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Verrohrungskopf
Die Erfindung befasst sich mit einem Problem, das bei Tiefbohrungen mit unter der Wasseroberfläche liegendem Mundloch auftritt.
Wenn auf trockenem Land eine Tiefbohrung niedergebracht worden ist, wird normalerweise ein Satz von zwei oder mehr Rohrsträngen im Bohrloch an einem Verrohrungskopf aufgehängt, welcher die ringför- migen Räume zwischen den konzentrischen Rohrsträngen abdichtet und das Steigrohr verschliesst. Der Ver- rohrungskopf umfasst normalerweise eine Anzahl von Tragringen, an denen die Rohrstränge aufgehängt sind, sowie die erforderlichen Ventile, Messgeräte usw., welche die Strömung der betreffenden Strö- mungsmittel durch die verschiedenen Rohrstränge steuert.
Wenn eine Bohrung an einer unter der Wasseroberfläche liegenden Stelle niedergebracht wird, ist es üblich, das äusserste rohrförmige Glied bzw. den äussersten Rohrstrang vom Meeresboden bis zu einem
Punkte zu führen, der ein Stück über der Wellenhöhe des Gewässers liegt. Die erforderlichen Tragringe sind mit dem oberen Ende dieses äussersten Rohrstranges fest verbunden, und die übrigen Rohrstränge werden an diesen Ringen zusammen mit den benötigten Steuerventilen aufgehängt. Wenn eine Konstruktion dieser Art ohne sonstige Unterstützungen in Wasser mit einer Tiefe von z. B. 12 m steht, bildet sie eine schlanke und elastische Einheit, deren oberes Ende durch den Verrohrungskopf stark belastet ist.
Eine solche Konstruktion ist smrken, seitlichen Kräften ausgesetzt, die normalerweise durch die Einwirkung von
Wind und Wellen entstehen ; ausserdem besteht die Gefahr einer Kollision mit Wasserfahrzeugen. Um eine solche Konstruktion stabiler zu machen, ist es üblich, sie mit einer als Gitterkonstruktion ausgebildeten Plattform zu umgeben, deren Unterstützungspfeiler tief in das das Bohrloch umgebende Erdreich eingetrieben werden. Zwar verhindert eine derartige Plattformkonstruktion das Verbiegen oder Umfallen der oberirdischen Bohrlochausrüstung, doch wird die Möglichkeit einer Beschädigung der Bohrlochausrüstung oder der sie umgebenden Plattform durch Zusammenstoss mit einem Wasserfahrzeug nicht vermieden.
Die Erfindung zielt darauf ab, einen Verrohrungskopf für in Küstennähe liegende Tiefbohrungen zu schaffen, welcher nicht der Wirkung von Wind oder Wellen oder der Gefahr eines Zusammenstosses mit Schiffen ausgesetzt ist.
Ein dieser Zielsetzung entsprechender Verrohrungskopf, der in bekannter Weise ein Gewinde odel ein anderes Verbindungsmittel zum Anschliessen an eine Verrohrung und einen Rohrhalter zur Aufhängung eines Steigrohres aufweist, ist erfindungsgemäss im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohrhalter ein Rohrabschnitt verschiebbar angeordnet ist.
Bei einer solchen erfindungsgemässen Ausbildung kann der mit der Verrohrung zu verbindende Teil des Verrohrungskopfes für unter Wasser mündende Tiefbohrungen knapp über dem Boden, also unter Wasser, vorgesehen, werden ; die Verbindung zur Wasseroberfläche kann bei Bedarf dadurch hergestellt werden, dass der verschiebbare Rohrabschnitt so weit im Rohrhalter nach oben verschoben wird, dass sein freies Ende über der Wasseroberfläche mündet. Normalerweise liegt somit der Verrohrungskopf zur Gänze unter Wasser nahe dem Boden, wobei die Förderungseinrichtung für das geförderte Gut nicht den zerstörenden Kräften der Natur oder schwimmender Gegenstände ausgesetzt ist. Wartungs- oder Erneuerungsarbeiten, z. B. das Reinigen, das Entfernen von Paraffin, das Auswechseln von Steuerventilen usw. können aber trotzdem einfach durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist der verschiebbare Rohrabschnitt nahe seinen Enden mit seine Verschiebbarkeit begrenzenden Anschlägen, z. B. Flanschen, versehen, so dass ein vollständiges Herausziehen des Rohrabschnittes aus dem Rohrhalter mit Sicherheit verhindert wird.
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Der verschiebbare Rohrabschnitt kann auch mit Verriegelungen, z. B. Gewinden, versehen sein, mit welchen er im vollständig ausgefahrenen und im vollständig eingefahrenen Zustand verriegelbar ist.
Am oberen Ende des verschiebbaren Rohrabschnittes kann ein Ventilkopf befestigt sein, der so ausge- bildet ist, dass man mit ihm eine Förderleitung verbinden kann.
5 Die Erfindung wird nun an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Fig. 1 zeigt in einem schematischen Aufriss teilweise im Schnitt den erfindungsgemässen Verrohrungskopf mit ausgefahrenem Rohrabschnitt ; in Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 dargestellt ; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rohrhalter des erfindungsgemässen Verrohrungskopfes, in dem der Rohrabschnitt in ausgefahrener Stellung verriegelt ist ; in Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch das ) untere Ende einer Rohranordnung in Verbindung mit einem erfindungsgemässen Verrohrungskopf dargestellt, wobei der Rohrabschnitt in zurückgezogener Stellung verriegelt ist ; Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine typische Ausbildung eines erfindungsgemässen Verrohrungskopfes.
Gemäss Fig. l, welche den erfindungsgemässen Verrohrungskopf im Betrieb zeigt, dient dieser zum Verschliessen einer am Meeresboden 13 mündenden Tiefbohrung 10, die mindestens einen Verrohrung- ) strang 11 aufweist, in welchem ein Steigrohr 12 angeordnet ist. Die Verrohrung 11 ist im Meeresboden ortsfest angeordnet und einzementiert, wogegen das Steigrohr 12 an einem ringförmigen Rohrhalter 14 aufgehängt ist, der sich an einer Schulter 15 in dem mit 16 bezeichneten Verrohrungskopf abstützt. Der Verrohrungskopf ist an das obere Ende der Verrohrung 11 angeschlossen und verschliesst das obere Ende des von der Verrohrung 11 und dem Steigrohr 12 begrenzten Ringraumes 17.
Durch den Rohrhalter 14 erstreckt sich ein Rohrabschnitt 18 nach oben, dessen Aussendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des im Verrohrungskopf 16 aufgehängten Steigrohres 12.
Der obere Rohrabschnitt 18 ist in dem Rohrhalter 14 verschiebbar und relativ zum Steigrohr 12 heraus-und hineinbewegbar. Die Länge des aus-und einschiebbaren Rohrabschnittes 18 ist so gewählt, dass sich dieser in ausgefahrenem Zustand mit seinem oberen Ende über der Wasseroberfläche 20, vorzugsweise soweit, dass die Wellen keine Wirkung mehr ausüben können, befindet.
Der verschiebbare Rohrabschnitt 18 ist an seinem oberen Ende mittels eines Hauptventiles 21 verschlossen, über welchem ein Entnahme-T-Stück 22 angeordnet ist, das vorzugsweise durch ein Reinigungsventil 23 verschlossen ist. Ferner ist eine flexible Entnahmeleitung 24 vorgesehen, die an einem Ende mit dem T-Stück 22 verbunden ist, während sie am andern Ende an eine ortsfeste Förderleitung 25 angeschlossen ist, die auf dem Meeresboden 13 angeordnet sein kann. Wenn der Rohrabschnitt 18 zusammen mit dem an seinem oberen Ende angebrachten Ventilkopf 21,22, 23 ganz eingefahren ist, so dass der Ventilkopf auf dem oberen Ende der Verrohrung 11 aufsitzt, kann die flexible Leitung 24 flach auf dem Meeresboden liegen.
Am oberen Ende des Rohrabschnittes 18 oder am oberen Ende des Ventilkopfes 21,22, 23 ist ein Ring 26 befestigt, an dem eine Verankerungsleine 27 mit einem Schwimmer 28 angebracht werden kann.
Der Verrohrungskopf am oberen Ende der Bohrlochverrohrung 11 ist mit einer vorzugsweise fernbetätigbaren Niederhalteeinrichtung ausgerüstet, mittels welcher der Rohrhalter 14 in seiner Lage festgehalten wird. Wie in den Fig. 1 und 2 schematisch angedeutet, weist der Verrohrungskopf 16 am oberen Ende der Verrohrung 11 zwei Riegelstücke 30 und 31 auf, die mit dem Verrohrungskopf fest verbunden sind und radial über den Rohrhalter 14 vorstehen. Dieser ist mit. zwei Längsschlitzen 32 und 32a versehen, die es ermöglichen, den Rohrhalter bis unter die Riegelstück 30 und 31 zu verschieben und in dieser Stellung durch Verdrehen zu verriegeln.
Gemäss Fig. 3 ist nahe dem unteren Ende des Rohrabschnittes 18 als ein die Verschiebbarkeit begrenzender Anschlag, der auch ein Flansch sein kann, eine Rohrverdickung 33 vorgesehen, deren Aussendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des Steigrohres 12 ist. Die Rohrverdickung 33 ist mit einem Aussengewinde 34 versehen, das in ein Innengewinde 35 des Rohrhalters 14 passt. Die mit dem Gewinde 34 versehene Rohrverdickung 33 wirkt somit sowohl als Anschlag zum Begrenzen der Bewegung des Rohrabschnittes 18 als auch als eine fernbetätigbare Verriegelung zum Festlegen des Rohrabschnittes 18 in seiner Endstellung. Die Gewindeverbindung 34,35 bildet auch eine Abdichtung, doch ist der Rohrhalter 14 vorzugsweise noch mit einer andern geeigneten Abdichtung, z.
B. mit O-Ringen 36, die in Aussparungen 37 des Rohrhalters 14 angeordnet sind, versehen. Ähnliche O-Ring-Dichtungen 38 können am Aussenumfang des Rohrhalters vorgesehen sein, um eine Abdichtung zwischen diesem und dem Verrohrungskopf 16 (Fig. 1) zu bilden.
Das Steigrohr 12 ist auf beliebige geeignete Weise, z. B. durch ein Gewinde 40, fest mit dem Rohrhalter 14 verbunden. Die Gewindegänge 34 und 35 sind vorzugsweise verhältnismässig grobe, steilgängige Gewinde, wogegen das Gewinde 40 am oberen Ende des Steigrohres 12 vorzugsweise ein für Rohre der
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betreffenden Abmessungen genormtes Gewinde ist. Wenn der mit der Verrohrung fest verbundene Teil des
Verrohrungskopfes nicht zu tief unter der Wasseroberfläche 20 (Fig. 1) liegt, kann der verschiebbare Rohr- abschnitt 18 aus einem einzigen Rohrstück bestehen. Wenn es jedoch erforderlich ist, den oberen Rohrab- schnitt 18 aus mehrerenRohrstücken zusammenzusetzen, verbindet man die einzelnenRohrstücke vorzugweise durch Verschweissen oder Verschrauben mittels einer Gewindeverbindung derart, dass eine durchlau- fend glatte Aussenfläche entsteht.
Die Teile des Steigrohres 12 können dagegen durch Gewindekupplungen bekannter Ausführung miteinander verbunden sein.
Am unteren Ende des verschiebbaren Rohrabschnittes 18 ist ebenfalls ein Aussengewinde 41 vorgesehen.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, bildet dieses Gewinde eine fernbetätigbare Verriegelung, die mit einem passenden Innengewinde 42 eines gesonderten Rohrstückes 33 zusammenwirkt, das mit dem unteren Ende des
Steigrohres 12 durch eine Rohrkupplung 44 fest verbunden ist. Gegebenenfalls kann es sich bei dem Rohr- stück 43 um ein besonderes Ubergangsstück handeln. Das Rohrstück 43 ist seinerseits mittels einer Rohr- kupplung 45 mit einem Rohrstrang 46 verbunden, der sich innerhalb der Bohrung nach unten bis zu der
Produktionszone erstreckt.
In Fig. 4, gemäss welcher das Gewinde 41 des verschiebbaren Rohrabschnittes
18 in das Gewinde 42 des Rohrstückes 43 eingreift, ist der verschiebbare Rohrabschnitt 18 in seiner einge- fahrenen Stellung dargestellt, wobei das Hauptventil 21 (Fig. 1) auf dem mit der Verrohrung verbundenen
Teil des Verrohrungskopfes 16 aufsitzt und dort festgehalten ist. An Stelle der Gewinde 41 und 42 können auch beliebige andere bekannte Verriegelungen verwendet werden. Wenn bei eingeschobenem Rohrab- schnitt die Gewinde 41 und 42 miteinander verschraubt sind, bilden sie eine Abdichtung, welche die
O-Ringe 36 (Fig. 3) während des normalen Produktionsablaufes weitgehend vom Druck entlastet.
Fig. 5 zeigt im Detail einen andern, im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten, ähnlichen Verroh- rungskopf nach der Erfindung. Dieser weist ein einheitliches, das Aufhängen der Verrohrung ermöglichen- des Rohr 50 auf, das sich über die Schlammgrenze des Meeresbodens 13 hinaus nach oben erstreckt. Die- ses Aufhängungsrohr 50 kann in ein oben offenes Gehäuse eingeschlossen sein, das den Schlamm zurück- hält und unterhalb der normalen Schlammgrenze eingebettet ist. Das Aufhängungsrohr 50 hat innen meh- rere konische Abschnitte, die als Tragschultern 51,52 und 53 wirken und Rohraufhängungsringe 54,55 bzw. 56 abstützen. Der kleinste Durchmesser des Aufhängungsrohres 50 ist vorzugsweise nicht kleiner als der Durchmesser des mit dem Wasser in Berührung stehenden Verrohrungsstranges 57, mit dem es bei 58 verschweisst ist.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Verrchrungskopf, der nur einen Verrohrungs- strang 11 sowie die Rohrglieder 12 und 18 aufweist, umfasst der Verrohrungskopf nach Fig. 5 einen mit dem Wasser in Berührung stehenden Rohrstrang 57, einen Schutzstrang 60, einen Ölstrang 61 sowie die
Rohrglieder 12 und 18.
Der Rohraufhängungsring 54 bildet eine herausnehmbare innenliegende Verbreiterung der schmalen
Schulter 51, so dass es möglich ist, die einen verhältnismässig kleinen Durchmesser aufweisenden Rohr- glieder 12 und 18 zusammen mit dem Rohrhalter 14 ohne Vorsehung grösserer fester Anschlagstücke In dem Rohr 50 aufzuhängen, wodurch jedes Hindernis vermieden ist, an dem die in dem Bohrloch betrie- benen Werkzeuge anstossen könnten. Das Aufhängungsrohr 50 ist gegenüber der Erdformation durch den einzementierten äussersten Rohrstrang 57 abgedichtet. Der Schutzrohrstrang 60 und der Ölrohrstrang 61 sind an den Schultern 53 und 52 unter Vermittlung der Rohraufhängungsringe 56 bzw. 55 aufgehängt, wel- che am Aussenumfang mit O-Ringen oder andern unter Reibungsschluss wirksam werdenden Abdichtungen versehen sind.
Im Rohr 50 sind Kanäle 62, 63 und 64 vorgesehen, die zum Anschluss an nicht dargestell- te Leitungen und Ventile bestimmt sind und die mit den betreffenden Ringräumen an der Aussenseite der
Rohrstränge 60,61 und 12 in Verbindung stehen, welche in dem Rohr 50 aufgehängt sind.
Der mit dem Rohr 12 verbundene Rohrhalter 14 ist durch ein hülsenförmiges Füllstück 65 gegen eine Bewegung nach oben festgehalten ; am unteren Ende und am Aussenumfang dieses Füllstückes sind vorzugs- weise durch Reibungskräfte wirksam werdende Dichtungen 66 und 67 vorgesehen, welche die Dichtungen
36 und 38 an dem Rohrhalter 14 unterstützen. Das Füllstück 65 ist in dem Aufhängungsrohr 50 herausnehmbar angeordnet und wird dadurch in seiner Lage verriegelt, dass ein unter Federspannung stehendes Riegelstück 76 des Füllstückes in eine Aussparung 77 an der Innenfläche des Aufhängungsrohres 50 angreift.
Gegebenenfalls können an der Aussenfläche des verschiebbaren Rohrabschnittesl8 mehrere durch Reibungsschluss wirksam werdende Dichtungen 68 beliebiger geeigneter Art vorgesehen sein, um eine Abdichtung zwischen dem oberen Ende des Rohrabschnittes 18 und dem hülsenförmigen Füllstück 65 zu bewirken. Hiedurch wird eine einwandfreie Abdichtung zwischen der Formation und dem verschiebbaren Rohrabschnitt 18 gewährleistet, der die am weitesten innenliegende Leitung innerhalb der Bohrung bildet ; ferner ist eine Abdichtung des Ringraumes zwischen dem Steigrohr 12 und dem nächstgrösseren Ölrohrstrang 61
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vorgesehen, der die benachbarte, mit dem oberen Abschnitt der Tiefbohrung in Verbindung stehende Lei- tung bildet.
Während des normalen Betriebes einer Unterwasserproduktionsbohrung mit einem Verrohrungskopf der vorstehend beschriebenen Art wird der Rohrabschnitt 18 ganz in das Steigrohr 12 eingeschoben, so dass das
Hauptventil 21 auf dem mit der Verrohrung fest verbundenen Teil des Verrohrungskopfes aufruht, der also ortsfest auf dem Meeresboden angeordnet ist. Hiebei ist das Hauptventil 21 geöffnet, während das Reini- gungsventil 23 geschlossen ist, so dass das aus dem Bohrloch aufsteigende Material über das Steigrohr 12 und den Rohrabschnitt 18, das Ventil 21, das T-Stück 22 und die flexible Entnahmeleitung 24 zu der festverlegten Förderleitung 25 strömt, die zu an Land vorgesehenen Einrichtungen oder Speicheranlagen führt.
Wenn sich der Ventilkopf 21,22, 23 in der Nähe des Meeresbodens befindet, wird durch den mit- tels der Verankerungsleine 27 verbundenen Schwimmer 28 die Lage der Bohrung angezeigt.
Wenn an dem Bohrlochverschluss Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen, kann man mit einem
Wartungsfahrzeug zu einem praktisch oberhalb des Bohrloches liegenden Punkt fahren und ein Hebezeug absenken, das sich mit dem Ventilkopf 21,22, 23 verriegelt, so dass man diesen an die Oberfläche he- ben kann. Wenn als Verankerungsleine 27 ein Seil ausreichender Festigkeit verwendet wird, kann man dieses unmittelbar mit dem Hebezeug verbinden, um den Ventilkopf und den verschiebbarenRohrabschnitt
18 hochzuziehen, bis sich der Ventilkopf oberhalb der Wasseroberfläche 20 befindet. Dann können die er- forderlichen Arbeiten, wie Einstellen, Reparieren oder Austauschen des Hauptventiles 21 vorgenommen werden.
Solange an der Bohrung oder dem Ventilkopf 21,22, 23 gearbeitet wird, bleibt der verschiebbare Rohrabschnitt 18 in seiner angehobenen Stellung dadurch verriegelt, dass die Verriegelungen am unteren Ende des Rohrabschnittes 18 und die passenden Verriegelungen des Rohrhalters 14 zusammenwirken.
Ferner kann man den Rohrabschnitt 18 und den Rohrhalter 14 aus dem Bohrloch entfernen, wenn dies erforderlich ist, um Nachbohrarbeiten oder andere Massnahmen durchzuführen. Ausbruchsverhüter können auf die Weise erneut eingebaut werden, dass man sie in die richtige Stellung oberhalb des Rohrabschnittes 18 absenkt, nachdem man den Ventilkopf vom oberen Ende des Rohrabschnittes 18 abmontiert hat. Wenn zur Verriegelung die an Hand von Fig. 3 beschriebenen Gewinde 34 und 35 benutzt werden, ist es erforderlich, in den verschiebbaren Rohrabschnitt 18 unterhalb des Hauptventiles 21 einen Drehkopf 19 (Fig. 1) einzuschalten, so dass das Rohr 18 gedreht werden kann, um die Gewinde 34 und 35 in Eingriff zu bringen.
Nach Beendigung der Wartungsarbeiten an dem Bohrloch wird die Verriegelung am unteren Ende des Rohrabschnittes 18 gelöst, und dieser Rohrabschnitt wieder in das Steigrohr 12 eingeschoben, so dass der Ventilkopf 21, 22, 23 wieder in die Nähe des Meeresbodens gebracht werden kann, wo er der Wirkung von Wind und Wellen und der Gefahr der Kollision mit einem Schiff nicht ausgesetzt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verrohrungskopf mit einem Gewinde oder einem andern Verbindungsmittel zum Anschliessen an eine Verrohrung und mit einem Rohrhalter zur Aufhängung eines Steigrohres, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohrhalter (14) ein Rohrabschnitt (18) verschiebbar angeordnet ist.