Automation of Blow-Out Preventer Testing

Abstract

Aker BP ASAs visjon er å være det ledende, uavhengige offshore Lete- og Produksjonsselskapet (E&P). Selskapet ønsker å oppnå dette ved å undersøke de tidligere uberørte mulighetene for forbedring gjennom digitalisering ved å være i førersetet av digitaliseringen av petroleumsindustrien. Denne oppgaven undersøker en av disse mulighetene. Brønnkonstruksjonsindustrien har gått gjennom store utviklinger over de siste tiårene, gjennom eliminasjon av manuelle operasjoner på boredekk og forbedring av typiske nøkkeltall brukt for å måle operasjonenes effektivitet. Dagens moderne operasjoner utføres på store høy-ytelses boreplattformer, hvor operasjonene i stor grad utføres fra borerens operatørstasjon. Fokus har så langt hovedsakelig vært på grunnoperasjonene som utføres under brønnkonstruksjon, som for eksempel heising, boring og sirkulasjon. Dette har blitt grundig omhandlet i kandidatens prosjektoppgave (J. Nornes 2019). Denne masteroppgaven undersøker dagens praksis for funksjon- og trykktesting av brønnkontrollutsyr, og understreker dens primitive natur. Videre undersøkes de underliggende mekanismene som leder til trykktap som et resultat av termale og elastiske prosesser. God forståelse av de involverte mekanismene kombinert med forståelse av de relevant parametere under både funksjons- og trykktesting blir brukt for å utvikle en teknisk løsning som vil kunne planlegge, utføre, verifisere og rapportere resultatene av begge tester. En karakteristisk likning for trykkfall som funksjon av tid har blitt utviklet. Det har videre blitt bevist at ulineær regresjon med minste kvadraters metode kan brukes på reell test-data for å finne den spesifikke trykkfallslikningen i alle situasjoner. Dette gjør det mulig å forutsi trykkutviklingen, som igjen kan brukes for å redusere test-tider, forbedre helse, miljø og sikkerhet og gi større tiltro til barrierenes integritet. Gjennom automatisk tidlig verifikasjon av testresultat har kandidaten bevist et potensiale for 68.2% reduksjon av tid brukt til trykktesting. Dette akkumulerer til totalt 11.25 riggdager og 3.94 millioner USD per år for de seks boreinstallasjonene som per 14. Juni 2019 utfører brønnkonstruksjonsoperasjoner for Aker BP. Dersom man inkluderer tid spart på grunn av tidlig deteksjon av feilende tester samt automatisk opplining mellom tester, akkumulerer dette til 65.15% tidsbesparelse for hele trykktestoperasjonen, noe som resulterer i 17.78 dager og 6.22 millioner USD per år totalt for de seks boreinstallasjonene. Oppgavens avsluttende del består av et sammendrag av pilotprosjektet som ble utført for Valhall IP som del av oppgaven. IPT Global’s tekniske løsning Suretec ble testet på trykkdata fra installasjonens sementpumpe som gjennomførbarhetsbevis for automatisk trykktestverifikasjon og for å avdekke fordelene med dette.

Abstract: The vision of Aker BP ASA is to become the leading independent offshore Exploration & Production (E&P) company. The company seeks out to do so by exploring the previously untapped opportunities for improvement through digitalization by being in the forefront of digitizing the E&P industry. This thesis explores one of these opportunities. The well construction industry has seen significant development over the last decades by elimination of manual operations on the drill floor and general improvements of standard Key Performance Indicators. Today’s cutting-edge operations are run on large high-performance drilling installations where operations are to a large extent run remotely from the driller’s operating station. Focus so far has primarily been on the main operations performed during well construction, such as tripping, drilling and circulation. This has been thoroughly discussed in the candidate’s semester project thesis (J. Nornes 2019). This thesis investigates the current-day practice of function- and pressure testing of well control equipment and highlights the primitive nature of this practice. Further, the underlying mechanisms behind pressure decay with time due to thermal and elastic effects are investigated. A sound understanding of the involved mechanisms combined with an understanding of the key parameters in both function- and pressure testing is used to develop a technical solution that will plan, execute, verify and report results from both tests. A characteristic equation for pressure decay as a function of time has been developed. It has been proven that non-linear least-squares regression can be used on actual test data to detect the specific pressure decay equation in any situation. This allows for forecasting of pressure development, in turn allowing for reduction in test times, improved HSE and increased confidence in barrier integrity. Through automatic test result detection, the candidate has proven a potential of 68.2% reduction in pure test validation times, equaling a total of 11.25 rig days and 3.94 million USD saved per year for the six drilling installations as per June 14, 2019 performing well operations for Aker BP. If including time saved due to early detection of failing tests and improved automatic line-up between tests, this amounts to a 65.15% saving on the total test operation, equaling a total of 17.78 days and 6.22 million USD per year saved for the six rigs in total. The final part of the thesis includes a summary of the pilot project performed on Valhall IP as an integral part of this thesis. The IPT Global Suretec solution was tested on the installation as a proof of concept to uncover the potential advantages from automated pressure test verification.