DE1232087B - Rohrsystem fuer Unterwasser-Tiefbohrungen - Google Patents

Description

isüNDESKEPÜBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

^USLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

E21b

Deutsche Kl.: 5 a - 33/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1232 087
S 100549 VT a/5 a
18. November 1965
12. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohrsystem für eine Unterwassertiefbohrung, und sie sieht insbesondere ein Standrohr vor, das gegen seitliche Bewegungen seines oberen Endes nicht durch eine starre Konstruktion, z. B. ein starres Mantelrohr, abgestützt wird.

Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein in seichtem Wasser angeordnetes Standrohr, das entweder frei stehend angeordnet ist oder durch Seile verspannt ist, die sich vom oberen Teil des Rohrs zum Boden des Gewässers oder zu um das Rohr herum verteilten Verankerungsbojen erstrecken.

Bei Unterwasserbohrungen werden häufig große seitliche Kräfte auf das obere Ende oder den oberen Teil des Standrohrs aufgebracht, z. B. durch Schiffe, Kähne oder andere schwimmende Fahrzeuge, die mit Tiefbohreinrichtungen oder Einrichtungen für die Wartung einer Tiefbohrung ausgerüstet sind; solche Fahrzeuge werden zwar am Boden des Gewässers verankert, aus dem das Standrohr herausragt, doch bringen sie insbesondere bei hohem Wellengang oder unter anderen ungünstigen Wetterbedingungen seitliche Kräfte auf das Standrohr über die Einrichtung auf, welche sich von dem Fahrzeug aus in das Bohrloch hineinerstreckt. Wenn das Wasser, in dem sich das Standrohr befindet, eine relativ große Tiefe aufweist, genügt die Flexibilität des Standrohrs gewöhnlich, um es dem Standrohr zu ermöglichen, den Bewegungen des schwimmenden Fahrzeugs zu folgen, ohne daß die Biegespannungen in dem Teil des Standrohrs, der fest in den Boden des Gewässers eingelassen ist, zu hohe Werte erreichen. In seichten Gewässern ist jedoch das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser des Standrohrs unter den erwähnten Bedingungen ungünstig, d. h. auf das Standrohr können dort, wo es sich in den Boden des Gewässers hineinerstreckt, große Biegebeanspruchungen aufgebracht werden. Um die Gefahr des Abbrechens des Standrohrs bei ungünstigen Witterungsverhältnissen möglichst auszuschalten, werden solche Standrohre bis jetzt durch ein Mantelrohr geschützt, der eine ausreichende Festigkeit besitzt, um den Kräften standzuhalten, die z. B. durch ein schwimmendes Fahrzeug auf das Standrohr aufgebracht werden.

Die Erfindung sieht nunmehr ein Rohrsystem für eine Unterwassertiefbohrung vor, die in einer Formation unter einem Gewässer von geringer Tiefe angelegt ist; dieses Rohrsystem besitzt eine ausreichende Flexiblität, um den Bewegungen eines Kahns oder eines anderen schwimmenden Fahrzeugs folgen zu können, das in der Nähe des Rohrsystems verankert ist; ein solches Fahrzeug kann mit einer Einrichtung

Rohrsystem für Unterwasser-Tiefbohrungen

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij N. V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Wouter Hugo van Eek, Den Haag

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 20. November 1964 (47427)

versehen sein, mittels deren Arbeiten innerhalb des Rohrsystems oder des Bohrlochs ausgeführt werden können. Da es hierbei nicht erforderlich ist, eine feste Konstruktion vorzusehen, ergeben sich nur relativ geringe Kosten für die Herstellung und Wartung der an der Oberfläche befindlichen Ausrüstung einer solchen Tiefbohrung. Das Standrohr kann entweder frei stehend ausgebildet werden oder mit flexiblen Halteeinrichtungen, z. B. Abspannseilen, versehen sein.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Rohrsystem für eine Unterwassertiefbohrung umfaßt ein Standrohr, das sich zwischen einem ersten Niveau unterhalb des Bodens des Gewässers und einem über dem Wasserspiegel liegenden Niveau erstreckt, sowie ein sogenanntes Kellerrohr, welches das Standrohr mit einem freien Ringraum umgibt und sich von einem Niveau oberhalb des Bodens des Gewässers, jedoch unterhalb des Wasserspiegels, zu einem zweiten Niveau unterhalb des Bodens des Gewässers erstreckt, wobei dieses zweite Niveau mit dem zuerst erwähnten Niveau übereinstimmt oder höher liegt als letzteres, und wobei das Kellerrohr mindestens über einen Teil seiner Länge in die unter dem Boden des Gewässers liegende Formation einzementiert ist.

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Das Standrohr setzt sich vorzugsweise aus Ab- gelassen. Wenn die Unterwasserformation 2 nicht

schnitten zusammen, die durch starre Kupplungen verdichtet ist und z. B. aus lockerem Sand oder Ton

miteinander verbunden sind. besteht, wird das Kellerrohr 1 vorzugsweise mit Hilfe

Das Kellerrohr kann an seinem unteren Ende oder von Wasserstrahlen in die Formation eingespült. Zu j

in dessen Nähe mit dem Standrohr verbunden sein. 5 diesem Zweck werden hier nicht gezeigte Düsen nahe j

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- dem unteren Ende des Kellerrohrs angeordnet; diese !

tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbei- Düsen sind im wesentlichen nach unten gerichtet,

spielen näher erläutert. Das Wasser, das den Düsen durch auf dem Bohr-

F i g. 1 zeigt schematisch in einem senkrechten fahrzeug vorgesehene Pumpen zugeführt wird, lockert

Schnitt ein erfindungsgemäßes Rohrsystem; io die Formation 2, wobei gleichzeitig die gelockerten

Fig. 2 ist ein senkrechter Teilschnitt durch das Teilchen der Formation entfernt werden, so daß das

untere Ende einer anderen Ausbildungsform eines Kellerrohr 1 nach unten sinken kann, bis die ge-

Kellerrohrs; wünschte Eindringtiefe erreicht ist. Handelt es sich

Fig. 3 ähnelt F ig. I₁ zeigt jedoch eine andere Aus- bei der Formation 2 um eine feste Formation, wird

bildungsform der Erfindung. 15 ein Loch von ausreichender Tiefe und einem genü-

In Fig. 1 erkennt man ein Kellerrohr 1, das in die gend großen Durchmesser gebohrt, so daß es das

unter Wasser liegende Formation 2 mit Hilfe einer Kellerrohr 1 in der aus F i g. 1 ersichtlichen Lage auf-

Zementschicht 3 einzementriert ist, wobei die nehmen kann.

Schicht 3 eine Verbindung zwischen dem Kellerrohr 1 Nachdem das Kellerrohr in die gewünschte Lage und der Formation 2 herstellt. Ein Standrohr 4 ragt 20 gebracht worden ist, wird es in die Formation 2 auf durch das Kellerrohr 1 in der Weise hindurch, daß bekannte Weise einzementiert, z. B. dadurch, daß sich das obere Ende des Standrohrs, das z. B. eine Zement durch ein Rohr gepumpt wird, das sich von Plattform 5 und einen Bohrlochkopf 6 trägt, oberhalb einem Punkt oberhalb des Wasserspiegels 7 zum der Wasseroberfläche 7 eines Gewässers 15 befindet, unteren Ende des Kellerrohrs 1 erstreckt und mit während das untere Ende des Standrohrs in einer ge- 25 dem Kellerrohr durch einen hier nicht gezeigten eigneten Tiefe innerhalb der Formation 2 angeordnet Packungsring mit abdichtender Wirkung verbunden ist. Das Standrohr 4 kann gegenüber dem Keller- ist. Der zugeführte Zement strömt längs der Außenrohr 1 mit Hilfe geeigneter Abstandsstücke 8 zen- fläche des Kellerrohrs zu der Formation 2, und nach triert werden, die innerhalb des Kellerrohrs 1 nahe dem Erhärten bildet der Zement eine Schicht 3, die dem unteren Ende des Kellerrohrs so angeordnet 30 das Rohr 1 fest mit der Formation 2 verbindet,
sind, daß zwischen ihnen eine Öffnung verbleibt, so Nach dem Entfernen des Zementzuführungsrohrs daß das Standrohr 4 leicht durch diese Öffnung ge- und gegebenenfalls auch des Packungsrings wird der führt werden kann. Die Abstandsstücke 8 können am unteren Ende des Kellerrohrs entstandene Zez. B. mit der Innenwand des Kellerrohrs 1 ver- mentpfropfen 16 mit Hilfe eines an einem Bohrstrang schweißt sein. Der untere Teil des Standrohrs 4 wird 35 befestigten Bohrmeißels durchbohrt, wobei der Bohrmit Hilfe einer Zementschicht 9 in die Formation 2 meißel bis zur gewünschten Tiefe vorgetrieben wird, einzementiert. Der obere Teil des Kellerrohrs 1 er- Danach werden der Bohrmeißel und der Bohrstrang streckt sich zu einem Niveau oberhalb des Bodens 10 aus dem Loch entfernt, und ein Standrohrstrang 4 des Gewässers 15, um das Eindringen von Schmutz wird in das so hergestellte Bohrloch eingeführt. Hierund Zement in das obere Ende des Kellerrohrs und in 40 auf wird eine Zementtrübe über das Standrohr 4 mit den Ringraum 14 zwischen den Rohren 1 und 4 zu Hilfe von auf dem Bohrfahrzeug angeordneten Zeverhindern. Gegebenenfalls kann man ein Verschluß- mentpumpen zugeführt; dieser Zement fließt nach organ 11, z.B. eine Kappe oder einen Deckel, auf unten zum Boden des gebohrten Lochs und dann dem oberen Ende des Kellerrohrs 1 anordnen, wie es nach oben durch den Ringraum an der Außenseite in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. 45 des Standrohrs 4 zum Inneren des Kellerrohrs 1. Die Wenn die Kappe bzw. der Deckel 11 von starrer Kon- Menge des zugeführten Zements wird unter Berückstruktion ist, soll sein Außendurchmesser genügend sichtigung des Rauminhalts des Ringraumes am Umgroß gewählt werden, so daß ein ringförmiger Spalt fang des Standrohrs 4 berechnet, und man führt vorzwischen dem oberen Ende des Kellerrohrs 1 und zugsweise eine Zementmenge zu, die ausreicht, um dem nach unten ragenden Rand des Deckels 11 vor- 50 auch den unteren Teil des Kellerrohrs zu füllen, wie handen ist, damit sich das Standrohr 4 gegenüber es in F i g. 1 gezeigt ist. Nach dem Erhärten bildet die dem Kellerrohr 1 an dessen oberem Ende ungehin- Zementschicht 9 eine Verbindung zwischen dem dert nach allen Seiten bewegen kann. Standrohr 4 und der Formation 2, und wenn der

Gegebenenfalls kann das obere Ende des Stand- Zement auch den unteren Teil des Kellerrohrs ausrohrs 4 seitlich durch Abspannseile 12 abgestützt 55 gefüllt hat, besteht auch eine feste Verbindung zwiwerden, die jeweils an einem Ende auf geeignete sehen den beiden Rohren 1 und 4. Diese letztere Ver-Weise mit dem Standrohr verbunden und mit ihrem bindung bildet jedoch nicht ein wesentliches Merkanderen Ende am Boden 10 des Gewässers 15 mit mal der Erfindung.

Hilfe geeigneter, hier nicht gezeigter Mittel verankert Da die Länge des Standrohrs 4 stets die Länge

werden. 60 eines normalen Rohrabschnitts überschreitet, wird

Das das Standrohr 4 und das Kellerrohr 1 um- das Standrohr vorzugsweise aus mehreren Rohrfassende Rohrsystem wird in der nachstehend be- abschnitten zusammengesetzt, die durch starre Kuppschriebenen Weise in die Unterwasserformation 2 ein- lungen, z. B. Schraubkupplungen, miteinander vergebaut, bunden werden. Diese Kupplungen oder Verbindun-

Nachdem ein hier nicht gezeigtes Bohrfahrzeug an 65 gen, die auch auf andere Weise hergestellt werden

der vorgesehenen Bohrstelle verankert worden ist, können, z. B. durch Verschweißen benachbarter

wird das Kellerrohr 1 in senkrechter Lage von dem Rohrabschnitte, sind in den Zeichnungen nicht dar-

Bohrkahn aus zum Boden 10 des Gewässers herab- gestellt, da sie als solche bekannt sind. Die Rohr-

abschnitte werden in dieser bekannten Weise während des Absenkens des Standrohrs 4 in das Bohrloch miteinander verbunden.

Die Abstandsstücke 8 erweisen sich als vorteilhaft, da sie den Bohrmeißel und den Bohrstrang und später auch das Standrohr 4 längs der Achse des Kellerrohrs 1 führen, so daß das Standrohr während seines normalen Gebrauchs maximale Bewegungen in allen Richtungen gegenüber dem Kellerrohr ausführen kann.

Die Abstandsstücke 8 können fortgelassen werden, wenn ein Kellerrohr 1 verwendet wird, dessen unterer Teil in der in Fig. 2 gezeigten Weise geformt ist. Gemäß F i g. 2 ist ein kurzes Rohr 17 von kleinem Durchmesser mit einem längeren Rohr 19 von größerem Durchmesser durch ein hohles kegelstumpfförmiges Bauteil 18 verbunden. Der Innendurchmesser des engeren Rohrs 17 ist größer als der Außendurchmesser des Standrohrs 4 und auch größer als der Außendurchmesser des hier nicht gezeigten Bohrmeißeis, mittels dessen das Loch gebohrt wird, in welches das Standrohr 4 abgesenkt werden soll. Wenn man den Packungsring, durch den sich das Zementzuführungsrohr zur Herstellung der Zementschicht 3 erstreckt, in dem engeren Rohr 17 anordnet, wird der hohle kegelstumpfförmige Abschnitt 18 von dem Zement frei gehalten, so daß er dazu dienen kann, den Bohrmeißel und das Standrohr 4 zu zentrieren bzw. zur Mitte des Kellerrohrs 1 zu führen.

Nachdem das Standrohr 4 in der beschriebenen Weise eingebaut worden ist, wird die Tiefbohrung in der üblichen Weise über die obere Öffnung des Standrohrs mit Hilfe der auf dem Bohrfahrzeug angeordneten Bohreinrichtung angelegt. Nach der Fertigstellung des Bohrlochs bzw. nach dem Anbringen eines Bohrlochkopfes 6, wie es in F i g. 1 angedeutet ist, kann man Abspannseile 12 anbringen, um das obere Ende des Standrohrs gegenüber dem Gewässerboden 10 flexibel zu verankern. Die Abspannseile 12 bilden jedoch keinen wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäßen Anordnung. Gegebenenfalls kann man eine Plattform 5 am oberen Ende des Standrohrs 4 anordnen.

Es liegt auf der Hand, daß man den Einbau des Kellerrohrs 1 und des Standrohrs 4 sowie die nachfolgenden Arbeiten zum Anlegen und Fertigstellen der Tiefbohrung auch von einer Plattform aus durchführen kann, die an Stelle eines Bohrfahrzeugs verwendet wird und sich z. B. mit Füßen am Gewässerboden 10 abstützt. Nach der Fertigstellung des Bohrlochs wird die Plattform entfernt, und die erforderlichen Wartungsarbeiten werden an dem Bohrloch von einem schwimmenden Fahrzeug aus durchgeführt; hierbei verhindert die Flexiblität des Standrohrs 4, daß das Standrohr abknickt oder bricht, wenn das schwimmende Fahrzeug bei starkem Wellengang in Berührung mit dem Standrohr kommt.

Eine weitere Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Rohrsystems ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall ist eine Rohrkombination, die ein Standrohr 4 und ein Kellerrohr 1 umfaßt, wobei das Kellerrohr an dem Standrohr befestigt ist, in die Formation 2 eingebaut worden. Um ein leichtes Hantieren mit dieser Kombination zu ermöglichen, kann man das Kellerrohr 1 und mindestens einen Teil des davon umgebenen Standrohrs 4 als zusammenhängende Konstruktion ausbilden; im übrigen setzt sich, das Standrohr aus Rohrabschnitten zusammen, die durch starre Rohrkupplungen, z. B. Schraubkupplungen, miteinander verbunden werden können. Das untere Ende des Standrohrs 4 wird in die Formation 2 eingespült, wobei sich das Kellerrohr zusammen mit dem Standrohr nach unten bewegt. Weitere Rohrabschnitte werden mit dem oberen Ende des Standrohrs verbunden, bis die Rohrkombination die gewünschte Lage erreicht hat, bei der sich das obere Ende des Kellerrohrs 1 oberhalb des Bodens 10 des Gewässers 15 befindet. Dann wird eine Zementtrübe durch das Rohr 4 oder ein in diesem angeordnetes Leitungsrohr zu dem Raum an der Außenseite der Rohre 1 und 4 gepumpt, so daß eine Zementschicht 13 entsteht, die nach ihrer Erhärtung die Rohrkombination fest mit der Formation 2 verbindet. Die Arbeiten zum Anlegen der Tiefbohrung und zu ihrer Fertigstellung werden vom oberen Ende des Standrohrs 4 aus durchgeführt, daß sich oberhalb des Wasserspiegels 7 befindet.

Um zu verhindern, daß sich der Ringraum 14 zwischen dem Standrohr 4 und dem Kellerrohr 1 mit Fremdkörpern oder unerwünschtem Material wie Sand, Schmutz und Zement füllt, wobei solche Stoffe seitliche Bewegungen des Standrohrs im oberen Teil des Kellerrohrs verhindern würden, wird das obere Ende des Kellerrohrs in einem geeigneten Abstand über dem Gewässerboden 10 angeordnet. Gegebenenfalls kann man das obere Ende des Ringraums 14 in der in F i g. 1 angedeuteten Weise mit einem Deckel oder einer Kappe 11 verschließen; alternativ kann man gemäß F i g. 3 eine flexible Membran 20 vorsehen, die das Eindringen unerwünschter Stoffe in den Ringraum 14 verhindert, jedoch seitliche Bewegungen des Standrohrs 4 innerhalb des Kellerrohrs 1 zuläßt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Rohrsystem für Unterwassertiefbohrungen, gekennzeichnet durch ein Standrohr (4), das sich zwischen einem ersten Niveau unterhalb des Bodens (10) eines Gewässers (15) zu einem Niveau oberhalb des Wasserspiegels (7) erstreckt, sowie ein Kellerrohr (1), welches das Standrohr mit einem freien Ringraum (14) umgibt und sich von einem Niveau oberhalb des Bodens des Gewässers, jedoch unterhalb des Wasserspiegels, zu einem zweiten Niveau unterhalb des Bodens des Gewässers erstreckt, wobei das zweite Niveau mit dem ersten Niveau übereinstimmt oder höher liegt als letzteres, und wobei das Kellerrohr mindestens über einen Teil seiner Länge in die unter dem Boden des Gewässers liegende Formation (2) einzementiert (3) ist.

2. Rohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Standrohr aus Rohrabschnitten zusammensetzt, die durch starre Kupplungen miteinander verbunden sind.

3. Rohrsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kellerrohr (1) an seinem unteren Ende oder in dessen Nähe mit dem Standrohr (4) verbunden ist.

4. Rohrsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (14) zwischen dem Standrohr (4) und dem Kellerrohr (1) am oberen Ende des Kellerrohrs oder in dessen Nähe durch ein Verschlußorgan (11, 20) abgeschlossen ist, das keine starre Verbindung zwischen den beiden Rohren bildet.

5. Rohrsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan durch eine flexible Membran (20) gebildet wird.

6. Rohrsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr (4) in den

Teil der Formation einzementiert ist (9), der unter dem unteren Ende des Kellerrohrs (1) liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 369 946.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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