DE19702984C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere für Schürf- und Gewinnungsbohrungen, in den Meeresboden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere für Schürf- und Gewinnungsbohrungen.

Schürfbohrungen werden zum Zwecke der Untersuchung von Lagerstätten vorgenommen und sollen eine Probenentnah­ me des in der Lagerstätte vorhandenen Materials ermögli­ chen. Schürfbohrungen werden insbesondere dann niederge­ bracht, wenn die Lagerstätte in größerer Teufe ansteht und/oder über der Lagerstätte befindliche Gewässer wie Seen oder Meere das Abteufen von Schürfschächten nicht zulassen.

Gewinnungsbohrungen dienen dem Herauslösen des Lager­ stätteninhalts aus Bodenschichten. Beispielhaft für Gewin­ nungsbohrungen sei der Abbau von auf dem Meeresboden la­ gernden marinen Sedimenten mit Diamanteinschlüssen erläu­ tert. Solche Ablagerungen, die Diamanten enthalten, haben sich meist vor Flußmündungen in Gestalt nicht allzu gro­ ßer, auf felsigem Grund ausgebreiteter Schichten gebildet.

Zum Abbau des diamanthaltigen Sedimentmaterials werden meist Vorrichtungen eingesetzt, die einen Bohrkopf umfas­ sen, welcher mit Hilfe eines sich von einer schwimmenden Plattform aus erstreckenden, verlängerbaren Bohrgestänges bis zum Meeresboden abgesenkt wird. Unter schwimmender Plattform ist jede Einrichtung zu verstehen, deren Höhe über dem Meeres- bzw. Seeboden von dem momentanen Wasser­ stand abhängt. Insbesondere kommen hierfür Bohrschiffe in Betracht.

Um den Bohrkopf in die für den Bohrvorgang benötigte Rotationsbewegung zu versetzen, ist dieser entweder dreh­ fest an dem Bohrgestänge angeordnet und dieses wird mit Hilfe eines oberhalb der Plattform angeordneten Drehan­ triebes (Kraftdrehkopf) in Rotation versetzt, oder der Bohrstrang ist, an der Plattform drehfest gelagert und es ist ein Antrieb vorgesehen, welcher den Bohrkopf gegenüber dem Bohrstrang in Rotation versetzt.

Der während des Bohrvorgangs gelockerte Abraum wird meist durch sogenanntes "Gegenspülen" - beispielsweise durch Anwendung des bekannten Lufthebeverfahrens - durch das Innere des Bohrstranges bis auf die Plattform geför­ dert, wo er über einen am oberen Ende des Bohrstranges vorgesehenen, mit dessen Innenvolumen in Verbindung ste­ henden Rohrkrümmer Einrichtungen zugeführt wird, in denen die Trennung von Diamanten und Abraum in bekannter Weise erfolgt.

Da ein befriedigendes Bohrergebnis voraussetzt, daß die mit mindestens einem Schneidwerkzeug ausgerüstete Stirnseite des Bohrkopfes während des Bohrvorganges stets mit einem etwa konstanten Vortriebsdruck an der Bohrungs­ stirnseite anliegt, umfaßt die Plattform eine Einrichtung, die eine beispielsweise durch Meeresdünung hervorgerufene vertikale Bewegung der Plattform erlaubt, ohne daß hier­ durch die Vortriebskraft nennenswert schwankt oder der Bohrkopf gar von dem Boden abgehoben wird. Derartige Ein­ richtungen umfassen meist mit einem relativ großen Aus­ gleichsvolumen verbundene pneumatische oder hydro-pneuma­ tische Kolben/Zylindereinrichtungen, die beispielsweise zylinderseitig mit dem Bohrstrang, kolbenseitig mit einer den Bohrstrang tragenden Einrichtung, beispielsweise einem Bohrturm, verbunden sind. Durch das mit den Zylindern verbundene Ausgleichsvolumen kann die Plattform vertikale Bewegungen ausüben, ohne daß sich die Kraft, mit der das Bohrwerkzeug an dem Boden anliegt, wesentlich verändert. Liegt der Befestigungspunkt der Kolben/Zylindereinrichtun­ gen plattformseitig unterhalb derjenigen an dem Bohr­ strang, so kann durch Einstellung des Druckes in den Aus­ gleichsbehältern der Anpreßdruck des Bohrkopfes auf den Meeresboden von maximal der resultierenden Gewichtskraft auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Zwar finden derartige Einrichtungen zum Ausgleich von Vertikalbewegungen der Plattform vielfach seit längerem Anwendung, nachteilig ist jedoch, daß der Bohrstrang min­ destens um den halben maximal zu erwartenden Hub der Ver­ tikalbewegung der Plattform - bezogen auf ihre Mittellage - aus ihrer Oberseite herausragen muß, und auch erst in dieser Höhe der zur Abgabe des Abraums an die Trennein­ richtung erforderliche Rohrkrümmer angebracht werden kann. Denn hierdurch verlagert sich einerseits der Schwerpunkt der Plattform erheblich nach oben, wodurch das "Wetterfen­ ster", in dem die Plattform zum Einsatz kommen kann, redu­ ziert wird, zum anderen muß der Abraum bis in die Höhe des Rohrkrümmers gefördert werden. Dies ist insbesondere mit einem hohen Energieaufwand verbunden, wenn sich die Platt­ form gerade auf ihrem niedrigsten Niveau, beispielsweise in einem Wellental befindet, da der Energieaufwand von der Höhe des Rohrkrümmers über der Wasseroberfläche abhängt.

Aus der US-PS 3,319,726 ist eine Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrungen in den Meeresboden bekannt, bei welcher der Bohrstrang zum Ausgleich der Vertikalbewe­ gung der Plattform zwei relativ zueinander axial ver­ schiebbare, teleskopartig ineinandergreifende Bohrstrang­ teile umfaßt. Der Lagerung von innerem und äußerem Bohr­ strangteil dient eine aufwendige, mehrere Dichtungen und Schwimmkolben zum Druckausgleich umfassende Einrichtung, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und gegen das Eindringen von Sediment vollständig nach außen gekapselt ist. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, daß sie auf­ wendig in ihrer Herstellung und wegen des komplizierten Aufbaus störanfällig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß diese Nachteile verbessert sind.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 wiederge­ gebene Verfahren und durch die in Anspruch 5 wiedergegebe­ ne Vorrichtung gelöst.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Bohrstrang aus mindestens zwei teleskopartig ineinander­ greifenden Strangteilen besteht, die bei einer vertikalen, beispielsweise durch die Meeresdünung induzierten Bewegung der Plattform eine Relativbewegung zueinander ausüben, ist es nicht mehr erforderlich, daß der Bohrstrang um minde­ stens die halbe maximal zu erwartende vertikale Auslenkung der Plattform über dieselbe herausragt, sondern das obere Ende des Bohrstranges kann unmittelbar oberhalb der Platt­ formoberfläche liegen. Hierdurch verringert sich zum einen die Höhe des Schwerpunkts der Plattform erheblich, mit der Folge, daß diese im Vergleich zu solchen, bei denen der Ausgleich der Vertikalbewegung oberhalb der Plattform erfolgt, auch bei schwererer See einsetzbar ist, anderer­ seits wird durch den nun ebenfalls niedriger liegenden Rohrkrümmer die zum Heben des Abraums erforderliche För­ derhöhe wesentlich reduziert, so daß die Fördermenge bei gleichbleibendem Energiebedarf erhöht oder aber bei gleichbleibender Fördermenge deren Energiebedarf gesenkt werden kann. Durch den bei Anwendung eines Gegenspülver­ fahrens - vorzugsweise des Lufthebeverfahrens - im Innern des Bohrstranges herrschenden Unterdruck wird stets durch den zwischen den teleskopartig ineinandergreifenden Strangteilen zwangsläufig bestehenden Ringspalt eine ge­ wisse Menge an Umgebungswasser aufgesaugt, so daß dieser Bereich stets umspült wird, wodurch eventuell eingedrunge­ ne Sedimentteile stets herausgespült werden. Auf Dichtun­ gen und besonders geschützte Lagereinrichtungen kann daher verzichtet werden.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist der Bohrkopf drehfest an dem Bohr­ strang angeordnet. Zur Erzeugung der Rotation des Bohr­ kopfes ist an der Plattform ein Antrieb vorgesehen, der den Bohrstrang in Rotation versetzt (Anspruch 3).

Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 4 ist jedoch der Bohrstrang drehfest an der Plattform gelagert und der Bohrkopf wird relativ zum Bohr­ strang in Rotation versetzt. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits der das Gewicht der Plattform erhöhende und gegebenenfalls deren Schwerpunkt nach oben verlagernde Antrieb überflüssig, andererseits kann der Bohrstrang der Führung von elektrischen, hydraulischen usw. Leitungen dienen, ohne daß es hierzu aufwendiger Drehdurchführungen oder -ankopplungen bedarf. Auch kann dann am unteren Bohr­ strangteil auf einfache Weise ein Ende eines zur Plattform geführten Seiles angebracht werden, wodurch der untere Bohrstrangteil samt Bohrkopf ohne großen Energieaufwand beispielsweise von der Bohrungssohle angehoben und an den Ort über dem Boden verlagert werden kann, an dem eine weitere Bohrung niedergebracht werden soll.

Die Erfindung ist hinsichtlich ihres vorrichtungs­ gemäßen Aspekts in Anspruch 5 wiedergegeben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 6 umfaßt der Bohrstrang einen äußeren und einen inneren Bohrstrangteil, wobei der innere Bohrstrangteil - damit die Vertikalbewegung der Plattform ausgeglichen werden kann - zumindest über eine Länge, die der maximal durch Meeresdünung oder ähnlichen zu erwartenden vertikalen Bewegungen der Plattform nach oben entspricht, in Normal­ lage der Plattform in den äußeren hineingeschoben und zumindest um einen Betrag, der der maximal zu erwartenden Auslenkung der Plattform aus ihrer Normallage nach unten entspricht, weiter in den äußeren Bohrstrangteil hinein­ schiebbar ist.

Da die inneren und äußeren Bohrstrangteile drehfest miteinander verbunden sein müssen, um das Antriebsdrehmo­ ment bzw. das Reaktionsmoment übertragen zu können, emp­ fiehlt sich eine Ausgestaltung des Bohrstranges gemäß Anspruch 7. Hierdurch wird sichergestellt, daß trotz der Drehfestigkeit eine reibungsarme Relativbewegung zwischen den beiden Bohrstrangteilen erfolgen kann.

Eine besonders bevorzugte technische Ausgestaltung der nach diesem Prinzip arbeitenden Lagerung ist Gegen­ stand der Ansprüche 8 bis 11.

Es ist einerseits möglich, den äußeren Bohrstrangteil mit seinem oberen Ende an der Plattform und am unteren Ende des inneren Bohrstrangteils den Bohrkopf anzuordnen. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 12 ist jedoch die Anordnung in umgekehrter Weise vorgesehen, da der obere vorzugsweise längere, während des Bohrbetriebs in vertikaler Richtung starr mit der Plattform verbundene obere Bohrstrangteil aus weniger aufwendig herzustellenden Bauteilen besteht.

Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ist an der Plattform eine Ein­ richtung vorgesehen, mit der der Bohrstrang in eine Rota­ tion um seine Längsachse versehen werden kann. Der Bohr­ kopf ist dann drehfest an dem Bohrstrang angeordnet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 14 ist jedoch der Bohrstrang drehfest an der Plattform gela­ gert und es ist ein Drehantrieb vorgesehen, mit dessen Hilfe der Bohrkopf gegenüber dem Bohrstrang in Rotation versetzbar ist.

Die drehfeste Lagerung des Bohrstranges an der Platt­ form erfolgt bei dieser bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 15 vorzugsweise durch eine drehfeste, kardanische Abfangvorrichtung ("Gimbal").

Der Antrieb des Bohrkopfes erfolgt vorzugsweise ent­ weder elektrisch oder hydraulisch (Ansprüche 16 und 17), wobei die Antriebseinrichtungen vorzugsweise in den Bohr­ kopf integriert oder unmittelbar oberhalb desselben an­ geordnet sind.

Die zur Anwendung des Lufthebeverfahrens benötigte Druckleitung kann gemäß Anspruch 18 am Außenumfang des Bohrstranges festgelegt sein und parallel zu dessen Längsmittelachse verlaufen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Druckleitung jedoch als ein von einer Wickeltrommel ab­ rollbarer Druckschlauch ausgebildet (Anspruch 19). Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Druckschlauch sowohl am oberen Bohrstrangteil als auch am unteren Bohrstrangteil problemlos angeschlossen werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfingungsgemäßen Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 20. Bei dieser ist an dem den Bohrkopf tragenden Bohrstrangteil minde­ stens ein Auftriebskörper angeordnet. Durch die Wahl des Auftriebsvolumens der Auftriebskörper kann bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung der gewünschte Anpreßdruck des Bohrkopfes auf den Meeresboden eingestellt werden.

Um zu vermeiden, daß der untere Bohrstrangteil durch ein zu hohes Auftriebsvolumen der Auftriebskörper druckbe­ lastet wird, ist es von Vorteil, gemäß Anspruch 21 den mindestens einen Auftriebskörper nahe des oberen Endes des unteren Bohrstrangteils anzuordnen.

Eine einfache, auch nach dem Herunterbringen des Bohrkopfes auf den Meeresboden mögliche Einstellung des Anpreßdruckes ist gegeben, wenn die Auftriebskörper als flutbare Tanks ausgebildet sind, welche gegebenenfalls durch einen auf der Plattform befindlichen Kompressor über entsprechende Druckluftleitungen nach Bedarf mit Druckluft befüllbar sind (Anspruch 22).

Wenn gemäß Anspruch 23 auch an dem an der Plattform gelagerten Bohrstrangteil ein Auftriebskörper vorgesehen ist, kann ein Teil der an der Plattform lastenden Ge­ wichtskraft kompensiert werden, so daß schwerere und damit längere Bohrstrangteile gehaltert werden können und die Vorrichtung auch zum Niederbringen von Schürfbohrungen in größeren Tiefen geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Bohrstrang zwar bereits auf seine volle Länge zusammengesetzt, jedoch noch nicht in seine Betriebsstellung abgesenkt wurde;

Fig. 2 dieselbe Ausführungsform mit einem auf der Plattform in seiner Betriebsstellung befindlichen Bohr­ strang, jedoch mit vom Meeresboden abgehobenem Bohrkopf;

Fig. 3 dieselbe Ausführungsform am Ende eines Bohr­ vorgangs;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV in Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt gemäß Schnitt V-V in Fig. 4 sowie eine Darstellung des Bohrstranges in dem Bereich, in dem der innere Bohrstrangteil in den äußeren hineinragt - ausschnittsweise - im Längsschnitt.

Die in den Fig. 1 bis 3 als Ganzes mit 100 bezeichne­ te Vorrichtung umfaßt einen auf einer schwimmenden Platt­ form 1 angeordneten Mast 2, der in Fig. 1 bis 3 nur andeu­ tungsweise dargestellt ist. Er ist - wie in Fig. 1 eben­ falls lediglich angedeutet - mit einem Flaschenzug 3 aus­ gerüstet, der dem Anheben oder Absenken eines oder mehre­ rer Segmente 4, 4' eines als Ganzes mit 5 bezeichneten Bohrstranges dient.

Der Bereitstellung und Übergabe der Bohrstrangsegmen­ te 4, 4' an den Flaschenzug 3 dienen zu diesem Zwecke bekannte, in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrstrang­ segmentaufricht- bzw. -übergabe-Vorrichtungen, die übli­ cherweise mit "pipe erector" oder "pipe handling system" bezeichnet werden.

Der - wie bereits eingangs erläutert - aus demontier­ baren Segmenten 4, 4' bestehende Bohrstrang 5 umfaßt einen oberen Bohrstrangteil 6 und einen unteren Bohrstrangteil 7. Der obere Bohrstrangteil 6 mündet an der Stelle 8 tele­ skopartig in den unteren Bohrstrangteil 7 und ragt gemäß der Darstellung in Fig. 1 etwa bis zur Stelle 9 in diesen hinein. Der obere und der untere Bohrstrangteil 6, 7 sind in dem für das Einschieben des oberen Bohrstrangteils vorgesehenen Längenbereich derart ausgestaltet, daß sich die Bohrstrangteile 6, 7 in diesem Längenbereich reibungs­ arm in Längsrichtung des Bohrstranges relativ zueinander bewegen können, ein Verdrehen der beiden Bohrstrangteile 6, 7 gegeneinander um die Längsmittelachse des Bohrstranges jedoch nicht möglich ist. Eine diese funktionalen Merkmale aufweisende Lagerung wird weiter unten anhand der Fig. 4 und 5 noch beschrieben werden.

Am unteren Ende des unteren Bohrstrangteils ist ein Bohrkopf 10 angeordnet, welcher mit Hilfe eines darüber an den unteren Bohrstrangteil angeordneten Drehantriebes 11 relativ zu dem in dem Ausführungsbeispiel drehfest in der Plattform gelagerten, das Reaktionsdrehmoment aufnehmenden Bohrstranges 5 rotierbar ist. In dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel dient als Kraftquelle ein Hydromotor, der über eine Hydraulikleitung 12 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Es ist aber ebenfalls möglich, anstatt des Hydraulikantriebes einen Elektroan­ trieb zu verwenden und anstelle der Hydraulikleitung 12 eine elektrische Leitung vorzusehen.

Am oberen Ende des unteren Bohrstrangteils sind zwei Ösen 13 vorgesehen, an welchen zwei Seile 16' befestigt sind, die durch eine in der Plattform vorgesehene Öffnung 14, durch welche sich auch der Bohrstrang 5 erstreckt, verlaufen und über Umlenkrollen 15 einer Winde 16 zuge­ führt sind. Durch Betätigung der Winde 16 ist der untere Bohrstrangteil somit heb- und senkbar.

Im Folgenden soll zunächst die prinzipielle Funk­ tionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben werden.

In der in Fig. 1 dargestellten Phase ist der Bohr­ strang 5 bereits durch Verschraubung einzelner Segmente 4 bzw. 4' zu seiner vollständigen Länge montiert. Am oberen Ende des Bohrstrangs ist der dem Austritt von gehobenem Abraum dienende Rohrkrümmer angeordnet. Durch synchrones Nachlassen des Flaschenzugs 3 und der Winde 16 werden die Bohrstrangteile 6, 7 abgesenkt, bis sich der obere Bereich 18 des oberen Bohrstrangteils 6 in der Höhe einer karda­ nisch aufgehängten, in Fig. 1 schematisch im geöffneten Zustand dargestellten Abfangvorrichtung 19 ("Gimbal") befindet.

Durch Schließen der Abfangvorrichtung 19 wird der obere Bohrstrangteil in dieser Position fixiert. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Der Rohrkrümmer 17 mündet nun in einen an seinem Ende trichterförmig erwei­ terten Einlaß 20, der den Abraum einer bekannten, in der Zeichnung nicht dargstellten Einrichtung zum Abtrennen von in dem Abraum enthaltenden Diamanten zuführt.

In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand wird die Vor­ richtung 100 derart positioniert, daß sich der Bohrkopf oberhalb der abzutragenden Stelle des Meeresbodens befin­ det.

Bevor der eigentliche Bohrvorgang beginnt, wird die Winde 16 nachgelassen, wodurch sich der untere Bohrstrang­ teil 7 durch Hinabgleiten an dem in ihn hineinragenden Teil des oberen Bohrstrangteils 6 weiter absenkt, bis der Bohrkopf 10 auf dem Meeresgrund aufliegt. Die Seile 16' werden nun weiter nachgelassen, so daß sie - wie in Fig. 3 dargestellt - schlaff in einer Schlaufe durchhängen. Die resultierende Gewichtskraft des unteren Bohrstrangteils 7 und der mit diesem verbundenen Bauteile bestimmt den An­ preßdruck zwischen der Stirnseite des Bohrkopfes und dem Meeresboden. Der untere Bohrstrangteil 7 kann beim weite­ ren Vordringen des Bohrkopfes 10 in den Meeresboden 20 ungehindert von dem oberen Bohrstrangteil 6 weiter abglei­ ten.

Führt die Plattform - beispielsweise von der Meeres­ dünung induziert - eine vertikale Bewegung, wie durch den Doppelpfeil in Fig. 3 symbolisiert sein soll, durch, die je nach Wetterlage etliche Meter betragen kann, so wird hierdurch der Anpreßdruck des Bohrkopfes 10 auf den Mee­ resboden 40 nicht beeinflußt, da der innere Bohrstrangteil 6 entsprechend der Vertikalbewegung der Plattform sich reibungsarm in den unteren Bohrstrangteil 7 hinein- und herausverlagern kann.

Um den stirnseitigen Anpreßdruck des Bohrkopfes 10 an den Meeresboden 40 einstellen zu können, ist im Bereich des oberen Endes des unteren Bohrstrangteils eine Auf­ triebseinheit 21 angeordnet. Diese umfaßt mehrere in der Zeichnung nicht erkennbare Tanks, welche wahlweise flutbar oder mit Hilfe von über in der Zeichnung nicht dargestell­ te Druckluftleitungen entleerbar sind, so daß der Auftrieb einstellbar und somit der resultierende Anpreßdruck zwi­ schen dem Bohrkopf und dem Meeresboden auf den im Einzel­ fall erforderlichen Wert reduzierbar ist.

Anhand der Fig. 4 und 5 soll im folgenden eine bevor­ zugte technische Ausgestaltung der Lagerung zwischen dem oberen und dem unteren Bohrstrangteil 6, 7 erläutert wer­ den.

Der im wesentlichen rohrförmig ausgestaltete obere Bohrstrangteil umfaßt einen rohrförmigen Teil 23 kreisrun­ den Querschnitts, der in mittels Flanschen miteinander verschraubbarer Segmente 4 unterteilt ist. Über seine in den unteren Bohrstrangteil einführbare Länge sind vier über den Umfang gleichmäßig verteilte Winkelprofile 22 parallel zur Mittellängsachse L an dem rohrförmigen Teil 23 angeordnet. Jedes Winkelprofil 22 umfaßt zwei Schenkel 22', 22'', die zueinander einen rechten Winkel bilden. Die Winkelprofile 22 sind mit den freien Kanten der Schenkel 22', 22'' mit dem rohrförmigen Teil 23 des oberen Bohr­ strangteils 6 über ihre Länge - jedenfalls abschnittsweise - verschweißt.

Der in Achsrichtung eine Relativbewegung zwischen dem oberen und dem unteren Bohrstrangteil zulassenden, der Übertragung von um die Mittellängsachse L gerichteter Drehmomente geeigneten Lagerung des oberen Bohrstrangteils 6 in dem unteren Bohrstrangteil 7 dienen entsprechend den Winkelprofilen 22 über den Umfang verteilte, an dem unte­ ren Bohrstrangteil 7 angeordnete Rollenanordnungen 24, die mit den Winkelprofilen in Wirkverbindung stehen. Jede Rollenanordnung 24 umfaßt zwei Paar Rollen 25, 26, wobei die zu einem Paar gehörenden Rollen 25, 25'; 26, 26' in Rich­ tung der Mittellängsachse voneinander beabstandet sind und deren Drehachsen parallel zueinander verlaufen, hingegen die Drehachsen der Rollenpaare 25, 26 eines Rollenpaares 24 senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Längsrichtung des Bohrstranges zwei Satz von je vier Rollenanordnungen 24, 24' vorgesehen, um ein Verkanten des oberen Bohr­ strangteils in dem unteren Bohrstrangteil verhindern zu können. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine größere Anzahl von Rollenpaaren vorzusehen.

Jede Rollenanordnung 24 umfaßt einen Rollenhalter 27, der an der äußeren Mantelfläche eines im wesentlichen rohrförmigen Segments 4' des unteren Bohrstrangteils 7 angeordnet sind. Entsprechend der Ausrichtung und Anzahl der zu einer Rollenanordnung 24 gehörenden Rollen 28 sind in den Rollenhalter 27 Bohrungen zur Aufnahme von Rollen­ wellen 29 eingearbeitet. Dabei sind die Bohrungen derart angeordnet, daß sich die Drehachsen S im wesentlichen außerhalb des Querschnitts des unteren Bohrstrangteils 7 befinden, die Rollen 28 jedoch durch eingearbeitete Öff­ nungen 30 in den Innenquerschnitt des Segments 4' hinein­ ragen, so daß die Laufflächen 31 der Rollen entsprechend der Außenflächen der Winkelprofile 22 ausgerichtet sind und im ineinandergeschobenen Zustand der Bohrstrangteile 6, 7 auf den Außenflächen der Winkelprofile abrollen.

Durch diese Art der Lagerung wird eine reibungsarme Verlagerbarkeit des oberen und des unteren Bohrstrangteils in Längsrichtung relativ zueinander bei gleichzeitiger Übertragbarkeit hoher Reaktionsmomente um die Mittellängs­ achse L des Bohrstranges gewährleistet.

Die Förderung des Abraums von der Sohle der Bohrung zu der Plattform erfolgt nach dem bekannten, in der Zeich­ nung nicht dargestellten Lufthebeverfahren, bei welchem über eine entsprechende Zuleitung Luft in das Innere des Bohrstranges eingeblasen wird.

Um zu verhindern, daß das in den Bohrstrang eingetre­ tene Sediment in die Lagerung zwischen oberem und unterem Bohrstrangteil 6, 7 eindringt und die reibungsarme Beweg­ barkeit der Teile relativ zueinander behindert, ist - wie aus Fig. 6 ersichtlich - am unteren Ende des in den unte­ ren Bohrstrangteil 7 hineinragenden oberen Bohrstrangteil ein Innenrohr 36 ("Degenrohr") angeflanscht, welches in den darunter befindlichen Teil des unteren Bohrstrangteils 7 hineinragt und kurz oberhalb des Drehantriebs 11 offen endet. Der untere Bohrstrangteil 7 ist in diesem Bereich doppelwandig ausgebildet, wobei die Innenwandung 47 von einem Innenrohr 48 gebildet wird, dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß dieser mit dem Außendurchmesser des Innenrohres 46 einen schmalen Ringspalt 49 bildet.

Durch diese Maßnahme dringt das gelöste Sediment infolge des in dem Innenvolumen des oberen Bohrstrangteils durch Anwendung des Lufthebeverfahrens herrschenden Unter­ druck durch die untere Öffnung des Innenrohres 36 in das Innere des oberen Bohrstrangteils ein, so daß es bereits insoweit nicht mit den Rollenanordnungen 24 oder Winkel­ profilen 22 in Berührung kommen kann. Weiterhin führt der im Innern des oberen Bohrstrangteils 6 herrschende Unter­ druck dazu, daß durch den Ringspalt 49 vom oberen Ende des unteren Bohrstrangteils 7 stets eine gewisse Menge an Umgebungswasser aufgesaugt wird und die Rollenanordnung 24 und die Winkelprofile 22 umspült, so daß eventuell einge­ drungene Sedimentanteile stets herausgewaschen werden.

Claims (23)

1. Verfahren zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere von Schürf- und Gewinnungsbohrungen, in den Meeresboden (40), bei dem dieser mit Hilfe eines rotieren­ den Bohrkopfes (10) gelöst wird, der am unteren Ende eines für die Übertragung eines Drehmoments geeigneten Bohr­ stranges (5) angeordnet ist, dessen oberes Ende auf einer schwimmenden Plattform (1) gelagert ist, wobei der Bohr­ strang (5) aus mindestens zwei teleskopartig ineinander­ greifenden Strangteilen (6, 7) besteht, die bei einer ver­ tikalen, beispielsweise durch die Meeresdünung induzierten Bewegung der Plattform eine Relativbewegung zueinander ausüben, so daß der Bohrkopf (10) mit im wesentlichen konstanter Kraft an der abzutragenden Oberfläche aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß gelöster Meeresboden durch Anwendung eines an sich be­ kannten Gegenspülverfahrens durch das Innere des Bohr­ stranges aus der Bohrung gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gegenspülverfahren das Lufthebeverfahren ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bohrkopf (10) drehfest an dem Bohr­ strang angeordnet ist und zur Erzeugung der Rotation des Bohrkopfes (10) der Bohrstrang mit Hilfe eines an der Plattform vorgesehenen Drehantriebs (11) in Rotation ver­ setzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bohrstrang (5) drehfest an der Plattform (1) angeordnet ist und der Bohrkopf (10) relativ zum Bohrstrang (5) in Rotation versetzt wird.

5. Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrungen, insbesondere Schürf- und Gewinnungsbohrungen, in den Mee­ resboden,
mit einem zur Übertragung eines Drehmoments geeigne­ ten Bohrstrang, dessen oberes Ende an einer schwimmenden Plattform gelagert ist und dessen unteres Ende einen dreh­ antriebbaren Bohrkopf trägt und der aus mehreren in axia­ ler Richtung des Bohrstranges relativ zueinander reibungs­ arm verschiebbaren Bohrstrangteilen (6, 7) besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit dem Stranginneren in Verbindung stehender Lufteinlaß vorgesehen ist, durch den über eine Drucklei­ tung zugeführte Druckluft einblasbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bohrstrang (5) einen äußeren und einen inneren Bohrstrangteil (6, 7) umfaßt, wobei der innere Bohrstrangteil (6) zumindest über eine Länge, die der maximal durch Meeresdünung oder ähnlichen zu erwartenden vertikalen Bewegungen der Plattform nach oben entspricht, in den äußeren (7) eingreift und zumindest um einen Be­ trag, der der maximal zu erwartenden Auslenkung der Platt­ form aus ihrer Normallage nach unten entspricht, weiter in den äußeren Bohrstrangteil (7) hineinverlagerbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Bohrstrangteil (6) zumindest über seinen maximal in den äußeren Bohrstrangteil hineinragen­ den Bereich über seinen Außenumfang verteilt angeordnete Schienen umfaßt, auf denen entsprechend über den Innen­ umfang des äußeren Bohrstrangteils verteilte Gleitstücke, vorzugsweise Rollen (28) laufen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Bohrstrangteil (6) rohrförmig ausgebildet ist und die Schienen aus in Richtung der Längsachse (L) des inneren Bohrstrangteils (6) verlaufen­ den, mit ihren freien Längskanten auf der Außenfläche des inneren Bohrstrangteils auf geschweißten Winkelpofilen (22) bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der äußere Bohrstrangteil (7) in Längsrich­ tung desselben mindestens ein Laufrollenpaar (25, 26; 25', 26') umfaßt, das derart angeordnet ist, daß die beiden Rollen des Laufrollenpaares jeweils einer Außenfläche eines Winkelprofils (22) zugeordnet ist und sich auf die­ ser rollend abstützt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes der Winkelprofile zwei einen rechten Winkel zueinander aufweisende Schenkel (22', 22'') umfaßt und jedem Winkelprofil mindestens zwei in Längsrichtung beabstandete auf jeweils einer Schenkelaußenfläche laufen­ de Rollenpaare zugordnet (24, 24') sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der äußere Bohrstrangteil (7) rohrförmig ausgebildet ist und auf seinem äußeren Umfang befestigte Rollenhalter (27) umfaßt, die jeweils mindestens eine Rolle (28) derart aufnehmen, daß deren Achse (S) außerhalb des Querschnitts des äußeren Bohrstrangteils (7) liegt und deren Lauffläche durch einen in den äußeren Bohrstrangteil eingearbeiteten Ausschnitt (30) in den inneren Querschnitt des äußeren Bohrstrangteils hineinragt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bohrstrangteil (6) mit seinem oberen Ende an der Plattform (1) gelagert ist und der äußere Bohrstrangteil (7) an seinem unteren Ende den Bohrkopf (10) trägt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Plattform (1) eine Einrichtung zum Versetzen des Bohrstranges in eine Rota­ tion um seine Längsachse (Kraftdrehkopf) angeordnet und der Bohrkopf drehfest an dem Bohrstrang angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstrang (5) drehfest an der Plattform (1) gelagert ist und ein Drehantrieb (11) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Bohrkopf (10) gegen­ über dem Bohrstrang (5) in Rotation versetzbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lagerung des Bohrstranges (5) an der Plattform eine kardanische Abfangvorrichtung (19) (Gimbal) dient, die vorzugsweise zweiteilig ausgestaltet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (11) elektrisch be­ trieben wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (11) hydraulisch be­ trieben wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung zum Einblasen der Druckluft in das Innere des Bohrstranges an dem Außen­ umfang des Bohrstranges festgelegt ist und parallel zu dessen Längsmittelachse verläuft.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckleitung ein von einer Wickeltrommel abrollbarer Druckschlauch vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den Bohrkopf tragenden Bohrstrangteil eine Auftriebseinheit (21) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auftriebseinheit (21) nahe des oberen Endes des unteren Bohrstrangteils (7) angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebseinheit (21) mindestens einen wahlweise mit Druckluft füllbaren Tank umfaßt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Bohrstrangteil, dessen oberes Ende an der Plattform gelagert ist, mindestens ein Auftriebskörper (70) vorgesehen ist.