DE2543293A1

DE2543293A1 - Bohreinrichtung

Info

Publication number: DE2543293A1
Application number: DE19752543293
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Wetzel; Hellmut Dipl Ing Wilckens
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1975-09-27
Filing date: 1975-09-27
Publication date: 1977-03-31
Also published as: DE2543293C3; NO146145C; FR2325796A1; ES451756A1; NO753758L; DE2543293B2; NL7610626A; NO146145B; BR7606387A; US4047579A; GB1485657A

Description

flsszn, den 25.9.1975 ^ Rh/Un PZ 3008

Patentanmeldung

"Bohreinrichtung¹¹

Anmelder: Rheinstahl AG, 43 Essen

Die Erfindung betrifft eine Bohreinrichtung mit einem Bohrgeräteträger, Riser mit Teleskopteil, Risertensioner, Bohrgestänge und der eigentlichen Bohranlage. Die Bohreinrichtung ist für Explorations- und Produktionsbohrungen geeignet.

Das Bohren nach Öl oder Gas im Meer erfolgt in Tiefen bis etwa 100 m von einem Bohrgeräteträger aus, der entweder als auf dem Meeresboden abgesetzte Plattform oder als mobile Hubinsel ausgebildet ist. Bei größeren Wassertiefen kommen als Bohrgeräteträgtr Halbtaucher oder Bohrschiffe zum Einsatz, die über einen Riser mit dem Bohrlochkopf über ein Kugelgelenk verbunden sind.

Bei Produktionsbohrungen wird in neuerer Zeit eine Unterwasser komplettierung vorgesehen, d.h. es werden mehrere Förderbohrungen zu einer Unterwasserstation zusammengefaßt und über einen gemeinsamen Riser mit der Produktionsplattform verbunden. Bei geringeren Fördertiefen kommen stationäre Produktionsplt^ formen zur Anwendung.

Bei größeren Meerestiefen, z.B. 500 - 2000 m, kann eine gesicherte Position nicht mehr durch Verankerung erzielt werden-. Statt dessen kann der Bohrgeräteträger durch dynamische Positionierungsverfahren mit der erforderlichen Genauigkeit über der Bohrlochlokation gehalten werden.

Vertikale Bewegungen des Bohrgeräteträgers werden dadurch ausgeglichen, daß der Riser in seinem oberen Bereich ein Teleskopteil aufweist und daß der Festteil des Risers mit dem Bohrgeräte-

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träger über Tensioner (hydraulische Flaschenzüge) verbunden ist.

Bei aufkommendem Schlechtwetter können jedoch die Bewegungen des schwimmenden Bohrgeräteträgers (Halbtaucher bzw. Bohrschiff) so groß werden, daß sie von dem Riser nicht mehr aufgenommen werden können.

Zur Vermeidung von Zerstörungen ist bekannt, das Bohrloch z.B. mittels hydraulischer Schieber abzusperren, zunächst das Bohrgestänge und dann den Riser in ihrer gesamten Länge zu ziehen. Das Ziehen und Wiedereinsetzen des Bohrgestänges und des Risers ist sehr zeitaufwendig und bei den hohen Betriebskosten der Bohreinrichtung in höchstem Maße unerwünscht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bohreinrichtung der eingangs genannten Gattung so zu gestalten, daß bei Aufkommen schlechten Wetters der Bohrgeräteträger von dem Bohrlochkopf abzukuppeln ist und sich in begrenztem Umfang von der Bohrlochlokation entfernen kann, ohne daß Riser und Bohrgestänge in ihrer ganzen Länge gezogen werden müssen und daß gleichwohl das Zuwachsen des Bohrloches sicher vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Riser an seinem oberen Ende mit einem Riserkopf verbunden ist-, der während des Bohrbetriebes mit dem Bohrgeräteträger eine Einheit bildet und im Falle des Abwetterns von diesem abkoppelbar ist.

Damit der Riserkopf in die richtige Lage zur Bohrlochlokation positioniert werden kann und damit er unabhängig vom Bohrgeräteträger eingesetzt werden kann, ist er erfindungsgemäß mit einem Eigenantrieb ausgerüstet und bildet zusammen mit dem Riser so eine selbständige Einheit.

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Die zum Ausgleich der vertikalen Bewegung des Bohrgeräteträgers vorgesehenen Risertensioner sind gemäß der Erfindung an dem Riserkopf befestigt.

Zur Kommunikation mit der Bohrlochlokation weist der Riserkopf eigene Ortungseinrichtungen auf, die nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung über Kommunikationseinrichtungen den Eigenantrieb des Riserkopfes steuern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Riserkopf flutbar und über eine Zugvorrichtung mit dem Festteil des Risers oder mit dem Abschnitt des Teleskopteiles verbunden,der an dem Riser befestigt ist. Mit der Zugvorrichtung, die mechanisch oder hydraulisch wirken kann, wird der Riserkopf nach dem Auskoppeln aus dem Bohrgeräteträger unter die Wasseroberfläche gezogen in einen Bereich, in dem die witterungsbedingten Bewegungen des Wassers nicht mehr auftreten oder zumindest zumutbar gering sind.

Um das von der Bohranlage abgekoppelte Bohrgestänge bei abgekoppeltem Riserkopf in seiner Höhe zu halten, schlägt die Erfindung vor, in dem Riserkopf eine Fang- und Haltevorrichtung anzuordnen.

Zur Vermeidung des Zuwachsens des Bohrloches sieht die Erfindung in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vor, daß in dem Riserkopf eine Spülungspumpe angeordnet ist, die den Bohrflüssigkeitsumlauf aufrecht erhält, z.B. dadurch, daß sie die Bohrflüssigkeit durch den Ringraum ansaugt und durch das Bohrgestänge wieder zurückgibt.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Es zeigen:

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Fig. 1 eine Bohreinrichtung im Betriebszustand Fig. 2 die gleiche Bohreinrichtung, jedoch mit abgekoppeltem Riserkopf und Riser
Fig. 3 eine Einzelheit gemäß A in Fig. 2

Die Bohreinrichtung nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem Bohrschiff 1 mit dem Bohrturm 2, der Bohreinrichtung, dem Riserkopf 3 mit Riser 4 und der Bohrlochabsperrung 5. Das durch den Riser 4 geführte Bohrgestänge 6 wird von dem Drehtisch 7 angetrieben und durch das Drawwork 8 über den Crown-Block 9 und den Heave-Compensator IO abgesenkt und gezogen.

Der Riserkopf 3 ist von dem Bohrschiff 1 abkoppelbar. Er besteht aus einem Turm 11 und zwei Schwimmern 12. Der Turm 11 hat die Form eines Pyramide^nstumpfes, der oben in eine Kreisfläche übergeht und hat eine durchgehende Öffnung, den Moonpool 13 von ca. 5 χ 5 m Größe. Die unter dem Turm 11 angeordneten Schwimmer 12 sind ca. 30 m lang. In ihnen befinden sich die Ballastzellen 14 und die Eigenantriebe 15. Die Eigenantriebe 15 werden über den Rechner 16 auf dem Bohrschiff 1 gesteuert. Zur Strahlablenkung sind unter jedem Antrieb horizontale Düsenplatten 17 angeordnet, die über Befestigungsstreben 18 mit dem Schwimmer fest verbunden sind. In der vorderen Befestigungsstrebe 18 jeder Düsenplatte ist je ein nach unten ausfahrbares Hydrofon 19 angeordnet. Im ausgefahrenen Zustand befinden sich die Hydrofone 19 ca 3 m unter den Düsenplatten 17 und liegen somit außerhalb des Strömungsfeldes der Eigenantriebe 15. Die Hydrofone 19 dienen als Empfänger für den an der Bohrstelle installierten Signalgeber 20. Im abgekoppelten Zustand findet eine Laufzeit-Winkelmessung zwischen Signalgeber 20 und Hydrofon 19 statt. Außerdem ist eine Relativmessung zwischen Riserkopf3und Bohrschiff 1 vorgesehen.

An dem Riser 4 ist soviel Auftriebsmaterial 21 befestigt, daß eine nach unten gerichtete Restzugkraft von ca. 350 Tonnen ver-

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bleibt. ^*

In dem Riserkopf 3 sind um den Moonpool 13 Riser-Tensioner 22 angeordnet, die die Restzugkraft des Risers 4 aufnehmen. Das obere Ende der Riser-Tensioner 22 ist über Totseile 23 mit Seilwinden 24 verbunden, die im Riserkopf 3 versenkt angeordnet sind. An dem unteren Ende jedes Riser-Tensioners 22 ist ein Aktivseil 25 befestigt, das über Tensionerrollen 26 und dann über Umlenkrollen 27 am Boden des Riserkopfes 3 läuft und mit seinem freien Ende an einem Ringlager 28 angreift, das an dem Festteil eines Teleskopriserteiles 29 angeordnet ist. Das Ringlager 28 dient auch zur Aufnahme der Anströmungskräfte sowie der auftretenden Zug- und Druckspannungen. Auf dem Riserkopf 3 sind in der Zeichnung nicht dargestellte Batterien von Akkumulatoren angeordnet als Energiequelle für die Betätigung der Seilwinde 24 für die Riser-Tensioner 22. Das untere Teil des Teleskopriserteiles 29 ist mit dem obersten Teil des mehrteiligen Risers 4 fest verbunden. Die einzelnen Riserteile haben je eine Länge von ca. 15m. Das unterste Riserteil ist mit einerabrehgelenk der Bohrlochabsperrung 5 lösbar verbunden. Der Riserkopf 3 ist mechanisch mit dem Schiff gekoppelt. Im angekoppelten Zustand bildet der Riserkopf 3 ein integriertes Teil innerhalb des Bohrschiffes 1. An der Oberkante des Riserkopfes 3 tritt die Flow-Line 30, die Mudausflußöffnung, aus. Der Mud, die Bohrflüssigkeit, gelangt von Bord über eine nicht dargestellte Miidpumpe in die Aufbereitungsanlage 31 auf dem Bohrschiff 1.

Bei aufkommendem Wetter wird der Riserkopf3mit dem Riser 4 auf die nachstehend beschriebene Weise von dem Bohrschiff 1 abgekoppelt:

Mit Hilfe des Drawworks 8 werden einige Längen des Bohrgestänges 6 gezogen. Danach wird das obere Riserstück mit der Ausflußöffnung demontiert. Auf den Riser 4 wird jetzt eine Klemmvorrichtung 32 aufgesetzt, mit deren Hilfe das Bohrgestänge 6 abge-

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fangen und festgehalten wird, Danach wird auf die Klemmvorrichtung eine Spülungspumpe 33 aufgesetzt, (Fig. 3). Die Verbindung zwischen Riserkopf 3 und Bohrschiff 1 wird gelöst und die Ballastzellen 14 geflutet. Danach wird der Riserkopf 3 mittels der Seilwinde 24 für die Riser-Tensioner 22 unter die Wasseroberfläche gezogen. Dabei wird der Teleskopriserteil 29 zusammengeschoben. Gleichzeitig wird ein Führungsrohr mit einem Energieversorgungskabel 34 von dem Bohrschiff 1 nach unten ausgefahren. Das Kabel 34, das nunmehr die einzige Verbindung zwischen Riserkopf 3 und Bohrschiff 1 darstellt wird soweit nachgespult, bis der Riserkopf 3 ca. 20 m unter der Wasseroberfläche auf Position steht. Das Bohrschiff 1 kann sich jetzt in einem Abstand vom Riserkopf 3 entfernen, der der Länge des Kabels 34 entspricht. Die an der Oberfläche auftretenden Seegangsbewegungen wirken sich in der Höhe des eingezogenen Riserkopfes nur mehr in einem solchen Maße aus, daß sie mit geringem Aufwand kompensiert werden können. Über den Rechner 16 auf dem Bohrschiff 1 werden jetzt die Eigenantriebe 15 des Riserkopfes 3 gesteuert. Im abgekoppelten Zustand wird das Zuwachsen des Bohrloches dadurch vermieden, daß die Bohrflüssigkeit mittels der Spülungspumpe 33 durch das Bohrgestänge 6 bis an das Bohrloch geführt und in dem Raum zwischen Bohrgestänge 6 und Riser 4 der Pumpe wieder zugeführt wird, (Fig. 3).

Nach erfolgreicher Abwetterung wird der Riserkopf 3 mit Hilfe elektroakustischer Signale 35 (Fig. 2) wieder an das Bohrschiff 1 angekoppelt. Die Riser-Tensioner 22 werden entlastet und die Ballastzellen 14 gelenzt. Nach dem Ankoppeln wird der Riserkopf arretiert, die Spülungspumpe 34 demontiert und das Riseroberteil mit der Ausflußöffnung wieder mit dem Riser 4 verbunden.

Ansprüche: 709813/0577 - 7 -

Claims

Ansprüche

1. Bohreitirichtung rait einein Bohrgeräteträger, Riser mit Teleskopteil, Risertensioner, Bohrgestänge und dei* eigentlichen Bohran- lage, dadurch gekennzeichnet, daß der Riser (4) an seinem oberen Ende mit einem Riserkopf (3) verbunden ist, der während des Bohrbetriebes mit dem Bohrgeräteträger (1) eine Einheit bildet und im Falle des Abwetterns von diesem abkoppelbar ist.

2. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riserkopf (3), Schwimmer (12) und einen Eigenantrieb (15) aufweist.

3. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Riserkopf (3) zusammen mit dem Riser (4) als selbständige Einheit durch den Eigenantrieb (15) zu positionieren ist.

4. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Riserkopf (3) durch den Eigenantrieb (15) zu versetzen ist.

5. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Risertensioner (22) mit dem Riserkopf (3) verbunden sind.

6. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet,daß der Riserkopf (3) Ortungseinrichtungen (19) aufweist, zur Kommunikation mit der Bohrlochlokation.

7. Bohreinrichtung nach einem ode^faehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eigenantrieb (15) des Riserkopfes (3) durch die Ortungseinrichtungen (19) zu steuern ist.

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8. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1- 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Riserkopf (3) flutbar und durch eine Zugvorrichtung (22-25) mit dem Riser (4) verbunden ist.

9. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,, daß der Riserkopf (3) flutbar und durch eine Zugvorrichtung (22-25) mit dem Festteil des Risers (4) verbunden ist.

10. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Riserkopf (3) flutbar und durch eine Zugvorrichtung (22-25) mit dem obersten Teil eines Teleskopriserteiles (29) des Risers (4) verbunden ist, der an dem Riser (4) befestigt ist.

11. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Riserkopf (3) eine Fang- und Klemmvorrichtung (32) für das Bohrgestänge (6) angeordnet ist.

12. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Riserkopf (3) eine Spülungspumpe (33) zur Aufrechterhaltung des Bohrflüssigkeitsumlauf es angeordnet ist.

13. Bohreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Riserkopf (3) ohne die Fang- und Klemmvorrichtung (32) und ohne die Spülungspumpe (33) als Stabilisator für Produktionsbohrungen einsetzbar ist.

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