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Tragaggregat als Fundament für Unterwasser-Tiefbohrungen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Fundamentaggregat für Unterwassertiefbohrungen, das es ermöglicht,
zur Ausrüstung des Bohrlochkopfes gehörende Einrichtungen auf dem Meeresboden abzustützen.
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Seit einiger Zeit ist es auf .dem Gebiet der Erdölgewinnung üblich,
Unterwassertiefbohrungen anzulegen und zur Produktion zu benutzen, bei denen der
Bohrlochkopf und die Produktionsleitungen unter der Wasseroberfläche liegen und
vorzugsweise auf dem Meeresboden oder in dessen Nähe angeordnet sind, so daß sie
den starken Kräften von Wind und Wellen nicht ausgesetzt sind und die Schiffahrt
nicht behindern.
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In der Umgebung von an Land angelegten Tiefbohrungen ist das Erdreich
relativ fest, so daß es das Gewicht der Bohrlochkopfausrüstung ohne weiteres tragen
kann. Bei unter Wasser angelegten Tiefbohrungen kann jedoch der Meeresboden relativ
weich sein, so daß er nicht die Tragfähigkeit fester Landformationen besitzt.
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Bei Unterwassertiefbohrungen kann es daher mindestens während der
anfänglichen Stadien der Bohrarbeiten erforderlich sein, ein Fundament oder eine
Stützplatte zu verwenden, die an dem Standrohr oder der äußersten Verrohrung des
Bohrlochs befestigt ist und dazu beiträgt, das Standrohr auf dem Meeresboden in
seiner Lage zu halten. Beim Anlegen einer Tiefbohrung an Land wird die Bohrstelle
normalerweise mit Hilfe eines Bulldozers eingeebnet, bevor das Bohrgerät aufgestellt
und mit den Bohrarbeiten begonnen wird. Wenn es möglich wäre, den Meeresboden an
einer unter Wasser liegenden Bohrstelle vor dem Beginn der Bohrarbeiten einzuebnen,
könnte die Tragkonstruktion für das Standrohr durch einen großen Flansch gebildet
werden, der an der Außenseite des Standrohrs in einem bestimmten Abstand vom oberen
Ende befestigt ist, wobei dieser Abstand z. B. 1,5 bis 15 m beträgt. Wenn dieser
Flansch einen Durchmesser hat, der ein Mehrfaches des Bohrlochdurchmessers beträgt,
würde er sich am Meeresboden abstützen, und das Standrohr oder die Verrohrung würde
im Bohrloch aufgehängt sein. Bei den meisten Unterwassertiefbohrungen kann jedoch
der Meeresboden geneigt sein, und es ist unmöglich oder unzweckmäßig, den Boden
einzuebnen. Ein Ziel der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Tragaggregat für Unterwassertiefbohrungen
vorzusehen, das als Abstützung für schwere Bohrgeräte oder andere große Lasten verwendet
und auch auf einem geneigten Teil des Meeresbodens angeordnet werden kann.
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Das erfindungsgemäße Fundament- oder Tragaggregat umfaßt ein Rohr
von großem Durchmesser, das so in eine im wesentlichen senkrecht verlaufende Unterwassertiefbohrung
eingeführt werden kann, daß es über die Mündung des Bohrlochs hinausragt, ferner
eine dieses Rohr umgebende Basiskonstruktion, die sich bei rechtwinkliger Anordnung
zu dem Rohr diesem gegenüber radial nach außen erstreckt und einen größeren Durchmesser
hat als das obere Ende des Bohrlochs; sowie in Universalgelenk, welches die Basiskonstruktion
mit dem Rohr verbindet, so daß die Basiskonstruktion durch eine geneigte Formation
in der Umgebung des Bohrlochs abgestützt werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt, auf welche Weise eine
Unterwassertiefbohrung unter Benutzung eines erfindungsgemäßen Tragaggregats von
einem Bohrkahn aus angelegt wird, der oberhalb der Bohrstelle auf dem Wasser schwimmt;
F i g. 2 ist eine in größerem Maßstab gezeichnete Darstellung und zeigt die Verbindung
zwischen dem Leitrohr und dem erfindungsgemäßen Tragaggregat teilweise in einer
Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt;
F i g. 3 zeigt teilweise
im Längsschnitt und teilweise in einer Seitenansicht eine Ausbildungsform des oberen
Teils eines erfindungsgemäßen Tragaggregats.
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In F i g. 1 erkennt man einen Bohrkahn bzw. eine Bohrplattform 11,
die sich an der Oberfläche 12 eines Gewässers befindet und oberhalb der gewählten
Bohrstelle auf hier nicht gezeigte Weise durch geeignete Anker am Meeresboden 1.3
verankert ist; diese Anker sind mit Ankerseilen 14 und 15 verbunden. Eine derartige
Ausrüstung kann benutzt werden, wenn man Tiefbohrarbeiten bei einer Wassertiefe
von 30 bis 450 m oder darüber durchführt. Das Bohrfahrzeug 11 trägt einen geeigneten
Bohrturm 16 und andere Hilfsgeräte, die man beim Anlegen einer Tiefbohrung benötigt.
Der Bohrturm 16 ist oberhalb eines Schlitzes oder einer Öffnung 18 angeordnet, die
sich in der üblichen Weise senkrecht durch das Fahrzeug erstreckt. Bei der Benutzung
des erfindungsgemäßen Aggregats kann der Schlitz 18 entweder in der Mitte
des Fahrzeugs angeordnet sein oder sich von seiner Bordwand aus nach innen erstrecken.
Es ist jedoch auch möglich, Bohrarbeiten längs der Bordwand des Fahrzeugs durchzuführen,
ohne einen Schlitz zu benutzen. Ferner sei bemerkt, daß sich das erfindungsgemäße
Aggregat auch dann verwenden läßt, wenn eine Tiefbohrung von einer Arbeitsbasis
anderer Konstruktion aus angelegt wird, die sich oberhalb der Wasseroberfläche befindet,
z. B. eines Bohrkahns, der ni-it Füßen versehen ist, welche sich bis zum Meeresboden
erstrecken, oder mit Hilfe einer mit dem Meeresboden fest verbundenen Plattform.
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In F i g. 1 ist dargestellt, auf welche Weise ein Bohrloch 19 angelegt
wird; hierbei erstreckt sich ein Bohrstrang 20 vom Bohrfahrzeug 11 aus in das Bohrloch,
in welchem ein am unteren Ende des Bohrstrangs 20 befestigter Meißel 21 gedreht
wird, um das Bohrloch nach unten zu verlängern. Vor der Benutzung des Meißels 21
wurde mit einem Bohrer von größerem Durchmesser gearbeitet, um die Bohrung 19 bis
zu dem Punkt 22 niederzubringen. Danach wurde das Tragaggregat 25 nach unten auf
den Bohrstrang aufgeschoben, wobei das Standrohr 23 des Tragaggregats in das Bohrloch
19 eingeführt wurde, bis die Basiskonstruktion 24 des Aggregats 25 zur Anlage
am geneigten Meeresboden 13 kam. Das Standrohr 23 trägt auf der Außenseite in Längsabständen
verteilte Zentrierorgane 26, 27 und 28, mittels deren das Standrohr im Bohrloch
19 zentriert wird. Danach wurde Zementmilch über den Bohrstrang 20 oder eine
gesonderte Zementleitung nach unten in das Standrohr gepumpt. Die Zementmilch trat
aus dem unteren Ende des Standrohrs 23 aus und strömte in den Ringraum 30 zwischen
dem Standrohr und der Wand des Bohrlochs nach oben und bildete ein starres Fundament
unter der Basiskonstruktion 24 des Tragaggregats 25 und in der Umgebung des Standrohrs
23.
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Danach wurden die Bohrarbeiten in dem Bohrloch 19 fortgesetzt, wobei
ein am Bohrstrang 20 befestigter kleinerer Meißel 21 im Bohrloch gedreht wurde.
Im Zeitpunkt des Einführens des Standrohrs 23 in das Bohrloch 19 wurde ein Punkt
erreicht, bei welchem die Basiskonstruktion 24 den geneigten Meeresboden 13 berührte;
hierbei kippte die Basiskonstruktion 24 auf ihrem Universalgelenk 32 entsprechend
dem Neigungswinkel des Meeresbodens, während die Achse des Leitrohrs 23 ihre senkrechte
oder im wesentlichen senkrechte Lage beibehielt.
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Gemäß F i g. 2 ist das Universalgelenk 32 gemäß der Erfindung im wesentlichen
als Kugelgelenk ausgebildet, welches das Standrohr 23 mit der Basiskonstruktion
24 verbindet. Die Basiskonstruktion kann in geeigneter Weise ausgebildet
sein; ihre Abmessungen richten sich in einem gewissen Ausmaß nach der Tragfähigkeit
des Bodens in der Umgebung des Bohrlochs und dem von der Konstruktion aufzunehmenden
Gewicht. Die Basiskonstruktion 24 kann z. B. einen Durchmesser von 3 m haben und
aus Doppel-T-Trägern mit einer Höhe von 20 cm bestehen, die ein offenes Gitter bilden.
Gegebenenfalls kann man an der Oberseite oder der Unterseite der Basiskonstruktion
24 Stahlbleche anbringen, um die Auflagefläche zu vergrößern und den Zement von
dem Kugelgelenk 32 fernzuhalten. Da sich jedoch' das Kugelgelenk gewöhnlich bereits
in seiner endgültigen Lage befindet, bevor das Standrohr 23 in das Bohrloch einzementiert
wird, kann man die mit der Oberseite oder der Unterseite der Basiskonstruktion 24
verbundene Platte bzw. die Platten gegebenenfalls fortlassen.
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Die Basiskonstruktion 24 ist in der Mitte mit einer senkrechten Öffnung
versehen, durch welche sich ein Stahlring 33 oder ein oder mehrere andere Tragglieder
in senkrechter Richtung erstrecken, wobei der Ring 33 bzw. die Tragglieder mit der
Basiskonstruktion 24 durch Schweißen oder auf andere Weise verbunden sind. Verstärkungsplatten
oder Stege 34 können sich von dem Ring 33 radial nach außen erstrecken und mit dem
Ring und der Basiskonstruktion 24 verschweißt sein. An der Innenwand des Ringes
33 ist im unteren Teil ein Lagerstück 35 befestigt, das sich aus mehreren Teilen
zusammensetzen oder als durchlaufender Ring ausgebildet sein kann und vorzugsweise
aus Gußstahl besteht. Die Innenfläche 36 des Lagerstücks 35 hat vorzugsweise eine
konkave Form, damit es sich der gekrümmten Außenfläche der Gelenkkugel
37 anpaßt. Da das Standrohr 23 und ein senkrecht stehendes zylindrisches
Gehäuse 38 des Tragaggregats 25 vorhanden sind und sich diese Teile durch die Gelenkkugel
37
oder in sie hinein erstrecken, ist nur ein Teil einer vollständigen Kugel
vorhanden, und dieser Teil kann gleitende Bewegungen gegenüber dem Lagerstück 35
ausführen. Die Kugel 37 ist mit dem Standrohr 23 bei 40 und mit dem Gehäuse 38 bei
41 verschweißt, und das Gehäuse 38 ist am unteren Ende mit Hilfe eines ringförmigen
Bauteils 42 verschlossen, das mit dem Gehäuse bei 44 und mit dem Standrohr
bei 43
verschweißt ist. Es sei bemerkt, das es nicht unbedingt erforderlich
ist, ein Gehäuse 38 als Verstärkung des Standrohrs 23 oberhalb der Kugel 37 vorzusehen,
d. h. daß man das Gehäuse 38 fortlassen könnte; in diesem Fall würde auch das obere
Ende der Kugel 37 mit dem Standrohr 23 verschweißt sein.
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Mit dem Ring 33 sind auf geeignete Weise, z. B. mittels Schrauben
46, geeignete Niederhalter verbunden, die z. B. als Haltestücke 45 ausgebildet sein
können. Die Haltestücke 45 stützen sich mit ihrer Innenfläche 47 an der Außenfläche
der Kugel 37 ab, so daß sich die Kugel nicht nach oben aus dem Ringteil
33 heraus bewegen kann. Während des Betriebs der Bohrung kann es erforderlich
werden, ein Strömungsmittel nach oben durch das Standrohr
23 und
kurz oberhalb der Kugel durch eine Öffnung in der Wand des Standrohrs zirkulieren
zu lassen. Zu diesem Zweck ist ein Rohrstutzen 47 a vorgesehen, der sich durch.
die Wand des Standrohrs 23 und des Gehäuses 38 erstreckt; in das äußere Ende des
Rohrs 47 a ist ein Anschlußstück 48 eingebaut, so daß man gemäß F
i g. 1 einen flexiblen Schlauch 50 oder eine starre Rohrleitung 51 anschließen kann.
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In einem bestimmten Fall hat das Standrohr 23 einen Durchmesser von
51 cm, während der Durchmesser des Gehäuses 38 etwa 1,5 m beträgt. Der Ringraum
52 zwischen dem Standrohr 23 und dem zylindrischen Gehäuse 38 kann vor dem Einbau
des Aggregats mit Zement gefüllt werden, wodurch eine Verstärkung des gesamten Tragaggregats
erzielt wird.
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Gemäß F i g. 3 kann man eine oder mehrere Führungsschienen 53 für
Geräte vorsehen, die von Rippen oder Winkelstücken 54 getragen werden, welche an
die Außenseite des zylindrischen Gehäuses 38 angeschweißt sind. Das obere Ende des
Standrohrs 23 kann mit einem Ring 55 versehen werden, der als Gehänge für einen
Rohrstrang benutzt werden kann oder einem anderen Zweck dient. Zusätzlich ist eine
ringförmige Platte 56 mit dem oberen Ende des Gehäuses 38 und dem oberen Ende des
Standrohrs 23 verschweißt, um die Konstruktion zu verstärken. In das obere Ende
des Standrohrs 23 kann man einen Verrohrungskopf 57 od. dgl. einsetzen und mit Hilfe
geeigneter Verbindungsmittel, z. B. Schrauben 58, festlegen.
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Zwar wurde vorstehend ein sich automatisch einstellendes Tragaggregat
bzw. eine Basiskonstruktion beschrieben, bei der ein Kugelgelenk verwendet wird,
doch sei bemerkt, daß man zwischen der Außenseite des Standrohrs und einer das Standrohr
umgebenden Basiskonstruktion auch ein das Gewicht aufnehmendes flexibles Gelenk
von beliebiger anderer geeigneter Konstruktion vorsehen könnte. Beispielsweise könnte
man eine normale kardanische Aufhängung vorsehen, bei der das Standrohr 23 drehbar
mit einem waagerechten Kardanring verbunden ist, der seinerseits auf der Basiskonstruktion
24 drehbar gelagert ist, wobei die beiden Drehachsen einen rechten Winkel einschließen.