(12) PATENT (19) NO (11) 33430 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. E21B 33/03 (2006.01) F16L 1/12 (2006.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 20032 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 20.04.14 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 20.04.14 (30) Prioritet (41) Alm.tilgj 2011..17 (4) Meddelt 2014.12.1 (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Anders Billington, Linderudgrenda, 133 BÆRUMS VERK, Norge Are Synnes, Jenshaugveien 9c, 1363 HØVIK, Norge Christen Søvik, Blystadringen 6D, 2014 BLYSTADLIA, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate 20, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Verktøy og fremgangsmåte for undervannsinstallasjon (6) Anførte publikasjoner US 634364 B1 US 2004/009430 A1 WO 02/1461 A1 WO 20/030190 A2 US 3166123 A (7) Sammendrag Foreliggende oppfinnelse fremskaffer et verktøy for undervannsinstallasjon og testing av brønnhodemoduler eller utstyr, fra et skip, særegent ved at verktøyet omfatter en undervannsenhet omfattende en kobling for utløsbar kobling til undervannsbrønnhodemoduler eller utstyr, middel for posisjonering og middel for testing, og en kobling for elektrisk strøm og elektrisk og/eller optisk kontroll. Fremgangsmåte med anvendelse av verktøyet.
VERKTØY OG FREMGANGSMÅTE FOR UNDERVANNS INSTALLASJON. Oppfinnelsens område Foreliggende oppfinnelse vedrører undervanns brønnhodestakker. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse verktøy og fremgangsmåter for installasjon av brønnhodestakker, slik som brønnhodeventiltrær (XT, Christmas trees) og tilknyttet utstyr. 1 20 2 30 Bakgrunn for foreliggende oppfinnelse og publisert viten For nærværende blir undervanns brønnhodestakker typisk installert ved å anvende en borerigg og en borerørstreng for nedføring. En separat navlestreng fra riggen til brønnhodeutstyret fremskaffer trykkfluider for testing og ferdigstillelse for drift, i tillegg til elektrisk strøm og kontrollinjer. En eller flere ROV-er blir også typisk anvendt i operasjonen. Tiden og utstyret som anvendes er veldig kostbart. I grunne farvann, hvis boreriggen er på feltet og har påbegynt boring og deretter blir anvendt til å installere noen få produksjons-ventiltrær (XT, Christmas trees) og annet beslektet utstyr, kan dette være hensiktsmessig, spesielt hvis boreriggen fremdeles er under kontrakt. I dypt vann, som kan være flere tusen meter dypt, og med et stort antall brønnhoder, kan imidlertid prisen være voldsom. Noen ganger må riggen returnere for videre testing eller installasjon, hvilket øker kostnadene. Operasjonen med å sammenføye borerør til lengder på opp til flere tusen meter, og store tromler med navlestrenger, installasjoner for hydrauliske kraftenheter, hydraulisk væskelagring og gass for testing, er alle kostbare og tidkrevende. Den tunge vekten og størrelsen krever stor plass, og det kan være nødvendig med mange containere på dekk på riggen. Det eksisterer derfor en etterspørsel for teknologi som er nyttig for installasjon og testing av undervanns brønnhodestabler uten anvendelse av en borerigg, og teknologi som gir signifikante reduksjoner i det nødvendige utstyret og tidsperioden for slik operasjon. Nærmestliggende teknikk er beskrevet i patentpublikasjonene US 6 343 64 B1, US 2004/009430 A1, WO 02/1461 A1, WO 20/030190 A1 og US 3166123 A. Ingen av publikasjonene beskriver et verktøy egnet for undervanns installasjon og testing av brønnhodemoduler slik som ventiltrær og liknende utstyr, fra et skip ved bruk av en skipskran.
2 Sammendrag av foreliggende oppfinnelse Foreliggende oppfinnelse imøtekommer kravet nevnt ovenfor. Mer spesifikt fremskaffer foreliggende oppfinnelse et verktøy undervanns installasjon og testing av brønnhodemoduler slik som ventiltrær og liknende utstyr, fra et skip ved bruk av en skipskran. Verktøyet er særpreget ved at det omfatter en undervannsenhet som omfatter en kobling for utløsbar kobling til undervanns brønnhodemoduler eller utstyr, et middel for posisjonering, et middel for testing omfattende en fluidbank og en kobling for elektrisk strøm og elektrisk og/eller optisk kontroll. 1 20 2 Verktøyet har ingen forsyning av hydraulisk væske eller gass via navlestreng eller annen trykklinje fra overflaten, ettersom bare elektrisk strøm og elektriske og/eller optiske kontrollsignaler blir overført mellom overflateposisjonen og brønnhodeområdet. Verktøyet er tilpasset for å bli håndtert av en skipskran, som hengende i en vaier eller tau tilkoblet via løfteører, en spreder eller liknende middel. Verktøyet omfatter et overflate styringsmiddel og kobling til elektrisk strøm og styringsmiddel, i tillegg til undervannsenheten. Undervannsenheten er koblet til overflatefasilitetene med en elektrisk/optisk navlestreng, eventuelt via en ROV koblet til undervannsenheten, dvs. navlestrengen til et arbeids-rov-system kan bli anvendt for kraft og styring. Følgelig er det ikke noe stigerør eller slange for trykkfluid fra skipet ned til verktøyet, verken for installasjon, ferdigstillelse for drift eller testing, som fremskaffer en kjempemessig fordel ifølge foreliggende oppfinnelse over konvensjonell teknologi, spesielt hvor dybden er stor og brønnhodestablene er mange. 30 Verktøyet er nyttig for installasjon og testing av alle funksjoner, og kommunikasjon til alle sensorer, for undervannsutstyr, spesielt brønnhodeproduksjonsventiltrær, -moduler, pumpekompressorer og enheter av ulike typer, spesielt utstyr som er for tungt og/eller stort til å bli installert og testet ved å anvende konvensjonelle ROV-systemer og verktøy.
3 Verktøyet omfatter fortrinnsvis midler for å koble undervannsenheten til en fjernstyrt undervannsfarkost (ROV, remotely operated vehicle) for kraft og styring av undervannsenheten fra en overflate kontrollenhet via ROV-en og dens navlestreng. Middelet for kobling til en ROV er fortrinnsvis en eller flere dokkstasjoner med mottaksanordninger og koblinger som kan kobles operativt med tilsvarende midler til ROV-en. Koblinger er atskilte eller felles for hydraulisk kraft, elektrisk strøm og signaler, de fleste ROV-operatører kan fremskaffe slike koblinger, for eksempel i drift-koblinger med induktive koblinger eller kontaktkoblinger for elektrisk strøm og/eller signaler. 1 Middelet for posisjonering omfatter fortrinnsvis posisjoneringspropeller integrert i verktøyet og skyvekraft påført fra eventuelle dokkede ROV-er, i tillegg til en kran på skipet. Løfteørene, sprederene, osv., kan også bli betraktet som midler for posisjonering, som muliggjør posisjonering ved å bli hengt opp i en kranvaier eller et tau. 20 Undervannsenheten omfatter fortrinnsvis middel for bestemmelse av posisjonen og orienteringen, som omfatter en gyro i undervannsenheten, posisjoneringsystemet til en eventuell tilkoblet ROV, og eventuelt videre posisjoneringssensorer i undervannsenheten, brønnhodemodulene og utstyret, og brønnhodeinstrumentering, og eventuelle kameraer på verktøyet og brønnhodemodulene eller utstyret. 2 30 Verktøyet omfatter midler for testing og ferdigstillelse for drift, som fortrinnsvis omfatter fluidbanker, slik som nitrogengass-akkumulatorer og sylindere for forseglings- og trykktesting; og middel for mekanisk kobling til brønnhodet og utkobling av undervannsenheten etter drifttesting av mekaniske funksjoner, slik som ventilfunksjoner, og hydraulisk væskefylling, slik som en MEG-bank og en hydraulisk kraftenhet i undervannsenheten eller/og i et eventuelt ROV-system tilkoblet via i drift-koblinger eller liknende. Undervannsenheten har fortrinnsvis en hydraulisk kraftenhet omfattende en hydraulisk motor drevet av hydraulikken til ROV-en, der de hydrauliske kretsene til undervannsenheten beleilig anvender MEG som hydraulisk fluid.
4 Verktøyets middel for trykktesting av undervanns brønnhodemoduler eller utstyr, omfatter med fordel en gassfylt akkumulator og en gassfylt sylinder, som har koblinger for forseglbar mekanisk tilkobling og koblinger for kraft og styring, for operativ kobling til undervanns brønnhodemodulen eller utstyret for testing. Middelet er inkludert i verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse eller er inkludert eller utløsbart koblet til det andre undervannsutstyret, som pumper, kompressorer og undervannsmoduler. 1 20 Foreliggende oppfinnelse fremskaffer også en fremgangsmåte for installasjon av undervanns brønnhodemoduler eller utstyr, slik som et ventiltre (XT, Christmas tree), fra et skip som anvender en skipskran, ved å anvende verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, særegent ved nedføring av brønnhodemodulen eller utstyret utløsbart koblet til undervannsenheten til ovennevnte verktøy, ved å anvende en mekanisk kobling og skipskranen, men uten navlestreng eller linje som fremskaffer væske eller gass fra overflaten, men ved å anvende verktøyet som koblet til en fluidløs elektrisk eller elektriskoptisk navlestreng eller en ROV for posisjonering og kobling til et undervanns brønnhode. Fremgangsmåten omfatter fortrinnsvis også trinn for trykk- og funksjonstesting, og utkobling av verktøyet fra brønnhodemodulen eller utstyret etter ovennevnte testing. 2 30 Fremgangsmåte omfatter med fordel trykktesting av undervanns brønnhodemoduler eller utstyr, ved: forseglbar tilkobling av en gassfylt akkumulator og en gassfylt sylinder, og koblinger for kraft og styring, til undervannsmodulen eller -utstyret, tømming av vann fra volumet som skal testes, ved å åpne akkumulatoren for å kunne fortrenge vannet med gass, trykksetting til testtrykk, ved å betjene sylinderen, og monitorere trykket i en bestemt tidsperiode. Figurer Foreliggende oppfinnelse er illustrert med fire figurer, av hvilke:
Figur 1 illustrerer et verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse, før kobling til et brønnhode, Figur 2 illustrerer verktøyet i Fig. 1, fremdeles før kobling til et brønnhode, men som koblet til en ROV, Fig. 3 illustrerer verktøyet i Fig. nr. 1 og 2, som koblet til et brønnhode, og Fig. 4 er en mer detaljert illustrasjon av et verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse. 1 20 2 30 Detaljert beskrivelse Det er henvist til Fig. 1, som illustrerer et verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse, mer spesifikt en undervannsenhet 1 av verktøyet, som utløsbart koblet til et undervanns ventiltre 2, for kobling til et undervanns brønnhode 3. Monteringen er nedført som hengende fra et skip 4. En ROV er også illustrert, betjent fra skipet. Det blir deretter henvist til Fig. 2, som illustrerer at ROV-en har dokket til undervannsenheten 1. I den illustrerte utførelsesformen henger monteringen av undervannsenheten 1 og ventiltreet 2 i et tau fra skipet, og elektrisk strøm og styresignaler er fremskaffet via ROV-en, via den elektriskoptiske navlestrengen til ROV-en, ved å anvende den hydrauliske kraftenheten til ROV-en for å drive et hydraulisk system av undervannsenheten via en hydraulisk omformerpumpe. Alternativt kunne undervannsenheten bli direkte koblet til en fluidløs navlestreng, der undervannsenheten per se inkluderer alle midler for drifting og testing av mekaniske, elektriske og eventuelle andre anordninger, eller midlene kunne bli fremskaffet fra ROV-systemet i en fullstendig eller større grad. En observasjons-rov kan også bli anvendt for å lette driften. Den illustrerte undervannsenheten veier omtrent 24 metriske tonn, det utløsbart tilkoblede ventiltreet veier rundt 40 metriske tonn. Fig. 3 illustrerer ventiltreet 2 som koblet til brønnhodet 3. Etter testtilkobling, ventilfunksjoner og kommunikasjon med alle sensorer i undervannssystemet, blir undervannsenheten 1 frakoblet fra ventiltreet. Fig. 4 er en mer detaljert illustrasjon av et verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse. Liknende elementer er angitt med den samme numeriske referansen i alle figurer. Fig 4 viser klart blant annet en ROV-dokkstasjon på
6 undervannsenheten, som mottaksanordninger 6 og i drift-koblingsporter 7 er illustrert.
7 PATENTKRAV 1. Verktøy for undervanns installasjon og testing av brønnhodemoduler slik som ventiltrær og liknende utstyr, fra et skip ved bruk av en skipskran, k a r a k t e r i s e r t v e d at verktøyet omfatter en undervannsenhet som omfatter en kobling for utløsbar kobling til undervanns brønnhodemoduler eller utstyr, et middel for posisjonering, et middel for testing omfattende en fluidbank og en kobling for elektrisk strøm og elektrisk og/eller optisk kontroll. 1 2. Verktøy ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at verktøyet ikke har forsyning av hydraulisk væske eller gass via navlestreng eller annen trykklinje fra overflaten, ettersom bare elektrisk strøm og elektriske og/eller optiske kontrollsignaler blir overført mellom overflateposisjonen og brønnhodeområdet. 20 3. Verktøy ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter midler for tilkobling av undervannsenheten til en fjernstyrt undervannsfarkost (ROV, remotely operated vehicle) for kraft og styring av undervannsenheten fra en overflate kontrollenhet via ROV-en og dens navlestreng. 2 4. Verktøy ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at middelet for posisjonering omfatter posisjoneringspropeller integrert i verktøyet og skyvekraft forsynt fra eventuelle dokkede ROV-er, i tillegg til en kran på skipet. 30. Verktøy ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at undervannsenheten omfatter middel for bestemmelse av posisjonen og orienteringen, omfattende en gyro i undervannsenheten, posisjoneringsystemet til en eventuelt tilkoblet ROV, og eventuelt videre posisjoneringssensorer i undervannsenheten,
8 brønnhodemodulene og utstyret, og brønnhodeinstrumentering, og eventuelle kameraer på verktøyet og brønnhodemodulene eller utstyret. 6. Verktøy ifølge hvilket som helst av kravene 1-, k a r a k t e r i s e r t v e d at verktøyet omfatter middel for testing og ferdigstillelse for drift, omfattende fluidbanker, slik som nitrogengass-akkumulatorer og sylindere for forseglingsog trykktesting; og middel for mekanisk kobling til brønnhodet og frakobling av undervannsenheten etter drifttesting av mekaniske funksjoner, slik som ventilfunksjoner, og hydraulisk væskefylling, slik som MEG-banker og hydraulisk kraftenhet i undervannsenheten eller i et eventuelt ROV-system tilkoblet via i drift-kobling eller liknende. 1 20 2 30 7. Verktøy ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, k a r a k t e r i s e r t v e d at middelet for testing omfatter en gassfylt akkumulator og en gassfylt sylinder, som har koblinger for mekaniske forseglingskoblinger og koblinger for kraft og styring, for operativt å koble til undervanns brønnhodemodulen eller utstyret for testing. 8. Fremgangsmåte for installasjon av undervanns brønnhodemoduler slik som ventiltrær og liknende utstyr, fra et skip ved bruk av en skipskran, der verktøyet ifølge hvilket som helst av kravene 1-7 anvendes, k a r a k t e r i s e r t v e d nedføring av brønnhodemodulen eller utstyret som utløsbart koblet til undervannsenheten til ovennevnte verktøy, ved å anvende skipskranen, men uten eventuell navlestreng eller linje som leverer væske eller gass fra overflaten, men ved å anvende verktøyet som koblet til en fluidløs elektrisk eller elektrisk-optisk navlestreng eller en ROV for posisjonering og kobling til et undervanns brønnhode, og anvendelse av verktøyets fluidbank for trykktesting.
9 1 9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten også omfatter trinn for trykk- og funksjonstesting, og frakobling av verktøyet fra brønnhodemodulen eller utstyret etter ovennevnte testing.. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, k a r a k t e r i s e r t v e d trykktesting av undervanns brønnhodemoduler eller utstyr, ved forseglbar tilkobling av en gassfylt akkumulator og en gassfylt sylinder, og koblinger for kraft og styring, til undervannsmodulen eller -utstyret, som tømmer vann fra volumet som skal bli testet, ved å åpne akkumulatoren for å kunne fortrenge vannet med gass, trykksetting for å teste trykk, ved å betjene sylinderen, og monitorering av trykket i en bestemt tidsperiode.
1/4 4 1 2 3 Fig. 1
2/4 4 1 2 3 Fig. 2
3/4 4 2 1 3 Fig. 3
4/4 1 2 7 6 Fig. 4