Überprüfung des BSR-Systems Sapinhoá-Lula NE

(Bild: Unterwasser 7)

Deepwater Riser Disposition (Bild: 2H Offshore)

BSR-Systemwiedergabe (Bild: Subsea 7)

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Die Exploration und Produktion von Tiefseesalzvorkommen vor der Küste Brasiliens hat große technologische Herausforderungen ausgelöst. Einige Reservoirs befinden sich unter 2.000 Meter Wasser und müssen durch weitere 2.000 Meter Salz gebohrt werden. Obwohl Herausforderungen bei der Exploration entmutigend waren, sind die Produktionsherausforderungen nicht weniger beeindruckend. Mit einer Anzahl von Produktions- und Injektionsbohrungen, die über den großen Reservoirs platziert sind, wurde die Schwierigkeit, Öl und Gas zuverlässig und sicher zur Produktion zu bringen, durch die extremen Wassertiefen verstärkt.

Im Jahr 2011 erhielt Subsea 7 von dem nationalen Betreiber Petrobras einen Meilenstein für den Unterwasser-Nabel-, Steigrohr- und Fließlinien-Auftrag (SURF) für vier entkoppelte Steigleitungen, die in den Sapinhoá-Lula-NE-Feldern im Santos-Becken installiert werden. Installation und Inbetriebnahme (EPIC) SURF Vertrag in Brasilien bisher vergeben. Die bahnbrechende Technologie zur Verbindung einer großen Anzahl von Bohrlöchern mit einem einzigen FPSO wurde vom Petrobras Forschungszentrum (Cenpes) und Subsea 7 mit Unterstützung der UFRJ (Bundesuniversität von Rio de Janeiro) und der USP (Universität von São Paulo) entwickelt. . Das Projekt erforderte die Installation von vier riesigen 2.800 Tonnen Unterwasserbojen, die sich etwa 250 Meter unter der Oberfläche befinden. Das System wurde entworfen, um eine Kombination von 45 Steigleitungen / Versorgungsleitungen für jedes Feld in einem kleinen Bereich in einer entkoppelten Anordnung unterzubringen. Das Angebot von Subsea 7 umfasste speziell 27 3,9 km Stahl-Oberleitungen, davon 18 7,5-Zoll-Produktionslinien, drei 9,5-Zoll-Wassereinspritzleitungen und sechs 8-Zoll-Gasinjektionsleitungen.

Boje unterstützte Riser (BSR)
Petrobras und seine Partner wählten das Boje Supported Risers (BSR) System als die effektivste Lösung für das Projekt. Ivan Cruz, Senior Product Manager bei Subsea 7, erläuterte, dass verschiedene innovative Technologien zum Erreichen der System- und Installationsanforderungen eingesetzt wurden. Die Schaffung des Winkelverbindungsmoduls (ACM) erwies sich als integraler Bestandteil des BSR-Systems durch Verbinden der flexiblen Brücken mit den vorinstallierten Bojen. Durch die große Anzahl von installierten Steigrohren können die Bojen unterschiedliche Positionen einnehmen, und der ACM ermöglicht Verbindungen zuverlässig und sicher bei fehlausgerichteten Winkeln von bis zu 15 °, wodurch die Offshore-Anschlusszeit verkürzt wird. Innerhalb des BSR-Systems reduzierte die Einführung des ACM den Fluidfluss zu einem einzigen Verbindungspunkt, wodurch die Kosten verringert und die Zuverlässigkeit durch Eliminieren weiterer potentieller Leckpfade erhöht wurde.

Die Hauptvoraussetzung für ein erfolgreiches Anlegen von BSR war die Verwendung von Haltegurteinstellungen, um jede Boje zu stabilisieren und zu positionieren. Die Hauptherausforderung, die hier verbunden war, war die Auswahl eines geeigneten Halteseilmaterials, wodurch sichergestellt wurde, dass die axiale Steifigkeit bevorzugt wurde, um die gewünschte Spannungseinstellung auszugleichen und benachbarte Halteseile eng beieinander zu halten, während die anfängliche Lockerung während der Herstellung und Installation kontrolliert wurde. Obwohl mit Stahlluft gefülltes Rohr ein häufig verwendetes Material für Tension Leg Platforms (TLPs) ist, wurde eine moderate Abnahme der axialen Steifigkeit bevorzugt, dies ermöglichte eine einfache obere Spannung zwischen benachbarten Haltegurten und Längeneinstellungen. Ein signifikanter Anstieg der Sehnendehnung, der angewendet wurde, während der BSR in vertikaler Bewegung war, wäre aufgrund der hohen Wahrscheinlichkeit einer Fehlausrichtung und einer Beschädigung des Systems kein akzeptabler Ansatz gewesen.

Ein weiteres ebenso wichtiges technisches Problem, das angegangen werden musste, war das Gewicht des Unterwassergurts, das die Auswirkungen auf den negativen Auftrieb und die Abmessungen minimieren konnte. Ummantelte Spiraldrahtdrähte (SSW) wurden schließlich gewählt, weil der ummantelte Spiraldrahtdraht eine lange Erfolgsbilanz in anderen Verankerungssystemen aufweist und alle Anforderungen für 27 Jahre Lebensdauer erfüllt. Die Dehnung ist nicht übermäßig, reicht aber aus, um die Auswirkungen von Längenmessungstoleranzen zu minimieren, da die Installation auf See einfacher ist, einschließlich der Verriegelung der Leitungen in den Verbindern an der erforderlichen Stelle.

Tiefwasser-Herausforderungen
Die Entwicklung der Sapinhoá-Lula-NE-Stauseen war eine große technologische Herausforderung. Das innovative BSR-Konzept war zu der Zeit ein einzigartiges Design in der Branche und trug dazu bei, die FPSO-Riser-Bewegungen auf ein sehr minimales Niveau zu reduzieren. Bei dieser Konfiguration werden die Bewegungen der schwimmenden Plattform nicht integral auf die starren Tragegurte übertragen, wodurch die Schäden aufgrund der Ermüdung reduziert werden und ihre Nutzungsdauer selbst unter strengen meteorologischen Bedingungen garantiert wird. Laut Ricardo Francis, Berater des Leitungsmanagements für Rohre und Steigleitungen in Cenpes, sind die Bojen zusammen für die Produktion von 240.000 Barrel Öl pro Tag verantwortlich. "Wir haben ein Bojen - System untersucht, um die Dynamik von starren Linien zu berücksichtigen, da sie innen eine Beschichtung haben, die Korrosion des Stahls aufgrund der Anwesenheit von Gasen wie H2S und CO2 verhindert und diese Beschichtung ein anspruchsvolleres Berechnungsverfahren mit der Anwesenheit von die Boje hat die Nutzungsdauer dieser Linien erheblich zugenommen, wodurch die Produktion in den Vorsalzfeldern möglich wird. Von dort aus werden flexible Leinen, sogenannte Jumper, platziert, die die Boje mit der Produktionsplattform verbinden. Zusätzlich zur Produktion der PEUs sollen sie ihre dynamischen Bewegungen absorbieren. Das ist die Grundidee des BSR ", sagt er.

Mit der Boje, die die Rohre hält, die das Öl und Gas vom Brunnen auf dem Meeresboden zum FPSO leiten, entlastet es die auf die Plattform aufgebrachte Last. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Installation der Tragegurte bereits vor Ankunft der Produktionsplattform möglich ist. "Der wirtschaftliche Vorteil war die Antizipation der Produktion. Wenn Sie alles vorbereiten, bevor Sie an die Produktionseinheit kommen, verbindet es einfach die Tragegurte und Sie können 3 bis 6 Monate Produktion erwarten ", sagt Ricardo. Obwohl bei der Installation der ersten BSR Anlaufschwierigkeiten auftraten, die zu Verzögerungen bei der Erstinstallation führten, bestehen die Betreiber darauf, dass das System seit dem Betrieb im Jahr 2014 reibungslos und ohne größere Probleme funktioniert hat und dass ähnliche Systeme möglich sind in anderen Tiefsee Pre-Salz spielen in Zukunft verwendet.

Ein Blick auf einige der technologischen Herausforderungen des BSR-Systems:

• Eine effiziente Methode zur Installation von mechanisch gefütterten BuBi-Rohren mit korrosionsbeständiger Legierung (CRA) nach dem "tube-lay" -Verlegeverfahren;
• Die Entwicklung des Angular Connection Moduls (ACM). Diese einzigartige technische Fähigkeit vereinfacht die Bojen-Hardware erheblich, indem die Anzahl der Verbindungen und potentielle Leckwege minimiert wird;
• Ein für den Zweck geeignetes, 400 Tonnen spannbares Steigrohrinstallationswerkzeug, das den zuverlässigen Einsatz von 27 SCRs ermöglicht;
• Eine Bewertung der Bruchmechanik nach dem Stand der Technik für plastisch beanspruchte Rohrverbindungen aus Schweißnähten der Legierung 625;
• Ein neuartiges Verankerungssystem mit fest angebrachter Spannung, ähnlich dem für Tension Leg Platforms (TLPs), jedoch mit spiralförmigen Litzenkabeln und Ketten zur einfachen Installation und zur Erzielung der erforderlichen dynamischen Leistung;
• Ein Spanngurtsystem, das in der Lage ist, Spitzenwinkelschwankungen zu widerstehen, die mit den natürlichen Offsets der Bojen und den möglichen Längenänderungen der fast zwei Kilometer langen Halteseile verbunden sind;
• Eine untere Verbindungsvorrichtung zur Vereinfachung der Verbindungen zu Fundamenten. Das kombinierte Ergebnis all dieser Innovationen, einige inkrementell und resultierend aus bestehenden Technologien, und andere völlig neu und bahnbrechend, führte zu dem kompletten BSR-System, das für die Beibehaltung der Produktionsraten und geringen Stillstandszeiten für die zwei Reservoire entscheidend war.