DE1935159B2

DE1935159B2 - STANDING PIPE SYSTEM FOR UNDERWATER DRILLING

Info

Publication number: DE1935159B2
Application number: DE19691935159
Authority: DE
Inventors: Renic Price Tulsa OkIa. Vincent (V.St.A.). E2 Id 9-00
Original assignee: Pan American Petroleum Corp., Tulsa, OkIa. (V.St.A.)
Priority date: 1969-07-08
Filing date: 1969-07-08
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE1935159A1

Description

1 935 15:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steigrohr- Steigrohr abgedichtet ist, das seinerseits am EndeThe present invention relates to a riser pipe which is sealed at the end

anlage zum Unterwasserbohren mit einem Standrohr, gegen die Innenwand des Standrohres abgedichtet ist,system for underwater drilling with a standpipe, sealed against the inner wall of the standpipe,

das sich von einem Schwimmkörper bis unterhalb des Die Kammer wird hydraulisch druckbeaufschlagt undwhich extends from a float to below the chamber is hydraulically pressurized and

Wasserspiegels erstreckt und im Bereich seines unte- erzeugt, da das Standrohr an der Bohrplattfarm fest-Water level extends and in the area of its un- generated, since the standpipe is fixed to the drilling platform farm

ren Endes eine ringförmige Innenschulter aufweist, 5 gelegt ist, im Steigrohr eine Zugbeanspruchung,ren end has an annular inner shoulder, 5 is placed, a tensile stress in the riser pipe,

oberhalb der eine Flüssigkeitssäule ansteht, und mit Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eineabove which there is a column of liquid, and with It is the object of the present invention to provide a

einem Rohraufsatz auf einem Unterwasserbohrloch- Steigrohraiilage der gattungsgemäßen Art zu schaf-a pipe attachment on an underwater borehole riser pipe of the generic type to create

kopf sowie einer gelenkig ausgebildeten Gleitverbin- fen, die ohne besondere Vorrichtungen zur Erzeugunghead as well as an articulated sliding connection, which without special devices for generating

dung zwischen Standrohr und Rohraufsatz, bei wel- von Zugkräften auskommt.between the standpipe and the pipe attachment, which uses tensile forces.

eher ein Rohrstück in einem anderen gleitend ge- ίο Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geführt ist. löst, daß sich das Standrohr bis in die Nähe desrather a piece of pipe slidingly in another. This object is achieved according to the invention is. solves that the standpipe is close to the

Zur Zeit werden allgemein Schwimmkörper, z. B. Unterwasserbohrlochkopfes erstreckt und die Gleit-Schiffe oder Bohrinseln, verwendet, um Bohrlöcher verbh-dung von Rohrstücken des Standrohres und des an unterseeischen Fundstellen zu bohren. Hierbei wird Rohraufsatzes gebildet wird; wobei die oberhalb der das Schiff mit einer unterseeischen Fundstelle durch 15 ringförmigen Innenschulter befindliche Flüssigkeitsein langes Rohr, das sogenannte Steigrohr, verbun- säule auf der gesamten Länge des Standrohres anden, durch welches hindurch Bohrwerkzeuge, Bohr- steht.At present, floating bodies such. B. subsea wellhead extends and the sliding ships or drilling rigs, used to connect boreholes from pipe sections of the standpipe and the to drill at submarine sites. Here pipe attachment is formed; where the above the the ship with a submarine discovery site by 15 annular inner shoulders be liquid long pipe, the so-called riser pipe, connected to the entire length of the standpipe, through which drilling tools, drilling stands.

flüsigkeit usw. zwischen Schiff und Bohrloch geför- Durch diese Ausbildung der Steigrohranlage wirdliquid etc. between the ship and the borehole. This design of the riser system is

dert werden. eine beträchtliche konstruktive Vereinfachung er-be changed. a considerable structural simplification

Der am Meeresboden vorhandene Bohrlochkopf ao reicht, so daß die bisherigen aufwendigen MaßnahmenThe well head ao present on the sea floor is sufficient, so that the previous costly measures

ist gewöhnlich mit einer Ausblassicherung und ande- zur Erzeugung von Zugkräften nicht mehr erforder-is usually no longer required with a blow-out protection and other - to generate tensile forces -

ren Hilfsvorrichtungen versehen. In einer bekannten lieh sind.Ren auxiliary devices provided. In a well-known are borrowed.

Ausführung enthält der obere Teil des Bohrlochkop- Die gelenkige Gleitverbindung kann einen lotrechfes ein Kugellagergelenk, das eine biegsame Verbin- ten Rohransatz geringeren Durchmessers am Standdung zwischen dem Bohrlochkopf und dem Steigrohr 25 rohr aufweisen, dessen oberes Ende abdichtend mit herstellt. Das untere Ende des Steigrohres ist mit dem der ringförmigen Innenschulter verbunden ist, wobei Kugellagergelenk verbunden und kann sich frei um der Rohransatz in dem Rohraufsatz abdichtend gleitdiese Verbindung drehen. Es gibt auch andere Arten bar gelagert ist.Execution contains the upper part of the borehole head The articulated sliding connection can be a perpendicular a ball bearing joint that connects a flexible pipe socket with a smaller diameter to the standing manure have between the wellhead and the riser pipe 25, the upper end of which is sealing with manufactures. The lower end of the riser pipe is connected to that of the annular inner shoulder, wherein Ball bearing joint connected and can slide freely around the pipe socket in the pipe attachment in a sealing manner Rotate connection. There are other types of bar storage.

von Biegegclenken, jednch nimmt die Beliebtheit der Der Rohraufsatz kann den inneren Teil der ge-Kugellagergelenke immer mehr zu. Da Schiff ist zwar 30 lenkigen Gleitverbindung bilden und einen kleineren verankert, führt jedoch eine Vcrtikalbewegung von Durchmesser haben als der äußere, durch das Standwenigen Zentimetern bis zu 6 bis 9 m ov.er mehr aus. rohr geformte Teil, so daß ein Ringraum oberhalb Zum Kompensieren dieser Vertikalbewegung ist in der Innenschulter gebildet wird,
das Steigrohr eine Schlupf- oder Teleskopverbindung Es kann ein Rohrstrang vorgesehen sein, der vom eingebaut. 35 Standrohr getragen wird und dessen obere Öffnungof flexible joints, the popularity of the pipe attachment can increase the inner part of the ball bearing joints. Since the ship is indeed 30 articulated sliding connection form and anchored a smaller one, however, it executes a vertical movement of diameter than the outer one, due to the standing a few centimeters up to 6 to 9 m oval more. tube-shaped part, so that an annular space above is formed in the inner shoulder to compensate for this vertical movement,
the riser pipe a slip or telescopic connection. A pipe string can be provided which is built in from the. 35 standpipe is carried and its upper opening

Wird das herkömmliche Steigrohr lediglich an sei- sich oberhalb des Wasserspiegels befindet, währendIf the conventional riser pipe is only located above the water level while

nem unteren Ende abgestützt, dann verursacht das seine untere Öffnung in den Ringraum mündet.nem lower end supported, then causes its lower opening opens into the annulus.

Eigengewicht, d. h. das Gewicht im Wasser, eine Im allgemeinen sind in dem Ringraum angeordneteDead weight, d. H. the weight in the water, a general are placed in the annulus

axiale Kompression, die vom Wert Null an der Spitze Prallwände vorhanden.axial compression that is zero at the tip of the baffles present.

bis zu einem Höchstwert am Meeresbodenlager zu- 40 Der Rohransatz oder der Rohraufsatz hat vorzugs-up to a maximum value at the seabed bearing.

nimmt. Beim Bohren in tiefem Wasser genügt schon weise eine Wandstärke, die größer ist als die destakes. When drilling in deep water, a wall thickness greater than that of the is sufficient

aus diesem Grunde die Zusammendrückung oder Standrohres.for this reason the compression or standpipe.

Kompression in dem Steigrohr zum Ausknicken des Zweckmäßig ist ein Verstärkungsrohr mit dem Steigrohres. Diesem Ausknicktn wird durch eine auf unteren Ende des den größeren Durchmesser aufweidas obere Ende des Steigrohres zur Einwirkung ge- 45 senden Abschnittes des Standrohres verbunden, erbrachte Zugkraft entgegengewirkt. Zu diesem Zweck streckt sich nach unten über den Rohraufsatz telesind auf dem Schiff besondere Spannvorrichtungen skopartig und schließt eine radiale Öffnung ein.
angeordnet, die mit Zugseilen am oberen Ende des Es können Lagerringe vorhanden sein, die sich Steigrohres, aber unterhalb der Schlupf verbindung zwischen der Innenwand des unteren Endes des Verangreifen. Diese Spannvorrichtungen arbeiten als 50 Stärkungsrohres und der Außenwand des Rohrauf-Daucrspannvorrichtungen. die eine gleichbleibende satzes befinden.Compression in the riser pipe to buckle the. It is useful to have a reinforcement pipe with the riser pipe. This kinking is counteracted by a tensile force applied to the lower end of the section of the standpipe that is exposed to the larger diameter on the upper end of the riser pipe. For this purpose, special clamping devices on the ship extend downwards over the pipe attachment and include a radial opening.
arranged with pull cords at the upper end of the There may be bearing rings, the riser pipe, but below the slip connection between the inner wall of the lower end of the Verangriff. These tensioning devices work as a 50 strengthening tube and the outer wall of the tubular permanent tensioning device. which are a constant rate.

Zugkraft z.uf das Steigrohr ausüben, ungeachtet der Die erfindungsgemäße Steigrohranlage wird nach-Exert tensile force on the riser, regardless of the The riser system according to the invention is

Vcrtikalbewegung des Schiffes. Diese Dauerspann- folgend an einem Äusfühningsbeispiel näher erläutert,Vcrtical movement of the ship. This permanent tension is explained in more detail using an example of execution,

vorrichtungen sind zwar vorteilhaft, sind aber sehr In den Zeichnungen zeigtdevices are advantageous, but are very In the drawings shows

kostspielig und müssen ständig überwacht werden. 55 Fig. 1 eine bevorzugte Ausführung des neuenexpensive and require constant monitoring. 55 Fig. 1 a preferred embodiment of the new

Fin Versagen des Spannsystems kann 711 schweren Steigrohres undFin failure of the clamping system can 711 severe riser and

Unfällen führen. Fig.2 eine Abänderung der in Fig. 1 darge-Accidents. 2 shows a modification of the shown in FIG.

Dem Ausknicken des Steigrohres bei den bekann* stellten Form,The kinking of the riser pipe in the familiar shape,

ten Vorrichtungen wird aber nicht nur dadurch be- F i g. 3 drei Einzetansichten, und zwar istten devices is not only affected by this. 3 three single views, namely is

gegnet, daß durch Spannvorrichtungen Zugkraft« auf 60 Fig. 3A eine vereinfachte Darstellung der Stelg- on the other hand, that by tensioning devices tensile force "on 60 Fig. 3 A a simplified representation of the position

das obere Ende des Steigrohres gegeben werden. Die rohranlage,the top of the riser can be given. The pipe system,

USA.-Patentschriften 3 313 345 und 3 353 851 zei- Fig. 3B ein Kräftediagramm, in welchem die gen. daß die Zugkräfte auch dadurch erzeugt werden vollausgezogene Linie die Gesamtbetastung der Länge können, daß Hydraulikflüssigkeit in eine von einer des neuen Steigrohres nach Fig. 3A —aufgehängt Teleskopverbindung am unteren Ende des Stand- 65 im Meereswasser — ist, und
rohres gebildete Kammer gedrückt wird. Diese Kam- F i g. 3C ist ein herkömmliches Steigrohr mit seimer entsteht dadurch, daß das über das Steigrohr nen in kurzgestrichelten und In langgestrichelten überßeschobene Standrohr an seinem Ende gegen das Linien dargestellten Belastungen,U.S. Patents 3 313 345 and 3 353 851 zei- Fig. 3B shows a force diagram in which the conditions that the tensile forces are also generated by the full line the total length can be measured that hydraulic fluid in one of the new riser pipe according to Fig 3A - suspended telescopic link at the lower end of the stand - 65 in sea water - is, and
tube formed chamber is pressed. This cam- F i g. 3C is a conventional riser pipe with a bucket is created by the fact that the standpipe pushed over the riser pipe in short-dashed and in long-dashed overhanging standpipe at its end against the lines,

I 935 159I 935 159

F ί g, 4 zeigt ein Kräftediagramm, das zum Verständnis und zur Erläuterung des Phänomens dient, und das die verbesserten Bejastungscharakteristiken des neuen Steigrohres zeigt, undF ί g, 4 shows a force diagram that is useful for understanding and serves to explain the phenomenon, and that the improved humidification characteristics of the new riser shows, and

F i g. 5 zeigt eine Abänderung der in F i g. 1 dargestellten Schlupfverbindung.F i g. 5 shows a modification of the one shown in FIG. 1 shown slip connection.

Ein im Wasser 12 schwimmender Schwimmkörper 10 (Fi g. 1), beispielsweise ein Schiff oder eine Bohrinsel, ist oberhalb eines im Meeresboden 14 befindlichen Bohrstranges verankert, dessen Außenrohr 16 an einer Platte oder einem Anker 18 befestigt ist. Das Außenrohr 16 und die Platte 18 sind im Meeresboden verankert. An dem Außenrohr 16 sitzt ein Unterwasserbohrlochkopf 20 mit Ausblassicherungen und den üblichen Sicherheitsvorrichtungen. Am oberen Ende des Bohrlochkopfes 20 befindet sich ein Kugellager- oder Schwenkgelenk 22, das mit dem unteren Ende des Steigrohres zusammenwirkt.A floating body 10 (FIG. 1) floating in the water 12, for example a ship or an oil rig, is anchored above a drill string located in the seabed 14, the outer pipe 16 of which is attached to a plate or an anchor 18. The outer tube 16 and the plate 18 are in the sea bed anchored. An underwater wellhead 20 with blow-out safeguards is seated on the outer pipe 16 and the usual safety devices. At the top of the wellhead 20 is a Ball bearing or swivel joint 22 which cooperates with the lower end of the riser pipe.

Das Schiff 10 hat einen Schacht 24, in welchem die Steigrohrvorrichtung 26 mittels Seilen 29 aufgehängt ist. Für gewöhnlich wird keine Dauerspannvorrichtung in der neuen Steigrohranlage verwendet. Das Steigrohr besteht aus einem oberen Standrohr 30, das von dem Schiff getragen wird und das sich lotrecht mit dem Schiff bewegt, und aus einem unteren Rohraufsatz 32, dessen Sockel mit der Kugel des Schwenkgelenkes 22 verbunden ist. Der untere Rohraufeatz 32 kann sich in bezug auf den Unterwasserbohrlochkopf 20 drehen, kann sich aber in Längsrichtung nicht in bezug auf diesen Bohrlochkopf bewegen.The ship 10 has a shaft 24 in which the riser pipe device 26 is suspended by means of ropes 29 is. Typically, a continuous tensioning device is not used in the new riser system. That The riser consists of an upper standpipe 30 which is carried by the ship and which is plumb moved with the ship, and from a lower tube attachment 32, the base of which with the ball of the swivel joint 22 is connected. The lower tubing attachment 32 can be relative to the subsea wellhead 20, but cannot move longitudinally with respect to that wellhead.

Das untere Ende des oberen Standrohres 30 hat einen Rohransatz 34, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des oberen Rohrabschnittes 36. Der Rohransatz 34 ist im Durchmesser etwa 7,5 bis 15 cm kleiner als der obere Rohrabschnitt 36. Ein Ring 38 verbindet und schließt den Raum zwischen dem oberen Ende des Rohransatzes 34 und dem unteren Ende des oberen Rohrabschnittes 36. D'.e obere Seite des Ringes 38 bildet eine Schulter 40. Der Ring 38 muß nicht flach sein. Der Rohransatz 34 ragt in den unteren Rohraufsatz 32. Zwischen dem unteren Rohraufsatz 32 und dem Rohransatz 34 befinden sich Dichtungen 42. Der lichte Durchmesser das unteren Rohraufsatzes32 kann so groß sein, daß en Gleitsitz zwischen dem Rohraufsatz 32 und dem Außendurchmesser des Rohransatzes 34 vorhanden ist. Der Rohraufsatz 32 hann aber auch den gleichen Durchmesser wie der obere Rohrabschnitt 36 haben. In diesem Falle (Fig. 1) ist eine Einmittungsvorrichtung 44 vorhanden. Der Rohransatz 34 ist so lang, daß er sich der zu erwartenden höchsten Vertikalbewcgung des Schiffes, die beispielsweise 9 bis 12 m beträgt, anpaßt. Der Rohraufsatz 32 hat eine genügend große Länge, um den Rohransatz 34 einwandfrei aufzunehmen.The lower end of the upper standpipe 30 has a pipe extension 34, the diameter of which is smaller than the diameter of the upper pipe section 36. The pipe socket 34 is about 7.5 to in diameter 15 cm smaller than the upper pipe section 36. A ring 38 connects and closes the space between the upper end of the pipe socket 34 and the lower end of the upper pipe section 36. D'.e The upper side of the ring 38 forms a shoulder 40. The ring 38 need not be flat. The pipe socket 34 protrudes in the lower tube attachment 32. Between the lower tube attachment 32 and the tube socket 34 are located seals 42. The clear diameter of the lower tube attachment32 can be so large that en There is a sliding fit between the pipe attachment 32 and the outer diameter of the pipe socket 34 is. The pipe attachment 32 can, however, also have the same diameter as the upper pipe section 36. In this case (FIG. 1) a mediating device 44 is present. The pipe socket 34 is so long that he is the expected highest vertical movement of the ship, which is, for example, 9 to 12 m, adapts. The tube attachment 32 has a sufficient great length to accommodate the pipe socket 34 properly.

Der Biegungswiderstand einer Rohrverbindung, die senkrecht in einer Wassermasse hängt, ist abhängig von dem Durchmesser der Rohre und von deren Wandstärke, Je größer die Durchmesser und je größer die Wandstärken, desto größer ist der Widerstand gegen Biegung. Es ist deshalb vorteilhaft, den Rohransatz 34 und den Rohraufsatz 32 stärker zu machen als das Rohr 3'», so daß die Teile 34 und 32 größeren Biegekräften widerstehen können als das Rohr 36.The resistance to bending of a pipe connection that hangs vertically in a body of water is dependent the diameter of the pipes and their wall thickness, the larger the diameter and the larger the wall thickness, the greater the resistance to bending. It is therefore advantageous to use the To make the tube socket 34 and the tube attachment 32 stronger than the tube 3 ", so that the parts 34 and 32 can withstand greater bending forces than the tube 36.

Die in Fi g. 5 darges^lte Abänderimg erhöht den Widerstand des Steigrohres gegen Biegung an der Schlupfverbindung. Bei dieser Abänderung ist ein Verstärkungsrohr 90 vorhanden, das sich von dem oberen Rohr 36 nach unten über den Rohraufsaw 32 erstreckt. Der Innendurchmesser des Verstärkungsrohres 90 ist etwas größer als der Außendurchmesser S des Rohraufsatzes 32, so daß das Verstärkungsrohr 90 teleskopartig auf dem Rohraufsatz 32 gleitet Lagerringe 92 verringern die gegenseitige Reibung der Rohre. Das obere Ende des Verstärkungsrohres 90 ist mit einer Schweißnaht 94 oder anderweitig amThe in Fi g. 5 shown amendment increases the Resistance of the riser pipe to bending at the slip connection. In this amendment there is a Reinforcement tube 90 is provided extending down from top tube 36 over tube uptake 32 extends. The inside diameter of the reinforcement tube 90 is slightly larger than the outside diameter S of the tube attachment 32, so that the reinforcement tube 90 slides telescopically on the tube attachment 32 Bearing rings 92 reduce the mutual friction of the pipes. The top of the reinforcement tube 90 is with a weld 94 or otherwise on

ίο unteren Ende des oberen Rohres 36 befestigt. Der zwischen dem Verstärkungsrohr 90 und dem Rohransatz 34 vorhandene Ringraum 96 steht in Strömungsverbindung mit der Außenseite der Vorrichtung durch die radialen öffnungen 98. Die Ringe 92 kön-ίο the lower end of the upper tube 36 attached. Of the Annular space 96 present between the reinforcement pipe 90 and the pipe socket 34 is in flow connection with the outside of the device through the radial openings 98. The rings 92 can

nen aber auch in Abständen um den Umfang verteilt im Ringraum zwischen dem Verstärkungsrohr 90 und dem Rohraufsatz 32 eingebaut sein, so daß eine Strömungsverbindung zwischen dem Ringraum 96 und der Außenseite des Steigrohres .orhanden ist. DieNEN but also at intervals around the circumference distributed in the annular space between the reinforcement tube 90 and the pipe attachment 32 be installed, so that a flow connection between the annular space 96 and the outside of the riser .orhanden is. the

so Wand des Verstärkungsrohres 90 w^:rd so stark gewählt, daß der Widerstand gegen Biegung in der Nähe der Schlupfverbindung sehr stark erhöht wird. Die Vorteile der neuen Steigrohrausführung gegenüber üen bekannten Ausführungen werden deutlich, wenn auf mathematischem Wege die Beanspruchung eines von einem Schiff in Wasser hängendes Steigrohr längs seiner Tiefe bestimmt wird. Unter Berücksichtigung der Axialbelastung muß die Normalgleichung für Träger etwas geändert werden, und zwar ist die Gleichung:so the wall of the reinforcement tube 90 w ^: rd is chosen to be so strong that the resistance to bending in the vicinity of the slip connection is increased very greatly. The advantages of the new riser pipe design over known designs become clear when the stress on a riser pipe hanging in water from a ship is determined along its depth using a mathematical method. Taking into account the axial load, the normal equation for beams has to be changed somewhat, namely the equation:

dx*dx *

dx-dx-

x \x \

dx \ dxdx \ dx

Hierin ist
y = Ablenkung des Steigrohres,
χ = Zuwachslänge längs des Steigrohres,
EI = Biegungssteifigkeit des Steigrohres,
P — Axialbelastung im Steigrohr,Is in here
y = deflection of the riser pipe,
χ = length of increase along the riser pipe,
EI = bending stiffness of the riser pipe,
P - axial load in the riser pipe,

q = Seitenbelastung, z. B. Wellen- oder Strombelastung usw. q = side load, e.g. B. wave or current load etc.

EI, P und q können sich mit χ ändern. E ist der Youngs-Modul des im Steigrohr verwendeten Materials. / ist das Trägheitsmoment. EI, P and q can change with χ . E is the Young's modulus of the material used in the riser. / is the moment of inertia.

Wenn P, q und EI sich mit χ ändern, ist eine einwandfreie mathematische Lösung nicht möglich. Zur Erzielung einer angenäherten Lösung der GleichungIf P, q and EI change with χ , a perfect mathematical solution is not possible. To get an approximate solution to the equation

muß die Differentialgleichung unter Verwendung von endlichen Differenzen umgeschrieben werden, wie derartige Techniken beispielsweise bekannt sind aus der Abhandlung »Methods of Mathematical Analysis and Computation«, J. G. Her riot, John Wileythe differential equation must be rewritten using finite differences, such as Such techniques are known, for example, from the treatise "Methods of Mathematical Analysis and Computation, "J. G. Heriot, John Wiley

and Sons, New York, 1963. Die Differentialgleichung kann dann auf einem Computer berechnet werden, wobei zweckdienlich Grenzverhaltnisse angegeben werden, um eine annähernd richtige numerische Lösung zu erhalten. Bei Verwendung oder Anwendungand Sons, New York, 1963. The differential equation can then be calculated on a computer, with appropriate marginal ratios given to get an approximately correct numerical solution. When using or applying

dieser Lösung auf das neue Steigrohr zählt die Axialbelastung P für die Schwimmfähigkeit des Steigrohres in dem umgebenden Wasser und auch für den Bohrschlamm innerhalb des Steigrohres. Bezugsstellen, in denen die Axialbelastung erörtert ist, sind die Ab-This solution to the new riser includes the axial load P for the buoyancy of the riser in the surrounding water and also for the drilling mud within the riser. Reference points in which the axial load is discussed are the

handluneen in »Influence of Tension and Compression of Stroightness and Buckling of Tubular Goods in Oil Wells«, Proceedings, Thirty-first Annual Meeting, American Petroleum Institute, Section IV,Handluneen in “Influence of Tension and Compression of Stroightness and Buckling of Tubular Goods in Oil Wells ", Proceedings, Thirty-first Annual Meeting, American Petroleum Institute, Section IV,

Production, Vol. 31 (1951), ferner »The Influence of dem Ausbuckeln und Biegen durch die Wellen-Production, Vol. 31 (1951), also “The Influence of the Buckling and Bending by the Wave

Pressure on Buckling and Straightness of Tubular belastung widersteht.Resists pressure on buckling and straightness of tubular load.

Goods, and Rods in Welles«, beide von Arthur Die Gesamtwirkung dieser beiden Vorteile ist inGoods, and Rods in Welles, 'both by Arthur The combined effect of these two benefits is in

Lu bin ski, sowie »Helical Buckling of Tubing dem Kurvenbild der Fig. 3 B zum Ausdruck ge-Lu bin ski, as well as “Helical Buckling of Tubing” are expressed in the graph of FIG. 3B.

Sealed in Packer« von Arthur Lublinski, W. S. s bracht. Die kleingestrichelte Kurve SO und die groß-Sealed in Packer ”by Arthur Lublinski, W. S. s brings. The lower-dashed curve SO and the large-

Althouse and J. L. Logan, Transactions of AIME. gestrichelte Kurve 58 zeigen die Gesamtbeanspru-Althouse and J.L. Logan, Transactions of AIME. dashed curve 58 show the total stress

VoI. 225, S. 655. chung in einem Steigrohr, dessen Durchmesser überVoI. 225, p. 655. chung in a riser pipe, the diameter of which is about

Als ein Beispiel seien das in Fig. 3 A dargestellte seine gesamte Länge gleich ist (Fig. 3C). Kurve 52As an example, let that shown in Fig. 3A be the same throughout its length (Fig. 3C). Turn 52

Steigrohr und die Kurvenbilder geprüft, die die Ver- zeigt die Beanspruchung des mit zwei DurchmessernChecked the riser pipe and the graphs showing the stress on the with two diameters

teilung der Axialkraft sowie die Verteilung der auf- io versehenen neuen Steigrohres. Diese Kurven sinddivision of the axial force as well as the distribution of the new riser pipe provided on top. These curves are

tretenden Ausbucklungskräfte im Steigrohr zeigen. nach dem oben erwähnten Verfahren für Steigrohreshow the protruding bulging forces in the riser pipe. according to the above procedure for riser pipes

Wird das Steigrohr so geändert, daß es auf seiner festgestellt, in welchen »α« etwa 40cm und »A« If the riser is changed so that it is determined on its, in which "α" about 40cm and "A"

gesamten Länge den gleichen Durchmesser (Fi g.3 C) etwa 48 cm (Kurve 52), ferner »a« etwa 4!) cnentire length the same diameter (Fig. 3 C) about 48 cm (curve 52), further "a" about 4!) cn

hat, dann ist die Kraft im Steigrohr gleich der Linie (Kurve 50) und »α'« etwa 48 cm (Kurve 55) war. Inthen the force in the riser is equal to the line (curve 50) and "α '" was about 48 cm (curve 55). In

A B (F i g. 4). Das Steigrohr wird am Kopf vom Schiff 15 allen Fällen wurde für das Steigrohr der gleiche Stahl AB (Fig. 4). The riser pipe at the head of the ship 15 in all cases was made of the same steel for the riser pipe

getragen. Die Kraft erhöht sich vom Wert Null am mit einer Wandstärke von 1.27 cm verwendet. Dascarried. The force increases from the value zero on when used with a wall thickness of 1.27 cm. That

Fuß bis zu einem am Kopf vorhandenen Höchstwert Gewicht des Bohrschlammes betrug l,68g/ccm. DieFoot up to a maximum value on the head The weight of the drilling mud was 1.68 g / ccm. the

OB, der eine Kraft ist, die gleich ist dem vollen Ge- gleiche Wasserwellenpcnode und -höhe und die glei- OB, which is a force that is equal to the full equilibrium of the water wave pcnode and height and the same

wicht des Steigrohres abzüglich des Gewichtes des chen Wasserstromdaten wurden für jedes SteigrohrThe weight of the riser minus the weight of the water flow data were obtained for each riser

von dem Steigrohr verdrängten Wassers. Es ist jedoch ao verwendet; q für das Steigrohr mit einem Durchmes-water displaced by the riser. However, it is used ao; q for the riser pipe with a diameter

noch eine andere Kraft vorhanden, die sogenannte ser »A« von etwa 48 cm hatte eine größere SeitenkraftAnother force was also present, the so-called ser "A" of about 48 cm had a greater side force

Ausbucklungskraft. Da die innerhalb des Steigrohres als in dem Falle, in dem das Steigrohr auf seinerBucking force. Since the inside of the riser than in the case in which the riser is on his

vorhandene Bohrflüssigkeit schwerer als Wasser ist, gesamten Länge einen Durchmesser »α« von etwaexisting drilling fluid is heavier than water, its entire length has a diameter »α« of about

ist eine wirksame Ausbucklungskraft im Steigrohr an 40 cm halte, jeuuch war die Seitenkraft gleich bei deman effective bulging force in the riser is hold at 40 cm, but the side force was the same with that

der Schlupfverbindung vorhanden. Diese Kraft hat as Steigrohr, in welchem »α'« etwa 48 cm groß war.the slip connection is present. The riser, in which "α '" was about 48 cm tall, has this force.

die Größe AF, die gleich ist dem Druckunterschied Fig. 3B zeigt, daß die Spannung in dem unterenthe quantity AF, which is equal to the pressure difference Fig. 3B shows that the voltage in the lower

zwischen der innerhalb der Schlupfverbindung Bohr- Abschnitt des Steigrohres um einen Faktor größerbetween the drilling section of the riser pipe within the slip connection by a factor larger

flüssigkeit und dem außerhalb der Schlupfverbindung als 2 abnahm, wenn der Durchmesser des oberenfluid and the outside of the slip connection than 2 decreased when the diameter of the upper

befindlichen Wasser, multipliziert mit der Fläche vom Abschnittes von Steigrohr von 40 auf 48 cm erhöhtwater present, multiplied by the area of the section of riser pipe increased from 40 to 48 cm

Durchmesser »α«. 3o wird.Diameter »α«. 3o will.

F i g. 4 zeigt die Verbesserung, die durch das in Hat das Steigrohr einen Durchmesser von 48 cmF i g. 4 shows the improvement brought about by the riser having a diameter of 48 cm

Fig. 1 und 3A dargestellte Steigrohr mit den beiden auf seiner gesamten Länge (Durchmesser a' inFig. 1 and 3A shown riser pipe with the two over its entire length (diameter a ' in

Durchmessern »/1« und »α« erzielt wird. Die tatsäch- Fig. 3C), so haben die Spannungen die Form derDiameters »/ 1« and »α« is achieved. The actual Fig. 3C), the voltages have the form of

liehe Spannung in dem Steigrohr wird durch die Kurve 55. Dies ist der gleiche Durchmesser wie derThe stress in the riser is indicated by curve 55. This is the same diameter as that

Kurve A CDE wiedergegeben. Punkt C ist die Stelle, 35 Durchmesser A der Fig. 3A. Bei der in Fig. 3CCurve A CDE reproduced. Point C is location 35 diameter A of Figure 3A. When in Fig. 3C

an der der Durchmesser des Steigrohres sich von »α« dargestellten Abänderung ist jedoch keine SchulterHowever, there is no shoulder at the change shown by the change in the diameter of the riser pipe

auf »A« ändert. Der Sprung in der Spannung am wie in Fig. 3A vorhanden. Kurve 55 zeigt, daß einechanges to "A" . The jump in voltage is present at as in Fig. 3A. Curve 55 shows that a

Punkt C auf D ist gleich dem Dnickgefälle zwischen bedeutend größere Spannung etwa an den unterenPoint C on D is equal to the throat gradient between significantly higher stresses approximately at the lower ones

der Bohrflüssigkeit innerhalb des Rohres und dem zwei Dritteln des Steigrohres der Fig. 3C gegenüberthe drilling fluid within the pipe and two-thirds of the riser of FIG. 3C

Wasser außerhalb des Rohres, multipliziert mit der 40 der Ausführung der Fig. 3A vorhanden ist. BeiThere is water outside the pipe multiplied by the 40 of the embodiment of Figure 3A. at

Differenz zwischen den Flächen des Durchmessers allen in F i g. 3 B dargestellten Kurven wurde derDifference between the areas of the diameter all in FIG. 3 B curves shown was the

»/4« und »α« am Punkt C. Da die Bohrflüssigkeit Kopf des Steigrohres am Schiff nicht von außen her»/ 4« and »α« at point C. Since the drilling fluid head of the riser pipe on the ship is not coming from the outside

schwerer ist als das Wasser, ist die tatsächliche Aus- gespannt.is heavier than the water, the actual unwinding is.

bucklungskraft gleich der Kurve F G E. Die an der F i g. 2 zeigt eine andere Ausführung. Das Schiff 10buckling force equal to the curve F G E. The at the F i g. 2 shows another embodiment. The ship 10

Oberfläche auftretende Spannung OE entsteht aus 45 hat einen Schacht 24, in dem das Standrohr 60 auf-Surface tension OE arises from 45 has a shaft 24 in which the standpipe 60 is

dem Gewicht des aufgehängten Steigrohres im Wasser gehängt ist. Das Bohrlochgehäuse ist in F i g. 2 nichtthe weight of the suspended riser pipe is suspended in the water. The well casing is shown in FIG. 2 not

plus der Spannkraft, die aus dem Druckgefälle (Unter- dargestellt, da es in Fig. 1 gezeigt ist Eine S<~tj lupf -plus the clamping force resulting from the pressure gradient (shown below, since it is shown in Fig. 1 A S <~ tj lupf-

schied im Druck der Bohrflüssigkeit und des Wassers) verbindung ist zwischen dem oberen Standrohr 60difference in the pressure of the drilling fluid and the water) connection is between the upper standpipe 60

resultiert, das auf die Differentialfläche A-a oder auf und dem unteren Bohraufsatz 62 vorhanden. Dasresults that exist on the differential surface Aa or on and the lower drill bit 62. That

die Fläche der Ringschulter 40 einwirkt. Die Ände- 50 Standrohr 60 ist im Durchmesser größer als deithe surface of the ring shoulder 40 acts. The change 50 standpipe 60 is larger in diameter than the

rung in der Spannung erfolgt nicht an einer einzigen Bohraufsatz 62, um einen am Standrohr 60 befestig-The tensioning does not take place on a single drill bit 62 in order to attach a to the standpipe 60.

Stelle, wie die Linie CD zeigt, sondern verläuft all- ten Ring 64 aufzunehmen. Der lichte DurchmesseiPlace, as the line CD shows, but extends to accommodate all of the ring 64. The clear diameter

mählich über die gesamte Länge des Steigrohres, da d^$ Ringes 64 hat annähernd die gleiche Größe wiegradually over the entire length of the riser, since the ring 64 is approximately the same size as

der Druck der Bohrflüssigkeit im Steigrohr und der der Außendurchmesser des Rohres 62. Gewünschten-the pressure of the drilling fluid in the riser pipe and that of the outer diameter of the pipe 62.

Dmck des Meerwassers von einem Höchstwert an 55 falls ist eine Dichtung 66 vorhanden. Eine kleineThe pressure of sea water from a maximum value of 55 in case a seal 66 is in place. A small

der Schlupfverbindung zu einem Wert Null an der Sickerung ist jedoch nicht von Nachteil. Die ober«however, the slip connection to a zero value at the seepage is not a disadvantage. The upper «

Oberfläche abnimmt. Bei einer Vergrößerung des Seite des Ringes bildet eine Ringschulter 68. DieseSurface decreases. When the side of the ring is enlarged, an annular shoulder 68 forms

Durchmessers von Steigrohr von »α« auf i>A« wird Schulter erzeugt im Standrohr 60 an der Schlupf -The diameter of the riser pipe from "α" to i> A " creates a shoulder in the standpipe 60 at the slip -

nicht der tatsächliche Ausbucklungsdruck an der verbindung oder an ihrem unteren Ende eine Korn-not the actual bulge pressure at the joint or a grain at its lower end

SchlupfVerbindung geändert, sondern es wird der tat- 60 pressionskraft. Diese Kraft hat die Größe^lF (F i g. 4'Slip connection changed, but instead it becomes the force of action. This force is of the size ^ lF (F i g. 4 '

sächliche Druck von dieser Durchmesseränderung an und ist gleich dem Druck der Bohrflüssigkeit an deineuter pressure from this change in diameter and is equal to the pressure of the drilling fluid at dei

nach oben geändert, so daß eine kürzere Strecke Schlupfverbindung, multipliziert mit der Fläche de:changed upwards so that a shorter distance slip connection, multiplied by the area de:

oder Länge des Steigrohres unter einer auftretenden Schulter 68. Die Ausführung nach F i g. 2 verringeror length of the riser pipe under an emerging shoulder 68. The embodiment according to FIG. 2 reducers

Kompressionsbelastung steht, wie dies bei den Punk- ähnlich wie die Ausführung nach F i g. 1 die GeAs is the case with the points, compression load is similar to the embodiment according to FIG. 1 the Ge

ten H und / auf Linie O angedeutet ist. Al ist bei der 65 samtspannungen, besonders am unteren Ende de:ten H and / on line O is indicated. Al is at 65 velvet tensions, especially at the lower end of the de:

neuen Vorrichtung sehr viel kleiner als AH der be- Standrohres 60, gegenüber der Ausführung, bei denew device much smaller than the AH standpipe 60, compared to the version in de

kannten Anlage. Ein zweiter Vorteil des erhöhten das Steigrohr keine Ringschulter aufweist, d. h., beknew plant. A second advantage of the increased riser pipe has no annular shoulder, i. h., be

Durchmessers ist die erhöhte Biegungssteifigkeit, die dem der Innendurchmesser des oberen RohrabschnitDiameter is the increased flexural stiffness that corresponds to the inner diameter of the upper pipe section

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les der Teleskopverhindung annähernd gleich ist dem Außendurchmesser des unteren Rohrabschnittes.les of the telescopic connection is approximately the same as the outer diameter of the lower pipe section.

Beim Arbeiten der beschriebenen Vorrichtungen wird ein Bohrstrang70 im Steigrohr (Fig. 2) aufgehängt, und Bohrflüssigkeit wird nach unten durch den Bohrstrang hindurch und dann nach oben durch den Ringratini hindurch gefördert. Die nach oben strömende Flüssigkeit nimmt den Bohrf>chlamm oder Bohrschmant mit. Dieser Bohrschmant hat die Neigung, sich in dem zwischen dem Bohraufsatz 62 und dem Standrohr 60 vorhandenen Ringraum 72 zu sammeln. Dieser Nachteil kann verhindert oder weitgehend verringert werden, wenn Flüssigkeit durch eine sich unmittelbar oberhalb der Schulter 68 befindende Öffnung 74 in Umlauf gebracht wird. Dies erfolgt einfach durch einen Rohrstrang 76. der am Steigrohr mittels einer Klammer od. dgl. befestigt ist. Von einer auf dem Schiff 10 befindlichen Pumpe 80 wird Bohrflüssigkeit durch den Rohrstrang 76 hindurchgedriickt. um den Bohrschmant nach oben und aus dem Ringraum 72 herauszufordern. Eine Prallwand 82 sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Axialstromes durch den Ringraum 72 hindurch. Die Hilfsflüssigkeit ist vorzugsweise von der gleichen Art wie die Bohrflüsigkeit. die nach unten durch den Bohrstrang 70 hindurchgefördert wird.When working with the devices described, a drill string 70 is suspended in the riser pipe (Fig. 2), and drilling fluid is passed down through the drill string and then up through the Ringratini promoted through it. The liquid flowing upwards takes the drilling mud or Bohrschmant with. This Bohrschmant has the tendency to be in the between the drill bit 62 and the standpipe 60 existing annular space 72 to collect. This disadvantage can be prevented or largely can be decreased when fluid is passed through an area immediately above shoulder 68 Port 74 is circulated. This is done simply by means of a string of tubing 76 on the Riser pipe by means of a clamp od. The like. Is attached. From a pump 80 located on the ship 10 drilling fluid is forced through the tubing string 76. around the drilling mantle up and to challenge from the annular space 72. A baffle 82 ensures an even distribution of the Axial current through the annular space 72 therethrough. The auxiliary liquid is preferably of the same type like the drilling fluid. which is conveyed down through the drill string 70.

Claims

Patent claims:

1. Riser pipe system for underwater drilling with a standpipe that extends from a floating body Extends to below the water level and an annular one in the area of its lower end Has inner shoulder above which a column of liquid is present, and with a Pipe attachment on an underwater wellhead and an articulated sliding connection between standpipe and pipe attachment, in which one pipe section slides in another is guided, characterized in that the standpipe (30; 60) is up in the vicinity of the subsea wellhead (20) and the sliding connection of pipe sections of the standpipe (30; 60) and the pipe attachment (32; 62) formed '. is, with the above the ring-shaped

towards the inner shoulder (38; 64) located liquid column pending along the entire length of the standpipe (30; 60).

2. Installation according to claim I, characterized in that the articulated sliding connection a vertical pipe extension (34) of smaller diameter on the standpipe (30), the upper End sealingly connected to the annular inner shoulder (38), and the pipe socket (34) is slidably mounted in a sealing manner in the pipe attachment (32).

3. Plant according to claim I, characterized marked. that the Rohtaufsatz (62) forms the inner part of the articulated sliding connection, the a smaller diameter ah the outer one, through the standpipe (60) formed part and thus an annular space (72) above the inner shoulder (64) is formed.

4. Plant according to claim 3, characterized by a pipe string (76). the one from the standpipe (60) is worn and its upper opening is above the water level, while its lower opening opens into the rinsing space (72).

5. Plant according to claim 4, characterized by baffle walls arranged in the annular space (72) (82).

6. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe socket (34) or the pipe attachment (62) has a wall thickness that is greater than that of the standpipe (30, 60).

7. Plant according to claim 2, characterized in that a reinforcing tube (90) with the lower end of the larger diameter section (36) of the standpipe (30) is connected, extends downward over the pipe attachment (32) telescopically and a radial opening (98).

8. Plant according to claim 7, characterized by bearing rings (92) which are located between the Inner wall of the lower end of the reinforcement tube (90) and the outer wall of the tube attachment (32) are located.

For this purpose 2 sheets of drawings 109548/148

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