(12) PATENT (19) NO (11) 3179 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. E21B 36/00 (06.01) E21B 33/03 (06.01) E21B 43/01 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 091448 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 09.04.14 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 09.04.14 () Prioritet (41) Alm.tilgj..1 (4) Meddelt 11.02.28 (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Øystein Møgedal, Bentsebrugata 16F, 0476 OSLO, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Undersjøisk brønnhodesammenstilling med kjøling (6) Anførte publikasjoner US 6032732, US 6032732, US 4126406, US 6267172 (7) Sammendrag Undersjøisk brønnhodesammenstilling med en indre boring for føring av produserte hydrokarboner, forsynt med en kjøleinnretning for avkjøling av en seksjon av brønnhodesammenstillingen eksponert for oppvarming fra nevnte hydrokarboner.
-1- P3487NO00-KM Undersjøisk brønnhodesammenstilling. Foreliggende oppfinnelse vedrører undersjøiske brønnhodesammenstillinger anordnet til å føre en strøm av hydrokarboner fra en olje- og/eller gassbrønn. 1 2 Bakgrunn Moderne undersjøiske brønnhodesammenstillinger og ventiltrær blir stadig mer avanserte. Havdybdene som de anvendes på er stadig økende, hvilket innebærer tilsvarende høye trykk. i tillegg resulterer moderne boreteknikk at brønnene strekker seg dypere ned i grunnen, hvilket resulterer i høye temperaturer til hydrokarbonene som strømmer ut av disse. Temperaturene til hydrokarbonene kan for eksempel være i området 0 C og enda høyere i visse tilfeller. Brønnhodesammenstillingene oppviser også flere egenskaper enn tidligere og innbefatter utstyr så som elektriske og hydrauliske koblinger og ledere. Som et eksempel bruker slike koblinger og ledere vanligvis tetninger av et elastomert materiale, hvilke tolererer temperaturer i området -18 C til C, mens det er et behov for utstyr som tolererer temperaturer på 180 C og høyere. Utstyr for slike betingelser er vanskelig å lage, og de nødvendige materialene er betydelig mer kostbare. En annen type komponent som blir e4ksponert for sterk varme er tetningene som utgjør trykkbarrierer. Det at de eksponeres for de høye trykkdifferansene i kombinasjon med mulige store variasjoner av temperaturen, krever utmerkede materialegenskaper og passende design. For å ta høyde for de stadig økende kravene til brønnhodekomponentene med hensyn til mekanisk stabilitet, kombinert med de høye temperaturene til hydrokarbonene som strømmer gjennom disse, har man søkt etter materialer med ekstrem karakteristikk. Dette har i stor grad oppfylt komponentkravene. Ettersom betingelsene og kravene til utstyret øker kontinuerlig, er anvendelse av bedre materialer ikke tilstrekkelig. En annen måte å ta hånd om utfordringene forårsaket av de høye temperaturene, er å tilveiebringe en bedre design av den undersjøiske
-2- P3487NO00-KM brønnhodesammenstillingen, så som utformingen av ventiltreet. Imidlertid er det begrenset med plass på utsiden av den hydrokarbonholdige strømmen i åpningen til ventiltreet, hvilket gjør det vanskelig å løse utfordringene på denne måten. Fra US 6 267 172 er det kjent en fremgangsmåte for varmeveksling mellom en rørledning gjennom hvilket det strømmer et fluid og en jordvarmeveksler gjennom hvilken det kan strømme et varemoverføringsfluid. Fra US 6 032 732 er det kjent et system for oppvarming av brønnhodesammenstillinger til en konvensjonell oljebrønnpumpe. I US 4 126 406 er det beskrevet kjøling av elektriske pumper i borehull. 1 Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å tilveiebringe utstyr for et undersjøisk brønnhodesammenstilling, så som et undersjøisk ventiltre, som er i stand til å oppfylle de ekstreme kravene som nevnt over. I tillegg har oppfinnelsen til hensikt å redusere kravene til komponentene i utstyret med hensyn til mekanisk stabilitet kombinert med høye temperaturer, og derved unngå bruk av kostbare komponenter. Oppfinnelsen 2 I henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en undersjøisk brønnhodesammenstilling for å lede produserte hydrokarboner, er tilveiebragt med en innløpsåpning og en utløpsåpning ved endene av henholdsvis en innløpskanal og utløpskanal, anpasset til å være forbundet med et kjølefluid, hvor nevnte kanaler strekker seg inn i sammenstillingen til et område passende for avkjøling av komponenter eksponert til oppvarming fra en varm strøm av nevnte hydrokarboner. Her bør begrepet undersjøisk brønnhodesammenstilling tolkes til å omfatte ikke bare komponentene til selve brønnholdet, men også tilkoblet utstyr så som et ventiltre, rørhenger og brønnhodesystem.
-3- P3487NO00-KM Foreliggende oppfinnelse følger derved en ny vei for å tilpasse seg de stadig økende mekaniske kravene for undersjøiske brønnholdekomponenter, det vil si at i stedet for å finne frem til forbedrede materialer og/eller tilpasset design, blir seksjonene til brønnhodesammenstillingen som eksponeres for kraftig oppvarming avkjølt med en kjøleinnretning. 1 Fortrinnsvis er innløpsåpningen og utløpsåpningen til sammenstillingen i henhold til det andre aspektet ved foreliggende oppfinnelsen anpasset til å bli tilkoblet til et kjølefluid med en ROV. Det er derved tilveiebragt en mulighet for å installere en kjølekrets atter at brønnhodesammenstilingen har blitt installert. Om nødvendig kan en slik kjølekrets være forsynt med en pumpe for å regulere strømningen. I tillegg, dersom det er påkrevet med ekstrem kjøling, kan man også installere en varmepumpe for å avkjøle sammenstillingen med fluid som er betydelige kaldere enn det omgivende sjøvannet. Innløpsåpningen og utløpsåpningen kan også fordelaktig brukes for å slippe ut luft og injisere kjølefluid. Utførelseseksempel Etter å ha beskrevet hovedtrekkene til det undersjøiske ventiltreet i henhold til foreliggende oppfinnelse, vil det nå bli gitt et mer detaljert utførelseseksempel med henvisning til fig. 1. 2 Fig. 1 viser et tverrsnitt av et vertikalt undersjøisk ventiltre 1, anordnet på sjøbunnen på toppen av en undersjøisk brønn. Ventiltreet 1 har en indre boring 3 for å lede hydrokarboner fra brønnen. For å forhindre at ventiltrekomponentene i området innen et brønnhode og over en rørhenger 6 fra å bli sterkt oppvarmet, er det anordnet en kjøleinnretning 7 på ventiltreet 1. Kjøleinnretningen 7 innbefatter et fluidførende rør 9. Røret 9 har et innløp 9a som fører avkjølt kjølefluid inn i ventiltreet 1 og en utløpsåpning 9b leder oppvarmet kjølefluid ut av ventiltreet 1. Røret 9 har også en radiatordel 9c anpasset for effektiv varmekonveksjon til det omgivende
-4- P3487NO00-KM sjøvannet. Det bør legges merke til at en betydelig del av røret 9 har en vertikal utstrekning. Dette resulterer i en heverteffekt i kjølefluidet, siden det kaldere kjølefluidet har en større tetthet enn det varmere kjølefluidet. Dette prinsippet er vel kjent for en fagmann innen området. Ved å anordne røret 9 med en slik vertikal utstrekning, unngår man behovet for en pumpe for å tilveiebringe sirkulasjon av kjølefluidet. Fortrinnsvis har røret 8 en vertikal del 9d som strekker seg på en i det vesentligste rett måte ved siden av radiatordelen 9c. 1 På en overside av røret 9 er det anordnet en ventil 11 og en innløpsåpning 13 for tilgang til den indre av røret 9. Rørkanalen kan også være forbundet med en strømningskontrollventil (ikke vist) for muligheten til å forhinder strømning i røret 9. En slik ventil kan fortrinnsvis ROV-operert (Remotely operated vehicle fjernstyrt fartøy). Røret 9 har kontakt med ventiltreet 1 ved en innløpsåpning 1a og en utløpsåpning 1b. Fra disse åpningene 1a, 1b, strekker det seg en innløpskanal 17a og en utløpskanal 17b inn i området mellom ventiltreet 1 og rørhengeren 6, og leder kjølefluid til et område som inneholder eller er nær komponentene som skal beskyttes mot sterk varme fra den varme strømmen av hydrokarboner i boringen 3. 2 Det bør være innlysende for en fagmann innen området at utførelseseksempelet over kun beskriver en av et mangfold utførelsesformer innen omfanget av foreliggende oppfinnelse, slik den er angitt i de medfølgende krav. I stedet for det vertikale ventiltreet vist i fig. 1, gjelder oppfinnelsen også et horisontalt ventiltre, så vel som andre varmeeksponerte deler av en undersjøisk brønnhodesammenstilling.
-- N y e p a t e n t k r a v Dato: 7. april Ordrenr.: P3487NO00 Søknadsnr.: 09 1448 1. Undersjøisk brønnhodesammenstilling med en indre boring (3) for føring av produserte hydrokarboner, k a r a k t e r i s e r t v e d at den er tilveiebragt med en innløpsåpning (1a) og en utløpsåpning (1b) ved endene av henholdsvis en innløpskanal (17a) og utløpskanal (17b), anpasset til å være forbundet med et kjølefluid, hvor nevnte kanaler (17a, 17b) strekker seg inn i sammenstillingen til et område passende for avkjøling av komponenter eksponert til oppvarming fra en varm strøm av nevnte hydrokarboner. 1 2. Undersjøisk brønnholdesammenstilling i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at innløpsåpningen og utløpsåpningen er anpasset til å bli forbundet med kjølefluidet ved hjelp av en ROV.
1/1 13 11 3 9c 1 9d 7 1a 9a 17a 1b 9b 17b 6 Fig. 1