NO334010B1

NO334010B1 - Discharge containment device for underwater blowing oil wells

Info

Publication number: NO334010B1
Application number: NO20100830A
Authority: NO
Inventors: Rene Pascal Emile Freund
Original assignee: Borealis Offshore Consultants As
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2013-11-18
Also published as: US20130140036A1; WO2011155848A3; EP2580423A2; EP2580423B1; NO20100830A1; WO2011155848A2

Abstract

A device comprising a sleeve in the form of a cylinder to be placed over a defective deep-water subsea oil-well equipment structure such as a defective Blow-Out Preventor (BOP), said cylinder being anchored by suction anchors and including a roof in the form of a funnel and including pipelines for introducing methanol for preventing hydrates formation and pipelines for removing water/oil/methanol mixture, where the space between the inner wall of the cylinder and the outer surface of the sub-sea equipment may be filled with grout, is suitable for stopping run-away oil-well leakage. A process for stopping run-away oil-well leakage by using said structure is also disclosed.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning som innebærer et oppdemmingssystem for ukontrollert utblåsende undervannsbrønner, hvor anordningen omfatter de trekk som går frem av krav 1. Nevnte anordning omfatter en hylse med dimensjoner større enn den aktuelle utblåsningsventil (BOP) på oljebrønnen, dekket av et konisk tak som danner en trakt over BOP, hvor nevnte tak er utstyrt med en eksos-skorstein med en nedstengingsventil som inkluderer en forbindelsesflens for forankring og/eller tettingsutstyr til eksos-skorsteinen, idet nevnte montering også består av et antall sugeankere plassert i periferien av hylsen, og nevnte hylse inkluderer også et inntaksrør for injisering av fugemasse ved basen og nevnte tak inkluderer også minst ett inntaksrør for injisering av metanol og minst ett uttaksrør for utslipp av olje/vann/metanol blanding. Hylsen kan i en foretrukket utførelsesform inkludere en nivåindikator for å overvåke høyden av injisert fugemasse. The present invention relates to a device which involves a containment system for uncontrolled blowout underwater wells, where the device comprises the features set forth in claim 1. Said device comprises a sleeve with dimensions larger than the relevant blowout valve (BOP) on the oil well, covered by a conical roof which forms a funnel above the BOP, where said roof is equipped with an exhaust chimney with a shut-off valve that includes a connecting flange for anchoring and/or sealing equipment to the exhaust chimney, said assembly also consisting of a number of suction anchors located in the periphery of the sleeve, and said sleeve also includes an intake pipe for injecting sealant at the base and said roof also includes at least one intake pipe for injecting methanol and at least one outlet pipe for discharge of oil/water/methanol mixture. In a preferred embodiment, the sleeve may include a level indicator to monitor the level of injected sealant.

Videre omfatter foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for nedstengning av en ukontrollert utblåsende oljebrønn med en skadet utblåsningsventil (BOP) hvor fremgangsmåten omfatter de trekk som er angitt i krav 3 og hvor en slik anordning som er forklart ovenfor, anvendes. Furthermore, the present invention includes a method for shutting down an uncontrolled blowout oil well with a damaged blowout valve (BOP) where the method includes the features stated in claim 3 and where such a device as explained above is used.

Et av problemene som skal løses med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe et oppdemmingssystem for utblåsende oljebrønner ved dyphavsboring. En undervanns letebrønn spesielt på dypt vann og/eller under høyt trykk og temperaturforhold (HP/HT) (opp til 1200 bars trykk og 200°C temperatur) er obligatorisk utstyrt med en utblåsningsventil (BOP) som stenger brønnen automatisk når unormale trykk oppstår, i den hensikt å stoppe ukontrollerte utslipp av væsker. Ingen annen brønnbarriere eksisterer hvis BOP ikke kan opereres på grunn av svikt i en av komponentene. Oppdemming av oljeutslipp kompliseres ytterligere ved hydratdannelse på slike dybder når sjøvann blandes med metan, og når disse hydrater blokkerer eksport linjer som overfører olje-/vannblandingen til potensielle redningsinnretninger. One of the problems to be solved with the present invention is to provide a containment system for blowout oil wells during deep sea drilling. An underwater exploration well especially in deep water and/or under high pressure and temperature conditions (HP/HT) (up to 1200 bar pressure and 200°C temperature) is compulsorily equipped with a blowout valve (BOP) which closes the well automatically when abnormal pressures occur, with the intention of stopping uncontrolled discharges of liquids. No other well barrier exists if the BOP cannot be operated due to failure of one of its components. Containment of oil spills is further complicated by hydrate formation at such depths when seawater mixes with methane, and when these hydrates block export lines that transfer the oil/water mixture to potential rescue devices.

Det er tidligere kjent forskjellige innretninger som forsøker å ta for seg problemer med ukontrollert utblåsende oljebrønner. Således er det fra US patent 4.416.565 Al og US patent 4.318.442 A kjent en anordning for nedstengning av ukontrollert utblåsende oljebrønner, hvor denne anordningen omfatter en sylinder med et traktformet tak som er utformet som en skorstein med en ventil som settes over en slik ukontrollert utblåsende oljebrønn. Videre er det kjent fra US patentsøknad 2006/0225810 Al en sarkofag som kan senkes ned over vrak på havbunnen for å tømme vraket for olje og gass, og hvor det blir injisert metanol inn i sarkofagen for å hindre at det dannes hydrater når vraket tømmes. Various devices have previously been known which try to deal with problems with uncontrolled blowout oil wells. Thus, from US patent 4,416,565 A1 and US patent 4,318,442 A, a device is known for shutting down uncontrolled blowout oil wells, where this device comprises a cylinder with a funnel-shaped roof that is designed as a chimney with a valve that is placed over a such an uncontrolled blowout oil well. Furthermore, it is known from US patent application 2006/0225810 Al a sarcophagus that can be lowered over a wreck on the seabed to empty the wreck of oil and gas, and where methanol is injected into the sarcophagus to prevent hydrates from forming when the wreck is emptied.

Anordningen som utgjør utblåsning oppdemmingssystemet og fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er beskrevet nedenfor under henvisning til vedlagte figur. The device which constitutes the blow-out containment system and the method according to the present invention is described below with reference to the attached figure.

Anordningen som utgjør utblåsnings oppdemningssystemet ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter følgende elementer: The device that makes up the blow-out containment system according to the present invention comprises the following elements:

1 en beholder senket over den skadete BOP (element 7) omfattende 1 a container lowered over the damaged BOP (item 7) comprehensively

- En hylse (helst sylindrisk) (element IA), i en utførelsesform på ca. 4 meter i diameter og 12 m høy (dimensjonene tilpasset den aktuelle BOP som hylsen må omslutte, spesifisert av leverandøren av BOP); - En konisk hette (element IB) med skråning som avhenger av den interne friksjon av hydratkrystaller (normalt mellom 30° og 60°); - En eksos-skorstein (element 1C) (i en utførelsesform med en diameter opp til 914 mm [36"]) utstyrt med en nedstengingsventil og kronet med en flens, som kan brukes som base for forankring og tetting av utstyret eller rør satt på toppen av skorsteinen i tilfelle uforutsett inngrep. 2. Minst tre sugeankere (element 2) plassert i periferien av hovedhylsen (sylinder IA). Sugeankerene (2) kan i en utførelsesform ha en diameter på ca. 1,5 m og inkluderer nedtrengningsmerker og trykkontrollventiler for nedtrengning av sugeankrene (2) inn i mudderflaten (9) av sjøbunnen. 3. Et fugemasse (8) injeksjonssystem omfattende flere injeksjonslinjer (element 3A) ved foten av hylsen (IA), og en nivåindikator (element 3B) øverst på hylsen. 4. Et metanol injeksjonssystem omfattende små kaliber-rør (element 4A) som gjennomhuller det koniske tak av beholderen og helst i forbindelse med en sensor (4B) som måler den relative konsentrasjon av sjøvann og metanol i oljeblandingen fanget under hetten (IB). 5. Ett eller flere uttaksrør (element 5) i den lavere delen av skorsteinen (1C), som hver aktiveres av en nedstengingsventil og kobles til et eksport stigerør som overfører oljeblandingen til havoverflaten. Mens kun ett uttaksrør normalt skal være åpent, vil de andre inaktive uttakene øke overflødig heten av eksportsystemet i tilfelle den aktive linjen blokkeres. Dessuten tillater det å bruke forskjellige diameter for hvert uttaksrør, f. eks fra en diameter på 15,2 cm [6"] til en diameter på 30,5 cm [12"], å tilpasse eventuelle variasjoner i strømning fra den utblåsende brønnen og dermed å optimalisere flyten i stigerøret gjennom hele operasjonen. Antall uttak/eksportlinjer (element 5) kan være 2, 3 eller 4, eventuelt flere, hver med diameter forskjellig fra hverandre. Bruk av flere uttaksrør ville også øke allsidigheten av oppdemmingssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse. I tilfelle uttaksrøret som er i bruk tettes gjennom (uforutsett) hydratdannelse eller gjennom en uventet produksjon av sand, kan det da være mulig å åpne et av de andre uttaksrør og samtidig snu strømmen i det blokkerte rør ved å skylle eller spyle dette røret med metanol, og dermed å oppløse hydrater og å rense den opprinnelige eksportlinje igjen. Denne prosedyren sikrer kontinuerlig eksport av væsker gjennom uttakslinjer og forhindrer trykkoppbygging under hetten/trakten/taket (IB) av anordningen i henhold til oppfinnelsen. - A sleeve (preferably cylindrical) (element IA), in an embodiment of approx. 4 meters in diameter and 12 m high (the dimensions adapted to the relevant BOP that the sleeve must enclose, specified by the supplier of the BOP); - A conical cap (element IB) with a slope that depends on the internal friction of hydrate crystals (normally between 30° and 60°); - An exhaust chimney (item 1C) (in an embodiment with a diameter up to 914 mm [36"]) equipped with a shut-off valve and crowned with a flange, which can be used as a base for anchoring and sealing the equipment or pipe set on the top of the chimney in case of unforeseen intervention. 2. At least three suction anchors (item 2) located on the periphery of the main sleeve (cylinder IA). The suction anchors (2) may in one embodiment have a diameter of about 1.5 m and include penetration marks and pressure control valves for penetration of the suction anchors (2) into the mud surface (9) of the seabed 3. A sealant (8) injection system comprising several injection lines (item 3A) at the base of the sleeve (IA), and a level indicator (item 3B) at the top of the sleeve. 4. A methanol injection system comprising small caliber tubes (item 4A) piercing the conical roof of the container and preferably in conjunction with a sensor (4B) which measures the relative concentration of seawater and methanol in the oil mixture trapped under the cap (IB).5 .E tt or more outlet pipes (item 5) in the lower part of the chimney (1C), each of which is activated by a shut-off valve and connected to an export riser that transfers the oil mixture to the sea surface. While only one outlet pipe should normally be open, the other inactive outlets will increase the redundancy of the export system in case the active line is blocked. Also, using different diameters for each outlet pipe, e.g., from a 15.2 cm [6"] diameter to a 30.5 cm [12"] diameter, allows for accommodating any variations in flow from the blowout well and thus optimizing the flow in the riser throughout the operation. The number of outlet/export lines (element 5) can be 2, 3 or 4, possibly more, each with a different diameter. The use of several outlet pipes would also increase the versatility of the containment system according to the present invention. In the event that the outlet pipe in use becomes blocked through (unforeseen) hydrate formation or through an unexpected production of sand, it may then be possible to open one of the other outlet pipes and at the same time reverse the flow in the blocked pipe by flushing or flushing this pipe with methanol , and thus to dissolve hydrates and to clean the original export line again. This procedure ensures continuous export of liquids through outlet lines and prevents pressure build-up under the hood/funnel/roof (IB) of the device according to the invention.

Anordningen ifølge oppfinnelsen skal plasseres over et ukontrollert utblåsende lederør (6) for olje med en defekt utblåsningsventil (BOP, element 7) over seg. The device according to the invention must be placed over an uncontrolled blow-off guide pipe (6) for oil with a defective blow-off valve (BOP, element 7) above it.

Materialet i deler av anordningen / systemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse er av metall eller av en metallegering som motstår de gjeldende trykk-og temperaturforholdene ved oljebrønnen. Også metallet eller metallegeringen bør være ikke-korroderende (i hvert fall for en periode lang nok for å sikre oljebrønnen). Utvalgte metaller er stål, herdet stål eller rustfritt stål. The material in parts of the device / system according to the present invention is made of metal or of a metal alloy which resists the current pressure and temperature conditions at the oil well. Also, the metal or metal alloy should be non-corrosive (at least for a period long enough to secure the oil well). Selected metals are steel, hardened steel or stainless steel.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for å stoppe olje- og gass-utstrømning fra en ukontrollert utblåsende oljebrønn. Prosedyren for å stoppe slike utslipp inkluderer følgende trinn: I. Beholderen/hylsen blir senket over BOP med den store skorsteinsventil åpen hvilket tillater fritt utslipp av olje og gass fra toppen av den skadete BOP. Metanol kan injiseres gjennom linje (4) i denne tidlige fasen for å hindre hydratdannelse og tetting av skorsteinen. II. Ventilene på sugeankerene (2) aktiveres for å skape et tilstrekkelig hydrostatisk undertrykk til å drive hovedhylsen (1) dypt ned i havbunnen (9), og dermed oppnå hensiktsmessig tetting ved basen. III. Fugemasse (8) blir deretter injisert i bunnen av beholderen/hylsen og fyller enhetens ringvolum (rom mellom BOP (7) og den indre overflaten av hylsen (IA)) inkludert BOP og sikrer en god binding av de to elementene. Heving av fugemassen (8) i ringvolumet overvåkes inntil overflaten av fugemassen omtrent når toppen av hylsen i skjæringspunktet med den koniske hetten. Gjennom hele fasen forblir skorstein (1C) åpen og fortsetter å tillate fri strømning av væske ved utblåsning fra BOP (7) og også av sjøvann fanget inne i beholderen/hylsen (1C) og presset opp av fugemassen (8). IV. Etter fugingen er ferdig, tilsvarer det gjenværende volumet av innesperret sjøvann mer eller mindre volumet av den koniske hetten (IB). Dette sjøvann blandes med olje og gass fra brønnen og med metanol som fortsatt injiseres. V. Ettersom mer metanol injiseres, øker konsentrasjonen derav i blandingen mens konsentrasjonen av sjøvann reduseres inntil den kritiske terskelen for hydratdannelse er nådd. Skorsteinens (1C) ventil lukkes deretter gradvis mens eksport-stigerøret (5) åpnes, som heretter overfører en blanding som nesten kun består av olje, gass og metanol og er ikke lenger utsatt for hydratdannelse. The invention also includes a method for stopping oil and gas outflow from an uncontrolled blowout oil well. The procedure to stop such releases includes the following steps: I. The container/casing is lowered over the BOP with the large stack valve open allowing the free release of oil and gas from the top of the damaged BOP. Methanol can be injected through line (4) in this early phase to prevent hydrate formation and clogging of the chimney. II. The valves on the suction anchors (2) are activated to create a sufficient hydrostatic negative pressure to drive the main sleeve (1) deep into the seabed (9), thus achieving an appropriate seal at the base. III. Sealant (8) is then injected into the bottom of the container/casing and fills the annular volume of the unit (space between the BOP (7) and the inner surface of the casing (IA)) including the BOP and ensures a good bond of the two elements. Elevation of the sealant (8) in the annular volume is monitored until the surface of the sealant approximately reaches the top of the sleeve at the point of intersection with the conical cap. Throughout the phase, chimney (1C) remains open and continues to allow free flow of liquid by blowout from BOP (7) and also of seawater trapped inside the container/sleeve (1C) and pushed up by the sealant (8). IV. After the grouting is complete, the remaining volume of trapped seawater more or less corresponds to the volume of the conical cap (IB). This seawater is mixed with oil and gas from the well and with methanol which is still injected. V. As more methanol is injected, its concentration in the mixture increases while the concentration of seawater decreases until the critical threshold for hydrate formation is reached. The stack (1C) valve is then gradually closed while the export riser (5) is opened, which then transfers a mixture consisting almost exclusively of oil, gas and methanol and is no longer susceptible to hydrate formation.

Claims

1. Device which forms a containment system for underwater blowout oil wells where said oil wells comprise a blowout valve (BOP) placed on top of a guide pipe (6) for oil, characterized in that the device comprises a sleeve (IA) with dimensions larger than the relevant blowout valve (BOP) on the oil well which forms an annular space between the sleeve (IA) and the BOP, where said sleeve (IA) includes a conical roof (IB) which forms a funnel above the BOP, said roof (IB) being equipped with a discharge pipe/chimney (1C) with a shut-off valve with a connecting flange for anchoring and sealing equipment to the discharge pipe/chimney (1C), where the composition further comprises a number of suction anchors (2) placed in the periphery of the sleeve (IA), where said sleeve (IA) also includes an inlet pipe (3A) for injecting sealant at the base and said roof (IB) includes at least one inlet pipe (4A) for methanol injection and at least one outlet pipe (5) for discharge of oil/water/methanol mixture.

2. Device according to claim 1, characterized in that the sleeve (IA) comprises a level indicator to monitor the height of injected sealant in the sleeve (IA).

3. Method for shutting down an uncontrolled blowout oil well with a damaged blowout valve (BOP) with a device according to any one of claims 1 - 2, characterized in that said method comprises the following phases: I. the container/sleeve (IA) of the assembly according to claim 1 or 2 is lowered over the BOP with the large chimney valve (1C) open, for free discharge of oil and gas from the top of the damaged BOP, and where methanol is injected through line (4) in this early phase to prevent hydrate formation and clogging of the stack (1C); II. the valves on the suction anchors (2) are activated to create a sufficient hydrostatic negative pressure to drive the main sleeve (IA) deep into the seabed, thereby achieving an appropriate seal at the base thereof; III. sealant is then injected into the bottom of the container/casing (IA) to fill the annulus (space between the BOP and the inner surface of the casing (IA)) including the BOP, and to ensure a good bond of the two elements while raising the sealant in the annulus volume is monitored until the surface of the grout reaches the base of the conical roof (IB) and throughout the pouring phase the chimney (1C) remains open and continues to allow the unhindered outflow of liquid from the BOP and also of seawater trapped inside the vessel/sleeve (IA) and pressurized up of the grout; IV. after grouting is finished, where the remaining volume of trapped seawater more or less corresponds to the volume of the conical cap (IB) where seawater is mixed with oil and gas from the well and with methanol which is still injected; V. as more methanol is injected, the concentration of this methanol in the mixture increases while the concentration of seawater decreases until the critical threshold for hydrate formation is reached, whereupon the stack valve (1C) is then gradually closed while the export riser (5) is opened, which export riser (5) then transfers a mixture that consists almost exclusively of oil, gas and methanol and is no longer susceptible to hydrate formation.