DE10258221A1

DE10258221A1 - Production of borehole in underwater region involves initiating formation of borehole using drill string comprising pipes, and replacing section of drill string with component of same length

Info

Publication number: DE10258221A1
Application number: DE2002158221
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr.-Ing. Huybrechts; Svein Håheim; Dominik Dipl.-Ing. Eifel
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-06-24

Abstract

Production of a borehole in an underwater region involves initiating the formation of the borehole using a drill string comprising pipes, and replacing the section of the drill string with a component of the same length after removing the whole drill string. The first end of the component inserted into the borehole is connected to the drill head, and the second end is connected to a pipe for advancement. An Independent claim is also included for a device for carrying out the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Bohrlochs in unterseeischen Bereichen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.The invention relates to a method and an apparatus for forming a borehole in submarine Areas according to the generic term of claims 1 and 2.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung kommen bei der Erschließung von unterseeischen Rohölquellen zur Anwendung.Such a procedure and one Device come in developing submarine crude oil sources to use.

Es ist bekannt, dass zur Förderung von Rohöl aus unterseeischen Bereichen von einem Bohrturm aus, mit Hilfe eines Bohrgestänges, das an einem Ende mit einem Bohrkopf versehen ist, eine Bohrung auf dem Meeresboden begonnen wird. Das Bohrloch wird zunächst senkrecht zum Meeresboden ausgerichtet. Der Bohrkopf wird mit Hilfe des Bohrgestänges angetrieben. Das Bohrgestänge steht mit einer Dreh- und Vorschubeinrichtung in Verbindung, die das Bohrgestänge in Rotation und damit den Bohrkopf in Bewegung versetzt. Durch den Innenbereich des Bohrgestänges wird Bohrflüssigkeit durch den Bohrkopf hindurch zum Ende des Bohrlochs transportiert. Das durch den Bohrkopf gelöste und mit der Bohrflüssigkeit vermischte Material wird in Form von Bohrschlamm an der Außenseite des Bohrgestänges zur Öffnung des Bohrlochs am Meeresboden transportiert. Die bis jetzt bekannten Bohrgestänge werden aus Stahlrohen zusammengefügt, die eine Länge von 9m bis 14m aufweisen. Die Enden von jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden Stahlrohren werden hierfür jeweils mechanisch miteinander verbunden. Mit fortschreitender Länge des Bohrlochs wird das Bohrgestänge mittels weiterer Rohre in dieser Weise verlängert, bis eine Auskleidung des bereits ausgebildeten Bohrlochs notwendig wird. Dazu wird das Bohrgestänge voll ständig aus dem Bohrloch geholt, und wieder in die einzelnen Rohre zerlegt. Dann wird das Bohrloch zu seiner mechanischen Stabilisierung mit einer Auskleidung versehen. Anschließend wird das Bohrgestänge wieder zusammengesetzt und die Bohrung wird vorgesetzt. Hat der senkrechte Teil des Bohrlochs die festgelegte Tiefe erreicht, wird das Bohrloch horizontal weitergeführt, bis eine ölführende Schicht erreicht ist. Bei der Ausbildung des horizontal geführten Abschnitts des Bohrlochs wird in gleicher Weise verfahren wie bei der Ausbildung des senkrecht geführten Abschnitts des Bohrlochs.It is known to promote of crude oil from undersea areas from a derrick, with the help of a drill pipe, which is provided with a drill head at one end, a hole is started on the seabed. The borehole first becomes vertical aligned to the sea floor. The drill head is driven using the drill pipe. The drill pipe is connected to a rotary and feed device that the drill pipe in rotation and thus set the drill head in motion. By the Interior of the drill pipe becomes drilling fluid transported through the drill head to the end of the borehole. The loosened by the drill head and with the drilling fluid mixed material is in the form of drilling mud on the outside of the drill pipe for opening of the borehole on the ocean floor. The so far known Be drill pipe assembled from steel tubes, the one length from 9m to 14m. The ends of two each immediately successive steel pipes are mechanically interconnected for this connected. As the length of the borehole progresses, this becomes drill pipe extended by further pipes in this way until a lining of the already formed borehole is necessary. This will be drill pipe Completely brought out of the borehole, and dismantled again into the individual pipes. Then the borehole is used for its mechanical stabilization provided with a lining. Then the drill pipe is again assembled and the hole is put forward. Has the vertical one Part of the borehole reaches the specified depth, the borehole becomes continued horizontally until an oil-bearing layer is reached. In the formation of the horizontally guided section the borehole is operated in the same way as during training of the vertically guided Section of the borehole.

Bei Bohrlöchern, die bereits eine Länge von hunderten von Metern aufweisen, ist das mehrmalige Herausziehen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch, sowie das Zerlegen desselben in die einzelnen Rohre, um das Bohrloch mit einer Auskleidung zu versehen, oder den abgenutzten Bohrkopf gegen einen neuen Bohrkopf auszutauschen, sehr zeitaufwendig und damit auch teuer.For wells that are already hundreds of meters long of meters, is to pull out the drill pipe several times the borehole and the disassembly of the same into the individual pipes, to line the borehole or the worn one Replacing the drill head with a new drill head is very time consuming and therefore also expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem der zeitliche Aufwand für das Herausziehen und wieder Hineinschieben eines Bohrgestänges in ein Bohrloch der eingangs genannten Art verkürzt werden kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann.The invention is based on the object To show procedures with which the time expenditure for the extraction and again pushing a drill pipe into a borehole at the beginning shortened type mentioned can be. Furthermore, the invention is based on the object Show device with which such a method can be carried out can.

Die Aufgabe, das Verfahren betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The task regarding the procedure is solved by the features of claim 1.

Die Aufgabe die Vorrichtung betreffend wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst.The task regarding the device is solved by the features of claim 2.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Other inventive features are in the dependent claims characterized.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention will follow Hand explained in more detail by schematic drawings.

1 ein Bohrloch zu Beginn einer Bohrung sowie das hierfür verwendete Bohrgestänge, 1 a borehole at the start of a bore and the drill pipe used for this,

2 das Bohrloch gemäß 2 mit dem Bohrgestänge vor dem Erreichen einer ölführenden Schicht. 2 the borehole according to 2 with the drill pipe before reaching an oil-bearing layer.

1 zeigt eine Vorrichtung 1, die ein Bohrgestänge 2 mit einem Bohrkopf 3 umfasst, das für die Ausbildung eines Bohrlochs 4 vorgesehen ist. Das Bohrgestänge 1, ist aus Rohren 5 zusammengesetzt. Der Bohrkopf 3 ist mechanisch mit dem Ende des Bohrgestänges 2 verbunden, das für die Ausbildung des Bohrlochs 4 zuerst in den Meeresboden 6 getrieben wird. Das Bohrgestänge 2 wird mit dem Bohrkopf 3 voran von der Plattform eines Bohrturms 7 aus zunächst senkrecht in den Meeresboden 6 getrieben. Hierfür wird ein Ende des Bohrgestänges 2 mit eine Dreh- und Vorschubeinrichtung 8 verbunden, die beispielsweise auf der Plattform des Bohrturms 7 installiert ist. Mit Hilfe der Dreh- und Vorschubeinrichtung 8 wird das Bohrgestänge 2 gedreht und gleichzeitig in dem Bohrloch 4 vorangeschoben. Jedes der Rohre 5 ist aus Kunststoff gefertigt und zwischen 9m und 14m lang. Alle Rohre 5 haben bezüglich Länge und Querschnitt die gleichen Abmessungen. Der Kunststoff ist so mit Fasern aus Kohlenstoff (hier nicht dargestellt) verstärkt, dass jedes Rohr 5 gleichzeitig alle von außen einwirkenden Kräfte aufnehmen kann. Bei der Ausbildung des Bohrgestänges 2 werden die Rohre 5 hintereinander in den Meeresboden 6 getrieben. Die Enden von jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden Rohren 5 werden mechanisch miteinander verbunden. Muss das Bohrloch 4 zur Erhöhung seiner mechanischen Stabilität mit einer Auskleidung (hier nicht dargestellt) versehen werden, oder ist der Bohrkopf 3 abgenutzt, und muss durch einen neuen Bohrkopf 3 ersetzt werden, so muss hierfür das gesamte Bohrgestänge 2 zusammen mit dem Bohrkopf 3 aus dem Bohrloch 4 gezogen und wieder in die einzelnen Rohre zerlegt werden. 1 shows a device 1 who have a drill pipe 2 with a drill head 3 includes that for the formation of a borehole 4 is provided. The drill pipe 1 , is made of pipes 5 composed. The drill head 3 is mechanical with the end of the drill pipe 2 connected that for the formation of the borehole 4 first in the ocean floor 6 is driven. The drill pipe 2 is with the drill head 3 ahead from the platform of a derrick 7 first vertically into the sea floor 6 driven. For this, one end of the drill pipe 2 with a rotating and feeding device 8th connected, for example on the platform of the derrick 7 is installed. With the help of the rotating and feeding device 8th becomes the drill pipe 2 rotated and at the same time in the borehole 4 advance pushed. Each of the pipes 5 is made of plastic and between 9m and 14m long. All pipes 5 have the same dimensions in terms of length and cross-section. The plastic is reinforced with carbon fibers (not shown here) that each tube 5 can simultaneously absorb all external forces. In the formation of the drill pipe 2 become the pipes 5 in a row in the sea floor 6 driven. The ends of two immediately successive tubes 5 are mechanically connected. Must be the borehole 4 to increase its mechanical stability with a lining (not shown here), or is the drill head 3 worn out, and has to be replaced by a new drill head 3 the entire drill pipe must be replaced 2 together with the drill head 3 from the borehole 4 pulled and disassembled into the individual tubes.

Ist das Bohrgestänge 2 herausgezogen und zerlegt, so wird für die Fortsetzung der Bohrung, wie 2 gezeigt, der bisherige Teil des aus Rohren 5 zusammengefügten Bohrgestänges 2, durch ein zusammenhängendes Bauteil 10 ersetzt. Die Länge des Bauteils 10 ist an die Länge des bis jetzt ausgebildeten Bohrlochs 4 angepasst. An dem Ende des Bauteils 10, das zuerst in das Bohrloch 4 gesteckt wird, wird der Bohrkopf 3 befestigt. Das Bauteil 10 ist rohrförmig ausgebildet, und ebenso wie die Rohre 5 aus einem Kunststoff gefertigt, der mit Fasern aus Kohlenstoff verstärkt ist. Das Bauteil 10 wird mit Hilfe eines Endlos-Fertigungsverfahren hergestellt, und dann auf Spulen aufgewickelt. Solche Verfahren gehören bereits zum Stand der Technik. Sie werden deshalb hier nicht näher erläutert.Is the drill pipe 2 pulled out and disassembled, so for continuing the hole, like 2 shown the previous part of the pipes 5 assembled drill pipe 2 , through a coherent component 10 replaced. The length of the part 10 is the length of the borehole formed so far 4 customized. At the end of the component 10 that first in the borehole 4 is inserted, the drill head 3 attached. The component 10 is tubular, and so are the tubes 5 made of a plastic reinforced with carbon fibers. The component 10 is manufactured using an endless manufacturing process and then wound on spools. Such methods are already part of the prior art. They are therefore not explained in more detail here.

Aufgrund der möglichen Dehngrenzen der Kohlenstofffasern, die in den Kunststoff eingebettet sind, können die Bauteile 10 für die Lagerung und den Transport auf Spulen aufgewickelt werden. Die Durchmesser der Spulen sind so klein, dass sie für Bauteile aus Stahl wegen deren Materialeigenschaften nicht genutzt werden können. Der Querschnitt eines jeden Bauteils 10 ist an den Querschnitt der Rohre 5 angepasst. Für die Fortsetzung der Bohrung wird das Bauteil 10 mit dem Bohrkopf 3 verbunden, und mit diesem voran in das Bohrloch 4 geschoben. Das Bauteil 10 wird hierfür von einer Spule (hier nicht dargestellt) abgewickelt, bis es mit der erforderlichen Länge in das Bohrloch 4 eingeführt ist. Die Spule kann entweder auf der Plattform des Bohrturms 7 oder auf der Ladefläche eines Schiffes (hier nicht dargestellt) positioniert sein, das neben dem Bohrturm 7 positioniert ist. Damit das Bauteil 10 keinen all zu großem Kontakt mit der Innenfläche des Bohrlochs 4 oder einer Auskleidung (hier nicht dargestellt) hat, die innerhalb des Bohrlochs 4 angeordnet ist, werden um das Bauteil 10 in regelmäßigen Abständen Zentriermanschetten angeordnet (hier nicht dargestellt). Das aus dem Bohrloch 4 herausragende Ende des Bauteils 10 wird nun mit einem Rohr 5 mechanisch verbunden, das mit der Dreh- und Vorschubeinrichtung 8 in Verbindung steht. Mit Hilfe des Rohres 5 wird das Bauteil 10 gedreht, und gleichzeitig in dem Bohrloch vorangeschoben. Durch den ebenfalls bewegten Bohrkopf 3 wird das Bohrloch 4 weiter ausgebildet. Von dem Bohrturm 7 aus wird das Bohrgestänge 2 dadurch verlängert, dass ein Rohr 5 nach dem anderen in das Bohrloch 4 eingeführt wird. Muss das Bohrgestänge 2 aus einem der oben genannten Gründe wieder aus dem Bohrloch 4 gezogen werden, so kann dann der jetzt gebildete Abschnitt 2B des Bohrgestänges 2 durch ein zweites Bauteil 10 (hier nicht dargestellt) mit angepasster Länge ersetzt werden. Bei einer Fortsetzung der Bohrung werden dann wieder Rohre 5 für den Vortrieb verwendet.Due to the possible elastic limits of the carbon fibers embedded in the plastic, the components can 10 be wound up on spools for storage and transport. The diameters of the coils are so small that they cannot be used for steel components due to their material properties. The cross section of each component 10 is on the cross section of the pipes 5 customized. The component is used to continue the drilling 10 with the drill head 3 connected, and with this ahead in the borehole 4 pushed. The component 10 For this purpose, it is unwound from a coil (not shown here) until it has the required length in the borehole 4 is introduced. The coil can either be on the platform of the derrick 7 or be positioned on the bed of a ship (not shown here) next to the derrick 7 is positioned. So that the component 10 not too much contact with the inner surface of the borehole 4 or a liner (not shown here) that is within the borehole 4 is arranged around the component 10 Centering sleeves arranged at regular intervals (not shown here). That from the borehole 4 protruding end of the component 10 is now with a pipe 5 mechanically connected to the rotating and feeding device 8th communicates. With the help of the pipe 5 becomes the component 10 rotated, and at the same time advanced in the borehole. Through the also moving drill head 3 becomes the borehole 4 further trained. From the derrick 7 the drill pipe becomes 2 lengthened by a pipe 5 one by one into the borehole 4 is introduced. Must be the drill pipe 2 out of the borehole for one of the reasons mentioned above 4 then the section now formed can be drawn 2 B of the drill pipe 2 through a second component 10 (not shown here) with an adapted length. If the drilling continues, pipes will become again 5 used for tunneling.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr umfasst sie alle Variationen des Verfahrens und der Vorrichtung, die dem Kern der Erfindung zugeordnet werden können.The invention is limited not only on the embodiment described here. Rather includes they all variations of the method and the device that the Core of the invention can be assigned.

Claims

Method for forming a borehole in undersea areas, using a drill pipe ( 2 ) and a drill head ( 3 ), characterized in that the formation of the borehole ( 4 ) with a drill pipe ( 2 ) which is made of pipes ( 5 ) is assembled so that after each pulling out of the entire drill pipe ( 2 ) from the borehole ( 4 ) the section formed by pipes ( 2A ) of the drill pipe ( 2 ) by a connected component ( 10 ) of the same length is replaced, the first end of which goes into the borehole ( 4 ) is introduced with the drill head ( 3 ) and its second end again with a pipe ( 5 ) is connected for tunneling.

Device with a drill pipe ( 2 ) with a rotating and feed device ( 8th ) and a drill head ( 3 ) for the formation of a borehole ( 4 ) in undersea areas, in particular for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the with the rotating and feed device ( 8th ) related section ( 2A . 2 B ) of the drill pipe ( 2 ) from one or more tubes ( 5 ) and that part of the drill pipe ( 2 ) between the drill head ( 3 ) and the pipes ( 5 ) is arranged, each by a tubular component ( 10 ) of a defined length can be replaced.

Device according to claim 2, characterized in that each component ( 10 ) with a cross section of the pipes ( 5 ) adapted cross-section and is made as a wrap-around material on spools.

Device according to one of claims 2 and 3, characterized in that each tube ( 5 ) and each component ( 10 ) is made of a plastic that has a reinforcement of fibers, and its density by a factor 4 to 5 is less than the density of steel.

Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that each tube ( 5 ) and each component ( 10 ) is made of a plastic that is reinforced with carbon fibers and has a density of 1.6 to 2 g / cm ³ .

Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the carbon fibers are aligned within the plastic so that all on a tube ( 5 ) or a component ( 10 ) acting forces can be absorbed at the same time.