Borrning på stora havsdjup med nya lösningar By Ian Calder

Storlek: px
Starta visningen från sidan:

Download "Borrning på stora havsdjup med nya lösningar By Ian Calder"

Transkript

1 Borrning på stora havsdjup med nya lösningar By Ian Calder ABB Vetco Gray möter dagens problem inom djuphavsborrning med hjälp av en rad lösningar som bl.a. innefattar betydligt bättre lastbärande strukturer mellan ytfarkosten och havsbotten. Nyutvecklade ledningar och brunnssystem erbjuder betydligt högre prestanda för djuphavstillämpningar. O ffshoreindustrin präglas för närvarande av intensiv innovation. Nya borrfartyg med dubbla borrtorn håller på att byggas, med kapaciteter upp till dubbla jämfört med tidigare system. Samtidigt ställer lösningar för vattendjup över 3000 meter nya krav bl.a. på rörledningsmoduler med längder över 30 meter, och hantering av dragspänningar på närmare 1500 ton. Allt detta innebär krav på ökande belastningsförmågor på alla systemkomponenter. För att möta dessa behov har ABB konstruerat, byggt och funktionstestat: Rörledningar på 16 till 21 OD HMF, klasserna F, G och H, med flänsar samt 21 MR-10, klass H, dog style SHD-H4 borranslutningar för användning tillsammans med BOP stack 18 3/4 brunnshuvudsystem SMS-700 och 13 smala brunnshuvudsystem MS-700 Rörledningar i kompositmaterial och choke/kill -rörledningar, så kallade VastyDeep -lösningar 1 HMF-flänsad anslutning för borrör. Arbetsbelastningen för dessa nya typer av anslutningar sträcker sig från 2000 till 3500 kips. HMF-flänsade borrörledningsanslutningar för arbetsbelastningar 1000 m till över 3000 m, med rörsektionsdjupen för tillämpningarna ökat från drygt från 2000 till 3500 kips längder som har ökat från 25 till 30 m. Konstruktionen av den HMF-flänsade anslut- Ökande dragbelastningar på rörledningar för djuphavsborrning kräver konstruktioner ningen möjliggör styrd sammankoppling av som klarar en kapacitetsökning från 2000 samtliga rörsektioner. Ett förenklat hydrauliskt sammankopplingssystem för de till 3500 kips 1, 2. Samtidigt har vatten- 6 ABB tidning 2/

2 Oil, Gas and Petrochemicals 2 HMF-rörledningsfläns under dragspänningsprov (API klass F, upp till 2500 kips spänning) ka hållfastheten för anslutningen med hjälp av två- och tredimensionell FE-analys. Resultaten jämfördes med dem som registrerats för en testfixtur fullt utrustad med töjningsgivare, tillverkad vid ABB Vetco Grays fabrik i Montrose. Förtroendet för anslutningen bevisas av att två borrföretag har lagt beställningar på fem rörledningssystem med MR-10 H för sina nya borrplattformar. Leveransen av dessa system avslutades första kvartalet Ocean Rig har beställt två system för sina plattformar Bingo enskilda bultarna innebär enkel sammankoppling i fält, även om rörledningen rör sig på grund av fartygets rörelser. Denna fältprovade konstruktion valdes av borrföretagen i samband med att man började övergå till att borra på mycket djupare vatten. Den totala rörledningslängden i olika tillämpningar överstiger 40 km, vilket kräver cirka 1600 enskilda rörkopplingar. Prestandan för rörledningen MR-10 klass H verifierad genom FE-analys Allt högre krav ställs på höghållfasta borrningsrör av typ dog style som klarar hårdast tänkbara driftsmiljöer. Detta har drivit ABB Vetco Gray att utveckla borrningsrörledningen MR-10 klass H 3. I konstruktionen ingår 360 -koppling dog-to-mandrel, med större lagerarea i dog-to-box -fönstret. Ökad prestanda och tillförlitlighet i fält garanteras av en enkel och robust konstruktion som innebär enklare demontering i samband med service och underhåll. ABB Vetco Grays forsknings- och utveckling i Aberdeen har verifierat den mekanis- 3 Prestandatest på en djupvattenrörledning MR-10 klass H, 3,5 miljoner lb 20 ABB tidning 2/2000

3 4 Borranslutningar SHD-H4 för användning med BOP stacks och brunnshuvuden av undervattenstyp och , medan Sedco Forex har beställt kapslingar består av en 18 3/4 högtryckskapsling och en 38 lågtryckskapsling. Bor- tre system för sina plattformar Cajun Express, Sedco Energy och Sedco Express. ranslutningen och högtryckskapslingen har Dessa plattformar är samtliga avsedda för arbete på vattendjup över 3000 m. båda ett internt märktryck på psi. Hela systemet, bestående av brunnshuvudanslutningen, högtryckskapslingen och lågtryckskapslingen har testats med isolerade laster på 3 miljoner lb dragkraft och 7 miljoner ft-lb böjmoment. Under kombinerad belastning är Super HD-H4 märkt för psi internt tryck, 1,5 miljoner lb dragspänning 7 miljoner ft-lb böjmoment. Proven genomfördes enligt proceduren HTS Rev A den 10 februari Systemet utsattes för vardera 3 cykler av de isolerade belastningarna ( psi internt tryck, 3 miljoner lb dragspänning och 7 miljoner ft-lb böjmoment) och däref- Borranslutningar av typ SHD H4, i kombination med BOP stacks och brunnshuvuden av undervattenstyp Verifieringstest av SHD-H4-anslutningen genomfördes i enlighet med API 16R, med hjälp av testfixturer i full skala. Anslutningen utsattes för olika axiella laster och ett internt tryck på 5000 psi vid 3,5 miljoner lbft dragspänning, vilket gjorde det möjligt att verifiera tätningens integritet. Testprogrammet avslutades med ett dragprov på 5,2 miljoner ft-lb, varefter anslutningen demonterades och inspekterades med avseende på skador. Ingen skadlig deformation och inte heller några tecken på utmattning kunde konstateras efter den avslutande dragprovningen med 5,2 miljoner ft-lb. Verifieringstest har utförts på såväl brunnshuvudanslutningen Super HD-H4 4 som brunnshuvudkapslingen Super MS-700 under full märklast. Super MS Undervattenbrunnshuvud MS-700 och styrlinefri återmonteringsenhet (GRA) ABB tidning 2/

4 Oil, Gas and Petrochemicals 6 Conoco tog med framgång sitt första SMS-700-system i drift i Mexikanska Golfen i slutet av januari Systemet är monterat på Deepwater Pathfinder. Deepwater Frontier började använda det andra SMS-700-systemet utanför Nya Zeelands kust i mars Deepwater Frontier har sedan dess flyttat till ett annat oljefält utanför Kongos kust och har börjat borra sin tredje brunn. utrustad med funktioner för att begränsa antalet felutlösningar, som exempelvis GRA (Guidelineless Re-entry Assembly). Super GRA, baserad på vår standard GRA, kan dras av från anslutningskapslingen och tas upp med BOP stack. En annan funktion som begränsar antalet felutlösningar i SMS-700-brunnshuvudsystemet är en borrkronstyrning som kan tas upp när som helst under borrprocessen. Detta utförs genom att den fjärrstyrda ROV ter 2 cykler av kombinerade belastningar ( psi internt tryck med 1,5 miljoner lb dragspänning och 7 miljoner ft-lb böjmoment). Värdena från töjningsgivarna förblev stabila under samtliga testfaser och återgick till +/ 5 % av sina värden före provet efter att belastningarna avlägsnades. Inte vid något tillfälle under testsekvensen observerades en töjning överstigande 80 % av konstruktionsvärdet. Inte heller under tryckhållningsperioderna sjönk trycket med mer än 40 psi, vilket är mindre än 10 % av det tillåtna värdet. Brunnshuvudanslutningen Super HD- H4 i kombination med brunnshuvudsystemet MS-700 uppfyller utan problem alla acceptanskriterier för verifieringstestet. Kundacceptansen har varit exceptionell, med beställningar på 13 borranslutningar av typ Super HD-H4 från 6 av världens största djuphavsborrföretag. Samma borrföretag har också köpt 40 km borrör. Undervattens-brunnshuvudet SMS-700 och återsammankopplingssystemet utan styrlinor (GRA) Tre brunnshuvudsystem SMS-700 5, 6 har levererats till Conoco, Inc för användning på företagets nya borrfartyg för djuphavstillämpningar, Deepwater Pathfinder och Deepwater Frontier. SMS-700-systemet bygger på den väl beprövade MS-700- tekniken och innefattar brunnshuvuden av typ Super 18 3/4 med anslutningsprofilen SHD-H4 på högtryckskapslingen. Systemet är avsett för ett arbetstryck på psi och har ett tillåtet böjmoment på ft-lb. ABB Vetco Grays brunnshuvuden av typ Super är avsedda att uppfylla de krav som ställs vid vattendjup ner till drygt 3000 m. Den nya konstruktionen är även 7 VastyDeep -lösningar är kompositprodukter innefattande huvudrör och choke/kill -rör. 22 ABB tidning 2/2000

5 farkosten placerar ett verktyg på borröret vid en verktygsanslutning och med anslutningskrokar monterade i borrkronstyrningen. Vidare ingår en öppen konstruktion av GRA som tillåter ett fritt flöde av borrfragment under borrningen, en kardanupphängd slammatta för vattenavskiljning med en automatisk spärr för enkel beröringsfri manövrering via centerbrunnen. VastyDeep -lösningar kompositutveckling i huvudrörledningar och choke/kill -rörledningar Borrning och olje-/gasproduktion sker på allt djupare vatten. De ökande vattendjupen gör emellertid konventionella material opraktiska, eftersom den totala systemvikten börjar överstiga gränserna för vad dagens fartyg och produktionssystem klarar av. Genom att använda avancerade lättviktsmaterial som kompositer 7 kan en given fartygskonstruktion användas på större vattendjup. ABB Vetco Gray håller på att introducera kompositprodukter som exempelvis choke and kill -rör, borr-och produktionsrör. Den omfattande konstruktions- och provningsverksamheten är inriktad på att utveckla en ny serie kompositprodukter som ska uppfylla industrins djuphavsbehov. Laboratorietesten inkluderar provning av en 21 borrningsrörledning, helt tillverkad av kolfiberarmerad epoxykomposit. Rörledningen har testats med statiska tryck upp till 1000 ton, liksom med cykliska böjnings- och dragspänningsspektra som simulerar ungefär produktens halva livslängd i fält. Enligt planeringen ska rörled- 8 Finitelementmodell av det fullständigt förspända komposit/metall-gränssnittet som används i borrnings- och prduktionsledningar av kompositmaterial ningen provas i fält genom att placeras inuti en konventionell stålrörledning under cirka 3 månader. Efter fältförsöken kommer rörledningen att returneras till Houston för vidare provning. Såväl borrnings- som produktionsrörledningarna är utrustade med speciella anslutningsanordningar som kallas Geometric Trap. Den är avsedd att förbinda standardrörledningskopplingar av metall med huvudkroppen i helkomposit. Den patenterade Geometric Trap är en mycket effektiv och tillförlitlig produkt som överför spännings- och böjmomentbelastningar till rörstrukturen med hjälp av en förspänd domkonstruktion av typ geodesicisotensoid. Konstruktions- och provningsverksamheten har även inriktats på choke and kill - rörledningar. Rörledningar på såväl 3 som 4 1/2 har konstruerats och analyserats. Provningen av choke and kill -rören har innefattat vattentest upp till psi, cykliska tester på psi motsvarande 100 års drift samt test under gastryck upp till psi. På grund av kompositmaterialets komplexa natur och de tillkommande fördelar som följer av optimering samt behovet av kort konstruktionscykel har det varit nödvändigt att automatisera konstruktions- och analysprocesserna överallt där så är möjligt. Nya analytiska metoder och verktyg har utvecklats som utnyttjar moderna expertsystem och kunskapsbaserad teknik 8. Som följd av detta har de konstruktionscykler som tidigare tog två till tre månader minskats till bara två eller tre timmar. Författare Ian Calder ABB Vetco Gray Inc P.O. Box 2291 Houston, TX USA ian.calder@us.abb.com Telefax: ABB tidning 2/