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Unterwasser-Anschlußvorrichtung für einen Bohrlochkopf Die Erfindung
betrifft eine Unterwasser-Anschlußvorrichtung ftlr ein Unterwassersteuer- und Uberwachungssystem
für unter dem Meer.der ähnlichen Gebieten gebohrte Bohrlöcher.
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Bei in Meeres- und Seengebieten durchgeführten Unterwasserbohrungen
nach Erdgas oder Erdöl, wird das Bohrloch im allgemeinen durch eine Bohrlochkopfeinrichtung
abgeschlossen, welche Ventile, Bohrlochabsperrvorrichtungen und ähnliches zur Steuerung
der verschiedenen Funktionen des Bohrlochkopfes aufweist. Diese Einrichtungen befinden
sich
unter Wasser, so daß eine Fernsteuerung von der Wasseroberfläche
her nötig ist. Bei den Steuerleitungen handelt es sich in der Regel um Hydraulikflfissigkeitsleitungen,
die so eingerichtet sein müssen, daß sie in Notfällen, oder wenn sich das Steuerfahrzeug
auf der Wassaroberfläche von einer Stelle zur anderen bewegt, schnell angeschlossen
oder abgetrennt werden können. Anschlußvorrichtungen, über die Steuerfunktionen
durchgeführt werden können, sind bekannt (beispielsweise US-PS 3 486 556, US-PS
79 504). Allgemein bilden diese Vorrichtungen lesbare Steuereinrichtungen zur Verbindung
mit und zur Steuerung an Unterwasserbohrungen, beispielsweise nach ErddlSoder Erdgas,
auf. Die Anschlüsse lassen sich beliebig anheben und absenken und schaffen bei Befestigung
am Unterwas serbohrlochkopf Leitungsverbindungen, Gber welche die Steuerflüssigkeit
an die Unterwassereinrichtungen, beispielsweise eine Bohrlochabsperrvorrichtung,
herangebracht werden kann.
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Anschlußvorrichtungen, wie diejenige gemaß US-PS 3 486 556, umfassen
eine Aufnahme mit einer oeffnung darin, in welche ein sich verjUngender Dorn lEsbar
eingeschoben werden kann, wobei die Aufnahme und der darin eingesetzte Dorn zusammenwirkende
Flüssigkeitskanäle besitzen. Typisch für die bekannte Anschlußvorrichtung ist ein
Schutzschild zusammen mit Vorrichtungen zur Ausrichtung des Dorns beim Einsetzen
in die Aufnahme, um ein flüssigkeitsdichtes Zusammenwirken zwischen dem Dorn und
der Aufnahme sicherzustellen.
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Die bekannten Anschlußvorrichtungen haben zwar in den meisten Fällen
ihren Zweck erfüllt, waren jedoch infolge der
engen Toleranzen,
die zur Erzielung der notwendigen Dichtungsverhältnisse nötig waren, teuer in der
Herstellung und Bearbeitung. Hinzu kommt, daß herkömmliche Anschlußvorrichtungen
Verriegelerungsvorrichtungen ndtig hatten, um eine korrekte Dichtung zwischen der
Anschlußvorrichtung und dem Bohrlochkopf aufrechtzuerhalten, was sowohl die Herstellungs-
als auch die Betriebskosten erhöht. Demgegentiber zeichnet sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung durch wesentlich herabgesetzte Herstellungskosten und ein erleichtertes
Verriegeln der Anschlußvorrichtung am Bohrlochkopf aus.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gehört zu demjenigen Typ, der von
einem sich verjUngendan Dorn und Aufnahmen Gebrauch macht, wobei sich im Dorn erstreckende
Kanäle vorzugsweise in gemeinsamen Ebenen enden, so daß #ermäßig lange Dornkörper
nicht notwendig sind. Befestigungsvorrichtungen mit Federn sind an der unteren von
zwei Aufnahmen befestigt und dienen ihrer nichtstarren Anbringung an einem ortsfesten
Teil des Bohrlochkopfes. Die dadurch gegebene Biegefähigkeit der unteren Aufnahme
schließt praktisch die Möglichkeit einer Beschädigung des Dorns und der Dichtungen
der Flüssigkeitskanäle beim Zusammenfahren aus und reduziert die Herstellungskosten
erheblich. Ferner ist eine zweite, obere Aufnahme vorgesehen, welche den Dorn oberhalb
der unteren Aufnahme lösbar aufnimmt, wobei die obere Aufnahme so ausgebildet ist,
daß sie starr am oberen, lösbaren Teil des Bohrlochkopfes befestigt werden kann.
Diese Anordnung gibt der Anschlußvorrichtung eine vielseitige Verwendungsmöglichkeit,
insofern als sie entweder zusammen mit dem oberen Teil eines Bohrlochkopfes vom
ortsfesten Teil des Bohrlochkopfes, oder aber allein vom gesamten Bohrlochkopf,
also ohne daß gleichzeitig das obere, lösbare Teil des Bohrlochkopfes entfernt werden
muß, gelöst und entfernt
werden kann. Verriegelungsvorrichtungen
werden verwendet, in den Dorn in der ringförmigen oberen Aufnahme so zu verriegeln,
daß ein flüssigkeitsdichter Sitz gegeben ist.
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Die Erfindung schafft eine Unterwasser-Anschlußvorrichtung #um schnellen
Anschließen und Abtrennen von Steuerleitungen an einer Unterwassereinrichtung, wie
beispielsweise ~einem Bohrlochkopr Ferner schafft die Erfindung eine Anschlußvorrichtung
fUr ~innen Unterwasser-Bohrlochkopf, welche eine untere Aufnahm, an der unteren
Aufnahme angebrachte Befestigungs-Vorrichtungen mit Federn zur nicht-starren Anbringung
am Eohrlochkopf, eine obere Aufnahme und einen Dorn aufweist, welcher derart in
die Aufnahmen eingefahren werden kann, daß zu diesen eine flüssigkeitsleitende Verbindung
hergestellt wird.
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Weiter schafft die Erfindung eine Anschlußvorrichtung fUr eisen Bohrlochkopf
mit einem oberen lösbaren Teil und einem unteren orts festen Teil, welche eine untere
Aufnahme, an der unteren Aufnahme angebrachte Befestigungsvorrichtungen mit Federn
zur nicht-starren Anbringung am unteren ortsfesten TeiL des Bohrlochkopfes, eine
am oberen lösbaren Teil des Bohrlochkopfes angebrachte ringförmige obere Aufnahme
und einen in die Aufnahmen einfahrbaren Dorn auf.
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Nach einer weiteren bevorzugten Aus fUhrungs form der Erfindung weist
die Anschlußvorrichtung Verriegelungsvorrichtungen auf, Aber welche der Dorn lösbar
mit der oberen Aufnahme verbunden
werden kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels in Verbindung mit der beigef(igten
Zeichnung.
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Auf dieser ist Fig. 1 eine schematische Aufrißansicht eines Bohrlochkopfes
mit einer Anschlußvorrichtung rür die Fernsteuerung der Bohrlochkopffunktionen von
einem an der Wasseroberfläche befindlichen Wasserfahrzeug her, wobei die Anschlußvorrichtung
in doppelter AusfUhrung in den gestrichelten Umrißlinien gezeigt ist, und Fig. 2
einen Teilaufriß teilweise im Schnitt, der erfindungsgem!en Vorrichtung.
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In Fig. 1 ist mit 10 eine Unterwasser-Bohrlochkopfvorrichtung bezeichnet,
welche ein oberes, lösbares Teil und ein unteres, ortsfestes Teil aufweist. Das
obere, lösbare Teil des Bohr-Bochkopfes wird in der englischen Fachsprache wie im
folgenden als ~Riser'# bezeichnet und erhält das Bazugszeichen 16, während das untere,
ortsfeste Teil des Bohrlochkopfes im folgenden wie in der englischen Fachsprache
als "Stack" bezeichnet wird und das Bezugszeichen 18 erhält. Das obere lösbare Teil
ist oberhalb einer Riser-Platte 12 angebracht und mit dieser verbunden, das ortsfeste
Teil das Bohrlochkopfes liegt darunter, wobei an ihm eine Stack-Platte 14 angebracht
ist. Am Bohrlochkopf 10 ist eine Anschlußvorrichtung 20 gemäß der Erfindung befestigt.
Ferner ist auf der Zeichnung
eine zweites ebenfalls mit dem Bohrlochkopf
verbundene Anschlußvorrichtung 22 gezeigt, welche als Stand-by-Einheit ftfr den
Fall dienen kann, daß die erste Anschlußvorrichtung 20 aus irgendeinem Grund ausfällt.
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Die Funktionen des Bohrlochkopfes 10 werden von einem an der Wasseroberfläche
befindlichen Wasserfahrzeug 24 her er eine mit dem Aufsatz 16 des Bohrlochkopfes
in Verbindung stehende Versorgungszuleitung 26 gesteuert. Die Versorgungs-Zuleitung
26 schafft eine Flilssigkeitsverbindung zwischen dem Wasserfahrzeug 24 und dem Bohrlochkopf
10, von wo aus die Fliiasigkeit zu den Anschlußvorrichtungen 20 und 22 gelangt,
wie im folgenden beschrieben wird, Ebenso können Versorgungszuleitungen 28 und 30
zur direkten Fwssigkeitsverbindung zwischen dem Wasserfahrzeug 24 und den Anschlußvorrichtungen
22 und 20 vorgesehen sein, wie noch im einzelnen dargelegt wird.
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In Fig. 2 ist eine Anschlußvorrichtung 20 nach der Erfindung gezeigt,
welche eine untere, als Mutterteil ausgebildete Aufnahme 32 aufweist, welche Uber
Federbefestigungen an der Stack-Platte 14 befestigt ist. Die Federbefestigung umfaßt
einen ringförmigen Flansch 34, welcher an der unteren Aufnahme 32 angebracht ist
und diese umgibt. Am Flansch 34 ist, bezUglich diesem nach unten weisend, eine Anzahl
von Bolzen 36 (von denen nur zwei in Fig. 2 zu sehen sind) befestigt. Die Bolzen
36 greifen jeweils in Löcher 40 im unteren Flansch eines Befestigungsringes 42,
welcher seinerseits Uber Schrauben 44 oder sonstige geeignete Mittel mit der Stackplatte
14 verbunden ist. Es ist zu beachten, daß die Löcher 40 einen
größeren
Durchmesser aufweisen als die Bolzen 36, so daß die Bolzen die Löcher frei durchsetzen.
Zwischen dem Flansch und dem Befestigungsring 42 sind Federn 46 eingebaut, wobei
jede Feder durch einen der Bolzen 36 gehalten wird. Die soeben beschriebene Federbefestigung
bringt also die untere Aufnahme 32 so an der Stack-Plåtte 14 an, daß die Aufnahme
32 eine beschränkte elastische Beweglichkeit bezüglich der Stack-Platte 14 hat.
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Eine obere, als Mutterteil ausgebildete Aufnahme 48 ist Ueber eine
Anzahl von Durchsteckschrauben mit Muttern 50 mit der Riser-Platte 12 des oberen
lösbaren Teiles 16 (Fig. 1) des Bohrlochkopfes 10 verbunden. Die obere Aufnahme
48 ist mit einem Flansch 52 versehen, an welchem die Durchsteckschrauben mit Muttern
50 angebracht sind.
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Ein das Vaterteil bildender Dorn 54 wirkt mit der unteren AUfnahme
32 und der oberen Aufnahme 48 zusammen, wenn er in diese eingesetzt wird. Der Dorn
54 ist mit einem nach außen weisenden Flansch 56 versehen, welcher eine Anzahl von
Flanschfortsätzen 56a (nur eine gezeigt in Fig. 2) aufweist, von denen jede eine
Verriegelungsvorrichtung 58 aufnimmt.
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Jede Verriegelungsvorrichtung 58 umfaßt einen Zylinder 60, welcher
auf geeignete Weise, beispielsweise durch Schweißen oder Verschrauben, an dem zugehörigen
Flanschfortsatz 56a befestigt ist. Durch eine axiale öffnung in dem Zylinder erstreckt
sich eine Kolbenstange 62, an der ein im Zylinder 60 angeordneter Kolben 64 befestigt
ist. Dieser kolben 64 kann, wie dies fUr den Fachmann auf der Hand liegt, hydraulisch
oder pneumatisch mit Hilfe dafUr geeigneter
Vorrichtungen betätigt
werden.
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Am unteren Ende der Kolbens tange 62 ist ein Zwischenglied 66 angelenkt,
welches seinerseits an einem Hebel bzw. einer klaue 68 befestigt ist. Der Hebel
68 ist über einen Stift 70 an einem nach unten ragenden Teil 74 des Flanschfortsatzes
56a drehbar befestigt. Auf diese Weise bildet das nach unten ragende Teil 74 ein
Gehäuse und eine Auflage fUr den Hebel 68, und schtltzt die Kolbenstange 62 und
das Zwischenglied 66. Wie im folgenden erklärt wird, ist dar Hebel 68 so eingerichtet,
daß er gegen die Unterseite des Flansches 52 angreift, welcher wie bei 52a zur Aufnahme
der Verriegelungsvorrichtung 58 zurückgesetzt ist.
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Die Kolbenstange 62 jeder Verriegelungsvorrichtung 58 ist an einer
Stabilisatorplatte 76 befestigt, die mit einer Öffnung an einem am Dorn 54 befestigten
Stab 78 gleitend angreift. Auf diese Weise bewegen sich bei ihrer Betätigung sämtliche
Kolbenstangen 62 synchron zueinander.
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Um beim Zusammenfahren eine dichtende Verbindung zwischen den Dorn
54 und den Aufnahmen 32 und 48 sicherzustellen, sind die Paßfläche 80 des Dorns
54 und die Paßflächen 82 der Aufnahmen 32 und 48 nach unten und innen, wie in Fig.
2 gezeigt, geneigt.
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Mit Hilfe geeignete Mittel, wie Schrauben oder ähnlichem am Dorn 54
befestigt oder mit diesem einstückig ausgebildet ist ein Ventilblock 84, welcher
geeignete Speiseleitungen aus der Versorgungszuleitung 30 (Fig. 1) aufnimmt. Die
Flüssigkeitsspaiseleitungen sind am Ventilbiock 84 angeschlossen
und
stehen in flüssigkeitsleitsnder Verbindung mit einer Anzahl von Kanälen 86, wie
sie in Fig. 2 dargestellt sind.
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Die Flltssigkeitskanäle'86 (von denen eine Mehrzahl, wie sie bevorzugt
vorhanden ist, dargestellt ist) stehen in flüssigkeitsleitender Verbindung mit zugehörigen
Kanälen 88, welche in den Aufnahmen 32 und 48 ausgebildet sind. Hierbei trifft bei
in die Aufnahmen 32 und 48 eingesatztem Dorn das Ende eines in dem Dorn befindlichen
Kanals 86 auf den ihm zugehörigen Kanal 88.
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Jeder Kanal ist an den Paßflächen 80 und 82 des Dorns 54 bzw. der
Aufnahmen 32 und 48 mit-einar Dichtung umgeben.
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So sitzt, wie in Fig. -2 gezeigt, in einem erweiterten Teil eines
jeden im Dorn 54 befindlichen Kanals 88 eine elastische Dichtung 90. Andere derartige
Kanäle sind ebenfalls mit ähnlichen Dichtungen ausgestattet. Ebenso können derartige
Dichtungen, falls dies wflnschenswert erscheint, auch in den Kanälen der Aufnahmen
vorhanden sein. So schaffen diese Dichtungen 90 eine flüssigkeitsdichte Verbindung
zwischen den zusammengehörigen Enden der Kanäla in den Übergangsstellen zwischen
dem Dorn 54 und den Aufnahmen 32 und 48.
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Auf diese Weise werden Flüssigkeitsverluste vermieden und die geeigneten
Drucke in den Verbindungsleitungen bzw. Kanälen aufrechterhalten.
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Ferner ist eine geeignete Abdeckung 92 vorgesehen, welche den Ventilblock
84 sowie verschiedene Speiseleitungen und ähnliches umgibt. Ferner ist noch der
Stab 78 mit dem Dorn 54 verbunden, so daß der Dorn, der daran angebrachte oder mit
ihm einstuckige Ventilblock 84 und zugehörige Teile aus der oberen Aufnahme 48 für
Wartungszwecke oder ähnliches entfernt werden kann.
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Nun zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Der Dorn 54 mit dem daran angebrachten oder mit ihm einstückigen Ventilblock
84, den Speiseleitungen, der Abdeckung 92 und ähnlichem wird mit Hilfe der Verriegelungsvorrichtung
58 in Stellung innerhalb der oberen Aufnahme 48 verriegelt, wie in Fig. 2 gezeigt.
Ebenso liegt der Dorn 54 innen an der unteren Aufnahme 32 an. Wie beschrieben, ist
die untere Aufnahme 32 für eine nicht-starre Befestigung am unteren, ortsfesten
Teil 18 des Bohrlochkopfs über Federbefestigungen eingerichtet, mit denen die untere
Aufnahme 32 an der Stack-Platte 14 angebracht ist. Sobald das untere, ortsfeste
Teil 18 des Bohrlochkopfes 10 unter Wassar am Bohrloch angebracht ist, kann das
obere, lösbare Teil 16 des Bohrlochkopfes 10 je nach Notwendigkeit mit dem Stack
18 verbunden oder von diesem gelöst werden. Da die Verbindungsvorrichtung 20 (und
ebenso ihr gleichartiges Gegenstück 22) aber die Riser-Platte 12 fest am Riser befestigt
ist, wird beim Entfernen des Risers, des oberen, lösbaren Teils 16 des Bohrlochkopfes,
gleichzeitig die obere Aufnahme 48 mit entfernt, wodurch der Dorn 54 und die untere
Aufnahme 32 voneinander getrennt werden. Umgekehrt bringt die Verbindung des Risers
16 mit dem Stack 18 des Bohrlochkopfes 10 den Dorn 54 mit der unteren Aufnahme 32
in Eingriff, vorausgesetzt natürlich, daß der in der oberen Aufnahme 48 befindliche
Dorn 54 ungefähr über der unteren Aufnahme 32 angeordnot wird. Während eines solchen
Eingriffvorgangs gestattet die federnde Befestigung der unteren Aufnahme 32 ein
leichtes Biegen oder Bewegen dieser Aufnahme, so daß ihre Paßfläche 82 genau auf
die zugehörige PaRflFche 80 des Dorns 54 ausgerichtet wird. Es ist keine Verriegelungsvorrichtung
notwendig, um den Dorn 54 mit der unteren Aufnahme 32 in Eingriff zu halten, da
eine geeignete Verriegelungsvorrichtung den Riser 16
am Stack 18
des Bohrlochkopfes befestigt.
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Sobald der Dorn 54 mit der unteren Aufnahme 32 in Eingriff steht,
sind die verschiedenen Kanäle, wie beispielsweise die mit 86 bezeichneten des Dorns
54 und die mit 88 bezeichneten der Aufnahmen, in flüssigkeitsleitender Verbindung
aufeinander ausgerichtet. Sobald einmal der Riser 16 mit dem Stack 18 des Bohrlochkopfes
verriegelt ist, wird diese Flfissigkeitsverbindung aufrechterhalten. In diesem verbundenen
Zustand werden die mit den Kanälen im Stack in Verbindung stehenden Flüssigkeit
ss peiseleit ungen mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, welche danach die Kanäle 88
(die als einzige gezeigt sind, aber für eine Vielzahl von Leitungen stellvertretend
stehen) durchströmt. Die von der unteren Aufnahme 32 ausgehenden Kanäle 88 sind
mit dem Stack 18 des Bohrlochkopfes verbunden und dienen der Steuerung und Überwachung
des Stacks und seiner Funktionen.
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Die Kanäle 88 der-oberen Aufnahme 48 führen vom Ventilblock 84 durch
die obere Aufnahme 48 zum Riser 16 des Bohrlochkopfes 10 und dienen der Steuerung
und Überwachung der Funktionen des Risers. Es sollte in Bezug auf Fig. 1 erwähnt
werden, daß die Versorgungszuleitung 30 weggelassen werden kann und die durch sie
führenden Speiseleitungen statt dessen durch die Versorgungszuleitung 26 zum Riser
16 des Bohrlochkopfes und von dort zum Ventilblock 84 geführt werden ~können. Es
ist also ersichtlich, daß der Dorn 54, der Ventilblock 84 und die verschiedenen
Flüssigkeitsübertragungs- und Speiseleitungen mit dem Riser 16 des Bohrlochkopfes
verbunden sind und zusammen mit dem Riser auf- und abbewegt werden können. Wenn
die Umstände es erfordern, die in Fig. 1 gezeigten Versorgungszuleitungen 26, 28
und 30
an die Wasseroberfläche zu bringen, wird der Riser 16 des
Bohrlochkopfes einfach vom Stack 18 gelöst und an die Oberfläche gezogen, wobei
der Dorn 54 und die dazugehörenden, oben beschriebenen Teile mitgenommen werden.
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Falls es jedoch notwendig oder wünschenswert sein sollte, die Anschlußvorrichtung
20 allein an die Oberfläche zu hieven (d.h., die Riser-Platte 12 an ihrem Platz
zu lassen), werden die Verriegelungsvorrichtungen 58 betätigt.
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Hierzu wird Flüssigkeitsdruck nach oben gegen den Kolben 64 ausgeübt,
so daß sich die Kolbenstange 62 nach oben bewegt.
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Dabei folgt das Zwischenglied 66, so daß sich die Klaue 68 (gemãß
Fig. 2 im Uhrzeigersinn) um den Stift 70 dreht, und den Flansch 52 der oberen Aufnahme
48 bei 52a freigibt. Auf diese Weise kann der Dorn 54 angehoben und von beiden Aufnahmen32
und 118 gleichzeitig gelöst werden. Der Dorn 54 läßt sich beispielsweise dadurch
anheben, daß ein Kabel (nicht gezeigt) am oberen Ende des Stabes 78 angebracht wird.
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Zur Wiederherstellung der Verbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
ausgehend von der Annahme, daß das obere, lösbare Teil 16 des Bohrlochkopfes 10
mitentfernt worden ist, wird dieses beispielsweise mit Hilfe eines Kabels oder der
Versorgungszuleitung 26 wieder zum Bohrlochkopf abgesenkt.
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Während der Riser 16 mit dem Stack 18 des Bohrlochkopfes 10 in Eingriff
gebracht wird, wird gleichzeitig der durch die obere Aufnahme 48 hindurchragende
Dorn 54 in Eingriff mit der unteren Aufnahme 32 geführt. Durch die Federbefestigungsvorrichtungen,
die für eine nachgebende Anbringung der unteren Aufnahme 32 an der Stack-Platte
14 sorgen, gelangt der Dorn 54
automatisch in einen richtigen Sitz
in der unteren Aufnahme 32. Dabei wird dann eine flüssigkeitsleitende Verbindung
über die kanäle errichtet, und die Bohrlochkopffunktionen können durchgeführt werden.
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Wenn andererseits das obere abnehmbare Teil 16 des Bohrlochkopfes
10 an seinem Platz belassen und nur die Anschlußvorrichtung 20 der Vorriehtung gemäß
Fig. 2 entfernt wurde, wird der Dorn 54 über ein am oberen Ende des Stabes 78 angebrachtes
Kabel abgesenkt, bis der Dorn in die ringförmige obere Aufnahme 48 eingreift. Hierauf
wird der Dorn 54 in die dem richtigen und dichtenden Sitz entsprechende SiLellung
dadurch geführt, daß er solange gedreht wird, bis die im Dorn befindlichen Kanäle
auf die in der oberen Aufnahme 48 befindlichen Kanäle ausgerichtet sind.
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Dieses Ausrichten läßt sich erleichtern, indem man eine geeignete
Zunge- und Nutanordnung vorsieht. Sobald diese Sollstellung erreicht ist, ist auch
die flüssigkeitsleitende Verbindung der Kanäle hergestellt, worauf nach Wiederverriegelung
der Verriegelungsvorrichtung 58 durch zeitumgekehrtes Durchführen des oben beschriebenen
Vorgangs der Entriegelung die Funktionen des Bohrlochkopfes 10 aufgenommen werden
können.
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Patentansprtche: