EP0956424A2 - Method and device for driving bore holes, specially exploring and extraction drillings in the sea bottom - Google Patents

Method and device for driving bore holes, specially exploring and extraction drillings in the sea bottom

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EP0956424A2
EP0956424A2 EP97951814A EP97951814A EP0956424A2 EP 0956424 A2 EP0956424 A2 EP 0956424A2 EP 97951814 A EP97951814 A EP 97951814A EP 97951814 A EP97951814 A EP 97951814A EP 0956424 A2 EP0956424 A2 EP 0956424A2
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EP
European Patent Office
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drill string
platform
drill
string part
head
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EP97951814A
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Fritz Tibussek
Hermann-Josef Von Wirth
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Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
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    • E21B7/12—Underwater drilling
    • E21B7/128—Underwater drilling from floating support with independent underwater anchored guide base

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for bringing down boreholes, in particular for prospecting and extraction wells.
  • Excavation drilling is carried out for the purpose of investigating deposits and is intended to enable the material present in the deposit to be sampled.
  • Excavation wells are drilled in particular if the deposit is at greater depth and / or bodies of water above the deposit, such as lakes or seas, do not permit the excavation of excavation shafts.
  • Extraction wells are used to extract the reservoir content from soil layers.
  • the extraction of marine sediments with diamond inclusions stored on the sea floor is explained as an example of extraction drilling.
  • Such deposits which contain diamonds, have mostly formed before the estuaries in the form of not too large layers spread out on rocky ground.
  • To break down the diamond-containing sediment material mostly devices are used which comprise a drill head which is lowered to the sea floor with the aid of an extendable drill rod extending from a floating platform.
  • a floating platform is to be understood as any facility, the height of which depends on the current level of the sea or sea floor. Drill ships are particularly suitable for this.
  • the drill head In order to set the drill head into the rotational movement required for the drilling process, it is either arranged in a rotationally fixed manner on the drill pipe and this is set in rotation by means of a rotary drive (power head) arranged above the platform, or the drill string is rotatably mounted on the platform and it a drive is provided which rotates the drill head relative to the drill string.
  • a rotary drive power head
  • the drill string is rotatably mounted on the platform and it a drive is provided which rotates the drill head relative to the drill string.
  • the overburden which is loosened during the drilling process is usually conveyed through so-called "backwashing" - for example by using the known air lifting method - through the interior of the drill string to the platform, where it is provided via a pipe bend provided at the upper end of the drill string and connected to its internal volume Devices is supplied in which the separation of diamonds and overburden takes place in a known manner.
  • the platform comprises a device which permits vertical movement of the platform, for example caused by sea swell, without the propulsive force fluctuating significantly or the drill head even being lifted off the ground.
  • Such devices usually comprise pneumatic or hydro-pneumatic devices connected with a relatively large compensation volume. tables pistons / cylinder devices which are connected, for example, on the cylinder side to the drill string, on the piston side to a device carrying the drill string, for example a derrick.
  • the platform Due to the equalization volume connected to the cylinders, the platform can exert vertical movements without the force with which the drilling tool rests on the floor changes significantly. If the attachment point of the piston / cylinder devices on the platform side is below that on the drill string, the contact pressure of the drill head on the sea floor can be adjusted from the resulting weight force to a desired value by adjusting the pressure in the expansion tanks.
  • Pipe elbow are promoted. This is associated in particular with a high energy expenditure if the platform is currently at its lowest level, for example in a wave trough, since the energy expenditure depends on the height of the pipe bend above the water surface.
  • a device for drilling bores into the seabed in which the drill string comprises two drill string parts which can be displaced axially relative to each other and telescopically interlocking to compensate for the vertical movement of the platform.
  • the storage of internal and external drilling strand part is a complex device, comprising several seals and floating pistons for pressure equalization, which is filled with a hydraulic fluid and completely encapsulated to prevent the ingress of sediment.
  • the disadvantage of this device is that it is expensive to manufacture and because of the complicated on is prone to failure.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a method and a device of the type mentioned in such a way that these disadvantages are improved. This object is achieved by the method given in claim 1 and by the device given in claim 4.
  • the drill string consists of at least two telescopically intermeshing string parts which make a relative movement to one another when the platform moves vertically, for example induced by the thinning of the sea, means that the drill string is no longer necessary by at least half maximum expected vertical deflection of the platform protrudes over it, but the upper end of the drill string can lie directly above the platform surface.
  • the height of the center of gravity of the platform is considerably reduced, with the result that it is compared to those in which the
  • the drill head is arranged in a rotationally fixed manner on the drill string.
  • a drive is provided on the platform, which sets the drill string in rotation (claim 2).
  • the drill string is rotatably mounted on the platform and the drill head is set in rotation relative to the drill string.
  • This configuration on the one hand eliminates the need to increase the weight of the platform and possibly shift its center of gravity upwards, and on the other hand, the drill string can be used to guide electrical, hydraulic, etc. lines without the need for complex rotary unions or couplings.
  • One end of a rope guided to the platform can then also be attached in a simple manner to the lower drill string part, as a result of which the lower drill string part together with the drill head can be lifted from the bottom of the bore and onto the without any great expenditure of energy
  • the drill string comprises an outer and an inner drill string part, the inner drill string part - so that the vertical movement of the platform can be compensated for - at least over a length which is the maximum vertical to be expected from ocean thinning or the like
  • the outer drill string part with its upper end on the platform and at the lower end of the inner drill string part the drill head.
  • the arrangement is provided in the reverse manner, since the upper, preferably longer, drill string part, which is rigidly connected to the platform in the vertical direction during drilling operation, consists of components which are less complex to manufacture.
  • a device is provided on the platform with which the drill string can be provided in rotation about its longitudinal axis. The drill head is then arranged in a rotationally fixed manner on the drill string.
  • the drill string is rotatably mounted on the platform and a rotary drive is provided, by means of which the drill head can be set in rotation with respect to the drill string.
  • the rotationally fixed mounting of the drill string on the platform takes place in accordance with this preferred embodiment Claim 14 preferably by a non-rotatable, cardanic interception device ("gimbal").
  • the drill head is preferably driven either electrically or hydraulically (claims 15 and 16), the drive devices preferably being integrated into the drill head or being arranged directly above the same.
  • the pressure line required for using the air lifting method can be defined on the outer circumference of the drill string and parallel to it
  • the pressure line is designed as a pressure hose that can be unrolled from a winding drum (claim 18). This measure has the advantage that the pressure hose can be easily connected to both the upper drill string part and the lower drill string part.
  • At least one buoyancy element is arranged on the drill string part carrying the drill head.
  • the desired contact pressure of the drill head on the sea floor can be set in the device according to the invention.
  • buoyancy bodies are designed as floodable tanks, which can be filled with compressed air as required by a compressor located on the platform via appropriate compressed air lines (claim 21). If, according to claim 22, a buoyancy element is also provided on the drill string part mounted on the platform, part of the weight load on the platform can be compensated for, so that heavier and therefore longer drill string parts can be held and the device for digging digging holes at greater depths suitable is.
  • FIG. 1 shows a side view of an embodiment of the device according to the invention, in which the drill string has already been assembled to its full length, but has not yet been lowered into its operating position;
  • FIG. 2 shows the same embodiment with a drill string located on the platform in its operating position, but with a drill head raised from the seabed;
  • Fig. 4 is an enlarged view of section IV in Fig. 3;
  • Fig. 5 shows a cross section according to section V-V in Fig. 4 and a representation of the drill string in the area in which the inner drill string part projects into the outer - in sections - in longitudinal section.
  • the device designated 100 as a whole in FIGS. 1 to 3 comprises a mast 2 arranged on a floating platform 1, which is only shown in a hint in FIGS. 1 to 3. As is also only indicated in FIG. 1, it is equipped with a block and tackle 3 which serves to raise or lower one or more segments 4, 4 'of a drill string designated as a whole as 5.
  • the provision and transfer of the drill string segments 4, 4 'to the block and tackle 3 serve for this purpose
  • Known devices, not shown in the drawing which are usually referred to as a "pipe erector" or "pipe handling system”.
  • the drill string 5 consisting of removable segments 4, 4 'comprises an upper drill string part 6 and a lower drill string part 7.
  • the upper drill string part 6 opens at position 8 into the lower drill string part 7 and projects as shown in Fig. 1 approximately up to point 9 in this.
  • the upper and lower drill string parts 6, 7 are designed in the length range provided for the insertion of the upper drill string part such that the drill string parts 6, 7 can move relative to one another in this length range with little friction in the longitudinal direction of the drill string, a twisting of the two drill string parts
  • Drill head 10 is arranged, which can be rotated by means of a rotary drive 11 arranged above it on the lower drill string part relative to the drill string 5 which is mounted in the platform in a rotationally fixed manner and receives the reaction torque.
  • a hydraulic motor serves as the power source and is supplied with pressurized hydraulic fluid via a hydraulic line 12.
  • an electric drive instead of the hydraulic drive and to provide an electrical line instead of the hydraulic line 12.
  • Eyelets 13 are provided, to which two ropes 16 'are fastened, which run through an opening 14 provided in the platform, through which the drill string 5 also extends, and which are directed towards a winch 16 via deflection rollers 15. leads are.
  • the lower drill string part can thus be raised and lowered by actuating the winch 16.
  • the drill string 5 is already assembled to its full length by screwing individual segments 4 or 4 '.
  • the pipe bend serving for the discharge of excavated overburden is arranged.
  • the drill string parts 6, 7 are lowered until the upper region 18 of the upper drill string part 6 is level with a cardanically suspended intercepting device 19, shown schematically in FIG. Gimbal ").
  • the device 100 is positioned in such a way that the drill head is located above the location of the seabed to be removed.
  • the winch 16 is released, as a result of which the lower drill string part 7 slides down on the part protruding into it
  • a buoyancy unit 21 is arranged in the region of the upper end of the lower drill string part.
  • the essentially tubular upper drill string part comprises a tubular part 23 of circular cross section, which is divided into segments 4 which can be screwed together by means of flanges. Over its length that can be inserted into the lower drill string part, four angular profiles 22, evenly distributed over the circumference, are parallel to the central longitudinal axis L on the tubular part
  • Each angle profile 22 comprises two legs 22 ', 22''which form a right angle to one another.
  • the angle profiles 22 are welded to the free edges of the legs 22 ', 22''with the tubular part 23 of the upper drill string part 6 over their length - at least in sections.
  • the bearing of the upper drill string part 6 in the lower drill string part 7, which is suitable for the transmission of torques directed about the central longitudinal axis L and which allow a relative movement in the axial direction between the upper and the lower drill string part, serves accordingly
  • Each roller assembly 24 comprises two pairs of rollers 25, 26, the rollers 25, 25 '; 26, 26 'are spaced apart from one another in the direction of the central longitudinal axis and their axes of rotation run parallel to one another, whereas the axes of rotation of the pairs of rollers 25, 26 of a pair of rollers 24 are oriented perpendicular to one another.
  • Each roller arrangement 24 comprises a roller holder 27 which is arranged on the outer lateral surface of a substantially tubular segment 4 'of the lower drill string part 7.
  • bores for receiving roller shafts 29 are machined into the roller holder 27.
  • the bores are arranged in such a way that the axes of rotation S are essentially outside the cross section of the lower drill string part 7, but the rollers 28 enter the inner cross section of the segment 4 'through openings 30 which are incorporated. protrude so that the running surfaces 31 of the rollers are aligned with the outer surfaces of the angle profiles 22 and roll in the nested state of the drill string parts 6, 7 on the outer surfaces of the angle profiles.
  • This type of mounting ensures a low-friction displacement of the upper and lower drill string parts in the longitudinal direction relative to one another while simultaneously transferring high reaction moments about the central longitudinal axis L of the drill string.
  • the overburden is conveyed from the bottom of the bore to the platform according to the known air lifting method, not shown in the drawing, in which air is blown into the interior of the drill string via a corresponding feed line.
  • an inner tube 36 (epee pipe) flanged, which protrudes into the part of the lower drill string part 7 underneath and ends open just above the rotary drive 11.
  • the lower drill string part 7 is double-walled in this area, the inner wall 47 being formed by an inner tube 48, the inner diameter of which is dimensioned such that it forms a narrow annular gap 49 with the outer diameter of the inner tube 46.
  • the loosened sediment penetrates into the interior of the upper drill string part through the lower opening of the inner tube 36 as a result of the negative pressure prevailing in the inner volume of the upper drill string part through the use of the air-lifting method, so that it is not already compatible with the roller arrangements 24 or angle profiles 22 can come into contact.
  • the lower part that prevails in the interior of the upper drill string part 6 pressure to the fact that a certain amount of ambient water is always sucked up through the annular gap 49 from the upper end of the lower drill string part 7 and washed around the roller arrangement 24 and the angle profiles 22, so that possibly penetrated sediment portions are always washed out.

Abstract

The invention relates to a method and a device for driving bore holes, specially exploring and extraction drillings in the sea bottom (40). According to the invention, the sea bottom is slackened by means of a rotating drilling head (10) which is fitted to the lower end of a drill string (5) designed for transmitting torque. The upper end of the drill string is mounted on a floating platform (1), wherein the drill string (5) is composed of at least two telescopically interfitting string parts (6, 7), which during a vertical movement of the platform, e.g. a movement induced by the sea swell, exert a relative movement with respect to each other so that the drilling head (10) rests with a substantially constant force on the surface to be cleared away.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere für Schürf- und Gewinnungsbohrungen, in den Meeresboden Method and device for drilling boreholes, in particular for prospecting and extraction drilling, into the seabed
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere für Schürf- und Gewinnungsbohrungen.The invention relates to a method and a device for bringing down boreholes, in particular for prospecting and extraction wells.
Schürfbohrungen werden zum Zwecke der Untersuchung von Lagerstätten vorgenommen und sollen eine Probenentnahme des in der Lagerstätte vorhandenen Materials ermöglichen. Schürfbohrungen werden insbesondere dann niedergebracht, wenn die Lagerstätte in größerer Teufe ansteht und/oder über der Lagerstätte befindliche Gewässer wie Seen oder Meere das Abteufen von Schürfschachten nicht zulassen.Excavation drilling is carried out for the purpose of investigating deposits and is intended to enable the material present in the deposit to be sampled. Excavation wells are drilled in particular if the deposit is at greater depth and / or bodies of water above the deposit, such as lakes or seas, do not permit the excavation of excavation shafts.
Gewinnungsbohrungen dienen dem Herauslösen des Lagerstätteninhalts aus Bodenschichten. Beispielhaft für Gewinnungsbohrungen sei der Abbau von auf dem Meeresboden la- gernden marinen Sedimenten mit Diamanteinschlüssen erläutert. Solche Ablagerungen, die Diamanten enthalten, haben sich meist vor Flußmündungen in Gestalt nicht allzu großer, auf felsigem Grund ausgebreiteter Schichten gebildet. Zum Abbau des diamanthaltigen Sedimentmaterials werden meist Vorrichtungen eingesetzt, die einen Bohrkopf umfassen, welcher mit Hilfe eines sich von einer schwimmenden Plattform aus erstreckenden, verlängerbaren Bohrgestänges bis zum Meeresboden abgesenkt wird. Unter schwimmender Plattform ist jede Einrichtung zu verstehen, deren Höhe über dem Meeres- bzw. Seeboden von dem momentanen Wasserstand abhängt. Insbesondere kommen hierfür Bohrschiffe in Betracht.Extraction wells are used to extract the reservoir content from soil layers. The extraction of marine sediments with diamond inclusions stored on the sea floor is explained as an example of extraction drilling. Such deposits, which contain diamonds, have mostly formed before the estuaries in the form of not too large layers spread out on rocky ground. To break down the diamond-containing sediment material mostly devices are used which comprise a drill head which is lowered to the sea floor with the aid of an extendable drill rod extending from a floating platform. A floating platform is to be understood as any facility, the height of which depends on the current level of the sea or sea floor. Drill ships are particularly suitable for this.
Um den Bohrkopf in die für den Bohrvorgang benötigte Rotationsbewegung zu versetzen, ist dieser entweder drehfest an dem Bohrgestänge angeordnet und dieses wird mit Hilfe eines oberhalb der Plattform angeordneten Drehantriebes (Kraftdrehkopf) in Rotation versetzt, oder der Bohrstrang ist an der Plattform drehfest gelagert und es ist ein Antrieb vorgesehen, welcher den Bohrkopf gegenüber dem Bohrstrang in Rotation versetzt.In order to set the drill head into the rotational movement required for the drilling process, it is either arranged in a rotationally fixed manner on the drill pipe and this is set in rotation by means of a rotary drive (power head) arranged above the platform, or the drill string is rotatably mounted on the platform and it a drive is provided which rotates the drill head relative to the drill string.
Der während des Bohrvorgangs gelockerte Abraum wird meist durch sogenanntes "Gegenspülen" - beispielsweise durch Anwendung des bekannten Lufthebeverfahrens - durch das Innere des Bohrstranges bis auf die Plattform gefördert, wo er über einen am oberen Ende des Bohrstranges vorgesehenen, mit dessen Innenvolumen in Verbindung stehenden Rohrkrümmer Einrichtungen zugeführt wird, in denen die Trennung von Diamanten und Abraum in bekannter Weise erfolgt.The overburden which is loosened during the drilling process is usually conveyed through so-called "backwashing" - for example by using the known air lifting method - through the interior of the drill string to the platform, where it is provided via a pipe bend provided at the upper end of the drill string and connected to its internal volume Devices is supplied in which the separation of diamonds and overburden takes place in a known manner.
Da ein befriedigendes Bohrergebnis voraussetzt, daß die mit mindestens einem Schneidwerkzeug ausgerüstete Stirnseite des Bohrkopfes während des Bohrvorganges stets mit einem etwa konstanten Vortriebsdruck an der Bohrungs- Stirnseite anliegt, umfaßt die Plattform eine Einrichtung, die eine beispielsweise durch Meeresdünung hervorgerufene vertikale Bewegung der Plattform erlaubt, ohne daß hierdurch die Vortriebskraft nennenswert schwankt oder der Bohrkopf gar von dem Boden abgehoben wird. Derartige Ein- richtungen umfassen meist mit einem relativ großen Ausgleichsvolumen verbundene pneumatische oder hydro-pneu a- tische Kolben/Zylindereinrichtungen, die beispielsweise zylinderseitig mit dem Bohrstrang, kolbenseitig mit einer den Bohrstrang tragenden Einrichtung, beispielsweise einem Bohrturm, verbunden sind. Durch das mit den Zylindern verbundene Ausgleichsvolumen kann die Plattform vertikale Bewegungen ausüben, ohne daß sich die Kraft, mit der das Bohrwerkzeug an dem Boden anliegt, wesentlich verändert. Liegt der Befestigungspunkt der Kolben/Zylindereinrichtungen plattformseitig unterhalb derjenigen an dem Bohr- sträng, so kann durch Einstellung des Druckes in den Ausgleichsbehältern der Anpreßdruck des Bohrkopfes auf den Meeresboden von maximal der resultierenden Gewichtskraft auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.Since a satisfactory drilling result presupposes that the end face of the drill head equipped with at least one cutting tool always bears against the end face of the bore with an approximately constant propulsion pressure during the drilling process, the platform comprises a device which permits vertical movement of the platform, for example caused by sea swell, without the propulsive force fluctuating significantly or the drill head even being lifted off the ground. Such devices usually comprise pneumatic or hydro-pneumatic devices connected with a relatively large compensation volume. tables pistons / cylinder devices which are connected, for example, on the cylinder side to the drill string, on the piston side to a device carrying the drill string, for example a derrick. Due to the equalization volume connected to the cylinders, the platform can exert vertical movements without the force with which the drilling tool rests on the floor changes significantly. If the attachment point of the piston / cylinder devices on the platform side is below that on the drill string, the contact pressure of the drill head on the sea floor can be adjusted from the resulting weight force to a desired value by adjusting the pressure in the expansion tanks.
Zwar finden derartige Einrichtungen zum Ausgleich von Vertikalbewegungen der Plattform vielfach seit längeremSuch devices to compensate for vertical movements of the platform have been found for a long time
Anwendung, nachteilig ist jedoch, daß der Bohrstrang mindestens um den halben maximal zu erwartenden Hub der Vertikalbewegung der Plattform - bezogen auf ihre Mittellage - aus ihrer Oberseite herausragen muß, und auch erst in dieser Höhe der zur Abgabe des Abraums an die Trenneinrichtung erforderliche Rohrkrümmer angebracht werden kann. Denn hierdurch verlagert sich einerseits der Schwerpunkt der Plattform erheblich nach oben, wodurch das "Wetterfen- ster", in dem die Plattform zum Einsatz kommen kann, redu- ziert wird, zum anderen muß der Abraum bis in die Höhe desApplication, however, is disadvantageous that the drill string must protrude from its top by at least half the maximum expected stroke of the vertical movement of the platform - based on its central position - and only at this height do the pipe elbows required to deliver the overburden to the separating device be attached can be. Because this means that the center of gravity of the platform is shifted considerably upwards, reducing the "weather window" in which the platform can be used, and secondly the overburden must be up to the height of the
Rohrkrümmers gefördert werden. Dies ist insbesondere mit einem hohen Energieaufwand verbunden, wenn sich die Plattform gerade auf ihrem niedrigsten Niveau, beispielsweise in einem Wellental befindet, da der Energieaufwand von der Höhe des Rohrkrümmers über der Wasseroberfläche abhängt.Pipe elbow are promoted. This is associated in particular with a high energy expenditure if the platform is currently at its lowest level, for example in a wave trough, since the energy expenditure depends on the height of the pipe bend above the water surface.
Aus der US-PS 3,319,726 ist eine Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrungen in den Meeresboden bekannt, bei welcher der Bohrstrang zum Ausgleich der Vertikalbewegung der Plattform zwei relativ zueinander axial ver- schiebbare, teleskopartig ineinandergreifende Bohrstrangteile umfaßt . Der Lagerung von innerem und äußerem Bohr- strangteil dient eine aufwendige, mehrere Dichtungen und Schwimmkolben zum Druckausgleich umfassende Einrichtung, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und gegen das Eindringen von Sediment vollständig nach außen gekapselt ist. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, daß sie aufwendig in ihrer Herstellung und wegen des komplizierten Auf aus störanfällig ist.From US Pat. No. 3,319,726 a device for drilling bores into the seabed is known, in which the drill string comprises two drill string parts which can be displaced axially relative to each other and telescopically interlocking to compensate for the vertical movement of the platform. The storage of internal and external drilling strand part is a complex device, comprising several seals and floating pistons for pressure equalization, which is filled with a hydraulic fluid and completely encapsulated to prevent the ingress of sediment. The disadvantage of this device is that it is expensive to manufacture and because of the complicated on is prone to failure.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß diese Nachteile verbessert sind. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die in Anspruch 4 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.The invention is therefore based on the object of further developing a method and a device of the type mentioned in such a way that these disadvantages are improved. This object is achieved by the method given in claim 1 and by the device given in claim 4.
Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Bohrstrang aus mindestens zwei teleskopartig ineinandergreifenden Strangteilen besteht, die bei einer vertikalen, beispielsweise durch die Meeresdünung induzierten Bewegung der Plattform eine Relativbewegung zueinander ausüben, ist es nicht mehr erforderlich, daß der Bohrstrang um minde- stens die halbe maximal zu erwartende vertikale Auslenkung der Plattform über dieselbe herausragt, sondern das obere Ende des Bohrstranges kann unmittelbar oberhalb der Plattformoberfläche liegen. Hierdurch verringert sich zum einen die Höhe des Schwerpunkts der Plattform erheblich, mit der Folge, daß diese im Vergleich zu solchen, bei denen derThe fact that in the method according to the invention the drill string consists of at least two telescopically intermeshing string parts which make a relative movement to one another when the platform moves vertically, for example induced by the thinning of the sea, means that the drill string is no longer necessary by at least half maximum expected vertical deflection of the platform protrudes over it, but the upper end of the drill string can lie directly above the platform surface. As a result, the height of the center of gravity of the platform is considerably reduced, with the result that it is compared to those in which the
Ausgleich der Vertikalbewegung oberhalb der Plattform erfolgt, auch bei schwererer See einsetzbar ist, andererseits wird durch den nun ebenfalls niedriger liegenden Rohrkrümmer die zum Heben des Abraums erforderliche För- derhöhe wesentlich reduziert, so daß die Fördermenge bei gleichbleibendem Energiebedarf erhöht oder aber bei gleichbleibender Fördermenge deren Energiebedarf gesenkt werden kann. Durch den bei Anwendung eines Gegenspülver- fahrens - vorzugsweise des Lufthebeverfahrens im Innern des Bohrstranges herrschenden Unterdruck wird stets durch den zwischen den teleskopartig ineinandergreifenden Strangteilen zwangsläufig bestehenden Ringspalt eine gewisse Menge an Umgebungswasser aufgesaugt, so daß dieser Bereich stets umspült wird, wodurch eventuell eingedrungene Sedimentteile stets herausgespült werden. Auf Dichtun- gen und besonders geschützte Lagereinrichtungen kann daher verzichtet werden.The vertical movement above the platform is compensated for, can also be used in heavier seas. On the other hand, the pipe elbow, which is now also lower, significantly reduces the delivery height required to lift the overburden, so that the delivery rate increases with the same energy requirement or with the same delivery rate Energy requirements can be reduced. Due to the negative pressure prevailing when using a counter-rinsing method - preferably the air-lifting method in the interior of the drill string - there is always the vacuum between the telescoping ones A certain amount of ambient water is necessarily sucked into the strand parts of the existing annular gap, so that this area is always washed around, so that any sediment parts that may have penetrated are always flushed out. Seals and specially protected storage facilities can therefore be dispensed with.
Bei einer möglichen Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Bohrkopf drehfest an dem Bohrstrang angeordnet . Zur Erzeugung der Rotation des Bohr- köpfes ist an der Plattform ein Antrieb vorgesehen, der den Bohrstrang in Rotation versetzt (Anspruch 2).In one possible embodiment of the method according to the invention, the drill head is arranged in a rotationally fixed manner on the drill string. To generate the rotation of the drill head, a drive is provided on the platform, which sets the drill string in rotation (claim 2).
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 3 ist jedoch der Bohrstrang drehfest an der Plattform gelagert und der Bohrkopf wird relativ zum Bohr- sträng in Rotation versetzt. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits der das Gewicht der Plattform erhöhende und gegebenenfalls deren Schwerpunkt nach oben verlagernde Antrieb überflüssig, andererseits kann der Bohrstrang der Führung von elektrischen, hydraulischen usw. Leitungen dienen, ohne daß es hierzu aufwendiger Drehdurchführungen oder -ankopplungen bedarf . Auch kann dann am unteren Bohrstrangteil auf einfache Weise ein Ende eines zur Plattform geführten Seiles angebracht werden, wodurch der untere Bohrstrangteil samt Bohrkopf ohne großen Energieaufwand beispielsweise von der Bohrungssohle angehoben und an denIn the preferred embodiment of the method according to claim 3, however, the drill string is rotatably mounted on the platform and the drill head is set in rotation relative to the drill string. This configuration on the one hand eliminates the need to increase the weight of the platform and possibly shift its center of gravity upwards, and on the other hand, the drill string can be used to guide electrical, hydraulic, etc. lines without the need for complex rotary unions or couplings. One end of a rope guided to the platform can then also be attached in a simple manner to the lower drill string part, as a result of which the lower drill string part together with the drill head can be lifted from the bottom of the bore and onto the without any great expenditure of energy
Ort über dem Boden verlagert werden kann, an dem eine weitere Bohrung niedergebracht werden soll.Can be relocated above the ground where another hole is to be drilled.
Die Erfindung ist hinsichtlich ihres vorrichtungsgemäßen Aspekts in Anspruch 4 wiedergegeben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß AnspruchThe invention is set out in claim 4 with regard to its device-related aspect. In a preferred embodiment according to claim
5 umfaßt der Bohrstrang einen äußeren und einen inneren Bohrstrangteil, wobei der innere Bohrstrangteil - damit die Vertikalbewegung der Plattform ausgeglichen werden kann - zumindest über eine Länge, die der maximal durch Meeresdünung oder ähnlichen zu erwartenden vertikalen5, the drill string comprises an outer and an inner drill string part, the inner drill string part - so that the vertical movement of the platform can be compensated for - at least over a length which is the maximum vertical to be expected from ocean thinning or the like
Bewegungen der Plattform nach oben entspricht, in Normal- läge der Plattform in den äußeren hineingeschoben und zumindest um einen Betrag, der der maximal zu erwartenden Auslenkung der Plattform aus ihrer Normallage nach unten entspricht, weiter in den äußeren Bohrstrangteil hinein- schiebbar ist.Corresponds to movements of the platform upwards, in normal the platform would be pushed into the outer and at least an amount that corresponds to the maximum expected deflection of the platform from its normal position downwards, can be pushed further into the outer drill string part.
Da die inneren und äußeren Bohrstrangteile drehfest miteinander verbunden sein müssen, um das Antriebsdrehmoment bzw. das Reaktionsmoment übertragen zu können, empfiehlt sich eine Ausgestaltung des Bohrstranges gemäß Anspruch 6. Hierdurch wird sichergestellt, daß trotz der Drehfestigkeit eine reibungsarme Relativbewegung zwischen den beiden Bohrstrangteilen erfolgen kann.Since the inner and outer drill string parts have to be connected to one another in a rotationally fixed manner in order to be able to transmit the drive torque or the reaction torque, a configuration of the drill string according to claim 6 is recommended. This ensures that, despite the torsional strength, a low-friction relative movement can take place between the two drill string parts .
Eine besonders bevorzugte technische Ausgestaltung der nach diesem Prinzip arbeitenden Lagerung ist Gegen- stand der Ansprüche 7 bis 10.A particularly preferred technical embodiment of the bearing that works according to this principle is the subject of claims 7 to 10.
Es ist einerseits möglich, den äußeren Bohrstrangteil mit seinem oberen Ende an der Plattform und am unteren Ende des inneren Bohrstrangteils den Bohrkopf anzuordnen. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 11 ist jedoch die Anordnung in umgekehrter Weise vorgesehen, da der obere vorzugsweise längere, während des Bohrbetriebs in vertikaler Richtung starr mit der Plattform verbundene obere Bohrstrangteil aus weniger aufwendig herzustellenden Bauteilen besteht. Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an der Plattform eine Einrichtung vorgesehen, mit der der Bohrstrang in eine Rotation um seine Längsachse versehen werden kann. Der Bohrkopf ist dann drehfest an dem Bohrstrang angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 13 ist jedoch der Bohrstrang drehfest an der Plattform gelagert und es ist ein Drehantrieb vorgesehen, mit dessen Hilfe der Bohrkopf gegenüber dem Bohrstrang in Rotation versetzbar ist. Die drehfeste Lagerung des Bohrstranges an der Plattform erfolgt bei dieser bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 14 vorzugsweise durch eine drehfeste, kardanische Abfangvorrichtung ( "Gimbal " ) .It is possible, on the one hand, to arrange the outer drill string part with its upper end on the platform and at the lower end of the inner drill string part the drill head. In the preferred embodiment according to claim 11, however, the arrangement is provided in the reverse manner, since the upper, preferably longer, drill string part, which is rigidly connected to the platform in the vertical direction during drilling operation, consists of components which are less complex to manufacture. In a first possible embodiment of the device according to the invention, a device is provided on the platform with which the drill string can be provided in rotation about its longitudinal axis. The drill head is then arranged in a rotationally fixed manner on the drill string. In the preferred embodiment according to claim 13, however, the drill string is rotatably mounted on the platform and a rotary drive is provided, by means of which the drill head can be set in rotation with respect to the drill string. The rotationally fixed mounting of the drill string on the platform takes place in accordance with this preferred embodiment Claim 14 preferably by a non-rotatable, cardanic interception device ("gimbal").
Der Antrieb des Bohrkopfes erfolgt vorzugsweise entweder elektrisch oder hydraulisch (Ansprüche 15 und 16), wobei die Antriebseinrichtungen vorzugsweise in den Bohrkopf integriert oder unmittelbar oberhalb desselben angeordnet sind.The drill head is preferably driven either electrically or hydraulically (claims 15 and 16), the drive devices preferably being integrated into the drill head or being arranged directly above the same.
Die zur Anwendung des Lufthebeverfahrens benötigte Druckleitung kann gemäß Anspruch 17 am Außenumfang des Bohrstranges festgelegt sein und parallel zu dessenThe pressure line required for using the air lifting method can be defined on the outer circumference of the drill string and parallel to it
Längsmittelachse verlaufen.Longitudinal central axis run.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Druckleitung jedoch als ein von einer Wickeltrommel abrollbarer Druckschlauch ausgebildet (Anspruch 18). Diese Maßnahme hat den Vorteil , daß der Druckschlauch sowohl am oberen Bohrstrangteil als auch am unteren Bohrstrangteil problemlos angeschlossen werden kann.In an advantageous embodiment, however, the pressure line is designed as a pressure hose that can be unrolled from a winding drum (claim 18). This measure has the advantage that the pressure hose can be easily connected to both the upper drill string part and the lower drill string part.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfingungsgemäßen Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 19. Bei dieser ist an dem den Bohrkopf tragenden Bohrstrangteil mindestens ein Auftriebskörper angeordnet . Durch die Wahl des Auftriebsvolumens der Auftriebskörper kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der gewünschte Anpreßdruck des Bohrkopfes auf den Meeresboden eingestellt werden. Um zu vermeiden, daß der untere Bohrstrangteil durch ein zu hohes Auftriebsvolumen der Auftriebskörper druckbelastet wird, ist es von Vorteil, gemäß Anspruch 20 den mindestens einen Auftriebskörper nahe des oberen Endes des unteren Bohrstrangteils anzuordnen. Eine einfache, auch nach dem Herunterbringen desAn advantageous development of the device according to the invention is the subject of claim 19. In this case, at least one buoyancy element is arranged on the drill string part carrying the drill head. By selecting the buoyancy volume of the buoyancy bodies, the desired contact pressure of the drill head on the sea floor can be set in the device according to the invention. In order to avoid that the lower drill string part is pressurized by an excessively high buoyancy volume of the buoyancy bodies, it is advantageous, according to claim 20, to arrange the at least one buoyancy body near the upper end of the lower drill string part. A simple one, even after bringing down the
Bohrkopfes auf den Meeresboden mögliche Einstellung des Anpreßdruckes ist gegeben, wenn die Auftriebskörper als flutbare Tanks ausgebildet sind, welche gegebenenfalls durch einen auf der Plattform befindlichen Kompressor über entsprechende Druckluftleitungen nach Bedarf mit Druckluft befüllbar sind (Anspruch 21). Wenn gemäß Anspruch 22 auch an dem an der Plattform gelagerten Bohrstrangteil ein Auftriebskörper vorgesehen ist, kann ein Teil der an der Plattform lastenden Gewichtskraft kompensiert werden, so daß schwerere und damit längere Bohrstrangteile gehaltert werden können und die Vorrichtung auch zum Niederbringen von Schürfbohrungen in größeren Tiefen geeignet ist.Drilling head on the seabed possible setting of the contact pressure is given if the buoyancy bodies are designed as floodable tanks, which can be filled with compressed air as required by a compressor located on the platform via appropriate compressed air lines (claim 21). If, according to claim 22, a buoyancy element is also provided on the drill string part mounted on the platform, part of the weight load on the platform can be compensated for, so that heavier and therefore longer drill string parts can be held and the device for digging digging holes at greater depths suitable is.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Ausführungs- beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt.The method according to the invention and an exemplary embodiment of a device according to the invention are shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 in Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Bohrstrang zwar bereits auf seine volle Länge zusammengesetzt, jedoch noch nicht in seine Betriebsstellung abgesenkt wurde;1 shows a side view of an embodiment of the device according to the invention, in which the drill string has already been assembled to its full length, but has not yet been lowered into its operating position;
Fig. 2 dieselbe Ausführungsform mit einem auf der Plattform in seiner Betriebsstellung befindlichen Bohrstrang, jedoch mit vom Meeresboden abgehobenem Bohrkopf;2 shows the same embodiment with a drill string located on the platform in its operating position, but with a drill head raised from the seabed;
Fig. 3 dieselbe Ausführungsform am Ende eines Bohr- Vorgangs ;3 shows the same embodiment at the end of a drilling process;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV in Fig. 3;Fig. 4 is an enlarged view of section IV in Fig. 3;
Fig. 5 einen Querschnitt gemäß Schnitt V-V in Fig. 4 sowie eine Darstellung des Bohrstranges in dem Bereich, in dem der innere Bohrstrangteil in den äußeren hineinragt - ausschnittsweise - im Längsschnitt.Fig. 5 shows a cross section according to section V-V in Fig. 4 and a representation of the drill string in the area in which the inner drill string part projects into the outer - in sections - in longitudinal section.
Die in den Fig. 1 bis 3 als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung umfaßt einen auf einer schwimmenden Plattform 1 angeordneten Mast 2, der in Fig. 1 bis 3 nur andeu- tungsweise dargestellt ist. Er ist - wie in Fig. 1 ebenfalls lediglich angedeutet - mit einem Flaschenzug 3 ausgerüstet, der dem Anheben oder Absenken eines oder mehrerer Segmente 4, 4' eines als Ganzes mit 5 bezeichneten Bohrstranges dient. Der Bereitstellung und Übergabe der Bohrstrangsegmente 4, 4' an den Flaschenzug 3 dienen zu diesem Zwecke bekannte, in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtungen, die üblicherweise mit "pipe erector" oder "pipe hand- ling System" bezeichnet werden.The device designated 100 as a whole in FIGS. 1 to 3 comprises a mast 2 arranged on a floating platform 1, which is only shown in a hint in FIGS. 1 to 3. As is also only indicated in FIG. 1, it is equipped with a block and tackle 3 which serves to raise or lower one or more segments 4, 4 'of a drill string designated as a whole as 5. The provision and transfer of the drill string segments 4, 4 'to the block and tackle 3 serve for this purpose Known devices, not shown in the drawing, which are usually referred to as a "pipe erector" or "pipe handling system".
Der - wie bereits eingangs erläutert - aus demontier- baren Segmenten 4, 4' bestehende Bohrstrang 5 umfaßt einen oberen Bohrstrangteil 6 und einen unteren Bohrstrangteil 7. Der obere Bohrstrangteil 6 mündet an der Stelle 8 teleskopartig in den unteren Bohrstrangteil 7 und ragt gemäß der Darstellung in Fig. 1 etwa bis zur Stelle 9 in diesen hinein. Der obere und der untere Bohrstrangteil 6, 7 sind in dem für das Einschieben des oberen Bohrstrangteils vorgesehenen Längenbereich derart ausgestaltet, daß sich die Bohrstrangteile 6,7 in diesem Längenbereich reibungsarm in Längsrichtung des Bohrstranges relativ zueinander bewegen können, ein Verdrehen der beiden BohrstrangteileAs already explained at the beginning, the drill string 5 consisting of removable segments 4, 4 'comprises an upper drill string part 6 and a lower drill string part 7. The upper drill string part 6 opens at position 8 into the lower drill string part 7 and projects as shown in Fig. 1 approximately up to point 9 in this. The upper and lower drill string parts 6, 7 are designed in the length range provided for the insertion of the upper drill string part such that the drill string parts 6, 7 can move relative to one another in this length range with little friction in the longitudinal direction of the drill string, a twisting of the two drill string parts
6,7 gegeneinander um die Längsmittelachse des Bohrstranges jedoch nicht möglich ist. Eine diese funktionalen Merkmale aufweisende Lagerung wird weiter unten anhand der Fig. 4 und 5 noch beschrieben werden. Am unteren Ende des unteren Bohrstrangteils ist ein6.7 against each other about the longitudinal central axis of the drill string is not possible. A bearing having these functional features will be described below with reference to FIGS. 4 and 5. At the lower end of the lower drill string part is a
Bohrkopf 10 angeordnet, welcher mit Hilfe eines darüber an den unteren Bohrstrangteil angeordneten Drehantriebes 11 relativ zu dem in dem Ausführungsbeispiel drehfest in der Plattform gelagerten, das Reaktionsdrehmoment aufnehmenden Bohrstranges 5 rotierbar ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Kraftquelle ein Hydromotor, der über eine Hydraulikleitung 12 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Es ist aber ebenfalls möglich, anstatt des Hydraulikantriebes einen Elektroan- trieb zu verwenden und anstelle der Hydraulikleitung 12 eine elektrische Leitung vorzusehen.Drill head 10 is arranged, which can be rotated by means of a rotary drive 11 arranged above it on the lower drill string part relative to the drill string 5 which is mounted in the platform in a rotationally fixed manner and receives the reaction torque. In the exemplary embodiment shown, a hydraulic motor serves as the power source and is supplied with pressurized hydraulic fluid via a hydraulic line 12. However, it is also possible to use an electric drive instead of the hydraulic drive and to provide an electrical line instead of the hydraulic line 12.
Am oberen Ende des unteren Bohrstrangteils sind zweiAt the top of the lower part of the drill string are two
Ösen 13 vorgesehen, an welchen zwei Seile 16' befestigt sind, die durch eine in der Plattform vorgesehene Öffnung 14, durch welche sich auch der Bohrstrang 5 erstreckt, verlaufen und über Umlenkrollen 15 einer Winde 16 zuge- führt sind. Durch Betätigung der Winde 16 ist der untere Bohrstrangteil somit heb- und senkbar.Eyelets 13 are provided, to which two ropes 16 'are fastened, which run through an opening 14 provided in the platform, through which the drill string 5 also extends, and which are directed towards a winch 16 via deflection rollers 15. leads are. The lower drill string part can thus be raised and lowered by actuating the winch 16.
Im Folgenden soll zunächst die prinzipielle Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben werden.The basic mode of operation of the device according to the invention will first be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
In der in Fig. 1 dargestellten Phase ist der Bohrstrang 5 bereits durch Verschraubung einzelner Segmente 4 bzw. 4' zu seiner vollständigen Länge montiert. Am oberen Ende des Bohrstrangs ist der dem Austritt von gehobenem Abraum dienende Rohrkrümmer angeordnet. Durch synchrones Nachlassen des Flaschenzugs 3 und der Winde 16 werden die Bohrstrangteile 6, 7 abgesenkt, bis sich der obere Bereich 18 des oberen Bohrstrangteils 6 in der Höhe einer karda- nisch aufgehängten, in Fig. 1 schematisch im geöffneten Zustand dargestellten Abfangvorrichtung 19 ("Gimbal") befindet. 'In the phase shown in Fig. 1, the drill string 5 is already assembled to its full length by screwing individual segments 4 or 4 '. At the upper end of the drill string the pipe bend serving for the discharge of excavated overburden is arranged. By synchronously releasing the block and tackle 3 and the winch 16, the drill string parts 6, 7 are lowered until the upper region 18 of the upper drill string part 6 is level with a cardanically suspended intercepting device 19, shown schematically in FIG. Gimbal "). '
Durch Schließen der Abfangvorrichtung 19 wird der obere Bohrstrangteil in dieser Position fixiert. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Der Rohrkrümmer 17 mündet nun in einen an seinem Ende trichter örmig erweiterten Einlaß 20, der den Abraum einer bekannten, in der Zeichnung nicht dargstellten Einrichtung zum Abtrennen von in dem Abraum enthaltenden Diamanten zuführt.By closing the interception device 19, the upper drill string part is fixed in this position. This state is shown in Fig. 2. The pipe bend 17 now opens into an inlet 20 which is funnel-shaped at its end and feeds the overburden to a known device, not shown in the drawing, for separating diamonds contained in the overburden.
In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand wird die Vor- richtung 100 derart positioniert, daß sich der Bohrkopf oberhalb der abzutragenden Stelle des Meeresbodens befindet .In the state shown in FIG. 2, the device 100 is positioned in such a way that the drill head is located above the location of the seabed to be removed.
Bevor der eigentliche Bohrvorgang beginnt, wird die Winde 16 nachgelassen, wodurch sich der untere Bohrstrang- teil 7 durch Hinabgleiten an dem in ihn hineinragendenBefore the actual drilling process begins, the winch 16 is released, as a result of which the lower drill string part 7 slides down on the part protruding into it
Teil des oberen Bohrstrangteils 6 weiter absenkt, bis der Bohrkopf 10 auf dem Meeresgrund aufliegt. Die Seile 16' werden nun weiter nachgelassen, so daß sie - wie in Fig. 3 dargestellt - schlaff in einer Schlaufe durchhängen. Die resultierende Gewichtskraft des unteren Bohrstrangteils 7 und der mit diesem verbundenen Bauteile bestimmt den An- preßdruck zwischen der Stirnseite des Bohrkopfes und dem Meeresboden. Der untere Bohrstrangteil 7 kann beim weiteren Vordringen des Bohrkopfes 10 in den Meeresboden 20 ungehindert von dem oberen Bohrstrangteil 6 weiter abglei- ten.Part of the upper drill string part 6 further lowered until the drill head 10 rests on the seabed. The ropes 16 'are now loosened further so that - as shown in Fig. 3 - they sag limply in a loop. The resulting weight force of the lower drill string part 7 and the components connected to it determines the pressure between the front of the drill head and the seabed. The lower drill string part 7 can continue to slide freely from the upper drill string part 6 as the drill head 10 penetrates further into the seabed 20.
Führt die Plattform - beispielsweise von der Meeresdünung induziert - eine vertikale Bewegung, wie durch den Doppelpfeil in Fig. 3 symbolisiert sein soll, durch, die je nach Wetterlage etliche Meter betragen kann, so wird hierdurch der Anpreßdruck des Bohrkopfes 10 auf den Meeresboden 40 nicht beeinflußt, da der innere Bohrstrangteil 6 entsprechend der Vertikalbewegung der Plattform sich reibungsarm in den unteren Bohrstrangteil 7 hinein- und herausverlagern kann. Um den stirnseitigen Anpreßdruck des Bohrkopfes 10 an den Meeresboden 40 einstellen zu können, ist im Bereich des oberen Endes des unteren Bohrstrangteils eine Auftriebseinheit 21 angeordnet. Diese umfaßt mehrere in der Zeichnung nicht erkennbare Tanks, welche wahlweise flutbar oder mit Hilfe von über in der Zeichnung nicht dargestellte Druckluftleitungen entleerbar sind, so daß der Auftrieb einstellbar und somit der resultierende Anpreßdruck zwischen dem Bohrkopf und dem Meeresboden auf den im Einzelfall erforderlichen Wert reduzierbar ist. Anhand der Fig. 4 und 5 soll im folgenden eine bevorzugte technische Ausgestaltung der Lagerung zwischen dem oberen und dem unteren Bohrstrangteil 6 , 7 erläutert werden.If the platform carries out a vertical movement, for example induced by the sea swell, as is symbolized by the double arrow in FIG. 3, which can be several meters depending on the weather conditions, then the contact pressure of the drill head 10 on the seabed 40 is not influenced, since the inner drill string part 6 can move in and out of the lower drill string part 7 with little friction according to the vertical movement of the platform. In order to be able to adjust the contact pressure of the drill head 10 on the sea floor 40, a buoyancy unit 21 is arranged in the region of the upper end of the lower drill string part. This includes several tanks not recognizable in the drawing, which can either be flooded or emptied with the help of compressed air lines not shown in the drawing, so that the buoyancy can be adjusted and thus the resulting contact pressure between the drill head and the sea floor can be reduced to the value required in the individual case is. A preferred technical configuration of the bearing between the upper and the lower drill string part 6, 7 will be explained below with reference to FIGS. 4 and 5.
Der im wesentlichen rohrförmig ausgestaltete obere Bohrstrangteil umfaßt einen rohrförmigen Teil 23 kreisrunden Querschnitts, der in mittels Flanschen miteinander verschraubbarer Segmente 4 unterteilt ist. Über seine in den unteren Bohrstrangteil einführbare Länge sind vier über den Umfang gleichmäßig verteilte Winkelprofile 22 parallel zur Mittellängsachse L an dem rohrförmigen TeilThe essentially tubular upper drill string part comprises a tubular part 23 of circular cross section, which is divided into segments 4 which can be screwed together by means of flanges. Over its length that can be inserted into the lower drill string part, four angular profiles 22, evenly distributed over the circumference, are parallel to the central longitudinal axis L on the tubular part
23 angeordnet. Jedes Winkelprofil 22 umfaßt zwei Schenkel 22', 22'', die zueinander einen rechten Winkel bilden. Die Winkelprofile 22 sind mit den freien Kanten der Schenkel 22', 22'' mit dem rohrförmigen Teil 23 des oberen Bohrstrangteils 6 über ihre Länge - jedenfalls abschnittsweise - verschweißt.23 arranged. Each angle profile 22 comprises two legs 22 ', 22''which form a right angle to one another. The angle profiles 22 are welded to the free edges of the legs 22 ', 22''with the tubular part 23 of the upper drill string part 6 over their length - at least in sections.
Der in Achsrichtung eine Relativbewegung zwischen dem oberen und dem unteren Bohrstrangteil zulassenden, der Übertragung von um die Mittellängsachse L gerichteter Drehmomente geeigneten Lagerung des oberen Bohrstrangteils 6 in dem unteren Bohrstrangteil 7 dienen entsprechend denThe bearing of the upper drill string part 6 in the lower drill string part 7, which is suitable for the transmission of torques directed about the central longitudinal axis L and which allow a relative movement in the axial direction between the upper and the lower drill string part, serves accordingly
Winkelprofilen 22 über den Umfang verteilte, an dem unteren Bohrstrangteil 7 angeordnete Rollenanordnungen 24, die mit den Winkelprofilen in Wirkverbindung stehen. Jede Rollenanordnung 24 umfaßt zwei Paar Rollen 25, 26, wobei die zu einem Paar gehörenden Rollen 25 , 25 ' ; 26 , 26 ' in Richtung der Mittel'längsachse voneinander beabstandet sind und deren Drehachsen parallel zueinander verlaufen, hingegen die Drehachsen der Rollenpaare 25, 26 eines Rollenpaares 24 senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Längsrichtung des Bohrstranges zwei Satz von je vier Rollenanordnungen 24, 24' vorgesehen, um ein Verkanten des oberen Bohrstrangteils in dem unteren Bohrstrangteil verhindern zu können. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine größere Anzahl von Rollenpaaren vorzusehen.Angle profiles 22 distributed over the circumference, arranged on the lower drill string part 7 roller assemblies 24, which are operatively connected to the angle profiles. Each roller assembly 24 comprises two pairs of rollers 25, 26, the rollers 25, 25 '; 26, 26 'are spaced apart from one another in the direction of the central longitudinal axis and their axes of rotation run parallel to one another, whereas the axes of rotation of the pairs of rollers 25, 26 of a pair of rollers 24 are oriented perpendicular to one another. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, two sets of four roller arrangements 24, 24 'are provided in the longitudinal direction of the drill string in order to prevent the upper drill string part from tilting in the lower drill string part. However, it is also possible to provide a larger number of pairs of rollers.
Jede Rollenanordnung 24 umfaßt einen Rollenhalter 27, der an der äußeren Mantelfläche eines im wesentlichen rohrförmigen Segments 4 ' des unteren Bohrstrangteils 7 angeordnet sind. Entsprechend der Ausrichtung und Anzahl der zu einer Rollenanordnung 24 gehörenden Rollen 28 sind in den Rollenhalter 27 Bohrungen zur Aufnahme von Rollenwellen 29 eingearbeitet. Dabei sind die Bohrungen derart angeordnet, daß sich die Drehachsen S im wesentlichen außerhalb des Querschnitts des unteren Bohrstrangteils 7 befinden, die Rollen 28 jedoch durch eingearbeitete Öffnungen 30 in den Innenquerschnitt des Segments 4' hinein- ragen, so daß die Laufflächen 31 der Rollen entsprechend der Außenflächen der Winkelprofile 22 ausgerichtet sind und im ineinandergeschobenen Zustand der Bohrstrangteile 6,7 auf den Außenflächen der Winkelprofile abrollen. Durch diese Art der Lagerung wird eine reibungsarme Verlagerbarkeit des oberen und des unteren Bohrstrangteils in Längsrichtung relativ zueinander bei gleichzeitiger Übertragbarkeit hoher Reaktionsmomente um die Mittellängsachse L des Bohrstranges gewährleistet. Die Förderung des Abraums von der Sohle der Bohrung zu der Plattform erfolgt nach dem bekannten, in der Zeichnung nicht dargestellten Lufthebeverfahren, bei welchem über eine entsprechende Zuleitung Luft in das Innere des Bohrstranges eingeblasen wird. Um zu verhindern, daß das in den Bohrstrang eingetretene Sediment in die Lagerung zwischen oberem und unterem Bohrstrangteil 6, 7 eindringt und die reibungsarme Bewegbarkeit der Teile relativ zueinander behindert, ist - wie aus Fig. 6 ersichtlich - am unteren Ende des in den unte- ren Bohrstrangteil 7 hineinragenden oberen Bohrstrangteil ein Innenrohr 36 ("Degenrohr") angeflanscht, welches in den darunter befindlichen Teil des unteren Bohrstrangteils 7 hineinragt und kurz oberhalb des Drehantriebs 11 offen endet . Der untere Bohrstrangteil 7 ist in diesem Bereich doppelwandig ausgebildet, wobei die Innenwandung 47 von einem Innenrohr 48 gebildet wird, dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß dieser mit dem Außendurchmesser des Innenrohres 46 einen schmalen Ringspalt 49 bildet.Each roller arrangement 24 comprises a roller holder 27 which is arranged on the outer lateral surface of a substantially tubular segment 4 'of the lower drill string part 7. Corresponding to the orientation and number of the rollers 28 belonging to a roller arrangement 24, bores for receiving roller shafts 29 are machined into the roller holder 27. The bores are arranged in such a way that the axes of rotation S are essentially outside the cross section of the lower drill string part 7, but the rollers 28 enter the inner cross section of the segment 4 'through openings 30 which are incorporated. protrude so that the running surfaces 31 of the rollers are aligned with the outer surfaces of the angle profiles 22 and roll in the nested state of the drill string parts 6, 7 on the outer surfaces of the angle profiles. This type of mounting ensures a low-friction displacement of the upper and lower drill string parts in the longitudinal direction relative to one another while simultaneously transferring high reaction moments about the central longitudinal axis L of the drill string. The overburden is conveyed from the bottom of the bore to the platform according to the known air lifting method, not shown in the drawing, in which air is blown into the interior of the drill string via a corresponding feed line. In order to prevent the sediment which has entered the drill string from penetrating into the bearing between the upper and lower drill string parts 6, 7 and from hampering the low-friction movement of the parts relative to one another, as can be seen from FIG. 6, at the lower end of the Ren drill string part 7 protruding upper drill string part an inner tube 36 ("epee pipe") flanged, which protrudes into the part of the lower drill string part 7 underneath and ends open just above the rotary drive 11. The lower drill string part 7 is double-walled in this area, the inner wall 47 being formed by an inner tube 48, the inner diameter of which is dimensioned such that it forms a narrow annular gap 49 with the outer diameter of the inner tube 46.
Durch diese Maßnahme dringt das gelöste Sediment infolge des in dem Innenvolumen des oberen Bohrstrangteils durch Anwendung des Lufthebeverfahrens herrschenden Unterdruck durch die untere Öffnung des Innenrohres 36 in das Innere des oberen Bohrstrangteils ein, so daß es bereits insoweit nicht mit den Rollenanordnungen 24 oder Winkel- profilen 22 in Berührung kommen kann. Weiterhin führt der im Innern des oberen Bohrstrangteils 6 herrschende Unter- druck dazu, daß durch den Ringspalt 49 vom oberen Ende des unteren Bohrstrangteils 7 stets eine gewisse Menge an Umgebungswasser aufgesaugt wird und die Rollenanordnung 24 und die Winkelprofile 22 umspült, so daß eventuell eingedrungene Sedimentanteile stets herausgewaschen werden. As a result of this measure, the loosened sediment penetrates into the interior of the upper drill string part through the lower opening of the inner tube 36 as a result of the negative pressure prevailing in the inner volume of the upper drill string part through the use of the air-lifting method, so that it is not already compatible with the roller arrangements 24 or angle profiles 22 can come into contact. Furthermore, the lower part that prevails in the interior of the upper drill string part 6 pressure to the fact that a certain amount of ambient water is always sucked up through the annular gap 49 from the upper end of the lower drill string part 7 and washed around the roller arrangement 24 and the angle profiles 22, so that possibly penetrated sediment portions are always washed out.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere von Schürf- und Gewinnungsbohrungen, in den Meeresboden (40), bei dem dieser mit Hilfe eines rotieren- den Bohrkopfes (10) gelöst wird, der am unteren Ende eines für die Übertragung eines Drehmoments geeigneten Bohrstranges (5) angeordnet ist, dessen oberes Ende auf einer schwimmenden Plattform (1) gelagert ist, wobei der Bohrstrang (5) aus mindestens zwei teleskopartig ineinander- greifenden Strangteilen (6,7) besteht, die bei einer vertikalen, beispielsweise durch die Meeresdünung induzierten Bewegung der Plattform eine Relativbewegung zueinander ausüben, so daß der Bohrkopf (10) mit im wesentlichen konstanter Kraft an der abzutragenden Oberfläche aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß gelöster Meeresboden durch Anwendung eines an sich bekannten Gegenspülverfahrens, vorzugsweise des Lufthebeverfahrens durch das Innere des Bohrstranges aus der Bohrung gefördert wird.1. Method for drilling boreholes, in particular prospecting and extraction wells, into the seabed (40), in which this is solved with the aid of a rotating drill head (10), which is located at the lower end of a drill string suitable for the transmission of a torque (5) is arranged, the upper end of which is mounted on a floating platform (1), the drill string (5) consisting of at least two telescopically intermeshing string parts (6, 7) which are induced in a vertical manner, for example by the ocean thinning Movement of the platform make a relative movement to each other, so that the drill head (10) rests with substantially constant force on the surface to be removed, characterized in that the seabed is loosened by using a known counter-flushing method, preferably the air lifting method, through the interior of the drill string from the Drilling is promoted.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (10) drehfest an dem Bohrstrang angeordnet ist und zur Erzeugung der Rotation des Bohrkopfes (10) der Bohrstrang mit Hilfe eines an der Plattform vorgesehenen Drehantriebs (11) in Rotation versetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the drill head (10) rotatably on the drill string is arranged and in order to generate the rotation of the drill head (10), the drill string is set in rotation by means of a rotary drive (11) provided on the platform.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstrang (5) drehfest an der Plattform (1) angeordnet ist und der Bohrkopf (10) relativ zum Bohrstrang (5) in Rotation versetzt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the drill string (5) is rotatably arranged on the platform (1) and the drill head (10) is rotated relative to the drill string (5).
4. Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrungen, insbesondere Schürf- und Gewinnungsbohrungen, in den Meeresboden, mit einem zur Übertragung eines Drehmoments geeigne- ten Bohrstrang, dessen oberes Ende an einer schwimmenden4. Device for drilling boreholes, in particular prospecting and prospecting boreholes, into the sea floor, with a drill string suitable for transmitting a torque, the upper end of which is connected to a floating one
Plattform gelagert ist und dessen unteres Ende einen dreh- antriebbaren Bohrköpf trägt und der aus mehreren in axialer Richtung des Bohrstranges relativ zueinander reibungsarm verschiebbaren Bohrstrangteilen (6,7) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Stranginneren in Verbindung stehender Lufteinlaß vorgesehen ist, durch den über eine Druckleitung zugeführte Druckluft einblasbar ist.Platform is mounted and the lower end of which carries a rotary drive drill head and which consists of several drill string parts (6, 7) which can be displaced relative to one another with little friction in the axial direction of the drill string, characterized in that an air inlet connected to the inside of the string is provided by the compressed air supplied via a pressure line can be blown in.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstrang (5) einen äußeren und einen inneren Bohrstrangteil (6,7) umfaßt, wobei der innere Bohrstrangteil (6) zumindest über eine Länge, die der maximal durch Meeresdünung oder ähnlichen zu erwartenden vertikalen Bewegungen der Plattform nach oben entspricht, in den äußeren (7) eingreift und zumindest um einen Betrag, der der maximal zu erwartenden Auslenkung der Plattform aus ihrer Normallage nach unten entspricht, weiter in den äußeren Bohrstrangteil (7) hineinverlagerbar ist. 5. The device according to claim 4, characterized in that the drill string (5) comprises an outer and an inner drill string part (6,7), wherein the inner drill string part (6) at least over a length that the maximum to be expected by ocean thinning or the like corresponds to vertical movements of the platform upwards, engages in the outer (7) and can be displaced further into the outer drill string part (7) at least by an amount which corresponds to the maximum expected deflection of the platform from its normal position.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bohrstrangteil (6) zumindest über seinen maximal in den äußeren Bohrstrangteil hineinragenden Bereich über seinen Außenumfang verteilt angeordnete Schienen umfaßt, auf denen entsprechend über den Innenumfang des äußeren Bohrstrangteils verteilte Gleitstücke, vorzugsweise Rollen (28) laufen.6. The device according to claim 5, characterized in that the inner drill string part (6) comprises at least over its maximum extent in the outer drill string part extending over its outer circumference arranged rails on which correspondingly distributed over the inner circumference of the outer drill string part sliders, preferably rollers ( 28) run.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekenn- zeichnet, daß der innere Bohrstrangteil (6) rohrförmig ausgebildet ist und die Schienen aus in Richtung der Längsachse (L) des inneren Bohrstrangteils (6) verlaufenden, mit ihren freien Längskanten auf der Außenfläche des inneren Bohrstrangteils aufgeschweißten Winkelpofilen (22) bestehen.7. The device according to claim 6, characterized in that the inner drill string part (6) is tubular and the rails from in the direction of the longitudinal axis (L) of the inner drill string part (6), with their free longitudinal edges on the outer surface of the inner Drill string part welded angle profiles (22) exist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bohrstrangteil (7) in Längsrichtung desselben mindestens ein Laufrollenpaar (25,26'; 25 ',26') umfaßt, das derart angeordnet ist, daß die beiden8. The device according to claim 7, characterized in that the outer drill string part (7) in the longitudinal direction of the same comprises at least one pair of rollers (25,26 '; 25', 26 ') which is arranged such that the two
Rollen des Laufrollenpaares jeweils einer Außenfläche eines Winkelprofils (22) zugeordnet ist und sich auf dieser rollend abstützt.Rollers of the pair of rollers is each assigned to an outer surface of an angle profile (22) and is supported on it in a rolling manner.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Winkelprofile zwei einen rechten Winkel zueinander aufweisende Schenkel (22 ',22") umfaßt und jedem Winkelprofil mindestens zwei in Längsrichtung beabstandete auf jeweils einer Schenkelaußenfläche laufen- de Rollenpaare zugordnet (24,24') sind.9. The device according to claim 8, characterized in that each of the angle profiles comprises two legs (22 ', 22 ") having a right angle to one another and each angle profile is assigned at least two pairs of rollers running in the longitudinal direction and each running on an outer leg surface (24, 24 ') are.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bohrstrangteil (7) rohrförmig ausgebildet ist und auf seinem äußeren Umfang befestigte Rollenhalter (27) umfaßt, die jeweils mindestens eine10. The device according to claim 9, characterized in that the outer drill string part (7) is tubular and comprises on its outer periphery attached roll holder (27), each having at least one
Rolle (28) derart aufnehmen, daß deren Achse (S) außerhalb des Querschnitts des äußeren Bohrstrangteils (7) liegt und deren Lauffläche durch einen in den äußeren Bohrstrangteil eingearbeiteten Ausschnitt (30) in den inneren Querschnitt des äußeren Bohrstrangteils hineinragt.Record roller (28) so that its axis (S) outside of the cross section of the outer drill string part (7) and whose running surface projects into the inner cross section of the outer drill string part through a cutout (30) machined into the outer drill string part.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bohrstrangteil (6) mit seinem oberen Ende an der Plattform (1) gelagert ist und der äußere Bohrstrangteil (7) an seinem unteren Ende den Bohrköpf (10) trägt.11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the inner drill string part (6) with its upper end on the platform (1) is mounted and the outer drill string part (7) at its lower end carries the drill head (10) .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Plattform (1) eine Einrichtung zum Versetzen des Bohrstranges in eine Rota- tion um seine Längsachse (Kraftdrehkopf) angeordnet und der Bohrkopf d ehfest an dem Bohrstrang angeordnet ist.12. Device according to one of claims 5 to 11, characterized in that on the platform (1) a device for moving the drill string into rotation about its longitudinal axis (power turret) is arranged and the drill head is arranged in a rigid manner on the drill string.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstrang (5) drehfest an der Plattform (1) gelagert ist und ein Drehantrieb (11) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Bohrkopf (10) gegenüber dem Bohrstrang (5) in Rotation versetzbar ist.13. Device according to one of claims 5 to 11, characterized in that the drill string (5) is rotatably mounted on the platform (1) and a rotary drive (11) is provided, with the aid of which the drill head (10) relative to the drill string ( 5) can be rotated.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Lagerung des Bohrstranges (5) an der14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the mounting of the drill string (5) on the
Plattform eine kardanische Abfangvorrichtung (19) (Gi bal) dient, die vorzugsweise zweiteilig ausgestaltet ist.Platform serves a gimbal interception device (19) (Gi bal), which is preferably designed in two parts.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (11) elektrisch betrieben wird.15. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that the rotary drive (11) is operated electrically.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (11) hydraulisch be- trieben wird. 16. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that the rotary drive (11) is operated hydraulically.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung zum Einblasen der Druckluft in das Innere des Bohrstranges an dem Außenumfang des Bohrstranges festgelegt ist und parallel zu dessen Längsmittelachse verläuft.17. Device according to one of claims 4 to 16, characterized in that the pressure line for blowing the compressed air into the interior of the drill string is fixed to the outer circumference of the drill string and runs parallel to the longitudinal central axis thereof.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckleitung ein von einer Wickeltrommel abrollbarer Druckschlauch vorgesehen ist.18. Device according to one of claims 4 to 16, characterized in that a pressure hose which can be unrolled from a winding drum is provided as the pressure line.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den Bohrkopf tragenden Bohrstrangteil eine Auftriebseinheit (21) angeordnet ist.19. Device according to one of claims 4 to 18, characterized in that a buoyancy unit (21) is arranged on the drill string part carrying the drill head.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß "die Auftriebseinheit (21) nahe des oberen Endes des unteren Bohrstrangteils (7) angeordnet ist.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that "the buoyancy unit (21) is arranged near the upper end of the lower drill string part (7).
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebseinheit (21) mindestens einen wahlweise mit Druckluft füllbaren Tank umfaßt.21. The apparatus according to claim 19 or 20, characterized in that the buoyancy unit (21) comprises at least one tank which can optionally be filled with compressed air.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Bohrstrangteil, dessen oberes Ende an der Plattform gelagert ist, mindestens ein22. Device according to one of claims 4 to 21, characterized in that at least one on the drill string part, the upper end of which is mounted on the platform
Auftriebskörper (70) vorgesehen ist. Buoyancy body (70) is provided.
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