ämne senast granskat: 10 April 2013
sektorer: uppströms

den energi som behövs på offshore borriggar levereras vanligtvis av dieselmotorer. Vanligtvis använder dessa motorer 20-30 m3 dieselbränsle per dag, beroende på de utförda operationerna. Flera åtgärder kan användas för att minska energiförbrukningen, mängden diesel som bränns och utsläpp till luften. Åtgärder för att minska energiförbrukningen kan delas in i två kategorier:

1. minska mängden energi som behövs på riggen
2. förbättra energihanteringssystemet

för att minska energibehovet på riggen är det viktigt att planera borrningen väl. En effektiv borrprocess ger lägre bränsleförbrukning per borrad fot och därmed färre utsläpp. Automatiska lerblandningssystem, som de som implementeras vid Valhall-komplexet i Nordsjön, minskar kostsamma blandningsfel, exponering för farligt material och alltför stora utsläpp (referens 4). Noggrann planering av borrtekniker och logistikpersonal kan minska stilleståndstiden och resultera i en effektivare borrprocess. Integrering av ett fjärrstyrt roterande och lyftcementhuvud med toppdrivningshölje minskar utrustningens riggtid, vilket leder till mindre övergångstid mellan höljeskörning och cementeringsoperationer (referens 5). Slutligen kan ett RCM-program (reliability-centered maintenance) också minska driftstopp, förbättra säkerheten och ge en bättre avkastning på investeringen. Till exempel har ENSCO: s RCM resulterat i en 63% avkastning på investeringen (referens 2).

borriggens utformning är också viktig. Väl utformade arbetsområden och bostäder minskar behovet av uppvärmning och kylning och är särskilt viktiga i hårda, kalla miljöer, där behovet av uppvärmning vanligtvis är stort. Skrovform och övre design av borriggen skapar vinddrag. Om detta vinddrag kan minskas kan energiförbrukningen minskas.

en viktig faktor som påverkar energiförbrukningen på en offshore borrigg är det sätt på vilket borriggen är placerad. Förtöjda fartyg har mycket lägre energiförbrukning jämfört med dynamiskt placerade (DP) fartyg, eftersom motorerna på DP-fartyg använder energi för att placera riggen. ABB, en UK-baserad tillverkare av kraft—och automationstekniker, har utvecklat Azipod-framdrivningssystemet, ett podded azimutpropeller-system som består av en elektrisk motor med variabel hastighet som driver en fast stigning i en pod nedsänkt utanför fartygets skrov; inga växlar eller axeldrivningar finns mellan motorn och propeller. Azipod kan minska framdrivningsenergibehovet med 10-20% jämfört med traditionella mekaniska azimutpropeller (referens 3).

valet av höjningskompensationssystem påverkar också energiförbrukningen. Användningen av active heave drawworks (AHD), en helt elektrisk lösning, har olika energibehov jämfört med cylinderrigglösningen eller traditionell kronmonterad kompensator (CMC) eftersom dessa kompensationssystem är beroende av olika kombinationer av hydraulisk och elektrisk utrustning. De främsta fördelarna med hydraulisk utrustning är ställdonens kraft-till-storlek-förhållande och deras energilagringsförmåga; hydraulisk utrustning är mindre och lättare än dess elektriska ekvivalent, medan gasackumulatorerna som används i hydrauliska system lagrar tillfälliga energifluktuationer på ett kostnadseffektivt sätt och kommer att fortsätta att fungera i händelse av strömavbrott. Nackdelarna med hydraulisk utrustning är behovet av en stor och tung hydraulisk kraftenhet (HPU) som krävs för att driva utrustningen och systemets temperaturberoende. Placeringen av HPU på riggen kan vara problematisk, särskilt för flottörer. Egenskaperna hos hydraulvätska varierar med temperaturen och kan påverka systemets totala prestanda. Å andra sidan är den totala effektiviteten hos elektriska system 85-90% jämfört med cirka 70% för ett hydrauliskt system (referens 1). Denna ökade effektivitet gör elkraft till det föredragna alternativet för högdriven utrustning. Elektriska system möjliggör också noggrann kontroll av både vridmoment och hastighet och eliminerar miljörisken för hydraulvätskeläckage. Huvudbegränsningen för det elektriska systemet är energilagring, som vanligtvis är i form av stora och tunga batterier.

CMC-systemet använder en standard derrick och standard drawworks med ett hydrauliskt kompenserat system installerat ovanpå derrick. Detta system tillför den minsta belastningen på derrickstrukturen, men har begränsad lyftkompensationsförmåga. Dess tunga viktfördelning kan påverka fartygets stabilitet och minska däckens lastkapacitet. CMC kommer att ha mycket lägre energiförbrukning under drift i hårda områden jämfört med andra höjkompensationssystem. Ett diagram över ett CMC-system visas nedan.

Figur 1: Shaffer kronmonterad kompensator (från referens 7)

cylinderrigglösningen ersätter borrkranen med en mast och dragverket med hydraulcylindrar. Denna konfiguration sänker riggens tyngdpunkt och minskar tornets vikt. Lyftkompensationsförmågan begränsas av kompensationscylinderns konstruktion. Även om systemet kräver en tung HPU för att fungera, förbättrar den typiska placeringen av HPU under rigggolvet riggstabiliteten genom att sänka tyngdpunkten. Användningen av flera cylindrar och ledningar ger redundans vid fel. Byte av dragverk med cylindrar eliminerar mycket av bullret på borrgolvet.

AHD-systemet använder också en standard derrick men med helt elektronisk kontroll av drawworks för höjningskompensation. AC-motorer ger noggrann kontroll över dragningenarbeten med en typisk kompensationsnoggrannhet på mindre än 2%. Den regenerativa kraften som skapas genom bromsning kan matas tillbaka in i riggen för konsumtion av annan utrustning. Liksom cylinderrigglösningen har AHD-designen en lägre tyngdpunkt än CMC-system men har en lägre vikt än både cylinderriggen och CMC-systemen. Heave ersättning är inte begränsad som i de andra systemen. Den största nackdelen med AHD-system är användningen av AC-drivna dragverk, vilket kan vara bullrigt i en begränsad arbetsmiljö.

förbättrad flexibilitet i energiproduktionen på riggen kan uppnås genom att använda energihanteringssystem och tillämpa en effektbelastningsfilosofi. Avsikten här skulle vara att köra generatorerna vid rätt belastning snarare än att köra alla generatorer på tomgång. För att möjliggöra detta kan en blandning av olika effekt (storlekar) av generatorer användas; alternativt kan drift av de flesta generatorer på optimal belastning och en eller två generatorer på variabel belastning vara en lösning. Enkla elektriska kraftdistributionssystem kan minska frekvensen av strömavbrott genom att minska antalet tilldelningssystem och crossover-anslutningar. Där systemkomponenterna är färre och effektivare kommer Produktions-och underhållskostnaderna att sänkas och utrustningsrummet kommer att ha ett mindre fotavtryck på riggen.

värmeåtervinningssystem som används för att återvinna värme från avgaser kan användas istället för värmeproduktion från ångpannor, värmeoljepannor eller elektriska värmare. Detta kommer också att bidra till att minska energiförbrukningen.

teknik mognad

nyckeltal

Beslutsförare

operativa frågor / risker

riskanalyser ska alltid utföras

möjligheter/Business case

• effektiva borrnings-och brunnsplaneringsprogram kommer att bidra till leverans av brunnar i reducerad tid och med lägre energiförbrukning, vilket minskar de totala driftskostnaderna.
• minskad bränsleavfyrning kan leda till en minskning av växthusgasutsläppen
• möjlighet att minska buller

Industrifallstudier

simulering av svänghjulsbaserat energilagringssystem för offshore-borrning (referens 6)

en detaljerad simulering av en lyftkompenserande dragverk, baserad på en faktisk HITEC AHC-1000 drawworks och en matematisk modell för svänghjulsdynamik användes för att analysera den förväntade prestandan hos ett storskaligt svänghjulsbaserat energilagringssystem. Bränsleförbrukningen baserades på egenskaperna hos en Caterpillar dieselgeneratorsats. Simuleringen kördes med Simulink tillsammans med Matlab (ett data flow graphical programming language tool). Simuleringen visade en minskning med upp till 75% i genomsnittligt elbehov och upp till 90% i toppeffekt. Power routing topologi och simulerade lastprofiler visas nedan.

Figur 2: Power routing topologi

Figur 3: simulerade belastningsprofiler

1. Tapjan, R. och Kverneland, Hege. (2010). ’Hydrauliska vs elektriska riggdesigner: fördelar och nackdelar med floater heave compensation systems’. Borrentreprenör( webbplats): den effektiva riggen, 8 September 2010.
2. Liou, J. (2012). ’Tillförlitlighetscentrerat underhållsprogram minskar stilleståndstiden, resulterar i 63% ROI’. Borrentreprenör( webbplats): den effektiva riggen, 7 maj 2012.
3. Langley, D. (2011). ’Kasta ljus på elektrisk enkelhet’. Borrentreprenör( webbplats): den effektiva riggen, 21 September 2011.
4. Gunnerod, J., Serra, S., Palacios-Ticas, M. och Kvarne, O. (2009). ’Högt automatiserat borrvätskesystem förbättrar HSE och effektivitet, minskar personalbehovet’. Borrentreprenör( webbplats): borra det säkert, 17 januari 2009.
5. Cummins, T. (2011). ’Modifierad cement huvudet skär rig-up tid, risker’. Borrentreprenör( webbplats): den effektiva riggen, 21 September 2011.
6. Williams, K. R. och de Jone, H. J. ’Hybrid heave drilling technology minskar utsläppen, driftskostnader för offshore borrning’. Borrentreprenör, September / oktober 2009, s.52-60.
7. nationella Oilwell Varco (webbplats)
8. Transocean (webbplats): Sedco Express