DE3414032C2

DE3414032C2 - Bohrlehre zum Unterwasserbohren

Info

Publication number: DE3414032C2
Application number: DE3414032A
Authority: DE
Inventors: Leonardo Venedig/Venezia Beghetto; Giovanni Arsie Belluno Padovan
Original assignee: Tecnomare SpA
Current assignee: Tecnomare SpA
Priority date: 1983-04-18
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1986-01-16
Also published as: IT1172825B; IT8384110A0; GB2138472A; FR2546961B1; ES532157A0; NO169025B; NO841514L; FR2546961A1; CA1246440A; DE3414032A1; NL8401203A; GB2138472B; BR8401917A; NO169025C; OA07708A; US4687062A; ES8507217A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrlehre für den Meeresgrund bzw. Unterwasser, zum Bohren von Bohrlöchern für die Ausbeutung von Kohlenwasserstofflagern unter dem Meeresboden, wobei die Bohrlehre von variablen Abmessungen und von variabler Form ist, um an irgendeinen Abstand oder eine Zahl von Bohrlöchern angepaßt zu werden und die mit geeigneten Führungsrohren oder Bohrlochschlitzen, durch welche die Bohrlöcher gebohrt werden, versehen ist. Die vertikale Einspannung, Zwangsführung oder Dämmung zwischen Bohrlehre und Bohrlochschlitz oder Führungsrohr oder zwischen Bohrlochschlitz bzw. Führungsrohr und der Verankerungssäule für die Produktionskolonne oder zwischen Bohrlehre und ihren Gründungspfählen besteht aus einem flexiblen Element, derart, daß die auf die Bohrlehre ausgeübten Gewichte allein auf das Gewicht der Verankerungssäulen vermindert werden, bei folglicher Verminderung des Gesamtgewichtes der Konstruktion der Bohrlehre selbst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrlehre zum Unterwasserbohren, die mittels Gründungspfählen auf dem Meeresboden zu verankern ist und deren Abmessungen sowie deren Form arr die vorgesehene Anzahl und den vorgesehenen gegenseitigen Abstand der Bohrlöcher anpaßbar sind, wobei die Bohrlehre mit Führungsrohren bzw. axialen Durchgangsöffnungen zürn Führen der Bohrrohre bzw. zur späteren Aufnahme der in den Meeresboden eingesetzten Pr duktionsrohrstrang-Verankerung und zum Hindurchführen der Gründungspfähle versehen ist (GB-OS 20 6 68).

Auf dem Gebiet der Ausbeutung unter dem Meeresboden befindlicher kohlenwasscrstoffhaltiger Lager oder Ablagerungen sind diese besonderen Systeme, sog. frühe Produktionssysteme, bereits bekannt. Sie bestehen darin, daß auf dem Meeresboden, eine lange Zeit vor dem Aufbau von Plattform und Bohrgestell eine Unterwasserstruktur oder eine Bohrlehre vorgesehen wird, die mit sog. Bohrlochschlitzen ausgestattet ist. durch welche die Bohrlöcher gebohrt werden, so daß. wenn Plattform und Bohrgestell vervollständigt und installiert sind, mit der Produktion sofort begonnen werden kann, wobei die größtmögliche Anzahl von Bohrlöchern vorher gebohrt wird. Die Fachausdrücke für Bohrlehre sind »template« und für die zur Niederbringung des Bohrlochs angeordneten Schlitze »well slots«. Bekannt sind weiter verschiedene Unterwasserbohrlehren, die eine variierende Anzahl von sogenannten »well-siots« aufweisen können. Form und Abmi ssungen hängen von den Anforderungen an das jeweilige Produktionssystem ab.

Es handelt sich aber normalerweise um schwere Konstruktionen, da sie sämtliche Lasten aufnehmen müssen, die aus den Produktionssäulen und den Unterwasserabsperrventilen herrühren; sie müssen ausreichend stark sein, um diese Lasten auszuhalten, und gleichzeitig flexibel sein (festigkeitskompatibel) so daß sie auf die Produktionskolonne-Gründungspfählen den größtmöglichen Anteil der Last übertragen. Die ungünstigsten Belastungszustände müssen ermittelt werden und daraufhin die Konstruktion bemessen werden.

Eine Strukturanalyse bringt auf jeden Fall durch die Folge der verschiedenen Phasen beim Bohren für jedes einzelne Bohrloch und im Hinblick auf die Reihenfolge des Bohrens erheblich gesteigerte Berechnungszeiten und gesteigerte Kosten zur Festlegung des Gesamtsystems mit sich.

Da aber eine der Grundforderungen an solch ein frühes Produktionssystem darin besteht, Bohrlehren zu verwenden, um die größtmögliche Anzahl von Bohrlöehern zu bohren, während die verbleibenden Komponenten des Ausbeutungssystems (Plattform, Deck, Bohrgestell etc.) ausgelegt und gebaut werden, wird durch die Verwendung der neuartigen Bohrlehren die Zeit für die Auslegung und Berechnung Konstruktion und die Installation der Bohrlehre auf ein Minimum reduziert.

1st ein weicher, schlammiger oder unebener Meeresuntergrund vorhanden, so wird es auch notwendig, besondere Nivelliersysteme vorzusehen, wenn die installierte Konstruktion dauernd in horizontaler Lage verbleiben soll, so daß die Vertikalität der Produktionssäule

— während der einzelnen Bohrschritte — gesteuert werden kann. Allerdings sind die Bohrlehren bei den bekannten Systemen mit einer Reihe von Schwierigkeiten, was die angesprochenen Probleme angeht, behaftet, insbesondere:

— erhöhtes Gewicht der Bohrlehre und relativ lange Auslegungszeilen, was zu einem negativen Einfluß auf die Vorgänge des Konstruierens und Installierens der Bohrlehre führt;

— die Tatsache, daß die Bohrfirma notwendigerweise eine bestimmte vorher festgelegte Arbeitsfolge einhalten muß;

— und daß Nivelliervorgänge auf dem Meeresgrund sich als kompliziert und teuer erweisen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei geringem Gewicht der Bohrlehre die Nivelliervorgänge zu beschleunigen, von der strikten Folge der Arbeitsvor-

bo gänge freizukommen und von der Bohrlehre bis auf das Gewicht der Produktionsrohrstrang-Verankerung alle übrigen Gewichte zu nehmen.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß überraschend einfach dadurch, daß die vertikale Einspannung zwi-

t>5 sehen der Bohrlehre und den Führungsrohren 2; 9, zwischen den Führungsrohren 2 und der Produktionsrohrstrang-Verankerung 3 oder zwischen der Bohrlehre und den Griindungspfählen 1 ein elastisches Element 12 auf-

weist, mittels welchem das von der Bohrlehre aufzunehmende Gewicht auf allein das Gewicht der Produktionsrohrstrang-Verankerung 3 bei deren Einzementierung in den Meeresboden reduzierbar ist. Die Bohrlehre kann somit variable Abmessung und Form aufweisen.

Dadurch, daß die vertikale Zwangsführung zwischen der Bohrlehre und den Bohrlochschlit/.en oder zwischen diesen Bohrlochschlitzen und der Produktionsrohrstrang-Verankerung der Produktionskolonne bzw. zwischen der Bohrlehre und ihren Gründungspfählen aus einem flexiblen Element besteht, wird es möglich, daß die auf der Bohrlehre ruhenden Gewichte allein auf das Gewicht der Produktionsrohrstrang-Verankerung reduziert werden. Dies wiederum führt zu einer Gewichtsverminderung der Bohrlehre selbst.

Die Erfindung weist vorzugsweise ein System zum Nivellieren der Bohrlehre bezüglich der Gründungspfählen, das den Gründungspfählen und den in diesen angeordneten Führungsrohren zugeordnet ist und Bewegungseinrichtungen aufweist, deren Befestigung innerhalb oder außerhalb der Pfähle an den Führungsrohren bzw. an der Bohrlehre vorgesehen ist.

Günstig ist es, wenn das Nivelliersystem als Hubsystem 5 schwenkbar innerhalb des Gründungspfahles 1, einerseits an einer einteilig mit dem Gründungspfahl 1 ausgebildeten Membran 6 und andererseits am anderen Ende durch vertikale Führungen 7 längsgeführt ist und mit einem Schwenkanschlag 8 zusammenwirkt, der zusammen mit dem Führungsrohr 9 durch zwei sich gegenüberstehende Schlitze in den Wandungen des Gründungspfahls 1 geführt ist.

Die verschiedenartigste Gestalt der Bohrlehre beim Installieren wird möglich, da das Nivellierungssystem aus Bewegungseinrichtungen besteht, die innerhalb oder außerhalb der Pfähle oder auf den Führungsrohren oder Bohrschiiizen oder auf der Bohrlehre angeordnet werden können. Voraussetzung hierfür ist lediglich, daß sie zwischen der Bohrlehre und den zugehörigen Gründungspfählen wirken, so daß das notwendige Nivellieren erfolgen kann.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

F i g. 1 eine Ansicht der Ausführungsform mit den Einzelheiten nur einer der Produktionskolonnen und nur einer der Gründungspfähle und des Nivelliersystems;

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Konstruktion;

F i g. 3 eine beispielsweise Ausführungsform des Nivelliersystems; und

F i g. 4 ein typisches De'ail der Bohrlochschlitze oder Führungsrohre (well slots) der Produktionskolonne.

Die beispielsweise Ausführungsform beschreibt eine submarine oder Unterwasserbohrlehre, deren Abmessungen völlig ohne Wichtigkeit sind, da die infrage kommende Bohrlehre in der Lage ist, sich an einen beliebigen Abstand und eine beliebige Anzahl von Bohrlöchern anzupassen. Sie wird in den Meeresgrund durch Gründungs- oder Mooringspfähle 1 verankert und ist mit einer gewissen Anzahl von Führungsrohren »well slots« 2 zum Installieren der Produktionsrohrstrang-Verankerung 3 und der Produktionssäulen 4 versehen. Die Nivellierarbeit an der Bohrlehre nach dem Bohren und dem Einzementieren der Gründungspfähle 1 wird durchgeführt, indem man das in F i g. 3 gezeigte System zur Anwendung bringt Das Nivelliersystem befindet sich im oberen Teil des Gründungspfahls 1 der Bohrlehre und besteht aus einem Hubsystem 5 (Winde. Stellzylinder oder dergleichen), das an einer Seite an einer Membran 6 innerhalb jedes Gründungspfahis befestig! ist und mit seinem freien Ende zweckmäßig durch Führungen 7 in seiner Längsbewegung geführt ist und mit einem Anschlag 8 zusammenwirkt, der fest mit dein Führungsrohr oder Bohrlochsohle/ des Gri'mdii:igspfahls verbunden ist. Ist die Nivellierung abgeschlossen, so wird das System mit den üblichen Materialien 10 auszementiert, wobei die üblichen Zementiertechniken ic zur Anwendung kommen. Das Hubsystem braucht nicht notwendigerweise als Lastträgereinrichtung zu wirken. Der Hauptvorteil dieser Anordnung besteht darin, daß es hierdurch möglich wird, die Bohrlehre auf irgendeiner Art Meeresboden, selbst sehr weichen und schlammigen Meeresböden zu nivellieren. Auch werden Arbeiten im Meer auf dem Meeresgrund auf ein Minimum gebracht, da solche Arbeiten auf die Betätigung der Anschlagsausbildimg 8 zwischen dem Führungsrohr oder Bohrlochschlitz 9 (well slot) und dem Gründungspfahl 1 des Gründungssystems und r.-.i die betätigenden Hubeinrichtungen 5 beschränkt sind; die'e Arbeiten im Meer können jedoch ferngelenkt von der Oberfläche aus durchgeführt werden, solange es die Meerestiefe zuläßt.

Fig.4- zeigt ein typisches Detail der Führungsrohre oder Bohrlochschlitze (well slots) 2 für eine Installation der Produktionssäulen 4. Das Führungsrohr 2 wird bezüglich seiner horizontalen Bewegungen und Drehungen um irgendeine horizontale Achse durch gleitende Abspannungen. Zwangsführungen 11 oder dergleichen, zurückgehalten oder gedämmt, die jedoch nicht die Translationsbewegungen in der vertikalen Achse des Führungsrohres verhindern. Die vertikale Zwangsführung, Dämmung oder Abspannung zwischen dem Führungsrohr und der Bohrlehre (template) besteht aus einem elastischen Element 12 (z. B. Gummi), das dahingehend wirkt, daß die Bohrlehre das Gewicht der Produktionsrohrstrang-Verankerung 3 während aer zugeordneten Zementierungsvorgänge auszuhalten hat: die Steigerung der Belastung für die Bohrlehre, wenn die anoeren Abstützungen oder Druckstutzen der Produktionssäule 4 installiert und einzementiert werden, ist vernachlässigbar, und zwar aufgrund des horten Verformungsgrads des flexiblen Elementes bezüglich der Produktionsrohrstrang-Verankerung 3. Das gesamte Gewicht der Produktionssäule wird dazu gebracht, auf sich selbst, d. h. auf dem Boden und nicht auf der Bohrlehre zu ruhen bzw. sich abzustützen.

Die Hauptvorteile dieser elastischen Verbindung sind zu sehen in:

— der ungünstigste Belastungszustand für die Bohrlehre wird sofort definiert und die Bohrlehre kann öktfort entsprechend und direkt bemessen werden;

— die Möglichkeit einer Bemessung der Bohrlehre, wenn nur die Produktionsrohrstrang-Verankerungen festgelegt sind:

ohne daß man auf die Festlegung der gesamten Produktionssäule warten muß; dies bedeutet, daß irgendbo welche Änderungen an der Produktionssäule, die notwendig werden können, zur beliebigen Zeit durchgeführt werden können:

— das Gewicht der Bohrlehre ist beachtlich gering, da die Bohrlehre nur das Gewicht der Produktionsrohrstrang-Verankerungen anstatt die Gesamtheit ihres eigenen Gewichtes, das Gewicht von einem Teil der Bohrsätze und das Gewicht des Bohrlochkopfes sowie der Absperrventile trägt; dies bedeu-

tet eine ganz beachtliche Einsparung sowohl hinsichtlich der Konstruktionszeiten wie der Konstruktionskosten als auch im Hinblick auf die Installationskosten (geringe seetüchtige Ausrüstungen. Gründungspfähle geringen Gewichtes etc.):
der Operator braucht nicht beim Bohren der Bohrlöcher eine besondere Arbeitsfolge einzuhalten, insofern als diese Aufeinanderfolge den Lastenzustand der Bohrlehre auf keine Weise beeinflußt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Bohrlehre zum Unterwasserbohren, die mittels Gründungspfählen auf dem Meeresboden zu verankern ist und deren Abmessungen sowie deren Form an die vorgesehene Anzahl und den vorgesehenen gegenseitigen Abstand der Bohrlöcher anpaßbar sind, wobei die Bohrlehre mit Führungsrohren bzw. axialen Durchgangsöffnungen zum Führen der Bohrrohre bzw. zur späteren Aufnahme der in den Meeresboden eingesetzten Produktionsrohrstrang-Verankerung und zum Hindurchführen der Gründungspfähle versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Einspannung zwischen der Bohrlehre und den Führungsrohren (2; 9), zwischen den Führungsrohren (2) und der Produktionsrohrstrang-Verankerung (3) oder zwischen der Bohrlehre und den Gründungspfählen (1) ein elastisches ElesTunt (12) aufweist, mittels welchem das von der Bohrlehre aufzunehmende Gewicht auf allein das Gewicht der Produktionsrohrstrang-Verankerung (3) bei deren Einzementierung in den Meeresboden reduzierbar ist.

2. Bohrlehre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein System (5, 6, 7, 8J- zum Nivellieren der Bohrlehre bezüglich der Gründungspfähle (1), das den Gründungspfählen (1) und den in diesen angeordneten Führungsrohren (9) zugeordnet ist und Bewegungseinrichtungen aufweist, deren Befestigung innerhalb ooer außerhalb der Pfähle (1), an den Führungsrohren (2) bzw. an der Bohrlehre vorgesehen ist.

3. Bohrlehre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nivelliersystem als Hubsystem (5) schwenkbar innerhalb des Gründungspfahles (1), einerseits an einer einteilig mit dem Gründungspfahl (1) ausgebildeten Membran (6) und andererseits am anderen Ende durch vertikale Führungen (7) längsgeführt ist und mit einem Schwenkanschlag (8) zusammenwirkt, der zusammen mit dem Führungsrohr (9) durch zwei sich gegenüberstehende Schlitze in den Wandungen des Gründungspfahls (1) geführt ist.