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Anordnung zum Auffangen von Erdöl, das aus einer Leckage
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oder aus einem Bohrloch unterhalb der Wasseroberfläche austritt.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Auffangen von-Erdöl, das
aus einer Leckage oder aus einem Bohrloch unterhalb der Wasseroberfläche austritt,
mit einem Behälter, in dem sich das Wasser aufgrund seiner gegenüber dem Erdöl größeren
Dichte von diesem trennt, und mit einer ersten Förderleitung zum Zuleiten des Erdöls.
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Es ist bekannt, einen Tank- oder glockerformigen Behälter über ein
Bohrloch zu bringen, aus dem Erdöl unkontrolliert austritt. Der Behälter ist unten
offen, so daß sich das Erdöl von dem Wasser aufgrund der unterschiedlichen Dichte
trennen kann. Das leichtere Erdöl wird von oben aus dem Behälter abgezogen.
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Eine derartige Anordnung ist in der praxis zumindest dann nicht mit
zufriedenstellender Wirkung zu verwenden, wenn, was meist der Fall ist, auch eine
gasförmige Phase austritt. Die Gasphase erschwert eine Beruhigung der flüssigen
Phasen und eine Trennung derselben. Es ist ferner nachteilig, daß das aus dem Behälter
abgezogene Phasengemisch aus Erdöl und Erdgas in dieser Form keiner brauchbaren
Verwendung zugeführt werden kann, sondern erst noch getrennt werden muß. Es ist
ferner überaus schwierig, bei Verwendung des bekannten Behälters die Druckverhältnisse
im Inneren desselben in ausreichendem Maße zu kontrollieren, was unter anderem auch
deshalb wünschenswert wäre, weil die Gasphase den jeweilig Auftrieb des Behälters
verhältnismäßig stark beeinflußt.
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Insbesondere ist es aber auch nachteilig, daß das in den Behälter
von unten einströmende Phasengemisch die bereits getrennten Phasen teilweise immer
wieder neu in Vermischung bringt. Der eigentlich angestrebte Trennvorgang wird hierdurch
empfindlich gestört. Andererseits ist eine Trennung des Erdöls vom Erdgas innerhalb
des Behälters nicht möglich, weil ja das Abziehen von der Oberseite des Behälters
erfolgt und somit die flüssige Erdölphase und die gasförmige Phase gleichzeitig
nach oben gefördert werden.
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Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der
eingangs genannten Art mit möglichst einfachen Mitteln so auszubilden, daß auch
eine Trennung der gasförmigen Phase von den flüssigen Phasen bereits innerhalb des
Behälters erfolgen kann und daß im übrigen diese Trennung in möglflist wirkungsvoller
Weise und schnell vollzogen wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
die erste Förderleitung in einem mittleren Bereich seitlich an den Behälter angeschlossen
ist und daß eine zweite, zur Ableitung von Erdgas dienende Leitung im oberen Behälterbereich
an den Behälter angeschlossen ist.
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Hierdurch wird also eine Trennung aller dreier Phasen voneinander
bereits innerhalb des Behälters ermöglicht, so daß die nach oben abgezogenen Phasen,
zumindest die <ilphase, einer weiteren Verwendung zugeführt werden können, wobei
diese Phasen bereits in verhältnismäßig reiner Form für weitere Aufbereitungsverfahren
zur Verfügung stehen.
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Die Trennung der einzelnen Phasen läßt sich wesentlich verbessern
und vor allem auch beschleunigen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
die Zuführung zumindest eines wesentlichen Teils der noch ungetrennten Phasen Wasser,
Erdöl und Erdgas in den Behälter durch eine Steigleitung erfolgt, die oberhalb der
sich im Behälter bildenden Erdölphase endet.
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Das unter hohem Druck in den Behälter eintretende Dreiphasengemisc
durchsetzt also die im Behälter befindlichen und bereits voneinander getrennten
flüssigen Phasen durch die Steigleitung, sc daß die flüssigen Phasen hierdurch nicht
mehr beeinträchtigt werden. Das am oberen Ende der Steigleitung austretende Dreiphasengemisch
entspannt sich im oberen Behälterbereich, wobei die beiden flüssigen Phasen aufgrund
der Schwerkraftwirkung schnell absinken, so daß im oberen Behälterbereich die gasförmige
Phase zurückbleibt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß sich
in unmittelbarer Nähe über dem Bohrloch oder der Leckage eine Auffagglocke befindet
und daß das untere Ende der Steigleitung an die Auffangglocke angeschlossen istr
während sich der Behälter in einem Bereich geringerer Wassertiefe oder an der Wasseroberfläche
befindet.
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Im Einzelfall wird es von den jeweiligen Wind- und Seegangsverhältnissen
abhängen, ob der Behälter unmittelbar oberhalb oder unterhalb der Meeresoberfläche
angeordnet wird und sich die Auffangglocke direkt über dem Bohrloch oder der Leckage
befindet oder ob man den Behälter unmittelbar über diese bringt, ohne daß eine Auf
fangglocke verwendet wird. Insbesondere unter schwierigen Bedingungen
wird
die zusätzliche Verwendung einer Auf fangglocke sicher zweckmäßig sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der
Innenraum des Behälters oder der Auffangglocke mit einer in das Wasser mündenden
Bypassleitung verbunden ist, die beim Einschwimmen über das Bohrloch oder die Leckage
offen und anschließend durch ein Ventil verschließbar ist. Durch die offene Bypassleitung
ergibt sich ein leichterer Transport durch da Wasser bis in die vorgesehene Betriebsstellung,
da sich innerhalb des Behälters oder der Auf fangglocke wirksame Auftriebs-oder
Druckkräfte über die Bypassleitung abbauen können.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn sich die Auffancglocke nach oben hin
trichterförmig verjüngt und wenn in die trichterförmige Verjüngung ein sich über
einen Teil des Strömungsquerschnittes erstreckendes Einsatzteil als Venturi-Düse
eingesetzt ist.
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Dieses Einsatzteil kann einen Erdölstau beim Eintritt in die Auffangglocke
entgegenwirken und ermöglicht das Mitreißen auch kleinerer Erdöltropfen aufgrund
der Venturi-Wirkung.
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Sowohl in die beiden Förderleitungen als auch in die Steigleitung
können im Bedarfsfall Ventile eingesetzt werden, mit denen sich die Strömungsquerschnitte
verändern und die Druck und Geschwindigkeitsverhältnisse beeinflussen lassen. Gegebenenfalls
kann mit derartigen Ventilen im Bedarfsfall auch eine Leitung vollständig geschlossen
werden. Ein in die erste Förderleitung eingescnaltetes Regelventil kann vorteilhaft
Bestandteil eines Regelkreises sein, mit dem die Höhe der Erdölphase im Behälter
beeinflußbar
ist. Auch kann ein in die zweite Förderleitung eingeschaltetes Regelventil Bestandteil
eines Regelkreises sein, mit dem der im Behälter herrschende Druck und/oder die
Höhe der Phasengrenze Erdgas/Erdöl beeinflußbar ist. Entsprechende Messinstrumente
lassen sich an den geeigneten Stellen ohne Schwierigkeiten anbringen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zumindest
im Anschlußbereich der ersten Förderleitung an den Behälter sich in zumindest angenähert
vertikaler Richtung erstreckende Trennwände vorgesehen sind, die vom übrigen Behälterraum
abgetrennte Beruhigungszonen begrenzen. Die zweckmäßigste Anordnung derartiger Trennwände
ist von Fall zu Fall je nach Einsatzzweck der Anordnung zu ermitteln.
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Eine weitere Verbesserung des Trennvorganges läßt sich dadurch erreichen,
daß etwa in Höhe des oberen Endes der Steigleitung zumindest angenähert horizontale
Prallflächen vorgesehen sind. Diese bewirken, daß die kinetische Energie der im
Behälter von oben nach unten fallenden flüssigen Phasen vernichtet wird, bevor die
Phasen in die bereits beruhigten Trennzonen gelangen können. Man wird die Prallflächen
mit einer Neigung versehen, die ein Abfließen der flüssigen Phasen in einer solchen
Weise gewährleistet, daß die bereits beruhigten Trennzonen so wenig wie möglich
beeinträchtigt werden.
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Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang erfindungsgemäß ferner,
wenn die Prallflächen Bestandteil eines spiralförmigen Strömungskanals mit etwa
senkrechter Achse sind
und wenn der Strömungskanal so ausgebildet
ist, daß das die Spirale herabströmende flüssige Phasengemisch in Umfangsrichtung
beschleunigt wird. Die hierbei zur Wirkung gelangende Zentrifugalkraft bewirkt bereits
eine erste Trennung zwischen den flüssigen Phasen.
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Es wird von dem jeweiligen Verwendungsfall abhängen, auf welche Weise
die nach der Erfindung ausgebildete Anordnung gegenüber dem Bohrloch oder der Leckage
festgehalten wird. Zumindest in einigen Fällen wird hierbei eine Verankerung am
Meeresboden in Betracht kommen.
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Hierbei ist es dann gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindunq zweckmäßig,
wenn der Behälter und/oder die Auffangglocke gegenüber dem Meeresboden federnd nachgiebig
verankert sind. Hierzu sind insbesondere Federn geeignet, die in entsprechende Halteverbindungen
eingesetzt sind.
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Es wird im allgemeinen zweckmäßig sein, den Behälter und/oder die
Siuffangglocke nicht mit Auftriebskammern zu versehen. Es ist demgegenüber günstiger,
wenn separate AuftrieLskörper an dem Behälter und/oder der Auf fangglocke angreifen,
wobei dies so geschehen sollte, daß die Schwimmlae so weit wie möglich stabilisiert
ist.
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Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, eine Plattform und sich von
dieser bis zum Meeresboden erstreckende Stützen vorzusehen und den Behälter und/oder
die Auffangglocke an den Stützen in senkrechter Richtung verfahrbar anzuordnen,
so daß sich die jeweils gewünschte Höhenlage den Erfordernissen anpassen läßt.
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nlEsinblnck darauf, daß Erdgas-Luftgemische verhältnis-:niCiii stark
ziLnd- und explosionsfahig sind, sollte der
Innenraum des Behälters
während des Einbringens in die Betriebsstellung und der Montage mit einem Inertgas
gefüllt sein.
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Die Förderleitungen können entweder aus einem festen Rohrgestänge
bestehen oder aber erfindungsgemäß auch jeweils durch einen zumindest im wesentlichen
selbst tragenden, elastisch nachgiebigen Schlauch gebildet sein. Hierdurch wird
es in besonders einfacher Weise möglich, Relativbewegungen zwischen den einzelnen
Elementen der Anordnung auszugleichen. Auch kann sich bei Verwendung derartiger
Schläuche der innere Strömungsquerschnitt dem jeweiligen hydrostatischen Druck anpassen.
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Nachfolgend werden drei besonders bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen: Figur 1
in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der Anordnung mi1- einem
oberhalb eines Bohrlochs aufesetten Behälter; Figur 2 in schematischer Darstellung
eine weitere Ausführurgsform unter Verwendung einer Auffangglocke; Figur 3 einen
Schnitt durch die Darstellung nach Figur 2 entlang der Linie III--III in Figur 2;
Figur 4 in schematischer Darstellung eine nächste Ausführungsform der Anordnung.
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Zunächst soll die Ausführungsform nach Figur 1 beschrieben werden.
Eine Plattform 10 schwimmt mit Hilfe von Auftriebskörpern 11, wobei sie ein Stück
über die Wasseroberfläche 12 herausragt. Die Auftriebskörper 11 sind mit Hilfe von
Seilen 13 am Meeresboden 14 gehalten, und zwar unter Verwendung von Fundamenten
15. In die Seile 13 sind hier nur schematisch angedeutete Zugfedern 16 eingeschaltet,
die der Befestigung eine gewisse Elastizität geben.
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Über einem im Meeresboden 14 befindlichen Bohrloch 17 befindet sich
ein unten offener Behälter 18, der sich in seinem oberen Bereich trichterförmig
verjüngt. Der Behälter 18 hat um den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Auftriebskörper
19, die durch Seile 20 ebenfalls an den Fundamenten 15 gehalten sind. In die Seile
20 sind ebenfalls Zudern 21 eingeschaltet, so daß auch die Befestigung des Behälters
18 eine gewisse Elastizität hat.
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Eine erste und hier nur schematisch angedeutete Förderleitung 22 ist
seitlich am Behälter 18 etwa in mittlerer Höhe angeschlossen und führt nach oben
bis zur Plattform 10. Dort ist ein Ventil 23 in die Förderleitung 22 eingeschaltet,
das über einen Standregler 24 gesteuert wird.
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Letzterer wiederum arbeitet im Zusammenwirken mit zwei Meßfühlern
25, die im Behälter 18 jeweils in einer solchen Höhe und in einem solchen Abstand
voneinander angeordnet sind, wie es zur Bildung einer Erdölschicht vorgesehen ist.
Unterhalb einer Grenzlinie 26 befindet sich Wasser. Die Ölschicht erstreckt sich
von der Grenzlinie 26 bis zu einer darüber liegenden Grenzlinie 27.
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Eine zweite Förderleitung 28 ist an die Spitze des Behälters 18 angeschlossen
und erstreckt sich ebenfalls bis zur Plattform 10. Oberhalb des Behälters 18 münden
in die Förderleitung 28 zwei Bypassleitungen 29, in die jeweils ein Ventil 30 eingeschaltet
ist. Die freien Enden der Bypassleitungen 29 münden in das umgebende Wasser.
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Ferner sind in den unteren Bereich der Förderleitung 28 ein Schaltventil
31 und ein Steuerventil 32 eingeschaltet. Letzteres ist über einen Druckregler 33
betätigbar, der seinerseits mit einem Meßfühler 34 zusammenwirkt.
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Das Steuerventil 32 ist also in Abhängigkeit von dem im oberen Bereich
des Behälters 18 herrschenden Druck betätigbar und kann den Strömungsquerschnitt
der Förderleitung 28 entsprechend verändern. Ein weiteres Steuerventil 35 befindet
sich am oberen Ende der Förderleitung 28 und ist Bestandteil eines Regelkreises,
dem ein Druckregler 36 und ein Meßfühler 37 zugeordnet sind.
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Die Anordnung wird also zunächst über dem Bohrloch 17 in die.in Figur
1 dargestellte Lage gebracht, wobei bis dahin die Ventile 30 geöffnet und das Schaltventil
31 geschlossen bleiben. Zur Inbetriebnahme werden die Ventile 30 geschlossen und
das Schaltventil 31 geöffnet. Im Behälter 18 befindet sich zunächst ein inertes
Gas, das durch das von unten in den Behälter unter hohem Druck einströmende Dreiphasengemisch
nach oben herausgedrückt wird. Innerhalb des Behälters 18 können sich die drei Phasen
Wasser, Erdöl und Erdgas aufgrund ihrer untertr nnen, schiedlichen Dichte wobei
das Erdgas durch die Förderleitung 28 direkt nach oben abgezogen wird. Die Erdgase
lassen
bei Eintritt in den Behälter 18 unmittelbar die automatisch arbeitenden Druckregler
33 und 36 ansprechen. Da die Erdölanteile durch die Wandung des Behälters 18 an
einer Ausdehnung in waagerechter Richtung gehindert sind, wird sich zwischen den
Grenzlinien 26 und 27 eine Erdölschicht aufbauen. Diese kann durch die Förderleitung
28 nach oben gelangen.
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Die Verweilzeit der flüssigen Phasen läßt sich entsprechend steuern,
so daß eine ausreichende Trennung derselben gewährleistet werden kann.
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<ei der Ausfüllrungsform nach Figur 2 ist der Behälter 18 unmittelbar
unter der Plattform 10 angeordnet und mit dieser weitgehend integriert. Die Plattform
10 scnwimmt ebenfalls wieder auf ihren Auftriebskörpern 11, wobei sie durch die
Seile 13 in ihrer Lage über dem Bohrloch 17 gehalten ist.
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An der einen Seite des Behälters 18 ist innen ein senkrechtes Trennt
lech 38 angeordnet, dessen Form sich unter anderem auch aus Figur 3 ergibt und das
vor dem Übergang in einen Schacht 39 eine Beruhigungszone begrenzt, die von dem
übrigen Behälterinnenraum entsprechend getrennt ist. Ein Pumpsystem 40 ist nur schematisch
angedeutet und dient zum Abziehen des Erdöls durch die an den Schacht 39 angeschlossene
erste Förderleitung 22.
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Oberhalb des Bohrlochs 17 ist bei dieser Ausführungsform der Anordnung
eine Auf fangglocke 41 angeordnet, die mit über den Umfang gleichmäßig verteilt
angeordneten
Auftriebskörpern 42 versehen ist. An letzteren greifen
Seile 43 an, in die Zugfedern 44 eingeschaltet sind.
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Über die Seile 43 wird die Auffangglocke 41 an den Fundamenten 15
gehalten.
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Die Auffangglocke 41 hat einen sich nach oben trichterförmig verjüngenden
Querschnitt und gent in eine Steigleitung 45 über. In den trichterförmigen Teil
der Auffangglocke 41 ist ein Einsatzteil 46 eingesetzt, das ebenfalls trichterförmis;
ausgebildet ist und die Funktion einer Venturi-Düse hat, so daß auch kleinere im
Wasser enthaltene bltropfen mitgerissen werden können. Die Bypassleitungen 29 sind
jetzt mit der Steigleitung 45 verbunden. Oberhalb dieser Verbindung ist ein Schaltventil
47 in die Steigleitung 45 eingesetzt.
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Die Steigleitung 45 erstreckt sich bisin den Behälter 18 hinein, und
zwar bis zu einer Höhe, die oberhalb der Grenzlinie 27 liegt;, die die obere Begrenzung
der flüssen Phasen darstellt. Um die Mündung der Steigleitung 45 ist koaxial ein
spiralförmiger Strömungskanal 48 angeordnet, der sich eis unterhalb der Begrenzungslinie
27 erstreckt. Wie in Figur 3 angedeutet, können die von oben in den Strömungskanal
48 hineinfallenden flüssigen Phasen durch die Sp-ralform des Strömungskanals 48
in Uflifangsrichtung beschleunigt werden, so daß auch hierdurch bereits eine erste
Trennung der beiden flüssigen Phasen aufgrund der unterschiedlichen Dichte erfolgen
kann. Der Durchmesser des Strömungskanals 48 kann in radialer Richtung gegebenenfalls
noch größer bemessen werden, um de Oberfläche der bereits getrennten flüssigen Phasen
noch weitergehend abzudecken
Soweit die übrigen Teile der in den
Figuren 2 und 3 dargestellten Anordnung nicht besonders erwähnt wurden, entsprechen
sie in ihrer Funktion denjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsform, so daß
auch entsprechend dieselben Bezugsziffern verwendet wurden. Nachdem die Anordnung
in die in Figur 2 dargestellte Lage gebracht wurde, werden wiederum die Ventile
30 geschlossen und das Schaltventil 47 geöffnet, so daß das dreiphasige Gemisch
in den oberhalb der Begrenzungslinie 27 befindlichen Gasraum des Behälters 18 eintreten
kann, wo sich zunächst die Gasphase absondert, so daß sie über die Förderleitung
28 nach oben abgezogen werden kann.
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Die in Figur 4 beschriebene Ausführungsform unterscheidet sich von
der Aus führungs form nach den figuren 2 und 3 allein dadurch, daß jetzt von der
Plattform 10 ausgehende Stützen 49 vorgesehen sind, die sich bis zum Meeresboden
14 erstrecken und dort auf Füßei 50 aufstehen. Die Auf fangglocke 41 ist durch ein
radiales Gestänge 51 mit Antriebsmuffen 52 verbunden, die auf jeweils einer Stütze
49 verschiebbar angeordnet sind und durch einen Motor 53 angetrieben werden können.
Die Kraftübertragung dieses Antriebs kann in üblicher Weise zum Beispiel durch ein
Zahnstangengetriebe oder dergleichen erfolgen.
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Entsprechend ist auch der Behälter 18 über ein radiales Gestänge 54
mit den Stützen 49 verbunden, wobei als Antrieb ebenfalls Antriebsmuffen 52 und
Motoren 53 vorgesehen sind. Schließlich sind auch aufder Plattform 10 Antriebsmuffen
52 und Motoren 53 angeorlnet, mit denen die Stützen 49 in vertikaler Richtung angehoben
oder
abgesenkt werden können. Nachdem auf diese Weise die Stützen 49 bis auf die Füße
50 herabgelassen wurden, können anschließend die Auffangglocke 41 und der Behälter
18 in die jeweils erforderliche Höhe gebracht werden.
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In Abwandlung der hier beschriebenen Ausführungsformen ist es ferner
denkbar, den Behälter 18 unten geschlossen auszuführen. Dies ist vorteilhaft, wenn
der Erdölanteil des in das Meer zurückströmenden Wassers zu groß sein sollte. Es
kann dann entsprechend dem für das Abpumpen des Erdöls vorgesehenen Pumpsystem 40
zusätzlich ein Meerwasser-Abpumpsystem mit einer nachgeschalteten Vorrichtung zur
Feinabscheidung der Erdöle angeschlossen werden.
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Es gehört auch in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, im Bedarfsfall
die Plattform 1o und den Behälter 18 in einen Schiffskörper zu integrieren, so daß
die Anordnung nach der Erfindung Bestandteil eines Schiffes ist. Mit diesem läßt
sich die Anordnung einfach und schnell über das Bohrloch oder irgendeine andere
Leckage bringen, die z.B. in einer Rohrleitung aufgetreten ist.
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B e z u g s z i f f e r n l i s t e 10 Plattform 11 Auftriebskörper
12 Wasseroberfläche 13 Seil 14 Meeresboden 15 Fundament 16 Zugfeder 17 Bohrloch
18 Behälter 19 Auftriebskörper 20 Seil 21 Zugfecler 22 Förderleitung 23 Ventil 24
Stand- bzw.
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iveaurgler 25 Meßfühler 25 Grenzlinie 27 Grenzlinie 28 Förderleitung
29 Bypassleitung 30 Ventil 31 Schaltventil 32 Steuerventil 33 Druckregler 34 Meßfühler
35 Steuerventil 36 Druckregler 37 Meßfühler 38 Trennblech 39 Schacht 40 Pumpsystem
41 Auffangglocke 42 Auftriebskörper 43 Seil 44 Zugfeder 45 Steigleitung 46 Einsatzteil
47 Schaltventil 48 Strömungskanal 49 Stütze 50 Fuß 51 Gestänge 52 Antriebsmuffe
53 Motor 54 Gestänge
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