DE102010024071B4

DE102010024071B4 - Vorrichtung, die eine Ölbohrung schließen kann

Info

Publication number: DE102010024071B4
Application number: DE102010024071.0A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: DE102010024071A1

Abstract

Vorrichtung, die eine Ölbohrung schließen kann, die aus mindestens- einer Sonde, die aus einem Hitzeleitenden-Material besteht, die lang und schmal gebaut ist, die innen eine Hohlkammer aufweist, die vorne mit einer Spitze ausgestattet ist, wobei die Sonde innen ein FlüssigkeitsKanal-System, das einen Zufluss und Abfluss einer stark kühlenden Kühlflüssigkeit ermöglicht, aufweist,-je eine Zufluss- und Abfluss-Öffnung, die in die Sonde, vorzugsweise hinten eingebaut sind, aufweist,- einem Pump-System, das in unmittelbarer Nähe oder in einem, Wasserfahrzeug, Plattform, Schiff oder einem Land-Fahrzeug eingebaut ist,- einem Kältemittel-Speichertank, der mit dem Pump-System gekoppelt ist, in dem eine stark gekühlte Flüssigkeit oder verflüssigtes Gas sich befindet,- mindestens eine Flüssigkeitsleitung, vorzugsweise doppelt vorhandene Flüssigkeitsleitungen, die einerseits mit der Zu- und Abfluss-Öffnung der Sonde gekoppelt sind und anderseits mit dem Pump-System oder KälteMittel-Speichertank gekoppelt sind,- eine Isolierungsschicht, die in die Wände der Flüssigkeitsleitungen eingebaut ist, die thermisch isolierend wirkt,- eine Steuerung, die die Abläufe steuert,besteht,dadurch gekennzeichnet,dass- die Sonde mit einer stabilen Endlosschraube an der Spitze ausgestattet ist,- die Sonde mit festen oder beweglichen / ausziehbaren Flügel / Lamellen oder Rillen ausgestattet ist,- mindestens drei Düsen, deren Strahlrichtung einzeln steuerbar ist, die sternförmig angeordnet sind und an den Wänden oder der Spitze der Sonde mit der Strahlrichtung schräg seitlich und leicht nach hinten eingebaut sind,- die Sonde mit Dornen oder Noppen aus Metall oder einer Legierung, die an die Außenwand eingebaut sind, ausgestattet ist,- die Sonde mit mindestens einem eigenen Antrieb, der aus einem Antriebsmotor oder Jetstrahl-System besteht, ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren, mit dem man ÖlBohrungen sowohl unter Wasser, als auch auf dem Land zuverlässig schließen kann.
Mit dem Bevölkerungszuwachs steigt der Bedarf nach Energie und Rohstoffen. Insbesondere die Öl-Quellen werden immer wichtiger. Auf dem Meeresboden sind sehr große Ölmengen vorhanden, die durch Bohrplattformen befördert werden.
Durch den Öl-Bohr-Plattformen oder wie man diese anders auch Bohrinsel nennt, werden Bohrungen in den Tiefen durchgeführt, wobei das Öl aus den Meeresboden an die Oberfläche befördert wird. Das Öl wird dann entweder durch lange Pipelines oder durch Tankerschiffe abtransportiert. Es kann allerdings, wie das jüngste Beispiel zeigt, zu Unfällen und zu Austreten des Öls kommen. In dem Fall vor dem Golf von Mexico, ist eine Plattform in Brand geraten und danach gesunken. Das Bohrloch wurde nicht wie vorgesehen verschlossen, sondern blieb offen und dutzende millionen Liter von Öl strömten täglich ungehindert ins Meereswasser.
Um das Bohrloch zu schließen, gibt es zahlreiche Methoden und Verfahren. In der Regel werden Sicherheitsventile eingebaut, die in der Lage sind, sich selbst zu schließen, wenn zu einem Unfall kommen sollte. Falls dennoch das Ventil offen bleibt, wird versucht eine Art Glocke drüber zu stülpen, die das Austreten des Öls verhindern soll. In dem Golf von Mexico wurden zwei Versuche unternommen, die sprudelnde Quelle mit Glocken zu schließen. Allerdings ohne Erfolg. Man hat auch versucht mit Chemikalien das Öl unschädlich zu machen, aber bei solchen gewaltigen Mengen an Öl, hat das leider kaum einen sichtbaren Effekt. Auch ein sog. Top-Kill Verfahren, wobei das Bohrloch mit Schlamm und Zusätze (Golfbälle, Reifenteile und weitere Gegenstände) befüllt wird, zeigte leider keinen Effekt. Der Druck, der in die Bohrung herrscht ist leider mit Materialien, die flüssig, zäh sind oder in einem flüssigähnlichen Zustand sind, nicht zu stoppen. Eine Quelle, aus der eine strömende Flüssigkeit unter Hochdruck herauskommt, kann man mit flüssigen Materialien nur dann schließen, wenn diese die Eigenschaft haben, schnell und immer zäher zu werden. Solche Materialien sind leider unter Umständen in großen Meerestiefen nur schwer einzusetzen. Mit mechanischen Mitteln ist allerdings das Schließen einer Bohrung einfacher zu realisieren.
Es werden zahlreiche Schutzmechanismen beschrieben, allerdings letztendlich ist der Faktor Mensch auch mit zu berücksichtigen.
US 4 420 400 A beschreibt ein Verfahren, wobei ein Kältemittel benutzt wird, um das Öl aus einer Ölbohrung im zähflüssigem bis starren Zustand zu versetzen.
DE 41 09 986 A1 beschreibt ein Verfahren sowie ein Gerät zum Verschließen einer Öffnung einer Förderleitung, aus der ein flüssiges Medium mit hohem Drück austritt, wobei ein lanzenartiges Verschliesselement mit seinem freien Ende in dem aus der Förderleitung austretenden Strahl des flüssigen Mediums derart angeordnet wird, dass sich der Auffangbehälter außerhalb des aus der Öffnung der Förderleitung austretenden Strahls befindet.
DE 20 2010 005 672 U1 beschreibt eine Sonde zum Verschließen eines Erdölbohrlochs, umfassend eine Spitze und einen Grundkörper mit einem Schirm, der eine Mehrzahl von Segmenten umfasst, die jeweils über ein Gelenk mit der Spitze der Sonde verbunden sind und zum Öffnen des Schirms verschwenkbar sind.
DE 297 13 931 U1 beschreibt ein Notfallabdichtungssystem zur Aggregatszustandsänderung auslaufender Flüssigkeiten, das Vorrichtungen nutzt, um die Flüssigkeiten weit unter Gefrierpunkt zu herunterkühlen.
Die Anmeldung DE 41 26 540 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Löschung und Abdichtung einer brennenden Ölquelle, mit der man eine brennende Ölquelle, dessen Quellkopf beschädigt wurde, abdichten kann.
Hier werden eine Ring-Formation und eine geschmolzene Metalllegierung verwendet, die den Quellkopf umfasst und dann erstarrt wird.
Die Anmeldung EP 0 603 181 A1 beschreibt ebenso ein System zum Löschen einer Ölquelle, die unter hohen Druck steht. Hier werden Zementierungsverfahren beschrieben.
Die Anmeldung EP 0 115 463 A2 beschreibt ein Verfahren, wobei durch Zementschlammzusammensetzungen, der Fluss in die Ölquelle kontrolliert wird.
Die Anmeldungen US 1 857 788 A , US 1 830 061 A , SU 1 502 811 A1 beschreiben ebenso Methoden, die für diese Zwecke verwendet werden.
All diese Verfahren eignen sich allerdings nicht für Ölbohrungen, die sich tief unter dem Meereswasser befinden.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 33 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein zuverlässiges Verfahren und eine passende Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine beliebige Ölquelle, bzw. Öl-Bohrung unter Umständen zuverlässig zu schließen.
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 33 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung sind:

- Sehr schnelle Einsatzbereitschaft,
- zuverlässiges und schnelles Schließen einer Bohrung nahezu unabhängig von dem Durchmesser der Bohrung
- sehr günstiges Verfahren und Vorrichtung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 9 erläutert. Es zeigen:

1 eine einfache Varianten der Vorrichtung,
2 ein geschlossenes und mit Stickstoff gefülltes Rohr,
3 eine Vorrichtung mit einem Gestell, wobei das Kältemittel direkt in die Bohrung eingeführt wird,
4 eine Variante, die zusätzlich einen ferromagnetischen Pulver aufweist,
5 mehrere Sonden, die ineinander gesteckt werden können,
6 mehrere dünne Sonden, die eine Formation bilden,
7 eine autarke Sonde,
8 eine gelenkige Sonde,
9 eine kompakte Sonde.

Die Vorrichtung besteht aus einer Sonde 1, die vorzugsweise Zylindrisch gebaut ist und innen mindestens eine Hohlkammer 2 aufweist. Sie ist mit doppelt vorhandenen Druckschläuchen 3 oder Rohren gekoppelt, die bis zu einem Pumpsystem 4 in der Nähe oder sogar bis zum Schiff 5 oder Plattform an der Oberfläche reichen. Die Druckschläuche oder Rohre sollen mit einer thermischen Isolationsschicht überzogen sein. Der Durchmesser der Sonde soll kleiner als der der Bohrung sein. Sie kann vorne eine Spitze 6 haben und wird bei Unterwasser Einsätzen einfach in die Öl-Bohrung 7 eingeführt. Die Stromlinien-Form ermöglicht das Einführen der Sonde in die Öl-Bohrung ohne größeren Widerstand, trotz gewaltigen Druck des strömenden Öls. Die Sonde sollte, je nach Bohrung mehrere Meter lang sein, am besten so um die 10-50m. Sie kann aus Metall oder flexiblen Material gebaut sein. Wenn sie aus Metall besteht, dann soll sie mit Gelenke ausgestattet werden, die das Einführen auch in nicht gerade Bohrungen erleichtert. Die Gelenke können aus Gelenk-Elemente 8 gebaut sein, die aus gekapselten Metall-Sphären 35 in einander gesteckt besteht. (8). Sobald die Sonde in die Bohrung, z.B. 50 Meter tief eingeführt wird, dann wird sie in die Bohrung fixiert und aus dem Schiff in die Oberfläche ein Kältemittel gepumpt. Die Fixierung erfolgt durch Krallen 9 oder Elektromagneten 10, die die Sonde an die Rohrwand 11 der Bohrung anheften. Zusätzlich kann man diese durch starke elektrische Impulse mit der Rohrwand 11 verschweißen. Die elektrische Energie kann durch eine dünne elektrische Leitung 12 in den Kältemittel-Schlauch nahezu verlustfrei (wegen den Supraleiter-Effekt in extrem niedrigen Temperaturen) geleitet werden. Man kann aber auch starke Kondensatoren in die Sonde einbauen, die sich aufladen und durch Entladung die Krallen oder Fixierteile der Sonde mit dem Rohrwand der Bohrung elektrisch verschweißen. Das Kältemittel 13 (z.B. flüssiges Stickstoff) wird durch die Druckschläuche 3 bis zu der Sonde transportiert. Die Thermo-Isolierung der Rohre oder Druckschläuche verhindert, dass das Kältemittel unterwegs zu Sonde warm wird. Die Sonde allerdings hat keine Isolierung und deren Temperatur wird direkt in die Umgebung übertragen. Die Umgebung ist hier das Rohöl, das aus der Öl-Bohrung ausströmt. Das Öl wird entlang der Sonde fließen müssen und verliert zunehmend und rasch an Temperatur. Man kann auch Wasser in die Bohrung hineinpumpen und es schnell gefrieren lassen. Im Golf von Mexico, laut Berechnungen, floss aus der Bohrung bis ca. 150 l Öl pro Sekunde. Das bedeutet, dass die 150 Liter Öl in einer Bohrung mit einem Durchmesser von ca. 20 cm ca. 4,7m pro Sekunde zurücklegen. In einem kleinen Abschnitt einer Bohrung, der 50m lang in die Tiefe beträgt, würde diese Menge Öl, erst nach ca. 10 Sekunden aus der Bohrung austreten. Der Durchmesser der Sonde ist deutlich kleiner als der der Öl-Bohrung. Trotzdem wird die Bohrung ein bisschen eingeengt und das bewirkt dass die Strömungsgeschwindigkeit ein bisschen zunimmt. Das bedeutet, eine 50m lange Sonde, ca. 10 Sekunden Zeit hat um diese Menge zu kühlen, und das derart, dass die Flüssigkeit zäh und zum Schluss auch gefroren wird. Die starke Kühlleistung der Sonde wird durch flüssigen Stickstoff locker erreicht, auch weil die maximale Öl-Strömung-Geschwindigkeit mit der Kühlung verringert wird. Durch die Krallen und Fixiermechanismus, verlangsamt die Sonde die Strömung, was vorteilhaft für die Temperatursenkung wirkt. Die Kühlung erfolgt progressiv nach dem positiven Feedback-Regel-Verfahren, weil die Strömung mit der Zeit rasch abnimmt und je langsamer das Öl fließt desto mehr Zeit hat die Sonde um die Masse zu kühlen. Auf diese Weise würde die Kühlzeit dabei sich auf 100 Sekunden innerhalb der ersten Minute pro Liter ausdehnen. Durch die zahlreiche Lamellen 14 der Sonde, in deren Flügel im inneren auch Hohlkammer sich befinden und Stickstoff fließt, wird die Oberfläche stark vergrößert. Man muss auch bedenken, dass nicht die ganze Kälte von - 160°C sondern nur ein Bruchteil der Temperatur der Ölmasse 15 entzogen werden muss, um das Rohöl zäher werden zu lassen oder sogar es zu gefrieren. Der flüssige Stickstoff wird mit einem Schlauch oder Rohr zu der Sonde gepumpt und durch die andere Leitung abgeführt. Auch die Schläuche oder die andere Kühlmittelleitungen können in die Bohrung eingeführt werden. Deren Thermoisolierung soll nachdem diese in die Bohrung sich befinden, weggesprengt werden. Bei einem Schlauch mit Innendurchmesser von 20mm, reichen ca. 470 I flüssiges Stickstoff, um die Sonde in einer Tiefe von 1500m vom Schiff aus zu erreichen. Die Temperatur des Stickstoffs wird anfangs abfallen, weil dieser den Schlauch unterwegs abkühlen muss, allerdings der Rest kommt sehr stark gekühlt an die Sonde an. Noch besser ist es, wenn die Möglichkeit dazu besteht, den Kühlflüssigkeitstank und das Pumpsystem in der Nähe der Öl-Bohrung zu platzieren. Durch eine Fernsteuerung könnte man die Steuerbefehle vom Schiff aus geben. Dadurch wären viel kürzere Leitungen und Zeit für den Transport des Kühlmittels von dem Tank 16 bis zu der Sonde 1.
Die Sonde soll aus einem sehr gut hitzeleitenden Material hergestellt werden. Die Wände müssen nicht dick sein weil der hohe Außen-Druck durch das Kühlmittel mehr oder weniger ausgeglichen wird. Sie kann aus Kupfer oder einer Legierung bestehen. Sie kann Rillen, Lamellen oder Flügel an die Außenwand und / oder inneren Wand haben. Die Rillen und Lamellen in die Außenwand vergrößern die Kontaktfläche mit der Umgebungsflüssigkeit und ermöglichen dadurch eine rasche Kühlung der Umgebung. Die Kälte wird direkt über die Wände der Sonde an dem strömenden und noch in die Öl-Bohrung befindlichen Öl abgegeben. Der wird ziemlich schnell stark gekühlt und wird zäh. Die zähe Masse verlangsamt die Strömung und das gibt der Sonde mehr Zeit, um das Öl weiter zu kühlen. Das ist ein progressiver Effekt, der zu einer Verstopfung der Bohrung führt. Nach kurzer Zeit wird das Öl direkt in die Bohrung gefroren sein und es wird nichts mehr nach außen fließen. Die Sonde wird stets mit Kältemittel versorgt und daher wird der Kühlvorgang aufrechterhalten. Die Sonde kann mit Widerhacken oder ausfahrbare Krallen ausgestattet werden, die sie an den Wänden der Bohrung befestigen. Das Ausfahren der Krallen, soll blitzartig erfolgen und kann mit Hilfe einer angespannten Feder, elektrisch durch Elektromagneten, einer explosiven Stoff oder Gasgemisch oder Hydraulisch realisiert werden. Z.B. kann das Wasserstoff- und Sauerstoff-Gasgemisch verwendet werden, die in einer oder getrennte Kammer in die Sonde gelagert werden. Die Zündung kann mittels eines elektrischen Zünders erfolgen. Die Druckwelle kann über Kanäle in einem Kolben-System geleitet werden und das Ausfahren von Krallen oder Stützen bewirken. Diese können in die Außenwand der Sonde und im eingefahrenen Zustand kaum sichtbar eingebaut werden.
Die Sonde kann auch mit Düsen 17 ausgestattet werden, über denen flüssiger Stickstoff in die Bohrung hineingepumpt wird. Damit wäre ein Doppeleffekt zu erzielen. Insbesondere für die Fixierung der Sonde kann das nutzvoll sein.
Der Sonden-Mantel 18 kann auch kleine Metall-Dornen 35 an die Außenwand aufweisen, die ihn richtig in die Bohrung fixieren. Die Dornen werden direkt in die Bohrungswand einbohren und dadurch einen besseren Halt bieten. Allerdings können die Dornen mit einer Legierung ausgestattet werden, die ähnlich wie bei Schweiß-Elektroden von elektrischen Schweißgeräten verwendet werden. Durch das Anlegen eines starken elektrischen Stroms an die Wand der Bohrung, bzw. des Rohres, die in die Bohrung steckt und der Mantel der Sonde, fließt ein Starkstrom durch die beiden Gegenstände. Der Höchste elektrische Widerstand wird allerdings an den Dornen erzeugt, da diese als Stromdurchgangs-Punkte zwischen der Sonde und der Bohrwand dienen. Die Dornen schmelzen sofort und verschmelzen sich mit der Rohrwand der Bohrung. Somit wird die Sonde bestens und blitzschnell fixiert.
Die Sonde kann auch mit weitere kleine Metall-Spitzen, Rillen oder Flügel ausgestattet werden, damit die Kälte besser verteilt wird. Die gekühlte Masse in die Umgebung und die Rillen der Sonde halten einander in die Bohrung fest. Die Sonde kann mit einer schweren Spitze 6 ausgestattet werden, die sie in die Bohrung nach unten zieht. Als schweres Material eignet sich Blei, der allerdings mit einen anderen ungiftigen Material ummantelt wird. Die Sonde kann mit einem eigenen Antrieb ausgestattet werden, der sie in die Bohrung trotz der heftigen Strömung nach unten bewegt. Als Antrieb kann eine stabile Endlosschraube eingebaut werden, die wie ein Bohrer gebaut ist, der auch zum bohren dienen könnte. Allerdings noch besser und effektiver sind Wasserdruck-Düsen 19, die man in die Sonde einbauen kann. Eine oder mehrere können hinten eingebaut werden und weitere an dem Kopf oder Spitze der Sonde. Die Düsen, die an der Spitze der Sonde eingebaut sind, können wie eine Krone um die Spitze verteilt werden und mit der Strahlrichtung schräg nach hinten angeordnet werden. Die Düsen können auch beweglich gebaut werden, sodass deren Strahlrichtung steuerbar ist. Eine Sternanordnung der Düsen ermöglicht eine Bewegung der Sonde in jede Richtung. Damit wird das Einführen in die Bohrung erleichtert. Die notwendige Strahl-Energie wird über eine dritte Leitung zugefügten Wasser oder durch einer starken Pumpe 20, die in der Sonde selbst integriert werden kann, erzeugt. Der notwendige Strom kann über elektrische Leitungen aus einem Energie-Versorgungs-Gerät in der Nähe oder aus dem Schiff oder Landfahrzeug kommen. Die Sonde wird ja aus dem Schiff ins Wasser bis zu Meeresboden über die Öl-Bohrung herabgelassen. Sie hängt an einem Seil 21. Die Variante mit den Düsen hat weitere Vorteile: Erstens kann die Sonde leichter an die Bohr-Öffnung gesteuert werden. Sie muss nur aufgehängt werden und nach unten ungefähr in die Nähe der Bohrung senkrecht herabgelassen werden. Die präzise Steuerung erfolgt direkt über die Bohrung und kann durch Düsen perfekt realisiert werden. Eingebaute Videokamera 23 und Lichtanlage 24 erleichtern deutlich die Arbeit. Wichtig ist, dass die Düsen so angeordnet sind, dass diese nicht unbedingt eine unkontrollierte Drehung der Sonde um die eigene Achse verursachen. Zweitens können die Kronen-Düsen 25, nachdem die Sonde eingeführt wird, alle gleichzeitig eingeschaltet werden und dadurch die Sonde in die Mitte der Bohrung halten. Durch den kranzartigen Gesamtstrahl der Düsen, kann die Sonde unmöglich in die Wänden der Bohrung einbohren, weil die sternförmig oder kranzförmig angeordneten Strahlen an der Sonden-Spitze das nicht mehr erlauben würde. Sobald die Spitze einer der Wände sich nähern würde, dann wäre die Antriebskraft der Düsen an der Stelle am stärksten, weil auch eine „Flüssigkeits-Stau“ entstehen würde. Somit stabilisiert sie sich selber. Außerdem, wenn die Düsen seitlich und schräg nach hinten ihre Strahlen abgeben, erzeugen sie eine Schubkraft vorwärts, die unter Umständen die Strömungsgeschwindigkeit des Öls kompensieren würde und das Einführen erleichtern.
Die Spitze sollte leicht abgerundet sein. Somit wird die Sonde nicht irgendwo an die Bohr-Wand einbohren, sondern sie wird stets an dem strömenden Öl bleiben. Sobald die Sonde eine bestimmte Tiefe erreicht hat, wird diese fixiert und mit der Kühlung der strömenden Masse beginnen. Die Ölmasse wird zäher und damit langsamer. Wenn die Geschwindigkeit weitgehend sinkt, dann gefriert die Ölmasse und es kommt zu einer Verstopfung der Quelle. Leichte Probleme bereitet das Anheften des Rohöls in Form von Öl-Klumpen an den stark gekühlten Wänden der Sonde, aber dadurch, dass sie viele Lamellen und Rillen hat werden die gefrorenen Klumpen überall sein und die Bohrung stopfen.
Es ist klar, dass die Sonde nicht stets die gefrorene Öl-Masse in diesem Zustand dauerhaft halten kann. Aber es ist eine kurzfristige und sehr effektvolle Hilfsmaßnahme, die Zeit für andere Dauerlösungen schafft. Sobald die Sonde in die Bohrung ankommt, und die Öl-Mengen gefroren sind, dann hat man ein Zeitfenster geschaffen, die für eine dauerhafte Lösung des Problems hilfreich ist. Unmittelbar danach kann man mit den eigentlichen Schließ-Arbeiten beginnen (z.B. Zementierung oder andere konventionale Lösungen). Die gefrorene Öl-Masse in die Bohrung kann nach dem Gefrieren mit relativ wenig Kühlmittel in dem Zustand gehalten werden, weil ja keine Strömung mehr stattfindet. In diesem Fall können auch in die Sonde eingebaute Peltierelemente 26 die Aufgabe übernehmen. Die überschüssige Hitze, die die Peltierelemente in diesem Fall erzeugen, wird über einem Kreislauf 27 an das Meereswasser außerhalb der Bohrung abgegeben. Natürlich in diesem Fall, sollte ein Teil der Sonde außerhalb der Bohrung sein oder die Übertragung findet über die Flüssigkeitsleitungen statt.
In der 1 ist eine einfachere Variante dargestellt worden. Die Sonde ist wie ein Torpedo gebaut und weist mindestens eine Kammer auf, die mit Kältemittel, vorzugsweise flüssiges Stickstoff gefüllt ist. Sie ist autark und braucht keine Schläuche oder Zufuhr-Leitungen. Sie wird vom Schiff aus senkrecht in die Öl-Bohrung mit Hilfe eines Seils herabgelassen. Sobald die Sonde in der Nähe der Öl-Bohrung sich befindet, werden die Steuerdüsen eingeschaltet um sie feiner in die Bohrung zu steuern. Die Steuerung erfolgt aus dem Schiff. Die Steuersignale werden durch ein Kabel oder per Funk übertragen. Da die Sonde auch mit einer Beleuchtung 24 und einer Kamera 23 ausgestattet wird, kann man direkt am Monitor verfolgen, wo sie sich befindet. Diese Sonde kann mit einer Thermo-Isolationsschicht überzogen, die kurz vor dem Einführen gesprengt wird, oder der Kreislauf im Inneren soll erst dann im Gang gesetzt werden, wenn die Sonde eingeführt ist. Diese Variante kann das Kühlmittel auch gleich in die Umgebung abgeben, wenn sie eingeführt worden ist, allerdings ist das nicht bei sehr großen Bohrungen sinnvoll, weil die Sonde keine Kältemittel-Zufuhr-Leitungen aufweist und das vorhandene kann schnell verbraucht werden.
In die 2 wird ein geschlossenes und mit Stickstoff gefülltes Rohr mit eine sehr kleinen Sonde an der Spitze in dem Bohrloch eingeführt. Das Rohr ist Thermoisoliert, damit das Meereswasser nicht gefriert, während man das Rohr in die Bohrung einführt. Dann in einer bestimmten Tiefe und direkt in die Öl-Bohrung wird das Rohr geöffnet und Stickstoff wird in dem Loch eingepumpt.
In der 3 ist eine weitere Variante dargestellt worden, wobei das Kältemittel, vorzugsweise flüssiges Stickstoff direkt in die Öl-Bohrung abgegeben wird. Weil der Stickstoff sobald er wärmer wird, sehr stark sich ausdehnt, ist dieses Verfahren nur unter Wasser und hohem Druck zu verwenden. In über 1500m tief unter Wasser herrschen hohe DruckVerhältnisse, die das Ausdehnen des Gases auch bei erreichen einer normalen Temperatur reduzieren. Bei diesem Verfahren kann die Sonde auch mit nur einer Zuflussleitung ausgestattet werden. Die Leitung kann mit dem Kältemittel-Vorratsbehälter direkt gekoppelt werden. Die Sonde weist eine Schließklappe 28 oder einen Deckel auf, der ihre Hohlkammer schließt. Die Sonde und die Leitung sind mit einer Thermo-IsolationsSchicht ausgestattet, sodass kaum Temperatur-Einflüsse in die Umgebung erfolgen. Die Sonde hängt an einem Gestell 29, das möglichst wenig Widerstand der Strömung bietet. Die Sonde ist hier sehr schmal gebaut. Das Gestell befindet sich über die Bohrung und hält die Sonde in Position. Die Sonde kann zusätzlich mit einer Wasserleitung und Steuerdüsen ausgestattet werden, weil sie damit steuerbar und unter Wasser beweglich ist. Damit kann man leichter die Öl-Bohrung ansteuern.
Die Antriebs-Düsen können an die Wand der Sonde eingebaut werden und sollen einzeln oder gruppenweise steuerbar sein. Über ein Steuer-Pult oder Computer auf dem Schiff, können die Düsen geöffnet oder geschlossen werden, je nach dem in welcher Richtung die Sonde sich bewegen sollte. Eine elektrische Leitung sollte auch eingebaut werden oder sogar in die Flüssigkeitsleitung integriert werden. Ein Gitter 30 kann direkt in die Bohrung eingeführt werden. Auch Temperatur-Sensoren oder eventuell eine Video- oder Bild-Kamera, Beleuchtung sollten eingebaute werden. Eine IR-Kamera und IR-Beleuchtung wären eventuell auch von Vorteil. Bei diesen Verfahren ist allerdings die Gefahr groß, dass die Öffnungen der Sonde, wodurch das Kältemittel ausströmt, sich relativ schnell verschließen und keine weitere Kältemittel-Zugabe in die Bohrung erfolgt. Daher würde ich die Varianten, bei denen die Sonde selber stark abgekühlt wird, bevorzugen.
In der 4 ist eine Variante dargestellt worden, wobei die Sonde mit einem Vorratsbehälter 31 für ein ferromagnetisches Pulver 32 ausgestattet ist. Dieser Pulver oder eine zähe Flüssigkeit in der der Pulver angebracht ist, wird aus den Wänden der Sonde oder aus der Spitze abgegeben und dann durch starke Elektromagneten an der Sonde angeheftet. Man kann in diesem Fall auch Drahtklumpen aus Eisen verwenden. Diese werden an die Wänden durch Elektromagneten angezogen und bilden dann einen Widerstand gegen die Strömung. An der Sonde funktionieren die Elektromagneten wie Supraleiter-Magneten, weil die Temperatur der Spulen durch Stickstoff gekühlt werden können. Daher müssen die Spulen gar nicht so groß sein, um eine starke Magnetkraft zu erzeugen. Mann kann sogar die Wandröhre der Bohrung, falls diese ferromagnetische Eigenschaften aufweisen, verformen.
In der 5 ist die Hohlzylinder-Sonde dargestellt worden. Man kann mehrere Sonden mit immer kleineren Durchmessern herstellen, die in einander passen und schritt für schritt diese fixieren und ineinander stecken und somit den Durchmesser der Öl-Bohrung verkleinern. Je kleiner die Bohrung wird, desto leicht ist es danach ihn komplett zu verschließen. Nur die Fixierung der ersten Sonde wird etwas schwieriger, danach geht alles leichter, weil die Sonden können so hergestellt werden, dass nur durch eine leichte Drehung oder Klipp-Häkchen in einander fest verankert werden. Allgemein gesehen, auch die erste Sonde, die den größten Durchmesser hat, relativ leicht in die Bohrung eingeführt und fixiert werden kann, weil sie nur eine geringe Widerstand bietet. Sie ist wie ein Hohlzylinder gebaut und das Öl wird weiter in sie nahezu ungehindert strömen. Jede neue Sonde, die eingeführt wird, verkleinert die Strömung ein wenig und somit ist es nicht allzu schwer diese einzubauen.
Die 6 zeigt eine Variante, wobei mehrere dünne Sonden in eine Formation eingebaut sind, die mit einem Mechanismus ausgestattet sind, die sie breiter macht. Die Sonden weisen Teller-Scheiben 33 auf, die in die engere Formation einander überlagern. Wenn aber die Formation breiter wird, dann versperren die Teller dem Öl den Weg in die Bohrung. Die Ausbreitung erfolgt durch einem Hebel-System, wobei der Gelenk-Punkt 34 nach oben angezogen werden muss. Der untere Gelenkpunkt weist einen Teller auf, der der Ölströmung Widerstand leistet. Dadurch kann die Vorrichtung nach dem Ausklinken einer Sperre, automatisch durch die Strömungsdruck ausgebreitet werden und die Bohrung verstopfen.
In der 7 ist eine Variante dargestellt worden, wobei die Sonde ziemlich autark funktioniert. Sie ist mit Kälteerzeugungselemente ausgestattet, die die Oberfläche und die Lamellen der Sonde sehr stark abkühlen. Ein Kreislauf-System, der in die Sonde eingebaut ist, besteht aus einem Pumpsystem 4 und sämtliche Flüssigkeitskanäle, die in der Sonde sich befinden. Als Kälteerzeugungselemente können Peltierelemente 26 eingebaut werden. Dessen eine Fläche ist so angeordnet, dass ein Kontakt mit den Wänden der Sonde besteht. Die andere Fläche ist nach innen angeordnet und kommt über Kühlkörper 38 in Kontakt mit dem Kreislauf 27 des Systems. Die Aufgabe der Peltierelemente ist, die Oberfläche der Sonde so stark wie möglich abzukühlen. Der Kreislauf führt die dabei erzeugte Wärme ab. Die Wärme wird im hinteren Bereich der Sonde abtransportiert und im Meereswasser abgegeben. Man kann den Kreislauf als geschlossenes System bauen, wobei die Wärme über Wandkontakt im hinteren Bereich in das Wasser abgegeben wird, oder man kann eine offenes Kreislauf bauen, wobei in das System stets kaltes Wasser aus der Umgebung zugefügt wird und warmes Wasser aus der Sonde durch eine weitere Öffnung abgeführt. Es ist bekannt, dass in Meerestiefe, die Wassertemperatur nur ein paar Grad über Null beträgt. Die Peltierelemente sind in der Lage im Idealfall zwischen deren beiden Flächen einen Temperaturunterschied von ca. 60°C zu erzeugen. Das bedeutet, diese Elemente können effektiv die Wände der Sonde auf ca. -50°C abzukühlen. Bei einem großflächigen Kontakt mit den Öl-Massen aus der Bohrung würde diese Temperaturdifferenz ausreichen, um die Öl-Masse in einem zähen bis gefrorenen Zustand zu bringen. Allerdings die Peltierelement-Variante nicht für Bohrungen geeignet ist, aus denen sehr große Mengen an Öl herausströmen. Diese Elemente sind nicht in der Lage die Wände der Sonde extrem schnell abzukühlen, wie das der flüssige Stickstoff machen würde. Diese Variante hat den Vorteil, deutlich länger eingesetzt werden zu können, wobei keine Zufluss-Leitungen notwendig sind. Die Sonde wird vom Schiff oder einem Kran in der Bohrloch-Nähe aus senkrecht in die Öl-Bohrung mit Hilfe eines Seils herabgelassen.
Dieses Verfahren und die Vorrichtung sind nicht geeignet, um eine Bohrung dauerhaft zu schließen, sondern vielmehr um eine vorübergehende Schließung zu erreichen, wobei weitere Maßnahmen in die Wege geleitet werden können. Das Verfahren kann eine Öl-Bohrung für z.B. mehrere Stunden oder Tage schließen. Damit gewinnt man Zeit um das Loch z.B. mit Beton dauerhaft zu schließen.
8 zeigt eine gelenkige Sonde. Hier sind sphärische Metallgefäße 36 in einander gesteckt, wobei jedes davon um den anderen leicht schwenkbar ist. Die Flüssigkeit kann trotzdem ungehindert weiter fließen, weil im inneren ein biegbarer Kanal gebildet wird.
Die 9 zeigt eine Sonde, die ziemlich kompakt gebaut ist. Sie ist für tiefe Bohrung geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Sonde
2: Hohlkammer
3: Druckschläuche
4: Pumpsystem
5: Schiff
6: Spitze
7: Öl-Bohrung
8: Gelenk-Elemente
9: Krallen
10: Elektromagneten
11: Rohrwand
12: elektrische Leitung
13: Kältemittel
14: Lamellen
15: Ölmasse
16: Tank
17: Düsen
18: Sonden-Mantel
19: Wasserdruck-Düsen
20: Pumpe
21: Seil
22: Bohröffnung
23: Videokamera
24: Lichtanlage
25: Kronen-Düsen
26: Peltierelemente
27: Kreislauf
28: Schließklappe
29: Gestell
30: Gitter
31: Vorratsbehälter für Ferrit-Pulver
32: Ferromagnetisches Pulver
33: Teller-Scheiben
34: Gelenk-Punkt
35: Dornen
36: Metallsphären / Gefäße
37: Elektromagneten
38: Kühlkörper

Claims

Vorrichtung, die eine Ölbohrung schließen kann, die aus mindestens - einer Sonde, die aus einem Hitzeleitenden-Material besteht, die lang und schmal gebaut ist, die innen eine Hohlkammer aufweist, die vorne mit einer Spitze ausgestattet ist, wobei die Sonde innen ein FlüssigkeitsKanal-System, das einen Zufluss und Abfluss einer stark kühlenden Kühlflüssigkeit ermöglicht, aufweist, -je eine Zufluss- und Abfluss-Öffnung, die in die Sonde, vorzugsweise hinten eingebaut sind, aufweist, - einem Pump-System, das in unmittelbarer Nähe oder in einem, Wasserfahrzeug, Plattform, Schiff oder einem Land-Fahrzeug eingebaut ist, - einem Kältemittel-Speichertank, der mit dem Pump-System gekoppelt ist, in dem eine stark gekühlte Flüssigkeit oder verflüssigtes Gas sich befindet, - mindestens eine Flüssigkeitsleitung, vorzugsweise doppelt vorhandene Flüssigkeitsleitungen, die einerseits mit der Zu- und Abfluss-Öffnung der Sonde gekoppelt sind und anderseits mit dem Pump-System oder KälteMittel-Speichertank gekoppelt sind, - eine Isolierungsschicht, die in die Wände der Flüssigkeitsleitungen eingebaut ist, die thermisch isolierend wirkt, - eine Steuerung, die die Abläufe steuert, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sonde mit einer stabilen Endlosschraube an der Spitze ausgestattet ist, - die Sonde mit festen oder beweglichen / ausziehbaren Flügel / Lamellen oder Rillen ausgestattet ist, - mindestens drei Düsen, deren Strahlrichtung einzeln steuerbar ist, die sternförmig angeordnet sind und an den Wänden oder der Spitze der Sonde mit der Strahlrichtung schräg seitlich und leicht nach hinten eingebaut sind, - die Sonde mit Dornen oder Noppen aus Metall oder einer Legierung, die an die Außenwand eingebaut sind, ausgestattet ist, - die Sonde mit mindestens einem eigenen Antrieb, der aus einem Antriebsmotor oder Jetstrahl-System besteht, ausgestattet ist.
Vorrichtung, die eine Ölbohrung schließen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens - eine Sonde, die ähnlich wie ein Torpedo gebaut ist, die mindestens eine Kammer aufweist, die mit einem Kältemittel, vorzugsweise flüssiges Stickstoff gefüllt ist, - eine Öffnung für die Kammer, die an der Sonde eingebaut ist, die mit einem Deckel verschlossen ist, - ein Mechanismus, der mit dem Deckel gekoppelt und ihn öffnen oder schließen kann, - eine Zeit- / Kabel- oder Fernsteuerung, über die der Deckel geöffnet werden kann, - ein Druck-System, das das Kältemittel aus der Kammer in die Öl-Bohrung herausbefördert, - einen eigenen Antrieb, der aus einem Antriebsmotor oder Jetstrahl-System besteht, - Dornen oder Noppen aus Metall oder einer Legierung, die an die Außenwand eingebaut sind, ausgestattet ist, aufweist.
Vorrichtung nach dem Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck-System aus Druckbehälter oder einem Kolben-Pump-System besteht.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde vorzugsweise zylindrisch geformt ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit Gelenken, vorzugsweise Glieder aus sphärische Metall-Kammern, die ineinander gesteckt sind, die um einander leicht schwenkbar sind, ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einem Antrieb ausgestattet ist, der sie vorwärts antreibt oder zumindest lenkt.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde zusätzlich mit Peltierelementen ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde über elektrische Leitungen mit einer Energie-Quelle und / oder einer Steuerung auf dem Schiff an der Oberfläche verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einer Datenübertragungs-Einheit oder einem Funksender ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einer Spitze ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einem Bohrkopf ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde oder zumindest die Spitze aus einem schweren Material besteht.
Vorrichtung nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze aus Blei besteht oder Blei enthält.
Vorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze mit einem aus umweltfreundlichen Material, gebauten Mantel überzogen ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als eine Schiffschraube oder Endlosschraube gebaut ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einem Rückstoß-Antrieb ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einer Düse ausgestattet ist, die ihr eine Schubkraft nach vorne verleiht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einem Pump-System, das Wasser aus der Umgebung ansaugt, falls vorhanden ist, und es in Form eines Hochdruckstrahls über die Düse abgibt, ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem mit Energie aus einem eigenen Energie-Speicher oder aus dem Schiff / Landfahrzeug über elektrische Leitungen versorgt wird.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einer dritten Flüssigkeitsleitung, die bis zu einem Pumpsystem in der Nähe der Sonde oder dem Schiff oder Landfahrzeug reicht, in der eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser mit Hochdruck presst, wobei der Wasserstrahl aus der Düse der Sonde austritt, gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse lenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mehrere Düsen aufweist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen auch an die Sonden-Außen-Wand und / oder Spitze der Sonde eingebaut sind.
Vorrichtung nach Patentanspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen einzeln mit Steuerventilen gekoppelt sind und steuerbar sind.
Vorrichtung nach Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile von der Ferne aus dem Schiff oder Landfahrzeug aus steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen so angeordnet sind, dass sie die Spitze der Sonde nach vorne treiben.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlintensität einzelner Steuerdüsen steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit elektrisechen Kälteerzeugungs-Elementen, die ihre Außenwände kühlen, ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteerzeugungselemente Peltierelemente sind.
Vorrichtung nach Patentanspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteerzeugungs-Elemente mit einem Flüssigkeits-Kreislauf gekoppelt sind, der die überflüssige erzeugte Hitze nach außen, außerhalb der Bohrung abführt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit mindestens einem Temperatursensor und / oder Drucksensor ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einer elektrischen Leitung gekoppelt ist, die wiederum mit einer starken elektrischen Energie-Quelle außerhalb der Sonde gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornen oder Noppen aus Schweiß-Elektroden-Material bestehen oder mit einem solchen Material überzogen sind.