akkumulatorenhetens 43 hydraulikkvæskekammer 433 lukket så lenge trykket i sylindertrykkammeret 417 ligger mellom en øvre og en nedre hydraulikkfluidtrykkgrenseverdi Pl, P2. Den øvre hydrauhkkfluid-trykkgrenseverdien Pl bestemmer når sikkerhetsventilen 421 skal åpne og forhindre at svikt for eksempel i boremaskinens 2 hivkompensator 22 skal påføre vedlikeholds-stigerøret 3 for stor strekkbelastnmg, mens den nedre hydraulikkfluidtrykkgrensever-dien P2 bestemmer når sikkerhetsventilen 421 skal åpne og forhindre at tilsvarende svikt ved motsatt hivbevegelse av riggen 1 påfører vedhkeholdsstigerøret 3 for stor nedoverrettet belastning grunnet vedhkeholdsstigerørets 3 egenvekt, for derved å forhindre at vedhkeholdsstigerøret 3 knekker.

Lukkeventilen 6 er innstilt til å lukkes ved plutselig trykkfall i hydraulikkfluidkretsen 42.

Akkumulatorenheten 43 vil typisk være sammensatt av flere parallellkoplede stan-dardakkumulatorer for å tilveiebringe tilstrekkelig kapasitet til en fornuftig pris.

I en alternativ utførelse (se figur 2) er den første hydraulikkfluidledningen 422 ført mn i borevæskeledningen 21 gjennom en forgrening 212 som ved hydraulikkfluidlednmg-ens 422 innløp er forsynt med en grenpakning 213 for å sikre fluidtettende innføring av hydraulikkfluidledningen 422. På tilsvarende vis er hydraulikkfluidledningen 422 ført ut av borevæskeutløpet 211 gjennom en pakning (ikke vist). Ved denne utførelsen ligger hydraulikkfluidledningen 422 beskyttet i borevæskeledningen 21 i et område av riggen 1 hvor det er relativt stor fare for at ledninger av denne art kan skades på grunn av forflytting av verktøy og andre elementer til og fra boredekket.

I nok en utførelse (ikke vist) kan hydraulikksylmderenhetene 41a, 41b være forsynt med hver sin akkumulatorenhet 43 for eksempel anordnet langs hydraulikksylinderenhetens 41a, 41b periferi. I en slik utførelse er gassreservoaret 5 plassert fjernt fra akkumulatorenhetene 43. Med en slik utførelse vil gjeldende sikkerhetsforskrifter kunne generere behov for ytterligere sikkerhetselementer som ikke er beskrevet eller vist her.

En fjernbetjent kontrollenhet 7 er anordnet på et dertil egnet sted på riggen 1, for eksempel i et kontrollrom (ikke vist) for overvåking og styring av borehullsoperasjoner. Kontrollenheten 7 er typisk forsynt med midler (ikke vist) for fjerninnstilling og fjernavlesing av ventiler 421, 6, overvåking av gassreservoaret 5 og overvåking av det hydrauliske fluidtrykket i utløsermodulen 4.

Claims (11)

1. Anordning ved utløsermodul (4) for innfesting av en rørstreng (3) i en hivkompensert, toppdrevet boremaskin (2) anordnet på en flytende installasjon (1) og forsynt med to eller flere opphengsstag innbyrdes sammenkoplet via et rørklammer (44), hvor hvert opphengsstag er tildannet av en hydraulikk-sylmderenhet (41a, 41b, 41n) som tildanner en forlengbar forbindelse mellom den hivkompenserte, toppdrevne boremaskinen (2) og et parti av rørstrengen (3), og hydraulikksylinderenheten (41) på fluidkommuniserende vis er tilknyttet en akkumulatorenhet (43) via en hydraulikkfluidkrets (42),karakterisert vedat hydraulikkfluidkretsen (42) omfatter en sikkerhetsventil (421).

2. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat ei stempelstang (416) rager ut fra en nedovervendende sylindergavl (414).

3. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat hydraulikksylinderenheten (41) er innrettet å kunne trekke rørklammeret (44) mot den hivkompenserte, lastbærende enheten (2).

4. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat sikkerhetsventilen (421) er innrettet til å kunne åpne for hydraulikkfluid-kommunikasjon mellom sylinderenhetene (41a, 41b, 41n) og akkumulatorenheten (43) når et hydrauhkkfluidtrykk overstiger en øvre grenseverdi (Pl) eller faller under en nedre grenseverdi (P2).

5. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat akkumulatorenheten (43) er forsynt med minst ett sylinderformet akkumulatorhus (431) hvor et flytende stempel (435) tildanner en bevegelig vegg mellom et hydraulikkvæskekammer (433) og et gasskammer (434), og hvor akkumulatorenhetens (43) arbeidsvolum (V2) er minst like stort som summen av hydraulikksylinderenhetenes (41) arbeidsvolum (Via + Vlb + ... + Vin).

6. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat akkumulatorenhetens (43) gasskammer (434) på fluidkommuniserende vis er tilknyttet et trykksatt gassreservoar (5).

7. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat en borevæskeledning (21) som er innrettet til fluidkommunikasjon med et bo- revæskeutløp (211) anordnet på boremaskinen (2), omslutter i det minste et parti av én eller flere hydraulikk- og akkumulatorfluidledninger (422, 45) som tildanner en kommunikasjon mellom hydraulikksylinderenheten (41) og et trykksatt gassreservoar (5).

8. Anordning i henhold til krav 7,karakterisert vedat en hydraulikkfluidledning (424) er ført gjennom en forgrening (212) og inn i borevæskeledningen (21) og til en hydraulikkledningsmanifold (423) anordnet ved borevæskeutløpet (211) på boremaskinen (2).

9. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat hydraulikkfluidkretsen (42) er forsynt med en lukkeventil (6) som er innrettet til ved plutselig trykkfall i hydraulikkfluidkretsen (42) å kunne lukke et hydraulikkfluidinnløp (436) i akkumulatorenheten (43).

10. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedatsy-linderenheten (41a, 41b, ..., 41n) er forsynt med en stempellås (419) innrettet til mekanisk å kunne fastholde ei stempelstang (416) i et løsgjørbart grep når stempelstanga (416) befinner seg i en inntrukket stilling.

11. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat rørstrengen (3) er et vedlikeholdsstigerør.