DE3812263A1 - Verfahren und vorrichtung zum einbetten eines unterwasser-bohrsystems - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Einbetten einer Führungsrohrbaugruppe in ein in den Meeres­ boden gebohrtes Loch, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Absenken der Baugruppe an einem Bohr­ strang, zum Einführen der Konstruktion in das Bohrloch, wäh­ rend es vom Bohrstrang gebohrt wird, zum Einzementieren der Konstruktion in dem Bohrloch und zum Wiedererlangen des Bohr­ stranges.

Die Suche und Bohrungen nach Erdgas und -öl unter Wasser ist zunehmend notwendig geworden, um der steigenden Nachfrage nachzukommen. Man hat entdeckt, daß sich große Lagerstätten unter dem Meeresboden befinden. Aufgrund der mit solchen Bohrungen verbundenen Strömungs- und Wetterbedingungen ist jedoch ein schnelles und einfaches Verfahren erforderlich, um eine Führungsrohrbaugruppe von einer schwimmenden Bohr­ insel oder einem Bohrschiff aus niederzubringen. Bis vor kurzem wurde die erste Führungsrohrbaugruppe entweder an ihren Platz geschossen oder in die Formation getrieben. Dies war möglich aufgrund der relativ weichen Formationen, wie z.B. Sand, in die solche Bohrlöcher gebohrt werden. In jüngster Zeit hat man jedoch mit so harten Formationen zu tun, daß ein Einlauf-Führungsrohrsystem erforderlich ist.

Ein Beispiel eines solchen Systems ist in der US-PS 36 21 910 beschrieben, welche sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Niederbringen einer Unterwasserkon­ struktion bezieht. Das darin beschriebene System erfordert die Drehung des gesamten Bohrstranges, damit der Bohrvorgang beginnen kann. Außerdem wird die Drehung des Bohrstranges benötigt um den Bohrstrang am Bohrlochkopfgehäuse zu verriegeln bzw. ihn zu entriegeln. Als Folge davon dreht oder verdreht sich das Bohrlochkopfgehäuse und verursacht dadurch das Verdrehen und Verwirren der Führungsseile sowie der Hydraulikzuleitungen. Darüber hinaus gewährlei­ stete dieses System kein ausreichendes Zurückziehen des Bohr­ stranges und führte deshalb dazu, daß das Bohrloch unbrauch­ bar wurde, falls der Zement versehentlich im inneren Durch­ gang des Führungsrohres hochstieg.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die Nachteile der bisher bekannten Systeme zum Einbetten eines Unterwasser-Führungs­ rohres durch Bereitstellung eines Systems, bei dem das Füh­ rungsrohr während eines Laufes in seine vorgebohrte Position gebracht werden kann.

Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Bohrstrang, welcher durch ein Verriegelungsgehäuse im Führungsrohr gehalten wird. Das Verriegelungsgehäuse ist abnehmbar am Bohrloch­ kopfgehäuse gefestigt, welches einen Teil der permanenten Führungsbasis der Konstruktion bildet. Das untere Ende des Bohrstranges enthält einen Bohrmeißel und einen Nachbohrer, die sich beide bis unterhalb des Führungsrohrendes erstrek­ ken, so daß ein effektives Bohren des Loches möglich ist. Ein Schlammotor hohen Drehmoments, welcher sich etwas ober­ halb des Nachbohrers befindet, sorgt für die Drehung von Bohrmeißel und Nachbohrer, während der Rest des Bohrstranges unbeweglich ist. Der Bohrstrang ist auch mit Stabilisatoren ausgestattet.

Desweiteren enthält der Bohrstrang obere und untere Verrie­ gelungselemente, die ihn in seiner hinabgelassenen bzw. zu­ rückgezogenen Position tragen und festhalten. Das obere Ver­ riegelungselement besitzt eine Ringschulter, die an das Ver­ riegelungsgehäuse anschlägt und das Gewicht des Bohrstranges trägt. Zusätzlich greifen mehrere zurückschiebbare Bolzen in im Verriegelungselement gebildete Ringnuten ein, um die Position des Bohrstranges relativ zum Bohrlochkopfgehäuse während des Bohrvorganges beizubehalten. Ähnlich besitzt das untere Verriegelungselement eine Ringschulter, die an das untere Ende des Verriegelungsgehäuses anschlägt, sowie Ringnuten, die mit dem zurückschiebbaren Bolzen eingreifen. Das untere Verriegelungselement ist zudem mit einer Reihe von federbelasteten Anschlägen versehen, welche eine obere geneigte Fläche aufweisen. Diese obere geneigte Fläche er­ leichtert das Einschieben der Anschläge in der Weise, daß sie beim Zurückziehen des Bohrstranges unter dem Verrie­ gelungsgehäuse durchgleiten können. Während die Ringschulter des Verriegelungselementes an das Verriegelungsgehäuse anschlägt und dadurch ein weiteres Zurückziehen des Bohr­ stranges unmöglich macht, werden die Anschläge nach außen vorgespannt und dienen als Schultern zum Tragen des Bohr­ stranges in seiner zurückgezogenen Position.

Das Verriegelungsgehäuse verhindert nicht nur die Vertikal­ bewegung des Bohrstranges, sondern es befestigt auch die Bohrbaugruppe abnehmbar so am Führungsrohr, daß sie aus dem Führungsrohr herausgezogen werden kann, wenn dieses erst einmal eingebettet ist. Normalerweise ruht das Verriegelungs­ gehäuse nur im Bohrlochkopfgehäuse des Führungsrohres. Um jedoch beim Zementieren einen Druckverlust im Führungsrohr auszuschließen, werden zurückschiebbare äußere Bolzen verwendet, die das Verriegelungsgehäuse im Bohrlochkopf halten. Sowohl die inneren als auch die äußeren Bolzen wer­ den durch Kolben gesteuert, welche sich hydraulisch von einer ersten Position, in der die Bolzen frei zurückschieb­ bar sind, in eine zweite Position bewegen, in der die Bolzen am Zurückschieben aus den entsprechenden Nuten ge­ hindert werden. Außerdem ist eine Vorrichtung zum manuellen Bewegen der Kolben vorhanden, falls das Hydrauliksystem ausfällt.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bedient sich zum Einbetten des Führungsrohres des oben beschriebenen Systems. Führungsrohr und Bohrstrang sind an einer permanenten Füh­ rungsbasis angebracht, welche von einem sich an der Ober­ fläche befindlichen Schiff hinabgelassen wird. Wenn sich das System dem Meeresboden nähert, wird der Schlammotor betätigt, um den Bohrvorgang zu beginnen. Da sich Bohrmeißel und Nach­ bohrer bis unter das Ende des Führungsrohres erstrecken, kann das Rohr sich frei in das Bohrloch schieben, ohne daß eine zusätzliche Antriebskraft erforderlich ist. Der Bohr­ vorgang dauert so lange an, bis die Führungsbasis den Meeres­ boden berührt, worauf der Bohrstrang teilweise zurückgezogen wird. Dies geschieht, indem die inneren Bolzen des Verriege­ lungsgehäuses gelöst werden um eine Vertikalbewegung des Bohr­ stranges zuzulassen. Wenn das untere Verriegelungselement das Verriegelungsgehäuse erreicht, werden die federbelasteten Anschläge nach innen gedrückt bis die Ringschulter an das Verriegelungsgehäuse anschlägt, wobei sich gleichzeitig die Mitnehmer erneut nach außen schieben, um den Bohrstrang im Bohrlochkopfgehäuse zu tragen.

Ist die Bohrausrüstung herausgezogen, kann das Zementieren zum festen Einbetten des Führungsrohres erfolgen. Während Zement durch den äußeren Ringraum des Bohrloches gepumpt wird, wird im Führungsrohr ein vorbestimmter Druck auf­ rechterhalten, um zu verhindern, daß der Zement im inneren Durchgang des Führungsrohres hochsteigt oder ein U-Rohr- Verhalten zeigt. Falls dieser Druck abfällt und ein U-Rohr- Verhalten des Zements hervorruft, wird der Zement nicht die Bohreinrichtungen einhüllen, da seine Menge nicht ausreicht, um über die zurückgezogene Position des Bohrstranges hinaus zu steigen. Nach dem erfolgreichen Zementieren des Führungs­ rohres werden Bohrstrang und Verriegelungsgehäuse heraufge­ zogen, indem die äußeren Bolzen des Verriegelungsgehäuses zurückgeschoben werden, so daß die Baugruppe aus dem Führungs­ rohr gezogen werden kann.

Die vorliegende Erfindung sieht ein einfaches, aber sicheres Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Einbetten eines Führungsrohres in einem Bohrloch vor, die nur einen Lauf erfordert und im Falle eines Druckabfalls die Zer­ störung des Bohrloches ausschließt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung können der folgenden detaillierten Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen entnommen werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in der detail­ lierten Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in welcher gleiche Bezugszahlen für ähnliche Teile in allen Ansichten verwendet worden sind und in welchen:

Fig. 1 ein Aufriß einer Führungsrohrbau­ gruppe und einer Führungsbasis ist, die ins Wasser hinabgelassen werden und fertig zum Bohren sind,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht ist, die das Bohren des Loches illustriert, wobei sich die Führungsrohrbaugruppe in das Joch hineinbewegt und die Führungs­ basis am Meeresboden positioniert ist,

Fig. 3 eine weitere ähnliche Ansicht ist, die die Position des Bohrstranges bezüg­ lich der Führungsbasis während des Zementierens zeigt,

Fig. 4 eine weitere ähnliche Ansicht ist, die das Lösen des Verriegelungsgehäuses und das Herausziehen des Bohrstranges illustriert,

Fig. 5 eine Teilschnittansicht des Verriege­ lungsgehäuses im Führungsrohr ist, wenn sie in das obere Verriegelungsele­ ment des Bohrstranges eingreift und

Fig. 6 eine Teilschnittansicht des Verriege­ lungsgehäuses ist, wenn sie in das untere Verriegelungselement des Bohr­ stranges eingreift.

Die Fig. 1 bis 4 illustrieren das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Einbetten eines Unterwasser-Führungsrohr-Bohr­ systems 8 in den Boden 9 des Meeres oder eines anderen Ge­ wässers. Die Baugruppe 8 umfaßt ein röhrenförmiges Führungs­ rohr 10, an dessen oberem Ende ein Bohrlochkopfgehäuse 12 gebildet wird oder befestigt ist. Am Außenumfang des Bohr­ lochkopfgehäuses 12 ist eine permanente Führungsbasis 14 an­ gebracht, die wahlweise einen Fuß 16 enthält, um die Führungs­ rohrbaugruppe 8 zu positionieren. Die Führungsrohrbaugruppe 8 wird im wesentlichen vom Bohrstrang 18 getragen und von einem sich an der Oberfläche befindlichen Schiff (nicht abgebildet) ins Wasser hinabgelassen. Sie erhält jedoch zusätzliche Halte­ rung und Führung durch Führungsseile 20, welche sich von der Führungsbasis 14 bis zum Schiff erstrecken.

Die bevorzugte Ausführung des Bohrstranges 18 umfaßt eine Mehr­ zahl von röhrenförmigen Abschnitten, welche herkömmliche Bohr­ manschetten, Kreuzelemente, Pufferelemente etc. enthalten. Am unteren Ende des Bohrstranges ist ein Bohrteil 22 angeordnet, welches einen Nachbohrer 24 und einen Bohrmeißel 26 enthält. In der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich sowohl der Nachbohrer 24 als auch der Bohrmeißel 26 bis unter das untere Ende des Führungsrohres 10, um das Bohren des Bohrloches beim Hinablassen der Baugruppe in das Bohrloch zu erleichtern. Der Bohrstrang 18 enthält auch mindestens einen Stabilisator 28, der den Bohrstrang 18 hindert, infolge des Drehmomentes im Führungsrohr 10 zu schwingen. Das Bohrteil 22 des Bohrstranges 18 wird durch einen Schlammotor 30 hohen Drehmoments (teil­ weise abgebildet) drehend angetrieben, welcher im Bohrstrang 18, vorzugsweise zwischen einem paar der Stabilisatoren 28, angeordnet ist. Durch die Verwendung eines Schlammotors 30 im Bohrstrang 18 wird der untere Abschnitt des Bohrstranges 18 in Drehung versetzt, um den Meißel 26 und den Nachbohrer 24 anzutreiben, während der Abschnitt des Bohrstranges 18 ober­ halb des Schlammotors 30 hohen Drehmoments stationär verbleibt und dadurch Rotation und Verwirren der Führungsseile 20 und zugehöriger Zuleitungen ausschließt.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen ferner, daß der Bohrstrang 18 durch ein Verriegelungsgehäuse 32 abnehmbar an die Führungsrohrbau­ gruppe 8 angeschlossen ist. Das Verriegelungsgehäuse 32 hat vorzugsweise eine im allgemeinen kreisförmige Gestalt mit durch die Mitte durchgehendem Bohrstrang 18. Das Verriegelungs­ gehäuse 32 greift seinerseits in das Bohrlochkopfgehäuse 12 des Führungsrohres 10 ein. Der Bohrstrang 18 ist einstellbar durch ein oberes Verriegelungselement 34 und ein unteres Ver­ riegelungselement 36, welche mit Abstand zueinander innerhalb des Bohrstranges 18 angeordnet sind, an das Verriegelungsge­ häuse 32 angeschlossen. Die Arbeitsweise des Verriegelungs­ gehäuses 32 wird unten noch eingehender beschrieben werden.

Wenn die Führungsrohrbaugruppe 8 und der Bohrstrang ins Wasser hinabgelassen werden, wird der Motor 30 hohen Drehmoments aktiviert um den Bohrmeißel 26 und den Nachbohrer 24 zu drehen. Da sich sowohl der Nachbohrer 24 als auch der Bohrmeißel 26 bis unter das untere Ende des Führungsrohres 10 erstrecken, arbeitet der Nachbohrer in seiner ausgefahrenen Position, um das Bohrloch 38, welches weiter als das Führungsrohr 10 ist, zu bohren. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Führungs­ rohr 10 mit Fortschreiten des Bohrvorganges in das Bohrloch 38 abgesenkt, welches beim Herablassen des Bohrstranges 18 gebohrt wird. Der Bohrvorgang wird fortgesetzt, bis der Fuß 16 auf den Meeresboden 9 auftrifft. Alternativ kann der Fuß 16 auch weggelassen werden, so daß der Bohrvorgang andauert, bis die Führungsbasis 14 auf dem Meeresboden auftrifft.

Ist die Führungsrohrbaugruppe 8 wie in Fig. 2 gezeigt voll­ ständig hinabgelassen, kann die Baugruppe eingebettet werden, indem das Führungsrohr 10 innerhalb des Bohrloches 38 einzemen­ tiert wird. Bevor jedoch mit dem Zementieren begonnen werden kann, muß der Bohrstrang 18 aus seiner hinabgelassenen Position gemäß Fig. 2 in eine zurückgezogene Position gemäß Fig. 3 ge­ bracht werden. Zu diesem Zweck wird das Verriegelungsgehäuse 32 aus dem oberen Verriegelungselement 34 ausgerückt und der Bohrstrang 18 wird nach oben gezogen, bis das untere Verriege­ lungselement 36 in das Verriegelungsgehäuse 32 eingreift. In dieser Position befindet sich das Bohrteil 22 des Bohrstranges 18 weit genug oben im Führungsrohr 10, um eine Zerstörung der Bohrausrüstung im Falle eines Druckverlustes im Führungsrohr 10 auszuschließen, welcher den Zement veranlaßt, sich U-Rohr­ artig zu verhalten oder im Führungsrohr 10 hochzusteigen.

Wenn der Bohrstrang zurückgezogen ist, wird Zement 40 durch den Bohrstrang 18 gepumpt und nach oben in den äußeren Ringraum des Führungsrohres 10 gedrückt. Dabei wird im Führungsrohr 10 Druck aufrechterhalten, um zu verhindern, daß der Zement 40 im Führungsrohr 10 hochsteigt. Es wird eine ausreichende Menge Zement 40 eingepumpt, um das untere Ende des Führungsrohres 10 festzusetzen, den äußeren Ringraum zu füllen und den Fuß 16 des Führungsrohres 10 zu bedecken. Auf diese Weise wird die Führungsrohrbaugruppe vollständig eingebettet, um ihre Bewegung auszuschließen.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann das Verriegelungsgehäuse 32 vom Bohrlochkopfgehäuse 12 des Führungsrohres 10 gelöst werden, sobald der Zement 40 hart geworden ist und dadurch die Führungs­ rohrbaugruppe eingebettet hat. Anschließend werden Verriegelungs­ gehäuse 32 und Bohrstrang 18 beim Hochziehen des Bohrstranges 18 aus dem Führungsrohr 10 herausgezogen, wobei das eingebettete Führungsrohr 10 zurückbleibt. Auf diese Art wird der Bohrstrang 18 einschließlich des Bohrteils 22 zurückgeholt, während Füh­ rungsrohr 10 und Führungsbasis 14 im Meeresboden eingebettet sind, so daß Bohrvorgänge durch die Führungsrohrbaugruppe 8 in der gewohnten Weise begonnen werden können. Die Führungs­ basis 14 bleibt über Führungsseile 20 mit dem Bohrschiff ver­ bunden, so daß ein Bohrstrang für spätere Bohrvorgänge in das Führungsrohr 10 eingeführt werden kann.

Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, hält das Verriegelungsgehäuse 32 den Bohrstrang 18 bezüglich des Bohrlochkopfgehäuses 12 in seiner Position. In Fig. 5 greift das Verriegelungsgehäuse 32 in das obere Verriegelungselement 34 ein, welches eine Ring­ schulter 42 zum Abstützen des Bohrstranges 18 im Verriegelungs­ gehäuse 32 besitzt. Die Ringschulter 42 greift an eine ähnliche, im Verriegelungsgehäuse 32 gebildeten Schulter 44 an, um eine Abwärtsbewegung des Bohrstranges 18 relativ zum Verriegelungs­ gehäuse 32 zu verhindern. Das Verriegelungsgehäuse 32 enthält ebenfalls eine untere Schulter 46, die mit dem unteren Ver­ riegelungselement 36 zusammenwirkt, wie es im nachfolgenden beschrieben wird. Beide Schultern 44 und 46 des Verriegelungs­ gehäuses 32 sind mit Dichtungen 48 versehen, welche einen Druckverlust zwischen dem Bohrstrang 18 und dem Verriegelungs­ gehäuse 32 während des Bohrvorganges und der anschließenden Zementierung des Führungsrohres verhindern und so ein U-Rohr- Verhalten des Zementes ausschließen.

Aus den Fig. 5 und 6 geht hervor, daß das Verriegelungsge­ gehäuse 32 vorzugsweise aus einem oberen Verriegelungskörper 50 und einem unteren Verriegelungskörper 52 besteht, welche durch eine Reihe von Schrauben 53 aneinander befestigt sind. Mindestens eine Trennvorrichtung 54, die einen inneren Hydrau­ likzylinder 56 und einen äußeren Hydraulikzylinder 58 bildet, ist im Verriegelungsgehäuse 32 angeordnet und erstreckt sich zwischen dem oberen Verriegelungskörper 50 und dem unteren Verriegelungskörper 52. In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich Sätze von inneren und äußeren Zylindern im Umfang des Verriegelungsgehäuses 32, um eine gleichmäßige Verteilung der auf das Verriegelungsgehäuse 32 ausgeübten Kraft vorzusehen. In jedem der Zylinder ist ein Kolben 60 angeordnet, der eine Kolbenstange 62 besitzt, welche sich vom Kolben nach oben durch den Kopf des Verriegelungsgehäuses 32 erstreckt. Am oberen Ende jeder Kolbenstange 62 ist ein Ösenhaken 64 gebildet, an dem ein manuell bedientes Steuerseil 66 befestigt ist. Die Kolben 60 können jede Form aufweisen, die der Gestalt der Zylinder 56 oder 58 entspricht und eine gegensinnige Bewegung im entsprechenden Zylinder erlaubt. Zusätzlich enthält jeder der Kolben 60 weggenommene Bereiche 68, welche mit einzieh­ baren Bolzenvorrichtungen 70 und 72 zusammenwirken.

Um das Verriegelungsgehäuse 32 lösbar sowohl an dem Bohrloch­ kopfgehäuse 12 als auch an dem Bohrstrang 18 zu befestigen, sind sich nach außen erstreckende einziehbare Bolzenvorrich­ tungen 70 und sich nach innen erstreckende einziehbare Bolzen­ vorrichtungen 72 im Verriegelungsgehäuse 32 angeordnet. Die einziehbaren Bolzenvorrichtungen 70 und 72 enthalten einen doppelköpfigen Bolzen 74, welcher in einer in der Wand des Verriegelungsgehäuses gebildeten Durchgangsbohrung 76 angeordnet ist. Der Bolzen 74 umfaßt einen Flansch 78, der in einem Schlitz 80 läuft. Das entgegengesetzte Ende des Bolzens 74 stößt an den Kolben 60, der den Bolzen 74 in seiner herausge­ schobenen Position hält. Wenn der Kolben 60 jedoch, wie im nachfolgenden beschrieben, nach oben bewegt wird, befinden sich dem Bolzen 74 die weggenommenen Bereiche 68 des Kolbens 74 gegenüber, die es ihm ermöglichen, sich in die Durchgangs­ bohrung 76 zurückzuschieben.

Das Verriegelungsgehäuse 32 ist durch eine Reihe von Ring­ schultern 82, welche im Gehäuse 12 gebildet sind, im Bohrloch­ kopfgehäuse 12 abgestützt. Zusätzlich ist das Bohrlochkopfge­ häuse 12 mit einem paar ringförmiger Nuten 84 versehen, die mit den sich nach außen erstreckenden einziehbaren Bolzen­ vorrichtungen 70 zusammenwirken, um das Verriegelungsgehäuse 32 im Bohrlochkopfgehäuse 12 zu arretieren. Zur Montage der Konstruktion wird der doppelköpfige Bolzen 74 der Bolzenvor­ richtung 70 zurückgeschoben und das Verriegelungsgehäuse 32 in das Bohrlochkopfgehäuse 12 eingesetzt, bis es auf den Schultern 82 ruht. Ist das Verriegelungsgehäuse 32 an seinem Platz, kann die Bolzenvorrichtung 70 nach außen bewegt werden, bis es in die entsprechenden Nuten 84 eingreift. Dies geschieht, indem der äußere Kolben 60 nach unten bewegt wird, so daß der Bolzen 74 den vergrößerten Bereich des Kolbens berührt und da­ durch nach außen in die Nuten 84 gedrückt wird.

Auf ähnliche Weise greift das Verriegelungsgehäuse 32 in den Bohrstrang 18 ein, um ihn entweder in seiner hinabgelassenen oder seiner zurückgezogenen Position zu arretieren. Fig. 5 zeigt, daß das obere Verriegelungselement 34 ein Paar ring­ förmiger Nuten 90 enthält, die unterhalb der Schulter 42 des Verriegelungselementes 34 gebildet werden. Diese Nuten 90 sind so ausgebildet, daß sie die Köpfe der sich nach innen er­ streckenden Bolzenvorrichtungen 72 aufnehmen können. Das obere Verriegelungselement 34 ist so ausgebildet, daß die Bolzen­ vorrichtungen 72 in die Nuten 90 eingreifen, wenn die Schulter 42 auf der Schulter 44 des Verriegelungsgehäuses 32 ruht. Um den Bohrstrang 18 aus dieser hinabgelassenen Position zurück­ zuziehen, werden die Bolzenvorrichtungen 72 gelöst, indem der innere Kolben 60 nach oben bewegt wird, bis sich der Bolzen 74 in den weggenommenen Bereich 68 des Kolbens zurückziehen kann. Wenn die sich nach innen erstreckenden Bolzenvorrichtungen 72 gelöst sind (die äußeren Bolzenvorrichtungen 70 bleiben ver­ riegelt), kann der Bohrstrang 18 nach oben gezogen werden, wodurch der Bolzen 74 gezwungen wird, sich in den weggenommenen Bereich 68 des Kolbens 60 zurückzuziehen.

Fig. 6 illustriert, wie der Bohrstrang 18 nach oben gezogen wird, bis das untere Verriegelungselement 36 das Verriegelungs­ gehäuse 32 berührt. Das untere Verriegelungselement 36 enthält eine untere Ringschulter 92, die nahe dem unteren Ende des Ver­ riegelungselementes 36 gebildet ist, eine Reihe von nach außen vorgespannten Anschlägen 94, die sich am oberen Ende des Ele­ mentes 36 befinden, und ein Paar ringförmiger Nuten 96 zwischen der Schulter 92 und den Anschlägen 94. Die Anschläge 94 befinden sich im unteren Verriegelungselement 36 und werden durch Federn 98, die zwischen dem Anschlag 94 und der Wand des Verriegelungs­ elementes 36 angeordnet sind, nach außen vorgespannt. Flansch­ abschnitte 100 halten die Anschläge 94 im Verriegelungselement 36, während eine abnehmbare Platte 102 es ermöglicht, die An­ schläge 94 zum Austauschen oder Reinigen herauszunehmen. Die Anschläge 94 haben eine geneigte obere Kante 104, die sie be­ fähigt, sich unter dem Verriegelungsgehäuse 32 vorbeizubewegen, sowie eine gerade untere Kante 106, die als Schulter wirkt, um das Gewicht des Bohrstranges 18 in seiner zurückgezogenen Position zu tragen.

Im folgenden soll noch einmal auf das Verfahren der vorliegen­ den Erfindung eingegangen werden. Sobald die Bolzenvorrich­ tungen 72 zurückgeschoben sind, um das obere Verriegelungsele­ ment 34 zu lösen, wird der Bohrstrang 18 zum Herausziehen des Bohrteils 22 nach oben gezogen. Wenn die geneigte Kante 104 der Anschläge 94 auf das untere Ende des Verriegelungsgehäuses 32 auftrifft, werden die Anschläge 94 nach innen gedrückt und erlauben so ein weiteres Zurückziehen des Bohrstranges. Das Zurückziehen dauert an, bis die untere Schulter 92 des Ver­ riegelungselementes 36 an die Schulter 46 des Verriegelungs­ gehäuses 32 anschlägt. Gleichzeitig gleiten die Anschläge 94 über die obere Schulter 44 des Verriegelungsgehäuses 32 und werden von den Federn 98 nach außen gedrückt. In dieser Position greift die Schulter 92 abdichtend mit der Dichtung 48 des Ver­ riegelungsgehäuses 32 ein und verhindert dadurch einen Druck­ verlust im Führungsrohr 10 während des Zementierens.

Wenn der Bohrstrang 18 ganz zurückgezogen und das untere Ver­ riegelungselement 36 im Verriegelungsgehäuse 32 positioniert ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann der Bohrstrang 18 arretiert werden, indem die Bolzenvorrichtungen 72 in die Nuten 96 des Verriegelungselementes 36 eingreifen. Zu diesem Zweck wird der innere Kolben 60 nach unten bewegt bis sein vergrößerter Be­ reich den Bolzen 74 zwingt, in die Nuten 96 einzugreifen.

Das Zurückschieben der Bolzenvorrichtungen 70 und 72, wird durch die hydraulischen Kolben- und Zylinderbaugruppen ge­ steuert, welche im Verriegelungsgehäuse 32 angeordnet sind. Jeder der Zylinder 56 und 58 sind an ein paar Zuleitungen für Hydraulikflüssigkeit angeschlossen, die vom Bohrschiff ge­ steuert werden. Mit dem oberen Ende der Zylinder sind Zu­ leitungen 110 für die Hydraulikflüssigkeit verbunden, die das Volumen der Hydraulikflüssigkeit oberhalb des Kolbens 60 im Zylinder steuern. Ähnlich steuern Zuleitungen 112 das Volumen der Hydraulikflüssigkeit unterhalb des Kolbens 60. Durch Ver­ änderung des Flüssigkeitsvolumens ober- und unterhalb des Kolbens 60 kann die Bewegung des Kolbens 60 gesteuert werden, daß er den Bolzenvorrichtungen 70 und 72 das Zurückschieben bzw. das Eingreifen ermöglicht. Damit sich der Kolben 60 auf­ wärts bewegt, wird der Hydraulikdruck durch Zuleitung 110 verringert, während er durch Leitung 112 verstärkt wird. Da­ mit sich der Kolben 60 umgekehrt abwärts bewegt und den Bolzen 74 zum Eingreifen bringt, wird der Hydraulikdruck durch Zu­ leitung 112 verringert, während er durch Zuleitung 110 ver­ stärkt wird. Die Kolben 60 sind ferner mit manuellen Betäti­ gungsvorrichtungen ausgestattet, welche eine Aufwärtsbewegung der Kolben 60 zum Lösen der Bolzen 74 auch dann ermöglichen, wenn die Hydraulikzuleitungen 110 und 112 ausfallen. Die an den Enden der Kolbenstangen 62 gebildeten Ösenhaken 64 sind mit manuell betätigten Steuerseilen 66 verbunden, welche bis zum Bohrschiff verlaufen. Falls das Hydrauliksystem versagt, können die Kolben 60 mit Hilfe der Seile 66 nach oben gezogen werden, um das Lösen der Bolzenvorrichtungen 70 und 72 zu er­ möglichen.

Wenn der Bohrstrang wie in den Fig. 3 und 6 gezeigt zurück­ gezogen ist, kann das Zementieren des Führungsrohres 10 voll­ endet werden. Die Dichtungen 48 und 108 halten den erforder­ lichen Druck im Führungsrohr 10 aufrecht, so daß ein U-Rohr- Verhalten des Zementes ausgeschlossen ist. Wenn der Zement ausgehärtet ist, können Bohrstrang 18 und Verriegelungsge­ häuse 32 für zukünftige Arbeitsvorgänge wiedererlangt werden, indem die äußere Bolzenvorrichtung 70 gelöst und der Bohrstrang 18 nach oben gezogen wird. Beim Herausziehen der Baugruppe wird das Verriegelungsgehäuse 32 auf den festen Ringschultern 92 des unteren Verriegelungselementes 36 abgestützt.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Einbetten einer Führungsrohrbaugruppe im Meeres­ boden bereit, die gleichzeitig die Wiedererlangung des Bohr­ stranges ermöglicht. Das Verriegelungsgehäuse 32 ermöglicht die hydraulische oder manuelle Steuerung zum einstellbaren Zurückziehen des Bohrstranges oder zum Lösen der gesamten Bau­ gruppe zwecks deren Wiedererlangung. Darüberhinaus werden Dichtungen vorgesehen, die mit feststehenden Konstruktions­ teilen des Bohrstranges und des Bohrlochkopfgehäuses zusammen­ wirken, um extremen Drücken beim Zementieren zu widerstehen.

Claims (20)

1. Unterwasser-Führungsrohr-Bohrsystem, gekennzeich­ net durch ein Führungsrohr (10), an dessen oberem Ende sich ein Bohrlochkopfgehäuse (12) befindet und ein kreisförmiges Verriegelungsgehäuse (32), durch welches ein Bohrstrang (18) verläuft und welches zum einen eine Vorrichtung besitzt, mit der es abnehmbar im Bohrlochkopfgehäuse (12) des Führungs­ rohres (10) befestigt ist, zum anderen eine Vorrichtung, mit der der Bohrstrang (18) einstellbar im Verriegelungsgehäuse (32) befestigt ist, wobei die Vorrichtung zur abnehmbaren Be­ festigung des Verriegelungsgehäuses (32) am Bohrlochkopfge­ häuse (12) zurückschiebbare Bolzenvorrichtungen (70) enthält, welche sich vom Verriegelungsgehäuse (32) aus radial nach außen erstrecken, um in das Bohrlochkopfgehäuse (12) einzugreifen, und wobei die Vorrichtung zur einstellbaren Befestigung des Bohrstranges (18) im Verriegelungsgehäuse (32) eine zurück­ schiebbare Bolzenvorrichtung (72) enthält, welche sich radial nach innen erstreckt, um in den Bohrstrang (18) einzugreifen.

2. Bohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich nach außen erstreckende Bolzenvorrichtung (70) durch eine erste hydraulische Kolben- und Zylinderbaugruppe (58, 60), welche eine Vorrichtung (62, 64) zur manuellen Be­ tätigung besitzt, wahlweise herausgeschoben und zurückgescho­ ben wird.

3. Bohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die sich nach innen erstreckende Bolzenvorrichtung (72) durch eine zweite hydraulische Kolben- und Zylinderbau­ gruppe (56, 60), welche eine Vorrichtung (62, 64) zur manuellen Betätigung besitzt, wahlweise herausgeschoben und zurückge­ schoben wird.

4. Bohrsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstrang (18) folgende Elemente enthält:
eine Mehrzahl von röhrenförmigen Bohrabschnitten, an deren unterem Ende ein Bohrmeißel (26) befestigt ist, einen spreizbaren Nachbohrer (24), der an den Bohr­ abschnitten oberhalb des Bohrmeißels (26) befestigt ist,
ein oberes Verriegelungselement (34), das an den Bohr­ abschnitten befestigt ist,
ein unteres Verriegelungselement (36), das an den Bohr­ abschnitten befestigt ist, und
eine Vorrichtung (30) zum Drehen von Bohrmeißel (26) und Nachbohrer (24), welche oberhalb des Nachbohrers (24) und unterhalb des unteren Verriegelungselementes (36) angeordnet ist.

5. Bohrsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bohrstrang (18) im Verriegelungsgehäuse (32) wahlweise aus einer hinabgelassenen Position, in der sich Bohrmeißel (26) und Nachbohrer (24) bis unter das Führungs­ rohr (10) erstrecken, in eine zurückgezogene Position, in der sich Bohrmeißel (26) und Nachbohrer (24) innerhalb des Führungsrohres (10) befinden, gebracht werden kann.

6. Bohrsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das obere Verriegelungselement (34) eine Ringschulter (42) enthält sowie mindestens eine ringförmige Nut (90), welche axial unterhalb der Schulter (42) angeordnet ist und die mit einer entsprechenden sich nach innen erstreckenden Bolzen­ vorrichtung (72) des Verriegelungsgehäuses (32) zusammenwirkt, um das obere Verriegelungselement (34) im Verriegelungsgehäuse (32) zu arretieren und dadurch den Bohrstrang (18) wahlweise in seiner hinabgelassenen Position festzuhalten.

7. Bohrsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das untere Verriegelungselement (36) eine Ring­ schulter (92) umfaßt sowie eine Mehrzahl von zurückschieb­ baren Anschlägen (94), welche axial oberhalb der Ringschulter (92) angeordnet sind.

8. Bohrsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das untere Verriegelungselement (36) mindestens eine zwischen der Schulter (92) und den Anschlägen (94) angeordnete ringförmige Nut (96) enthält, welche mit einer entsprechenden sich nach innen erstreckenden Bolzenvorrichtung (72) des Ver­ riegelungsgehäuses (32) zusammenwirkt, um das untere Verriege­ lungselement (36) im Verriegelungsgehäuse (32) zu arretieren und dadurch den Bohrstrang (18) wahlweise in seiner zurückge­ zogenen position festzuhalten.

9. Bohrsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verriegelungsgehäuse (32) eine obere und eine untere innere Ringschulter (44, bzw. 46) besitzt, welche beide mit Dichtungsmitteln (48) versehen sind.

10. Bohrsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die obere Schulter (44) des Verriegelungsgehäuses (32) an die Schulter (42) des oberen Verriegelungselementes (34) anschlägt, wenn sich der Bohrstrang (18) in seiner hinab­ gelassenen Position befindet, und an die Anschläge (94) des unteren Verriegelungselementes (36) anschlägt, wenn sich der Bohrstrang (18) in seiner zurückgezogenen Position befindet.

11. Bohrsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die untere Schulter (46) des Verriegelungsgehäuses (32) an die Schulter (92) des unteren Verriegelungselementes (36) anschlägt, wenn sich der Bohrstrang (18) in seiner zu­ rückgezogenen Position befindet, wobei das Dichtungsmittel (48) abdichtend an das untere Verriegelungselement (36) an­ greift, um eine Flüssigkeitskommunikation oberhalb des Ver­ riegelungsgehäuses (32) zu verhindern.

12. Unterwasser-Führungsrohr-Bohrsystem, gekennzeich­ net, durch einen Bohrstrang (18), welcher an seinem unteren Ende einen Bohrmeißel (26) und einen Nachbohrer (24) enthält und eine Vorrichtung (30) zum Drehen dieser beiden Werkzeuge umfaßt, ein Führungsrohr (10), welches abnehmbar am Bohrstrang (18) befestigt ist und an dessen oberem Ende ein Bohrlochkopf­ gehäuse (12) gebildet ist, und ein kreisförmiges Verriegelungs­ gehäuse (32), welches zum einen eine Vorrichtung besitzt, die es abnehmbar im Bohrlochkopfgehäuse (12) des Führungsrohres (10) befestigt, zum anderen eine Vorrichtung, die den Bohrstrang (18) einstellbar im Verriegelungsgehäuse (32) derart befestigt, daß er durch dieses hindurchläuft, wobei die Vorrichtung zur abnehmbaren Befestigung des Verriegelungsgehäuses (32) eine erste zurückschiebbare Bolzenvorrichtung (70) enthält, welche sich vom Verriegelungsgehäuse (32) aus radial nach außen er­ streckt, um in das Bohrlochkopfgehäuse (12) einzugreifen, und wobei die Vorrichtung zur verstellbaren Befestigung des Bohr­ stranges (18) im Verriegelungsgehäuse (32) eine zweite zurück­ schiebbare Bolzenvorrichtung (72) enthält, welche sich radial nach innen erstreckt, um in den Bohrstrang (18) einzugreifen.

13. Bohrsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten und zweiten Bolzenvorrichtungen (70, 72) hydraulische Lösungsvorrichtungen umfassen.

14. Bohrsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten und zweiten Bolzenvorrichtungen (70, 72) mechanische Lösungsvorrichtungen umfassen.

15. Bohrsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bohrstrang (18) ein oberes Verriegelungselement (34) enthält, das ihn durch das Verriegelungsgehäuse (32) in hinabgelassener Position, in der sich Bohrmeißel (26) und Nachbohrer (24) bis unter das Führungsrohr (10) erstrecken, wahlweise festhält.

16. Bohrsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bohrstrang (18) ein unteres Verriegelungselement (36) enhält, das ihn durch das Verriegelungsgehäuse (32) in zu­ rückgezogener Position, in der sich Bohrmeißel (26) und Nach­ bohrer (24) innerhalb des Führungsrohres (10) befinden, wahl­ weise festhält.

17. Bohrsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verriegelungsgehäuse (32) innere Dichtungsmittel (48) besitzt, welche abdichtend in das obere und das untere Verriegelungselement (34 bzw. 36) eingreifen.

18. Bohrsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß es ferner eine Führungsbasis (14) umfaßt, welche fest am oberen Ende des Führungsrohres (10) montiert ist.

19. Verfahren zum Einbetten eines Unterwasser-Führungs­ rohrsystems, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Positionieren eines Führungsrohres zur Umhüllung eines Abschnitts des Bohrstranges, wobei ein Bohrteil am unteren Ende des Bohrstranges unterhalb des Führungsrohres ange­ ordnet ist und das Führungsrohr durch ein oberes Verriege­ lungselement, welches durch ein abnehmbar mit dem oberen Ende des Führungsrohres verbundenen Verriegelungsgehäuse im Bohrstrang angeordnet ist, gestützt ist,
Absenken des Bohrstranges mit dem daran befestigten Füh­ rungsrohr in ein Gewässer,
Drehen des Bohrteils des Bohrstranges zum Bohren eines Loches in die Erde am Boden des Gewässers, so daß das Füh­ rungsrohr in das Bohrloch gesenkt wird, während das Loch gebohrt und der Bohrstrang darin hinabgelassen wird,
Lösen der Verbindung zwischen dem Verriegelungsgehäuse und dem oberen Verriegelungselement des Bohrstranges,
Hochziehen des Bohrstranges relativ zum Verriegelungsge­ häuse und zum Führungsrohr, bis ein unteres, im Bohrstrang angeordnetes Verriegelungselement am Verriegelungsgehäuse anschlägt um den Bohrstrang vom Führungsrohr abzudichten,
Zementieren rings um das Äußere des Führungsrohres im ge­ bohrten Loch,
Lösen der Verbindung zwischen Verriegelungsgehäuse und Führungsrohr, und
Wiedererlangung des Bohrstranges mitsamt dem Bohrteil durch Hochziehen des Bohrstranges zusammen mit dem Verriegelungs­ gehäuse.

20. Verfahren zum Einbetten eines Unterwasser-Füh­ rungsrohrsystems, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Positionieren eines Führungsrohres zur Umhüllung eines Ab­ schnitts des Bohrstranges, wobei ein Bohrteil am unteren Ende des Bohrstranges unterhalb des Führungsrohres ange­ ordnet ist und das Führungsrohr durch Bohrschiffvor­ richtungen getragen ist, bei in einem Lauf erfolgenden Arbeitsgängen: Absenken des Bohrstranges mit dem Führungs­ rohr in ein Gewässer, Drehen des Bohrteils, um ein Loch in die Erde am Gewässerboden zu bohren, während das Füh­ rungsrohr in das Bohrloch abgesenkt wird, Hochziehen des Bohrstranges relativ zum Führungsrohr, Zementieren rings um das Äußere des Führungsrohres im gebohrten Loch, und Wiedererlangung des Bohrstranges mit dem Bohrteil durch Hochziehen des Bohrstranges relativ zum festzementierten Führungsrohr.