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Anschlußaggregat für Tiefbohrungen Die Erfindung bezieht sich auf
Vorrichtungen zur Verwendung beim Bohren und Fertigstellen von zur Gewinnung von
Öl, bzw. Gas dienenden Unterwasser-Tiefbohrungen in Küstennähe und zum Durchführen
von Arbeiten an solchen Bohrungen; genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Bohrlochanschluß
und ein Mundlochanschlußaggregat zur Benutzung in Verbindung mit einem Unterwasserleit-
oder -standrohr, bei dem es sich um ein Rohr von großem Durchmesser handelt, das
dazu dient, eine Strömungsverbindung von großem Querschnitt zwischen einem Fahrzeug
an der Wasseroberfläche und einem Bohrlochkopfaggregat herzustellen, das auf dem
Boden eines Gewässers oder in einer erheblichen Wassertiefe angeordnet ist.
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Zum Anlegen von Bohrlöchern in großer Wassertiefe benutzt man gewöhnlich
Fahrzeuge der verschiedensten Art, z. B. Bohrkähne, Plattformen od. dgl. Bei einem
bekannten Verfahren wird ein als Unterwasserstandrohr bezeichnetes Rohr von großem
Durchmesser zusammengesetzt und so angeordnet, daß es sich von dem Tiefbohraggregat
nahe dem Boden des Gewässers zu dem Bohrfahrzeug an der Wasseroberfläche erstreckt.
Bei diesem Verfahren dreht sich das Bohrgestänge innerhalb des Unterwasserstandrohres,
und die Bohrspülung zirkuliert längs des Bohrgestänges nach unten durch den Bohrmeißel,
um durch den Ringraum zwischen dem Unterwasserstandrohr und dem Bohrgestänge nach
oben zu strömen und in der üblichen Weise zu dem Bohrfahrzeug zurückzugelangen.
Die Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, die zur Durchführung dieses Verfahrens
geeignet ist.
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Beim Anlegen von Unterwasser-Tiefbohrungen von schwimmenden Bohrfahrzeugen
aus ist es schwierig, eine geeignete Verbindung vorzusehen, die es ermöglicht, das
untere Ende des Unterwasserstandrohres am oberen Ende eines Bohrlochkopfes oder
eines an der Bohrlochmündung angeordneten Bohraggregats so zu befestigen, daß ein
dichter Abschluß erzielt wird. Es ist bereits ein Bohrlochaiischluß bekannt, der
bei an einer Bohrlochmündung angeordneten Bohraggregaten dazu dienen kann, einen
Preventer mit einem Verrohrungskopf zu verbinden und das untere Ende eines Unterwasserstandrohres
mit dem obersten rohrförmigen Teil eines Bohraggregats zu verbinden, z. B. mit einem
Dorn, der mit dem Bohrlochkopfaggregat verbunden und gleichachsig mit dem Preventer
oberhalb desselben angeordnet ist. Bei den bis jetzt bekannten Anschlüssen dieser
Art ist ein hydraulisch zu betätigender Kolben vorgesehen, der dazu dient, auf dem
Anschlußaggregat vorgesehene Verriegelungsorgane zu betätigen, um die Verriegelungsorgane
in Eingriff mit Aussparungen zu bringen, die an einem Bauteil ausgebildet sind,
welches an dem Anschluß angreifen kann. Hierbei erstrecken sich Druckleitungen zum
Betätigen des Kolbens bei diesem bekannten Anschluß zu dem Bohrfahrzeug an der Oberfläche
des Gewässers. Die Anordnung des Betätigungskolbens ist derart, daß die Verriegelungsorgane
des Anschlusses zwangläufig in ihrer Lage gehalten werden, bis das zur Betätigung
dienende Druckmittel zur anderen Seite des Kolbens geleitet wird. Wenn ein solcher
bekannter Anschluß benutzt wird, zeigt es sich beim Anlegen von Tiefbohrungen an
bestimmten Orten, daß sich die Druckmittelleitungen, die sich vom Bohrfahrzeug aus
zu bestimmten Teilen des Bohrlochkopfes erstrecken, im Verlauf der mehrere Wochen
oder Monate in Anspruch nehmenden Bohrarbeiten verstopfen können oder auf unvorhersehbare
Weise beschädigt werden.
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Wenn bei Unterwasser-Tiefbohrarbeiten in Küstennähe ein heftiger Sturm
aufkommt, ist es häufig erwünscht, das Unterwasserstandrohr und den Bohrstrang aus
dem Bohrloch herauszuziehen und diese Teile zum Bohrfahrzeug zurückzuführen, damit
sie nicht beschädigt werden, wenn der Sturm das Bohrfahrzeug gegenüber seiner Verankerung
oberhalb des Bohrlochs versetzt. Diese Arbeiten müssen aus Sicherheitsgründen möglichst
schnell durchgeführt werden. Wenn sich die zum Bohrlochanschluß am unteren
Ende
des Unterwasserstandrohres führende Druckmittelleitung verstopft oder beschädigt
wird, so daß das Druckmittel nicht zugeführt werden kann, um den Anschluß gegenüber
dem Bohraggregat am Mundloch zu entriegeln, ergibt sich eine sehr gefährliche Situation,
wobei möglicherweise erhebliche Teile der Ausrüstung einschließlich des gesamten
Unterwasserstandrohres verlorengehen können.
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Ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Bohrlochkopfanschlusses,
der geeignet ist, am unteren Ende eines Unterwasserstandrohres befestigt und lösbar
mit einem dazu passenden Teil eines Bohrlochkopfes am Boden eines Gewässers verbunden
zu werden, wobei der Anschluß im Wege der Fernbetätigung betätigt werden kann, um
gegenüber dem Bohrlochkopfaggregat zwangläufig entriegelt zu werden.
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Ferner sieht die Erfindung ein Bohrlochkopf-Anschlußaggregat vor,
mittels dessen das untere Ende eines Unterwasserstandrohres lösbar mit dem oberen
Ende eines Bohrlochkopfaggregats am Boden eines Gewässers mit abdichtender Wirkung
verbunden werden kann, ohne daß das Unterwasserstandrohr zwangläufig an dem Bohrlochkopfaggregat
verankert wird, so daß es im Notfall von dem Bohrlochkopfaggregat abgezogen werden
kann.
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Das erfindungsgemäße Bohrlochkopf-Anschlußaggregat umfaßt ein Gehäuse
mit einer durchgehenden axialen Bohrung; dieses Gehäuse kann so angeordnet werden,
daß es ein sich in der Längsrichtung erstreckendes Bauteil des Bohrlochkopfes umschließt,
das mit eitlem durchgehenden axialen Kanal versehen ist; auf der Außenseite des
Bauteiles des Bohrlochkopfes sind Verriegelungsnuten vorgesehen, und das Gehäuse
trägt Verriegelungsorgane, die in und außer Eingriff mit den Verriegelungsnuten
gebracht werden können. Ferner sind Druckfedern vorgesehen, die an den Verriegelungsorganen
angreifen, um diese in die Verriegelungsnuten einzurasten; weiter umfaßt das Aggregat
Betätigungsmittel, die betriebsmäßig mit den Verriegelungsorganen verbunden sind
und dazu dienen, die Verriegelungsorgane in Richtung auf eine zurückgezogene Stellung
zu bewegen, in der sie nicht in die Verriegelungsnuten eingreifen; weiterhin ist
ein System zum Festlegen der Verriegelungsorgane vorgesehen, das geeignet ist, die
Verriegelungsorgane in ihrer zurückgezogenen Stellung festzuhalten; in die innere
Wand des Gehäuses ist ein elastisches ringförmiges Dichtungsorgan eingebaut, das
radial nach innen bewegt und zur Anlage an dem in der Längsrichtung aus dem Bohrlochkopf
herausragenden Bauteil gebracht werden kann, wenn dieses Bauteil in die durchgehende
axiale Bohrung eingeführt worden ist; das Gehäuse weist eine auf der Außenseite
des ringförmigen Dichtungsorgans angeordnete Kammer auf, die mit einer Druckmittelquelle
verbunden werden kann; außerdem ist an der Innenwand des Gehäuses eine Gewichtsaufnahmeschulter
vorgesehen, die sich an dem sich in der Längsrichtung erstreckenden Bauteil des
Bohrlochkopfes abstützen kann, wenn dieses in das Anschlußaggregat eingeführt ist.
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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 in einem schematischen Längsaus-.schnitt ein -schwimmendes
Bohrfahrzeug an der Oberfläche eines Gewässers und ein auf dem Boden des Gewässers
angeordnetes Unterwasser-Bohrlochkopfaggregat; F i g. 2 zeigt in größerem Maßstabe
teilweise in einer Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt das erfindungsgemäße
Bohrlochkopf-Anschlußaggregat; F i g. 3 ist ein in noch größerem Maßstabe gezeichneter
Längsschnitt durch eine Ausbildungsform eines zwangläufig arbeitenden Systems zum
Festhalten der Verriegelungsorgane in ihrer zurückgezogenen Stellung während der
Tiefbohrarbeiten.
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In F i g. 1 ist das Bohrfahrzeug bzw. die Plattform insgesamt mit
11 bezeichnet. Das Bohrfahrzeug 11 kann von beliebiger geeigneter Konstruktion sein,
und gemäß F i g.1 schwimmt es vorzugsweise auf der Oberfläche 12 eines Gewässers
10, und es wird oberhalb einer vorgesehenen Bohrstelle im wesentlichen in einer
festen Position gehalten, und zwar mit Hilfe geeigneter Mittel zum Festlegen der
Position oder dadurch, daß es am Boden 13 des Gewässers 10 mit Hilfe hier
nicht gezeigter Anker verankert ist, die mit Ankerleinen 14 und 15 verbunden sind.
Eine solche Ausrüstung kann benutzt werden, wenn Tiefbohrarbeiten in einer Wassertiefe
von etwa 30 bis etwa 450 m oder darüber durchgeführt werden sollen. Das Bohrfahrzeug
11 ist mit einem geeigneten Bohrturm 16 sowie mit weiteren Hilfseinrichtungen ausgerüstet,
die beim Anlegen einer Tiefbohrung benötigt werden, z. B. einer Hebeeinrichtung
17 und einem Drehtisch 18. Der Bohrturm 16 kann über einem Bohrschlitz oder einer
Bohröffnung 9 angeordnet sein, die sich in der üblichen Weise senkrecht durch das
Fahrzeug 11 erstreckt. Beim Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der
Schlitz 9 des Fahrzeugs 11 zentral angeordnet sein oder sich von einer Seite des
Fahrzeugs aus nach innen erstrecken. Jedoch kann man Bohrarbeiten auch über eine
Seite des Fahrzeugs 11 hinweg ohne Benutzung eines Schlitzes 9 durchführen, z. B.
von einem Teil des Fahrzeugdecks aus, der frei tragend über ein Ende des Fahrzeugs
hinausragt. Ferner sei bemerkt, daß man die erfindungsgemäße Vorrichtung auch benutzen
kann, wenn eine Tiefbohrung von einer beliebigen geeigneten Arbeitsbasis aus angelegt
wird, die über der Wasseroberfläche angeordnet ist, z. B. von einer Bohrinsel aus,
die Füße aufweist, die sich am Boden des Gewässers abstützen, oder von einer Plattform
aus, die ortsfest auf dem Boden des Gewässers angeordnet ist.
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Gemäß F i g.1 umfaßt eine typische Unterwasser-Bohrlochkopfausrüstung
ein Basisteil 21, das auf dem Boden 13 des Gewässers angeordnet und mit Hilfe eines
Kugelgelenks 23 fest mit einem Leit- oder Standrohr oder einer Bohrlochverrohrung
22 von großem Durchmesser verbunden ist. Während der Durchführung der Bohrarbeiten
ist ein Bohraggregat lösbar mit dem oberen Ende eines Tragstücks 24 verbunden, das
seinerseits an der Oberseite des Kugelgelenks 23 befestigt ist. Bei der hier gezeigten
Bohrlochkopfausrüstung ist das Bohraggregat am oberen Ende eines Verrohrungskopfes
25 befestigt, der seinerseits mit dem oberen Ende des Tragstücks 24 verbunden ist.
Die Verrohrung 22, das Tragstück 24 und der Verrohrungskopf 25 bilden praktisch
eine zusammenhängende Rohrleitung, die sich vom Boden 13 des Gewässers aus erstreckt
und durch die hindurch die Bohrarbeiten ausgeführt werden.
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Das hier gezeigte Bohraggregat am Mundloch der Bohrung umfaßt eine
abnehmbare Kupplungs- oder
Bohrhaube 27 von beliebiger bekannter
Konstruktion. Oberhalb der Kupplung 27 ist an dieser ein Preventer 28 mit Schieberplatten
angeordnet; ferner umfaßt das Bohraggregat einen Preventer 29 mit Gummimanschette,
ein flexibles Gelenk 30, eine fernsteuerbare, schnell lösbare Kupplungs- und Abdichtungseinrichtung
31 und ein in Abschnitte unterteiltes Unterwasserstandrohr 32, das sich zu dem Bohrfahrzeug
11 an der Wasseroberfläche 12 erstreckt. Die fernsteuerbare, schnell lösbare Kupplungs-
und Abdichtungseinrichtung 31 wird im folgenden als Bohrlochanschluß bezeichnet.
Gemäß F i g.1 erstrecken sich zwei Hilfsrohrleitungen 39 und 40 von kleinerem Durchmesser
nach unten längs des Bohrlochkopfanschlusses 31, und diese Hilfsrohrleitungen können
leicht mit Hilfe geeigneter herausziehbarer Verbindungen von den Anschlußpunkten
41 und 42 getrennt werden.
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Gemäß F i g. 2 ist der unterste Abschnitt des Unterwasserstandrohres
32 mit einem Aufnahmeteil 32 versehen, das auf einen damit zusammenarbeitenden Abschnitt
43 eines Rohrstücks 34 aufgeschoben werden kann, das mit dem oberen Ende des Bohrlochkopfanschlusses
31 verschraubt ist. Der Abschnitt 43 ist mit konischen Aussparungen 44 zum Aufnehmen
von Verankerungsschrauben 45 versehen, die in den Aufnahmeschnitt 33 eingebaut sind.
Man erkennt, daß die Verankerungsschrauben 45 eine solche Form haben, daß sie durch
einen Taucher mit Hilfe eines Schraubenschlüssels oder mit Hilfe einer Unterwasser-Betätigungsvorrichtung
gedreht werden können.
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Gemäß F i g. 2 umfaßt der Bohrlochkopfanschluß 31 ein Gehäuse 35 mit
einer durchgehenden axialen Bohrung 50, die so bemessen ist, daß sie einen nach
oben ragenden rohrförmigen Dorn oder ein sich in der Längsrichtung erstreckendes
Bauteil 51 des Bohrlochkopfes aufnehmen kann, das mit einem durchgehenden axialen
Kanal versehen ist, wobei das Bauteil 51 am oberen Ende des flexiblen Gelenks 30
befestigt ist. Es sei bemerkt, daß das Bauteil 51 an seinem unteren Ende
mit dem oberen Ende des flexiblen Gelenks 30 oder mit einem beliebigen anderen Bauteil
des Bohraggregats für den Bohrlochkopf verschraubt werden kann. Um die Zeichnung
zu vereinfachen, sind in F i g. 2 die Verbindungsschrauben fortgelassen. Die Außenfläche
des Bohrlochkopfteiles 51 ist mit einer Verriegelungsnut oder mehreren Verriegelungsnuten
52 versehen, welche die Verriegelungsorgane 53 von mehreren Verriegelungsaggregaten
49 aufnehmen können, die an dem Gehäuse 35 angebracht sind. Eine Ausbildungsform
eines geeigneten Verriegelungsaggregats 49 ist in F i g. 2 dargestellt, wo man erkennt,
daß es durch eine Druckfeder 54 betätigt werden kann, durch welche das Verriegelungsorgan
53 ständig in seitlicher Richtung nach innen auf die Längsachse des Anschlusses
31 zu vorgespannt wird. Um die Betätigungsmittel für das Verriegelungsaggregat zu
betätigen, ist eine Druckmittelleitung bzw. eine hydraulische Leitung 55 vorgesehen,
mittels deren ein hydraulisches Druckmittel in das Verriegelungsaggregat 49 gepumpt
werden kann, so daß das Druckmittel auf einen Kolben 56 wirkt, der an einer Stange
58 befestigt ist; die Stange 58 ist mit einem Verriegelungsorgan 53 verbunden, so
daß letzteres aus der Verriegelungsnut 52 herausgezogen und in eine Ruhestellung
gebracht werden kann. Das erfindungsgemäße System zum Festlegen der Verriegelungsorgane
umfaßt gemäß F i g. 3 geeignete zurückziehbare Halteklauen 57, die auf der Stange
58 so gelagert sind, daß sie durch Druckfedern 61 radial nach außen geschwenkt werden
können, um zu verhindern, daß das betreffende Verriegelungsorgan 53 erneut in die
Verriegelungsnut 52 eingerastet wird. Sobald das Verriegelungsorgan 53 aus der Nut
52 herausgezogen worden ist, kann es somit nicht erneut in Eingriff mit der Verriegelungsnut
52 gebracht werden, bis die Vorrichtung zu dem Bohrfahrzeug zurückgeholt und erneut
in die Verriegelungsstellung gebracht worden ist. Um die Halteklauen 57 zurückzustellen,
so daß sich das Verriegelungsorgan 53 wieder in seine Arbeitsstellung bewegen kann,
entfernt man eine abnehmbare Kappe 60, woraufhin man die Halteklauen 57 entgegen
der Kraft der Federn 61 nach innen drückt, so daß sie in dazu passende Aussparungen
62 der Stange 58 eintreten.
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Die innere Wand des Gehäuses 35 ist vorzugsweise ebenfalls mit einer
Sitz- oder Anlageschulter 64 versehen, die zur Anlage an einer damit zusammenarbeitenden
Sitzfläche 65 auf der Außenseite des Bohrlochkopfteiles 51 gebracht werden kann.
Alternativ kann das obere Ende 66 des hohlen Dorns 51 zur Anlage an einer ausgesparten
Auflagefläche 67 gebracht werden, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Außerdem ist die
Außenfläche des Bohrlochkopfteiles 51 vorzugsweise mit einem Satz von Nuten 68 versehen,
in die ein nach innen aufspreizbares, hydraulisch zu betätigendes ringförmiges Dichtungsorgan
71 eingreifen kann. Zwar kann das ringförmige Dichtungsorgan 71 durch die innere
Wand der Bohrung 50 in dem Gehäuse 35 unterstützt werden, doch ist es vorzugsweise
in eine Aussparung des Gehäuses 35 eingebaut, die eine Kammer 72 bildet, in welche
das hydraulische Druckmittel z. B. über eine Leitung 73 eingeführt werden kann,
um das ringförmige Dichtungsorgan 71 radial nach innen zu drücken und es in abdichtende
Anlage an der Außenfläche des Bohrlochkopfteiles 51 zu bringen. Die hydraulischen
Kanäle oder Druckleitungen 55 und 73 sind vorzugsweise mit einer gemeinsamen Druckverteilerleitung
74 verbunden. Wenn das hydraulische Druckmittel der Verteilerleitung 74 von
einer Steuereinrichtung auf dem Fahrzeug 11 aus, d. h. von der Wasseroberfläche
12 aus, zugeführt wird, wird somit das ringförmige Dichtungsorgan 71 gegenüber den
Nuten 68 des Bohrlochkopfteiles 51 nach innen gedrückt, um das Bauteil
51 an seiner Außenfläche abzudichten und eine vorbestimmte Widerstandskraft
von z. B. etwa 2250 kg gegen das Auseinanderziehen der Verbindung aufzubringen;
diese Widerstandskraft entspricht der Kraft, die benötigt wird, um das Bohrlochkopf-Anschlußgehäuse
35 von dem Bohrlochkopftei151 abzuziehen, während das ringförmige Dichtungsorgan
71 noch an das Bauteil 51 angedrückt wird. Gleichzeitig mit der Betätigung des ringförmigen
Dichtungsorgans 71 zum Andrücken desselben an das Bohrlochkopftei151 werden die
Verriegelungsaggregate 49 betätigt, so daß ihre Verriegelungsorgane 53 aus den Verriegelunsnuten
52 herausgezogen werden. Gegebenenfalls kann man gesonderte hydraulische Druckleitungen
vorsehen, die zu der Kammer 72 bzw. den Verriegelungsaggregaten 49 führen.
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Bohrarbeiten können in einer Unterwasser-Tiefbohrung durchgeführt
werden, während der Bohr
lochkopfanschluß 31 in der beschriebenen
Weise angeordnet ist, d. h. wenn das ringförmige Dichtungsorgan 71 betätigt ist
und die Verriegelunsorgane 52 zurückgezogen sind, so daß in einem Notfall das Unterwasserstandrohr
32 (F i g.1) leicht am oberen Ende des zum Bohren dienenden Kopfaggregats von dem
Bohrlochkopftei151 abgezogen werden kann, und zwar auch dann, wenn die hydraulischen
Druckleitungen 55, 73 oder 74 verstopft sind, so daß das ringförmige Dichtungsorgan
71 nicht entspannt bzw. gelöst werden kann.
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Wenn die in F i g. 1 gezeigte Einrichtung anfänglich nach unten zu
dem Bohrlochkopf herabgelassen wird, können die Teile 25, 27, 28, 29 und 30 zusammen
mit dem Bohrlochkopfteil 51 nach F i g. 2 sämtlich miteinander verbunden werden
und von den Verriegelungsorganen 53 herabhängen, die in diesem Zeitpunkt während
des Absenkvorganges in die Ringnuten 52 eingreifen, um eine Verriegelung zu bewirken.
Erst nachdem alle diese Teile abgesenkt und auf dem Bohrlochkopf abgesetzt worden
sind, wird das Druckmittel längs der hydraulischen Verteilerleitung 74 von dem Fahrzeug
11 aus nach unten gepumpt, um das ringförmige Dichtungsorgan 71 des Bohrlochkopfanschlusses
31 zur Anlage an der Außenfläche des Bohrlochkopfteiles 51 zu bringen und die Verriegelungsorgane
53 aus den Verriegelungsnuten 52 auszurasten.