Innføring av tilstandsbasert vedlikehold på workover riser

Abstract

Denne masteroppgaven omhandler vedlikehold av workover riser system (WORS), som er en viktigdel av brønnkontrollsystemet som skal gi sikker operasjon under brønnintervensjoner. I dag ervedlikeholdet av WORS i hovedsak periodiskstyrt eller tidsbasert. Dette systemet er i dag påkrevd enresertifisering hvert 5.år, i henhold til § 51 i Ptils aktivitetsforskrifter. En viktig del avresertifiseringsprosessen er å dokumentere for Ptil at systemet er i stand til å operere sikkert i 5 nyeår. Derfor må en i resertifiseringsprosessen gå gjennom bruks- og vedlikeholdshistorikk for å estimereden resterende levetiden til systemet. Ulempen i dag er at det ikke er tilknyttet et overvåkingssystemsom kan logge brukshistorikken eller som til en hver tid kan si noe om tilstanden til systemet. Sidendet ikke er tilknyttet et overvåkingssystem må en i resertifiseringsprosessen kompensere medutvidede inspeksjoner av riserelementene til systemet. Dette er ofte en svært kostbar og tidskrevendeprosess, og i noen tilfeller skiftes det ut riserelementer før det er nødvendig på grunn av usikkerhetenrundt tilstanden deres. Hensikten med denne masteroppgaven er å kartlegge mulighetene for at AkerSolutions Subsea kan innføre et tilstandsbasert vedlikeholdssystem som kan brukes til å overvåke den viktigste degraderingsmekanismen ved WORS for Kristin-feltet, samt hvilken påvirkning dette har fortilgjengeligheten, sikkerheten og vedlikeholdet.

Innledningsvis blir WORS for Kristin-feltet beskrevet og avgrenset til å gjelde bare riserelementene(riser joints og OWLV). De faktorene som påvirker driftssikkerheten ved WORS underbrønnintervensjoner blir beskrevet, samt konsekvensene som dårlig driftssikkerhet i form avutilgjengelighet kan gi. Det gås kort inn på området vedlikehold og sikkerhet på norsk sokkel. Dette forå vise Ptils datainnsamling for status for vedlikeholdsstyringen på norsk sokkel for 2010. Disse talleneer interessante fordi de viser statusen for vedlikeholdsstyringen på flyttbare innretninger, som oftebrukes til å operere brønnkontrollsystemer. De viktigste funnene fra Chief Counsel sin granskning avDeepwater Horizont-ulykken som er tilknyttet vedlikehold av brønnkontrollutstyr er også presentert.

Siden det var et ønske fra Aker Solutions Subsea sin side å se på muligheten for innføring av tilstandsbasert vedlikehold på WORS, blir det presentert fordeler og ulemper med bruk av tilstandsbasert vedlikehold kontra dagens periodiske og tidsbaserte vedlikehold. Hvordan denne innføringen kan påvirke systems sikkerhet og tilgjengelighet blir også beskrevet. Det blir også vist tilutdrag av standarder som støtter en innføring av denne vedlikeholdstrategien for WORS.

En kartlegging har blitt gjort for å finne de viktigste degraderingsmekanismene som kan forekomme på WORS under brønnintervensjoner. På grunnlag av erfaringer fra tidligere resertifiseringer, vedlikeholdsmanual og en tidligere analyse gjort på hvert riserelement ble en av degraderingsmekanismene indentifisert som viktigst, samt hvilket område på riserelementene denne er mest kritisk for. Det ble også gjort en kartlegging av overvåkingstyper og måleparameterer som kunne knyttes til den viktigste degraderingsmekanismen.

De viktigste kravene til målemetoder og måleutstyr for riserelementene blir beskrevet, samt en kartlegging av relevante målemetoder for den viktigst degraderingsmekanismen. Det blir også henvist til et eksisterende riser overvåkingssystem, og presentert en skisse som viser et anbefalt overvåkingsoppsett med det anbefalte måleutstyret påmontert hvert riserelement.

Resultatene fra kartleggingene har blitt brukt til å spesifisere en beslutningsmodell for en fremtidigtilstandsovervåking av riserelementene. En overordnet oppfølgingsmodell har blitt laget for å støttefremtidige beslutninger i planleggingen av vedlikehold når et tilstandsovervåkingssystem er innført på WORS.

Oppgaven konkluderer med at det i dag ikke finnes en optimal tilstandsovervåkingsmetode med tilknyttet teknologi som direkte kan overvåke en skadeutvikling tilknyttet den viktigste degraderingsmekanismen.

This thesis deals with maintenance of the workover riser system (WORS) which is an important part of the well control system that shall provide safe operation during well interventions. The maintenance of WORS is today mainly controlled periodically or time-based. The system is presently required to have a recertification every fifth year, according to § 51 in PSA activity regulations. An important part of the recertification process is to document for the PSA that the system is able to operate safely another five years. Therefore during the recertification process the usage and maintenance history to estimate the remaining lifetime of the system. At the present the disadvantage is that the system is not associated with a monitoring system that logs the usage history or is able to continuously monitor the state of the system. Since it is not associated with a monitoring system one must in the recertification process compensate this by performing inspections of the riser elements in the system. This is often a very costly and time consuming process, and in some cases one must replace riser elements before it is necessary because of uncertainty about their condition. The purpose of this thesis is to identify the opportunities for Aker Solutions Subsea to implement a condition-based maintenance system that canbe used to monitor the most important degradation mechanism on the WORS for the Kristin field, and the impact this has on the availability, safety and maintenance.

Initially, the WORS is described and defined to include only the riser elements (riser joints and OWLV).The factors that affect the dependability on WORS during well interventions are described, and the consequences that poor dependability in terms of downtime can bring.

It will be given a brief review on area maintenance and safety on the Norwegian continental shelf. Thisis to show PSA`s data collection for the status of the maintenance management on the Norwegian continental shelf in 2010. These numbers are interesting because they show the status ofmaintenance management on mobile facilities, which often is used to operate well control systems.The most important finding from the Chief Counsel`s investigation of the Deepwater Horizont accident associated with the maintenance of well control equipment has also been presented.

Since it was a wish from Aker Solutions Subsea to review the opportunities for implementation of condition based maintenance on WORS, the pros and cons of the use of condition-based maintenance versus the current periodic and time-based maintenance. How this implementation mayaffect the system`s safety and availability is also described. I have also quoted some excerpts of standards that support an implementation of this maintenance strategy for WORS.

A mapping has been done to find the most important degradation mechanisms that can occur on the WORS during well interventions. Based on the experience from previous recertification, the system`s maintenance manual, and an previous analysis carried out on each riser element was one of the degradation mechanisms was identified as most important, and the most critical area of the riser elements with the respect to this mechanism was defined. It has also been provided a mapping of monitoring types and measurement parameters that could be linked to the most important degradation mechanism.

The most important requirements for measuring methods and equipment for the riser elements are described, and a mapping of relevant measuring methods for the most important degradation mechanism. It is also referred to an existing riser monitoring system, and presented a sketch showing a recommended monitoring setup with the recommended measuring equipment mounted on each riser element. The result from the mapping was further used to specify a decision model for a future condition monitoring of the riser elements. An overall follow-up model has been designed to support future decisions in the planning of maintenance when a condition monitoring system is introduced on WORS. The thesis concludes that today there is no optimum condition monitoring method, with technology that can directly monitor the damage development associated with the most important degradation mechanism.