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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Rohölförderung
aus unterseeischen Bereichen gemäß dem Oberbegriff
der Patentansprüche
1.
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Solche Einrichtungen kommen bei der
Erschließung
von unterseeischen Rohölquellen
zur Anwendung.
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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. Das Bohrgestänge steht mit einer Dreh- und
Vorschubeinrichtung in Verbindung, die das Bohrgestänge in Rotation
und damit den Bohrkopf in Bewegung versetzt. Mit fortschreitender
Länge des Bohrlochs
wird das Bohrgestänge
mittels weiterer Rohre in dieser Weise verlängert, bis zur Stabilisierung
des Bohrlochs dieses mit einer Auskleidung versehen werden muss.
Dazu wird das Bohrgestänge vollständig aus
dem Bohrloch gezogen, und wieder in die einzelnen Rohre zerlegt.
Die Auskleidung wird durch Stahlrohre gebildet. Die Stahlrohre,
von denen jedes eine Länge
von etwa 12m aufweist, werden hierfür nacheinander in das Bohrloch
geschoben. Die Enden von jeweils zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden
Stahlrohren werden mechanisch miteinander verbunden. Im Bereich
der nichtölführenden
Schichten wird die Auskleidung als „Casing" bezeichnet, während sie im Bereich der ölführenden
Schichten die Bezeichnung „Liner" trägt. Der
Raum zwischen den Innenflächen
eines jeden Bohrlochs und den Außenflächen der Stahlrohre wird auszementiert.
Hierfür
wird innerhalb der Auskleidung ein Hilfsrohr mit geringerem Durchmesser
bis zum Ende des letzten Stahlrohres geführt. Anschließend wird
durch dieses Hilfsrohr Zement bis zum Ende der Auskleidung gepumpt
und von dort aus in den Zwischenraum zwischen der Innenfläche des
jeweiligen Bohrrohrs und der Auskleidung gepresst. Anschließend wird
das Bohrgestänge
wieder zusammengesetzt und die Bohrung vorgesetzt. Ist die vorbestimmte, ölführende Schicht
erreicht, und das Bohrloch so weit wie erforderlich ausgebildet,
wird das Bohrgestänge
daraus entfernt und auch der zuletzt ausgebildete Abschnitt des
Bohrlochs mit einer Auskleidung und einer Zementierung versehen.
Damit das Rohöl
aus der ölführenden
Schicht in die Auskleidung gelangen kann, werden die Zementierung
und der Auskleidung in diesem Bereich mit Durchlässen versehen.
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Stahlrohre der eingangs genannten
Art sind für
die Auskleidungen der horizontal geführten Abschnitte von Bohrlöchern nur
bis zu einer maximalen horizontalen Länge geeignet. Das hohe Gewicht
der Stahlrohre bewirkt bei einer horizontalen Verlegung derselben
eine große
Haft- bzw. Gleitreibung, welche beim Vortrieb in das Bohrloch überwunden
werden muss. Der Vortrieb erfolgt durch die Gewichtskraft einer
rohrförmigen
Stahlmasse, welche in den vertikalen Teil des Bohrlochs eingebracht
wird. Übersteigt diese
eingesetzte Masse die maximale Knicklast für spiralförmiges Knicken eines Stahlrohres,
so stellt sich ein zusätzlicher
Wandkontakt des Stahlrohres mit der Wand des Bohrlochs ein, welche
die zu überwindende
Reibkraft schlagartig erhöht,
und ein weiteres Vorantreiben des Stahlrohres in das Bohrloch verhindert.
Die maximal erreichbare horizontale Länge eines jeden Bohrlochs wird
durch das Verhältnis bestimmt,
das sich aus dem Gewicht des Stahlrohres unter Wasser und der Grenze
für spiralförmiges Knicken
des Stahlrohres ergibt.
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Es ist auch bekannt, dass für die Ausbildung der
Auskleidung Rohre aus glasfaserverstärktem Kunststoff zu verwenden.
Aufgrund der relativ hohen Dichte dieses Materials ergeben sich
jedoch keine ausreichenden Vorteile im Vergleich zu den bisher verwendeten
Stahlrohren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel
aufzuzeigen, mit denen im Vergleich zu einer Auskleidung aus Stahlrohren
eine wesentlich längere Auskleidung
für einen
horizontal geführten
Abschnitt eines Bohrlochs ausgebildet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Auskleiden von Bohrlöchern mit
Rohren, deren Materialdichte nur unwesentlich von der Dichte abweicht,
die Wasser und/oder Bohrschlamm aufweisen. Vorzugsweise werden Rohre
aus Kunststoff verwendet, die mit Fasern aus Kohlenstoff verstärkt sind.
Die Verwendung dieser Rohre ist sowohl im vertikal geführten als
auch im horizontal geführten
Abschnitt eines jedes Bohrlochs möglich, da diese Rohre die hierfür erforderliche
Festigkeit aufweisen, und auch gegen korrosive Einwirkungen beständig sind.
Die so gefertigten Rohre haben, wenn sie für einen Außendruck von 50 MPa ausgelegt
sind, nur etwa 30% des Gewichts, das Stahlrohre mit den gleichen
Anforderungsprofilen aufweisen. Axiale und tangentiale Kräfte können von
diesen Rohren gleichzeitig aufgenommen werden. Dieses wird durch
eine spezielle Ausrichtung der in den Kunststoff eingebetteten Kohlenstofffasern ermöglicht.
Da diese Rohre ein geringeres Gewicht gegenüber Stahl aufweisen, und der
Unterschied ihrer Dichte gegenüber
der Dichte von Wasser und Bohrschlamm wesentlich kleiner ist, können damit horizontale
Abschnitte von Bohrlöchern
ausgekleidet werden, die wesentlich länger sind, als das bei der Verwendung
von Stahlrohren der Fall ist.
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Weitere erfinderische Merkmale sind
in den abhängigen
Ansprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend an
Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt
eine Einrichtung 1 mit einem Bohrloch 2. Dieses Bohrloch 2 ist
mit einer Auskleidung 3 versehen, die aus Rohren 4 zusammengesetzt
ist, deren Durchmesser geringfügig
kleiner sind als der Durchmesser des Bohrlochs 2. Der Bereich
zwischen den Innenflächen
des Bohrlochs 2 und der Au ßenflächen der Auskleidung 3 ist
mit Zement 5 ausgefüllt.
Die Rohre 4 sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus
einem Werkstoff gefertigt, dessen Dichte um einen Faktor 4 bis 5 kleiner
ist als die Dichte von Stahl. Die Dichte des Material, aus dem die
Rohre 4 gefertigt sind, unterscheidet sich damit nicht
wesentlich von der Dichte des Meerwassers 6 und/oder des Bohrschlamms 7.
Die hier gezeigten Rohre 4 aus einem Kunststoff gefertigt,
der mit Fasern aus Kohlenstoff (hier nicht dargestellt) verstärkt ist.
Jedes dieser Rohre 4 ist für einen Außendruck von 50 MPa ausgelegt.
Die Aufnahme von gleichzeitig auftretenden axialen und tangentialen
Kräften
wird durch eine spezielle Ausrichtung der Kohlenstofffasern ermöglicht. Jedes
Rohr 4 weist nur etwa 30% des Gewichts auf, das ein Rohr
aus Stahl (hier nicht dargestellt) hat, dessen Profil an die hier
erforderlichen Bedingen angepasst ist. Für die Ausbildung der Auskleidung 3 werden
Rohre 4 verwendet, die eine Länge von 12m bis 15m haben.
Hierfür
wird ein Rohr 4 nach dem anderen in das Bohrloch 2 geschoben.
Die Enden von jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden Rohren 4 werden
mechanisch miteinander verbunden.
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Wie der Figur desweiteren zu entnehmen
ist, ist das Bohrloch 2 vom Meeresboden 8 aus
zunächst eine
definierte Strecke senkrecht nach unten und dann horizontal bis
zu einer ölführenden
Schicht 9 geführt.
Die Auskleidung 3 des Bohrlochs 2 erfolgt auch
hierbei abschnittsweise. Muss das Bohrgestänge (hier nicht dargestellt)
beispielsweise wegen der Erneuerung des Bohrkopfs (hier nicht dargestellt) aus
dem Bohrloch entfernt werden, so wird der gerade zuletzt ausgebildete
Abschnitt des Bohrlochs 2 zur Erhöhung seiner Stabilität ausgekleidet.
Hat das erste, in das Bohrloch 2 eingeführte Rohr 4 das Ende des
Bohrlochs 2 erreicht, wird der Bereich zwischen den Innenflächen des
Bohrlochs 2 und den Außenflächen des
gerade ausgebildeten Abschnitts der Auskleidung 3 mit Zement 5 ausgefüllt. Der
Durchmesser der Auskleidung 3 wird zwischen der Öffnung des Bohrlochs 2 auf
dem Meeresboden 8 und dem Ende des Bohrlochs 2 immer
kleiner (hier nicht dargestellt). Das hängt damit zusammen, dass die
Auskleidung 3 abschnittsweise, beginnend bei der Öffnung des Bohrlochs 2,
ausgebildet wird. Das bedeutet, dass die Rohre 4 jedes
nachfolgenden Abschnitts durch die bereits fertiggestellten Abschnitte
der Auskleidung 3 geschoben werden müssen.
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Nach dem das Bohrgestänge mit
dem Bohrkopf wieder in das Bohrloch 2 eingefügt sind,
wird die Bohrung fortgesetzt. Ist das Bohrloch 2 bis zu
einer vorbestimmten ölführenden
Schicht 9 geführt,
wird die Bohrung beendet. Anschließend wird der letzte Abschnitt
des Bohrlochs 2 ausgekleidet und der Bereich zwischen dem
Bohrloch 2 und der Auskleidung 3 mit Zement 5 ausgefüllt. Anschließend werden
die Auskleidung 3 sowie die Schicht aus Zement 5,
so bald diese ausgehärtet
ist, im Bereich der ölführenden
Schicht 9 mit Durchlässen 10 versehen.
Die Durchlässe 10 sind
so ausgerichtet, dass das Rohöl (hier
nicht dargestellt), das sich in der ölführenden Schicht 9 befindet,
in den Innenbereich der Auskleidung 3 fließen kann.
Das Rohöl
wird mit Hilfe eines separaten Förderrohrs
(hier nicht dargestellt) nach oben zur Öffnung des Bohrlochs 2 gepumpt.
Von dort wird es über
eine Rohrleitung 11 zu einer Förderplattform oder einem Tankschiff 12 transportiert.
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Die Erfindung beschränkt sich
nicht nur auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr umfasst
sie alle Variationen der Einrichtung, die dem Kern der Erfindung
zugeordnet werden können.