NO334558B1 - Anordning for å hindre utvasking av masse under havbunnsboring - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder generelt en utvaskingsforhindrer for å forebygge kollaps av grunnen på toppen av den kritiske sonen i undervanns boreoperasjoner.

Mer spesifikt gjelder den foreliggende oppfinnelsen en anordning for å forhindre utvasking ved undervannsboring, og som har minst ett klaffeelement festet til området for de laterale veggene i et forankringsfundament, for å kunne holde på grunnen rundt forankringsfundamentet.

Mer spesifikt gjelder den foreliggende oppfinnelsen en anordning for å forhindre utvasking ved undervannsboring i henhold til ingressen av krav 1.

TEKNISK BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Brønnhodesystemer for leting under vann vil typisk omfatte et brønnhode som har et brønnhodehus festet til brønnens foringsrør. En utblåsningssikring plasseres på toppen av brønnhodet og et ventiltre vil kunne plasseres inn mellom brønnhodet og utblåsningssikringen. Brønnrammen støtter opp for brønnhodene, mens undervannsfundamenter for sugeforankringen vil støtte opp for brønnrammen og andre undervannskonstruksjoner.

Fra NO 139231 er det kjent et forankringsfundament omfattende en sentral brønnramme som er utstyrt med en åpning for gjennomføring av en borestreng. Til hvert av brønnrammens hjørner er det hengslet støtteorganer som ytterst er utstyrt med plane fotplater. Disse fotplatene øker brønnrammens kontaktareale med havbunnen og vil bevirke stabilisering av grunnen.

Imidlertid må en slik brønnramme, som er beregnet på å ligge oppå havbunnen, være svært tung. Dette gjør installasjonen av brønnrammen krevende.

Til vanlig vil forankringsfundamenter under vann omfatte fire vertikale sylinderkonstruksjoner. I den senere tid har slike forankringsfundamenter blitt utviklet som én enkelt sylinder istedenfor fire, ofte alminnelig kjent som en monobøtte (engelsk: «monobucket»). Undervanns forankringsfundamenter støtter normalt opp for en ramme og brønnsluseinnsatser for opp til fire brønner.

Ved undervanns boreoperasjoner på havbunnen møtes det ofte på utvasking av grunnen på toppen, ved den innledende boringen på havbunnen, opp til en dybde på rundt 10 til 20 meter.

Denne utvaskingen skyldes vanligvis trykk fra boreslam, som fysisk tvinger grunnens struktur ut av det borede hullet på havbunnen. Dette har virkning som en trykkvasker og sprenger ut grunnen. Dette er faktisk en utfordring ved boreoperasjoner siden, ned til omtrent 20 meters dybde, vil havbunnen for det meste omfatte en ukonsolidert løs formasjon.

En slik utvasking vil også kunne forekomme når det er store fluidvolumer, i størrelsesorden av 2000 og 5000 liter per minutt, som spyles ut av borehullet.

Sluttresultatet vil, ved utvasking i løpet av de første 10 til 20 meterne med boring, være et konisk hull i grunnen med en toppdiameter på rundt 7-8 meter.

Det er også en vanlig erfaring ved boreoperasjoner, at et slikt konisk hull vil være en fryktet trussel for stabiliteten for undervanns forankringsfundamenter, og følgelig for brønnrammen, som ofte gjør hele installasjonen som har blitt beskrevet her verdiløs. En kollaps av rammen vil være en ekstrem eventualitet.

Således har tidligere teknikk på dette området gjort flere forsøk på å holde tilbake toppmassene under boreoperasjoner. Imidlertid har slike anordninger ofte blitt funnet å ha en komplisert konstruksjon, som har et vesentlig antall komponenter, og som vil føre til en omstendelig og kostbar installasjon.

Videre har til nå tidligere teknikk ikke vært fokusert på å utvikle en enkel anordning, som har blitt tilpasset til å fungere i umiddelbar nærhet med undervanns forankringsfundamenter og rundt brønnsluseinnsatser, slik at det oppnås en tilbakeholdelse av grunnen rundt slike fundamenter.

For eksempel viser WO 2004018830 en anordning for å forhindre en slik utvasking, som omfatter en modifikasjon av borestammen slik at den omfatter et antall borerør. Hvert borerør har et innvendig sentrisk rør og et utvendig rør, for således å ha en ringromformet plass mellom disse. Den ringromformete plassen anordnes for å frakte returfluid ut av borehullet. Dette dokumentet viser en anordning som har de ulempene som er nevnt i de to foregående avsnittene.

Følgelig har det vært et lenge følt behov for en anordning som forhindrer utvasking av grunnen ved undervannsboring som, i tillegg til å være enkel, er tilpasset for å fungere i umiddelbar nærhet med undervanns forankringsfundamenter og rundt brønnsluseinnsatser, slik at det oppnås en tilbakeholdelse av grunnen rundt slike fundamenter.

Det er også kjent at flater med store arealer, det vil si et stort horisontalt areal (som er en sannsynlig løsning for å forhindre utvasking) har svært vanskelig for å komme gjennom plaskesonen (det vil si den sonen som har den første intermitterende kontakt med havoverflaten). Den kritiske parameteren som vil gjøre seg gjeldende i beregninger for plaskesonen vil øke med arealet (som en faktor for vekt) og vil øke med bølgehøyden. Dette fører til at strukturer med store flater får et svært begrenset operasjonsvindu for sjøsetting gjennom plaskesonen. Et redusert eksponert areal gir et større operasjonsvindu.

Dermed oppstår det et behov for å finne en fremgangsmåte for å redusere det eksponerte arealet når det skal sjøsettes gjennom plaskesonen, mens det fortsatt skal være mulig å forhindre utvasking slik som nevnt tidligere.

Dermed er det også et behov for en anordning som forebygger utvasking av grunnen ved undervannsboring, som skal være tilpasset for en lett å kunne nedsenkes gjennom plaskesonen.

Den foreliggende oppfinnelsen imøtekommer de tidligere nevnte lenge følte behov samt andre tilknyttede behov.

FORMÅL MED OPPFINNELSEN

Det prinsipale formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning for å forebygge utvasking av grunnen ved undervannsboring som, i tillegg til å være enkel, er tilpasset til å fungere i umiddelbar tett nærhet til forankringsfundamenter under vann og rundt brønnsluseinnsatser, slik at det oppnås en tilbakeholdelse av grunnen rundt slike fundamenter.

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning for å forhindre utvasking av grunnen ved undervannsboring, som er tilpasset for med letthet å bli senket gjennom plaskesonen.

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning til å forebygge utvasking av grunnen ved undervannsboring, som er tilpasset til å ha et minimalt projisert areal mot havflaten gjennom plaskesonen, og dessuten under den følgende nedsenking mot havbunnen.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning for å forebygge utvasking av grunnen ved undervannsboring, som er tilpasset for å operere under ekstreme væreforhold, for derved å redusere tid og kostnader.

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning til å forebygge utvasking av grunnen ved undervannsboring, som er tilpasset til å virke som en hovedsakelig horisontal konstruksjon som omslutter brønnsluseinnsatsen for å stanse utvasking av havbunnen.

Det er enda et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning til å forbygge utvasking av grunnen ved undervannsboring, som er tilpasset for å bli senket ned på havbunnen med en ROV og / eller med kabel og vinsj.

Det er enda et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et undervanns forankringsfundament som er tilpasset for å støtte opp for en undervannsstruktur, så som en ramme, som i umiddelbar nærhet er operativt knyttet til en anordning som forebygger utvasking av grunnen ved undervanns boring, hvor anordningen oppfyller noen eller alle formål som er beskrevet ovenfor.

Hvordan de foregående formålene oppnås, og noen andre fordelaktige særtrekk som ikke er vist i tidligere teknikk, vil bli klart ut fra den følgende ikke - begrensende beskrivelsen.

Gjennom hele beskrivelsen, kravene innbefattet, skal ordene «undervanns», «klaffeelement / klaffe», «borkrone», «borestang», «forankringsfundament»,

«ramme», «brønnsluseinnsats», «brønnsluse» tolkes i den bredeste betydningen av de respektive uttrykkene, og innbefatter alle tilsvarende gjenstander innen fagfeltet som er kjent ved andre uttrykk, slik som vil være innlysende for fagpersoner på området. Restriksjoner / begrensinger, dersom det skulle være noen slike, som er referert til i beskrivelsen, vil kun være som eksempel på og for forståelse av den foreliggende oppfinnelsen.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

I henhold til et første aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er det vist en anordning for å forebygge utvasking av grunnen ved undervannsboring, som har midler til å kunne holde på grunnen rundt forankringsfundamentet, i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1.1 henhold til den foreliggende oppfinnelsen er et i og for seg kjent klaffeelement hengslet til en konstruksjon som støtter opp brønnsluseinnsatsen tilstøtende den laterale veggen til det undervanns monobøtte-fundamentet, og at klaffelementet er utstyrt med åpning for å ta imot brønnsluseinnsatsen.

Fortrinnsvis er klaffeelementet hengslet langs de laterale veggene på forankringsfundamentet.

I en fordelaktig utførelsesform er nevnte klaffeelement anordnet til å bli værende i sin posisjon med hovedplanet hovedsakelig parallelt med og i nærheten av de laterale veggene til fundamentet under installasjon gjennom vannet.

I en alternativ utførelse har nevnte klaffeelement en foldelinje over dens hovedplan og partier på hver side av foldelinjen blir foldet vertikalt sammen som sommerfuglvinger under installasjon gjennom vannet.

I en fordelaktig utførelse er nevnte klaffeelement, når det er i parallell orientering med havbunnen, anordnet til å være vertikalt justerbart i forhold til havbunnen for å tilpasses til havbunnsprofilen og sikre optimal kontakt med havbunnen.

Fortrinnsvis er nevnte klaffeelement tilpasset for å bli fastgjort overfor brønnsluseinnsatse ved hjelp av en justeringsanordning, slik som en flerhet av justeringsskruer.

I en fordelaktig utførelse har nevnte klaffeelement en sirkulært eller rektangulært eller kubisk eller foldet form og er hovedsakelig flatt med en mulig nedovervendt flens

KORT BESKRIVELSE AV DE MEDFØLGENDE TEGNINGENE

Etter å ha beskrevet de viktigste særtrekkene ved oppfinnelsen ovenfor vil det nå i det som følger bli gitt en mer detaljert og ikke - begrensende beskrivelse av noen foretrukne utførelsesformer med henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 er et skjematisk lengdesnitt av en typisk grunnformasjon, hvor boring blir utført på havbunnen.

Figur 2 illustrerer en eventualitet der borehullet er vasket ut under boring.

Figur 3 illustrerer en foretrukket utførelsesform av anordningen, i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, med klaffen vertikalt på havbunnen. Figur 4 illustrerer anordningen i figur 3 med klaffen anbragt hovedsakelig parallelt med havbunnen. Figur 5 illustrerer en forstørret betraktning av en detalj av anordningen vist i figur 4. Figur 6 illustrerer et forstørret oppriss av en detalj av anordningen vist i figurene 3, 4 og 5, med klaffen lagt i vertikal stilling. Figur 7a illustrerer en skjematisk en annen foretrukket utførelsesform av anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen med klaffen festet til sideveggene til en monobøtte og i en parkert posisjon. Figur 7b illustrerer anordningen i figur 7a med klaffen som åpner for operasjon. Figur 7c illustrerer anordningen av figur 7a med klaffen i åpen tilstand, klar for operasjon. Figur 8a illustrerer skjematisk den foretrukne utførelsesformen av anordningen vist i figurene 3 til 5 med klaffen festet til sideveggene yil en monobøtte og i en parkert stilling. Figur 8b illustrerer anordningen av figur 8a med klaffen som åpner for operasjon. Figur 8c illustrerer anordningen i figur 8a med klaffen i åpen tilstand, klar for operasjon. Figur 9a illustrerer skjematisk en annen foretrukket utførelsesform av anordningen, i henhold til den fortrukne utførelsesformen, med klaffen festet til sideveggene på en monobøtte og som åpner for operasjon. Figur 9b illustrerer anordningen i figur 9a med klaffen i åpen tilstand, klar for operasjon.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

I det som nå følger vil det bli tilveiebragt en detaljert, ikke - begrensende beskrivelse av noen foretrukne utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen som er kun ment som eksempler.

Boring av et borehull på havbunnen 2 er vist i figurene 1 og 2. Disse to figurene har ikke følger for den foreliggende oppfinnelsen og har blitt inkludert fra tidligere erkjent teknikk for å forklare det problemet som den foreliggende oppfinnelsen gir et forslag på å løse.

Det skraverte området i figur 1 indikerer den kritiske sonen 3 tett opp til det borehullet som er tilbøyelig for utvasking. Dette indikerer de første 10 til 20 meterne av den ukonsoliderte grunnformasjonen 4. Figur 4 viser borestrengen 5 og dessuten borekronen 6 og rammen 1.

Figur 2 viser sluttresultatet av en utvasking på grunn av store fluidvolumer som skylles ut fra borehullet. Dette fluidet vil kunne være boreslam. Utvaskingssonen er et hovedsakelig konisk hull, slik som vist, med en toppdiameter på for eksempel 7 til 8 meter. Figuren viser også forskyvningen av rammen 1 på grunn av uthuling av et parti av havbunnen 2 i den løse formasjonssonen 4.

Som nevnt tidligere skjer dette primært på grunn av at det undervanns sugeforankringsfundamentet, som støtter opp for rammen, også blir destabilisert på grunn av utvasking og uthuling av grunnen.

Dette er nøyaktig det som den foreliggende oppfinnelsen er fokusert på å forebygge, det vil si at målet vil være å holde tilbake grunnen rundt brønnsluseinnsatsene ved siden av forankringen. Løsningen i den foreliggende oppfinnelsen har ikke blitt foreslått eller tenkt ut i tidligere teknikk.

Av hensyn til få en forståelse på en forenklet måte, er det vist en anvendelse av den foreliggende oppfinnelsen på et enkelt fundament / monobøtte. For fagpersoner innen området bør det forstås at den foreliggende oppfinnelsen er effektivt anvendelig med hensyn til alle typer forankringsfundamenter under vann, som støtter opp brønnrammer og andre undervannsstrukturer. Videre, av hensyn til forenkling i beskrivelsen, er det kun en klaffe 7' som er vist. Imidlertid vil det kunne være én eller flere slike klaffer 7' rundt fundamentene og brønnsluseinnsatsene.

I alle figurer vil like henvisningstall representere de samme konstruksjonsmessige særtrekkene.

Som vist i figur 3 omfatter utvaskingsforhindreren en klaffe 7' festet til sideveggen på en monobøtte 7 ved hjelp av en hengselssammenføyning 11. Selvsagt vil klaffen 7'kunne være hengslet enten på sideveggen av monobøtten slik som vist i figur 3 eller under en konstruksjon 9, som støtter opp brønnsluseinnsatsene 8.

Figur 3 indikerer en stilling hvor klaffen 7' er vertikal på havbunnen 2. Klaffene er hengslet slik at når monobøtten 7 løftes opp fra fartøyet (ikke vist) og den senkes gjennom plaskesonen (ikke vist), vil klaffene være i en lagret stilling, foldet vertikalt langs med sideveggen på monobøtten 7 slik som vist i figur 3 (også vist i figurer 7a, 8a, 9a, som omtalt senere) eller foldet vertikalt som vinger under brønnsluseinnsatsene 8.

Fordelen med det arrangement som er vist i det foregående avsnittet er å sikre et minste utragende område mot havflaten gjennom plaskesonen, og dessuten under nedsenkingen mot havbunnen 2. Klaffen 7' har et sentrisk hull 7" som brønnsluseinnsatsen 8 og enderøret 8' kan passere gjennom. Den bidrar også til at klaffen 7' kan forbli værende på stedet under boring. Den nøyaktige formen på det sentriske hullet 7" justeres for å passe med hengselsgeometrien. Generelt vil det fortrinnsvis være et avlangt hull.

Når den har nådd sin posisjon på havbunnen 2, blir klaffen 7' åpnet enten ved bruk av en undervanns-ROV eller ved hjelp av en vaier og vinsj fra overflaten.

Figur 4 viser posisjonen når klaffen 7' er klar til operasjon og er hovedsakelig parallell med havbunnen 2 som skal bores.

Hengselssammenføyningen 11, slik som vist i figurene 3 og 4 og dessuten i de etterfølgende figurene 5 og 6, vil kunne være utstyrt med en slisse 11' for hengselsstiften 11. Dette sikrer at klaffen 7' først vil bli ført gjennom en svingende bevegelse for å gjøre den parallell med havbunnen som skal bores, etterfulgt av en vertikal justering og innretting med den egentlige havbunnen 2. Klaffen 7' vil kunne være noe skråstilt i forhold til horisontalen for å passe til havbunnsprofilen og sikre maksimum kontakt med havbunnen 2.

Som vist i ytterligere detalj i figurene 4 og 5, vil klaffen 7' være forhindret fra å bevege seg i vertikal retning straks den har kommet i inngrep med justeringsskruer i et tre-punkts system 10 som er festet på brønnsluseinnsatsen 8.

Figur 5 er en forstørret detaljering av figur 5 mens figur 6 viser, av hensyn til forståelse av de forskjellige komponentene, anordningen fra undersiden.

Klaffene 7' vil kunne være fullstendig flate eller være kurvete for å passe med den ytre profilen på monobøttens diameter, eller være flate med en nedadgående vendt flens, som danner en grunn bøtte. Figur 7a illustrerer skjematisk en annen foretrukket utførelsesform av klaffen 7' festet til sideveggene på en monobøtte 7 i parkert tilstand. Klaffen 7' er her rektangulær. Figur 7(b) illustrerer klaffen 7' mens den blir løftet opp for operasjon. Figur 7c illustrerer klaffen 7' vist i figur 7a i fullstendig løftet tilstand, klar til operasjon. Figur 8a illustrerer skjematisk den foretrukne utførelsesformen av klaffen T vist i figurene 3 til 5 festet til sideveggene på en monobøtte 7 i parkert tilstand. Klaffen 7' er her rektangulær. Figur 8b illustrerer klaffen T mens den blir løftet opp for operasjon. Figur 8c illustrerer klaffen 7' vist i figur 8a i fullstendig løftet tilstand, klar til operasjon. Figurer 9a og 9b viser en alternativ utførelsesform, hvor klaffen 7' vil kunne foldes over seg selv ved en folde-linje, som strekker seg diametralt over klaffen 7', tilsvarende vingene på en sommerfugl, når anordningen blir senket ned gjennom vannet. Figur 9a illustrerer skjematisk klaffen 7' festet til sideveggene på en monobøtte 7 mens den blir åpnet for operasjon. Figur 9b illustrerer skjematisk klaffen 7', vist i figur 9a i en utfoldet åpen tilstand, klar for operasjon.

Den enkle konstruksjonen, som tidligere er beskrevet her, holder igjen grunnen rundt forankringen 7, ved de første rundt 10 til 20 meterne med boring. Den klaffe-lignende utformingen 7' som er hovedsakelig parallell med havbunnen 2 under boreoperasjonen, og som virker som et lokk eller en lås, og dermed holder grunnen på plass under det trykket som utøves av fluidet. Videre tilveiebringer klaffen en solid barriere mot eventuell begynnende lekkasje eller forhindrer en vei for fluidet. Dermed forhindres det at det dannes en vei til havet, og følgelig vil sjansene for utvasking vil være sterkt redusert.

Dermed vil den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringe en hovedsakelig horisontal konstruksjon på havbunnen som omslutter en brønnsluseinnsats for å forebygge utvasking. Den sikrer også at det er et minimum av areal mot havflaten gjennom plaskesonen under dens installasjon. Reduksjon av projisert areal vil også tillate et større operasjonsvindu, og dermed operasjon i mer ekstremvær, som til slutt reduserer nødvendig tid og kostnad for installasjon.

Ut fra den foregående beskrivelsen og dessuten fra de vedføyde krav, vil det være klart for fagpersoner på området at alle formål med den foreliggende oppfinnelsen blir nådd.

Den foreliggende oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til noen foretrukne utførelsesformer og noen tegninger kun av hensyn til forståelsen og det bør være klart for fagpersoner på området, at den foreliggende oppfinnelsen innbefatter alle legitime modifikasjoner innenfor virkeområdet for det som har blitt beskrevet her tidligere og krevet i de vedføyde kravene.

Claims (7)

1. Anordning ved undervanns forankringsfundament, i form av et monobøtte-fundament (7), som er utstyrt med midler for å forhindre utvasking av grunnen ved undervanns boring, med i det minste et hovedsakelig plant klaffeelement (7') tilpasset til å være plassert hovedsakelig parallelt med havbunnen og virke som et lokk eller en lås for fysisk å holde grunnen på plass, idet klaffeelementet (7') er festet til forankringsfundamentet (7) på en slik måte at klaffeelementet (7') kan orienteres med hovedplanet for klaffen (7') parallelt med forflytningsretningen når forankringen (7) blir senket ned til havbunnen, og orienteres med hovedplanet hovedsakelig parallelt med havbunnen når forankringen (7) har nådd havbunnen,karakterisertved at klaffeelementet (7') er hengslet til en konstruksjon (9) som støtter opp brønnsluseinnsatsen (8) tilstøtende den laterale veggen til det undervanns monobøtte-fundamentet (7), og at klaffelementet (7') er utstyrt med åpning (7") for å ta imot brønnsluseinnsatsen (8).

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert vedat nevnte klaffeelement (7') er hengslet (11) langs de laterale veggene på det undervanns monobøtte-fundamentet (7).

3. Anordning i henhold til et hvilket som helst av krav 2,karakterisert vedat nevnte klaffeelement (7') er anordnet til å bli værende i sin posisjon med hovedplanet hovedsakelig parallelt med og i nærheten av de laterale veggene til fundamentet (7) under installasjon gjennom vannet.

4. Anordning i henhold til et hvilket som helst av krav 2 eller 3,karakterisert vedat nevnte klaffe har en foldelinje over dens hovedplan og at partier på hver side av foldelinjen blir foldet vertikalt sammen som sommerfuglvinger under installasjon gjennom vannet.

5. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte klaffeelement (7'), når det er i parallell orientering med havbunnen (2), er anordnet til å være vertikalt justerbart i forhold til havbunnen (2) for å tilpasses til havbunnsprofilen og sikre optimal kontakt med havbunnen (2).

6. Anordning i henhold til et hvilket som helst av krav 3 til 5,karakterisert vedat nevnte klaffeelement (7') er tilpasset for å bli fastgjort overfor brønnsluseinnsatsen (8) ved hjelp av en justeringsanordning (10), slik som en flerhet av justeringsskruer.

7. Anordning i henhold til et hvilket som helst av foregående krav,karakterisert vedat nevnte klaffeelement (7') har en sirkulært eller rektangulært eller kubisk eller foldet form og er hovedsakelig flatt med en mulig nedovervendt flens.