(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1. (51) Int Cl. NORGE. Patentstyret

Transkript

1 (12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE (1) Int Cl. E21B 33/03 (06.01) E21B 33/038 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 1432 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag..1 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag..1 () Prioritet (41) Alm.tilgj (4) Meddelt (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Hallgeir Melbø, Bekkestuveien 13C, 137 BEKKESTUA, Norge Arve Tvitekkja, Åsaveien 7A, 0362 OSLO, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Brønnhodesammenstilling (6) Anførte publikasjoner US A, US A (7) Sammendrag En brønnhodesammenstilling for undervanns brønner omfattende et brønnhodehus (1) som er festet til en fôring (2) ved sveising langs en øvre del av sistnevnte i en sveisesone (8). Den nedre delen av brønnhodehuset (1) har et område (3') med redusert tykkelse i avstand fra sveisesonen (8), slik at det oppnås fleksibilitet og bøyekrefter påført brønnhodehuset (1) under stigerørsoperasjoner reduseres.

2 1 OPPFINNELSENS FELT 1 Foreliggende oppfinnelse angår generelt en forbedret brønnhodesammenstilling og spesielt et forbedret brønnhodehus som er relativt mer fleksibelt og er i stand til å absorbere bøyebelastning, forårsaket av stigerørstilkobling under borings-, kompletterings- og overhalingsoperasjoner. Spesielt angår foreliggende oppfinnelse en brønnhodesammenstilling i henhold til ingressen i krav 1 og til et brønnhodehus i henhold til ingressen i krav 8. TEKNISK BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN Et brønnhode blir hovedsakelig brukt som opphengningspunktet og trykkforseglingene for fôringsstrengene som er strukket fra bunnen av topphullseksjonene til trykkontrollsystemet på overflaten eller sikkerhetsventilen («Blow Out Preventer», BOP). Etter at brønnen er boret blir overflatetrykkontrollen tilveiebragt av et juletre som er installert på toppen av brønnhodet. 2 Et stigerør er koblet på toppen av sikkerhetsventilen (BOP) og huset er på sin side koblet til brønnhodefôringen ved hjelp av sveising. Når et stigerør er koblet til toppen av BOP en skaper det et svært høyt bøyemoment på koblingsoverflaten til den nedre delen av brønnhodehuset og den øvre delen av fôringen, dvs. ved det sveisede sammenføyningsområdet. I en undersjøisk boreoperasjon er designkriteriet at sveisen bør tåle i det minste 00 dager med et stigerør tilkoblet. Det skal bemerkes at når brønnen er i produksjon er et stigerør kun tilkoblet under overhalingsoperasjonene. Sikkerhetsfaktoren er satt svært strengt av reguleringen til. Derfor må tilkoblingen av brønnhodehuset og brønnhodefôringen tåle belastning i 000 dagers drift med et stigerør tilkoblet. Et hvilket som helst brudd i sveisen mellom brønnhodehuset og fôringen vil føre til utblåsning, og det vil være liten mulighet for å forsegle brønnen, i det minste ikke uten å måtte pumpe store mengder av betong ned i brønnen og derved

3 2 stenge brønnen permanent. Derfor er det sveisede området mellom fôringen og huset sannsynligvis det mest kritiske og sårbare området i hele sammenstillingen. I et konvensjonelt brønnhode er fôringene også koblet tilbake til brønnhodet for å redusere risikoen for brudd i tilkoblingen og å opprettholde trykkintegriteten. For å kunne unngå en slik sveiset kobling har man tenkt på å lage fôringen og huset som en struktur i én del. Dette vil unngå problemet, men en slik struktur vil kreve spesielt kjørings- og installasjonsutstyr og prosesser og er derved ikke anvendelig i de eksisterende systemene. 1 US patent 6,196,323 viser en løsning for å opprettholde trykkintegriteten ved å tilveiebringe et brønnhodesystem som innbefatter et brønnhodehus, en overflatefôring og ett eller fler suksessive forlengingsrør uten behovet for å bruke en fôringsstreng, noe som derved reduserer lasten på systemet. Imidlertid er spørsmålet om å motstå kraftig bøyemoment på det sveisede området av sammenføyningen mellom hus og fôring under stigerørsoperasjon og materialtretthet i det sveisede sammenføyningsområdet fortsatt et problem. 2 US beskriver et brønnhode der det er benyttet en elastomerisk hylse i området rundt sveisen. Denne hindrer skjærkrefter mellom lederøret og sementen. Imidlertid vil ikke denne hylsen redusere bøyemomentet. Hensikten med hylsen er å hindre skjærkrefter å overføres fra sementen til fôringsrøret. Derved får brønnhodehuset mulighet til å flekse. Det er imidlertid tydelig fra publikasjonen at den nedre del av brønnhodehuset ikke på noe sted har mindre veggtykkelse enn fôringsrøret, verken ved sveisesonen eller noe annet sted på fõringsrøret som er sveist til brønnhodehuset.

4 3 Selv om oppfinneren ved hjelp av den elastomeriske hylsen har sørget for at brønnhodehuset har noe større bevegelsesfrihet så vil likevel bøyemomentet i stor grad opptas i sveisesonen. Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å flytte området som opptar bøyemomentet bort fra sveisesonen og over til et parti uten sveis. 1 US beskriver et fôringsrør med påsveiset endestykke. Her er det en innsnevring ovenfor sveisen. Ser man på figur 4 i denne publikasjone så ser man hva oppfinneren egentlig hadde ønsket seg, nemlig en jevn overgang fra endestykket til sveisen, men i og med at han må ha en anleggsskulder så må han gå ut igjen med diameteren. Verken i den ideelle situasjonen i figur 4 eller i kompromissituasjonen i figur 1, har den reduserte diameteren mindre veggtykkelse enn foringsrøret. Bøyemomentet vil derfor i vesentlig grad tas opp i sveisesonen. US 03/ viser i figur 3 et parti med mindre godstykkelse på foringsrøret. Det befinner seg imidlertid en sveis midt i dette partiet. I tillegg befinner det seg en sveis lenger opp mellom brønnhodehuset og foringsrøret. 2 Her ligger partiet med mindre godstykkelse i foringsrøret i stedet for i nedre del av brønnhodehuset. Hovedpoenget med den foreliggende oppfinnelse er som nevnt ovenfor å ta opp bøyemomentet i et parti som ligger i avstand fra sveisen. Et parti med mindre godstykkelse som har en sveis vil heller forsterke enn avhjelpe utmatningsproblemet. US 0/01341viser i figur 21 en rørhenger og ikke et brønnhodehus. Dessuten finnes det ikke noe parti på den nedre delen av hengeren som har mindre veggtykkelse enn røret det er sveist til og heller ikke mindre godstykkelse enn i sveisesonen. US viser i figur 1 både indre og ytre brønnhodehus som er sveist til rør med varierende godstykkelse langs lengden. Det er imidlertid ingen steder hvor godstykkelsen er mindre enn der hvor sveisen er.

5 4 Foreliggende oppfinnelse søker å løse dette problemet ved å tilveiebringe en unik utforming av brønnhodehuset. OPPFINNELSENS FORMÅL Det fremste formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en brønnhodesammenstilling som er i stand til å redusere bøyemomentet/belastningen som oppleves på dens sveisede sammenføyningsområde. Det er enda et formål med oppfinnelsen å bruke mindre mengde av smidd materiale til å fremstille brønnhodehuset uten å påvirke dets styrke og stabilitet. 1 Det er et videre formål med oppfinnelsen å redusere risikoen for utblåsning av brønnhodet under stigerørsoperasjon. 2 Det er enda et videre formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en brønnhodesammenstilling som er i overensstemmelse med det myndighetspålagte kriterium og sikkerhetsstandard for offshore-brønner. OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN Den foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller de ovenfornevnte formålene med en brønnhodesammenstilling for undersjøiske brønner som innbefatter et brønnhodehus som er festet til en fôring, der huset er fast festet til fôringen ved å sveise langs den øvre delen av sistnevnte i en sveisesone, hvori den nedre delen av brønnhodehuset har et område med en redusert tykkelse i en avstand fra sveisesonen, idet området med redusert tykkelse har mindre tykkelse enn brønnforingen og at området med redusert veggtykkelse er fri for sveiseforbindelser, slik at den nedre delen av brønnhodehuset er fleksibel og i stand til å absorbere bøyemoment påført brønnhodehuset under stigerørsoperasjoner.

6 Derved er redusert materialtretthet på sveisesonen oppnådd og dermed en lenger forventet levetid av brønnhodesammenstillingen. Ved å oppnå reduksjonen i tykkelse ved å redusere den ytre diameteren av brønnhodehuset i sonen opprettholdes et kontinuerlig ringformet borehull. Dersom brønnhodehuset er laget av smidd materiale som har en høyere utmattingsstyrke enn sveisesonen, kan det sikres at bøyingen kan bli absorbert uten uforholdsmessig materialtretthet. Dersom sammenstillingen er tilpasset til å tåle i det minste 000 dager med stigerørstilkobling under boring, komplettering eller overhalingsoperasjoner, vil de myndighetspålagte kravene møtes. 1 Oppfinnelsen møter også de ovenfornevnte formålene ved hjelp av et brønnhodehus for en undersjøisk brønnhodesammenstilling, tilpasset å festes til en fôring, der huset er sikret til en fôring ved å sveise langs den øvre delen av sistnevnte i en sveisesone, hvori den nedre delen av brønnhodehuset har et område med en redusert tykkelse i en avstand fra sveisesonen, idet området med redusert tykkelse har mindre tykkelse enn brønnforingen og at området med redusert veggtykkelse er fri for sveiseforbindelser, slik at den nedre delen av brønnhodehuset er fleksibel og i stand til å absorbere bøyemoment påført brønnhodehuset under stigerørsoperasjoner. 2 KORTFATTET BESKRIVELSE AV TEGNINGENE En mer detaljert og ikke-begrensende beskrivelse av noen eksempeltjenende utførelsesformer er gitt i det følgende med henvisning til tegningene, hvori, Figur 1 er et utsnitt av brønnhodesammenstillingen i en kompletteringstilstand som viser de forskjellige delene som de eksisterer med dagens løsninger.

7 6 Figur 1 A er et forklarende utsnitt av brønnhodesammenstillingen som viser de forskjellige delene uten komplettering som de eksisterer med dagens løsninger. Figur 2 er et utsnitt av den forbedrede brønnhodesammenstillingen i henhold til foreliggende oppfinnelse. DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN Den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet under henvisning til en foretrukket utførelsesform og tegninger med det formål at det skal være forståelig. 1 2 Den medfølgende figur 1 viser et utsnitt av en brønnhodesammenstilling med dens interne komponenter i komplettert stadium som de eksisterer med dagens løsninger. Et brønnhodehus 1 mottas inne i et lederør 2. Lederøret 2 har på sin øvre del en mottagende del 3 designet til å motta og låse den nedre delen av brønnhodehuset 1. Sammenføyningen mellom brønnhodehuset 1 og borerøret 2 er sikret av en fastspenningsanordning 4. En fôring 7 har blitt satt inn i lederøret 2 og er sementert på plass i brønnen. Et produksjonsrør 6 er satt inn i brønnhodehuset og strekker seg inn i fôringen 7. Et stigerør (ikke vist) kan festes til toppen av brønnhodehuset 1 for å tilveiebringe brønntilgang fra havoverflaten. Under produksjon blir et juletre installert på toppen av brønnhodet som har det strømningskontrollerende utstyret slik som isolasjonsventiler og reduksjonsutstyr for å kontrollere strømningen av brønnvæsker under produksjon. De andre tilhørende delene av en brønnhodesammenstilling er utelatt fra figuren for forenklingens skyld da de er velkjent i tidligere kjent teknikk, og er ikke gjort i den hensikt å begrense. Den nedre delen av brønnhodehuset 1 er sveiset til toppen av fôringen 7 med en sveis 8. Når et stigerør er koblet til toppen av brønnhodehuset 1, skaper det et svært høyt bøyemoment på den nedre delen av huset 1 og den øvre delen av fôringen 7 under overhalingsoperasjoner.

8 7 Figur 1A er et annet utsnitt av brønnhodesammenstillingen som viser de forskjellige delene uten brønnkomplettering som de eksisterer med dagens løsninger. Like henvisningstall henviser til like deler av utførelsesformen som drøftet med hensyn på den ovenfornevnte figuren for å gjøre det enkelt å forstå. Under overhalingsoperasjonen opplever det sveisede området 8 av tidligere kjent teknikk, som drøftet, kraftig bøyebelastning og moment når et stigerør er koblet til toppen av brønnhodet på grunn av dets forskjellige bevegelser som et resultat av de bølgefremkalte bevegelsene av overhalingsfartøyet på overflaten, som den øvre delen av stigerøret er koblet til. Derfor er det en potensiell risiko for at en slik sveiset sammenføyning ryker på grunn av materialtretthet, noe som resulterer i en utblåsning. 1 Oppfinnerne av den foreliggende oppfinnelse har kommet frem til en unik løsning på dette problemet som i stor grad reduserer slik risiko. Oppfinnelsen søker å redusere det resulterende bøyemoment som oppleves av den sveisede sammenføyningen 8 av huset 1 og fôringen 7. For å kunne oppnå et slikt resultat, søker oppfinnelsen å flytte absorpsjonssonen til bøyemomentene vekk fra den sveisede sammenføyningen 8 mellom huset 1 og fôringen 7. 2 Brønnhodehuset 1 er laget av smidd materiale som er relativt mykt og bøyelig, og dets fleksibilitet og materialtretthetskarakteristikker er derfor relativt bedre enn fôringen 7. Dette tilveiebringer en unik mulighet til å tilveiebringe mer fleksibilitet i den nedre enden av huset 1. Som illustrert i figur 2, som illustrerer et utsnitt av oppfinnelsens brønnhodesammenstilling som kreves i foreliggende redegjørelse, blir dette gjort ved å redusere diameteren til brønnhodehuset ved den nedre enden derav i en sone 3' en avstand vekk fra det sveisede området mellom huset og fôringen, noe som derved lager en sone 3' med en redusert stivhet sammenlignet med det sveisede området 8. I dette konseptet blir sonen 3' mer fleksibel. Da denne sonen 3' er inne i det relativt bøyelige brønnhodehuset 1 kan det tåle flere bøyesykluser uten for stor utmatting.

9 8 Løsningen er derfor å redusere veggtykkelsen i den nedre delen av huset 1 i en sone 3' en avstand vekk fra det sveisede området 8. Denne utformingen gir brønnhodehuset 1 forbedret fleksibilitet til å tåle økt bøyemoment. Den reduserte tykkelsen av huset hjelper til å forflytte bøyemomentet til den mottagende delen 3 av lederøret2, slik at mer moment blir absorbert av lederøret 2 og mindre blir overført til den sveisede sonen 8. Fortrinnsvis blir veggtykkelsen i sonen 3' redusert ved kun å redusere den ytre diameteren til huset, for slik å opprettholde et ringformet borehull inne i fôringen og huset så jevnt som mulig. 1 2 Tykkelsen av den indre diameteren av brønnhodehuset 1 kan reduseres med en andel av den normale diameteren av brønnhodehuselementet for å kunne gjøre det lettere å oppnå slik fleksibilitet. Det er funnet at en proporsjonal reduksjon av diameteren til huset gjør sammenstillingen i stand til å utvise bedre fleksibilitet, uten å påvirke styrken og stabiliteten til det smidde materialet sammenlignet med eksisterende sammenstillinger. Oppfinnelsen har blitt beskrevet ved hjelp av en foretrukket utførelsesform og atskillige forandringer og modifikasjoner kan gjøres uten å avvike fra ånden og rekkevidden av oppfinnelsen som beskrevet ovenfor og som definert i de vedlagte krav.

10 N y e p a t e n t k r a v Dato: 11. februar 13 Ordrenr.: P3837NO00 Søknadsnr.: Brønnhodesammenstilling for undervanns brønner, omfattende et brønnhodehus (1) som er festet til en brønnfôring (2) ved sveising langs den øvre delen av sistnevnte i en sveisesone (8), k a r a k t e r i s e r t v e d at den nedre delen av brønnhodehuset (1) har et område (3 ) med redusert tykkelse i avstand fra sveisesonen (8), idet området (3 ) med redusert tykkelse har mindre tykkelse enn brønnforingen og at området med redusert veggtykkelse er fri for sveiseforbindelser, slik at den nedre delen av brønnhodehuset (1) er fleksibel og i stand til å absorbere bøyemoment påført brønnhodehuset (1) under stigerørsoperasjoner Brønnhodesammenstillingen i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t reduksjonen i tykkelse oppnås ved å redusere den ytre diameteren av brønnhodehuset (1) i sonen (3'). 3. Brønnhodesammenstillingen i henhold til krav 1 til 2, k a r a k t e r i s e r t v e d a t brønnhodehuset er laget av smidd materiale som har en høyere utmattingsstyrke enn sveisesonen (8).

11 1/ FIG 1

12 2/ FIG 1A

13 3/ FIG 2