Boreplattformen med boreutstyr 8241200609 [PDF]

Zitiervorschau

Einar Framnes og Svein Gleditsch

Boreplattformen med boreutstyr Med bidrag av Konrad Berge og Arnt M. Risvand

Felles språklig utgave

Vett&Vitenas

© Vett & Viten A/S 1994 ISBN 82-412-0060-9

Omslag: Stein Davidsen Illustrasjoner: Kari Strand Ellingsen, Susanne Kihle og Bjørn Norheim når annet ikke er nevnt. Se forøvrig forordet. Språket i denne boka er dels nynorsk, dels bokmål, i henhold til brev av 28.1.1987 fra Kirke- og Undervisningsdepartementet: «...lærebøker for små elevgrupper (under 300 i året) lages som fellesspråklige utgaver med ca. 40% av innholdet på den ene målform. Ordningen gjøres som en prø­ veordning for tre år. Deretter vurderes ordningen.» (Ordningen er pr.d.d. ikke endret.)

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven og fotogra­ filoven eller i strid med avtaler om kopiering som er gjort med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere av åndsverk.

Sats: Røyken Fotosats Printed in Norway 1994

Utgiver: Vett & Viten A/S Postboks 4, 1321 Stabekk

Forord

«Boreplattformen med utstyr» er primært skrevet for bruk på boreteknisk

linje i teknisk fagskole. Boken dekker i hovedsak emnelisten i faget bore­ teknisk utstyr og metoder, og bygger på boken «Plattformtyper og boreut­

styr». Det vil altså være hensiktsmessig å bruke «Plattformtyper og bore­ utstyr» som en innføring i faget, eller repetisjon, før «Boreplattformen med utstyr» benyttes. «Boreplattformen med utstyr» dekker sammen med «Boreteknologi 1»

og «Boreteknologi 2» fagplanen for boretekniske fag i teknisk fagskole. Beskrivelser av systemer og utstyr er laget med utgangspunkt i driftshåndbøkene for Snorre TLP, og de fleste illustrasjonene, samt deler av

teksten i kapittel 4 er hentet fra disse bøkene. Vi vil benytte anledningen til å takke Saga Petroleum As og Norwegian Rig Consultants for tillatelse til bruk av materialet.

Lillesand/Harstad, februar 1994 Einar Framnes Svein Gleditsch

Innhold

1. Innledning 15

2. Generell beskrivelse av et boreanlegg 17 2.1. Boresystemer 17 2.1.1. Borerigg (Pakke A) 17 2.1.2. Primærrensesystem for borevæske (Pakke B) 17 2.1.3. Nødsirkulasjonssystem (Pakke C) 18 2.1.4. Sekundærrensesystem for borevæske (Pakke D) 19 2.1.5. Bulksystem (Pakke E) 19 2.1.6. Blandesystemer for kjemikalier og bulkmateriale (Pakke F) 20 2.1.7. Pumpesystem for borevæske (Pakke G) 20 2.1.8. Tanker for lagring av borevæske (Pakke H) 21 2.1.9. System for brenning av borevæske og hydrokarboner (Pakkel) 21 2.1.10. Håndteringssystem for hydrokarbonholdig borekaks (Pakke J) 22 2.1.11. Kontor og boligmodul (Pakke K) 22 2.1.12. Sementeringsenhet (Pakke L) 22 2.1.13. System for borevæskelogging (Pakke M) 23 2.1.14. Vaierloggingsenhet (Pakke N) 23 2.2. Brønnoverhalingssystemer 23 2.2.1. Kabelenhet (wire line unit) (Pakke O) 24 2.2.2. Kveilerørsenhet (Pakke P) 24 2.2.3. Snubbing-enhet (Pakke Q) 26 2.2.4. Lett overhalingsrigg (Pakke R) 27 2.3. Forskjellige utbyggingsløsninger 27 2.3.1. Konvensjonelt boreanlegg 27 2.3.2. Konvensjonelt boreanlegg, modularisert 27 2.3.3. Konvensjonelt boreanlegg, egen brønnoverhalingsmodul 28 2.3.4. Oppjekkbar borerigg og brønnhodeplattform (Cantilever-operasjon) 30 2.3.5. Oppjekkbar borerigg og brønnhodeplattform, overføring av boretårn og fundament 31 2.3.6. Brønnhodeplattform med boretårn og fundament, assistert av delvis nedsenkbar flyterigg 33 2.4. Hjelpesystemer 34 7

3. Boremetoder og plattformtyper 35 3.1. Boreaktivitet på norsk kontinentalsokkel 35 3.1.1. Leteboring 35 3.1.2. Produksjonsboring 36 3.1.3. Tidsfordeling og kostnader 38 3.2. Produksjonsboring 39 3.2.1. Boring fra faste installasjoner 39 3.2.2. Boring fra strekkstagsplattform (TLP) 40 3.2.3. Havbunnsboring fra flyterigg 56 3.3. Leteboring 72 3.3.1. Boring med flyterigg 72 3.3.2. Boring med oppjekkbar borerigg 72

4. System og utstyrsbeskrivelser 74 4.1. Innledning 74 4.2. Hjelpesystemer for boring 78 4.2.1. Fordelingssystem for borevann 78 4.2.2. Fordelingssystem for basisolje 79 4.2.3. Fordelingssystem for kjolevæske 79 4.2.4. Fordelingssystem for sjøvann 80 4.2.5. Fordelingssystem for ferskvann 80 4.2.6. Fordelingssystem for diesel 80 4.2.7. Fordelingssystem for trykkluft 80 4.2.8. Fordelingssystem for nøytralgass 81 4.3. Rørhåndterings systemet 86 4.3.1. Rørlager 86 4.3.2. Rørtransport 89 4.3.3. Rørhåndtering 93 4.3.4. Heisesystemet 101 4.3.5. Rotasjonssystemet 107 4.4. Materialhåndteringssystemet 111 4.4.1. Materialhåndtering i boretårnet 111 4.4.2. Materialhåndtering på boredekket 111 4.4.3. Materialhåndtering i boremodulen 111 4.4.4. Brønnoverhalingskran 116 4.5. Boreovervåknings- og styringssystemet 116 4.6. Riggflyttingssystemet 118 4.6.1. Jekkesystem 118 4.6.2. Glidesikringssystem 120 4.6.3. Slepebeltesystem 122 4.7. Bulksystemet 123 4.7.1. Innledning 123 4.7.2. Lasting/lossing 128 4.7.3. Transport 128 4.7.4. Ventilering 131 8

4.8. Borevæskesystemet 131 4.8.1. Innledning 131 4.8.2. Kjemisk doseringssystem 141 4.8.3. Borevæsketanker og avløpssystem 142 4.8.4. Borevæsketransportsystemet 143 4.8.5. Blandesystemet for borevæske 144 4.8.6. Matepumper og HT-borevæskepumper 145 4.8.7. Borevæskeretur og rensesystemet 145 4.8.8. Etterfyllingssystemet 149 4.9. Avbrenningssystem for borevæske 149 4.10. System for behandling av borekaks 153 4.11. Brønnkontrollsystemet 157 4.11.1. Innledning 157 4.11.2. Standrørsmanifold 159 4.11.3. Brønndrepemanifold 162 4.11.4. Kontrollsystem for UBIS 163 4.12. Sementeringssystemet 164 4.12.1. Innledning 164 4.12.2. Funksjonsbeskrivelse 168 4.13. Kompletteringsvæskesystemet 171 4.13.1. Lasting/lossing av kompletteringsvæske 171 4.13.2. Filtrering av kompletteringsvæske 172 4.13.3. Lagring av kompletteringsvæske 173 4.13.4. Blanding av kompletteringsvæske 173 4.14. Strekksystem for borestigerør 175 4.14.1. Systemoversikt 175 4.14.2. Funksjonsbeskrivelse 177 4.15. System for åpent avløp (dreneringssystemet) 180 4.16. Hydraulisk kraftsystem 183 4.16.1. Systemoversikt 183 4.16.2. Funksjonsbeskrivelse 185 4.17. Trykkluftsystemet 191 4.18. Ventilasjonsanlegg for boreområdet 192 4.18.1. Systemoversikt 192 4.18.2. Funksjonsbeskrivelse 194

5. Hydraulikksystemer på boreanlegg 197 5.1. Innledning 197 5.1.1. Generelt om bruk av hydraulikk ved petroleumsvirksomhet til havs 197 5.1.2. Det hydrauliske systemet 197 5.2. Hydraulikkteori 200 5.2.1. Tekniske og fysiske enheter 200 5.2.2. Trykk 201 5.2.3. Strømning 201 9

5.2.4. Beregning av pumpeeffekten 202 5.2.5. Hydrauliske tanker 203 5.3. Renhold av hydrauliske anlegg 204 5.3.1. Generelt 204 5.3.2. Hydrauliske komponenter 204 5.3.3. Skadevirkninger 208 5.3.4. Rengjøring av komponenter og anlegg 211 5.3.5. Filtrering 212 5.4. Vedlikehold av hydrauliske anlegg 214 5.4.1. Generelt om start av et nytt anlegg eller start etter driftsstopp 214 5.4.2. Rutinemessig vedlikehold 215 5.4.3. Forebyggende vedlikehold 215

6. Kompenseringsutstyr 217 6.1. Innleiing 217 6.2. Borestrengkompensator (Drill string compensator, DSC) 217 6.2.1. NL-Shaffer-kompensator. Verkemåte og utrekning 217 6.2.2. Rammeverk, sylinder, kjeder og fartsavgrensingsventil 220 6.2.3. Låsekam 221 6.2.4. Kompensatormanifold 223 6.2.5. Kontrollpanel og luftreservoar 223 6.2.6. Borings- og operasjonsprosedyre 224 6.2.7. Tilkopling av ny røyrlengd 225 6.2.8. Utskifting av borkrone (tripp) 225 6.2.9. Kompensator brukt ved brønnlogging 226 6.2.10. Kronblokkompensator 227 6.2.11. Vetco borestrengkompensator 229 6.3. Strekklinekompensator for stigerøyrsystemet 233 6.3.1. Operasjonsprinsipp 233 6.3.2. Forklaring av systemet 235 6.3.3. Kutte- og sleppeprogrammet til wirelina 236 6.3.4. Sleppeprosedyre 239 6.3.5. Kjedekompensator 240 6.3.6. Leielinekompensator 241 6.4. Aktivt kompensatorsystem 242

7. Stigerøyr, fleksible ledd og avleiingssystem 245 7.1. Utstyret 245 7.1.1. Koplingar 245 7.1.2. Stigerøyr 246 7.1.3. Inspeksjon av pinnen og boksen 248 7.1.4. Komponentane i stigerøyret 252 7.1.5. Oppdriftselement 254 7.1.6. Handteringsverktøy for stigerøyret 256 10

7.1.7. Teleskoprøyr og lastring (Support ring) 257 7.2. Avleiingsutstyr og system 260 7.2.1. Generelt 260 7.2.2. Prosedyre for å teste avleiingsutstyret 261

8. Oppbygginga av kontrollsystemet og sikringsventilen 266 8.1. Innleiing 266 8.2. Symbol 267 8.3. Ein enkel krins frå fjernkontrollpanelet og ned til sikringsventilen (BOP) 270 8.4. Fjernkontrollpanel 272 8.5. Hydraulisk kontroll og akkumulatormanifold 274 8.6. Regulering av operasjonsvæska 276 8.7. Parallelloppbygging av kontrollmanifolden 278 8.8. Pumpe- og akkumulatorsystemet 280 8.9. Slangetrommel for kontroll slange 284 8.10. Kontrollslangen 286 8.11. Kontrollpod 289 8.12. Utstyr 290 8.13. Akustisk naudoperasjonssystem 294 8.13.1. Generelt 294 8.13.2. Testprosedyre 299 8.14. Oppbygginga av sikringsventilen (BOP) 301 8.14.1. Hydrauliske koplingar 306 8.14.2. Borerøyrs- og skjereventilar 310 8.14.3. Ringromsventilar 320 8.14.4. Kuleledd 324 8.14.5. Samankoplingsmetodar 325 8.15. Operasjonsprosedyrar 326 8.15.1. Førebuing i å køyre sikringventilen (BOP-en) 326 8.15.2. Køyring av BOP-en på stigerøyret 328 8.15.3. Avhenging av borestrengen og avkoplinga av den øvste BOP-en (LMRP) 332 8.15.4. Prosedyrar 333 8.15.5. Landing av den øvste BOP-en (LMRP) 334 8.15.6. Fisking av avhengd borestreng 335 8.15.7. Testrutinar 335

9. Sirkulasjonssystemet 337 9.1. Innleiing 337 9.2. Sirkulasjonsutstyret på sikringsventilen 337 9.2.1. Sleideventilar 340 9.2.2. Koplinga mellom sirkulasjonslinene på den øvste og nedste sikringventilen 347 9.2.3. Fleksibel slange og stålfleksislange 348

11

9.3. Sirkulasjonsline på stigerøyret 349 9.4. Overgangskopling (Gooseneck eller Terminal fitting) 349 9.5. Sirkulasjonsslange 350 9.6. Avleiings- og reduksjonsmanifold 350 9.7. Manuelle sleideventilar 350 9.7.1. Høgtrykksventil 353 9.8. Positiv tetting, fjernkontrollert reduksjonssystem 355 9.9. Manuell reduksjonsventil 361

10. Ventiltre 362 10.1. Innleiing 362 10.2. Ventiltre 363 10.2.1. Nedre hovudventil 363 10.2.2. Øvre hovudventil 364 10.2.3. Produksjonsvengeventil 364 10.2.4. Sidearmsventil 364 10.2.5. Toppventil 364 10.2.6. Strupeventil 365 10.3. Klargjering av brønnar på havbotnen

365

11. Re-injeksjon av borekaks 367 11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5.

Innleiing 367 Alternative handteringsmetodar 367 Overordna prosessforklaring 367 Nødvendige rammevilkår 368 Detaljert systemforklaring 368

12. Boring av djupe brønnar med høgt trykk og høg temperatur 369 12.1. Innleiing 369 12.2. Krav til utstyr og system 369 12.2.1. Slam-/gasseparator 370 12.2.2. Hydrat 371 12.2.3. Temperatur 372 12.2.4. Trykk 372 12.2.5. Kill-/chokemanifold 373 12.2.6. Instrumentering 373 12.3. Designkriterium 374 12.4. Erfaringar med utstyr 375 12.4.1. Vakuumdegassar 375 12.4.2. Float-/einvegsventil 375 12.4.3. «Drop-in dart» 375 12.5. Prosedyrar 375

12

13. Boring på djupt vatn utan leieliner 377 13.1. Innleiing 377 13.2. Operasjonsprosedyre 379 13.3. Leielinelaust mellombels fundament (LMF) 379 13.4. Leielinelaust permanent fundament (LPF) 381 13.5. Høgtrykks brønnhovud 383 13.6. Landing av sikringsventil 384 13.7. Leielåseverkty 386 13.8. Den nedste BOP-en med entrings- og orienteringsramme 387 13.8.1. Cameron entrings- og orienterinsgutstyr 387 13.9. Oppbygging av den øvste sikringsventilen 389 13.9.1. Høgvinkeltype Vetco H-4 hydraulisk kopling 389 13.9.2. CIW-fleks kuleledd 390 13.9.3. Overgangen til stigerøyr 392 13.9.4. Kontrolleiningar som kan trekkjast opp 392 13.9.5. Elektrohydraulisk kontrolleining 393 13.9.6. Multipleksbehaldar 395 13.9.7. Naudlyfteutstyr 396 13.9.8. Hydraulisk sirkulasjonslinekopling som kan trekkjast opp 397 13.9.9. Stigerøyr 397 13.9.10. Lastrotasjonsring 399 13.10. Dynamisk posisjonering (DP) på vassdjupner over 300 meter 401 13.10.1. Operasjonskriterium 401 13.10.2. Reaksjonssystem (Fast response control system) 402

14. Drift av boreanlegg 406 14.1. Organisasjon og ansvarsforhold 406 14.1.1. Produksjonsplattformen 406 14.1.2. Leterigg 407 14.1.3. Organisasjon på land 409 14.2. Rapportering 410 14.3. Vedlikeholdsarbeid 417 14.4. Sikkerhetsarbeid 419

15. Planlegging og bygging av boreanlegg

420

15.1. Innledning 420 15.2. Dimensjonering av boreanlegg 420 15.2.1. Tankkapasitet for borevæske og basisvæsker 420 15.2.2. Lagerkapasitet for bulk barytt 421 15.2.3. Lagerkapasitet for bulk sement 423 15.2.4. Heisespill kapasitet 424 15.2.5. Dimensjonering av boretårn 425 15.2.6. Kapasitet for vertikal lagring av rør («set-back») 431 15.2.7. Pumpekapasitet 432

13

15.2.8. Dimensjonering av sikkerhetsventil 433 15.2.9. Kapasitet for horisontal lagring av rør («pipe-rack») 15.2.10. Kraftbehov 435

434

KAPITTEL 1

Innledning

Boreanlegget er tradisjonelt beskrevet med hovedvekt på utstyr og utstyrs­ komponenter. Det kan derfor ofte være vanskelig å få oversikt over anleg­ gets, og de enkelte komponenters funksjon. Boreindustrien har vært og er preget av sterke personligheter, ofte med bastante synspunkter. Dette skaper en klassisk konflikt i ethvert prosjekt, der driftsmiljøer møter prosjekt og ingeniørmiljøer. Årsaken til konflikte­ ne er som regel manglende kunnskap om andres fagområder, og manglen­ de oversikt over konsekvenser av «å ri kjepphester». De fleste av oss har en tendens til å mene at det anlegget vi arbeidet på/med sist, er det beste. Vi glemmer derfor at et boreanlegg på en produksjonsinstallasjon er skreddersydd for et spesifikt felt, og at et borean­ legg på en leterigg er designet med hensyn på varierende forhold. I enhver sammenheng må derfor behovene defineres først. Deretter designes bore­ anlegget ut fra sikkerhetsmessige, miljømessige og økonomiske kriterier. Før en løsning aksepteres, er det alltid en god regel å spørre om dette er noe vi har behov for, eller om det er «kjekt å ha». Løsninger som det ikke er regelmessig behov for og som ikke influerer på anleggets sikkerhet, bør derfor ikke være en permanent del av anlegget. Her har både prosjekt og driftsorganisasjoner en oppgave - prosjektet må være mer kritisk og be­ visst på kopieffekten som ofte fører til overdesign, mens driftspersonell må være bevisst konsekvensen av spesielle løsninger med hensyn på vekt og kostnader. Internasjonalt er norsk offshoreindustri i fremste rekke når det gjelder tekniske løsninger, men har ikke samme posisjon når det gjelder kost­ nadsnivå. Vi må derfor bli mer bevisst i valg av løsninger, og kunne si: «Dette anlegget dekker vårt behov», selv om ikke alle ønskelister er til­ fredsstilt. Som nevnt i forordet er denne boken primært skrevet for boreteknisk linje på teknisk fagskole. Det er imidlertid også lagt vekt på å dekke de behov som prosjekt og driftspersonell generelt har. Boken vil derfor også kunne benyttes av enhver som arbeider med design, bygging og drift av boreanlegg. Kapittel 2 inneholder en generell beskrivelse av et boreanlegg. Innfalls­ vinkelen er noe uvanlig, da anlegget er delt opp i små moduler eller «pak­ ker». Disse pakkene kan plasseres på ulike typer plattformer, eller i form

15

av delte løsninger. Hensikten med en slik inndeling er å beskrive ulike ut­ byggingsløsninger, og å illustrere muligheten av å flytte boreanlegget mel­ lom ulike plattformer. Kapittel 3 inneholder en oversikt over ulike plattformtyper og boremetoder. Det er lagt vekt på å beskrive ulike behov ved de forskjellige kon­ septene, og dermed bidra til en forståelse av at et boreanlegg består av endel generelle basisløsninger med spesifikke tillegg basert på definerte behov. Kapittel 4 inneholder system og utstyrsbeskrivelser. Her er et spesielt prosjekt brukt som eksempel, Snorre TLP. Dette er gjort fordi Snorre TLP er det siste boreanlegget som er satt i drift på norsk sokkel, og fordi en stekkstagsplattform inneholder de fleste borerelaterte systemer og ut­ styrskomponenter som benyttes. Bore og hjelpesystemene er beskrevet ved hjelp av flytdiagrammer. Flytdiagrammene gir en god oversikt over røropplegg, utstyr og kapasiteter i sentrale elementer som bør avklares tidlig i prosjektet. Kapitlene fra og med 5 til og med 13 består av mer tradisjonelle be­ skrivelser av utstyr, systemer og prosedyrer. Kapittel 14 beskriver drift av boreanlegg. Det skilles mellom produk­ sjonsplattformer og leterigger, og organisasjon og arbeidsmetoder beskri­ ves på et generelt nivå. Til slutt beskrives planlegging og bygging av boreanlegg i kapittel 15. Nøkkelområder defineres, og det gis eksempler på beregningsmetoder for dimensjonering.

KAPITTEL 2

Generell beskrivelse av et boreanlegg av Einar Framnes

Et konvensjonelt boreanlegg kan deles inn i 14 forskjellige pakker, som er definert i kapittel 2.1. I tillegg er brønnoverhalingsutstyr definert i fire pakker, og beskrevet i kapittel 2.2. En slik inndeling er hensiktsmessig fordi forskjellige utbyggingsløsninger da kan beskrives på en enkel og oversiktlig måte. I kapittel 2.3 illustreres forskjellige løsninger med enkle skisser. De for­ skjellige løsningene har et varierende omfang av grensesnitt mellom boreanlegget og resten av plattformen. Dette er illustrert i kapittel 2.4.

2.1. Boresystemer 2.1.1. Borerigg (Pakke A) Borerigger består av boretårn, boredekk og fundament. Pakken inkluderer heisesystem, rotasjonssystem og rørhåndteringssystem. Pakken er vist på figur 2.1.

2.1.2. Primærrensesystem for borevæske (Pakke B) Med bakgrunn i de forskjellige utbyggingsalternativene, er det hensikts­ messig å dele rensesystemet for borevæske inn i et primærsystem og et sekundærsystem. Primærsystemet omfatter følgende hovedkomponenter: • fordelingstank for borevæske • vibrasjonssikter • gassutskiller • sand/silt-utskiller • sugetanker • sentrifugalpumper

Systemet plasseres vanligvis i fundamentet for boretårn og boredekk der­ som denne pakken kan flyttes rundt på plattformen. 17

Figur 2.1. Borerigg, Snorre TLP Riggen kan flyttes langs og på tvers av rørlageret.

I utbyggingsløsninger der lager for borevæske og pumpeinstallasjon er fjernet fra plattformen, må borevæsken renses før den overføres. Primærrensesystemet vil da være plassert på plattformen.

2.1.3. Nødsirkulasjonssystem (Pakke C) På enhver installasjon der det produseres hydrokarboner, vil det være na­ turlig å ha permanent installert nødsirkulasjonssystem. Systemets primæ­ 18

re funksjon vil være brønndreping i en nødsituasjon. I henhold til tidligere regelverk skulle systemet kunne levere minimum 800 1/min ved 200 bar pumpetrykk. Nødsirkulasjonssystemet vil typisk bestå av følgende hoved­ komponenter: • pumpe (dieseldrevet eller elektrisk drift) • tank for lagring av væske med tilstrekkelig egenvekt til å balansere reservoartrykket • system for vedlikehold av væske og eventuelt blanding av ny væske • sentrifugalpumper Systemet vil også kunne benyttes til andre pumpeoperasjoner som f.eks. sementering, komplettering og brønnoverhaling.

2.1.4. Sekundærrensesystem for borevæske (Pakke D) Som tidligere nevnt, er rensesystemet for borevæske delt i to; et primærsystem og et sekundærsystem. I et konvensjonelt boreanlegg vil sekundærsystemet være plassert i sammenheng med pumper og tanker i borevæskesystemet, mens primærsystemet er plassert i fundamentet for boretårn og boredekk.

Systemet vil typisk bestå av følgende hovedkomponenter: • sentrifuger • fødepumper for sentrifuger • sugetanker

I en delt løsning der boreanlegget bare delvis er plassert på plattformen, vil det være naturlig å begrense mengden av utstyr som skal plasseres på plattformen av plass og vekthensyn. Sekundærrensesystemet vil derfor ikke bli plassert på plattformen. I tillegg til rensing av borevæske, kan sekundærrensesystemet tillegges oppgaver med «tørking» av borekaks, f.eks. i forbindelse med et transport­ system for borekaks til land.

2.1.5. Bulksystem (Pakke E) Bulksystemet skal sørge for mottak, lagring og transport av materiale i pulverform. Tre typer materiale håndteres vanligvis i systemet: • barytt (vektmateriale for borevæske) • bentonitt (leirmateriale som øker viskositeten i borevæsken) • sement

Drivmekanismen i systemet er normalt trykkluft. Varianter der deler av systemet er atmosfærisk kan være aktuelle, men setter strenge krav til høy­ deforskjeller og plassering av utstyr. 19

For et konvensjonelt system, fullstendig trykksatt, kan luftbehovet kom­ me opp i 1600 N m3/time. Systemet har da en kapasitet på 100 mT pr. time. Systemet består typisk av følgende hovedkomponenter: • lagertanker for barytt og bentonitt (benyttes om hverandre). Totalt ca. 250 m3, • lagertanker for sement. Totalt ca. 200 m3, • doseringstanker over blandestasjoner for borevæske og sementblander, • røropplegg (typisk diameter 127 mm), • filterenheter for rensing av luft før den ventileres ut.

2.1.6. Blandesystemer for kjemikalier og bulkmateriale (Pakke F) Systemet benyttes for vedlikehold og blanding av borevæske. En rekke va­ rianter er tilgjengelige. Systemer basert på containere eller store sekker (big bags) har vært vanlige. Disse kombineres med blandestasjoner for ba­ rytt og bentonitt. Systemet består typisk av følgende komponenter: • containere eller «big bags« • stasjonære beholdere med doseringssystem • transportskruer • pumper • blandetrakt med dyse (hopper) og sekkekutter

Det siste året har imidlertid såkalte «sekkekuttebord« overtatt markedet. Her benyttes sekker på 25 og 40 kg. Håndteringen av sekkene er mekani­ sert og delvis automatisert. Systemet er mindre og enklere enn de containerbaserte systemene. Systemet plasseres vanligvis nær lagertankene for borevæske.

2.1.7. Pumpesystem for borevæske (Pakke G) Pumpesystemet sørger for transport av borevæske fra lagertanker til brøn­ nen og tilbake. Borevæsken pumpes fra en aktiv sugetank, via et høy­ trykks røropplegg og opp til en manifold på boredekket. Her føres bore­ væsken opp i boretårnet gjennom et vertikalrør (standpipe) og over til boremaskin eller svivel via en fleksibel slange. Borevæsken presses ned gjennom borestrengen og opp i ringrommet. Returvæske ledes til primærrensesystemet for borevæske og deretter tilbake til lagertankene. Systemet vil typisk bestå av følgende komponenter: • høytrykkspumper (3 stk) • sentrifugalpumper for mating, blanding og overføring • manifolder og røropplegg (200 mm lavtrykk og 127 mm høytrykk)

20

2.1.8. Tanker for lagring av borevæske (Pakke H) Ifølge tidligere regelverk skulle et boreanlegg kunne lagre minimum 200 m3 borevæske. Vanligvis vil tankkapasiteten være betydelig høyere, 350-400 m3. For å ha tilstrekkelig fleksibilitet i systemet, består anlegget av 8-10 for­ skjellige tanker. Disse kan typisk defineres som følger: • 1 stk. aktiv sugetank (40 m3) • 1 stk. aktiv blandetank (40 m3) • 4-6 stk. reservetanker for lagring av borevæske • 1 stk. kjemikalietank (10 m3) • 1 stk. væskepluggtank (sugetank) for blanding av mindre mengder tyn­ gre væskemateriale (10 m3).

Hver av tankene er utstyrt med røreverk med tilstrekkelig kapasitet til å unngå utfelling av tunge partikler i borevæsken. Tankene er knyttet til punpesystemet via et manifoldarrangement. I bun­ nen av tankene er det installert avløpsventiler, som er koblet til et sentralt avløpssystem.

2.1.9. System for brenning av borevæske og hydrokarboner (Pakke I) Ethvert boreanlegg skulle tidligere ha tilgang til et system for brenning av hydrokarbonholdig borevæske og formasjonsfluid. Vanligvis tillates det ikke at borevæske føres inn i produksjonssystemet, slik at boreanleggene ble utstyrt med egne system for brenning. Den mest vanlige løsningen var å plassere et brennerhode på en brennerbom, som stikker 18-20 m ut fra plattformen. For å kunne foreta av­ brenning uten å være avhengig av vær og vind, installeres to brennerbommer på motsatte sider av plattformen. Brennersystemet benyttes primært ibrønnkontrollsituasjoner der formasjonfluid sirkuleres ut av brønnen via brønnkontrollsystemet. Systemet består typisk av følgende komponenter: • brennerhode (2 stk.) • brennerbom (2 stk.) • pumper for diesel og sjøvann • tennersystem • tank for oppsamling av væske som skal brennes • manifolder og røropplegg

For brønntesting i forbindelse med brønnoverhaling kan brennersystemet være en del av tredjepartsutstyret. På nye installasjoner inkluderes nødvendigvis ikke denne pakken. 21

Brønntesting skjer ved hjelp av produksjonssystemet, og kaks og brukt boreslam reinjiseres eller fraktes til land for destruksjon.

2.1.10. Håndteringssystem for hydrokarbonholdig borekaks (Pakke J) Det har vært vanlig å installere omfattende systemer for rensing av hydro­ karbonholdig borekaks på boreanlegg for bruk på norsk kontinentalsok­ kel. Effektiviteten til disse anleggene har ikke vært fullt tilfredsstillende da det har vist seg vanskelig å redusere hydrokarboninnholdet til­ strekkelig. Med strengere krav til utslipp og alternative borevæskesystemer (vannbaserte eller bruk av estere o.l.) vil bruken av hydrokarboninnholdig bore­ væske sannsynligvis reduseres karftig. Transport av hydrokarbonholdig borekaks til land eller reinjeksjon vil da være å foretrekke fremfor rensing på plattformen.

Transportsystemet vil typisk bestå av følgende komponenter: • Containere eller big bags for transport av borekaks • lastestasjoner • system for tørking av borekaks (kan kombineres med sekundærrense­ systemet for borevæske) • system for lagring av containere/big bags og overføring til fartøy.

2.1.11. Kontor og boligmodul (Pakke K) Et konvensjonelt boreanlegg vil under normal operasjon sysselsette perso­ nell fra operatør, boreentreprenør og serviceselskaper. Under spesielle operasjoner vil tallet være maksimalt. Overordnet personell vil ha behov for endel kontorplasser tilknyttet boreanlegget. Bemanningen ved lett brønnoverhaling kan være langt lavere enn ved boring og tung brønnoverhaling. Antall personer avhenger av hvilken type overhaling som foretas.

2.1.12. Sementeringsenhet (Pakke L) Sementeringsenheten kjøpes eller leies. Enheten opereres og vedlikehol­ des av et serviceselskap. Enheten består av følgende hovedkomponenter: • Motor (2 stk., diesel eller elektrisk) • Stempelpumpe (2 stk.) • Blandeenhet (todelt tank der væske og tørrstoff blandes) • Sentrifugalpumper • Måletank (2 stk., ca. 2 m3 hver) • System for tilsetting av kjemikalier • Høytrykksmanifold og røropplegg • Porsjonsblander (batchmixer) 22

Sementeringsenheten oppfyller vanligvis kravene til nødpumpesystem med hensyn til kapasitet. Det forutsettes imidlertid at motorene er sikret tilførsel av diesel eller elektrisk strøm i en nødsituasjon. Systemet opereres ved at væskefasen blandes i måletankene, dvs. at vann (ferskvann eller sjøvann) blandes med kjemikalier. Væskefasen pum­ pes deretter inn i blandeenheten der tørrstoff tilsettes fra en «surge»-tank (utjevningstank). Sementblandingen resirkuleres til ønskede egenskaper er oppnådd før den pumpes ned i brønnen via høytrykksmanifolden og røropplegget.

2.1.13. System for borevæskelogging (Pakke M) Borevæskelogging har tradisjonelt vært en tjeneste supplert av en tredje­ part (dvs. leid). En del nybygg har så omfattende utstyr (datamaskiner og instrumentering) at behovet for å leie «hardware» ikke skulle være tilstede. Problemet for operatørene har imidlertid vært utvikling av hensiktsmessig programvare slik at de fleste ender opp med å leie et komplett system som i hovedsak er plassert i en container.

2.1.14. Vaierloggingsenhet (Pakke N) Vaierloggingsenhet benyttes til loggearbeid under boreoperasjonen. Sy­ stemet omfatter følgende hovedkomponenter: • Vaierloggingskabin • Kabelrull • Verkstedscontainer • Dieselgenerator • Div. transportbeholdere Med visse modifikasjoner kan vaierloggingsenhet også utføre kabelarbeid (wireline-operasjoner).

2.2. Brønnoverhalingssystemer Under dette avsnitt behandles anlegg for lett overhaling da tung overhaling krever samme utstyr som boring. Det er fire ulike utstyrspakker som er aktuelle for lett brønnoverhaling: Brønnstatus

Utstyrspakke

Kabeloperasjonsenhet (0) Kveilerørsenhet (P) «Snubbing»-enhet (Q) Lett overhalingsrigg (R)

Under trykk

Statisk drept

X X X

X X

23

Felles for disse utstyrspakkene er at de idag opereres som tjenester på jobb-til-jobb-basis og kan benyttes helt uavhengig av plattformen om dette er ønskelig, inklusiv egen kraftgenerering og egen generering av hydraulikk og trykkluft. Under slike overhalingsoperasjoner er det likevel krav til utstyr før dre­ ping av brønnen, noe som nødvendiggjør anlegg for blanding, lagring og pumping av boreslam og/eller kompletteringsvæske. I de tilfeller som kre­ ver en statisk drept brønn er det nødvendig å ha et sirkulasjonssystem for slam, og det samme vil ofte være tilfelle ved bruk av kveilerørsenhet og «snubbing»-enhet da det vil være aktuelt å pumpe slam gjennom disse sy­ stemene. Kapasiteten på disse sirkulasjonssystemene kan imidlertid reduseres be­ traktelig i forhold til det som kreves for boring, både hva pumperate, pumpetrykk og tankkapasitet angår. Det er kun kabeloperasjonen som i seg selv ikke krever sirkulasjon av slam/kompletteringsvæske.

2.2.1. Kabelenhet (wire line unit) (Pakke O) Kabeloperasjonsenheten vil normalt kunne utføre: • vanlige kabeloperasjoner • setting og trekking av måleinstrumenter • produksjonslogging via elektrisk kabel.

De enhetene som benyttes idag kan utføre alle tre oppgaver da de har to tromler, en for vaier (slickline) og en for elektrisk kabel.

2.2.2. Kveilerørsenhet (Pakke P) Kveilerørspakker (Coiled tubing) som benyttes på norsk sokkel idag har egen kraftforsyning og har kun behov for: • tilkobling for vann (ferskvann/sjøvann) • tilkobling for slam/kompletteringsvæske • tilkobling for sement • 220 volt elektrisitet til lys, instrument og oppvarming • telefontilkobling

Tilførsel av slam, vann og sement besørges av fleksible slanger, tilkoblet plattformens systemer eller medbragte systemer. Blandetanker for spesielle brønnvæsker i mindre volumer kan medbrin­ ges. Det vil da være behov for elektrisk kraft til blandepumper/overføringspumper og rørere. Kraftbehovet kan dekkes ved medbragt generator. Sikkerhetsventil-systemet for kveilerøret er operert 100% fra kveilerørsenheten og har kun et flenset grensesnitt mot produksjonsventiltreet.

24

Figurene 2.2 og 2.3 viser skjematisk oppriggingen av en kveilerørsenhet med følgende moduler: • Injektorhode • Rørkveil • Kraftenhet • Sikringsventil (BOP) • Trykksluse (lubricator) • Kontrollkabin Diverse tilleggsutstyr som tanker, pumper, blandeanlegg osv. bringes om­ bord avhengig av den aktuelle situasjon. Svanehals

Injeksjonsenhet

Pakkboks Sikkerhetsventil

Sluse Kontrollenhet

Kveilerørstrommel

Kraftenhet

Figur 2.2. Skjematisk opprigging av kveilerørsenhet (NOWSCO). Brønnhode

Løfteramme

Løfteåk 10’ 0"

Luftvinsj, 6000 kg 8'3"

6' 8"

5” borerør

Svanehals

31' 0"

10' 4"

injeksjonsenhet (1”, 1 1/4”, 1 1/2”)

Sikkerhetsventil (BOP) 4' 0"

5' 4"

Fjernoperert luftvinsj i— 3” gjengeovergang Løfteåk Hurtigkobling

Figur 2.3. Detalj av løfieramme (NOWSCO). 25

2.2.3. Snubbing-enhet (Pakke Q) I likhet med kveilerørsenhetene er også disse selvforsynt med kraft og har kun behov for: • tilkobling for vann (ferskvann/sjøvann) • tilkobling for slam • tilkobling for sement • 220 volt elektrisitet for lys, eventuelt ekstra instrumentering og opp­ varming. Tilkoblingene for slam, vann og sement besørges av fleksible slanger. Da snubbing-enheten kan bli benyttet til enklere boreoppgaver, kan en opp­ kobling til plattformens avlednings/avbrenningssystem være aktuelt. Dette må i så fall kobles via en strupmanifold. Dette vil foruten ved boring også gjelde ved kverning (milling), fisking, trekking av produksjonsrør og sirkulering av brønnvæsken. Avhengig av den aktuelle situasjon vil det bli satt ombord nødvendig til­ leggsutstyr som tanker, pumper, blandeanlegg, hydrauliske vinsjer, etc. En typisk opprigget snubbing-enhet er vist i fig. 2.4.

Tenger Kontrollpanel for BOP Kontrollpanel Arbeidsplattform— Bevegelig låseanordning

Motvektsvinsj

Sylindere

Teleskopisk mast

Fast låseanordning Fundament Mellomstykke

BOP

Figur 2.4. Snubbing-enhet. 26

Flens for henger

2.2.4. Lett overhalingsrigg (Pakke R) Lette overhalingsrigger finnes som selvstendige pakker med egen kraftgenerering basert på diesel, men finnes også med elektriske motorer basert på elektrisk forsyning fra plattformen. Kraftbehovet er i området 500-1000 kW, avhengig av riggtype og belastning. Kraften går i hovedsak til heisverket og rotasjonsbordet. Vi forutsetter at overhalingsriggen er selvforsynt med egen kraftgeneringspakke. Riggen håndterer borerør og produksjonsrør i enkle lengder. Riggen har eget sirkulasjonssystem og brønnkontrollsystem. En sikringsventil (BOP) vil bli tilkoblet produksjonsventiltreet og vil bli operert via en kontrollenhet plassert på dekk. Denne mottar 220 volt elektrisk kraft fra plattformen. En lett overhalingsrigg er typisk satt sammen av følgende hovedkompo­ nenter: • fundament • mast med rørhåndteringssystem • boredekk med rotasjonsbord, heisespill og rørkoblingsverktøy

2.3. Forskjellige utbyggingsløsninger For å illustrere at det er en rekke forskjellige måter å benytte et boreanlegg på, er endel aktuelle utbyggingsløsninger beskrevet i dette kapitlet. Det vanligste er at et komplett boreanlegg er permanent plassert på installasjo­ nen. Installasjonen kan da være en produksjonsplattform, en delvis nedsenkbar borerigg, en oppjekkbar borerigg eller et boreskip. Disse plattformtypene er beskrevet i kapittel 2 i «Plattformtyper og boreutstyr». Andre løsninger som modulariserte og delte konsepter, der en oppjekk­ bar eller delvis nedsenkbar borerigg brukes om hjelpefartøy eller TSV (Tender Support Vessel), benyttes i økende utstrekning der forholdene lig­ ger til rette for dette. Slike løsninger kan være mer kostnadseffektive enn et permanent installert boreanlegg.

2.3.1. Konvensjonelt boreanlegg Med et konvensjonelt boreanlegg menes et boreanlegg som står perma­ nent montert på en installasjon. Dette kan være plassert på en produk­ sjonsplattform, en leterigg eller et boreskip. De forskjellige løsningene er beskrevet i kapittel 2 i «Plattformtyper og boreutstyr».

2.3.2. Konvensjonelt boreanlegg, modularisert Anlegget fjernes etter avsluttet boring og erstattes med en brønnoverhalingsenhet når behov er tilstede. 27

Det forutsettes at boreanlegget i minst mulig grad er integrert i plattfor­ men slik at et minimum av systemer forblir ombord etter at boreanlegget er fjernet. Dette betyr samtidig at et nær komplett anlegg for lett brønnoverhaling må tas ombord når slikt arbeid skal utføres og at et komplett boreanlegg må bringes tilbake ombord dersom tung brønnoverhaling skal utføres. Derved oppnås den ønskede effekt av modulariseringen. Etter fjerning av boreanlegget blir kun de permanente delene av gren­ sesnittet tilbake på plattformen. Totalbildet blir dermed som vist i figur 2.5. ■ Fordelen med en slik løsning vil være at boreanlegget kan flyttes mel­ lom flere installasjoner etter behov. Installasjonsmetoden er illustrert i fi­ gur 2.6.

Boring

Tung brønnoverhaling

Lett brønnoverhaling

Figur 2.5. Konvensjonelt boreanlegg, modularisert.

2.3.3. Konvensjonelt boreanlegg, egen brønnoverhalingsmodul Boreanlegget bygges slik at det består av en brønnoverhalingsdel og en tilleggsdel, som sammen oppfyller kravene til et konvensjonelt boreanlegg.

Brønnoverhalingsdelen består av følgende hovedkomponenter: • Boretårn med rørhåndteringsutstyr (dvs. komplett pakke A) • 4 vibrasjonssikter og gassutskiller (dvs. komplett pakke B) • Tankanlegg ca. 100 m3 (dvs. redusert pakke H) • Kontorer (dvs. pakke K) • To høytrykkspumper (dvs. redusert pakke G) 28

Figur 2.6. Installasjon av modularisert boreanlegg.

I tillegg vil det være naturlig å inkludere: • System for brenning av borevæske og hydrokarboner (dvs. pakke I) • Nødsirkulasjonssystem (dvs. pakke C) Totalbildet blir da som vist i figur 2.7. dvs. at boreanlegget bygges som en brønnoverhalingsdel og suppleres av en tilleggsdel under boring. For brønnoverhaling suppleres brønnoverhalingsdelen med brønnoverhalingsutstyr som beskrevet i kapittel 2.2. 29

Figur 2.7 Konvensjonelt boreanlegg i egen brønnoverhalingsmodul.

2.3.4. Oppjekkbar borerigg og brønnhodeplattform (Cantilever- operasjon) Denne utbyggingsløsningen representerer minimale forbindelser mellom plattform og bore/brønnoverhalingsanlegg. Den oppjekkbare boreriggen er ikke avhengig av vær og vind når den er på plass, og tilgjengeligheten for hjelpesystemer vil derfor være like god som for et konvensjonelt bore­ anlegg installert på en plattform. Boring og tung brønnoverhaling utføres ved hjelp av en oppjekkbar bo­ rerigg. Bjelker (cantilever) som stikker ut over siden på den oppjekkbare

C

Alt boreutstyr er plassert på den oppjekkbare boreriggen.

0

P

Q

R Boring og tung brønnoverhaling

Lett brønnoverhaling

Figur 2.8. Oppjekkbar borerigg og brønnhodeplattform. 30

boreriggen, bærer boretårn, boredekk og fundament, slik at det eneste grensesnittet mot plattformen blir stigerøret. For lett brønnoverhaling forutsettes det at brønnoverhalingsutstyr som beskrevet i kapittel 2.2 kan installeres på plattformen etter behov. Skjematisk kan dette illustreres som vist i figur 2.8. Boring og tung brønnoverhaling utføres med oppjekkbar borerigg, og ingen grensesnitt mot plattformen benyttes i denne fasen. For lett brønnoverhaling benyttes utstyrspakkene C, O, P, Q og R etter behov.

2.3.5. Oppjekkbar borerigg og brønnhodeplattform, overføring av boretårn og fundament Dette alternativet minner mye om det som er beskrevet i kapittel 2.3.4. Imidlertid forutsettes det her at boretårn, boredekk og fundament med ut­ styr (borepakke A), sliskes over fra den oppjekkbare boreriggen til brønnhodeplattformen. Hensikten med dette er at et større område, dvs. flere brønner, kan dekkes uten at den oppjekkbare boreriggen flyttes. Alternativet krever installasjon av sliskebjelker på brønnhodeplattformen. Utover dette kan i prinsippet alle grensesnitt være mot den oppjekk­ bare boreriggen, som vist på figur 2.8. Metoden er illustrert på figur 2.9 a, b og c. På norsk sokkel er Frøy og Sleipner Vest tenkt utviklet med en slik løsning.

Figur 2.9 b. Borepakke A overføres til brønnhodeplattformen.

Figur 2.9 c. Borepakke A er plassert på brønnhodeplattformen og for­ bindelser til den oppjekkbare boreriggen er etablert. 32

2.3.6. Brønnhodeplattform med boretårn og fundament, assistert av delvis nedsenkbar flyterigg Utbyggingsløsninger der plattformen assisteres av en delvis nedsenkbar flyterigg, kan benyttes der vanndypet gjør bruk av oppjekkbare rigger uaktuelt. Forbindelsen mellom plattformen og en flyterigg er imidlertid følsom for vær og vind, og gir dårligere regularitet enn ved bruk av en oppjekkbar rigg. Plassering av komponentene i boreanlegget må derfor gjøres med bakgrunn i at værforholdene kan føre til at flyteriggen må koble seg fra brønnhodeplattformen på kort varsel. For å illustrere plassering av komponentene i boreanlegget og av brønnoverhalingsutstyret, er tabell 2.1 benyttet. På denne er plassering indikert med PF for plattform og TSV for flyterigg (TSV = Tender Support Vessel). Oseberg C er utviklet med en slik løsning.

Tabell 2.1. Plassering av pakker ved bruk av delvis nedsenkbar flyterigg som TSV. Beskrivelse

Borepakke med boretårn, boredekk og fundament (inkl. heisesystem, rotasjonssystem og brønnkontrollsystem). B Primærrensesystem for borevæske (inkl, tanker, vibrasjonssikter, gassutskiller, sand og silt-utskillere og sentrifugalpumper). C Nødsirkulasjonssystem (dekker også pumpebehov for sementering, komplettering og brønnoverhaling). D Sekundærrensesystem for borevæske (inkl, sentrifuger og pumper). E Bulksystem for mottak, lagring og transport av barytt, sement og bentonitt. F Blandesystem for kjemikalier og bulkmateriale. G Pumpesystem for borevæske (inkl, høyttrykkspumper og sentrifugalpumper). H Tanker for lagring av borevæske. I System for brenning av borevæske og hydrokarboner. J Rensesystem for hydrokarbonholdig borekaks (inkl. også eventuelt transportsystem for borekaks). K Kontor og boligmodul. L Sementeringsenhet. M System for borevæskelogging. N Vaierloggingsenhet. O Kabelenhet. P Kveilerørsenhet. Q Snubbing-enhet. R Lett overhalingsrigg.

Plassering

A

PF

PF PF TSV

PF/TSV TSV TSV TSV PS

PF PF/TSV PF PF/TSV PF PF PF PF PF

33

2.4. Hjelpesystemer Boreanlegget er avhengig av tilførsel av kraft, luft, vann etc. Disse syste­ mene betegnes hjelpesystemer eller «utility systems». Forbindelsen mel­ lom boreanlegget og hjelpesystemene betegnes grensesnitt eller «in­ terface». I dette kapitlet er grensesnittene mellom boreanlegget og hjelpesyste­ mene definert, og typiske kapasiteter er angitt i tabell 2.2. I tillegg til de grensesnitt som er definert her kommer kommunikasjon. Totalt vil det derfor være et betydelig antall forbindelser mellom boreanlegget og resten av installasjonen.

Tabell 2.2. Boring

System

Medium Volum/rate Trykk Dimensjoner Brukshyppighet Grensesnitt

Boring

Volum/rate Trykk Dimensjoner Brukshyppighet Grensesnitt = = = = = = =

TEG/vann 50 m3/t 4 barg 4” 0,7 Retur

Sjøvann 190 m3/t 10 barg 6” 0,05 Tilførsel til pumpe

Ferskvann 140 m3/t 4 barg 6” 0,02 Tilførsel

6

7

8

Drikkevann 5 m3/t 8 barg 1 1/2” 0,05 Tilførsel

TEG/vann 50 m3/t 6 barg 4” 0,7 Tilførsel

Ferskvann 20 m3/t 9 barg 3” 0,5 Tilførsel

10

11

12

Luft 100 Nm3/t 28 barg 1/2” 0,0001 Tilførsel

Luft 2500 NmVt 9 barg 4” 0,1 Tilførsel til modul

Inert gass 5 Nm3/t 3 barg 1/2” 0,001 Tilførsel

Sjøvann 50 m3/t 2 barg 4” 0,05 Retur fra pumpe

Ferskvann 20 m’/t 2 barg 4” 0,5 Retur

Luft 600 Nm3/t 9 barg 2” 0,05 Tilførsel

Diesel rå 16 m3/t 4 barg 3” 0.05 Tilførsel

System 21

Medium

1 2 3 4 5 6 7

Sjøvann 450 m3/t 10 barg 8” 0,3 Tilførsel til modul

System 17

Medium Volum/rate Trykk Dimensjoner Brukshyppighet Grensesnitt

Boring

4

System 13

Medium Volum/rate Trykk Dimensjoner Brukshyppighet Grensesnitt

Boring

3

System 9

Medium Volum/rate Trykk Dimensjoner Brukshyppighet Grensesnitt Boring

2

System 5

Medium Volum/rate Trykk Dimensjoner Brukshyppighet Grensesnitt Boring

1

Ferskvann, saltvann, borevæske 50 m3/t Atmosfære 6” Kontinuerlig Retur

Sjøvann boremoduler Kjolevæske Sjøvann hjelpebrenner Borevann Sjøvann retur hjelpebrenner Drikkevann Kjolevæske

14

15

16

Sjøvann 500 m3/t 8 barg 8” 0,0001 Tilførsel

Luftftørr) 800 Nm3/t 9 barg 2” 0,3 Tilførsel

Diesel(beh) 3 m3/t 4 barg 1” 0,01 Tilførsel

18

19

20

Diesel 16 m3/t 1 barg 3” 0,01 Retur

Metan 20000 Nm3/t 30 barg 6” 0,01 Tilførsel til brennere

Olje 120 m3/t 6 barg 6” 0,01 Tilførsel

22

23

24

25

Ferskvann, saltvann, m/evt. avfall 20 m3/t Atmosfære 4” 0.01 Retur

Vanndamp

690 V AC

690 V AC

2000 kg/t 8 barg 6” 0,1 Tilførsel

8000 KW

1500 KW

8 = Varmtvann 9 = Varmtvann 10 = Startluft 11 = Trykkluft boremodul 12 = Inert gass 13 = Trykkluft brenner 14 = Brannvann

15 = 16 = 17 = 18 = 19 = 20 = 21 =

Instrumentluft Diesel til moduler Diesel til brenner Diesel fra brenner Brenngass Boreolje Drenering

22 23 24 25

= = = =

Kloakk Damp Hovedstrøm Essentiell nødstrøm

KAPITTEL 3

Boremetoder og plattformtyper av Einar Framnes

3.1. Boreaktivitet på norsk kontinentalsokkel Som en innledning til oversikten over ulike boremetoder og plattformty­ per, beskrives boreaktiviteten på norsk kontinentalsokkel. Tallmateriale og figurer er hentet fra Oljedirektoratets årsberetning for 1992, og reflek­ terer status pr. 31.12.92.

3.1.1. Leteboring Figur 3.1 viser leteboring på norsk kontinentalsokkel i perioden 1966— 1992. Fra figuren ser vi at aktiviteten økte frem til 1985 da totalt 50 undersøkelseshull og avgrensningshull ble boret. Fallet i oljeprisen førte til kraftig redusert aktivitet i de følgende årene, med 28 hull boret i 1989 som det laveste.

Figur 3.1. Leteboring på norsk kontinentalsokkel (antall letehull pr. år). I 1992 ble 43 hull boret, og aktiviteten i 1993 var noe lavere. Under begrepet leteboring plasseres både rene undersøkelseshull og avgrens-

35

ningshull, dvs. hull som bores for å bestemme utstrekningen av en alle­ rede påvist hydrokarbonforekomst. Figur 3.2 viser den regionale fordelingen av all leteboring som hittil er foretatt på norsk kontinentalsokkel pr. operatørselskap. Som vist har ho­ vedtyngden av leteboringsaktiviteten vært i Nordsjøen. Det nordligste letehullet på norsk sokkel er 7316/5-1 som ble boret i 1992 med Norsk Hydro som operatør. Det østligste er 7228/6-1, boret av Conoco og det vestligste er 6201/11-2, boret av Statoil. Begge hull ble boret i 1991. Det sørligste letehullet ble boret av Phillips i 1976 og var 2/10-1S. Letehull 1/6-6, som ble avsluttet i 1992, er det dypeste hullet som hittil er boret på norsk sokkel. Shell var operatør og totaldypet var 5567 m ver­ tikal dybde. Det lengste letehullet som hittil er boret, er 2/12-2S. Det ble boret av Norsk Hydro i 1990. Hullet hadde en lengde på 5757 m, men var skråboret og nådde ikke samme vertikale dyp som 30/4-1. Det største vanndyp det hittil er boret på, på norsk sokkel, er 523 m. Letehullet var 6607/5-2 og ble boret av Esso i 1991. Gjennomsnittlig vann­ dyp for letehull boret i 1992 var 225 m. Til slutt kan det nevnes at for leteboring på norsk kontinentalsokkel er det totalt benyttet 70 forskjellige innretninger. Av disse er 52 av typen halvt nedsenkbare, elleve oppjekkbare, fem boreskip og to faste innret­ ninger.

Antall brønner

Figur 3.2. Regional fordeling av letehull pr. operatørselskap.

3.1.2. Produksjonsboring Siden 1973 er det i alt påbegynt 764 produksjonsbrønner på norsk konti­ 36

nentalsokkel. Aktivitet pr. innretning er vist i figur 3.3., og aktivitet pr. år er vist i figur 3.4. Av det totale antall brønner er 384 produksjonsbrønner(olje, gass eller kondensat) og 115 brønner brukes til vann- eller gassinjeksjon. Resten be­ nyttes for observasjon eller er nedstengt. Pr. 31.12.1992 produseres det fra 25 felt med 35 forskjellige innretnin­ ger. Fire av disse er undervannsinnretninger (Nordøst-Frigg, Øst-Frigg, TOGI og Tommeliten). Figur 3.5 viser produksjonsbrønner boret fra flyttbare innretninger i pe­ rioden 1981-1992. I 1992 ble 14 produksjonsbrønner boret fra fem for­ skjellige flyttbare innretninger. Ni brønner er boret fra oppjekkbare bore­ rigger, og fem brønner er boret fra halvt nedsenkbare borerigger. Brønn 33/9-C3 har den hittil lengste brønnbanen på norsk sokkel. Brøn­ nen ble boret av Statoil fra Statfjord C- plattformen og ble avsluttet i 1991. Målt lengde var 7250 m. Det vertikale dypet var 2695 m, og bunnlokaliteten var 6085 m fra plattformsenteret i horisontal avstand.

Figur 3.3. Produksjonsbrønner boret i 1992 fordelt på innretninger.

Figur 3.4. Produksjonsboring på norsk kontinentalsokkel 1973-1992. 37

Figur 3.5. Produksjonsbrønner boret fra flyttbare innretninger.

3.1.3. Tidsfordeling og kostnader Figur 3.6 og figur 3.7 viser tidsfordelingen for produksjonsboring og lete­ boring basert på boreaktiviteten i 1992. Hovedforskjellene mellom produksjonshull og letehull ligger i prosentvis andel tid brukt på formasjonsevaluering og kompletteringsoperasjoner. Figur 3.8 viser gjennomsnittlige borekostnader pr. undersøkelseshull. For 1992 ligger kostnaden på ca. kr. 120 mill. pr. undersøkelseshull. Dag­ lige borekostnader ligger mellom 1 og 1,5 mill.

■■■ I ;

. .

Komplettering Formasjonsevaluering Vedlikehold (Workover) Intervensjon Flytting Avslutning (P&A) Boring

Total: 87.764 timer

Figur 3.6. Tidsfordeling produksjonsboring.

38

Komplettering Formasjonsevaluering Vedlikehold (Workover) Intervensjon Flytting Avslutning (P&A) Boring Total: 178.679 timer

Figur 3.7. Tidsfordeling leteboring.

Figur 3.8. Borekostnader pr. hull (1991-kroner).

3.2. Produksjonsboring 3.2.1. Boring fra faste installasjoner Med boring fra installasjoner menes her boring fra permanent installerte, bunnfaste produksjonsinnretninger. Slike innretninger har understell av betong eller stål. En oversikt over disse plattformtypene er gitt i kapittel 2.4 i «Plattformtyper og boreutstyr». Vi skal her gå mer i detalj, og tar for oss Gullfaks C-plattformen som eksempel på faste installasjoner. Fel­ les for slike plattformer er at boreanlegget er permanent installert, og byg­ get i få, store moduler.

39

Figur 3.9 viser hvordan Gullfaks C-plattformen er bygd opp. Boreanleg­ get består av fire moduler: D-ll - Boremodul D-21 - Boretårn med fundament D-31 - Rørlager D-33 - Kontormodul Boring foregår gjennom to skaft som angitt, og boretårn med fundament (pakke A) flyttes mellom disse områdene. Generelt vil boreanleggene på faste installasjoner være plassert mellom prosessanlegget og boligkvarte ­ ret. I tillegg plasseres moduler med hjelpesystemer også slik at det blir størst mulig avstand mellom prosessmodul og boligmodul. Dette gjøres for å gi størst mulig sikkerhet for personell ombord. Figur 3.10 a-e viser utstyrsarrangement i boremodul Dll. Utstyrskom­ ponentene er merket med identifikasjonsnummmer, eller såkalte «tagnumbers». Det som bl.a. kjennetegner slike store moduler, er relativt sto­ re avstander og høydeforskjeller. Dette er illustrert på figur 3.10, der av­ standen fra hoveddekksnivå (elevasjon 513.500) til toppdekksnivå (elevasjon 536.500) er 23 m. Det er derfor viktig at utstyrsplassering og kon­ trollsystem er lagt opp slik at forflytning av personell minimaliseres. På tilsvarende måte er boremodul D21 bygget opp. Figur 3.11 a-f viser utstyrsarrangement i boremodul D21. Til slutt tar vi med rørlageret som er vist på figur 3.12. Rørlageret er delt opp av en rekke flyttbare rørstøtter (stanshions). Rør og andre kom­ ponenter håndteres med dekkskran eller portalkran. Boreanleggets størrelse og kapasitet beregnes ut fra hvilke brønner som skal bores (dimensjoner, lengder, trykkforhold), regelverk, standarder og operatørens egne krav.Ut fra en forventet utvikling av boremetoder og ut­ styr som muliggjør boring av ekstremt lange brønner og gjerne en lengre horisontal seksjon gjennom reservoaret, designes anlegget ofte med en viss overkapasitet ut over eksisterende planer. Dette er nærmere beskrevet i kapittel 15. Selve boreprosessen fra en fast installasjon er beskrevet i detalj i kapittel 1.2 i «Boreoperasjoner og boreteknikk» og vil ikke bli behandlet her.

3.2.2. Boring fra strekkstagsplattform (TLP) En strekkstagsplattform er i prinsippet en stor flyterigg som er strekkforankret til havbunnen. Strekkforankringen gjør at plattformen beveger seg innenfor et relativt lite område, uansett værforhold. Dette gjør konseptet egnet for produksjon, i og med at ventiltrær (X-mas trees) kan plasseres tørt. I forhold til å installere ventiltrærne på havbunnen, innebærer dette betydelige besparelser både i installasjons- og driftsfasen. I tillegg er i prinsippet en strekkstagsplattform flyttbar, og kan brukes til produksjon 40

Tegnforklaring

ilt

\

M

D11 Boremodul D21 Boretårn med fundament D31 Rørlager D33 Borers kontormodul H01 Helikopterdekk L11 Boligmodul nord L12 Boligmodul senter L13 boligmodul syd M11 Hovedkontrollmodul M12 Kraftfordelingsmodul M13 Vanninjeksjonsmodul M14 Gassbehandlingsmodul M15 Høytrykkseparatormodul M16 Brønnmodul «A» nord M17 Brønnmodul «B» syd M21 Nødkraftmodul M22 Kraftforsyningsmodul M23 Prosesstøttemodul M24 Kompressormodul M25 Lavtrykkseparatormodul M26 Fakkelbom M27 Område for væskeutskillere C01 Serviceområde for boligkvarter C02 Sjøvannsskaft serviceområde C03 Diesellagrings- og ventilasjonsområde C04 Utstyrsskaftsområde C05 Ballastvannseparotor og ventilasjons­ område C06 Boreskaftområde nord C07 Flotasjonstankområde C08 Boreskaftområde syd C09 Vannrensingsområde C10 Livbåtområde C11 Livbåtområde C12 Livbåtområde C13 Livbåtområde C14 Livbåtområde C15 Livbåtområde C16 Livbåtområde G-OO-W Sjøvannskaft våt sone G-OO-U Utstyrsskaft G-OO-N Boreskaft nord G-OO-S Boreskaft syd G-00 Betongfundament

Figur 3.9. Modularrangement, Gullfaks C. 41

Figur 3.10 a. Utstyrsarrangement på toppdekk, boremodul Dll. Gullfaks C.

4*

42

43

Figur 3.10 b. Utstyrsarrangement på øvre mellomdekk, boremodul DU. Gullfaks C.

44

Figur 3.10 c. Utstyrsarrangement på mellomdekk, boremodul Dll. Gullfaks C.

£ s 45

46

Figur 3.10 e. Utstyrsarrangement på hoveddekk, boremodul DH. Gullfaks C.

Figur 3.11 a. Boretårn. Gullfaks C. 47

Figur 3.11 b. Boredekk. Gullfaks C

48

N

Figur 3.11 c. Øvre mellomdekk. boremodul D21. Gullfaks C

49

Figur 3.11 d. Mellomdekk, boremodul D21. Gullfaks C.

50

Figur 3.11 e. Nedre mellomdekk, boremodul D21. Gullfaks C.

51

52

Figur 3.11 f. Glidefundament, boremodul D21. Gullfaks C.

53

av flere felt. Dette gir god ressursutnyttelse sammenlignet med permanen­ te, bunnfaste innretninger. Plattformens bevegelser gjør at både bore- og produksjonsstigerør må utstyres med et kompenseringssystem. Dette sammen med relativt be­ skjedne arealer tilgjengelig, gjør at boreanlegget blir meget kompakt og tettpakket med utstyr. På norsk kontinentalsokkel er Snorrefeltet bygget ut med en strekkstagsplattform. Denne plattformen ble installert sommeren 1992. I tillegg er en strekkstagsplattform under bygging for Heidrunfeltet på Haltenban­ ken. Skroget på Snorre TLP er bygget i stål, mens skroget på Heidrun TLP blir bygget i betong. Figur 3.13 og 3.14 viser Snorre TLP. Fra en strekkstagsplattform vil boreoperasjonene foregå etter samme mønster som fra en flyterigg. Imidlertid er det vel urealistisk å tenke seg

Figur 3.13. Snorre TLP. 54

J9UBA^6l|Og

J9LU3lSÅS8d|e[H

Buuog

gpoquuøjg

SS9S0JJ

Figur 3.14. Snorre TLP.

6ui|>|Ej

55

en strekkstagsplattform brukt for leteboring, og en bunnramme (Template) vil være installert før strekkstagsplattformen slepes ut. Som regel vil deler av boreprogrammet være utført av en flyterigg, før strekkstagsplatt­ formen installeres. Denne operasjonen betegnes «forboring». De ferdigborede brønnene kompletteres fra strekkstagsplattformen, slik at produk­ sjonen kommer igang raskest mulig. Deretter starter boreoperasjonene fra strekkstagsplattformen.

3.2.3. Havbunnsboring fra flyterigg Begrepet havbunnsboring benyttes for boring av produksjonsbrønner gjennom en bunnramme. Brønnene kompletteres som undervannsinstallasjoner, eller trekkes tilbake (tie-back) til f.eks. en brønnhodeplattform. Bunnrammen kan være stor med plass for mange brønner, eller mindre med plass for få brønner. Bunnrammen blir da i prinsippet en PGB, eller permanent lederamme, for montering av utstyr. Selve boreoperasjonene foregår som beskrevet i kapittel 6 i «Boretekno­ logi 2», men involverer mye spesielt utstyr. Vi skal her konsentrere oss om å gi en oversikt over hovedkomponentene, og bruker bunnramme A på Snorre som eksempel. Bunnrammen har plass for boring av 20 brønner, og har følgende nøk­ keldata: • Lengde 47,26 m • Bredde 31,62 m • Høyde 18,4 m • Vekt 2400 tonn (i luft) Bunnrammen er vist på figur 3.15 og 3.16.

a. Hovedsystemer Ventiltre og kompletterings/vedlikeholdssystemet består av følgende un­ dersystemer: • Brønntraktsystem (Wellbay system) • Brønnhodesystem (Wellhead system) • Kontrollsystem for brønnvedlikehold (Workover control system) • Stigerørssystem for brønnvedlikehold (Completion workover riser system) • Hengersystem for produksjonsrør (Tubing hanger system) • Undervanns ventiltre system (Subsea tree system) • Håndteringsverktøy system (Running tool system) Systemene er vist skjematisk på figur 3.17.

56

57

Figur 3.15. Bunnramme Snorre.

Brønnåpning (Well Slot)

58

WELLSLOT

Figur 3.16. Bunnrammen Snorre. Horisontal projeksjon.

£ WEILSLOT

WULSIOT

£ wEllSLOT

£ WELLSLOT

Figur 3.17 Ventiltrær og utstyr for komplettering og vedlikehold av havbunnsbrønner.

59

60

b. Brønntraktsystem (Wellbay system) Bunnrammen inneholder ti brønntrakter, hver med åpninger (slots) for to brønner. Brønntraktsystemet er vist i figur 3.18, og inneholder følgende ut­ styrskomponenter: • Jekkesystem (template alignment jig) • 42” slots • Lederamme (Universal guide frame) Jekkesystemet støtter og orienterer brønnåpningene ved installasjon, slik at posisjonen i forhold til produksjonsmanifolden er korrekt. Brønnåpningene fungerer som forankrings punkt for 30” åpningsrør og 18 3/4” brønnhode. Lederammen (Universal Guide Frame, UGF) har samme funksjon som lederammen på letebrønner, dvs. å styre utstyr inn og ut av brønnen under boring av 36” og 26” hullseksjonene.

c. Brønnhodesystem Brønnhodesystemet er vist på figur 3.19 a og b. Systemet er basert på føl­ gende foringsrørsdimensjoner: 30”, 18 5/8”, 13 3/8” og 10 3/4” x 9 5/8”.

d. Kontrollsystem for brønnvedlikehold (Workover control system) I forbindelse med brønnvedlikehold, benyttes et kontrollsystempå innret­ ningen som utfører arbeidet. Dette overstyrer kontrollsystemet fra pro­ duksjonsplattformen. Kontrollsystemet er basert på hydrauliske signaler, og multiløpsslanger (umbilicals) blir kjørt sammen med stigerørssystemet for brønnvedlikehold/komplettering. I tilfelle svikt i krafttilførselen, er systemet utstyrt med såkalt «Uninterrupted Power Supply, UPS». Systemet er vist i figur 3.20 og 3.21.

e. Stigerørssystemet for komplettering/brønnvedlikehold Stigerørsystemet benyttes både ved installasjon av produksjonsrørhengeren (tubing hanger) i 21” OD borestigerør og ved installasjon, testing og vedlikehold av ventiltreet. Systemet er vist i figur 3.22 og består av følgen­ de komponenter: • • • • •

«Stress joint» (settes rett over koblingen) Stigerørslengder «Tension joint» og lubrikator-ventiler Øvre stigerørslengde Overflatetre

61

62

63

64

Figur 3.20. Kontrollsystem for brønnvedlikehold.

Stigerørslengde - komplettering/brønnoverhaling

Figur 3.21. Stigerørssystem for komplettering/brønnvedlikehold.

65

66

Figur 3.22. Hengersystem for produksjonsrør.

f. Hengersystem for produksjonsrør Hengersystemet består av følgende hovedkomponenter: • Tubing hanger assembly • Tubing hanger running tool • BOP orientation tool • Tubing hanger emergency back-up tool • Tubing hanger orientation check tool • Tubing hanger washout tool

g. Undervanns ventiltresystem Undervanns ventiltresystemet er vist på figur 3.23 og består av følgende hovedkomponenter: • Produksjonstre • Vanninjeksjonstre • Beskyttelseskappe (Tree protective cap)

Produksjonstre og vanninjeksjonstre er identiske med hensyn til funksjon og operasjon. Den eneste forskjellen ligger i byggemateriale. Ventiltrærne har en 18 3/4” brønnhodekobling, som er hydraulisk operert. Designen er basert på enkle hovedventiler (master valves), for både produksjonsrør og ringrom.

h. Håndteringsverktøysystem Håndteringsverktøy systemet er vist på figur 3.24 a, b og c og består av følgende hovedkomponenter: • Tree running tool • Controlled disconnect tool • Tree cap running tool • Tree running and handling tool • Tree running and precomuissioning tool • Manifold connection system

67

( «24»

Undervanns ventiltre (Subsea tree assembly)

(209 6«) (5330 mm

-

Beskyttelseskappe for undervanns ventiltre (Tree protective cap assembly)

Fig. 3.23. Undervanns ventiltre og beskyttelseskappe. 68

(f»r i r v * a t)

Fig. 3.24 a. Håndteringsverktøy for undervanns ventiltre (Tree running tool assembly).

69

(