NO343587B1

NO343587B1 - Verktøy og metode for lukket brønnoperasjon.

Info

Publication number: NO343587B1
Application number: NO20150229A
Authority: NO
Inventors: Tor-Øystein Carlsen; Trond Løkka
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2019-04-08
Also published as: US10858903B2; EP3259440A4; EP3259440A1; EP3259440B1; US20180038185A1; NO20150229A1; WO2016133401A1

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler et verktøy som muliggjør lukket operasjon av undervanns brønner eller tilhørende brønnholdemoduler hvor verktøyet omfatter et hus som inneslutter et slusevolum, et nedre tilkoblingspunkt for tilkobling av verktøyet til et undervanns brønnhode, og en mellomliggende heiseinnretning for heising og operasjon av et innvendig brønnverktøy.

Oppfinnelsen omfatter et verktøy som angitt i krav 1. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for bruk av verktøyet som angitt i krav 7.

Oppfinnelsens anvendelsesområde

Oppfinnelsen omhandler et verktøy og tilhørende fremgangsmåte for å muliggjøre operasjoner i undervannsbrønner, uten bruk av kabel eller kveilrør opp til rigg, skip eller plattform. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse å ivareta krav om to uavhengige brønn barriere konvolutter - uten å benytte seg av kutte og stenge funksjoner, slik at lettere utstyr kan benyttes for å installere, teste og vedlikeholde brønner, brønnhodestakker og tilknyttet utstyr. Dette vil muliggjøre å flytte tradisjonelle operasjoner fra tyngre borerigger til lettere fartøy som båter og skip. Oppfinnelsen tilrettelegger derimot også for bruk av tradisjonelle overhalingssystemer som alternativ uavhengig operasjon, dersom den nye teknikken ikke fullfører operasjonen som planlagt.

Bakgrunn

Bakgrunnen for oppfinnelsen er petroleumsnæringens behov for kostnadsreduserende undervannsoperasjoner med lik eller høyere sikkerhetsnivå sammenlignet med dagens praksis. Det er allment kjent at det kreves høye investering i både utstyr og operasjonskostnader å bygge ut og drifte et undervannsfelt bestående av gjerne flere brønner med tilhørende ventiltre. En stor del av kostnaden for en slik utbygging har bakgrunn i bore-, ferdigstillelse-, oppstart- og vedlikeholds operasjoner av brønner. Tradisjonelt så har næringen benyttet større bore-rigger med eget bore system til å bore mot reservoar for så å installere undervannsbrønnhode og innvendige foringsrør. Etter dette er installert så blir et ventiltre satt på brønnhodet for å kunne kontrollere produksjonen etter oppstart. Det har vært vanlig at også dette ventiltreet installeres fra boreriggen. Oppstart av brønnen skjer gjerne med bruk av såkalt workover systemer (overhalings system) som kobles ned på ventiltreet og som gir en mekanisk tilgang fra borerigg til undervannsbrønn og reservoar. Det vil være mulig å kjøre ned innvendig arbeidsverktøy på stålstreng (wireline operasjon) eller mindre arbeidsrør (coiled tubing – typisk 2” rør) ned i brønnen, ved hjelp av et workover system, for å trekke plugger og åpne mot reservoar for produksjon. Et slikt workover system kan også benyttes i vedlikeholds arbeid ned i brønnen for å styre eller optimalisere produksjonen gjennom brønnens levetid. Felles for slike operasjoner og systemer er at de medfører høy kostnad å tilvirke, operere og vedlikeholde.

Det eksisterer derfor en etterspørsel for løsninger som er nyttig for installasjon og testing av undervanns ventiltrær, samt vedlikehold av brønner uten anvendelse av en borerigg. Denne teknologien eller utstyret skal derfor muliggjøre å flytte slike operasjoner til lettere fartøyer eller skip som det ikke nødvendigvis er krav til å kunne håndtere hydrokarboner opp til fartøyets dekk. Det vil også være hensiktsmessig å la boreriggen utføre den operasjon som den er optimalisert for – nettopp å bore brønnen og installere forings- og produksjonsrør. Dette vil medføre mer effektiv utnyttelse av boreriggen da den slipper å skifte mellom type stigerørsystem som er i bruk. Logistikken ombord på riggen vil også bli enklere dersom ventiltreet ikke blir tatt ombord, da dette krever både plass og håndtering av store vekter (typisk 30 – 50 tonn). Den tunge vekten og størrelsen til et workover system er også vesentlig da et slikt system medfører mange containere på dekk, samt store tromler med navlestrenger.

Det vil være ønskelig å introdusere ny teknologi som både reduserer operasjonskostnader, som har mindre vekt og størrelse og som ikke eksponerer personell for brønntrykkpåkjent utstyr. Dette vil gi reduserte krav til løfte og håndteringsutstyr om bord på fartøyet, samt forbedret HMS. En hovedgrunn til den store vekten for bore- og workover systemer er kravet om å kutte bore- eller arbeidsstrengen som penetrerer barrierekonvolutter etter behov. Et eksempel på et dette vil være ved tap av brønnkontroll slik at hovedsikkerhetsventiler må aktiveres og stenge inn eller isolere brønnen fra omgivelsene. Slike sikkerhetsventiler er gjerne kjent som elementer i en Blow Out Preventer (BOP) eller en Lower Riser Package (LRP). Vekten på en BOP kan gjerne være fra 200tonn til 500tonn, mens en LRP har en typisk vekt fra 30 tonn til 50 tonn. Oppfinnelsen som foreligger har til hensikt å ikke penetrere barrierekonvolutter slik at krav til kuttefunksjonalitet kan unngås. Dette vil igjen medføre vesentlig lettere utstyr for å opprettholde brønnkontroll. Et annet ønskelig formål er å unngå at brønnen åpnes eller løftes opp til fartøyet. Det vil, på den andre siden, være naturlig å kunne tillate konvensjonelle systemer å overta operasjonene som en back-up løsning, dersom den nye teknikken ikke fullfører operasjonen som planlagt.

Alternative systemer har vært foreslått og nærmeste kjent teknikk er beskrevet i patentpublikasjonene US 6719 059 B2, US 3638722, US 7063157 B2,

US 2011/0315392 A1, US 2012/0037374 A1, WO 2004/00338 A1 og

WO 2012/115891 A2. Ingen av publikasjonene beskriver et verktøy som ikke krever kuttefunksjoner og samtidig har mulighet til å intervenere brønnen med en uavhengig alternativ operasjon (back-up). Spesielt så viser WO 2004/065757 A2 et eksempel på et lukket intervensjonssystem som krever kuttefunksjon (shear seal valve) for å tillate å trekke av et øvre parti, for deretter å koble til et tradisjonelt stigerørsystem.

GB 2454 915 A viser et system med trykksatt intervensjonsvinsj, men har ikke angitt noen form for alternativ operasjon dersom denne vinsjen feiler. Dersom en slik trykksatt vinsj skal tillate alternativ tilkobling, krever det en kutteventil for brønnisolasjon - på tilsvarende måte som WO 2004/065757 A2. GB 2388617 A viser en intervensjonsvinsj arrangert i en flytende struktur.

Oppfinnelsen skal nå nærmere beskrives med henvisning til de medfølgende tegninger hvor

Fig.1 viser en prinsipiell skisse av oppfinnelsen,

Fig.2 viser oppfinnelsen satt i system under vann,

Fig.3a og 3b viser oppfinnelsen i operasjon (3a) og alternativ operasjon (3b),

Fig.4 viser installasjon av bønnmodul (ventiltre) fra fartøy,

Fig.5 viser verktøyet og brønnmodul landet på brønnhodet, og

Fig.6 viser et brønnverktøy i brønn med lukket brønnoperasjon

Oppfinnelsen har til hensikt å muliggjøre lukket brønnoperasjon. Med lukket brønnoperasjon menes aktiviteter ned i en undervannsbrønn uten bruk av kabel eller stigerør til overflaten som penetrerer brønn barrierer. Oppfinnelsen omfatter en heiseinnretning, et tetningselement og et øvre tilkoblingspunkt for alternativ operasjon.

Plasseringen, arrangementet og fremgangsmåte for bruk av disse er essensielt for oppfinnelsen. Når man gjør en lukket brønnoperasjon er det viktig å ha alternativ sekundær metode for å trekke ut brønnverktøy hvis primærmetode feiler. Ved å plassere heiseinnretningen på siden av hovedløpet og tetningselementet over i hovedløpet oppnår man en sikker alternativ måte for operasjon av brønnverktøy.

Primærmetode vil være å benytte det viste verktøy (3) til å utføre mekanisk operasjon i en brønn, som for eksempel å trekke en plugg som sitter i brønnen etter installasjon av ventiltreet på brønnhodet. Dersom denne operasjonen mislykkes så vil verktøyet fremdeles holde brønnen isolert fra omgivelsene, hvor påfølgende sekundær operasjon kan gjennomføres ved å koble til et tradisjonelt workover system på toppen av det viste verktøy (3). Brønntilgang vil kunne muliggjøres ved å åpne fortrinnsvis en ventil som sitter i toppen av verktøyet som benyttet i primærmetoden. Pluggen kan dermed trekkes med tradisjonell wireline operasjon, altså en uavhengig alternativ kjent metode.

Utgangspunktet for oppfinnelsen er som vist i figur 1. Det er vist et verktøy (3) med et som en slusevolum (19), som inneholder et tetningselement (2), samt en heiseinnretning (7). Tetningselementet kan med fordel være en undervanns operert ventil eller en plugg som trekkes med konvensjonell wireline teknikk. Heiseinnretningen (7) er plassert på siden av (3), men eksponert for samme trykk som i slusen.

Heiseinnretningen kan med fordel være en vinsj eller talje. Øvre tilkoblingspunkt (1) er her vist med løfteinnretning (6) på topp. Nedre tilkoblingspunkt (5) kan være en undervanns opererbar kobling eller en flens for tilkobling mot undervannsmoduler. Figur 1 viser også et bånd (4) som er en del av heiseinnretningen og kan være en wire eller fiberbånd.

Oppfinnelsen satt i ett større system som vist i figur 2 vil muliggjøre lukket brønnoperasjon gjennom et ventiltre. En typisk undervannsbrønn vil være bygd opp av et brønnhode (10) og et produksjonsrør (11). På topp av brønnhode (11) kan det være plassert en brønnmodul eller et ventiltre (12). Videre så kan det benyttes et adapter (8) for tilkobling mot brønnmodulen (12). Adapteret (8) kan inneholde en eller flere ventiler for innslusing av brønnverktøy, men hovedventiler for innslusing vil normalt sitte i brønnmodulen (12). Adapteret (8) vil også kunne inneholde funksjoner for å kontrollere brønnmodulen (12), disse funksjoner vil kunne være undervannspumper, reservoar for kontrollvæske og kontrollventiler for kontroll av ventiler på brønnmodul (8). Disse funksjonene vil også kunne brukes til test av barriere tetninger på verktøy (3) og brønnmodul (8) samt annet undervannsutstyr. Et brønnverktøy (9) vil nå kunne heises ned i brønn, brønnmodul eller brønnhode for intervensjon. Figur 2 viser at et overhalingssystem (14) med et stigerør (13) vil kunne kobles til tilkoblingspunkt (1) for uavhengig alternative operasjoner. Dette vil muliggjøre at en reserve operasjon kan gjennomføres dersom den primære pågående operasjon skulle mislykkes. Ventil (2) kan åpnes for tilgang til hovedboret i verktøy (3), ventiltre (12) og brønn (11).

Figur 3 viser oppfinnelsen satt i operasjon. Oppfinnelsen kan kjøres fra en båt (16) med kran (17) og heises ned på brønnmodulen ved bruk av en type wire (15).

For alternative operasjoner kan en rigg (18) brukes med stigerør (13) og et tradisjonelt overhalingssystem (14).

Operasjonell fremgangsmåte:

Fremgangsmåte for lukket brønnoperasjon og oppfinnelsen er vist i figur 4, 5 og 6. Verktøyet (3) med brønnmoduladapter (8) og brønnmodul (12) heises ned fra et fartøy (16) med brønnverktøyet (9) plassert i slusen (19), dette vist i figur 4. Orientering under installasjon kan med fordel gjøres med ROV assistanse. I figur 5 vises det at verktøyet (3) er landet på brønnmodul (12) og brønnhode (11) med adapter (8). Når verktøyet er koblet til brønnmodul testes tetningene i adapter (8) mot brønnmodul (12). Tilsvarende test vil gjennomføres mellom brønnmodul (12) og brønnhodet (11). Denne fremgangsmåten fordrer at det er ventiler i brønnmodul (12). Dette for å kunne sluse inn brønnverktøy (9) på en sikker måte. Figur 6 viser at ventilene i brønnmodul (12) er åpnet og brønnverktøy trekke eventuelle plugger (20) plassert i brønnhodet (10) eller dypere satt i produksjonsrøret (11). Brønntilgang er nå gikk slik at brønnoperasjoner som produksjonslogging, rengjøring eller andre relevante kan utføres.

Claims

Krav:

1. Et verktøy som muliggjør lukket operasjon av undervanns brønner eller tilhørende brønnholdemoduler hvor verktøyet omfatter:

et hus (3) som inneslutter et slusevolum (19), et nedre tilkoblingspunkt (5) for tilkobling av verktøyet til et undervanns brønnhode, en mellomliggende heiseinnretning (7) for heising og operasjon av et innvendig brønnverktøy (9), k a r a k t e r i s e r t v e d at verktøyet videre omfatter et øvre tilkoblingspunkt (1) for arbeidsstigerørsystemer (13, 14) eller en ytterligere løfteinnretning (6), og et tetningselement (2) som kan åpnes og lukkes, og som er anordnet på undersiden av det øvre tilkoblingspunkt (1) og på oversiden av heiseinnretningen (7),

og ved at heiseinnretningen (7) er anordnet sideveis forskjøvet fra verktøyets vertikalakse og på en slik måte at det ikke er til hinder for alternativ operasjon av brønnverktøyet gjennom øvre tilkoblingspunkt (1).

2. Verktøyet ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at huset med heiseinnretning er anordnet som et lukket system med samme innvendig trykk som brønnen

3. Verktøyet ifølge krav 1 og 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (2) er en ventil som i åpen posisjon gir full tilgang til brønnens hovedløp.

4. Verktøyet ifølge krav 1 og 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at heiseinnretningen (7) er plassert i trykksatt volum og har dermed samme trykknivå som selve slusevolumet (19).

5. Verktøy ifølge krav 1 og 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at øvre tilkoblingspunkt (1) er en del av en fjernstyrt undervannskobling, og at nedre tilkoblingspunkt (5) er en del av en fjernstyrt undervannskobling.

6. Fremgangsmåte for lukket bruk av overnevnte verktøy ifølge hvilket som helst av de forutgående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d at heiseinnretningen (7) er som en primærfunksjon innrettet til å operere det innvendige brønnverktøyet (9) i normal drift når tetningselementet (2) er lukket og slusevolumet (19) er trykksatt, og at et overhalings stigerørsystem (13, 14) kan kobles til øvre tilkoblingspunkt (1) og at tetningselementet (2) deretter åpnes for å åpne brønnen for intervensjon dersom denne primærfunksjon ikke kan fullføres.