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Die Erfindung betrifft einen Verschluss für ein Erdöl-Bohrloch am Meeresgrund, der in Havariefällen insbesondere in großen Wassertiefen zum Einsatz kommt und aus einer auf dem Meeresboden aufsitzenden und unten offenen Haube in Form einer Glocke oder mit einer glockenähnlichen Form besteht.
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Es hat sich erst jetzt wieder gezeigt, dass das Bohren nach Erdöl insbesondere in tiefen Gewässern zu erheblichen Problemen führen kann, wenn die Installation zum Abpumpen des Öls aus welchen Gründen auch immer, beschädigt wird. In solchen Fällen entstehen erhebliche Probleme, beim nachträglichen Verschließen des Lecks, insbesondere dann, wenn das Erdöl unter Druck ausströmt.
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Versuche, das Leck mit einer großen Glocke zu verschließen, indem diese einfach über das Leck gestülpt wird und gleichzeitig das ausströmende Erdöl abgepumpt wird, haben sich als nicht realisierbar erwiesen. Der Grund hierfür ist die niedrige Wassertemperatur um den Gefrierpunkt, was dazu führt, dass sich eine Erdöl/Wasser/Eis-Mischung bildet, die ein Abpumpen völlig unmöglich gemacht hat, sowie der sich in der Glocke ausbildende Druck über einen großen Querschnitt, wodurch die Glocke vom Bohrloch weggedrückt wird.
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Auch scheiterten Versuche, das Bohrloch zu verschließen, indem man eine Schlamm/Beton-Mischung in das Bohrloch gepumpt hat.
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Es besteht daher ein dringendes Bedürfnis für eine schnell realisierbare technische Lösung, ein solches Leck zu verschließen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Verschluss für ein Erdöl-Bohrloch zu schaffen, der möglichst einfach auch in großen Wassertiefen auf dem Meeresboden aufgebracht werden kann und der einen schnellen und sicheren Verschluss des Bohrlochs auch dann noch ermöglicht, wenn das Erdöl mit hohem Druck ausströmt.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen Verschluss für ein Erdöl-Bohrloch am Meeresgrund mit einer unten offenen Glocke oder glockenähnlichen Außenform, die auf dem Meeresboden aufsitzt, wobei in der Glocke eine Auffang-vorrichtung für das Erdöl angeordnet ist, die über das Bohrloch stülpbar ist und mit einem senkrecht angeordneten Standrohr versehen ist, das an der Durchdringungsstelle durch die Wandung der Glocke mit einem Sicherheitsventil zum Verschluss des Standrohres versehen ist und dass die Glocke mindestens einen Innenraum aufweist, der mit Ein- und Auslassventilen versehen ist.
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Die Auffangvorrichtung kann eine Art Trichter sein, der in der Größe an die auf dem Meeresboden vorhandene Armatur angepasst ist.
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Um während des Aufsetzens ein Wegdrücken der Glocke durch den sich durch das ausströmende Öl aufbauenden Druck zu vermeiden und gleichzeitig eine gute Befüllung des Innenraumes der Glocke mit einem aushärtbaren Material zu ermöglichen, ist der Innenraum in mehrere Sektionen aufgeteilt, wobei jede Sektion mit mindestens einem Ein- und einem Auslassventil ausgestattet ist.
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Der Gesamtquerschnitt der Auslassventile, einschließlich des Sicherheitsventils, sollte dabei so ausreichend bemessen werden, dass sich kein nennenswerter Überdruck gegenüber dem umgebenden Wasser in den Sektionen ausbilden kann.
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Günstig ist die Aufteilung des Innenraumes in vier Sektionen, die unabhängig voneinander über die Einlassventile mit der aushärtbaren Masse befüllbar sind. Das befüllen kann dabei gleichzeitig, oder nacheinander oder sozusagen paarweise erfolgen, indem diagonal gegenüber liegenden Sektionen gleichzeitig befüllt werden um ein Kippen der Glocke zu vermeiden.
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Die Sektionen werden durch Zwischenwände voneinander getrennt, die gleichzeitig die Funktion von Spanten haben und die Glocke stabilisieren.
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Die Einlassventile sind dazu mit einer Quelle für die aushärtbare Masse mit möglichst hohem spezifischen Gewicht, von der ein Bestandteil Beton ist, verbunden.
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Um eine möglicht gute Verbindung der Glocke mit der aushärtbaren Masse zu erreichen, kann die Glocke am Glockenrand mit quer über die Öffnung verlaufenden Streben versehen werden, die quasi als Armierungseisen wirken.
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Damit eine möglichst kleine Fläche vom Druck des ausströmenden Öls beaufschlagt wird, sollte die Auffangvorrichtung das Bohrloch sowie die an diesem befindlichen Armaturen möglichst eng umschließen und kann mit seinem unteren Rand auf dem Meeresboden aufsitzen.
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Zusätzlich kann die Auffangvorrichtung mindestens an seinem Rand oder auch im gesamten Innenraum mit einer Dichtung versehen sein.
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Weiterhin kann auch der Glockenrand mit einer Dichtung beispielsweise in Form eines verformbaren oder faltbaren Materials versehen sein, wodurch eine zusätzliche Abdichtung der Bohrlochumgebung erreicht wird.
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Nach der Montage des Verschlusses kann das Standrohr mit einer Vorrichtung zum Abpumpen des Erdöls verbunden werden. Wenn sich kein allzu großer Öldruck aufbaut, kann die Verbindung mit der Vorrichtung zum Abpumpen auch vor deren Absenken auf den Meeresgrund verbunden werden.
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Um ein gleichmäßiges Absenken des Verschlusses auf den Meeresboden zu ermöglichen und den Anschluss der Zu- und Ableitungen nicht zu behindern, besitzt die Glocke am Rand mindestens drei am Umfang gleichmäßig verteilte Umlenkeinrichtungen für Tragseile oder mindestens drei am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Ösen zur Verankerung von Tragseilen.
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Der Grundriss der Glocke kann rund, oval oder wannenförmig sein, je nach der Form der Armaturen am Meeresboden oder entsprechend der Form der Austrittsöffnung des Öles.
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Weiterhin kann in oder an der Glocke eine Videokamera als Positionierhilfe angeordnet sein. Die Glocke selbst sowie deren Einzelteile können aus einem geeigneten Material wie Eisen, Stahl, Edelstahl gefertigt werden.
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Zusätzlich kann die Glocke mit einer oder mehreren Verankerungseinrichtungen mit dem Meeresboden fest verbunden werden.
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Für die Verwendung des erfindungsgemäßen Verschlusses wird die Glocke auf dem Meeresboden aufgesetzt, wobei gleichzeitig der Auffangtrichter das Bohrloch bzw. die Austrittsöffnung und/oder die Armaturen umschließt, wobei anfangs mindestens die Auslassventile der Glocke geöffnet sind, wobei die Sektionen der Glocke durch die Einlassventile mit einer aushärtbaren Masse gefüllt werden, wobei gleichzeitig das im Innenraum der Glocke befindliche Wasser-Öl-Gemisch verdrängt wird und wobei die Auslassventile nach dem Befüllen mit der aushärtbaren Masse geschlossen werden.
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Die Auslassventile schließen sich nach dem Befüllen mit der aushärtbaren Masse selbsttätig oder ferngesteuert. Die Auslassventile können als einfache Klappenventile ausgeführt sein.
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Um eine gleichmäßige Belastung der Glocke zu erreichen und ein Kippen zu vermeiden, werden die Sektionen nacheinander oder paarweise mit der aushärtbaren Masse befüllt.
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Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass bei havarierten Armaturen an Erdöl-Bohrlöchern ein schneller und zuverlässiger Verschluss derselben erreicht werden kann. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, das weiterhin anliegende Erdöl in Tanker abzupumpen, wobei als wichtigster Vorteil der Erfindung – jegliches Eindringen von Wasser in die Verschlusseinrichtung sicher verhindert wird, wodurch keinerlei Verstopfungen durch Eisklumpen entstehen können.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1: eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Verschlusses;
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2: eine schematische Draufsicht auf den Verschluss nach 1;
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3: die vergrößerte Einzelheit A aus 1, 4, 6 und 7;
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4: eine schematische Darstellung einer Variante des erfindungsgemäßen Verschlusses;
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5: eine vergrößerte Darstellung der Einzeilheit B aus 4, 6 und 7;
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6: einen mit einer automatischen Unterwasser-Misch- und Pumpstation ergänzter Verschluss; und
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7: einen Verschluss mit aufsitzender automatischer Unterwasser-Misch- und Pumpstation.
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Der Verschluss für ein Erdöl-Bohrloch am Meeresgrund besteht hauptsächlich aus einer unten offenen Glocke 1, mit einer glockenähnlichen oder wannenähnlichen Außenform, die auf dem Meeresboden 4 aufsitzt. Die Glocke 1 kann aus Stahl, Edelstahl oder auch aus Gusseisen bestehen. Sogar ein geeigneter Kunststoff wäre denkbar, da die Glocke lediglich als Gehäuse und Gießform dient und somit wenig Belastungen ausgesetzt wird, wie noch darzulegen ist. Innerhalb der Glocke 1 befindet sich eine Auffangvorrichtung für das Erdöl, die über das Bohrloch 3 bzw. die aus dem Boden ragende Armatur stülpbar ist und einem senkrecht angeordneten Standrohr 5 verbunden ist. Dieses Standrohr 5 durchdringt die Glocke 1 an der höchsten Stelle (Durchdringungsstelle 6) und ist dort durch Schweißen befestigt, um eine sichere Positionierung auf der Armatur 3 zu gewährleisten.
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Die Auffangvorrichtung 4 kann eine Art Trichter sein, der in der Größe an die auf dem Meeresboden vorhandene Armatur 3 angepasst ist. Zusätzlich kann die Auffangvorrichtung 4 mindestens an ihrem unteren Rand mit einer Dichtung 2 versehen sein, die auf dem Meeresboden aufsitzt. Dadurch besteht die Möglichkeit, eventuell an der Koppelstelle zwischen Auffangvorrichtung 2 und Armatur 3 eventuell auftretendes Leckageöl aufgefangen werden. Weiterhin kann auch auf der Innenfläche der Auffangvorrichtung 4 eine geeignete Dichtung 23 angeordnet sein.
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Alternativ kann das Standrohr 5 auch längs verschiebbar durch die Glocke 1 nach außen, geführt durch eine Führungshülse 18, angeordnet sein (3). Diese Führungshülse ist zur Führung des Standrohres 5 unbedingt erforderlich, um eine sichere Positionierung der Auffangvorrichtung 2 auf der Armatur 3 zu gewährleisten. Es ist in diesem Fall jedoch notwendig, zwischen der Innenwand der Glocke 1 bzw. dem unteren Rand der Führungshülse 18 und der Außenseite der Auffangvorrichtung 2 eine Druckfeder 19 oder ein ähnliches Bauelement, das Standrohr 5 umgebend, anzuordnen. Die Druckfeder 19 kann dabei auf der Auffangvorrichtung 2 aufsitzen, oder sich auf einem am Standrohr 5 angeschweißten Rand 20 abstützen (vgl. 1). Die Druckfeder muss ausreichend dimensioniert sein, damit durch die Auffangvorrichtung 2 auf die aus dem Bohrloch ragende Armatur 3 ein genügender Druck ausgeübt wird, um zu sichern, dass die Auffangvorrichtung 2 die Armatur 3 dicht umgibt und an diese angepresst wird. Die Andruckkraft muss jedoch wesentlich geringer sein, als die Gewichtskraft des Verschlusses.
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Wie sich noch aus den nachfolgenden Darlegungen ergibt, muss hier nicht der volle Gegendruck gegen das aus dem Bohrloch strömende Öl ausgeübt werden.
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Eine besondere Abdichtung der Führungshülse 18 gegenüber dem Standrohr 5 ist nicht notwendig.
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Um ein Herausfallen des Standrohres 5 während des Absenkens des Verschlusses auf den Meeresboden 4 zu verhindern, muss das aus der Glocke 1 herausragende Ende des Standrohres 5 mit einer Sicherung versehen sein. Hierfür würde ein einfacher am Standrohr 5 nach dem Zusammenbauen des Verschlusses angeschweißter Stift genügen, der sich auf dem oberen Rand der Führungshülse 18 oder der Außenseite der Glocke 1 abstützt. Der Stift muss stark genug, sein, um das Gewicht des Standrohres 5 und der Auffangvorrichtung 2 zu tragen.
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Weiterhin ist in der Nähe der Durchdringungsstelle 6 des Standrohres 5 durch die Wandung außerhalb der Glocke 1 ein Sicherheitsventil 7 zum Verschluss des Standrohres 5 vorgesehen. Dieses Sicherheitsventil 7 muss bis zum Abschluss der Montage des Verschlusses und dem Aushärten der aushärtbaren Masse auf dem Meeresboden 4 stets offen gehalten werden, um einen gefährlichen Druckanstieg an der Verbindungsstelle zwischen der Auffangvorrichtung 2 und der Armatur 3 zu vermeiden. Am Sicherheitsventil 7 kann gleichzeitig ein Entsorgungsrohr 34 befestigt werden. Das zwischengeschraubte Sicherheitsventil 7 kann gleichzeitig als Sicherung gegen Herausfallen des Standrohres 5 genutzt werden, da das Sicherheitsventil 7 wesentlich größer ist als das Standrohr 5 (3), so dass sich dessen unterer Rand 21 außen an der Glocke 1 während des Absenkens auf den Meeresboden abstützen kann.
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Die Glocke 1 weist einen Innenraum 22 auf, der über Einlassventile 8 zum Anschluss von Versorgungsleitungen versehen ist, sowie Auslassventile 9 zum Druckabbau im Innenraum während des Befüllens mit der aushärtbaren Masse. Bevorzugt ist der Innenraum 22 in vier Sektionen 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 eingeteilt. Diese Sektionen 10.1–10.4 sind nach dem Aufsetzen des Verschlusses 4 mit einer aushärtbaren Masse mit möglichst hohem spezifischen Gewicht, wie Beton, zu verfüllen.
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Um nun während des Aufsetzens ein Wegdrücken der Glocke 1 durch den sich durch das ausströmende Erdöl aufbauenden Druck zu vermeiden und gleichzeitig eine gute Befüllung des Innenraumes der Glocke 1 mit dem aushärtbaren Material zu ermöglichen, ist jede Sektion 10.1–10.4 mit mindestens einem Einlassventil 8 zum Einlassen der aushärtbaren Masse und mindestens einem Auslassventil 9 zum Herausdrücken des Wassers aus der jeweiligen Sektion 10,1, 10.2, 10.3, 10.4 während des Befüllens mit Beton o. dgl. versehen.
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Wichtig ist, dass der Gesamtquerschnitt der Auslassventile, einschließlich des Sicherheitsventiles derart ausreichend bemessen ist, dass sich kein nennenswerter Überdruck gegenüber dem umgebenden Wasser in den Sektionen 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 ausbilden kann. Ein solcher Überdruck würde die Glocke 1 während des Befüllens vom Meeresboden wegdrücken, was unbedingt verhindert werden muss.
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Das Befüllen der Sektionen 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 kann auch gleichzeitig, nacheinander oder paarweise erfolgen, indem diagonal gegenüber liegende Sektionen 10.1 und 10.3 bzw. 10.2 und 10.4 gleichzeitig befüllt werden um ein Kippen der Glocke 1 zu vermeiden.
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Die Einlassventile 8 sind zum Befüllen der Sektionen 10.1–10.4 mit einer Quelle für die aushärtbare Masse, von der ein Bestandteil Beton sein kann, zu verbinden.
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Die Sektionen 10.1–10.4 werden durch Zwischenwände 11 voneinander getrennt, die gleichzeitig die Funktion von Spanten besitzen und die Glocke 1 mechanisch stabilisieren.
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Um eine möglicht gute Verbindung der Glocke 1 mit der aushärtbaren Masse zu erreichen, kann diese am Glockenrand mit quer über die Öffnung verlaufenden Streben 12 versehen werden, die quasi als Armierungseisen wirken. Über jede Sektion 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 sollte eine solche Strebe 12 erstrecken (2).
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Damit eine möglichst kleine Fläche vom Druck des ausströmenden Öls beaufschlagt wird, sollte die Auffangvorrichtung das Bohrloch sowie die an diesem befindlichen Armaturen möglichst eng umschließen und kann mit seinem unteren Rand auf dem Meeresboden aufsitzen.
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Weiterhin kann auch der Rand 13 der Glocke 1 mit einer Dichtung 14, beispielsweise in Form eines verformbaren oder faltbaren Materiales, versehen sein, wodurch eine zusätzliche Abdichtung gegenüber der Bohrlochumgebung erreicht wird. Als Dichtungsmaterial kommt ein elastisch oder plastisch verformbares Material in Betracht.
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Nach der Montage des Verschlusses kann das Standrohr 5 mit einer Vorrichtung zum Abpumpen des Erdöls verbunden werden. Die Verbindung mit der Vorrichtung zum Abpumpen sollte vor dem Absenken des Verschlusses auf den Meeresgrund hergestellt werden.
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Eine spezielle Variante des erfindungsgemäßen Verschlusses zeigen 4 und 5, die dann zum Einsatz kommt, wenn das aus dem Bohrloch ragende Rohrende 26 durch eine Stützarmatur 27 o. dgl. umgeben wird.
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Die Verschlusseinrichtung 2 ist hier am unteren Rand mit einer zylindrischen Verlängerung 25 versehen, welche die Verschlusseinrichtung zum Meeresboden 4 verlängert, ohne jedoch auf diesem aufzusitzen. Diese Verlängerung 25 umschließt das aus dem Bohrloch 3 ragende Rohrende 26 sowie die dieses umgebende Stützarmatur 27.
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Wesentlich ist bei dieser Variante, dass die in den Innenraum 22 gepresste aushärtbare Masse auch den unteren Bereich des Rohrendes 26, die Stützarmatur in diesem Bereich sowie den unteren Rand der zylindrischen Verlängerung 25 umhüllt bzw. einschließt. Dadurch wird erreicht, dass der Bereich unter der Auffangvorrichtung 2 innerhalb der zylindrischen Verlängerung 25 bis zum Bohrloch hermetisch abgedichtet wird. Gleichzeitig wird dadurch eine zusätzliche Verankerung der Verschlusseinrichtung erreicht.
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Um zu verhindern, dass sich in diesem Bereich ein Überdruck aufbauen könnte, kann die Auffangvorrichtung 2 bzw. die Verlängerung 25 über eine Druckausgleichleitung 28 mit dem Standrohr 5 verbunden werden (5). Das eingepresste aushärtbare Material sollte jedoch keinesfalls diesen Raum vollständig ausfüllen, um zu vermeiden, dass dabei die Druckausgleichleitung 28 verstopft wird. Aus diesem Grund sollte die Druckausgleichleitung 28 während es Füllvorganges durch ein Ventil, z. B. eine einfache Klappe, verschlossen sein. Das Ventil muss nach dem Aushärten der aushärtbaren Masse geöffnet werden und sollte ständig offen bleiben (7).
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Für das gleichmäßige Absenken des Verschlusses auf den Meeresboden 4 und um den Anschluss der notwendigen Zu- und Ableitungen nicht zu behindern, besitzt die Glocke 1 am Rand mindestens drei am Umfang gleichmäßig verteilte Umlenkeinrichtungen 16 für Tragseile oder mindestens drei am Unfang gleichmäßig verteilt angeordnete Ösen 17 zur Verankerung von Tragseilen 24.
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Der Grundriss der Glocke 1 kann rund, oval oder wannenförmig sein, je nach der Form der Armaturen am Meeresboden oder entsprechend der Form der Austrittsöffnung des Öles.
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Da das Aufsetzen des Verschlusses auf die Armatur 3 sehr präzise vorgenommen werden muss, ist es von Vorteil, wenn in oder an der Glocke 1 eine Videokamera oder eine andere präzise Zieleinrichtung als Positionierhilfe angeordnet ist.
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Die Glocke 1 selbst sowie deren Einzelteile können aus einem geeigneten Material wie Eisen, Stahl, Edelstahl gefertigt werden.
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Zusätzlich kann die Glocke 1 mit einer oder mehreren Verankerungseinrichtungen, wie Dübel mit dem Meeresboden fest verbunden werden.
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Bei der Dimensionierung des Verschlusses, also des Durchmessers und er Kuppelhöhe der Glocke 1 ist zu berücksichtigen, dass diese ein ausreichendes Gewicht nach dem Verfüllen mit der aushärtbaren Masse besitzt, so dass diese beim Schließen des Sicherheitsventiles 7 infolge des Druckes des ausströmenden Erdöls nicht vom Bohrloch bzw. der Armatur weggedrückt werden kann.
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Dadurch, dass beim Verfüllen der Sektionen 10.1–10.4 mit der aushärtbaren Masse auch die Armatur 3 mit eingeschlossen wird, wird diese einerseits gut vor Korrosion geschützt, aber auch gleichzeitig eine zusätzliche Verankerung des Verschlusses am Bohrloch erreicht.
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Da es natürlich nicht ganz einfach ist, den auf dem Bohrloch aufgesetzten Verschluss zusammen mit den nötigen Versorgungsleitungen zum Befüllen mit dem aushärtbaren Material auf den Meeresboden abzusenken, oder nachträglich die Versorgungsleitungen anzuschließen, kann auch eine komplette Unterwasser-Misch- und Pumpstation 29 vor dem Versenken des Verschlusses mittels Füllleitungen 30, 31 an diesen angeschlossen werden und parallel mit dem Verschluss auf dem Meeresboden abgesetzt werden kann (6). Alternativ kann die Unterwasser-Misch- und Pumpstation 29 auch auf den Verschluss aufgesetzt werden (7). Die Misch- und Pumpstation 29 kann direkt auf der Glocke 1 aufsitzen oder sich über Stützen 32, 33 auf dieser abstützen.
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Der besondere Vorteil ist im letzteren Fall, dass der Verschluss beim Aufsetzen auf das Bohrloch bzw. die Armatur 3 eine wesentlich höhere Gewichtsbelastung aufweist und somit zu einer weiteren Stabilisierung während der Montage beiträgt. Nachteil ist hier, dass die Unterwasser-Misch- und Pumpstation 29 verloren ist, oder das Entsorgungsrohr 34 zum Abpumpen des Erdöls müsste kurzzeitig entfernt werden, was allerdings sehr risikobehaftet wäre.
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Die Misch- und Pumpstation 29 muss natürlich vorher mit den entsprechenden Komponenten des aushärtbaren Materials gefüllt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Glocke
- 2
- Auffangvorrichtung
- 3
- Bohrloch/Armatur
- 4
- Meeresboden
- 5
- Standrohr
- 6
- Durchdringungsstelle
- 7
- Sicherheitsventil
- 8
- Einlassventil für aushärtbare Masse
- 9
- Auslassventil für Wasser-Öl-Gemisch
- 10
- Sektion
- 11
- Zwischenwand
- 12
- Strebe
- 13
- unterer Rand der Glocke
- 14
- Dichtung
- 15
- Dichtung
- 16
- Umlenkeinrichtung
- 17
- Öse
- 18
- Führungshülse
- 19
- Druckfeder
- 20
- Rand
- 21
- unterer Rand
- 22
- Innenraum
- 23
- Dichtung
- 24
- Tragseil
- 25
- Verlängerung
- 26
- Rohrende
- 27
- Stützarmatur
- 28
- Druckausgleichsleitung
- 29
- Unterwasser-Misch- und Pumpstation
- 30
- Füllleitung
- 31
- Füllleitung
- 32
- Stütze
- 33
- Stütze
- 34
- Entsorgungsrohr
