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Grundbau für eine am Meeresboden verankerbare Bohrinsel oder dergleichen
Die Erfindung betrifft einen Grundbau für eine am Meeresboden verankerbare Bohrinsel
oder dergleichen.
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Bei den hxplorations- und Bohrarbeiten nach Rohöl und Erdgas im Offshore-Gebiet
hat es sich als notwendig gezeigt, zur Erschließung weiterer Quellen, die Suche
und Arbeiten noch weiter von der Küste entfernt fortzusetzen. Obwohl die bekannten
Vorrichtungen sowohl im Tiefwasserbereich als auch im küstennahen Bereich Verwendung
finden können, tauchen bei Tiefwasserarbeiten Probleme auf, die früher nicht gesehen
wurden.
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Man unterscheidet für die vorgenannten Arbeiten vornehmlich
zwei
Bohrinsel-Typen. Der eine Typ besteht aus einer fest positionierten Plattform, die
von in den Meeresboden eingebetteten Standbeinen getragen wird. Der andere rT weist
entweder ein Schiff oder dergleichen auf oder eine tauchfähige Raumfachwerkkonstruktion,
das entweder verankert oder selbst angetrieben ist, um sich über der gewünschten
Stelle zu halten.
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Der zweite Bohrinsel-Typ weist den Vorteil auf, daß er mobil ist und
somit leicht verfahren werden kann. Die Schwierigkeit bei diesem Typ besteht jedoch
in der Aufrechterhaltung der Position der Bohrinsel über einer vorbestimmten Stelle,
z.B.
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dem Bohrlochkopf, insbesondere unter schlechten Wetterverhältnissen.
Ein anderer wichtiger Faktor , der bei diesem Bohrinsel-yp in Betracht zu ziehen
ist, besteht darin, daß es nicht möglich ist, ein bis über die Wasseroberfläche
vervollständigtes Bohrloch zu unterstützen.
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Ein weiterer Gesichtspunkt, der bei dem letztgenannten Bohrinsel-Typ
zu berücksichtigen ist, besteht darin, daß der Bohrgestängestrang zusammen mit jeglicher
als Führung benutzter Einrichtung, wie z.B. Kabel, Ketten oder dergleichen, die
sich durch das Wasser erstreckt, den Versetzungskräften der Tiden und Meereströmungen
ausgesetzt ist.
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Die vorgenannten Bohrinsel-Typen, die mit Abstand zu den gebräuchlichsten
zählen, weisen ein Arbeitsdeck auf, das über einer ge«runschten Stelle im Meer mittels
einer festen Konstruktion
gehalten wird. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß in Aufschlußgebieten mit größerer Wassertiefe eine langgestreckte, feste obgleich
mit Auftrieb versehene Konstruktion dergestalt verankert werden kann, daß sie um
das untere Ende schwenkbar beweglich verbleibt und dabei eine über dem Wasser angeordnete
Plattform unterstützt. Eine solche Auftriebs-Konstruktion ist an einem einzigen
Punkt an einer Anker-Einrichtung befestigt, wobei die über dem Wasser befindliche
Plattform innerhalb eines begrenzten Winkelbereiches quer versetztbar ist.
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Bei diesem Bohrinsel-Typ ist das feste Verbindungsteil außerordentlichen
Belastungen aufgrund der Bewegungen der Plattform ausgesetzt, die in Erwiderung
auf den Wind und die hohen Wellen angeregt werden. Wenn auch die untere oder Grundverbindung
der Stützkonstruktion den gesamten Versetzungskräften widersteht, wird doch eine
beträchtliche Zugspannung auf den einzigen Verbindungspunkt ausgeübt, so daß die
gesamte Bohrinsel im Falle eines Nachgebens oder Brechens der Verbindung aufs Spiel
gesetzt wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Bohrinsel für den Offshore-Bereich
zu schaffen, die einen mit Auftrieb versehenen, festen Grundbau aufweist, der in
Arbeitsstellung mit einer Verankerungs-Einrichtung verbunden ist. Weiterhin ist
es Aufgabe der Erfindung, einen Grundbau der vorbeschriebenen
Art
zu schaffen, bei dem die Verankerungs-Linrichtung Mittel zur Aufrechterhaltung einer
gehemmten vertikalen Bewegung des Grundbaues gegenüber dem auf den Meeresboden angeordneten
Verankerungs-Teil aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Grundbau
der vorbeschriebenen Gattung mit einer Dämpfungs-Einrichtung zu versehen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische
Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht
des Grundbaues der Bohrinsel in Arbeitsstellung, Fig. 2 eine Ansicht eines Arbeitsschrittes
während des Aufbaues der Bohrinsel, Fig. 3 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab
eines Stützpfahles und eines Ankerstiftes nach dem Zusammenbau, Fig. 4 eine ähnliche
Ansicht nach Fig. 3 und Fig. 5 eine Schnittansicht einer alternativen Ausbildung
des unteren Endes eines Stützpfahles.
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Der erfindungsgemäße Grundbau nach Fig. 1 weist ein langgestrecktes
Grundbauteil 10 auf, das auftriebsfähig stabilisiert im Wasser angeordnet sist,
um ein Arbeitsdeck 11 zu stützen, das die Ausrüstung und Materialien, die für die
Bohr-, Förder-und Speicherarbeiten benötigt werden, aufnimmt.
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Eine Verankerungs-Einrichtung 12, die auf dem oder teilweise im Meeresboden
liegt, weist Einrichtungen zur Aufnahme des unteren Endes des Stützpfahles, das
als verschiebbare Verbindungsstelle 13 ausgebildet ist, auf. Innerhalb eines begrenzten
Bereiches ist es dem Grundbau daher möglich, Bewegungen auszuführen. Der Grad der
Mobilität des Grundbaues wird durch eine die Bewegung einschränkende Einrichtung
definiert, die sich von der Verankerungs-Einrichtung 12 zum Arbeitsdeck 11 erstreckt.
Diese die Bewegung einschränkende Einrichtung beinhaltet ein Kabel, eine Kette oder
eine ähnliche nicht elastische Einrichtung, die an ihrem einen Ende mit einem Dämpfungs-Mechanismus
versehen ist.
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Die Verankerungseinrichtung 12 beinhaltet einen Grund sockel 14, und
kann weiterhin ein Ballast-Teil 15 zur weiteren Verstärkung der durch den Anker
nach unten ausgeübten Kraft aufweisen.
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Die Verankerungs-Einrichtung wird normalerweise zu dem betreffenden
Offshore-Bohrort transportiert, und dort von einem Frahm oder ähnlichem Arbeitsfahrzeug
zum Meeresboden abgesenkt.
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Fig. 1 zeigt eine Ausbildung des Grundbaues mit einem vorzugsweise
über der Wasseroberfläche angeordneten Arbeitsdeck 11 sowie einem Derrick 9.
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Las Arbeitsdeck 11 wird eine gewünschte Distanz oberhalb der Wasseroberfläche
durch den Grundbau 10 gehalten, der einen oder mehrere und vorzugsweise drei relativ
langgestreckte Stützpfähle 16, 17 und 18 aufweist, die sich im wesentlichen in vertikaler
Stellung im Wasser befinden. Das untere Ende Jedes Stützpfahles wird von Je einem
Stift 19, 20 und 21 aufgenommen, die sich von der oberen Oberfläche der Verankerungs-Einrichtung
12 nach oben erstrecken, so daß ein Verschiebesitz zwischen dem Stift und dem unteren
Ende erzeugt wird. Die Stützpfähle 16, 17 und 18 bilden eine Unterstützung für eine
oder mehrere Rohr-Führungen 22, die sich nach oben bis über die Wasseroberfläche
in gleicher Weise erstrecken und in Längsrichtung sich erstreckende Rohrstränge
aufnehmen.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird eine Verankerungs-Einrichtung
12 zur Lagefixierung des Grundbauteils 10 verwendet, wobei die Verankerungs-Einrichtung
12 einen Grundsockel 14 beinhaltet. Der Grundsockel 14 ist mit einem oder mehreren
aufrecht angeordneten Stiften 19, 20 und 21 versehen, die aus einem dickwandigen
Stahl oder ähnlicher, hochbelastbaren Material- gefertigt sind und die vorgefertigt
an Land in dem Grundsockel 14 angeordnet und dann zum Bohrplatz transportiert werden
können. Der Grundsockel 14 weist eine solche Anzahl
an Stiften auf,
um eine Bewegung des Grundbauteils 10 zu beschränken und die entsprechende Anzahl
an Stützpfahlen aufzunehmen, um einer Drehbewegung der Stützpfähle vorzubeugen,
wenn diese ins Wasser abgesenkt sind. Eine bevorzugte Anordnung der Stifte 19,20
und 21 beinhaltet eine Anordnung in Anerkennung der vorherrschenden Richtung der
Wasserströmungen und Windverhältnisse am jeweiligen Bohrplatz. Die Stifte werden
somit in einer im wesentlichen horizontalen Flucht angeordnet.
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Die Stifte 19 und 20 erstrecken sich von der Oberfläche des Grundsockels
14 aufrecht nach oben. Jeder Stift weist ein dickwandiges Stahlrohr 24 und ein offenes
und ein abgerundetes nahezu geschlossenes Ende auf. Das offene Ende ist zumindest
teilweise im Beton des Grundsockels 14 eingebettet, um eine Verbindung mit dem letzteren
einzugehen.
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Die Stifte 19,20 und 21 können innen mit einem festen Material wie
z.B. einem Beton-Füllmaterial, das gegebenenfalls bewehrt sein kann, versehen sein.
Die Stifte sind unter Arbeitsbedingungen einer beträchtlichen Biegespannung durch
die langgestreckten Stützpfähle ausgesetzt. Das Füllmaterial ermöglicht den Stiften,
den Biegespannungen sowie den Querkräften der Stützpfahlwandung einen zusätzlichen
Widerstand entgegenzusetzen. N Die Stifte 19,20 und 21 sind untereinander durch
ebenfalls im Beton des Grundsockels eingebettete Verbindungselemente, wie
z.B.
Stahlträger verbunden, die auch zugleich den gewünschten Abstand der Stifte untereinander
definieren. Die Teile des Grundsockels sind somit fest angeordnet und erleichtern
damit den Transport durch ein Wasserfahrzeug und das nachfolgende Absenken zur Bohrstelle
am Meeresgrund.
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Das Grundbauteil 10 weist langgestreckte Stützpfähle 16, 17 und 18
auf, die in ihrer normalen aufrechten Stellung sich von der Verankerungs-Einrichtung
12 bis oberhalb der Wasseroberfläche erstreckten. Jeder Stützpfahl weist einen Bereich
mit inneren Tanks oder anderen Speichereinrichtungen auf, um Wasser für Tauch- und
Öl für Speicherzwecke aufnehmen zu können.
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Auf die Bauart dieser Einrichtungen soll nicht detailierter eingegangen
werden, da sie ja allgemein bekannt sind.
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Die Tanks am oberen Ende Jedes Stützpfahles 16, 17 und 18 sind mit
einem steuerbaren Tanksystem versehen, um den benötigten Auftrieb in Abhängigkeit
vom Gewicht des Arbeitsdecks zu bewerkstelligen. Das untere Ende Jedes Stützpfahles
ist mit einer Einrichtung versehen, die einen langgestreckten Hohlraum 32 zur Aufnahme
des oberen Endes eines der Stifte 19,2Q,21 bildet, wodurch eine verschiebbare Verbindung
zwischen dem Stift und dem entsprechenden Stützpfahl erreicht wird, Das untere Ende
weist eine Hülse 33 mit einem kreisringförmigen Lagerring 34 auf, der die Eingangsöffnung
zum Hohlraum 32 definiert. Der Lagerring 34 ist durch Schweißen oder anderweitig
an
der Innenwand der Hülse 33 befestigt. Die Offnungsgröße des Lagerringes weist einen
ausreichenden Durchmesser auf, um die Außenwandung des Stiftes aufzunehmen ohne
daß eine Verbindung entsteht, wenn der Stützpfahl eine schräge Lage einnimmt oder
aufweist. Es entsteht also eine flexible Verbindung.
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Die Öffnung für den Hohlraum 32 wird von dem Lagerring 34 definiert
und erweitert sich um ein gewisses Maß bis zum oberen Ende der Hülse 33. Danach
reduziert sich der Durchmesser des Hohlraumes 32 entlang einem kegelstumpfförmigen
Teil 36, das am unteren Ende des Stützpfahles endet.
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Die Hülse 33 bzw. das untere Ende ist so ausgebildet, daß ein offnungswinkel
von etwa 50 zwischen dem Stift 19, 20 , 21 und der Innenwand des Hohlraumes 32 wntsteht,
so daß es dem Stützpfahl ermöglicht wird, um den unteren Führungspunkt in Erwiderung
auf die auf den Stützpfahl ausgeübten Kräfte zu schwingen. Weiterhin wird eine Bewegung
bezüglich der Längsachsen von Stift und Stützpfahl ermöglicht.
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Die Anzahl der zu verwendenden Stützpfähle hängt von der Größe und
dem Gewicht des während der Bohrarbeiten in gewünschter Höhe über der Wasseroberfläche
zu haltenden Arbeitsdecks ab.
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Weiterhin weist das Grundbauteil 10 ein oder mehrere langgestreckte
hohle Leitungen auf, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Grundbauteils
10 erstrecken. Diese Leitungen
26 und 28 werden seitlich von einer
Anzahl von Rohr-Führungen 22 gehalten. Die Rohr-Führungen 22 weisen einen ausreichenden
Durchmesser auf, um das Bohrstrang-Führungsrohr beim Absenken in Richtung des Meeresbodens
aufnehmen zu können.
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Zwischen den Stützpfählen und Rohr-Führungen 22 erstrecken sich Querträger
38 und 39, die die Stützpfähle in einer festen Lage zueinander halten.
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Wie schon vorbeschrieben, erlaubt die Verbindungsstelle 13 zwischen
Stütz säule und Stift sowohl eine vertikale Bewegung als auch eine pendelnde Bewegung
um die Verankerungs-Einrichtung 12 zwischen den Teilen.
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Die Bewegung des Grundbauteiles innerhalb begrenzter WinKelgrade ist
Jedoch gehemmt, um eine Lösung der Verbindungsstelle zu verhindern.
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Die Einrichtung zur Hemmung der Bewegung beinhaltet ein entsprechend
langes Kabel 41 oder ein ähnliches relativ unelastischet Element, das an seinem
unteren Ende von einem Befestigungselement im inneren oberen Ende des Stiftes 19,20
und 21 gehalten wird. Das durch eine Offnung 43 im Stift 19,20 und 21 geführte Kabel
41 ist zum oberen Ende des Stützpfahles 16 und danach über eine;Rolle 56 geführt,
wo das freie Ende des Kabels 41 an eine Dämpfungs-Einrichtung 46 befestigt ist.
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Die Dämpfungs-Einrichtung 46 ist in Fig. 3 dargestellt. Die
Einrichtung
weist ein Reservoir auf, das eine gewisse Menge einer Flüssigkeit innerhalb eines
Druckzylinders 51 hält.
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Innerhalb des Druckzylinders ist ein verschiebbarer Kolben 52 angeordnet.
Das Kabel 41 ist mit dem Kolbenstangenende 53 verbunden, so daß auf das Stangenende
eine Zugkraft ausgeübt wird, wenn die Verbindungsstelle 13 sich auseinander bewegt.
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Das Grundbauteil 10, das den Wind- und Wasserkräften ausgesetzt ist,
tendiert dahin, sich sowohl seitlich als auch vertikal zu versetzen. Das Kabel 41
jedoch adjustiert die Lage, wodurch die Zugspannung in Erwiderung auf die Adjustierung
durch die Dämpfungs-Einrichtung 46 sich erhöht oder das Kabel ausgefiert wird.
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In Fig. 2 ist die Niederbringung der Verankerungs-Einrichtung 12 dargestellt.
Die Einrichtung wird entweder auf einem Wasserfahrzeug zur Bohrstelle oder in getauchter
Stellung, falls sie zu groß ist, transportiert, wodurch die Installationsprobleme
sich verringern.
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Der Grund sockel 14 wird an der Bohrstelle mittels Winschen oder von
einem mit einem Ausleger ausgerüsteten Wasserfahrzeug 25 abgesenkt. Während des
Absenkens sind die Enden der Kabel 41 mit den Stiften 19, 20 und 21 und die freien
Ende mittels Bojen 31 oder dergl. an der Wasseroberfläche gehalten.
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Um den Transport des Grundbauteils 10 zur Bohrstelle zu erleichtern,
ist dieses schwimmfähig ausgebildet, um es in einer
im wesentlichen
horizontalen Lage auf der Wasseroberfläche zu transportieren. In dieser Verfassung
wird es den Umständen entsprechend vertäut. Bevor das Grundbauteil an der Bohrstelle
abgesenkt wird, werden die Kabel 41 durch den Lagerring 34 und dann durch den entsprechenden
Stützpfahl 16, 17 und 18 zum oberen Ende desselben gezogen. Der Auftrieb und die
Stellung des Grundbauteils wird dann in einer Weise adjustiert, daß das Grundbauteil
eine im wesentlichen aufrechte Lage einnimmt, wobei das obere Ende über die Wasseroberfläche
hinausragt. Ist das Grundbauteil 10 über dem Grundsockel 14 angeordnet, werden die
Auftriebstanks der entsprechenden Stützpfähle teilweise gefüllt, so daß das Grundbauteil
langsam und gesteuert an den Kabeln 41 durch das Wasser abgesenkt werden kann. Durch
einen kranbestückten Frahm oder dergl. kann das Absenken des Grundbauteils von oberhalb
der Wasseroberfläche zusätzlich gesteuert werden.
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Erreicht das untere Ende des Grundbauteils die Verankerungs-Einrichtung
12, werden die Stützpfahlenden von den aufrechtstehenden Stiften 19,20 und 21 durch
den Lagerring 34 hindurch aufgenommen und bilden auf diese Weise die nicht feste
Verbindung. Danach werden die oberen Enden der Kabel 41 an der Dämpfungs-Einrichtung
46 befestigt. Um die Länge des Kabels 41 sachgemäß zu adjustieren, muß die unterschiedliche
Wassertiefe an der Bohrstelle und ebenso die angenommene Veränderung der Wassertiefe,
die sich aus der longitudinalen Bewegung des Lagerrings 34 entlang der Stifte 19
20 , 21 ergibt, berücksichtigt werden.
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In Fig. 5 ist eine alternative Ausbildung des kreisförmigen Lagerrings
61 am unteren Ende des Stützpfahles 62 dargestellt.
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In die Ausbildung erstreckt sich ein Spann-Kabel 63 durch den Stützpfahl
62 hindurch und ist an einem Aufroll-Mechanisnus 64 und mit einem Stift 66, der
zur Verankerung dient, verbunden.
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Der lagerring 61 weist gewöhnlich einen langgestreckten Bereich oit
einem Flansch 67 auf, der an dem Stützpfahlende befestigt ißt. Eine relativ weite
Ausgangs-Öffnung 68 endet in einen zentralen Durchgang 69, wobei der Übergang von
einem entsprechend gleichmäßig geformten Wandbereich 70 gebildet wird.
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Dieser Wandbereich bildet einen sich verengenden mittleren Bereich
mit einem ausreichenden lichten Durchmesser zur verschiebbaren Aufnahme der Außenfläche
des Stiftes 66. Diese Ausbildung erweist sich im Hinblick auf eine verringerte Biegebeanspruchung
des Kabels 63 bei der Herstellung der Verbindung zwischen den Stützpfahl und dem
Stift als vorteilhaft.