DE2415800A1

DE2415800A1 - Vorrichtung und verfahren zum anlegen eines drucks an eine bohrroehrenkolonne

Info

Publication number: DE2415800A1
Application number: DE2415800A
Authority: DE
Inventors: A Michael Regan; Bruce J Watkins
Original assignee: Regan Forge and Engineering Co
Current assignee: Regan Forge and Engineering Co
Priority date: 1973-07-23
Filing date: 1974-04-01
Publication date: 1975-02-06
Also published as: FR2238835A1; FR2238835B3; GB1422886A; DE2415800C2; US3889747A

Description

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Fernsprecher: 51013 ff 36 M12

⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl ^M3013

Bahrpatente Hörne PATENTANWÄLTE Babetzpat Manchen

T. I. X 08229853 O / 1 C? O Λ Λ Τ_β:_ΘΧ5215360

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REGAN FORGE & ENGINEERING COMPANY San Pedro, Calif., Vereinigte Staaten von Amerika

Vorrichtung und Verfahren zum Anlegen eines Drucks an eine Bohrröhrenkolonhe

Priorität: 23. Juli 1973, V.St.A., USSN 381 531

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anlegen eines Drucks an eine Bohrröhrenkolonne, die sich von einem Behälter zu einen Unterwasser-Schacht bzw. Unterwasser-Bohrloch erstreckt. Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Unterwasser-Schächte.

Ein typischer Unterwasser-Schacht weist einen Schachtkopf'

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bzw. einen Bohrkopf auf, der am Meeresgrund über dem Bohrloch angeordnet ist. Der Bohrkopf weist eine Reihe von Ventilen auf, die als Ausblas-Schutzeinrichtungen bezeichnet sind und die selektiv das Bohrloch bzw. den Schacht zum oberen Ende des Bohrkopfes öffnen. Ein Behälter, beispielsweise ein Schiff, ein Kran oder dergleichen, schwimmt auf der Meeresoberfläche über dem Bohrkopf und ist über Führungsleitungen mit dem Bohrkopf verbunden. Eine hohle Steigleitungs-Röhrenkette verläuft über Führungsleitungen vom Behälter nach unten zum Bohrkopf zur Verbindung mit diesem.

Bekanntlich weist das untere Ende der Steigleitungs-Röhrenkette eine Steigleitungsverbindung zu dieser zwecks Verbindung mit dem oberen Ende des Bohrkopfes auf. Diese Verbindung enthält eine konisch nach unten sich erweiternde öffnung oder einen Rand, in dem das obere Ende des Bohrkopfes bzw. Schachtkopfes aufgenommen wird, um das Verbindungselement darauf zur Herstellung einer Verbindung mit diesem zu zentrieren. Die Verbindung wird bei einem Zusammentreffen mit dem oberen Ende des Bohrkopfes koaxial diesem gegenüber ausgerichtet, um genau in das obere Ende zu passen nnä um eine Durchführung von Werkzeugen, Flüssigkeiten usw. durch den Schachtkopf und nach oben in der Steigleitungs-Röhrenkolonne zur erleichtern. Da sich der Behälter aufgrund der Strömung, des Windes usw. über dem Schachtkopf um diesen bewegt, ist eine Kuge!verschraubung bzw. KugeIlagerverbindung zwischen dem Verbindungsstück und dem übrigen Teil des Verlaufs der Steigleitungs-Röhrenkette zum Schiff vorgesehen. In ähnlicher Weise kann das obere Ende der Steigleitungs-Röhrenkette an den Behälter durch eine geeignete Steilleitungs- und Kugellagerverbindungskombination angeschlossen sein.

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Es ist jedoch notwendig, die Röhrenkette unter Druck zu setzen, um effektiv öl oder dergleichen von dem Unterwasser-Schachtkopf zu dem schwimmenden Behälter zu befördern. Es wurden bisher sperrige und teure Einrichtungen benützt, die einen Druck auf eine Oberfläche ausüben, um den Druck an derartige Röhrenkolonnen anzulegen. Außerdem wurde vorgeschlagen, an den Steigleitungen dieser Röhrenkolonnen ein schwimmfähiges Material zu befestigen, um zum Anlegen des Druckes beizusteuern. Dieses Material hat angeborene Nachteile und Bes chränkungen.

Bei vielen Anwendungsfällen darf beispielsweise der Betrag des Druckes am Boden derartiger Steigleitungen 680 kg (150,000 lbs.) nicht überschreiten. Wenn der Druck solcher Größe über eine mit einem Gewicht belasteten Steigleitungsverbindung oder Verbindungen zugeführt würde, würde dies ein ernsthaftes Problem bei der Handhabung darstellen. Außerdem würde jede vrinkelmäßige Versetzung der Steigleitung ein hohes Biegemoment auf die Verbindungen und Aufblas-Schutzeinrichtungen ausüben.

Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde eine Unterwasser-Vorrichtung zum Druckanlegen und ein Verfahren für einen Untervjasser-Schaehteinbau zu schaffen, Weiterhin soll eine Steigleitung für einen Unterwasser-Schachtkopfeinbau geschaffen x^erden, der eine mit dem Einbau verbundene Teleskopeinrichtung zur Druckanlegung aufweist, wobei der Druck an eine Bohrröhrenkolonne angelegt werden soll, die von einem Behälter zu einem Unterwasser-Schachtkopf bzw. Bohrkopf führt. Schließlich soll das Gewicht des Bohrschlammes anstelle eines Totgev:ichts zur Anlegung des Drucks an das Bohrrohr verwendet werden.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Bohrröhrenkolonne vorgesehen wirdj die sich von einem auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Behälter zu einem Schachtkopf bzw. Bohrkopf erstreckt, der betrieblich mit einem Bohrloch verbunden ist, welches in den Boden bzw. Grund hineinreicht. Das Bohrrohr enthält ein oberes Verbindungsstück, das am einen Ende mit dem Bohrrohr verbunden ist und am anderen Ende mit dem unteren Verbindungsstück in einer Teleskopbeziehung steht. Eine druckausübende Einrichtung ist betrieblich mit beiden Verbindungsstücken zum Verschieben der Verbindungsstücke in einer Weise verbunden, daß ein Druck an das Bohrrohr angelegt wird. Eine Bohrflüssigkeit wird in das Bohrrohr nach unten und in das Schacht-Bohrloch eingeführt; ein Teil der Bohrflüssigkeit wird von den Verbindungsstücken zu einem Druckwandler abgeleitet, der den Druck vom Gewicht der Flüssigkeit in dem Bohrrohr aufnimmt und die dadurch erzeugte Kraft an die druckausübende Einrichtung anlegt, um hierdurch die Verbindungsstücke teleskopartig zu verschieben und einen Druck an das Bohrrohr anzulegen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Unterwasser-Bohrschachtes, eines auf der Meeresoberfläche schwimmenden Behälters und einer Bohrröhrenkolonne, die sich zwischen dem Behälter und dem Schachtkopf erstreckt, wobei das Bohrrohr eine daran befestigte druckausübende Teleskop-Steigeinrichtung enthält,

Fig. 2a, 2b, 2c, 2d eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gehalten, einer druckausüben-

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[ den Teleskop-Steigvorrichtung,

Fig. 3 eine Seitenansicht - teilweise im

Schnitt gehalten - eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 2d, von einer anderen Lage gesehen,

Fig.. 4 eine Querschnitts ansicht entlang der Linie. IV-IV in Fig. 2a,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in Fig. 2a,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 2b,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang der V . Linie VII-VII in Fig. 2c,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 2d, und

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer typischen Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine typische Unterwasser-Ölbohreinheit dargestellt; auf dem Meeresboden 10 befindet sich hierbei ein herkömmlicher Bohrkopf 11. Der Bohrkopf oder Schachtkopf Ii weist über dem Bohrloch eine Basis 12 auf, die sich nach unten in den Meeresboden erstreckt und von der ein röhrenartiges Bohrrohr 13 hinaufführt. Das Mittelstück 13 weist eine Kette von Ausbruchs-Schutzeinrichtungen bzw; Ausblas-Ventilen I¹I auf, die in einem oberen Ende 15 enden. Ein Behälter

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schwimmt auf der Meeresoberfläche 1-7 im wesentlichen über dem Schachtkopf 11. Führungsleitungen 18 verlaufen vom Behälter 16 hinab zum Bohrkopf 11 und zwar zur Führung der Eingabe- und Rückbewegung der Öl-Bohrwerkzeuge, wie beispielsweise einer Kette von Bohrrohren 20.

Das Bohrrohr erstreckt sich gemäß Fig. 1 vom Behälter 16 zum Bohrkopf 11 und ist mit diesem verbunden, um öl aufzunehmen, das durch das Rohr 20 zum Behälter 16 gefördert werden soll. Die Bohrkolonne 20 besteht aus einzelnen Abschnitten von hohlen Leitungen, die durch Manschetten bzw. Muffen zu einer Kette bzw. Kolonne verbunden sind. Dicht neben dem unteren Ende des Bohrrohrs 20 ist eine Kuge!verschraubung 22 vorgesehen, um dem über der Kuge Hager verbindung 22 liegenden Teil des Bohrrohrs 20 eine Verschwenkung gegenüber dem unter der Kugelverschraubung 22 liegenden Teil des Bohrrohrs zu erlauben. An.dem unteren Ende des Bohrrohrs 20 befindet sich ein Verbindungsstück 25 zur Verbindung des oberen Endes 15 des Bohrkopfes 11 mit einem unteren, nach außen erweiterten Rand 27, der eine konische, sich nach unten erweiternde öffnung aufnimmt. Da das Bohrrohr 2C an Führungsleitungen 18 abgesenkt wird, gleitet das obere Ende 15 des Bohrkopfes 11 in die konische öffnung, bis die Seiten der öffnung berührt werden. Eine solche Berührung bzw. Verbindung zentriert und richtet den Rand 27 koaxial zum oberen Ende 15 des Bohrkopfes 11 aus, so daß das obere Ende 15 von der konischen öffnung in eine vertikale Bohrung des oberen Teils 26 gelangen wird. Das obere Ende 15 des Bohrkopfs 11 paßt genau in die Bohrung des oberen Teils 26, um das Verbindungsstück 25 aufzunehmen, welches gegenüber dem Teil 26 ausgerichtet ist, um das öl aufzunehmen, das zum

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Behälter ίβ transportiert werden soll.

Gemäß der Erfindung ist insbesondere ein Teleskop-Zwischenstück zum Anlegen eines Druckes an das Rohr 20 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dieses Teleskop-Zwischenstück bzw. das Teleskop-Hebesteigstück allgemein mit 30 angedeutet und sowohl mit dem Bohrrohr 20 wie auch mit der Verbindung 22 verbunden. Diese druckausübende Einrichtung 30 ist in den Fig. 2 bis 8 näher veranschaulicht.

Die in Fig. 2a allgemein mit 30 bezeichnete druckausübende Einrichtung enthält ein unteres Rohrende 31 an der Kolonne 20 über der druckausübenden Einrichtung 30, ein oberes, im wesentlichen rohrförmiges Verbindungsstück 32, welches mit dem unteren Rohrende 31 in Verbindung steht, ein im wesentlichen rohrförmiges Verbin dungsstück33» das teleskopartig das untere Verbindungsstück 32 aufnimmt (Fig. 2d) und ein oberes Rohrende 3^ am Bohrrohr unterhalb der druckausübendeη Einrichtung 30.

Das Rohrende 31 enthält einen Flanschabschnitt 35 (Fig, 2a), der mit einem flanschähnlichen Abschnitt an dem oberen Verbindungsstück 32 verbunden werden kann und mit diesem in einer flüssigkeitsdichten V/eise durch geeignete Mittel verbunden ist. Passende 0-Ringe 37 können am Berührungspunkt bzw. Verbindungspunkt des oberen Verbindungsstücks 32 und des unteren Rohrendes 31 vorgesehen sein. Ein ähnlicher Flansch 38 kann an dem oberen Verbindungsstück 32 unterhalb des Flanschabschnitts 36 vorgesehen sein. Geeignete Öffnungen können in beiden Flanschabschnitten 35 angeordnet sein, ebenso wie ein Flansch 38 zur Aufnehme eines Schlauchpaares oder eines Paares von Durchflußleitungcn 39 (Fig. ¹O für Zwecke, die nach-A0 9886/0353

stehend erläutert werden.

Eine Vielzahl von Platten oder Flanschen 40 sind gemäß den Fig. 2a und 4 an dem oberen Verbindungstück 32 unterhalb des Flansches 38 angeordnet und umfassen Verbindungselemente 43, die an ihrem einen Ende an den Flanschen 40 befestigt sind. Das andere Ende der Verbindungsglieder 4l ist im wesentlichen in der Mitte von Verbindungselementen 43· an diesem befestigt, während die anderen Enden der Verbindungselemente 43 fest mit Kolbenstangen 44 verbunden sind. Vier derartige Gelenkstangen-Anordnungen sind dargestellt.

Die Stangen Hh reichen abwärts in eine gleiche Zahl von Kolben-Zylindern 45» die sich ihrerseits entlang der Außenseite des oberen Verbindungsstücks 32 gemäß den Fig. 2a bis 2c und 6. in Längsrichtung erstrecken. Die Stangen 44 hören an ihren unteren Enden in den Kolben HS gemäß Fig. 2 auf, welche in den Zylindern 45 gleitfähig gelagert sind. Passende O-Ringe 47 oder dergleichen können jedem Kolben 46 zugeordnet sein. Das obere Ende jeder Stange 44 erstreckt sich durch geeignete Öffnungen 38 gemäß Fig. 2a in die oberen Enden 50 der Zylinder 45 und passende O-Ringe 49 oder dergleichen können ebenfalls jeder Stange 44 und dem oberen Ende 50 jedes Zylinders 45 unterhalb der Öffnungen 48 zugeordnet sein bzw. mit diesen verbunden sein.

Das obere Ende 50 jedes Zylinders 45 kann ein Verschlußteil 51 mit einer Öffnung 48 und dieser zugeordneten O-Ringen 49 aufweisen. Jeder Verschlußteil 51 enthält einen Flanschabschnitt 52, der in flüssigkeitsdichter Weise an dem Oberteil eines mit einem Gewinde versehenen Elements 53 befestigt ist, wobei das Element 53 auf das obere Ende 54 des Körperabschnitts 55 des Hauptzylinders aufgesetzt bzw. aufgedreht ist. 409886/035 3

In jedem Gewindeglied 53 ist eine Auslaßöffnung 56 vorgesehen, welche mit dem oberen Ende 57 der Vielzahl von druckausübenden Rohrleitungen 58 in einer Verbindung für Flüssigkeiten steht. Zwei derartige Rohrleitungen 5.8 sind mit jedem Zylinder *J5 gemäß den Fig. 5 und 6 verbunden. Das untere Ende jedes Körperabschnitts 55 der Hauptzylinder hört in dem Gewindeabschnitt 59 auf, der gemäß Fig. 2d über ein Gewinde in dem Muffenglied 60 aufgenommen wird. Jedes Muffenglied 60 hört an seinem unteren Ende in einem Flansch 6l auf^ der schwenkfähig mit einem Ende eines Verbindungsglieds 62 verbunden ist. In dem Muffenelement 6 1 kann eine umgebende Einrichtung 30 zur Flüssigkeitsverbindung mit der Umgebungsflüssigkeit vorgesehen sein. Ein zweites Verbindungsglied 63 ist fest mit dem Verbindungsglied 62, und zwar im wesentlichen am Mittelpunkt desselben mit diesem verbunden. Das andere Ende des Verbindungsglieds 63 ist fest an einem verlängerten Flansch 6*1 angeschlossen, der sich entlang der Außenseite des unteren Verbindungsstücks 33 erstreckt.

Das untere Ende 65 des unteren Verbindungsstücks 63 enthält einen Flanschabschnitt 66, der in flüssigkeitsdichter Weise an einem ähnlichen Flansch ab schnitt 67 an dem oberen Rohrende 3^ angeschlossen ist. Geeignete O-Ringe 68 oder dergleichen können an dem Berührungspunkt des unteren Verbindungsstücks mit dem oberen Rohrende 3Ί vorgesehen sein.

Die unteren Enden 69 der Rohrleitungen 58 enden gemäß Fig. 2b in den mit Gewinde versehenen Abschnitten 70» die in einer in dem im unteren Verbindungsstück 30 gebildeten Druckkammer bzw. Pufferkammer 71 über ein Gewinde aufgenommen werden und das obere Verbindungsstück 32 umgeben, .wie dies aus Fig. 7 deutlich hervor-409886/0353

geht. Die Kammer 71 wird somit durch eine integrale Bodenwand 72 (Fig. 2d) erzeugt, die sich über dem Verbindungsstück 33 über den Verbindungsgliedern 62, 63 erstreckt und im wesentlichen eine zylindrische Seitenwand 73 aufweist, die sich gemäß Fig. 2c von der Wandung 72 nach oben erstreckt und gegenüber der Innenwand 7*1 des Verbindungsstücks 33 in Abstand angeordnet ist, um die Kammer 71 zu bilden. Die Seitenwand 73 endet in einer oberen Wand 75. Das andere Ende des Verbindungselements 62 ist fest mit einer gleichen Zahl von Flanschen 76 verbunden, die an der Bodenwand 72 und am Verbindungsstück 33 in der gezeigten Weise angeordnet sind.

Wie sich aus Fig". 2c und insbesondere aus Fig. 7 ergibt, sind eine Vielzahl von Ausgleichsöffnungen oder Löchern 77 in dem unteren Verbindungsstück 32 in einer Flüssigkeitsverbindungmit dem Raum 78 vorgesehen, wobei der Abstand bzw. Raum 78 zwischen einer Außenwand

79 des oberen Verbindungsstücks 32 und einer Innenwand

80 des unteren Verbindungsstücks 33 gemäß Fig. 2 gebildet ist.

Ein oberes Ende des unteren Verbindungsstücks 33 endet in einem Dichtungselement 82, welches eine Vielzahl von passenden O-Ringer 83 oder dergleichen aufweist, die dem Element 82 zur Dichtung des unteren Verbindungsstücks 33 gegenüber der Außenwand 79 des unteren Verbindungsstücks 32 in flüssigkeitsdichter Weise zugeordnet ist.

Das Leitungspaar 39 wird gemäß'Fig. 2 durch Flansche 84 gehalten bzw. abgestützt, welche an der Außenwand 79 des oberen Verbindungsstücks 32 befestigt sind. Jede Leitung 39 enthält ein rohrförmiges Element 85, das sich'nach unten und im wesentlichen parallel zum oberen Verbindungsstück 32 erstreckt. Ein ähnliches

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Flanschpaar 86 ist gemäß Fig. 2c an der Außenwand 87 des unteren Verbindungsstücks 32 befestigt und gebogene Rohrelemente 38 sind an diesem montiert. Jedes Rohrelement 88 trägt einen Teil des zuvor erwähnten rohrförmigen Elements 85 am einen Ende und ein Verbindungsglied 90 am anderen Ende, wie dies auch aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht. Dies bedeutet, daß das Element 85 gemäß Fig, 2b eine Fortsetzung des ähnlichen Elements 85 in Fig. 2a ist. Das Verbindungselement 90 gemäß Fig. 2b ist in flüssigkeitsdichter Weise mit einem verlängerten Rohrelement 91 verbunden, welches sich nach unten und innerhalb der Kammer 71 erstreckt, d.h. es erstreckt sich durch eine öffnung 92 in der Stirnwand 75 bzw. oberen Wand 75 durch die Kammer 71 hindurch und aus einer öffnung 93 in der Bodenwand aus der Kammer 71 heraus und nach unten durch in geeigneter V/eise ausgerichtete öffnungen in den Flanschabschnitten 66, 67, wie dies in den Fig. 2a bis 2d veranschaulicht ist.

Wie die Fig. 2c und 2d und insbesondere die Fig. 7d zeigt, können in Längsrichtung verlaufende Keile 9*1 oder dergleichen an in Abstand voneinander befindlichen Stellen an der Innenwand 80 des^v unteren Verbindungsstücks' vorgesehen sein. Diese Keile 9¹J vermögen in sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 95 einzugreifen, welche an der Außenwand 79 des oberen Verbindungsstücks 32 vorgesehen sind, um das obere Verbindungsstück 32 gegenüber dem unteren Verbindungsstück 33 zu sperren, wenn diese verbunden sind und führen diese Verbindungsstücke in ihrer Teleskopbewegung, wie dies nachstehend näher erläutert wird.

öffnungen 96, die den genannten Löchern 77 ähnlich sind, sind im Boden des unteren Verbindungsstücks 33 vorgesehen, wie dies aus Fig. 2d hervorgeht. Gemäß den Fig.

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und 8 befinden sich eine Vielzahl von Boden-Rohrleitungen 96j beispielsweise drei derartige, in Abstand zueinander angeordnete Rohrleitungen in einer Flussigkeitsverbindung an einem Ende über jede öffnung 96 und am anderen Ende in einer Flüssigkeitsverbindung mit der Kammer 71 über geeignete öffnungen 98 in der Bodenwand 72. Eine innere Schulter 100 bzw. ein Ansatz 100 wird am
Boden des unteren Verbindungsstücks 33 über dessen Verbindungspunkt mit dem oberen Rohrende J>H gebildet, um
einen Anschlag für das Verschieben des oberen Verbindungsstücks 32 zu schaffen.

Die oberen und unteren Verbindungsstücke 32 und 33 bilden somit den Hebestück-Abschnitt der druckausübenden
Teleskop-Hebeeinrichtung, der mit 30 bezeichnet ist.
Die Zylinder '15 und die damit verbundenen Einrichtungen zur Aktivierung der Kolben kS binden den druckausübenden Teil der Einrichtung 30.· Die Öffnungen 77 sind Ausgleichsöffnungen, Vielehe es der Bohrflüssigkeit Schlamm oder dergleichen - erlauben, durch die öffnungen auszutreten - der Schlamm befindet sich in den Verbindungsstücken 32, 33 - und in den Raum 78 zu gelangen, um diesen Raum 78 aufzufüllen, so daß keine Kräfte darin erzeugt werden. Dies verhindert eine Entstehung von unausgeglichenen Drücken an der vertikalen Oberfläche
des Bohrrohrs 20. .

Der untere Teil 99 des oberen Verbindungsstücks 32 ist
relativ lang und schwer, so daß die Verbindungsstücke und 33 in ihrer ausgestreckten Position stabilisiert werden und der anfänglich erforderliche Druck auf den unterst möglichen Punkt konzentriert wird.

Die druckausübende Teleskop-Einrichtung 30 kann durch
einen drehbaren, in der Zeichnung nicht gezeigten Tisch bzw. Platte verlaufen, der bzw. die am Behälter l6

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befestigt ist. Die verschiedenen Verbindungsstücke, die vorstehend erwähnt wurden, können Schnellverbindungsstücke sein, um eine schnelle und leichte Verbindung der Zylinder 45 und Leitungen 39 zu erlauben. Die druckausübende Teleskop-Hebeeinrichtung 30 wird im Betrieb zuerst in das Meer 17 abgesenkt, die Kammer 71 wird zur Hälfte mit Wasser und zur Hälfte mit Schlamm gefüllt. Diese Mischung kann anfänglich in die Kammer 71 eingefüllt werden oder der Bohrschlamm oder dergleichen kann Wasser in der Kammer 71 entfernen bzw. verdrängen und in einer l:l-Mischung resultieren. Da der Bohrschlamm oder dergleichen nach unten durch den Hebeabschnitt der Einrichtung 30 zirkuliert wird, d.h. durch die Verbindungsstücke 32 und 33, tritt der Schlamm aus den öffnungen 77 in den Raum 78 aus und füllt den Raum 78, um die Erzeugung von unausgeglichenen Drücken in der vorstehend erwähnten Weise zu verhindern. Das Dichtungselement 82 läßt den Schlamm innerhalb des Raumes 78 beibehalten.

Da der Schlamm zirkuliert wird_s tritt er aus den öffnungen 96 in das -Verbindungsstück 33 aus _s gelangt in die Rohrleitungen 97 und in die Druckkammer 71· Der Schlamm verdrängt bzw. verlagert somit jedes Wasser aus der Kammer 71. Der Schlamm tritt dann aus der Kammer 71 über die flexiblen Verbindungstücke in die Zylinder 45, d.h. in die druckausübenden Rohrleitungen ein. Da jedes Rohrleitungspaar 58 eine Plüssigkeitsverbindung mit einem Zylinder 45 über öffnungen 56 aufweist," gelangt der Bohrschlamm in jeden Zylinder 45 und drängt jeden Kolben 45 nach unten. Jede Flüssigkeit oder Schlamm unterhalb des Kolbens 46 würde aus dem Muffenglied 60 austreten, wie dies nachstehend erläutert wird.

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- l4 -

Da die Kolben 46 nach unten bewegt werden, werden die Stangen 44 natürlich ebenfalls nach unten bewegt. Weil die Stangen 44 fest sowohl mit dem oberen wie auch mit dem unteren Verbindungsstück 32 bzw. 34 über die genannten Verbindungsanordnungen verbunden sind, werden die Verbindungsstücke 32 und 33 ineinander geschoben und stoßen das untere Rohrende 31 nach unten, wodurch das Bohrrohr 20 unter Druck gesetzt wird.·

Die Durchflußleitungen 39 und die rohrförmigen Elemente 85 sind ausreichend lang und/oder flexibel, um eine Teleskopbewegung der Verbindungsstücke 32 und 33 zu gestatten. Diese Elemente 85 sind an herkömmliche B.O.P.-Zugrohre 14 am Bohrkopf 11 angeschlossen und die Flüssigkeit kann vom Behälter 16 die Leitungen 39 hinab eingeblasen werden, wie dies allgemein bekannt ist.

Das Gewicht des Bohrschlamms, der im Bohrrohr 20 vorhanden ist, ivird somit zum Anlegen eines Drucks an das Bohrrohr 20 verwendet. Durch Einstellung der Größe der druckausübenden Zylinder 45 kann der Druck in einem vorbestimmten Verhältnis schneller als das Gewicht der im Bohrrohr 20 vorhandenen Schlammsäule erhöht werden. Ein Anfangsdruck von etwa. 45,300 kg (10,000 lbs.) wird durch die Länge und das Gewicht des unteren Abschnitts 99 des Verbindungsstücks 32 hervorgerufen.

Alle in dem Bohrsektor bekannten Materialien können verwendet werden, um die erfindungsgemäßen Techniken auszuführen. Die Zylinder 45 können hinsichtlich ihrer Größe derart gestaltet werden, daß nur gegenüberliegende Zylinderpaare gleichzeitig in Betrieb sind. Diese Zylinder sind flexibel mit der Druckkammer 71 verbunden, die im Hinblick auf das Ineinanderschieben der Verbindungsstükke 32 und 33 konzentrisch ist. Der Inhalt der Kammer 71 entspricht vorzugsweise etwa der doppelten Versetzung bzw

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Förderleistung der Zylinder ^5, um-zur Entfernung des Bohrschlamms aus den Zylindern *J5 heraus beizutragen.

Beispiel

Maße für das obere und untere Verbindungsstück 32 bzw. 33:

maximaler Außendurchmesser der

beiden Verbindungsstücke 32, 33 = ¹J 7 cm

(18 5/8 ");

maximaler Innendurchmesser der

beiden Verbindungsstücke 32, 33 = ²J¹I,! cm (17 3/8 »)i

die Wandfläche des unteren Endes

ρ des unteres Teils 99 = 225,9 cm'

(35 sq.");

innere Querschnittsfläche des unteren

2 Endes des unteren Abschnitts 99 = 1525 cm

(237 sq.").
Maße und Beschreibungen der Zylinder Ί5:

Gesamtfläche aller vier Zylinder

= 1(78.5 sq.") = 31H sq." = 2040 cm²

Gesamtfläche aller vier Stangen

= M6.5 sq.") = 27 sq." = 175 cm²

Nettodruckfläche = gesamte Zylindderfläche - gesamte Stangenfläche - Wandfläche des unteren Teils 99 = 31¹» sq." - 27 sq." - 35 sq."

= 252 sq." = I638 cm²

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Anfangsdruck auf die Einrichtung

30 = 10,000 lbs. = 4535,9 kg

Berechnungen:

Tiefe des Meeres 17 = 45,7 x 10 cm

(1,500 ft.)

Gewicht des Bohrschlammes = 1,675 kg/1

(14 Ib./gal.)

Schlammgradient = Schlammgewicht χ 7,4 8 gal./sq.ft./ft.

* 144 sq."/sq.ft. = l4(7.48)/144 = 1,67 g/cm⁵ (0,728 psi./ft.)

Wassergradient = Wassergewicht χ 7.48 gal./sq.ft./ft.

ν 144 sq."/sq.ft. =(8.337 lbs./

gal./144) (7.48) = 1,02 g/cm³

(0,445 psi./ft)

Nettogradient = Schlammgradient Wassergradient =

0.728 - 0.445 = 0,65 g/cm³

(0.283 psi./ft.)

Hydraulikdruck = Nettogradient χ Nettodruckfläche χ V/ass ertiefe =

0.283 (252) (1,.50O) = 48,5 x 10³ kg

(107,000 lbs.)

Ge samt druck = Hydraulikdruck + Anfangsdruck oder 107,000 lbs.

+ 10,000 lbs. = 53 x ΙΟ³ kg

(117,000 lbs.)

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Gewicht der Schlammsäule =

Nettogradient χ Innenfläche

χ Wassertiefe oder

0.283 (237) (1,500) = 45,7 ^{x 1C)3}

(101,000 lbs.).

Die vorstehenden Informationen können in einer graphischen Darstellung gemäß Fig. 9 wiedergegeben werden, wobei der Druck und das Gewicht gegenüber der Wassertiefe dargestellt sind. Daraus ergibt sich, daß die effektive Arbeitsoberfläche der Zylinder 45 um 6% grosser als die Fläche des Schlamms in dem unteren Ende des unteren Abschnitts 99 ist, da die Nettodruckfläche um 6% größer als die Innenfläche ist. Somit nimmt der Druck um 6% schneller zu als das Gewicht der Schlammsäule.

Vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine druckanlegende Teleskop-Hebeeinrichtung, die das Gewicht des Bohrschlamms zum Anlegen eines Druckes auf das Bohrrohr 20 verwendet. Dieser Druck nimmt automatisch zu, wenn der erforderliche Druck zunimmt. Durch Einstellung der Größe der Zylinder 45 kann die Druckausübung mit einem vorbestimmten Verhältnis schneller als das Gewicht der Schlammsäule erhöht werden. Der Anfangsdruck von etwa 4535,9 kg (10,000 lbs.) wird durch das untere Ende 99 des oberen Verbindungsstücks 32 hervorgerufen.

Es wird somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anlegung eines Drucks an eine Bohrkolonne beschrieben, die sich von einem auf der Wasseroberfläche schwimmenden Behälter zu einem Bohrkopf bzw. Schachtkopf erstreckt,, der betrieblich mit dem Schachtbohrloch verbunden ist, welches sich nach unten in den Boden erstreckt. Das Bohrrohr bzw. die Bohrkolonne enthält ein oberes Verb in-

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dungsstück, das an seinem einen Ende mit dem Bohrrohr verbunden ist, während das andere Ende an ein unteres Verbindungsstück in einem teleskopartigen Verhältnis angeschlossen ist. Die druckausübende Einrichtung ist betrieblich mit beiden Verbindungsstükken zum Ineinanderschieben der Verbindungsstücke in einer Weise verbunden, bei. der ein Druck auf das Bohrrohr ausgeübt wird. Eine Bohrflüssigkeit wird das Bohrrohr abwärts geblasen und z'^ar in die Schacht-Bohröffnung; ein Teil der "Bohrflüssigkeit wird in die Verbindungsstücke zu einem Druckwandler abgeleitet, der den Druck vom Gewicht der Flüssigkeit in dem Bohrrohr aufnimmt und die dadurch erwirkte Kraft an die druckanlegende Einrichtung abgibt, um dadurch die Verbindungsstücke ineinander zu schieben und einen Druck an das Bohrrohr anzulegen.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Anlegen eines Drucks an eine Bohrröhrenkolonne, die sich von einem auf einer Wasseroberfläche schwimmenden Behälter zu einem Bohrkopf erstreckt j der betrieblich mit einem Schacht-Bohrloch verbunden ist, welches in den Boden bzii. in den Meeresboden reicht, wobei die Bohrkolonne eine Flüssigkeit enthält die vom Behälter in das Schacht-Bohrloch reicnt,

dadurch gekennzeichnet, daß ein hohles oberes Verbindungsstück (32) am einen Ende flüssigkeitsdicht mit der Bohrkolonne bzw. Bohrröhrenkolonne (20) fest verbunden ist, daß ein hohlen unteres Verbindungstück (33) ein Ende aufweist, welches teleskopisch das andere Ende des oberen Verbindungsstücks (32) in einer flüssigkeitsdichten Weise aufnimmt und das andere Ende flüssigkeitsdicht und fest mit dem Bohrkopf verbunden ist, wodurch eine durch die Röhrenkette sich erstreckende Bohrung, die ineinander verschiebbaren oberen und unteren Verbindungsstücke und der Bohrkopf festgelegt sind,

daß eine druckausübende Einrichtung (30) mit dem oberen und unteren Verbindungstück zum Ineinanderschieben der Verbindungsstücke zwecks Anlegen eines Drucks an das Bohrrohr (20) betrieblich verbunden ist, und daß die aruckausübende Einrichtung (30) eine Einrichtung zur Druckwandlung zur Aufnahme des Drucks vom Gewicht der Flüssigkeit in dem Bohrrohr und zum Anlegen der auf diese Weise erzeugten Kraft an die druckausübende Einrichtung enthält, um die Verbindungsstücke teleskopisch zu bewegen bzw. ineinander zu verschieben und einen Druck an das Bohrrohr (20) anzulegen.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckausübende Einrichtung (30) eine Druckkammer (71) aufweist, welche die Verbindungsstücke (32, 33) umgibt und gegenüber diesen flüssigkeitsdicht getrennt ist, daß die Druckkammer (71) gegenüber der Umgebungsflüssigkeit, welche die Druckkammer (71) umgibt, abgedichtet ist, daß die Einrichtung zur Druckumwandlung '.wenigstens einen Zylinder aufweist, der einen gleitfähig in ihm gelagerten Kolben enthält, daß der Kolben eine mit den Verbindungsstücken betrieblich verbundene Kolbenstange (4*1) aufweist, daß der Zylinder (45) mit der Druckkammer (71) betrieblich verbunden ist, und daß die druckausübende Einrichtung (30) eine v/eitere, mit dem unteren Verbindungsstück in Verbindung stehende Einrichtung aufweist, die mit der Druckkammer (71) eine Flüssigkeitsverbindung aufweist, und daß die Druckkammer (71) mit dem Inneren der über den Kolben befindlichen Zylinder eine Flüssigkeitsverbindung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens vier Zylinder (^5) an in Abstand voneinander befindlichen Stellen vorgesehen sind und die Druckkammer (7O umgeben.

b. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckausübende Einrichtung einen verlängernden, gewichtsbelasteten Abschnitt an dem oberen Verbindungsstück aufweist, welcher sich nach unten in eine Teleskopbeziehung mit dem unteren Verbindungsstück erstreckt.

5· Vorrichtung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet,

2 daß der gewichtsbelastete Teil etwa $5,356 x 10 kg

(10,000 lbs.) Gesamtgewicht aufweist. 409886/0353

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Verbindungsstück teleskopisch in das untere Verbindungsstück hineinreicht und in einer nicht-drehfähigen Weise gegenüber diesem gesperrt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsoberfläche aller Zylinder (H5) um etwa 6% größer als die in der inneren Querschnittsfläche des untersten Teils des oberen Verbindungsstücks vorhandene Plüssigkeitsfläche ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Steigrohr bzw. Hubsteigstück ausgebildet ist und daß eine Einrichtung zur Aufnahme des Drucks vom Gewicht der Flüssigkeit im Bohrrohr mit der Bohrröhrenkolonne (20) verbunden ist und einen Druck solchen Betrags an die BohrrÖhrenkolonne anlegt, welcher ausreicht, um die Bohrröhrenkolonne im wesentlichen vertikal nach unten zu stoßen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Bohrröhrenkolonne verbundene Einrichtung eine Einrichtung zur Druckumwandlung zwecks Aufnahme des Drucks vom Gewicht der Flüssigkeit und zum Anlegen der hierdurch erzeugten Kraft zur Ausübung eines Drucks auf das Bohrrohr (20) aufweist.

10. Verfahren zum Anlegen eines Drucks an eine Bohrröhrenkolonne nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrflüssigkeit vom Behälter (16) in der Bohrröhrenkolonne (20) nach unten und in das Schacht-Bohrloch eingepumpt wird, daß wenigstens ein Teil cter Bohrflüssigkeit von dem Bohrrohr zu wenigstens einem der Zylinder gepumpt wird, welcher einen Kolben auf-

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weist, welcher die Verbindungsstücke umgibt, wobei der Kolben eine betrieblich mit dem oberen und unteren Verbindungsstück verbundene Kolbenstange aufweist, daß die Einführung der Flüssigkeit in den Zylinder solange fortgesetzt wird, bis der Kolben gegenüber den Verbindungstücken sich nach unten bewegt und dadurch die Verbindungsstücke teleskopisch bewegt bzw. zusammenschiebt, um einen Druck auf die Bohrröhrenkolonne auszuüben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einführen von wenigstens einem Teil der Flüssigkeit wenigstens ein Teil der Flüssigkeit in eine Vielzahl von Zylindern eingegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einführung der Bohrflüssigkeit in die Bohrröhrenkolonne ein Anfangsdruck an das unterste Ende des oberen Verbindungsstücks angelegt wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Druck von dem unteren Ende eines Unterwasser-Schachtes an eine Steigleitungskette von einem schwimmenden Behälter zu dem Unterwasser-Schacht angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein vertikal verlaufender Stromweg für eine niel-^-kompressible Flüssigkeit am Boden der Steigleitungskette vorgesehen ist, daß.eine nicht-kompras· sible Flüssigkeit am Boden des Stromwegs zur Erzeugung einer vertikalen Säule der Flüssigkeit eingeführt wird und daß der Druck der Flüssigkeit, der am unteren Ende der Säule aufgrund des Gewichts der Flüssigkeit erzeugt wird, zum Anlegen einer abwärts gerichteten Kraft auf die Steigleitungskette benützt

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wird, die sich im wesentlichen neben dem Schachtkopf befindet.

1*1. Verfahren zur Erzeugung einer abwärts gerichteten, druckerzeugenden Kraft auf einen Rohrverlauf von einem schwimmenden Behälter zu einem Unterwassser-Schacht, der im wesentliehen dicht neben dem unteren Ende des Rohrs liegt, wobei die Kraft direkt proportional der Länge des Rohres ist, nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Säule von im allgemeinen nichtkornpressibler Flüssigkeit in Beziehung zu der Länge des Rohrs und im allgemeinen sich zusammen mit der Länge des Rohrs ausdehnend hervorgerufen wird, wobei sich das Rohr zwischen dem Behälter und dem Schacht erstreckt, daß eine druckaufnehmende Fläche auf dem Rohr vorgesehen wird, welche sich hauptsächlich neben dem unteren Ende des Rohrs am Schacht befindet, und daß der Flüssigkeitsdruck, der am unteren Ende der Säule aufgrund des Gewichts der Säule erzeugt wird, an die Oberfläche angelegt wird, um eine abwärts gerichtete Kraft auf das untere Ende des Rohrs im wesentlichen neben dem Schacht zu erzeugen, wobei die Kraft direkt zur Länge des Rohrs und der damit in Verbindung stehenden Flüssigkeitssäule proportional ist.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gewicht der Säule der Bohrflüssigkeit in dem Steigleitungsverlauf vom Schwimmbehälter zum Unterwasser-Schacht zur Anlegung einer Druckkraft auf die Steigleitung benützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der am unteren Ende der -^, Säule erzeugte Flüssigkeitsdruck zur Ausübung einer

;gt abwärts gerichtet·« Kr*ft auf die Steigleitung im wesentlichen neben deren unteren Ende benützt wird, um die unter Druck befindliche Steigleitung von

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ihrem unteren Ende in Richtung auf den Schacht mittels einer Kraft zu ziehen, die der vertikalen Höhe der Säule direkt proportional ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine druckaufnehmende Fläche vorgesehen wird, die in kraftübertragender Beziehung mit dem unteren Ende der Steigleitung verbunden ist und daß ein Teil der Flüssigkeit und der Druck dieser Flüssigkeit auf wenigstens·eine druckaufnehmende Oberfläche gerichtet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen mit einer effektiven druckaufnehmenden Fläche eines Betrags versehen werden, der größer als die innere Querschnittsfläche der Steigleitung ist.

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