DE1956328A1

DE1956328A1 - In einiger Entfernung von der Kueste versenkbare Vorrichtung zur Gewinnung und Lagerung von OEl

Info

Publication number: DE1956328A1
Application number: DE19691956328
Authority: DE
Inventors: Davis William A; Stevens James E; Chamberlin Robert S
Original assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Current assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1969-11-08
Publication date: 1971-02-04
Also published as: FR2026906A1; NL6917496A; JPS5018846B1; US3553969A; GB1266247A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, KSIn Anlage Aktenzeichen

zur.Eingabe vom 5. November 196y Sch// Name d. Anm. Chicago Bridge & Iron Co".

In einiger Entfernung von der Küste versenkbare Vorrichtung zur Gewinnung und Lagerung von öl. \ '

Die Erfindung betrifft eine Apparatur und Anlage, die bei der Gewinnung von öl verwendet wird. Die Erfindung betrifft ins- ^; besondere Vorrichtungen und Konstruktionen, die brauchbar sind für die Suche nach öl in einiger Entfernung von der Küste, für das Bohren von Bohrlöchern und für die Lagerung des aus diesen Bohrlöchern gewonnenen Öls. "

Um den stets zunehmenden Bedarf an Petroleumprodukten zu befriedigen, wurde die Suche nach öl und die Gewinnung von öl vom Land auf in einiger Entfernung von der Küste liegende Stellen erstreckt. Die Suche nach öl und die Gewinnung von öl an in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stellen erfordert das Bohren von Bohrlöchern. Während das Bohren von schwimmenden Plattformen aus bewirkt werden kann, ist es im allgemeinen wirksamer, die Bohrplattform oberhalb der Wasseroberfläche auf Teilen abzustützen, die auf dem Boden des Wasserkörpers aufruhen, welcher gewöhnlich der Meeresboden ist. In einiger Entfernung von der Küste angeordnete Bohrplattformen, die durch den Meeresboden abgestützt werden, befinden sich auf der ganzen Welt in ausgedehntem Gebrauch. Die meisten dieser Konstruktionen werden jedoch verwendet, wo das Wasser eine verhältnismäßig geringe Tiefe aufweist, d.h. eine Tiefe von etwa j50 bis 45 m.

Es gibt viele in einiger Entfernung von der Küste liegende Stellen, von denen angenommen wird, daß dort öl gewonnen werden könnte, wo es jedoch erforderlich wäre, das Bohren in verhält-

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nismäßig tiefem Wasser auszuführen, wie z.B. in einer Tiefe von 180 m oder mehr. Die sehr beträchtliche Tiefe des Wassers an solchen Stellen macht die Verwendung der meisten Bohrgerüste oder Bohrtürire unbefriedigend, die. derzeit an in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stellen mit geringer Wassertiefe verwendet werden. Die meisten der nunmehr in Gebrauch befindlichen Konstruktionen können an Stellen mit großer Wassertiefe nicht leicht und sicher angeordnet werden wegen der damit verbundenen technischen Probleme, sowie wegen der mangelnden baulichen.Festigkeit der Anlage, die an Stellen mit geringer Wassertiefe verwendet wird. Es besteht demgemäß ein beträchtlicher Bedarf an.einer Apparatur und Anlage, die an in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stellen mit großer Wassertiefe leicht angeordnet und die zum Bohren nach öl, sowie zum Gewinnen und Lagern des Öls aus"diesen Bohrlöchern verwendet werden kann.

Die Erfindung sieht daher neuartige Konstruktionen vor, die an in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stellen mit großer Wassertiefe zum Bohren und zur Gewinnung von öl verwendet werden können. Die Konstruktionen gemäß der Erfindung ruhen auf dem Boden des Wasserkörpers auf, wie z.B. auf dem Meeresboden, und erstrecken sich senkrecht nach oben bis zu einer Höhe oberhalb der Wasseroberfläche, die mit der Notwendigkeit der Abstützung der Bohr- und Pumpvorrichtung, sowie der verwendeten Hilfseinrichtungen im Verhältnis steht.

Die neuartige Konstruktion gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine langgestreckte Welle, die senkrecht eingestellt ist, wenn sich die Konstruktion in einiger Entfernung von der Kü&e in Stellung befindet. Das untere Ende der Welle ist mit einer entsprechenden Verankerungseinrichtung gelenkig verbunden, die auf dem Boden des Wasserkörpers aufruht und mit demselben in Berührung steht.

Die langgestreckte Welle kann aus einem rohrförmigen Teil, aus einem versteiftenieil oder aus irgendeiner Kombination solcher Teile bestehen. Jedes Ende der Welle kann daher ein rohrförmiger Teil sein, der mit einem in der Mitte angeordneten versteiften Teil verbunden ist. Die Welle kann auch aus mehreren rohrförmigen

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oder versteiften Teilen oder aus einer Kombination solcher Teile bestehen, die in senkrechter Richtung in geringem Abstand voneinander angeordnet sind.

Es ist angezeigt, daß die Gelenkverbindung des unteren Endes der Welle mit der Verankerungseinrichtung aus einer Verbindung besteht, die wenig oder keine seitliche Abweichung oder Bewegung aufweist. Ein Universalgelenk ist als Gelenkverbindung besonders nützlich, obwohl auch ein elastomerer Teil, der eine Schwenkbewegung ermöglicht, zufriedenstellend ist. Die Gelenkverbindung muß eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um den Kräften Widerstand zu leisten, die während des Zusammensetzens der Konstruktion, während des Transports zu einer in einiger Entefernung von der Küste liegenden Stelle, während der Anordnung auf dem Meeresboden und beim späteren Gebrauch sowie unter allen Wetterbedingungen zur Einwirkung kommen.

Das auf dem Boden des Wasserkörpers aufruhende Verankerungsgewicht kann die Form eines Pfahles haben, der in den Boden eingetrieben ist, oder aus einem einfachen Gewicht von genügender Größe bestehen, um das untere Ende der Welle in schwenkbarer Stellung sicher festzuhalten. Das Verankerungsgewicht kann aber auch aus einem Tank bestehen, der an einer entsprechenden Stelle mit einer Gelenkverbindung verbunden ist, wie z.B. mit einem Universalgelenk. Wenn als Verankerungsgewicht ein Tank verwendet wird, mit welchem die Welle mittels der Gelenkverbindung verbunden ist, kann der Tank zum Lagern des aus in einiger Entfernung von der Küste befindlichen Bohrlöchern gewonnenen Öls verwendet werden.

Die langgestreckte Welle wird im wesentlichen durch Auftriebsmittel senkrecht gehalten, die mit der Welle vereinet sind oder einen festen Bestandteil derselben bilden, sowie mittels Verspannungsseilen oder durch eine Kombination von Auftriebsmitteln und Verspannungsseilen. Wegen der Kräfte, die auf die Welle durch Wellen, Meeresströmung und Wind zur Einwirkung kommen, ist es nicht leicht möglich, eine Abweichung der Welle aus der genau senkrechten Stellung zu verhindern. Die Erfindung umfaßt jedoch als ein wichtiges Merkmal die Verwendung von Auftriebsmitteln und/ oder von Verspannungsseilen, um den Winkel der Abweichung der lang-

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gestreckten Welle von der Senkrechten zu verringern^ so daß Leitungsrohre und Bohrlochrohre, die von der Welle abgestützt und in den Meeresboden eingetrieben werden, nicht Überbeanspruchtwerden und brechen.

Wenn Verspannungsseile verwendet werden, können dieselben am einen Ende mit der langgestreckten Welle und am anderen Ende mit der Verankerungseinrichtung am Boden des Wasserkörpers oder mit einer anderen entsprechenden Einrichtung verbunden werden, welche eine übermäßige Schwankung oder Abweichung der langgestreckten Welle verringert.

Die Konstruktion gemäß der Erfindung umfaßt auch Pfähle, welche eine seitliche Bewegung der Verankerungseinrichtung auf dem Boden des Wasserkörpers verhindern. Es ist angezeigt und häufig wichtig, eine seitliche Bewegung der Verankerungseinrichtung zu verhindern, um ein Zerbrechen oder eine Uberbeanspruchung der Leitungsrohre und Bohrlochrohre zu vermeiden. Demgemäß werden die Pfähle im allgemeinen verwendet, um die Verankerungseinrichtung in einer ortsfesten Stellung auf dem Meeresboden festzumachen. Wenn die Leitungsrohre genügend tief in den Boden des Wasserkörpers eingetrieben werden, können dieselben als Pfähle dienen öder neben den Leitungsrohren können getrennte Pfähle verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, P in welchen zeigt:

.Fig. 1 im Aufriß eine Ausführungsform der Erfindung, die an einer in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stelle angeordnet ist,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen teilweisen senkrechten

Längsschnitt des unteren Teils der Konstruktion gemäö Fig. 1 und veranschaulicht das Universalgelenk, welches das Verankerungsgewicht und die langgestreckte senkrechte Rohrwelle verbindet, sowie ein Leitungsrohr zum Bohren des Bohrloches und zur ölgewinnung,

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-Fig. j5 eine schaubildliche Ansicht des Gewichts, welches das unbiegsame Universalgelenk trägt, das in der Konstruktion gemäß den Figuren 1 und 2 verwendet wird,

Fig. 4 eine andere Ausführungsfuorm der Erfindung, bei welcher das langgestreckte Rohr, das sich über die Wasseroberfläche erstreckt, am unteren Ende durch ein Gewicht, welches das unbiegsame Universalgelenk trägt, mit dem oberen Ende eines konischen Tanks verbunden ist, der auf dem Boden des Wasserkörpers aufruht,

Fig. 5 in größerem Maßstab, teilweise im Schnitt, eine Seitenansicht des unteren Teils der Konstruktion gemäß Fig. 4 und veranschaulicht die Leitungsrohre, die zum Bohren des Bohrlochs und zur ölgewinnung verwendet werden.

Die Figuren 6 und 7 veranschaulichen, wie die Konstruktion gemäß den Figuren 4 und 5 auf der Wasseroberfläche zu einer in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stelle transportiert und dann an der gewünschten Stelle versenkt werden kann.

Fig. 8 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein unterer Tank mit einem getrennten inneren Gefäß oder einer Flasche das Versenken der Konstruktion unterstützt. Die Figur zeigt auch Schwimmer, welche bei Schwankung der Welle eine zusätzliche Spannung auf die Verspannungsseile zur Einwirkung bringen, so daß die langgestreckte hohle Rohrwelle stabilisiert wird, die einen Teil der Konstruktion bildet.

Fig. 9 veranschaulicht die Konstruktion gemäß Fig. 8 mit einem anderen System, das auf die abstützenden und stabilisierenden Verspannungsseile eine zusätzliche Spannung zur Einwirkung bringt.

Fig. 10 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, die in mancher Hinsicht jener gemäß Fig. 8 ähnlich ist, bei welcher jedoch ein Teil der langgestreckten Welle als ein versteifter Teil ausgebildet ist, während an jedem Ende rohrförmige Teile angeordnet sind, ,

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Pig. 11 zeigt in größerem Maßstab im Aufriß den unteren Teil der Konstruktion gemäß Fig. 10 und veranschaulicht das Universalgelenk, das den Tank mit der Welle verbindet, das innere Gefäß oder die Flasche im Tank, die einen Teil desselben bildet, sowie die Leitungsrohre und die Stützteile zum Bohren des Bohrlochs und zur ölgewinnung.

Fig. 12 ist ein Querschnitt nach der Linie 12-12 der Fig. 1i und zeigt die speichenartige Anordnung von Rohren, welche das innere Gefäß oder die Flasche relativ zur Wand des Tanks stabilisieren.

Fig. 13 zeigt im Aufriß einen StUzring und die zugehörigen Streben, welche die Leitungsrohre in der Konstruktion gemäß den Figuren 8-10 und 11 an ihrem Platz halten.

Fig. 14 ist eine Vorderansicht des mit Lagerzapfen versehenen, unbiegsamen Universalgelenks, das in der Konstruktion gemäß den Figuren 8-10 und 11 verwendet wird.

Fig. 15 ist eine Seitenansicht des Universalgelenks gemäß Fig.

Fig. 16 veranschaulicht noch eine weitere Ausfiihrungsform tier Erfindung, bei welcher der Tank am unteren Ende der Konstruktion ähnlich jenem ist, der in den Efeuren 8, 9 und 10 gezeigt ist, wobei jedoch die langgestreckte hohle Rohrwelle aus zwei Abschnitten besteht, die durch eine Gelenkverbindung miteinander verbunden sind, während der untere Abschnitt am unteren Ende mit dem Tank eberfalls durch eine Gelenkverbindung verbunden ist.

Die Figuren 17 - 21 zeigen aufeinanderfolgende Phasen des Versenkens der Konstruktion gemäß den Figuren 8-10 und die Anordnung derselben an einer in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stelle.

In den Figuren der Zeichnungen sind identische oder ähnliche Teile möglichst init den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Außerdem sind in den Zeichnungen nur beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

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Pig. 1 veranschaulicht eine Konstruktion gemäß der Erfindung, bei welcher die Welle aus einem langgestreckten hohlen Rohr 10 besteht, das durch eine Gelenkverbindung in Form eines Universalgelenks 11 mit einer Verankerungseinrichtung 12 verbunden ist. Diese kann entweder auf dem Boden 13 des Wasserkörpers 14 aufruhen oder in den Boden 13 eingetrieben werden, so daß dieselbe einen Stützpfahl bildet. Das langgestreckte hohle Rohr 10 kann am unteren Ende offen oder geschlossen sein, je nach dem Gebrauch, für den die Konstruktion bestimmt ist. Um die Notwendigkeit zu vermeiden, für das Rohr 10 dicke Metallwände zu verwenden, ist es im allgemeinen angezeigt, den unteren Innenraum des Rohres 10 stets mit einer Flüssigkeit gefüllt zu halten, wenn dasselbe starken Wasserdrücken ausgesetzt wird. Der leere obere Teil kann in genügendem Maße einen Auftrieb bewirken, um die Abweichung der Weile zu begrenzen. Die Flüssigkeit im unteren Teil kann entweder Wasser aus dem umgebenden Meer oder öl sein, das aus den in dem Bereich befindlichen Bohrlöchern gewonnen wird. Das ganze Rohr 10 kann jedoch mit Luft unter Druck gesetzt werden, vorausgesetzt, daß entsprechende Zwisc&wÜnde.und/oder EndverschlUsse verwendet werden, um den Austritt von Druckluft zu verhindern. Eine solche Unterdrucksetzung des Rohres oder das Füllen desselben mit öl oder Wasser soll dem hydraulischen Druck entgegenwirken, der auf das Rohr durch das Meer ausgeübt wird. Dadurch wird die Herstellung des Rohres aus dünnerwandigem Metall ermöglicht, als sonst erforderlich wäre.

Um die Abweichung oder Schwankung des langgestreckten Rohres 10 durch Wellen, Wind und Strömungskräfte auf ein Mindestmaß herabzusetzen, kann eine Reihe von Verspannungsseilen an ihren oberen Enden mit dem Rohr und an ihren unteren Enden mit entsprechenden Verankerungseinrichtungen verbunden werden, wie z.B. mit einer Reihe von Pfählen, die in den Boden des Wasserkörpers eingetrieben sind. Die Verspannungsseile können mit dem Rohr 10 weit unterhalb der Wasseroberfläche verbunden werden, so daß sie von Schleppern, Lastkähnen und Schiffen nicht berührt und durchschnitten werden.

Gewünschtenfalls kann eine Plattform auf dem oberen Ende des Rohres 10 angeordnet werden. Die Art der verwendeten Zapfform ist von den Vorgängen abhängig, die an der in einiger Entfernung von

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der Küste liegenden Stelle auszuführen sind. Wenn eine Plattform verwendet wird, wird dieselbe im.allgemeinen genügend hoch auf dem Rohr 10 angeordnet, so daß dieselbe nicht durch Wellen beeinflußt wird, ob die Gezeiten hoch oder niedrig sind. Die Konstruktion gemäß Pig. 1, die als ein Rohr dargestellt ist, kann gewünschtenfalls aus einer mit einem offenen Fachwerk versehenen oder einer' versteiften Welle bestehen. Ein Rohr ist jedoch viel mehr zufriedenstellend, weil dasselbe das Versenken der Konstruktion unterstützt und zum Lagern des Öls verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt genauer den unteren Teil der Konstruktion gemäß Fig. 1. Das Verankerungsgewicht 12 ist mit mehreren senkrecht angeordneten Rohrabschnitten 16 versehen, die vollständig durch das Verankerungsgewicht hindurchgehen. Ebenso gehen Rohrabschnitte 17 durch das Ende des Rohres 10 hindurch. Außerdem werden Rohrabschnitte 19 von Flanschen 20 abgestützt, die auf der Innenseite des Rohres 10 in Abständen ausgerichtet angeordnet sind. Nachdem die Konstruktion in einiger Entfernung von der Küste in Stellung gebracht ist, wird das Leitungsrohr 21 durch die Rohrabschnitte 19, 17 und 16 geschoben und ein beträchtliches Stück in den Boden des Wasserkörpers eingetrieben. Hierauf wird Mörtelschlamm 22 im Rohrabschnitt I7 und Mörtelschlamm 23 im Rohrabschnitt 16 angeordnet, um das Leitungsrohr 21 sicher in Stellung zu halten und das Strömen von Flüssigkeit zwischen denselben zu verhindern. Die Leitungsrohre 21, von denen die Konstruktion mehrere aufweist, können zum Bohren von Bohrlöchern und zum Abführen des Öls verwendet werden, sobald das Bohrloch fertiggestellt ist.

Der Innenraum des hohlen Rohres 10 kann gewünschtenfalls zur Lagerung des Öls verwendet werden, das aus den zur Konstruktion gehörigen Bohrlöchern oder aus anderen nahe liegenden Bohrlöchern gewonnen wird. Das öl kann in das Rohr 10 gepumpt werden und wenn sich Wasser in demselben befindet, wird es aus dem Rohr verdrängt in dem Maße, in dem die ölmenge zunimmt. Erforderlichenfalls können entsprechende Ventile vorgesehen werden, damit das Wasser aus dem unteren Teil des Rohres verdrängt wird, wenn dasselbe mit öl gefüllt wird. Solehe Ventile können selbstverständlich auch verwendet werden, um Wasser in das Rohr einzulassen, wenn das öl aus demselben entfernt wird. ·

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Die Figuren 3-5 veranschauliiien eine andere Ausführungsform der Erfindung. Diese AusfUhrungsform ist gekennzeichnet durch ein langgestrecktes Rohr 30* das am unteren Ende durch ein Universalgelenk 32 mit dem Tank 356 verbunden ist. Das länggestreckte Rohr 30 ist mit Verlängerungsteilen 3I versehen, die mit Lagerzapfen verbunden sind. Diese sind ihrerseits mit Lagerzapfen 34 verbunden, welche mit dem oberen Ende 35 des Behälters oder Tanks 36 vereinigt sind. Am oberen Ende des Rohres 30 ist eine übliche Plattform 37 angeordnet. Der Behälter oder Tank 36 ist mit senkrechten beschwerten Wänden 38» (Fig. 5) versehen, die beispielsweise aus Beton bestehen, welcher mit einer Stahlplatte bedeckt ist. Der Boden 39 erstreckt sich bis zu den Wänden und schließt dadurch das Innere des Tanks vom Wasser ab. Mehrere Leitungsrohre

40 erstrecken sich von der Plattform 37 nach unten durch Hülsen

41 im Dach 35 des Tanks 36 und durch Hülsen 42, die im Boden 39 des Tanks angeordnet sind. Die Hülsen 42 gehen durch den Boden 39 des Tanks 36 htidurch. In den Hülsen 41 und 42 wird Mörtelschlamm angeordnet, nachdem die Leitungsrohre 40 in Stellung gebracht sind. Wenn das Rohr 30 nicht den Auftrieb liefert,-der erforderlich ist, um die Abweichung des Rohres innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten, können mehrere Verspannungsseile an ihren oberen Enden mit dem Rohr 30 und an ihren unteren Enden mit mehreren Pfählen 44 verbunden werden, die in den Boden des Wasserkörpers eingetrieben sind. Die Verspannungsseile sollen die Schwankung des Rohres infolge von Wellen, Wind und Strömungskräften des Wassers begrenzen.

Das in Fig. 3 genauer dargestellte Universalgelenk ist unbiegsam, was bedeutet, daß dasselbe sowohl Druckkräften als auch Zugkräften Widerstand leisten kann, ohne in senkrechter oder seitlicher Richtung die räumliche Beziehung zwischen dem Tank 36 und dem unteren Ende des Rohres 30 zu verändern. Das Universalgelenk ermöglicht jedoch eine Schwenkbewegung des unteren Endes des Rohres jJOjj während sich der Tank 36 in ortsfester Stellung auf dem Boden des Wasserkörpers befindet.

Die Figuren 6 und 7 veranschaulichen ein Verfahren, das zum Transport der Konstruktion gemäß den Figuren 3-5 zu einer in einiger Entfernung von der Küste !fegenden Stelle und zum Versen-

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ken an dieser Stelle verwendet wird. Wegen der Schwierigkeit, das Universalgelenk auf dem Meer zusammenzusetzen, um das Rohr mit dem Tank 36 zu verbinden, erscheint es angezeigt, diese Bestandteile mittels des Universalgelenks zu verbinden, während sich dieselben am Strand oder in seichtem Wasser befinden. Die zusammengesetzte Konstruktion wird dann ins Wasser gebracht, während das Rohr ^O und der Tank 36 leer sind, und 2U der Stelle geschleppt, an welcher dieselbe versenkt werden soll. Während des Schleppens nimmt die Konstruktion die in Fig. 6 gezeigte Stellung ein. Wenn die in einiger Entfernung von der Küste liegende Stelle erreicht ist, wird Wasser in den Tank 36 gepumpt und Luft aus demselben abgeführt. Der Tank 36 sinkt langsam in dem Maße, in dem derselbe mit Wasser gefüllt wird. Nachdem der Tank 36 mit Wasser gefüllt ist, wird Wasser in das Rohr JQ gepumpt, das mit Zwischenwänden versehen sein kann, um getrennte Kammern zu bilden, die wahlweise mit Wasser gefüllt werden können, um ein geregeltes Versenken zu erzielen. Eine untere Kammer im Rohr jJO kann daher zuerst mit Wasser gefüllt werden, worauf nacheinander darüberliqgende Kammern gefüllt werden, bis die Konstruktion versenkt ist, um auf dem Boden des Wasserkörpers zu ruhen. Eine oder mehrere obere Kammern im Rohr können einen Auftrieb bewirken, um das Rohr senkrecht zu halten und seinen Abweichungswinkel durch Wellen, Wind und Strömungskräfte zu verringern. Nachdem die Konstruktion auf diese Weise versenkt ist, können auch Verspannungsseile verwendet werden, um das Rohr 30 senkrecht zu halten.

Die in den.Piguen 8-12 dargestellten Konstruktionen zum Bohren und zur ölgewinnung in einiger Entfernung von der Küste unterscheiden sich von den vorstehend beschriebenen hauptsächlich dadurch, daß der untere Tank 50 mit einem inneren Gefäß oder einer Flasche 51 versehen ist, wie Fig. 11 genauer zeigt. Die Flasche 51. ist senkrecht angeordnet und hat einen zylindrischen Hauptteil 4j5, einen halbkugelförmigen Boden 52 und ein kegeis tumpf f örmige s oberes Ende 53· Das untere Ende des Gefäßes oder der Flasche 51 ist mit einem zylindrischen Mantel 5^ versehen, mit dem die inneren Enden von Verstärkungsrohren 55 verbunden sind, welche sich wie Speichen nach außen erstrecken, wie Fig. 12 zeigt, um sich an die mit Beton beschwerten Wände 56 des Tanks 50 anzuschließen. Das obere Ende der Flasche 51 ist von einem ringförmigen Teil 57 (Figuren 11 und 12) umgeben, mit dem das konische Dach 58 des Tanks 50 -10-

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verbunden ist. Der untere Rand des Daches 58 ist mit den zylindrischen Wänden 56 verbunden. Das Gefäß oder die Flasche 51 wird hauptsächlich während des Versenkens der Konstruktion an einer in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stelle verwendet, wie nachstehend beschrieben wird.

Das konische Dach 58 ist mit verstärkenden T-Trägern 59 (Fig. 11) versehen. Außerdem wird der obere Teil 60 (Fig. 11) der Wände 56 des Tanks 50 hohl gelassen, um einen Auftrieb zu bewirken, wenn die Konstruktion versenkt wird.

In den Figuren 8, 9, 11 und 12 ist der Tank 50 mit einer oberen langgefetreckten hohlen rohrförmigen Welle 65 versehen, auf welcher oberhalb der Wasseroberfläche eine Plattform 66 angeordnet ist. Das Rohr 65 ist mit dem Tank 50 durch ein Universalgelenk 67 mit doppelten Lagerzapfen verbunden, das genauer in den Figuren 14 und 15 gezeigt ist.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine langgestreckte Welle 101 aufweist, welche auf dem Tank 50 durch das Universalgelenk 67 abgestützt ist. Die Welle 101 hat einen unteren rohrförmigen Teil 102, einen mittleren versteiften Teil IO3 und einen oberen rohrförmigen Teil 104. Der rohrförmige Teil 102 kann zum Lagern von öl verwendet werden oder derselbe kann beschwert werden, z.B. mit Beton, um den Tank 50 in Stellung zuhalten, wenn derselbe mit öl gefüllt ist. Der obere rohrförmige Teil 104 kann leer gelassen werden, damit derselbe den erforderlichen Auftrieb bewirkt, um die Welle 101 mit begrenzter Abweichung senkrecht zu halten.

Das Universalgelenk 67, das in den Figuren 14 und 15 gezeigt ist und in den Konstruktionen gemäß den Figuren 8-11 verwendet wird, besteht aus einem Lagerzapfenblock 70, welcher zwei Paare von gegenüberliegenden Zapfen aufweist, wobei die Zapfen jedes Paares axial angeordnet sind. Die gegenüberliegenden Zapfen 71a, 71b bilden das eine Paar und die gegenüberliegenden Zapfen 72a, 72b bilden das andere Paar. Zwei Arme 73» die mit dem konischen Ende 74 des Rohres 65 verbunden sind, ragen nach unten und weisen Aufnahmelöcher auf, welche das Paar der gegenüberliegenden Zapfen 71a,

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71b.umgeben und festhalten. Ebenso sind zwei nach oben gerichtete Arme 75, die mit dem oberen konischen Teil 53 verbunden sind, in der Nähe ihrer Enden mit Löchern versehen, welche das Paar der gegenüberliegenden Zapfen 72a, 72b aufnehmen, wodurch das Universalgelenk vervollständigt ist.

Sobald die in den Figuren 8-11 gezeigten Konstruktionen versenkt und an einer in einiger Entfernung von der Küste liegenden Stelle angeordnet sind, werden Leitungsrohre 8Q von der Plattform 66 durch Führungen 81 nach unten vorgeschoben, wie die Figuren 11 und 1j5 deutlicher zeigen. Jede Führung 81 besteht aus einem Metallring 82, der rund um das Rohr 65 durch Streben 83 und 84 abgestützt ist. Der Ring 82 enthält eine Anzahl von rohrförmigen Hülsen 86, welche in demselben angeordnet sind, um die Leitungsrohr 80 aufzunehmen und in Stellung zu halten. Die von den Hülsen 86 gebildeten öffnungen müssen ausgerichtet werden, damit die Leitungsrohre 80 durch dieselben von oben nach unten und in die Reihe der entsprechenden öffnungen 87 vorgeschoben werden können, welche im Ring 57 am oberen Ende der Flasche 5I angeordnet stid. Wie Fig. 11 zeigt gehen die Leitungsrohre 00 durch den Tank 50 hindurch und werden in den Boden des Wasserkörpers eingetrieben.

Wenn Verspannungsseile benötigt werden, um die langgestreckte Welle zu stabilisieren, ist es angezeigt, Veräpannungsseile zu verwenden, welche eine Vergrößerung der Spannung nur bis zu einer vorherbestimmten Grenze zu-lassen, so daß die Spannung des Verspannungsse ils bei weiterer Zunahme der Schwankung der Welle nicht vergrößert wird. Die Verspannungsseilsysterne, die nicht beschrieben werden, da sie keinen Teil der Erfindung bilden, ermöglichen im wesentlichen konstante und geregelte Belastungen der Verspannungsseile, nachdem eine vorherbestimmte Spannung erreicht ist. Dadurch wird die Bildung hoher Belastungen vermieden, die durch Wellenwirkung verursacht werden und welche sonst ein Reißen der Verspannungsseile oder eine zerstörende Schwingungswirkung in der Konstruktion hervorrufen könnten.

Ein solches Verspannungsseilsystem, das verhältnismäßig konstante und geigelte Belastungen ergibt, ist in Fig* 8 dargestellt, gemäß welcher das Verspannungsseil 90 am einen Ende am Rohr 65 und ·

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-am anderen Ende am Pfahl 9I befestigt ist, der in den Boden des Wasserkörpers eingetrieben ist. Zwischen den Enden des Verspannungsseils 90 ist das Seil 9& befestigt, das sich nach oben zu einer hohlen Kugel^^p erstreckt. Mehere solcher durch einen Schwimmer gesteuerten Verspannungsseile werden verwendet, die rund um die Konstruktion angeordnet sind. Wenn staker Wind oder Wellen auf das Rohr 65 einwirken, wird dasselbe in die Stellung 95 verschwenkt, die in Fig. 8 mit unterbrochenen Linien angegeben ist. Dadurch wird das Verspannungsseil in die Stellung 90a bewegt und .der Schwimmer 93 in die Stellung 93a eingetaucht. Infolge der Wasserverdrängung des eingetauchten Schwimmers 93 kommt eine Auftriebskraft auf das Verspannungsseil zur Wirkung, welche dasselbe nach oben zieht, so daß eine verhältnismäßig konstante Belastung des Rohres 65 aufrecht erhalten wird, solange der Schwimmer eingetaucht ist. Während des Eintauchens des Schwimmers 93 wird selbstverständlich die Spannung proportional zu dem vom Schwimmer verdrängten Wasser vergrößert.

Eine andere Verspannungsseilanordnung zur Erzielung konstanter und geregelter Belastungen des Verspannungsseils ist in Fig. 9 dargestellt. Gemäß dieser Figur ist das Verspannungsseil 100 an seinem oberen Ende am Rohr 65 und an seinem unteren Ende am Pf ahl 101 befestigt, der in den Boden des Wasserkörpers eingetrieben ist. Zwischen den Enden des Verspannungsseils 100 ist ein schweres Gewicht 102 angeordnet, das auf dem Boden des Wasserfcörpers aufruht, wenn sich die Rohrwelle 65 in senkrechter Stellung befindet. Wellen, Wind una Wasserströmungen können ein Schwanken des Rohres 65 und eine daraus sich ergebende Zunahme der Spannung im Verspannungsseil 100 bewirken. Wenn dieselbe genügend groß ist, wird sie ein Anheben des Gewichts 102 vom Boden des Wasserkörpers bewirken. Durch eine solche Schwankung kann demnach die Spannung im Verspannungsseil 100 zunehmen, bis sie einen Wert erreicht, der genügend hoch ist, um das Anheben des Gewichts 102 zu bewirken. Nachher ist die Zunahme der Spannung minimal und ergibt eine ziemlich konstante und geregelte Belastung des Verspannungsseils.

Bie Figuren 17-21 zeigen: die aufeinanderfolgenden Phasen des Versenkens der Konstruktionen gemäß den Figuren 8, 9, 10 üttä Ii. '""'""

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Die Konstruktionen gemäß diesen Figuren können ein Rohr oder eine Welle 65 mit einer Länge von etwa 150m und einem Durchmesser von 9 m aufweisen, die durch ein Universalgelenk 67 mit dem Tank 50 verbunden ist, der eine Gesamthöhe von etwa 37*5 m und einen Durchmesser von etwa 60 m aufweist. Die Flasche 51 kann einen Durchmesser von etwa 15 m besitzen. Wie Fig. 17 zeigt, wird die Konstruktion am Strand oder in einem Trockendock zusammengesetzt und dann in einem seichten Bereich zum Schwimmen gebracht, aus dem dieselbe abgeschleppt werden kann. Der Boden des Tanks 50 wird gegen das Wasser hin jeder Zeit offen gelassen, auch nachdem die Konstruktion versenkt worden ist. Im oberen Teil des Rohres 65 wird eine Zwischenwand 120 angeordnet und der Teil 121 desselben wird mit Wasser gefüllt. Die Konstruktion wird dann zur Versenkungsstelle geschleppt. Sobald die Konstruktion diese Stelle erreicht hat, wird die Luft aus dem Tank 50 entfernt, wobei die Flasche 51 und die Lufträume 60 (Fig. 11) in den Wänden des Tanks einen Auftrieb bewirken (Fig. 18). Dann wird der Raum 60 in der Wand 56 mit Wasser gefüllt. Das Wasser aus dem Teil 121 der Rohrwelle 65 wird .entleert und die Flasche 51 wird ungefähr bis zur Hälfte mit Wasser gefüllt, wodurch die Konstruktion bis zu einer Tiefe von ungefähr 60 m versenkt wird und die in Fig· 19 gezeigte Stellung einnimmt. Wenn dann die Flasche 51 vollständig mit Wasser gefüllt wird, und die Welle 65 unter Luftdruck steht,, wird die Konstruktion weiter bis zu einer Tiefe von ungefähr 120 m versenkt, wie Fig. 20 zeigt. Hierauf wird Wasser in die Welle eingefüllt, bis die Konstruktion in einer Tiefe von ungefähr 180 m auf dem Beden des Wasserkörpers aufsitzt, wie Fig. 21 zeigt.

Fig. 16 zeigt eine Konstruktion, die zwei Universalgelenke verwendet. Sine solche.Konstruktion kann noch leichter in tiefem Wasser verwendet werden als eine der vorstehend beschriebenen Konstruktionen. Diese Konstruktion besitzt einen unteren Tank 90 (ähnlich dem oben beschriebenen Tank 50), ein Universalgelenk 9I, welches die Rohrwelle 92 mit dem Tank verbindet, eine Rohrwelle 93, die mit der Welle 92 durch ein Universalgelenk 94 verbunden ist, und eine am oberen Ende der Welle 95 angeordnete Plattform 95. Jede der Rohrwellen 92 und 93 kann zum Lagern von öl verwen-. det werden oder dieselben können den Auftrieb bewirken, indem sie teilweise oder vollständig mit Luft gefüllt werden. Erforder-C 6O/58 -14-, ;· -·■

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lichenfalls können Verspannungsseile 96 und 97 verwendet werden, um die Konstruktion zu stabilisieren. Der Tank 90 kann gegebenenfalls durch ein schweres Gewicht ersetzt werden, wie in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschrieben wurde. Gewünschtenfalls kann die Welle 95 aus zwei oder mehreren Abschnitten bestehen, die durch Universalgelenke verbunden sind.

Die Konstruktionen gemäß der Erfindung, die eine langgestreckte rohrförmige Welle aufweisen, können mit einem Auftriebsabschnitt in der Welle versehen werden, um einen Teil des Gewichts oder das ganze Gewicht der Welle, der Plattform und der Plattformausrüstung aufzuheben, wodurch die auf das Universalgelenk und den Tank wirkenden Kräfte vermindert werden.

Bei der Ausbildung einer Konstruktion gemäß der Erfindung müssen Veränderliche berücksichtigt werden, wie das Gewicht der Konstruktion, die Wassertiefe, die Größe des Auftriebs und die Größe der Druckfunktionen. Diese Veränderlichen beeinflussen die natürliche Periode der Konstruktion und den Abweichungswinkel. Irgendeine besondere Konstruktion soll daher so ausgebildet werden, daß sie eine natürliche Periode aufweist, die größer ist als die zu erwartende natürliche Periode der Druckfunktion. Es ist auch angezeigt, den Abweichungswinkel auf jeder Seite der Senkrechten auf 6 zu begrenzen, damit die Leitungsrohre nicht überbeansprucht werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen beschänkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche

C 6O/5Ö , -15-

009886/0211

Claims

4b Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage · Aktenzeichen zur Eingabe vom 5, November 1969 Sch// Name d. Anm. Chicago Bridge & Iron Co. Patentansprüche

1. . In einiger Entfernung von der Küste verwendbare Konstruktion, die auf dem Boden eines Wasserkörpers abgestützt ist, gekennzeichnet

durch eine langgestreckte Welle, die in einem Wasserkörper aufrecht angeordnet ist,

durch ein Verankerungsgewicht, das auf dem Boden des Wasserkörpers aufruht,

durch eine Gelenkverbindung, welche das untere Ende der Welle mit dem Verankerungsgewicht verbindet, wobei die Gelenkverbindung die Welle abstützen kann und eine Schwenkbewegung der Welle relativ zum ortsfesten Verankerungsgewicht ermöglicht, sowie

durch Mittel, welche die Welle im wesentlichen senkrecht halten.

2. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Welle aus einem hohlen Rohr besteht.

3. Konstruktion nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht auf dem Beden des Wasserkörpers durch Pfähle verankert ist, die mit demselben verbunden sind.

4. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens ein durch die Welle abgestutzter Pfahl von der Oberseite der Wasseroberfläche nach unten in den Boden des Wasserkörpers erstreckt und dadarch ein. Leitungsrohr zum Bohren eines Bohrloches bildet.

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5. Konstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsrohr durch das Verankerungsgewicht hindurchgeht und mit demselben durch Mörtelschlamm verbunden ist.

6. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsgewicht aus einem mit einem Dach versehenen Tank" besteht, der ein bestimmtes Fassungsvermögen aufweist.

7. Konstruktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Dach versehene Tank kreisförmig ist und senkrechte beschwerte Wände aufweist, die sich vom Umfang des Daches nach unten erstrecken.

ö. Konstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr am unteren Ende geschlossen ist.

9. In einiger Entfernung, von der Küste verwendbare Konstruktion, die auf dem Boden eines Wasserkörpers abgestützt ist, gekennzeichnet . ,

durch ein langgestrecktes hohles Rohr, das wenigstens ant unteren Ende geschlossen ist* ; . _tl

durch einen mit einem Dach Ersehenen Tank,, der ein bestimmtes Fassungsvermögen aufweist,

durch ein.unbiegsames Universalgelenk mit einem Paar, Iiagerzapfen, die um 90° zueinander versetzt sind, sowie am unteren Ende des ,_; Rohres und an einem oberen Teil des Daches des Tanks angeordnet sin^', wobei daÄ^Universalgeienk das^G§w4c!k1*vdes -Rohres: abstützen kann und eine Schwenkbewegung des} Rc&res: relativ, ,zu demn^ort^fesfee Tank ermöglicht, sowie

durch vMltteJt-Ä^ der-^

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10. Konstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß*^;e^,fEante tcre_;4srförn(i^: is!t iund ^«Mcrejelitei Beschwe3?t# Wände aufweisfei Möwie dÄß ,de^ Bfden, diea? Tanks auf den Bödeii körpers ^f

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At

1955328

11. Konstruktion nach Anspruch 9* gekennzeichnet durch Rohre zum Füllen des Tanks mit öl durch Wasserverdrängung und zum Entleeren des Öls aus demselben.

"12. Konstruktion nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein durch das Rohr abgestütztes Leitungsrohr; das sich in senkrechter Richtung durch den Tank und in den Boden des Wasserkörpers erstreckt, sowie über die Wasseroberfläche hinausragt, um eine Welle zum Bohren eines Bohrloches aufzunehmen und abzustützen.

1J. Konstruktion nach Anspruch 9* gekennzeichnet durch eine Plattform zum Bohren eines Bohrlochs, welche durch das Rohr oberhalb der Wasseroberfläche abgestutzt wird.

14. Konstruktion nach Anspruch 9* gekennzeichnet, durch Verspannungsseile, die mit dem Rohr verbunden und auf dem Boden des Wasserkörpers verankert sind.

15· Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle aus wenigstens zwei Abschnitte besteht, die durch ein Universalgelenk miteinander verbunden sind.

16. In einiger Entfernung von der Küste verwendbare Konstruktion, die auf dem Boden eines Wasserkörpers abgestützt ist, gekennzeichnet

durch eine langgestreckte Welle, die in einem Wasserkörper senkrecht angeordnet ist,

durch ein Verankerungsgewicht, das auf dem Boden des Wasserkörpers aufruht,

durch eine Gelenkverbindung,. welche das untere Ende der Welle mit dem Verankerungsgewicht verbindet, wobei die Gelenkverbindung die Welle abstützen kann und eine Schwenkbewegung der Welle relativ zu dem ortsfesten Verankerungsgewicht ermöglicht, durch mehrere von der Welle abgestützte Leitungsrohre, die sich von der Oberseite der Wasseroberfläche nach unten in den Boden des Wasserkörpers erstrecken,

durch Pfähle, welche die seitliche Bewegung des Verankerungsgewichts auf dem Boden des Wasserkörpers verhindern, und durch Auftriebsmittel oder Verspannungsseile, welche die Schwankung der langgestreokten Welle aus der senkrechten Stellung auf einen

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Abweichungswinkel beschränken, der die Leitungsrohre nicht überbeansprucht.

17· Konstruktion nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsgewicht aus einem mit einem Dach versehenen Tank besteht, der ein bestimmtes Fassungsvermögen aufweist, und daß die Leitungsrohre durch den Tank hindurchgehen.

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