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Bohrlochverschluß Die Erfindung betrifft einen Bohrlochverschluß,
insbesondere einen Backenpreventer für Bohrungen in großen Wassertiefen, mit einem
an den Backen angreifenden hydraulischen Antrieb.
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Beim Bohren auf Hochdruck-Lagerstätten von Ö1 und Gas ist es oft unzureichend,
den Lagerstättendruck durch Beschweren der Tonspülung unter Kontrolle zu halten.
Wenn der Lagerstättendruck größer wird als der Gegendruck der Schwerspülung, kann
der Lagerstätteninhalt in das Bohrloch eindringen, die Spülung in Richtung Erdoberfläche
verdrängen und schließlich selbst als Ausbruch die Oberfläche erreichen.
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Um einen schon begonnenen Ausbruch einzudämmen, muß sich das Bohrloch
schnell verschließen lassen. Das ist möglich, wenn der Bohrlochmund mit einem Bohrlochverschluß
- einem sogenannten blow-out-preventer - versehen ist.
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Der Preventer wird auf den Bodenflansch der Bohrlochverrohrung montiert
und ist zur Verankerung fest mit der zementierten Ankerrohrtour verbunden. Bei Unterwasserbohrungen
geschieht dies auf dem Meeresboden.
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Ein moderner Backen- bzw. Doppelschieberpreventer besitzt zwei Backenpaare:
ein Paar mit glatten Dichtflächen für das Verschließen des vollen Querschnitts und
ein Paar mit einer halbkreisförmigen Aussparung auf jeder Dichtfläche, deren Rundung
dem Bohrgestänge-Durchmesser entspricht und das Bohrgestänge abschließt.
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Die Preventerbacken sind mit in Zylindern geführten Kolben verbunden.
Bei geöffnetem Preventer ist der Zylinderraum hinter den Kolben drucklos. Zum Betätigen
des Preventers wird durch eine Hydraulikflüssigkeit Druck auf den Kolben gegeben.
Die resultierende Kraft drückt den Kolben und damit die Backen des Preventers vorwärts,
und diese schließen das Bohrloch ab.
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Der Kraft in Richtung Schließbewegung wirkt der an den Preventerbacken
angreif enden Druck der im Bohrloch befindlichen Spülung entgegen. Bei Landbohrungen
ist dieser Gegendruck gering, da über dem Preventer nur noch eine Spülungssäule
von wenigen Metern steht und die Spülung im übrigen freien Auslauf hat. Zum Betätigen
des Preventers wird ein Druckaggregat von rund 150 bis 300 1 Fassungsvermögen bei
einem Arbeitsdruck von 105 bar gebraucht. Bei flachen Unterwasserbohrungen bewegt
sich der Gegendruck in Abhängigkeit von der Wassertiefe und dem Spülungsgewicht
in der Größenordnung von einigen 10 bar.
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Bei großen Wassertiefen ergibt sich jedoch ein erheblicher Gegendruck.
So liegt beispielsweise bei einer Wassertiefe von 2000 m und einem Spülungsgewicht
von 1,4 kg/m7 ein Druck von 280 bar auf den Preventerbacken. Einschließlich des
bei Landbohrungen üblichen Betätigungsdruckes von 105 bar ist damit durch die Hydraulikflüssigkeit
ein Druck von 385 bar aufzubringen.
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Bei traditionellen Land- und flachen Wasserbohrungen wird der Druck
folgendermaßen bereitgehalten: Im oberen Raum einer Druckkammer ist ein Inertgas
wie Stickstoff gespeichert. Im unteren Teil befindet sich die Hydraulikflüssigkeit,
die mit Hilfe einer Pumpe bis auf einen Druck von 105 bar in die Druckkammer eingepreßt
wird. Beim Befüllen wird die eingeschlossene Stickstoffmenge komprimiert. Zum Schließen
des Preventers wird nun der Fließweg zwischen dem unteren Teil der Druckkammer und
dem Arbeitsraum des Preventerkolbens freigegeben. Der expandierende Stickstoff drückt
dann die Druckflüssigkeit in die Hydraulikkammer. Das Problem besteht darin, auch
unter den wesentlich höheren Arbeitsdrücken bei Einsatz des Preventers am Meeresboden
die erforderlichen Mengen von Drucköl aus den Druckkammern bzw. Akkus zu erhalten.
Das einer Druckkammer zu entnehmende Flüssigkeits-Volumen ist eine direkte Funktion
des Verhältnisses vom Wechsel des Akku-Druckes zum absoluten Druck, mit dem der
Akku belastet ist. Die Flüssigkeitsrate, die sich einem Unterwasser-Akku entnehmen
läßt, nimmt in größeren Wassertiefen bedeutend ab.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die erforderliche Antriebsleistung
für einen insbesondere in großer Wassertiefe eingesetzten Bohrlochverschluß zu verringern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hilfsantrieb aus wenigstens
einem mit den Backen und/oder dem Antrieb verbundenen Kolben, auf dessen Arbeitsfläche
der Druck des umgebenden Wassers oder ein diesem entsprechender Druck einwirkt.
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Die Erfindung nutzt den mit zunehmender Tiefe wachsenden Druck der
Meerwassersäule aus, wenn der Arbeitsraum für den
Kolben zum umgebenden
Wasser hin offen ist. Dann wirkt der volle sich aus der Höhe der Seewassersäule
ergebende hydrostatische Druck auf den Kolben. Der Arbeitsraum für den Kolben kann
auch mit der Leitung für das Spülmedium verbunden sein, um den Druck der Snülungssäule
auf den Kolben wirken zu lassen. Durch entsprechende Bemessung der Arbeitsfläche
des als Hilfsantrieb dienenden Kolbens lassen sich die im Bohrloch auf die Preventerbacken
wirkenden Druckkräfte auffangen, so daß der Antrieb der Backen beim Schließen lediglich
einen Widerstand zu überwinden hat, der dem Widerstand bei Landbohrungen entspricht.
Das hat den Vorteil, daß auch für Bohrungen in großen Wassertiefen Bohrlochverschlüsse
verwendet werden können, wie sie bei Landbohrungen üblich sind, und daß spezielle
Hochdruck-Akkumulatoren nicht erforderlich sind.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn der Hilfsantrieb lösbar am Preventer
angeordnet ist, weil dann standardisierte Antriebe insbesondere Druckkammern eingesetzt
werden können, die bei Bedarf mit der jeweiligen Wassertiefe angepaßten Hilfseinrichtungen
versehen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 in schematischer
Darstellung einen Schnitt durch einen Bohrlochverschluß; Fig. 2 eine Draufsicht
in Richtung des Pfeiles II auf einen Teil des Verschlusses nach Fig. 1; und Fig.
3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles III auf einen anderen Teil des Verschlusses
nach Fig. 1.
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Der dargestellte Bohrlochverschluß ist ein Doppelschieberpreventer,
dessen
Gehäuseteile 1, 2 so auf dem Meeresboden montiert sind, daß sich innere Ausnehmungen
3, 4 oberhalb des nicht dargestellten Bohrlochmundes befinden und das Bohrgestänge
5 aufnehmen. Im Gehäuseteil 1 sind zwei Backen 6, 7 angeordnet, die auf ihren einander
zugewandten Dichtflächen je eine halbkreisförmige Aussparung 8, 9 aufweisen, deren
Krümmung der Krümmung des Bohrgestänges 5 entspricht, so daß ein Abschluß bei eingebautem
Bohrgestänge 5 möglich ist. Im Gehäuseteil 2 sind zwei Backen 10, 11 mit ebenen
Dichtflächen für den Abschluß des vollen Querschnitts angeordnet.
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Die Backen 6, 7 bzw. 10, 11 sind an den Enden von Kolbenstangen 12,
13, 14, 15 befestigt, deren Kolben 16, 17, 18, 19 in Zylindern bzw. Arbeitsräumen
20, 21, 22, 23 innerhalb der Gehäuseteile 1, 2 beweglich sind. Die Arbeitsräume
20 bis 23 sind mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und stehen über absp-errbare Kanäle
24, 25, 26, 27 mit einer oder mehreren Druckkammernin Verbindung, die ebenfalls
Hydraulikflüssigkeit sowie ein unter Druck stehendes Gas enthalten. Um einen Ausbruch
des Lagerstätteninhaltes einzudämmen, werden die Absperrorgane in den Kanälen 24
bis 27 geöffnet, so daß das unter Druck stehende Gns die Hydraulikflüssigkeit ir.
die Arbeitsräume 20 bis 23 drückt, wodurch die olben 16 bis 19 mit den Backen 6,
7 bzw. 10, 11 in die dargestellte Lage bewegt werden und das Bohrloch geschlossen
wird.
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Um bei dem in großer Wassertiefe eingesetzten Bohrlochverschluß die
Antriebsleistung für die Backen zu verringern bzw. Suf das bei Landbohrungen übliche
Maß zu beschränken, sin die Kolbenstangen 12 bis 15 über die Kolben 16 bis 19 hinaus
verlängert und tragen an ihren Enden 28, 29, 30,7,1 Hilfskolben 32, 33, 34, 35,
die sich in zum umgebends; Wasser hin offen Arbeitsraumen 36, 37, 38, 39 befid.
Die Arbeitsflächen der Hilfskolben
32 bis 35 sind so ausgelegt,
daß die auf sie einwirkende Druckkraft der auf die Backen 6, 7 bzw. 10, 11 in Richtung
der durch die Kolbenstangen 12 bis 15 einwirkenden Druckkraft entspricht. Dadurch
ist der die Backen schließende Antrieb des Bohrlochverschlusses von diesen Druckkräften
entlastet, und die Kolben 16 bis 19 können druckausgeglichen in ihrer Ruhelage gehalten
werden.
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Selbstverständlich sind die Durchtrittsöffnungen in den Gehäuseteilen
1, 2 für die Kolbenstangen 12 bis 15 in der erforderlichen Weise so abgedichtet,
daß kein Wasser in das Hydrauliksystem und keine Hydraulikflüssigkeit in das Wasser
gelangen kann.