Borestrengskompensering

Ved kompensering av arbeidsstrengen i brønnen utjevnes de vertikale bevegelsene som bølgene utsetter riggen for, slik at arbeidsstrengen står rolig i forhold til brønnen.

I borefasen

En flytende enhet (rigg eller skip) beveger seg med bølgene i havet. Sammen med enhetens bevegelser vil også alt utstyr om bord bevege seg i samme retning. For borestrengen betyr det at den løfter borekronen fra bunnen i borehullet når enheten er på en bølgetopp, og slår borekronen i bunnen av hullet når enheten kommer ned i en bølgedal. Slike bevegelser kan ødelegge borekronen, borestrengen og skade utstyr om bord på enheten. Det er også veldig lite effektivt å bore et hull når borekronen ikke har kontakt med bunnen hele tiden.

Ved kompensering av borestreng ønsker man å utjevne de vertikale bevegelsene i boreriggen, slik at man kan holde konstant vekt på borekronen selv om boreriggen er i bevegelse.

Under komplettering og brønnvedlikehold

Ved inn- og utkjøring av andre typer BHA, er det ønskelig med jevn bevegelse i én retning, ikke opp- og nedbevegelser underveis. Dette er særlig viktig i forbindelse med kjøring av større utstyr, med liten klaring til brønnens indre diameter. Store bevegelser opp og ned kan skape ubalanse i brønnen (swabbing), noe som kan føre til ukontrollert utstrømning.

De vertikale bevegelsene som skapes av bølger kaller man gjerne for et hiv (heave). Kompensering av arbeidsstrengen gjøres ved hjelp av en hiv-kompensator.

Begrenset bruk

Bilde: NOV – National Oilwell Varco

Ved bruk av en hiv-kompensator beveger borestrengen seg i motsatt retning av enhetens bevegelser. Dette gjelder selvfølgelig også når man holder på med andre operasjoner enn boring. Det kan være ved landing av en casing, når man setter og trekker plugger eller ved landing av andre elementer i brønnen. Prinsippet er at om utstyret henger fast et sted i brønnen eller det er ønskelig at det er stabilt på ett sted i brønnen, må man ta i bruk hiv-kompensator.

Når hiv-kompensatoren er i bruk, ser det ut som om borestrengen går opp og ned i hullet på boredekk. Det man faktisk ser er fartøyets bevegelse med bølgene og at borestrengen står i ro i forhold til havbunnen (brønnen).

Når fartøyet beveger seg opp med en bølge, beveger topdrive seg nedover ved hjelp av hiv-kompensatoren. Og motsatt: når fartøyet går ned i en bølgedal, trekkes topdrive opp ved hjelp av hiv-kompensatoren.

Kompensering av borestrengen kan gjøres i toppen av boretårnet eller direkte på heisespillet. Dette sørger for at borestrengens vekt på bunnen (WOB) holdes stabil selv om riggen beveges opp og ned i havet.

De vanligste kompenseringssystemene er følgende:

• kronblokkmontert kompensering, Crown Mounted Compensator (CMC)
• kompensator montert mellom løpeblokken og kroken, Drill String Compensator (DSC)
• I RamRig-tårn brukes sylinderkompensering

Oppbyggingen av en hiv-kompensator kan være ulik for et konvensjonelt boretårn og RamRig. Prinsippet under kompensering er imidlertid likt, uavhengig av hvilket heisesystem som er gjeldende. Et hiv-kompensatorsystem som er tilknyttet heisespillet er montert i kronblokk eller løpeblokk.

For toppmonterte system plasseres det sylindere mellom kronblokken og boretårnet. Disse fungerer som pneumatiske fjærer som hever eller senker trinsen som borelinen går over. Dette gjør borelinen lengre eller kortere og flytter på den måten løpeblokken i forhold til riggen.

For løpeblokkmonterte system plasseres det en eller to sylindere mellom løpeblokken og kroken. Sylinderne kompenserer for riggens bevegelser ved hjelp av strekk- eller kompresjonssystem som motvirker lasten fra borestrengen. Når riggen beveger seg opp, vil lasten fra borestrengen øke (riggen vil dra borestrengen med seg opp) og sylinderen mellom kroken og løpeblokken forlenges slik at borestrengen ikke blir utsatt for opp-bevegelsen. Når riggen beveger seg ned, avtar lasten fra borestrengen, og sylinderen trekker seg sammen for å holde samme last.

En RamRig er bygget opp av vertikale hydrauliske sylindere som sørger for både heising og hiv-kompensering.

Her er det en MRU som sender signaler til et aktivt akkumulatorsystem. Akkumulatorsystemet tar opp bølgebevegelsene fra fartøyet og overfører kraft til de hydrauliske sylinderne til motbevegelse.

De mest vanlige kompenseringssystemene er passiv og aktiv kompensering. Noen steder finner vi det som heter semi-aktiv kompensering i tillegg til passiv og aktiv kompensering.

Passiv hiv-kompensering

I et passivt hiv-kompenseringssystem brukes hydraulisk sylinder og gassakkumulator. Når stempelstangen i sylinderen skyves ut eller trekker seg sammen mot riggbevegelsen, blir gass komprimert eller utvidet i et lukket system, og borestrengen som henger i topdrive isoleres fra riggens bevegelser. Kraften som oppstår i akkumulatoren motvirker bevegelse på borestrengen.

Ved passiv kompensering kombineres heisesystem og hiv-kompenseringssystem. Kompensering oppnås gjennom absorbsjon av bevegelser, slik at borestrengens bevegelser blir hindret fra å følge riggens bevegelser. I de fleste tilfeller er dette kompenseringssystemet utilstrekkelig fordi systemet i seg selv har trykktap og friksjonstap i sylinder ved bruk. Det har også begrenset reaksjonsevne, så det vil alltid bli noe utslag på borestrengen før motkraften slår inn.

Aktiv hiv-kompensering

Ved aktiv kompensering tilføres det en ekstern energi (motbevegelse) som står for kompenseringen. Det kan brukes elektrisk vinsj, hydrauliske sylindere eller hydraulisk vinsj for å gjennomføre hiv-kompenseringen.

Aktiv hiv-kompensering inkluderer datainnsamling (Motion Reference Unit-MRU) av bølgebevegelser og datastyrt pådrag i forhold til bølgebevegelsene, slik at kompenseringen kan starte tidligere og bevegelsen på borestrengen er tilnærmet null. Frekvensen på kompenseringen er også raskere med dette systemet fordi det er en datastyrt prosess som starter bevegelsene.

Semiaktivt hiv-kompenseringssystem

Semiaktiv hiv-kompensering er en kombinasjon av et passivt og et aktivt hiv-kompenseringssystem. Hydrauliske vinsjsystemer kan bruke akkumulatorer og passiv hiv-kompensering for å danne et semi-aktivt system med både en aktiv og en passiv komponent. I slike systemer vil den aktive delen ta over når det passive systemet er for langsomt eller unøyaktig.

Passiv kompensering er ikke alltid god nok kompensering på grunn av friksjon i systemet. Aktiv kompensering kompenserer bedre, men krever mye energi og kan overkompensere i noen tilfeller.

Det beste kan være en kombinasjon av passiv og aktiv kompensering (semiaktiv kompensering). Da absorberes mye av bevegelsen passivt av en pneumatisk fjær, mens den aktive kompenseringen gjør resten av arbeidet.
En annen fordel med semiaktiv kompensering er at dersom den aktive kompenseringen ikke virker, kompenserer likevel det passive systemet for bevegelsene.

Se flere animasjoner på Youtube. Søkeord: active heave