EP3507449A1 - Blowout-preventer stack - Google Patents

Blowout-preventer stack

Info

Publication number
EP3507449A1
EP3507449A1 EP17768036.0A EP17768036A EP3507449A1 EP 3507449 A1 EP3507449 A1 EP 3507449A1 EP 17768036 A EP17768036 A EP 17768036A EP 3507449 A1 EP3507449 A1 EP 3507449A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blowout preventer
kinetic energy
hydraulic pump
hydraulic
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17768036.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Biester
Peter Kunow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3507449A1 publication Critical patent/EP3507449A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/02—Surface sealing or packing
    • E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
    • E21B33/06—Blow-out preventers, i.e. apparatus closing around a drill pipe, e.g. annular blow-out preventers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G1/00—Spring motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/12—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing kinetic energy, e.g. using flywheels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to a blowout preventer stack with at least one blowout preventer, at least one kinetic energy store, at least one hydraulic pump and at least one hydraulic actuator.
  • the invention also relates to a self-sufficient energy storage and drive unit.
  • boring strings of boring bars are used for deep drilling to reach subterranean oil and / or natural gas deposits.
  • a drill head for grinding the soil, such as a roller bit or a diamond chisel (PDC chisel).
  • the drill rods have a free inner diameter of about 51 mm (2 in) to about 1.22 m (48 in) and lengths of typically about 9, 1 m (30 ft) or about 14 m (46 ft).
  • the drill string is composed of adjoining drill rods. The diameter of the drill rods of the drill string currently used for drilling depends on the drilling depth.
  • the drill rods are secured together with joints, so hundreds of drill rods must be coupled together to reach depths of thousands of meters. A maximum depth of up to approx. 12,000 m below the ground can be reached.
  • a concrete foundation is poured to secure the borehole. From the drill hole protrudes a piece of the drill string,
  • the bore drill which is connected to a derrick or so-called derrick to hold the drill string and optionally also, e.g. with the help of a power turret (top drive) to drive.
  • the bore drill s holes of varying size and depth into each of which a tube run is inserted and an annular cylindrical concrete wall is cast to secure the wellbore to hold the drill rods in place.
  • the tube tours also serve to prevent falling of rock material or penetration of groundwater.
  • a borehole typically consists of several pipe runs of different diameter and length. The Rohrtour carefullymesser decrease from small to greater depths.
  • the drill head grinds the rock material that basically lies underneath it.
  • the rock material is typically pumped along the boring bar free ring cylindrical well from the borehole end to the wellbore entrance.
  • a drilling fluid typically water / oil with clay and / or barite flour
  • a drilling fluid is pumped through the boring bars under high operating pressure of up to about 30,000 psi, which exits the drill head and pushes the rock material (up) to the borehole entrance.
  • the rinsing liquid serves to stabilize the borehole, to cool and lubricate the drill head, to remove rock material and to remove the rock material from the borehole end.
  • BOP blowout preventer
  • Blowout preventer are well known in the art and are used to regulate pressure and close the wellbore in the event of a blowout.
  • BOPs Blowout preventer
  • the blowout preventer stacks can weigh up to 1000 t and reach heights of up to approx. 20 m.
  • Blowout preventer stacks regularly have pressure lines that can create pressure on the material in the wellbore or drain pressure from the wellbore to regulate downhole pressure, and so on. to allow controlled drilling or extraction of oil and / or gas from the wellbore.
  • Different types of blowout preventer stacks are used during wellbore drilling and through the wellbore.
  • blowout preventers for the drilling have a service life of about 6 months after which they are subject to inspection.
  • the entire blowout preventer stack must be transported from the seabed to the sea surface.
  • production tree can be used.
  • Reproduction crosses have much longer mission times of up to 25 years.
  • the arrangement and number of blowout preventers in the blowout preventer stack determines the maximum drilling depth, since typically there is a tuned blowout preventer for each pipe diameter used in the blowout preventer stack during the drilling.
  • Blowout preventers can be designed as a ram blowout preventer (ram blowout preventer) or an annular blowout preventer.
  • the ram blowout preventer typically includes two opposing (rams) rams, jaws or sliders that are movable against each other.
  • the Annular Blowout Preventers contain typical Schnch a ring-shaped rubber element, which may have a plurality of optionally reinforced by metal segments ring segments which are movable so that they can produce a sealing closure with their contacting surfaces.
  • ram blowout preventer may serve to sever, seal or depress a boring bar of the drill string extending along the axis of the borehole into the blowout preventer to reduce the pressure of the upflowing material counteract from the borehole.
  • a plurality of blowout preventer are located in the blowout preventer stack, with blowout preventer closer to the reservoir normally designed to encase and seal the drill rods and blowout preventers further apart from the deposit for severing the drill string and sealing closure the borehole are provided.
  • Annular blowout preventers can be closed to varying degrees and are designed to seal the bore hole or around a boring bar.
  • blowout preventer and other blowout preventer stack components are typically operated by means of hydraulic devices.
  • a hydraulic fluid is pressed with pressure to the blowout preventer, which can operate the blowout preventer by shifts the jaws and / or annular rubber elements in a conventional manner or compressed, for example, on and drives.
  • a typical blowout preventer stack has a Wellhead Connector at its end oriented toward the wellbore, which serves to seal the topmost tube stand (standpipe tour) that projects a short distance from the concrete floor of the wellhead, and thus the blowout preventer Stack to connect to the borehole.
  • the wellhead connector typically has a larger diameter than the standpipe and collet segments disposed on an inner circumference.
  • the collet segments When the wellhead connector is on the standpipe, the collet segments may be pressed against a stack connector located at the end of the standpipe to provide a sealing closure.
  • the wellhead connector In the event of failure of a blowout preventer stack or if the blowout preventer stack is to be routinely replaced, the wellhead connector must be opened to remove the blowout preventer stack from the wellbore and through a new blowout preventer stack or during production can be replaced by a Christmas tree.
  • the Wellhead Connector is followed by one or more pipe ram blowout preventer (Pipe Ram Blowout Preventers) for sealing different pipe diameters, respectively.
  • the pipe ram blowout preventer (Pipe Ram Blowout Preventer) has two opposing jaws with recesses corresponding to the diameter of a boring bar.
  • the pipe ram blowout preventer (Pipe Ram Blowout Preventers) is followed by a shear ram blowout preventer (Shear Ram Blowout Preventer), which is designed to sever a drill string of the drill string.
  • the jaws (Rams) of the shearers have Blow Shear Preventers (Shear Ram Blowout Preventers) with shearing edges that can cut through boring bars in the manner of a pair of scissors.
  • the shear ram blowout preventer (Shear Ram Blowout Preventer) also serves to separate the boring bar while simultaneously sealing the boring bar hole.
  • the Upper Annular Blowout Preventer is connected to a Lower Marine Riser Package (LMRP).
  • LMRP Lower Marine Riser Package
  • the Annular Blowout Preventer is followed by a riser connector. This is intended to connect a riser sealing.
  • the riser typically consists of pressure-tight steel tubes into the interior of which the drill string and irrigation fluid are routed. The inside diameter of the riser is greater than the diameter of the drill string, and typically about 533 mm (21 in).
  • the lower sea riser package represents another separation plane of the blowout preventer stack when the riser from the blowout preventer stack must be disconnected. This may be the case, for example, when the drillship has to leave its position, eg due to an iceberg drifting towards the drillship. In this case, the wellbore can be sealed via the blowout preventer stack. The drillship may leave its position after the lower marine riser package (LMRP) has been disconnected and reconnect the riser to the blowout preventer stack at a later date.
  • LMRP lower marine riser package
  • blowout preventer stack must not fail because non-closing of the wellbore in a blowout involves significant economic and environmental costs. Therefore, there are high safety requirements for the blowout preventer stacks, in particular for drilling on the seabed. The use of several redundant supply and safety systems is therefore indispensable. Therefore, in addition to the blowout preventers, the blowout preventer stacks include kill lines and choke lines, which are provided with high pressure fill material into the wellbore and / or into the blowout hole. Preventer stack or reduce the pressure in the blowout preventer stack by draining material to allow in the event of complete or partial failure of the blowout preventer but still a successful closure of the borehole.
  • US 3,667,721 presents a blowout preventer with a sealing member having an elastic sealant.
  • a plurality of metallic displacement means may be slid against a spherical inner surface of a housing to bring the sealing element into a closed position, wherein the sealing element is disposed against an actuating piston.
  • the sealant may be circumferentially in contact with the spherical interior surface of the housing to create a seal.
  • the seal member may respond to changes in the diameter of components of a drill string by adjusting the seal member.
  • US 2008/0023917 A1 shows a seal and a method for producing a seal for a blowout preventer.
  • the seal has an insert of solid material disposed within an elastomeric body and at least a portion of which is selectively separated from the elastomeric body.
  • an antiadhesive agent such as silicone may be applied.
  • the method involves generating a finite element analysis seal model from which a stress graph is analyzed based on displacement conditions and then in the finite element At least a portion of the insert of solid material which is selectively separated from the elastomeric body is identified.
  • the method further comprises making the seal having a solid material insert selectively separated from the elastomeric body. No.
  • 6,719,042 B2 shows an arrangement of shearaws for shearing an oil riser.
  • the arrangement comprises two displaceable jaws which are each displaceable along a different jaw axis and of which an upper cutting edge and the other has a lower cutting edge.
  • the surfaces of the blades of the jaws are closely adjacent when the blades are moved towards each other for shearing the oil risers.
  • a closure system is disposed in a cavity in the upper surface of the lower blade.
  • the closure system includes an elastomeric seal and an actuator to seal the lower planar surface of the upper edge.
  • the actuator is movable relative to the lower blade to stress the elastomeric seal.
  • US 5,655,745 presents a lightweight hydraulic blowout preventer with a blowout preventer body, pivot plates and two pairs of jaws.
  • the blowout Preventer body has openings for guiding a boring bar and perpendicular to these two vertically superimposed opposing guides for each pair of jaws.
  • Two attachments are each fastened to the blowout preventer body with the aid of a small number of connecting pins, which are oriented perpendicular to one another and are arranged on a uniform radius or along a single line, as viewed from the jaw axis.
  • the essays form guide extensions in each of which works a jaw.
  • a hydraulic piston of a respective jaw is enclosed by a respective metallic sealing ring.
  • the attachments are mounted on swivel plates. The connecting bolts of the attachments can be loosened and allow the attachments to pivot away from the body via the pivot plates.
  • US 7,300,033 B1 shows a blowout preventer-operator closure system comprising a closure member, a piston rod, an operator housing, a piston, a hose and a closure rod.
  • the piston rod is connected at one end to the closure part.
  • the operator housing is connected at one end to an attachment and connected at a second end to a head.
  • the piston rod extends through the attachment into the operator housing, where it is connected to the piston, which has a body and a flange.
  • the tube is helically fastened within a cavity of the piston and can be passed through the closure rod, which is rotatably connected to the head, move axially relative to the piston.
  • One end of the lock rod extends through the head and can be operated underwater from outside the operator housing.
  • WO 02/36933 A1 presents a blowout preventer with a shut-off device and a connecting channel.
  • the shut-off device is displaceable transversely to the connecting channel by means of a drive device.
  • the shut-off device includes two individually or synchronously operable electric motors and a self-locking transmission device.
  • the self-locking transmission device is drive-connected to the electric motors.
  • the object of the invention is to provide a blowout preventer stack that allows improved reliability.
  • the invention proposes a blowout preventer stack with at least one blowout preventer unit which has at least one blowout preventer, at least one kinetic energy store, at least one hydraulic pump and at least one hydraulic actuator.
  • the hydraulic actuator is arranged outside the kinetic energy store and is connected via a hydraulic line to the hydraulic pump and mechanically to the blowout preventer.
  • the kinetic energy store according to the invention is coupled to the hydraulic pump or coupled and the hydraulic pump is driven by means stored in the kinetic energy storage kinetic energy such that the hydraulic pump pumps a hydraulic fluid to the hydraulic actuator, if necessary, and thereby drives the blowout preventer.
  • the blowout preventer stack according to the invention can advantageously drive a hydraulic actuator without the need for electrical energy. This is advantageous, in particular, as an emergency safeguard in the event of another fault of control systems, as is the case for the blowout preventer stack if necessary.
  • the kinetic energy store if not required, is electrically powered. If such a drive falls away if necessary, the blowout preventer stack according to the invention can particularly advantageously use the stored kinetic energy without supplying further electrical energy in order to operate the hydraulic pump. This contributes to an improvement in the operational safety of the blowout preventer according to the invention.
  • the use of the described hydraulics also allows, with little energy to cause a large force through the hydraulic actuator.
  • the case of need represents for the blowout preventer stack preferably an unexpected change of a blowout preventer stack structure or a predefined type of malfunction of the blowout preventer stack.
  • the hydraulic actuator converts a hydraulic pressure into a mechanical movement.
  • the hydraulic actuator is arranged so that the blowout preventer stack fulfills its protective function in case of need, so seals a running through the blowout preventer drill rod of a drill string, deformed or severed.
  • the kinetic energy store is usually not permanently coupled to the hydraulic pump, but can be coupled with the hydraulic pump when the need arises, in particular an accident.
  • blowout preventer stack according to the invention will be explained in more detail.
  • the kinetic energy store can be mechanically coupled or coupled to the hydraulic pump.
  • a particularly robust and durable coupling can be ensured, which can typically be maintained easier than, for example, an electrical coupling.
  • the kinetic energy storage is coupled via a shaft with the hydraulic pump or can be coupled.
  • a shaft is particularly easy to manufacture and maintain.
  • a shaft by a direct attachment to the kinetic energy storage such as an attachment along a rotational axis of a flywheel mass storage, largely without coupling losses in Efficiency of the energy storage can be realized.
  • the shaft is coupled in a variant of this embodiment, directly or via a transmission, such as a gear train, with the hydraulic pump, so that a corresponding rotation of the shaft drives a pumping mechanism of the hydraulic pump and thereby builds up a pressure for conveying the hydraulic fluid.
  • the kinetic energy store is electrically coupled or coupled to the hydraulic pump via an electrical line.
  • the kinetic energy store has at least one magnetic material.
  • this magnetic material is arranged on the kinetic energy store such that the kinetic energy store generates an induction current in the electrical line. This induction current is used in case of need for driving the hydraulic pump, which drives the blowout preventer.
  • the hydraulic actuator is designed to drive, if necessary, a slide of the blowout preventer.
  • the slider is preferably movable along a displacement axis.
  • the spool typically includes an instrument of the blowout preventer configured to interact with the drill string of the drill string passing through the blowout preventer to prevent uncontrolled discharge of material through the drill string, as needed.
  • the hydraulic actuator is mechanically coupled to a shearer of the blowout preventer.
  • the hydraulic pump is therefore designed in this embodiment to cut through the blowout preventer extending drill rod of the drill string by means of the shearer.
  • a severing of the drill rod is carried out as soon as there is a coupling between the kinetic energy store and the hydraulic pump.
  • the hydraulic actuator is a hydraulic cylinder.
  • a piston of the hydraulic cylinder which opposes the pressure of the hydraulic fluid is advantageously chosen in this embodiment in such a way that the built-up pressure on the piston is sufficient to displace the piston along a cylinder axis of the hydraulic cylinder.
  • This preferably leads to a movement of the piston and an associated instrument, for example a shearer against the drill string.
  • the movement of the hydraulic actuator leads to the movement of a Riser, a kill line and / or a choke line of the blowout preventer stack.
  • the kinetic energy storage is a flywheel mass memory, which is designed and arranged to rotate at high speed.
  • a flywheel accumulator comprises at least one flywheel.
  • the flywheel is arranged such that it rotates about an axis of rotation of the flywheel mass memory. It can also be designed as kinetic energy storage several kinetic energy storage.
  • the flywheel may be a flywheel, a flywheel, a flywheel or the like and is preferably a flywheel.
  • the kinetic energy storage can be designed as a motor-generator combination and absorb energy, convert, store and release again.
  • the kinetic energy store can be designed for energy recovery (recuperation).
  • the kinetic energy store preferably converts stored kinetic energy into electrical energy and / or electrical energy into kinetic energy.
  • the kinetic energy store for example the flywheel storage, contains one or more different magnetic materials.
  • a kinetic energy store for example in the form of a flywheel mass memory, has rotational speeds of preferably 10,000-12,000 revolutions per minute and can achieve rotational speeds of up to 100,000 revolutions per minute.
  • the kinetic energy stores of the blowout preventer stack are preferably permanently under full speed in order to be permanently available for supplying energy to the blowout preventer equipment or for operating the blowout preventer.
  • the number of revolutions can be measured by a control unit which is connected to the kinetic energy store. The amount of the number of revolutions allows the energy supply of the kinetic energy stores, such as flywheel mass storage, to be determined.
  • the pivot bearings are preferably magnetic pivot bearings.
  • An eddy current brake for braking the kinetic energy storage is conceivable.
  • the hydraulic pump and the hydraulic line are arranged outside the kinetic energy store.
  • the risk of damage to the hydraulic pump and the hydraulic line can be reduced by the kinetic energy storage.
  • such a separation of individual components of the blowout preventer stack simplifies the manufacture of the blowout Preventer stacks, since this allows the individual components to be manufactured separately and arranged within the blowout preventer stack.
  • the blowout preventer stack furthermore has a coupling control.
  • the coupling control is designed, if necessary, to change from a decoupled state, in which the kinetic energy store is not coupled to the hydraulic pump, into a coupled state, in which the kinetic energy store is coupled to the hydraulic pump. Such a change between decoupled and coupled state is typically triggered by receipt of a demand signal indicating the presence of a need case.
  • the coupling control is preferably associated with exactly one kinetic energy store and one correspondingly coupled hydraulic pump. In this case, the coupling and / or decoupling takes place for example via a corresponding transmission, such as a gear or crank gear.
  • the demand signal may be an electrical signal that is generated and transmitted due to an emergency power supply of the blowout preventer stack even without external power supply.
  • the blowout preventer has a force and / or position sensor, which is designed to measure force and / or position data and to provide it as a data signal.
  • the force and / or position sensor can be designed to monitor a state of the blowout preventer, in particular with regard to the presence of the requirement. In this case, changes in a structure of the blowout preventer, for example unexpected position data of a component of the blowout preventer equipped with the force and / or position indicator, can lead to the detection of the requirement.
  • the force and / or position sensor is further configured to send the demand signal to the coupling controller as a data signal. In this way, a coupling between the kinetic energy store and the hydraulic pump can be provided automatically by measuring force and / or position data.
  • the force and / or position sensors may alternatively or additionally be designed, a force acting on the jaws of a ram blowout preventer (Ram Blowout Preventer) or on annular rubber elements of an Annular Blowout Preventers force and / or a position of the jaws or annular rubber elements to measure and to provide a data signal containing the measurement data (force and / or position data), which via a sensor line to a power supply system and / or to a control system connected to the coupling control of the blowout preventer stack can be transmitted.
  • the control system can control the blowout preventer in a targeted manner and adjust it in such a way that low material wear can be achieved with good sealing effect.
  • the kinetic energy store is designed to transmit kinetic energy to other kinetic energy stores or to receive them from them.
  • Such transfer of kinetic energy can be realized in kinetic or electrical form.
  • a kinetic energy store can generate inductive current by means of a rotation of a magnet and drive through it a further kinetic energy store.
  • the use of a plurality of kinetic energy stores according to this embodiment makes it possible to use all interconnected kinetic energy stores as an energy reservoir for the operation of the blowout preventer and thus of the blowout preventer stack.
  • the blowout preventer stack further comprises a control unit which is designed to detect the presence of the need and to initiate a driving of the hydraulic pump by means of the stored kinetic energy, if necessary.
  • the control unit preferably forms part of the power supply and control systems of the blowout preventer stack.
  • the control unit is part of the coupling control.
  • the driving of the hydraulic pump is triggered by coupling the kinetic energy store with the hydraulic pump.
  • the blowout preventer stack according to the invention has at least one additional kinetic energy store, with the additional kinetic energy store being able to be coupled or coupled to the at least one hydraulic pump.
  • the hydraulic pump can advantageously be driven by at least two kinetic energy stores, which is particularly advantageous if a kinetic energy storage fails if necessary.
  • both kinetic energy storage can simultaneously drive the hydraulic pump, whereby a particularly high pressure can be transmitted to the hydraulic fluid.
  • the at least one blowout preventer is an annular blowout preventer, a pipe-ram blowout preventer or a shear-rack blowout preventer.
  • the blowout preventer stack can also contain several of the named blowout preventer stack components.
  • the blowout preventer stack includes an upper annular blowout preventer, a riser connection device, a lower annular blowout preventer, a shear blowout preventer, a pipe ram blowout preventer, and a downhole header device on.
  • This embodiment is particularly preferred for wells on the seabed where the blowout preventer stack is located above the wellbore on the seabed and connected by a riser to a wellhead or drilling platform located at the ocean surface or water surface.
  • the blowout preventer stack can have only one Annular Blowout Preventer and be designed without a riser connection device (riser connector).
  • all blowout preventer stack components are mechanically and / or electrically operable.
  • the blowout preventer stack components may also be operated at least partially kinetically, i. with kinetic energy from the kinetic energy stores.
  • the hydraulic pump is a piston pump.
  • the piston pump preferably has an adjustable piston stroke and thus an adjustable delivery line.
  • a crankshaft of the piston pump is preferably mechanically connected directly to an output shaft of a kinetic energy store.
  • the hydraulic pump preferably has a connecting rod attached to an eccentric of a crankshaft for driving a piston of the piston pump, wherein an eccentricity of the eccentric relative to a rotational axis of the crankshaft is adjustable.
  • the hydraulic pump according to this embodiment makes it possible in an advantageous manner to couple the kinetic energy store with the hydraulic pump, without already is driven by the coupling of the blowout preventer.
  • the piston pump is designed such that an amount of hydraulic fluid pumped by the hydraulic pump is adjustable via an adjustable eccentricity of the eccentric with respect to the axis of rotation of the crankshaft.
  • the eccentric position of the eccentric can also be adjusted so that no or almost no hydraulic fluid can be pumped via the hydraulic pump to the hydraulic actuator.
  • the blowout preventer stack in this embodiment has no coupling control, so that a permanent coupling between the kinetic energy store and the hydraulic pump is present.
  • the eccentric position of the eccentric is preferably controlled via an eccentric control within the hydraulic pump, which is connected to a control system of the blowout preventer stack or to the control unit, so that a reaction of the necessity causes a change in the eccentric position such that more hydraulic fluid is supplied via the hydraulic pump is pumped to the hydraulic actuator.
  • the abovementioned object is achieved by a self-sufficient energy storage and drive unit, in particular for a blowout preventer, with at least one kinetic energy store, at least one hydraulic pump and at least one hydraulic actuator.
  • the hydraulic actuator is arranged outside the kinetic energy store and connected to the hydraulic pump via a hydraulic line.
  • the kinetic energy store can be coupled or coupled to the hydraulic pump and the hydraulic pump can be driven by means of kinetic energy stored in the kinetic energy store so that the hydraulic pump can be used as required a hydraulic fluid is pumped to the hydraulic actuator.
  • the energy storage and drive unit according to the invention can advantageously increase the operational safety of a blowout preventer stack equipped with the energy storage and drive unit.
  • the kinetic energy store is in this case mechanically coupled to the hydraulic pump or coupled.
  • the kinetic energy store can be coupled or coupled to the hydraulic pump via a shaft.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the blowout preventer stack according to the invention with a self-sufficient energy storage and drive unit.
  • FIG. 3 shows a signal structure for driving the blowout preventer stack according to the invention
  • Fig. 4 A variant of a blowout preventer unit with a
  • Hydraulic pump in the form of a piston pump with adjustable piston stroke.
  • Fig. 5a to 5c a possible realization of an adjustable piston stroke.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a blowout preventer stack 100 according to the invention with a self-sufficient energy storage and drive unit 105.
  • the blowout preventer stack 100 has at least one blowout preventer 110, a kinetic energy store 120, a hydraulic pump 130 and a hydraulic actuator 140.
  • the self-sufficient energy storage and drive unit 105 is characterized by the kinetic energy store 120, the hydraulic pump 130 and the hydraulic Actuator 140 is formed, which is arranged outside the kinetic energy store 120 and connected via a hydraulic line 138 a, 138 b to the hydraulic pump 130.
  • the kinetic energy store 120 is a flywheel memory, which is designed to rotate a flywheel mass 122 of the flywheel mass memory at high speed.
  • the flywheel energy storage is typically powered by a power supply to the blowout preventer stack 100, which is not shown for clarity.
  • the kinetic energy of the flywheel 122 can be used by the moving flywheel 122 even without a connection to the power supply. This is preferably done via a shaft 128 arranged along an axis of rotation of the kinetic energy store.
  • the shaft 128 connects the kinetic energy store 120 indirectly with the hydraulic pump 130.
  • a coupling control 150 is connected to the shaft 128 and designed, if necessary, from a decoupled state in which the kinetic energy store 120 is not coupled to the hydraulic pump 130.
  • the shaft 128 is connected to a second shaft 132 of the hydraulic pump 130 via the coupling control 150, for example via a wheel or belt transmission of the coupling control 150.
  • the second shaft 132 is disposed directly on the hydraulic pump 130. Therefore, the kinetic energy storage 120 is coupled to the hydraulic pump 130 or coupled.
  • the second shaft 132 by rotating along its longitudinal axis, can drive the hydraulic pump 130 and thereby pump a hydraulic fluid 136 through the hydraulic line 138a, 138b to the hydraulic actuator 140.
  • the hydraulic line 138 a, 138 b consists of a pumping line 138 a into which the hydraulic fluid 136 is pumped by the hydraulic pump 130, and a suction line 138 b, through which the pumped hydraulic fluid 136 is fed back to the hydraulic pump 130.
  • the hydraulic pump 130 consequently has a closed circuit of the hydraulic fluid 136.
  • the hydraulic pump is operated via an open circuit of the hydraulic fluid, for example, using a hydraulic fluid reservoirs.
  • the hydraulic pump 136 is formed according to a known hydraulic pump type.
  • the hydraulic pump 136 is a piston pump.
  • the hydraulic pump is a vane pump, a gear pump or a screw pump.
  • the hydraulic pump 136, the hydraulic lines 138 a, 138 b, and the hydraulic actuator 140 are arranged outside the kinetic energy store 120 in the exemplary embodiment.
  • the hydraulic actuator 140 is a hydraulic cylinder in the embodiment.
  • Other known hydraulic actuators can also be used for the blowout preventer stack according to the invention, as long as they provide a hydraulic pressure in a movement of a component, preferably in an axial movement of a component of the hydraulic convert actuator.
  • the hydraulic cylinder shown consists of a piston surrounded by a cylinder, which is pressed by a pumping force caused by the hydraulic fluid 136 in an axial direction with respect to the hydraulic cylinder. By pressing the piston, a slider 144 of the blowout preventer 1 10 is moved, to which a shearer 148 of the blowout preventer 1 10 is mechanically fastened.
  • a seal or a clamping jaw or another known component for sealing, deforming or cutting the boring bar is attached to the slide or directly to the hydraulic actuator.
  • the blowout preventer 110 shown in FIG. 1 is a shear-rack blowout preventer.
  • the blowout preventer according to the invention is an Annular Blowout Preventer or a pipe ram blowout preventer.
  • the hydraulic pump is disposed within the kinetic energy store, in particular within the flywheel energy storage.
  • the demand signal is provided by a control unit (not shown) which detects the presence of a need and then automatically triggers the hydraulic pump 130 via the kinetic energy store 120 via the demand signal.
  • the need case is detected in the first embodiment by means of a force and / or position sensor, which is designed to measure force and / or position data at a location of the blowout preventer stack and to provide it as a data signal. If measured values contained in the force and / or position data deviate from a predetermined value for this data beyond a predetermined extent, the presence of the requirement is assumed.
  • the blowout preventer stack 100 typically has further parts, so that in the present exemplary embodiment it has an upper annular blowout preventer, an ascending blower connection preventer, in addition to the shear ram blowout preventer, which is partially shown in FIG. Direction, a lower Annular blowout preventer, a pipe ram blowout preventer and a wellhead connection device has.
  • the present in the first embodiment typical expression of these parts of the blowout preventer stack is known.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the blowout preventer stack 200 according to the invention with a self-sufficient energy storage and drive unit 205.
  • the blowout preventer 210 encompassed by the blowout preventer stack 200 is identical to the blowout preventer 110 shown in FIG. 1 except for the presence of a second kinetic energy store 220 and a corresponding second connection 231 of the hydraulic pump 230.
  • the kinetic energy store 110 is coupled or coupleable to the hydraulic pump 230 via a first coupling controller 214, while the second kinetic energy store 210 can be coupled or coupled to the hydraulic pump 230 via a second coupling controller 218.
  • the first coupling controller 214 is configured to send an electrical signal 240 to the second coupling controller 218 at predetermined time intervals
  • the second coupling controller 218 is configured to receive the electrical signal 240.
  • the second coupling controller is configured not to couple a fourth shaft 236 connected to the hydraulic pump 230 to the third shaft 232 connected to the second kinetic energy storage 210 as long as the electrical signal 240 is received. If no more electrical signal 240 is received, the second coupling controller 218 is configured to change to the coupled state in which the second kinetic energy storage 210 is coupled to the hydraulic pump 230. This makes it possible to drive the hydraulic pump 230 even when the kinetic energy 10 is defective, which is characterized by the absence of the electrical signal 240.
  • the blowout preventer is designed such that a plurality of kinetic energy stores can simultaneously drive the hydraulic pump.
  • a kinetic energy storage of a blowout preventer formed to transmit kinetic energy to other kinetic energy storage or receive from them. This can be realized via a mechanical or electrical connection between two kinetic energy stores.
  • FIG. 3 shows a signal structure 300 for driving the blowout preventer stack according to the invention.
  • the signal structure 300 shows the interaction of the force and / or position sensor 310, control unit 320 and the coupling control 150 from FIG. 1.
  • the force and / or position sensor 310 is configured to measure current data relating to a force and / or position present at the force and / or position sensor 310 and output it to the control unit 320 as force and / or position data 315 ,
  • the control unit 320 is configured to receive the force and / or position data 315 and to determine whether the measured values for the applied force and / or the position present in the force and / or position data 315 exceed a predetermined extent deviate from predetermined values for this data. If such a large deviation is detected by the control unit 320, the control unit 320 is further configured to output the required signal 325 to the coupling controller 150 and thereby indicate the presence of the need.
  • the force and / or position sensor is designed to carry out the comparison with predetermined values for the force and / or position data and accordingly to detect the presence of the requirement.
  • the pre-clearing of the case of need is detected via a corresponding user input, by means of which the coupling controller changes into the coupled state.
  • the coupling control can also be realized within the hydraulic pump or within the kinetic energy store, so that in some embodiments according to the invention no second wave exists to couple the kinetic energy store with the hydraulic pump.
  • FIG. 4 shows a blowout preventer 400 with a kinetic energy store 410.
  • the kinetic energy store is a flywheel mass storage in which a flywheel 412 rotates at high speed.
  • a drive 420 is provided, for example, an electric motor, which is supplied via a supply line 422 with energy, for example, into electrical energy and which is connected via a shaft 424 with the flywheel energy storage 410.
  • the flywheel mass storage 410 can deliver its stored kinetic energy even if the drive 420 is no longer supplied via the supply line 422.
  • the flywheel mass storage 410 is mechanically connected to a hydraulic pump 440.
  • an output shaft 430 of the kinetic energy store 410 is connected via a combustible mechanical clutch 432 to a crankshaft 442 of the hydraulic pump 440.
  • the mechanical coupling 432 is not essential.
  • the hydraulic pump 440 is a piston pump with two cylinders 444 in which pistons 446 move up and down to pump hydraulic oil in a hydraulic line 460 in this manner.
  • the pistons 446 are connected in a known manner via a respective connecting rod 448 with the eccentrics 450 of the crankshaft 442.
  • the hydraulic pump 440 is connected via the hydraulic line 460 to a hydraulic actuator 470 that can drive a scraper 480 or other ram of a blowout preventer.
  • Figures 5a to 5c show that the stroke or the eccentricity of the eccentric 450 is adjustable, so that the stroke of the piston 446 is continuously adjustable between a minimum of 0 and a maximum stroke.
  • the eccentric position - and thus the stroke of the hydraulic pump - can be adjusted by turning an eccentric cylinder 452.
  • the eccentric position can be adjusted by turning an eccentric cylinder 452.
  • the eccentric cylinder 452 is in such a way in a crankshaft cylinder 456 the crank shaft 442 used that an eccentric 450 protruding from the eccentric cylinder 452, to which the connecting rod 448 is attached, changes its position relative to a rotation axis 454 of the crankshaft 442 when the eccentric cylinder 452 is rotated about its eccentric axis.
  • Figures 5a to 5c illustrate how an adjustable piston stroke can be achieved with a hydraulic pump 440.
  • a crankshaft cylinder 456 is arranged eccentrically to the rotation axis 454 of the crankshaft 442, to which the eccentric 450 is fastened via an eccentric cylinder 452 with an adjustable rotation angle.
  • the eccentric 450 has an outer surface on which the connecting rod 448 engages. This outer surface is a cylindrical lateral surface. Eccentrically to this cylindrical surface of the eccentric cylinder 452 is arranged, which forms a cylindrical inner surface. This cylindrical inner surface encloses a cylindrical outer surface of the crankshaft cylinder 456 and is applied to this.
  • FIG. 5a shows the first eccentric position, in which the eccentric 450 runs coaxially with the axis of rotation 454, so that the connecting rod 448 does not cause any lifting movement when the crankshaft 442 rotates about the rotational axis 454.
  • the piston 446 connected to the connecting rod 448 is therefore not driven and does not pump hydraulic fluid to the hydraulic actuator.
  • FIG. 5b shows the second eccentric position, in which the eccentric 450 is at a distance from the rotation axis 454, so that the connecting rod 448 moves when the crankshaft 442 rotates and a piston of the hydraulic pump connected correspondingly to the connecting rod 448 pumps hydraulic fluid.
  • FIG. 5a shows the center of the eccentric 450 in alignment with the axis of rotation 454 of the crankshaft 442, so that the connecting rod 448 and piston 446 do not experience a stroke even when the crankshaft 442 rotates.
  • Figures 5b and 5c show as vice versa corresponding rotational position of the eccentric 450 with respect to the crankshaft cylinder 456 a maximum stroke is adjustable.
  • FIG. 5b shows the top dead center of the piston 446
  • FIG. 5c shows the bottom dead center of the piston 446.
  • Hydraulic pump 440 can be adjusted continuously. This also makes it possible to dispense with the mechanical coupling 432 and instead to control the delivery of hydraulic oil through the hydraulic pump 440 via the eccentricity of the outer surface of the eccentric 450.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Blowout-Preventer Stack, mit wenigstens einem Blowout-Preventer, wenigstens einem kinetischen Energiespeicher, wenigstens einer Hydraulikpumpe und wenigstens einem hydraulischen Aktuator, der außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe und mechanisch mit dem Blowout-Preventer verbunden ist, wobei der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist und die Hydraulikpumpe mittels in dem kinetischen Energiespeicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar ist, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt und dadurch den Blowout-Preventer antreibt.

Description

Blowout-Preventer Stack
Die Erfindung betrifft einen Blowout-Preventer Stack mit wenigstens einem Blowout- Preventer, wenigstens einem kinetischen Energiespeicher, wenigstens einer Hydraulikpumpe und wenigstens einem hydraulischen Aktuator. Die Erfindung betrifft außerdem eine autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit.
Typischerweise werden Bohrstränge aus Bohrstangen zum Tiefenbohren verwendet, um unter der Erde liegende Erdöl- und/oder Erdgas-Lagerstätten zu erreichen. Am Ende des Bohrstrangs befindet sich ein Bohrkopf zum mahlenden Zerkleinern des Erdreichs, beispielsweise ein Rollenmeißel oder ein Diamantmeißel (PDC-Meißel). Die Bohrstangen haben einen freien Innendurchmesser von ca. 51 mm (2 in) bis ca. 1 ,22 m (48 in) und Längen von typischerweise ca. 9, 1 m (30 ft) oder ca. 14 m (46 ft). Der Bohrstrang ist aus aneinandergesetzten Bohrstangen zusammengesetzt. Der Durchmesser der augenblicklich zum Bohren verwendeten Bohrstangen des Bohrstrangs hängt von der Bohrtiefe ab. Die Bohrstangen werden mit Verbindungen (Joints) aneinander gesichert, so dass hunderte von Bohrstangen miteinander gekoppelt werden müssen, um Tiefen von tausenden von Metern zu erreichen. Eine maximale Tiefe von bis zu ca. 12.000 m unter dem Erdboden ist dadurch erreichbar. Am Bohrlocheingang wird ein Betonfundament zur Sicherung des Bohrlochs gegossen. Aus dem Bohrloch ragt ein Stück des Bohrstranges heraus,
welches mit einem Derrickkran bzw. dem sogenannten Derrick verbunden ist, um den Bohrstrang zu halten und gegebenenfalls auch, z.B. mit Hilfe eines Kraftdrehkopfs (top drive) anzutreiben. Bei der Bohrung werden Löcher verschiedener Größe und Tiefe gebohrt, in denen jeweils eine Rohrtour eingefügt und eine ringzylindrische Betonwand zur Sicherung des Bohrlochs gegossen wird, um die Bohrstangen in Position zu halten bzw. zu führen. Weiterhin dienen die Rohrtouren auch dazu ein Herunterfallen von Gesteinsmaterial oder Eindringen von Grundwasser zu verhindern. Ein Bohrloch besteht typischerweise aus mehreren Rohrtouren verschiedener Durchmesser und Länge. Die Rohrtourdurchmesser nehmen dabei von geringen zu größeren Tiefen ab. Beim Bohren zerkleinert der Bohrkopf mahlend das grundsätzlich unter ihm liegende Gesteinsmaterial. Das Gesteinsmaterial wird typischerweise entlang des um den Bohrstangen liegenden freien ringzylinderförmigen Schachts vom Bohrlochende an den Bohrlocheingang gepumpt. Hierfür wird durch die Bohrstangen eine Spülflüssigkeit, typischerweise Wasser/Öl mit Ton und/oder Barytmehl, unter hohem Betriebsdruck von bis zu ca. 2.000 bar (30.000 psi) gepumpt, das am Bohrkopf austritt und das Gesteinsmaterial (nach oben) zum Bohrlocheingang drückt. Die Spülflüssigkeit dient dabei zur Stabilisierung des Bohrlochs, zur Kühlung und Schmierung des Bohrkopfes, zum Abtragen von Gesteinsmaterial und zur Entfernung des Gesteinsmaterials vom Bohrlochende.
Aufgrund des hohen Erdöl- und Erdgasbedarfs der Menschheit steigt die Notwendigkeit immer tiefer liegende und/oder schwer erreichbare Lagerstätten zu erschließen, so dass heutzutage eine Erdöl-/Erdgasförderung aus Lagerstätten in einer Tiefe von 2.000 m bis 4.000 m unter dem Erdboden typisch ist. Insbesondere Bohrungen auf dem Meeresgrund (subsea drilling), die von Bohrschiffen oder Bohrplattformen/Bohrinseln aus durchgeführt werden, werden genutzt um neue Erdöl- und/oder Erdgaslagerstätten zu erschließen. Tiefenbohrungen auf dem Meeresgrund führen im Vergleich zu Tiefenbohrungen an Land zu größeren technischen Schwierigkeiten, da der Beginn des Bohrlochs sich bereits bis zu 4.500m (15.000 ft) unter dem Meeresspiegel befinden kann. In dieser Tiefe ist ein direkter menschlicher Zugriff nicht möglich, wodurch typischerweise ferngesteuerte Systeme zum Einsatz kommen müssen. Diese sind fehleranfällig und ein Austausch ist nur unter hohem Zeitaufwand möglich. Des Weiteren steigt durch das salzhaltige Meerwasser und die auf dem Meeresboden herrschenden höheren Druckverhältnisse die Abnutzung der für die Bohrung notwendigen mechanischen Teile, die stärker korrodieren und/oder verschleißen. Auch Bohrungen in Seen mit Süßwasser werden durchgeführt, diese sind jedoch seltener als Tiefenbohrungen am Meeresgrund und dienen hauptsäch- lieh zu Forschungszwecken und nicht der Erschließung von Erdöl- und/oder Erdgasvorkommen.
Das Bohren und auch das Betreiben eines Bohrlochs birgt die Gefahr eines Blowouts, d.h. eines unkontrollierten Ausströmens von Material, wie z.B. Öl, Gas, Erdreich, Wasser, Gestein oder anderem Material, wenn beispielsweise eine schnelle Druckänderung während des Bohrens oder Betreibens im Bohrloch stattfindet. Dies findet insbesondere während des Bohrens statt, wenn der Bohrkopf in eine Öl- und/oder Gas-Lagerstätte vordringt. Um zu verhindern, dass ein Blowout auftritt, der zu einer starken Umweltbelastung und Verschwendung von Ressourcen führt, werden regelmäßig Blowout-Preventer (BOP) eingesetzt.
Blowout-Preventer (BOPs) sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen zur Druckregulierung und zum Verschluss des Bohrlochs im Fall eines Blowouts. Typischerweise befindet sich ein Stack bzw. Stapel aus verschiedenen Blowout-Preventern am erdbodenseitigen Beginn des Bohrlochs. Die Blowout-Preventer Stacks können bis zu 1000 t wiegen und erreichen Höhen von bis zu ca. 20 m. Blowout-Preventer Stacks verfügen regelmäßig über Druckleitungen, die einen Druck auf das Material im Bohrloch erzeugen oder Druck aus dem Bohrloch abführen können, um den Druck im Bohrloch zu regulieren und so z.B. ein kontrolliertes Bohren oder Gewinnen von Öl- und/oder Gas aus dem Bohrloch zu ermöglichen. Verschiedene Arten von Blowout-Preventer Stacks wer- den während des Bohrens des Bohrlochs und während der Förderung über das Bohrloch verwendet. Die Blowout-Preventer (Ausbruchsverhinderungsventilanordnungen) für die Bohrung haben eine Einsatzzeit von ca. 6 Monaten nach denen Sie einer Kontrolle unterzogen werden. Im Falle von Tiefseebohrungen muss dafür der gesamte Blowout- Preventer Stack vom Meeresgrund an die Meeresoberfläche befördert werden. Für die Förderung kann auch ein einfacherer Aufbau, beispielsweise ein Eruptionskreuz (Christmas tree, Production tree) verwendet werden. Eruptionskreuze haben viel höhere Einsatzzeiten von bis zu 25 Jahren. Die Anordnung und Anzahl der Blowout-Preventer im Blowout-Preventer Stack legt die maximale Bohrtiefe fest, da typischerweise ein abgestimmter Blowout-Preventer für jeden während der Bohrung verwendeten Rohrdurch- messer im Blowout-Preventer Stack vorhanden ist.
Blowout-Preventer können als Rammen Blowout-Preventer (Ram Blowout-Preventer) oder Annular Blowout-Preventer ausgeführt sein. Die Rammen Blowout-Preventer enthalten typischerweise zwei sich gegenüberliegende (Rams) Rammen, Backen oder Schieber, die gegeneinander verfahrbar sind. Die Annular Blowout-Preventer enthalten typi- scherweise ein ringförmiges Gummielement, das mehrere, gegebenenfalls durch Metallsegmente verstärkte Ringsegmente aufweisen kann, die derart verfahrbar sind, dass sie mit ihren sich berührenden Oberflächen einen dichtenden Verschluss erzeugen können. Je nach Ausführung und insbesondere je nach Art der Backen können Rammen Blowout- Preventer dazu dienen eine Bohrstange des Bohrstrangs, die sich entlang der Achse des Bohrlochs in den Blowout-Preventer erstreckt zu durchtrennen, abzudichten oder einzudrücken, um den Druck des nach oben strömenden Materials aus dem Bohrloch entgegenzuwirken. Typischerweise befinden sich mehrere Blowout-Preventer im Blowout- Preventer Stack, wobei näher zur Lagerstätte angeordnete Blowout-Preventer normaler- weise dafür vorgesehen sind die Bohrstangen zu umfassen und abzudichten und weiter von der Lagerstätte entfernt angeordnete Blowout-Preventer zum Durchtrennen des Bohrstrangs und dichtenden Verschluss des Bohrlochs vorgesehen sind. Annular Blowout-Preventer können verschieden stark geschlossen werden und sind dafür vorgesehen einen dichtenden Verschluss des Bohrlochs oder um eine Bohrstange herum zu errei- chen. Die Blowout-Preventer und weitere Blowout-Preventer-Stack-Komponenten werden typischerweise mit Hilfe von hydraulischen Vorrichtungen betrieben. Hierfür wird eine Hydraulikflüssigkeit mit Druck zu den Blowout-Preventern gepresst, die die Blowout- Preventer betreiben kann, indem sie die Backen und/oder ringförmigen Gummielemente in an sich bekannter Weise verschiebt bzw. komprimiert, beispielsweise auf- und zufährt. Ein typischer Blowout-Preventer Stack hat an seinem zum Bohrloch orientierten Ende eine Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector), die dazu dient die oberste Rohrtour (Standrohrtour), die ein kurzes Stück aus dem Betonboden des Bohrlochkopfs ragt, dichtend zu umschließen und somit den Blowout-Preventer Stack mit dem Bohrloch zu verbinden. Hierzu hat die Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) typischerweise einen größeren Durchmesser als die Standrohrtour und auf einem inneren Umfang angeordnete Dichtungsfinger (Collet Segments). Wenn die Bohr- lochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) sich auf der Standrohrtour befindet, können die Dichtungsfinger (Collet Segments) mit Druck gegen eine Stackverbindungsvorrichtung (Stack Connector), die sich am Ende der Standrohrtour befindet, gepresst werden, um einen dichtenden Verschluss herzustellen. Im Störungsfall eines Blowout-Preventer Stacks oder falls der Blowout-Preventer Stack routinemäßig ausgetauscht werden soll, muss die Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) geöffnet werden, damit der Blowout-Preventer Stack vom Bohrloch entfernt werden und durch einen neuen Blowout-Preventer Stack oder im Förderfall durch ein Eruptionskreuz (Christmas tree) ersetzt werden kann. Über der Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) folgen eine oder mehrere Rohrrammen Blowout-Preventer (Pipe Ram Blowout-Preventer) zum Abdichten jeweils verschiedener Rohrdurchmesser. Die Rohrrammen Blowout-Preventer (Pipe Ram Blowout-Preventer) haben zwei sich gegenüberliegende Backen mit Aussparungen, die dem Durchmesser einer Bohrstange entsprechen. Wenn ein Rohrrammen Blowout- Preventer aktiviert wird, werden die sich gegenüberliegenden Backen aufeinander zugefahren, bis sie eine Bohrstange mit einem der Aussparung entsprechenden Durchmesser dichtend umschließen. In Abhängigkeit der Bohrtiefe ist eine verschiedene Anzahl der Rohrrammen Blowout-Preventer (Pipe Ram Blowout-Preventer) übereinander angeord- net.
Über den Rohrrammen Blowout-Preventern (Pipe Ram Blowout-Preventern) folgt ein Scherrammen Blowout-Preventer (Shear Ram Blowout-Preventer), der dafür vorgesehen ist eine Bohrstange des Bohrstrangs zu durchtrennen. Dazu besitzen die Backen (Rams) der Scherrammen Blowout-Preventer (Shear Ram Blowout-Preventer) Scherkanten, die nach Art einer Schere Bohrstangen durchtrennen können. Bevorzugt dient der Scherrammen Blowout-Preventer (Shear Ram Blowout-Preventer) auch zum Trennen der Bohrstange bei gleichzeitigem Abdichten des Bohrstangenlochs. Normalerweise reicht jedoch die Dichtung des Scherrammen Blowout-Preventers (Shear Ram Blowout- Preventer) nicht aus, so dass häufig über diesem zusätzlich ein Annular Blowout- Preventer angeordnet ist. Dieser dient zum dichtenden Verschluss des Bohrstangenlochs und/oder des gesamten Bohrlochs.
Es folgt ein weiterer Annular Blowout-Preventer, der dazu dient den Blowout-Preventer Stack abzudichten. Der obere (Upper) Annular Blowout-Preventer ist mit einem unteren Meeressteigleitungspaket (Lower Marine Riser Package - LMRP) verbunden. Im besonderen Fall eines Blowout-Preventers auf dem Meeresgrund schließt sich an den Annular Blowout-Preventer eine Steigleitungsverbindungsvorrichtung (Riser Connector) an. Diese ist dafür vorgesehen eine Steigleitung dichtend anzuschließen. Die Steigleitung (der Riser) besteht typischerweise aus druckdichten Stahlrohren, in deren Innenraum der Bohrstrang und Spülflüssigkeit geleitet werden. Der Innendurchmesser der Steigleitung (des Risers) ist größer als der Durchmesser des Bohrstrangs und typischerweise ca. 533 mm (21 in).
Das untere Meeressteigleitungspaket (LMRP) stellt eine weitere Trennebene des Blowout-Preventer Stacks dar, wenn die Steigleitung (der Riser) vom Blowout-Preventer Stack abgetrennt werden muss. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn das Bohrschiff seine Position verlassen muss, z.B. aufgrund eines auf das Bohrschiff zudriftenden Eisbergs. In diesem Fall kann das Bohrloch über den Blowout-Preventer Stack abgedichtet werden. Das Bohrschiff kann nachdem das untere Meeressteigleitungspaket (LMRP) getrennt wurde seine Position verlassen und zu einem späteren Zeitpunkt die Steigleitung (den Riser) wieder mit dem Blowout-Preventer Stack verbinden.
Der Blowout-Preventer Stack darf nicht versagen, da ein Nichtverschließen des Bohrlochs bei einem Blowout mit erheblichen wirtschaftlichen sowie ökologischen Kosten verbunden ist. Daher existieren insbesondere für Bohrungen auf dem Meeresgrund hohe Sicherheitsanforderungen an die Blowout-Preventer Stacks. Die Verwendung von mehrere redundante Versorgungs- und Sicherheitssystemen ist daher unverzichtbar. Daher enthalten die Blowout-Preventer Stacks neben den Blowout-Preventern mit separaten Leitungen verbundene Kill-Leitungen (Kill Lines) und Choke-Leitungen (Choke Lines), die dafür vorgesehen sind Füllmaterial unter hohem Druck in das Bohrloch und/oder in den Blowout-Preventer-Stack einzupumpen oder den Druck im Blowout-Preventer Stack zu reduzieren, indem Material abgelassen wird, um im Falle des kompletten oder teilweise Versagens der Blowout-Preventer doch noch einen erfolgreichen Verschluss des Bohrlochs zu ermöglichen.
US 3,667,721 präsentiert einen Blowout-Preventer mit einem Dichtungselement, das ein elastisches Dichtungsmittel hat. Eine Vielzahl von metallischen Verschiebungsmitteln kann gegen eine sphärische Innenfläche eines Gehäuses geschoben werden, um das Dichtungselement in eine Verschlussstellung zu bringen, wobei das Dichtungselement gegen einen Stellkolben angeordnet ist. Das Dichtungsmittel kann den Umfang entlang mit der sphärischen Innenfläche des Gehäuses in Kontakt stehen, um eine Dichtung zu erzeugen. Das Dichtungselement kann auf Änderungen des Durchmessers von Komponenten eines Bohrgestänges durch Anpassung des Dichtungselements reagieren.
US 2008/0023917 A1 zeigt eine Dichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für einen Blowout-Preventer. Die Dichtung hat ein Einsatzstück aus festem Material, das innerhalb eines elastomerischen Körpers angeordnet ist und von dem wenigstens ein Teil selektiv von dem elastomerischen Körper getrennt ist. Auf dem Einsatzstück aus festem Material, das nicht mit dem elastomerischen Körper verbunden ist kann ein Antiadhäsivmittel, wie Silikon, aufgebracht sein. Das Verfahren umfasst die Generierung eines finite Elemente Analyse Dichtungsmodels, von dem ein Spannungsgraph auf Basis von Verschiebungsbedingungen analysiert wird und woraufhin in dem finite Elemente Analyse Dichtungsmodel wenigstens ein Teil des Einsatzstücks aus festem Material identifiziert wird, das selektiv vom elastomerischen Körper getrennt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin die Herstellung des selektiv vom elastomerischen Körper getrennten Siegels mit Einsatzstück aus festem Material. In US 6,719,042 B2 wird eine Anordnung von Scherbacken zum Scheren einer Ölsteiglei- tung gezeigt. Die Anordnung umfasst zwei verschiebbare Backen, die jeweils entlang einer unterschiedlichen Backenachse verschiebbar sind und von denen eine obere Schneide und die andere eine untere Schneide hat. Die Oberflächen der Schneiden der Backen sind dicht benachbart, wenn die Schneiden zum Scheren der Ölsteigleitungen aufeinander zu bewegt werden. Ein Verschlusssystem ist in einer Aushöhlung in der oberen Oberfläche der unteren Schneide angeordnet. Das Verschlusssystem umfasst ein elastomerisches Siegel und eine Stelleinheit, um die untere ebene Fläche der oberen Schneide abzudichten. Die Stelleinheit ist relativ zur unteren Schneide bewegbar, um das elastomerische Siegel unter Spannung zu setzen. US 5,655,745 präsentiert einen leichtgewichtigen hydraulischen Blowout-Preventer mit einem Blowout-Preventer Körper, Schwenkplatten und zwei Backenpaaren. Der Blowout- Preventer Körper hat Öffnungen zum Führen einer Bohrstange und senkrecht zu diesen jeweils zwei senkrecht übereinander angeordnete sich gegenüberliegende Führungen für jeweils ein Paar von Backen. Zwei Aufsätze sind jeweils mit Hilfe von einer kleinen An- zahl von von der Backenachse aus gesehen senkrecht zueinander orientierten, auf einem gleichmäßigen Radius oder entlang einer Einzellinie angeordneten Verbindungsbolzen am Blowout-Preventer Körper befestigt. Die Aufsätze bilden Führungsverlängerungen in denen jeweils eine Backe arbeitet. Ein hydraulischer Kolben einer jeweiligen Backe ist von jeweils einem metallischen Dichtungsring umschlossen. Die Aufsätze sind auf Schwenkplatten angebracht. Die Verbindungsbolzen der Aufsätze können gelöst werden und erlauben es die Aufsätze über die Schwenkplatten vom Körper wegzuschwenken.
US 7,300,033 B1 zeigt ein Blowout-Preventer-Operator-Verschlusssystem mit einem Verschlussteil, einer Kolbenstange, einem Operatorgehäuse, einem Kolben, einem Schlauch und einer Verschlussstange. Die Kolbenstange ist mit einem Ende mit dem Verschlussteil verbunden. Das Operatorgehäuse ist mit einem Ende mit einem Aufsatz verbunden und mit einem zweiten Ende mit einem Kopf verbunden. Die Kolbenstange erstreckt sich durch den Aufsatz in das Operatorgehäuse und ist dort mit dem Kolben, der einen Körper und einen Flansch hat, verbunden. Der Schlauch ist innerhalb eines Hohlraums des Kolbens schraubenförmig befestigt und lässt sich durch die Verschlussstange, die drehbar mit dem Kopf verbunden ist, axial relativ zum Kolben verschieben. Ein Ende der Verschlussstange erstreckt sich durch den Kopf und kann Unterwasser von außerhalb des Operatorgehäuses betrieben werden.
WO 02/36933 A1 präsentiert einen Blowout-Preventer mit einer Absperreinrichtung und einem Verbindungskanal. Die Absperreinrichtung ist quer zum Verbindungskanal mittels einer Antriebseinrichtung verschiebbar. Die Absperreinrichtung enthält zwei einzeln oder synchron betreibbare elektrische Motoren und eine selbsthemmende Getriebeeinrichtung. Die selbsthemmende Getriebeeinrichtung ist mit den elektrischen Motoren antriebsverbunden. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Blowout-Preventer Stack bereitzustellen, der eine verbesserte Betriebssicherheit ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Blowout-Preventer Stack mit mindestens einer Blowout-Preventer Einheit vorgeschlagen, die wenigstens einen Blowout-Preventer, wenigstens einen kinetischen Energiespeicher, wenigstens eine Hydrau- likpumpe und wenigstens einen hydraulischen Aktuator aufweist. Der hydraulische Aktua- tor ist außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und ist über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe und mechanisch mit dem Blowout-Preventer verbunden. Dabei ist der kinetische Energiespeicher erfindungsgemäß mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar und die Hydraulikpumpe ist mittels in dem kinetischen Energie- Speicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt und dadurch den Blowout-Preventer antreibt.
Der erfindungsgemäße Blowout-Preventer Stack kann vorteilhaft einen hydraulischen Aktuator antreiben, ohne dass hierfür elektrische Energie notwendig ist. Dies ist insbe- sondere als Notfall-Absicherung bei einer sonstigen Störung von Steuerungssystemen vorteilhaft, wie sie für den Blowout-Preventer Stack im Bedarfsfall vorliegt. Typischerweise wird der kinetische Energiespeicher, falls kein Bedarfsfall vorliegt, elektrisch angetrieben. Fällt ein solcher Antrieb im Bedarfsfall weg, kann der erfindungsgemäße Blowout- Preventer Stack besonders vorteilhaft ohne Zuführung weiterer elektrische Energie die gespeicherte kinetische Energie nutzen, um die Hydraulikpumpe zu betreiben. Dies trägt zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Blowout- Preventers bei. Die Nutzung der beschrieben Hydraulik erlaubt zusätzlich, mit wenig Energie eine große Kraft durch den hydraulischen Aktuator zu bewirken. Hierdurch werden ohne eine ständige Energieversorgung Kräfte ermöglicht, durch die eine durch den Blowout-Preventer verlaufende Bohrstange eines Bohrstrangs verformt oder durchtrennt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung des hydraulischen Aktuators außerhalb des kinetischen Energiespeichers verringert das Risiko einer Beschädigung durch den kinetischen Energiespeicher.
Den Bedarfsfall stellt für den Blowout-Preventer Stack vorzugsweise eine unerwartete Veränderung einer Blowout-Preventer Stack Struktur oder eine vordefinierte Art der Fehlfunktion des Blowout-Preventer Stacks dar. Durch das Antreiben des Blowout- Preventers mittels des hydraulischen Aktuators soll folglich bei Vorliegen eines möglicherweise nicht hinreichend gesicherten Zustands eines durch den Blowout-Preventer geschützten Bohrlochs ein energiearmes automatisiertes Sichern des Bohrlochs ohne externe Eingabesignale realisiert werden. Der hydraulische Aktuator wandelt einen hydraulischen Druck in eine mechanische Bewegung um. Dabei ist der hydraulische Aktuator so angeordnet, dass der Blowout- Preventer Stack seine Schutzfunktion im Bedarfsfall erfüllt, also eine durch den Blowout- Preventer verlaufende Bohrstange eines Bohrstrangs abdichtet, verformt oder durchtrennt. Entsprechend ist der kinetische Energiespeicher üblicherweise nicht dauerhaft mit der Hydraulikpumpe gekoppelt, sondern ist bei Eintritt des Bedarfsfalls, insbesondere eines Störfalls, mit der Hydraulikpumpe koppelbar.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stack näher erläutert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe mechanisch gekoppelt oder koppelbar. Hierdurch kann eine besonders robuste und haltbare Kopplung sichergestellt werden, die typischerweise einfacher gewartet werden kann, als beispielsweise eine elektrische Kopplung.
Vorzugsweise ist der kinetische Energiespeicher über eine Welle mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist. Eine derartige Nutzung einer Welle ist besonders einfach in der Herstellung und in der Wartung. Weiterhin kann eine Welle durch eine direkte Befestigung an dem kinetischen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Befestigung entlang einer Drehachse eines Schwungmassespeichers, weitgehend ohne Kopplungsverluste im Wirkungsgrad des Energiespeichers realisiert werden. Die Welle ist in einer Variante dieser Ausführungsform direkt oder über ein Getriebe, wie beispielsweise ein Rädergetriebe, mit der Hydraulikpumpe gekoppelt, so dass eine entsprechende Drehung der Welle einen Pumpmechanismus der Hydraulikpumpe antreibt und dadurch einen Druck zur Förderung der Hydraulikflüssigkeit aufbaut.
In einer alternativen Ausführungsform ist der kinetische Energiespeicher elektrisch mit der Hydraulikpumpe über eine elektrische Leitung gekoppelt oder koppelbar. In einer Variante dieser alternativen Ausführungsform weist der kinetische Energiespeicher wenigstens ein magnetisches Material auf. Dieses magnetische Material ist in dieser Aus- führungsform derart an dem kinetischen Energiespeicher angeordnet, dass der kinetische Energiespeicher einen Induktionsstrom in der elektrischen Leitung erzeugt. Dieser Induktionsstrom wird im Bedarfsfall für das Antreiben der Hydraulikpumpe genutzt, die den Blowout-Preventer antreibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der hydraulische Aktuator ausgebildet, im Bedarfsfall einen Schieber des Blowout-Preventers anzutreiben. Der Schieber ist dabei vorzugsweise entlang einer Verschiebungsachse beweglich. Weiterhin verfügt der Schieber typischerweise über ein Instrument des Blowout-Preventers, das ausgebildet ist, mit der durch den Blowout-Preventer verlaufenden Bohrstange des Bohrstrangs zu wechselwirken, um einen unkontrollierten Austritt eines Materials durch den Bohrstrang im Bedarfsfall zu verhindern.
In einer Ausführungsform ist der hydraulische Aktuator mechanisch mit einer Scherramme des Blowout-Preventers gekoppelt. Die Hydraulikpumpe ist in dieser Ausführungsform daher dazu ausgebildet, die durch den Blowout-Preventer verlaufende Bohrstange des Bohrstrangs mittels der Scherramme zu durchtrennen. In einer Variante dieser Ausfüh- rungsform wird ein Durchtrennen der Bohrstange ausgeführt, sobald eine Kopplung zwischen dem kinetischen Energiespeicher und der Hydraulikpumpe vorliegt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der hydraulische Aktuator ein Hydraulikzylinder. Ein dem Druck des Hydraulikfluids entgegenstehender Kolben des Hydraulikzylinders ist in dieser Ausführungsform vorteilhaft so gewählt, dass der aufgebaute Druck auf den Kol- ben ausreicht, um den Kolben entlang einer Zylinderachse des Hydraulikzylinders zu verschieben. Dies führt bevorzugt zu einer Bewegung des Kolbens und eines damit verbundenen Instruments, beispielsweise einer Scherramme gegen den Bohrstrang. In anderen Varianten führt die Bewegung des hydraulischen Aktuators zur Bewegung einer Steigleitung, einer Kill-Leitung und/oder einer Choke-Leitung des Blowout-Preventer Stacks.
Bevorzugt ist der kinetische Energiespeicher ein Schwungmassespeicher, der ausgebildet und angeordnet ist, mit hoher Drehzahl zu rotieren. Ein Schwungmassespeicher umfasst mindestens eine Schwungmasse. Vorzugsweise ist die Schwungmasse derart angeordnet, dass sie um eine Rotationsachse des Schwungmassespeichers rotiert. Es können auch mehrere kinetische Energiespeicher als Schwungmassespeicher ausgebildet sein. Die Schwungmasse kann ein Schwungrad, ein Schwungstab, ein Schwungzylinder oder dergleichen sein und ist bevorzugt eine Schwungscheibe. Der kinetische Energiespeicher kann als Motor-Generator-Kombination ausgeführt sein und Energie aufnehmen, umwandeln, speichern und wieder abgeben. Insbesondere kann der kinetische Energiespeicher zur Energierückgewinnung (Rekuperation) ausgebildet sein. Bevorzugt wandelt der kinetische Energiespeicher gespeicherte kinetische Energie in elektrische Energie und/oder elektrische Energie in kinetische Energie um. In einer bevorzug- ten Ausgestaltung enthält der kinetische Energiespeicher, beispielsweise der Schwungmassespeicher, ein oder mehrere verschiedene magnetische Materialien.
Ein kinetischer Energiespeicher, beispielsweise in Form eines Schwungmassespeichers hat Umdrehungsgeschwindigkeiten von bevorzugt 10.000-12.000 Umdrehungen pro Minute und kann Umdrehungsgeschwindigkeiten von bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Die kinetischen Energiespeicher des Blowout-Preventer-Stacks sind bevorzugt dauerhaft unter voller Umdrehungszahl, um dauerhaft zur Energieversorgung der Blowout-Preventer-Betriebsmittel oder zum Betreiben der Blowout-Preventer zur Verfügung zu stehen. Die Umdrehungszahl kann von einer Steuereinheit gemessen werden, die mit dem kinetischen Energiespeicher verbunden ist. Die Höhe der Umdre- hungszahl erlaubt es dabei den Energievorrat der kinetischen Energiespeicher, wie zum Beispiel Schwungmassespeicher, zu bestimmen. Um hohe mechanische Belastungen für Drehlager der kinetischen Energiespeicher zu reduzieren oder zu vermeiden sind die Drehlager bevorzugt magnetische Drehlager. Eine Wirbelstrombremse zum Bremsen der kinetischen Energiespeicher ist denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hydraulikpumpe und die Hydraulikleitung außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet. Hierdurch kann das Risiko einer Beschädigung der Hydraulikpumpe und der Hydraulikleitung durch den kinetischen Energiespeicher verringert werden. Außerdem vereinfacht eine derartige Trennung von einzelnen Komponenten des Blowout-Preventer Stacks die Herstellung des Blowout- Preventer Stacks, da hierdurch die einzelnen Komponenten getrennt hergestellt und innerhalb des Blowout-Preventer Stacks angeordnet werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Blowout-Preventer Stack weiterhin eine Kopplungs-Steuerung auf. Dabei ist die Kopplungs-Steuerung ausgebildet, im Bedarfsfall von einem entkoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher nicht mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, in einen gekoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, zu wechseln. Ein derartiger Wechsel zwischen entkoppeltem und gekoppeltem Zustand wird typischerweise durch einen Empfang eines Bedarfsfall-Signals ausgelöst, welches das Vorliegen eines Bedarfsfalls anzeigt. Die Kopplungs-Steuerung ist vorzugsweise genau einem kinetischen Energiespeicher und einer entsprechend koppelbaren Hydraulikpumpe zugeordnet. Dabei erfolgt die Kopplung und/oder Entkopplung beispielsweise über ein entsprechendes Getriebe, wie etwa einem Räder- oder Kurbelgetriebe. Das Bedarfsfall- Signal kann ein elektrisches Signal sein, das aufgrund einer Notstromversorgung des Blowout-Preventer Stacks auch ohne externe Stromversorgung erzeugt und gesendet wird.
In einer Ausführungsform weist der Blowout-Preventer einen Kraft- und/oder Positionssensor auf, der ausgebildet ist Kraft- und/oder Positionsdaten zu messen und als Datensignal bereitzustellen. Der Kraft- und/oder Positionssensor kann zur Überwachung eines Zustands des Blowout-Preventers, insbesondere hinsichtlich eines Vorliegens des Bedarfsfalls, ausgebildet sein. Hierbei können Veränderungen in einer Struktur des Blowout- Preventers, beispielsweise unerwartete Positionsdaten eines mit dem Kraft- und/oder Positionsmesser ausgestatteten Bauteils des Blowout-Preventers zur Detektion des Bedarfsfalls führen. In einer Variante dieser Ausführungsform ist der Kraft und/oder Positionsensor weiter ausgebildet, als Datensignal das Bedarfsfall-Signal an die Kopplungs-Steuerung zu senden. Hierdurch kann automatisiert über ein Messen von Kraft- und/oder Positionsdaten eine Kopplung zwischen kinetischem Energiespeicher und Hydraulikpumpe bereitgestellt werden.
Die Kraft- und/oder Positionssensoren können alternativ oder zusätzlich ausgebildet sein, eine an Backen eines Rammen Blowout-Preventers (Ram Blowout-Preventer) oder an ringförmigen Gummielementen eines Annular Blowout-Preventers wirkende Kraft und/oder eine Position der Backen oder der ringförmigen Gummielemente zu messen und ein die Messdaten (Kraft- und/oder Positionsdaten) enthaltendes Datensignal bereitzustellen, das über eine Sensor-Leitung an ein Energieversorgungssystem und/oder an ein mit der Kopplungs-Steuerung verbundenes Steuersysteme des Blowout-Preventer Stacks übermittelt werden kann. Mit Hilfe der Messdaten kann das Steuersystem den Blowout-Preventer gezielt steuern und derart einstellen, dass ein geringer Materialverschleiß bei guter Dichtwirkung erzielt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform ist der kinetische Energiespeicher ausgebildet, kinetische Energie an andere kinetische Energiespeicher zu übermitteln oder von diesen zu empfangen. Eine derartige Übertragung von kinetischer Energie kann in kinetischer oder elektrischer Form realisiert sein. Beispielsweise kann ein kinetischer Energiespeicher durch eine Rotation eines Magneten induktiven Strom erzeugen und durch diesen einen weiteren kinetischen Energiespeicher antreiben. Die Nutzung einer Mehrzahl von kinetischen Energiespeichern gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht es alle miteinander verbundenen kinetischen Energiespeicher als Energiereservoir für den Betrieb des Blowout-Preventer und somit des Blowout-Preventer Stacks zu nutzen. Dies erhöht die Sicherheit, da redundante Energiespeicher vor Ort vorhanden sind, aus denen im Falle einer Störung einiger der kinetischen Energiespeicher oder teilweiser oder kompletter Zerstörung der Verbindung zu Energieversorgungssystemen des Blowout-Preventer Stacks noch die Möglichkeit besteht die Energie mit Hilfe anderer kinetischer Energiespeicher zu erhalten, um einen Teil oder den kompletten Blowout-Preventer Stack zu betreiben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Blowout-Preventer Stack weiterhin eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, ein Vorliegen des Bedarfsfalls zu detektieren und ein Antreiben der Hydraulikpumpe mittels der gespeicherten kinetischen Energie im Bedarfsfall auszulösen. Die Steuereinheit bildet vorzugsweise einen Teil der Energieversorgungs- und Steuersysteme des Blowout-Preventer Stacks. In einer anderen Variante ist die Steuereinheit ein Teil der Kopplungs-Steuerung. Vorzugsweise wird das Antreiben der Hydraulikpumpe durch ein Koppeln des kinetischen Energiespeichers mit der Hydraulikpumpe ausgelöst.
In einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Blowout-Preventer Stack wenigstens einem weiteren kinetischen Energiespeicher auf, wobei der weitere kinetische Ener- giespeicher mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist. In dieser Ausführungsform kann die Hydraulikpumpe vorteilhaft über mindestens zwei kinetische Energiespeicher angetrieben werden, was insbesondere vorteilhaft ist, falls ein kinetischer Energiespeicher im Bedarfsfall ausfällt. In einer Variante dieser Ausführungs- form können beide kinetischen Energiespeicher gleichzeitig die Hydraulikpumpe antreiben, wodurch ein besonders hoher Druck auf das Hydraulikfluid übertragen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Blowout-Preventer ein Annular Blowout-Preventer, ein Rohrrammen-Blowout-Preventer oder ein Scherrammen- Blowout-Preventer.
Der Blowout-Preventer Stack kann auch mehrere der genannten Blowout-Preventer- Stack-Komponenten enthalten. So weist der Blowout-Preventer Stack in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen oberen Annular Blowout-Preventer, eine Steiglei- tungsverbindungsvorrichtung, einen unteren Annular Blowout-Preventer, einen Scher- rammen-Blowout-Preventer, einen Rohrrammen-Blowout-Preventer und eine Bohrloch- kopfverbindungsvorrichtung auf. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt für Bohrungen auf dem Meeresgrund, bei denen der Blowout-Preventer Stack über dem Bohrloch auf dem Meeresgrund angeordnet ist und mit einer Steigleitung mit einem Bohrschiff oder einer Bohrplattform verbunden ist, die sich an der Meeresoberfläche oder Wasseroberfläche befindet. In einer weiteren Ausführungsform, beispielsweise für die Verwendung an Land, kann der Blowout-Preventer Stack nur einen Annular Blowout- Preventer aufweisen und ohne Steigleitungsverbindungsvorrichtung (Riser Connector) ausgeführt sein. Bevorzugt sind alle Blowout-Preventer-Stack-Komponenten mechanisch und/oder elektrisch betreibbar. Die Blowout-Preventer-Stack-Komponenten können auch wenigstens teilweise kinetisch betrieben werden, d.h. mit kinetischer Energie aus den kinetischen Energiespeichern.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stack ist die Hydraulikpumpe eine Kolbenpumpe. Die Kolbenpumpe weist vorzugsweise einen einstellbaren Kolbenhub und somit eine einstellbare Förderleitung auf. Eine Kurbelwelle der Kolbenpumpe ist vorzugsweise direkt mit einer Abtriebswelle eines kinetischen Energiespeichers mechanisch verbunden.
Die Hydraulikpumpe weist vorzugsweise einen an einem Exzenter einer Kurbelwelle befestigten Pleuel zum Antreiben eines Kolbens der Kolbenpumpe auf, wobei eine Exzentrizität des Exzenters relativ zu einer Rotationsachse der Kurbelwelle verstellbar ist. Die Hydraulikpumpe gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht es in vorteilhafter Weise, den kinetischen Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe zu koppeln, ohne dass bereits durch die Kopplung der Blowout-Preventer angetrieben wird. Bevorzugt ist die Kolbenpumpe derart ausgebildet, dass eine Menge an durch die Hydraulikpumpe gepumptem Hydraulikfluid über eine einstellbare Exzentrizität des Exzenters bezüglich der Rotationsachse der Kurbelwelle einstellbar ist. In einer besonders bevorzugten Variante kann die Exzenterposition des Exzenters dabei auch so eingestellt werden, dass kein oder fast kein Hydraulikfluid über die Hydraulikpumpe zu dem hydraulischen Aktuator gepumpt werden kann. Bevorzugt verfügt der Blowout-Preventer Stack in dieser Ausführungsform über keine Kopplungssteuerung, so dass dauerhaft eine Kopplung zwischen dem kinetischen Energiespeicher und der Hydraulikpumpe vorliegt. Die Exzenterposition des Ex- zenters wird bevorzugt über eine Exzentersteuerung innerhalb der Hydraulikpumpe gesteuert, die mit einem Steuersystem des Blowout-Preventer Stacks oder mit der Steuereinheit verbunden ist, so eine Reaktion des Bedarfsfalls eine Änderung der Exzenterposition derart auslöst, dass über die Hydraulikpumpe mehr Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator gepumpt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit, insbesondere für einen Blowout-Preventer, mit wenigstens einem kinetischen Energiespeicher, wenigstens einer Hydraulikpumpe und wenigstens einem hydraulischen Aktuator gelöst. Der hydraulische Aktuator ist außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe verbunden, Dabei ist der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar und die Hydraulikpumpe ist mittels in dem kinetischen Energiespeicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar ist, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt. Die erfindungsgemäße Energiespeicher- und Antriebseinheit kann durch die Verwendung eines kinetischen Energiespeichers vorteilhaft die Betriebssicherheit eines mit der Energiespeicher- und Antriebseinheit ausgestatteten Blowout-Preventer Stacks erhöhen.
Vorzugsweise ist der kinetische Energiespeicher hierbei mit der Hydraulikpumpe mechanisch gekoppelt oder koppelbar. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausfüh- rungsform ist der kinetische Energiespeicher über eine Welle mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar.
Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von den Figuren zeigen: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit;
Fig. 3 eine Signalstruktur für ein Antreiben des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks;
Fig. 4: Eine Ausführungsvariante einer Blowout-Preventer Einheit mit einer
Hydraulikpumpe in Form einer Kolbenpumpe mit einstellbarem Kolbenhub.
Fig. 5a bis 5c eine mögliche Realisierung eines einstellbaren Kolbenhubs.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stacks 100 mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit 105.
Der Blowout-Preventer Stack 100 hat wenigstens einen Blowout-Preventer 1 10, einen kinetischen Energiespeicher 120, eine Hydraulikpumpe 130 und einen hydraulischen Aktuator 140. Die autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit 105 wird dabei durch den kinetischen Energiespeicher 120, die Hydraulikpumpe 130 und den hydraulischen Aktuator 140 gebildet, der außerhalb des kinetischen Energiespeichers 120 angeordnet und über eine Hydraulikleitung 138a, 138b mit der Hydraulikpumpe 130 verbunden ist.
Der kinetische Energiespeicher 120 ist ein Schwungmassespeicher, der ausgebildet ist, eine Schwungmasse 122 des Schwungmassespeichers mit hoher Drehzahl zu rotieren. Der Schwungmassespeicher wird typischerweise von einer Energieversorgung des Blowout-Preventer Stacks 100 angetrieben, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Im Betriebsfall kann durch die sich bewegende Schwungmasse 122 auch ohne eine Verbindung mit der Energieversorgung die kinetische Energie der Schwungmasse 122 genutzt werden. Vorzugsweise geschieht dies über eine entlang einer Rotationsachse des kinetischen Energiespeichers angeordnete Welle 128. Die Welle 128 verbindet den kinetischen Energiespeicher 120 mittelbar mit der Hydraulikpumpe 130. Dabei ist eine Kopplungs-Steuerung 150 mit der Welle 128 verbunden und ausgebildet, im Bedarfsfall von einem entkoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher 120 nicht mit der Hydraulikpumpe 130 gekoppelt ist, in einen gekoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher 120 mit der Hydraulikpumpe 130 gekoppelt ist, zu wechseln. Der Bedarfsfall wird durch ein entsprechendes von der Kopplungs- Steuerung empfangenes Bedarfsfall-Signal angezeigt (in Fig. 3 gezeigt). Im gekoppelten Zustand ist die Welle 128 mit einer zweiten Welle 132 der Hydraulikpumpe 130 über die Kopplungs-Steuerung 150, beispielsweise über ein Rad- oder Riemengetriebe der Kopp- lungs-Steuerung 150, verbunden. Die zweite Welle 132 ist direkt an der Hydraulikpumpe 130 angeordnet. Daher ist der kinetische Energiespeicher 120 mit der Hydraulikpumpe 130 gekoppelt oder koppelbar.
Die zweite Welle 132 kann durch Drehung entlang ihrer Längsachse die Hydraulikpumpe 130 antreiben und dadurch ein Hydraulikfluid 136 durch die Hydraulikleitung 138a, 138b zu dem hydraulischen Aktuator 140 pumpen. Die Hydraulikleitung 138a, 138b besteht aus einer Pumpleitung 138a in die das Hydraulikfluid 136 durch die Hydraulikpumpe 130 gepumpt wird, und eine Saugleitung 138b, durch die das gepumpte Hydraulikfluid 136 zurück zu der Hydraulikpumpe 130 geführt wird. In dem Ausführungsbeispiel weist die Hydraulikpumpe 130 folglich einen geschlossenen Kreislauf des Hydraulikfluids 136 auf. In anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Hydraulikpumpe über einen offenen Kreislauf des Hydraulikfluids betrieben, beispielsweise unter Nutzung eines Hydraulikfluid reservoirs.
Die Hydraulikpumpe 136 ist gemäß einer bekannten Hydraulikpumpen-Bauart ausgebildet. In dem Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikpumpe 136 eine Kolbenpumpe. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Hydraulikpumpe eine Flügelzellenpumpe, eine Zahnradpumpe oder eine Schraubenspindelpumpe.
Die Hydraulikpumpe 136, die Hydraulikleitungen 138a, 138b und der hydraulische Aktuator 140 sind in dem Ausführungsbeispiel außerhalb des kinetischen Energiespeichers 120 angeordnet. Der hydraulische Aktuator 140 ist in dem Ausführungsbeispiel ein Hydraulikzylinder. Andere bekannte hydraulische Aktuatoren können für den erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stack ebenfalls genutzt werden, solange sie einen hydraulischen Druck in eine Bewegung eines Bauteils, bevorzugt in eine axiale Bewegung eines Bauteils des hydrau- lischen Aktuators, umwandeln. Der gezeigte Hydraulikzylinder besteht aus einem von einem Zylinder umgebenen Kolben, der durch eine durch das Hydraulikfluid 136 bewirkte Pumpkraft in eine bezüglich des Hydraulikzylinders axiale Richtung gepresst wird. Durch das Pressen des Kolbens wird ein Schieber 144 des Blowout-Preventer 1 10 bewegt, an dem eine Scherramme 148 des Blowout-Preventers 1 10 mechanisch befestigt ist.
Durch das Bewegen des Kolbens innerhalb des als Hydraulikzylinder ausgebildeten hydraulischen Aktuators 140 durch die Hydraulikpumpe 130, wird somit der Blowout- Preventer 1 10 angetrieben. Dies führt dazu, dass der Schieber 144 mit der daran befestigten Scherramme 148 axial bewegt wird. Diese im Bedarfsfall bewirkte axiale Bewegung der Scherramme 148 soll eine durch den Blowout-Preventer 1 10 verlaufende Bohrstange 160 eines Bohrstrangs durchtrennen. Hierdurch kann ein unkontrollierter Auslass von durch den Bohrstrang gefördertem Material vermieden werden.
In anderen nicht gezeigten Ausführungsformen ist an dem Schieber oder direkt an dem hydraulischen Aktuator eine Dichtung oder eine Klemmbacke oder ein anderes bekann- tes Bauteil zum Abdichten, Verformen oder Durchtrennen der Bohrstange angebracht.
Der in Fig. 1 gezeigte Blowout-Preventer 1 10 ist ein Scherrammen-Blowout-Preventer. In anderen Ausführungsbeispielen ist der erfindungsgemäße Blowout-Preventer ein Annular Blowout-Preventer oder ein Rohrrammen-Blowout-Preventer.
In nicht gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stack ist die Hydraulikpumpe innerhalb des kinetischen Energiespeichers, insbesondere innerhalb des Schwungmassenenergiespeichers angeordnet. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauweise des Blowout-Preventer Stacks ermöglicht werden.
Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel wird das Bedarfsfall-Signal von einer Steuereinheit (nicht dargestellt) bereitgestellt, die das Vorliegen eines Bedarfsfalls detektiert und daraufhin automatisch über das Bedarfsfall-Signal ein Antreiben der Hydraulikpumpe 130 über den kinetischen Energiespeicher 120 auslöst. Detektiert wird der Bedarfsfall in dem ersten Ausführungsbeispiel mittels eines Kraft- und/oder Positionssensors, der ausgebildet ist Kraft und/oder Positionsdaten an einem Ort des Blowout-Preventer Stacks zu messen und als Datensignal bereitzustellen. Weichen in den Kraft- und/oder Positi- onsdaten enthaltene Messwerte über ein vorbestimmtes Maß hinaus von einem vorbestimmten Wert für diese Daten ab, wird das Vorliegen des Bedarfsfalls angenommen. Insbesondere wird angenommen, dass in diesem Zustand das Risiko besteht, dass ein Material unkontrolliert über die Bohrstange 160 entweichen kann, so dass ein Datensignal an die Steuereinheit ausgegeben wird, aus welchem die Steuereinheit detektiert, dass aktuell der Bedarfsfall eingetreten ist. Folglich wird das beschriebene Antreiben des Blowout-Preventers 1 10 ausgelöst und dadurch mit der Scherramme 148 die Bohrstange 160 durchtrennt.
Zum Sichern des durch die Bohrstange 160 gebildeten Bohrstrangs, weißt der Blowout- Preventer Stack 100 typischerweise weitere Teile auf, so dass er im vorliegenden Ausführungsbeispiel neben dem teilweise in Fig. 1 dargestellten Scherrammen-Blowout Preventer einen oberen Annular Blowout-Preventer, eine Steigleitungsverbindungsvor- richtung, einen unteren Annular Blowout-Preventer, einen Rohrrammen-Blowout- Preventer und eine Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung aufweist. Die im ersten Ausführungsbeispiel vorliegende typische Ausprägung dieser Teile des Blowout-Preventer Stacks ist bekannt.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stacks 200 mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit 205 gezeigt.
Der vom Blowout-Preventer Stack 200 umfasste Blowout-Preventer 210 stimmt bis auf das Vorliegen eines zweiten kinetischen Energiespeichers 220 und eines entsprechenden zweiten Anschlusses 231 der Hydraulikpumpe 230 mit dem in Fig. 1 gezeigten Blowout-Preventer 1 10 überein. Der kinetische Energiespeicher 1 10 ist über eine erste Kopplungs-Steuerung 214 mit der Hydraulikpumpe 230 gekoppelt oder koppelbar, während der zweite kinetische Energiespeicher 210 über eine zweite Kopplungs-Steuerung 218 mit der Hydraulikpumpe 230 gekoppelt oder koppelbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Kopplungs-Steuerung 214 ausgebildet, in vorbestimmten zeitlichen Abständen ein elektrisches Signal 240 an die zweite Kopplungs-Steuerung 218 zu senden und die zweite Kopplungs- Steuerung 218 ist ausgebildet das elektrische Signal 240 zu empfangen. Weiterhin ist die zweite Kopplungs-Steuerung ausgebildet, eine mit der Hydraulikpumpe 230 verbundene vierte Welle 236 nicht an die mit dem zweiten kinetischen Energiespeicher 210 verbundene dritte Welle 232 zu koppeln, solange das elektrische Signal 240 empfangen wird. Falls kein elektrisches Signal 240 mehr empfangen wird, ist die zweite Kopplungs- Steuerung 218 ausgebildet, in den gekoppelten Zustand zu wechseln, in dem der zweite kinetische Energiespeicher 210 mit der Hydraulikpumpe 230 gekoppelt ist. Hierdurch wird ermöglicht, die Hydraulikpumpe 230 auch dann anzutreiben, wenn der kinetische Ener- giespeicher 1 10 defekt ist, was durch die Abwesenheit des elektrischen Signals 240 gekennzeichnet wird. In einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist der Blowout-Preventer derart ausgebildet, dass eine Mehrzahl an kinetischen Energiespeichern die Hydraulikpumpe gleichzeitig antreiben können. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ein kinetischer Energiespeicher eines Blowout-Preventer ausgebildet, kinetische Energie an andere kinetische Energiespeicher zu übermitteln oder von diesen zu empfangen. Dies kann über eine mechanische oder elektrische Verbindung zwischen zwei kinetischen Energiespeichern realisiert sein.
Fig. 3 zeigt eine Signalstruktur 300 für ein Antreiben des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks.
Die Signalstruktur 300 zeigt das Zusammenwirken von Kraft- und/oder Positionssensor 310, Steuereinheit 320 und der Kopplungs-Steuerung 150 aus Fig. 1.
Der Kraft- und/oder Positionssensor 310 ist ausgebildet, aktuelle Daten bezüglich einer an dem Kraft- und/oder Positionssensor 310 anliegenden Kraft und/oder dort vorliegen- den Position zu messen und als Kraft- und/oder Positionsdaten 315 an die Steuereinheit 320 auszugeben.
Die Steuereinheit 320 ist ausgebildet, die Kraft- und/oder Positionsdaten 315 zu empfangen und zu bestimmen, ob die in den Kraft- und/oder Positionsdaten 315 angezeigten Messwerte für die anliegende Kraft und/oder die vorliegende Position über ein vorbe- stimmtes Maß hinaus von vorbestimmten Werten für diese Daten abweichen. Wird ein derart großes Abweichen durch die Steuereinheit 320 festgestellt, ist die Steuereinheit 320 weiter ausgebildet, das Bedarfsfall-Signal 325 an die Kopplungs-Steuerung 150 auszugeben und dadurch das Vorliegen des Bedarfsfalls anzuzeigen.
In alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Kraft- und/oder Positions- sensor ausgebildet, den Vergleich mit vorbestimmten Werten für die Kraft- und/oder Positionsdaten auszuführen und entsprechend das Vorliegen des Bedarfsfalls zu detek- tieren.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel wird das Vorleigen des Bedarfsfalls über eine entsprechende Nutzereingabe detektiert, durch die Kopplungs-Steuerung in den gekoppelten Zustand wechselt. Die Kopplungs-Steuerung kann auch innerhalb der Hydraulikpumpe oder innerhalb des kinetischen Energiespeichers realisiert sein, so dass in einigen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen keine zweite Welle existiert, um den kinetischen Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe zu koppeln. Figur 4 zeigt einen Blowout-Preventer 400 mit einem kinetischen Energiespeicher 410. Der kinetische Energiespeicher ist wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ein Schwungmassenspeicher bei dem eine Schwungmasse 412 mit hoher Drehzahl rotiert. Um die Schwungmasse 412 auf eine hohe Drehzahl zu bringen ist ein Antrieb 420 vorgesehen, beispielsweise ein Elektromotor, der über eine Versorgungsleitung 422 mit Energie, beispielsweise in elektrische Energie versorgt und der über eine Welle 424 mit dem Schwungmassenspeicher 410 verbunden ist. Der Schwungmassenspeicher 410 kann seine in ihm gespeicherte kinetische Energie auch dann abgeben, wenn der Antrieb 420 über die Versorgungsleitung 422 nicht mehr versorgt wird.
Der Schwungmassenspeicher 410 ist mechanisch mit einer Hydraulikpumpe 440 verbun- den. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Abtriebswelle 430 des kinetischen Energiespeichers 410 über eine brennbare mechanische Kupplung 432 mit einer Kurbelwelle 442 der hydraulischen Pumpe 440 verbunden. Wie nachfolgend dargestellt, ist die mechanische Kupplung 432 nicht unbedingt erforderlich. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikpumpe 440 eine Kolbenpumpe mit zwei Zylindern 444, in denen sich Kolben 446 auf und ab bewegen, um auf diese Weise Hydrauliköl in einer Hydraulikleitung 460 zu pumpen. Die Kolben 446 sind in bekannter Manier über jeweils einen Pleuel 448 mit den Exzentern 450 der Kurbelwelle 442 verbunden. Die Hydraulikpumpe 440 ist über die Hydraulikleitung 460 mit einem hydraulischen Aktuator 470 verbunden, der eine Scherramme 480 oder eine andere Ramme eines Blowout-Preventers antreiben kann.
Figuren 5a bis 5c zeigen, dass der Hub bzw. die Exzentrizität des Exzenters 450 einstellbar ist, so dass der Hub der Kolben 446 kontinuierlich zwischen einem Mindestmaß 0 und einem Maximalhub einstellbar ist.
Die Exzenter Position - und damit der Hub der Hydraulikpumpe - kann durch drehen eines Exzenterzylinders 452 eingestellt werden.
Die Exzenterposition kann durch Drehen eines Exzenterzylinders 452 eingestellt werden. Der Exzenterzylinder 452 ist dabei derart in einem Kurbelwellenzylinder 456 die Kurbel- welle 442 eingesetzt, dass ein aus dem Exzenterzylinder 452 herausstehender Exzenter 450, an dem der Pleuel 448 befestigt ist, seine Position bezüglich einer Rotationsachse 454 der Kurbelwelle 442 verändert, wenn der Exzenterzylinder 452 um seine Exzenterachse gedreht wird. Die Figuren 5a bis 5c illustrieren, wie ein verstellbarer Kolbenhub bei einer Hydraulikpumpe 440 erzielt werden kann.
An der Kurbelwelle 442 ist exzentrisch zur Rotationsachse 454 der Kurbelwelle 442 ein Kurbelwellenzylinder 456 angeordnet, an dem der Exzenter 450 über einen Exzenterzylinder 452 mit verstellbarem Rotationswinkel befestigt ist. Der Exzenter 450 besitzt eine Außenfläche, an der das Pleuel 448 angreift. Diese Außenfläche ist eine zylindrische Mantelfläche. Exzentrisch zu dieser zylindrischen Mantelfläche ist der Exzenterzylinder 452 angeordnet, der eine zylinderförmige Innenfläche bildet. Diese zylinderförmige Innenfläche umschließt eine zylindrische Außenfläche des Kurbelwellenzylinders 456 und liegt an dieser an. Fig. 5a zeigt die erste Exzenterposition, in der der Exzenter 450 koaxial zur Rotationsachse 454 verläuft, so dass der Pleuel 448 sich bei einer Drehung der Kurbelwelle 442 um die Rotationsachse 454 keine Hubbewegung bewirkt. Der mit dem Pleuel 448 verbundene Kolben 446 wird daher nicht angetrieben und pumpt kein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator. Fig. 5b zeigt dagegen die zweite Exzenterposition, in der der Exzenter 450 einen Abstand von der Rotationsachse 454 hat, so dass das Pleuel 448 sich bei einer Drehung der Kurbelwelle 442 bewegt und ein entsprechend mit dem Pleuel 448 verbundener Kolben der Hydraulikpumpe Hydraulikfluid pumpt.
Durch eine Drehung des Exzenterzylinders 452 um dem Kurbelwellenzylinder 458 kann somit die Mengen des durch die Hydraulikpumpe zu dem hydraulischen Aktuator gepumpten Hydraulikfluids gesteuert werden, und somit der Antrieb des entsprechenden Blowout-Preventers.
In der in Figur 5a dargestellten Position des Exzenters 450 bezüglich des Kurbelwellenzylinders 458 fluchtet der Mittelpunkt des Exzenters 450 mit der Rotationsachse 454 der Kurbelwelle 442 so dass Pleuel 448 und Kolben 446 selbst dann keinen Hub erfahren, wenn sich die Kurbelwelle 442 dreht. Die Figuren 5b und 5c zeigen wie umgekehrt bei entsprechender Rotationsstellung des Exzenters 450 bezüglich des Kurbelwellenzylinders 456 ein maximaler Hub einstellbar ist. Figur 5b zeigt den oberen Totpunkt des Kolbens 446 und Figur 5c zeigt den unteren Totpunkt des Kolbens 446. Durch Verstellen des Exzenters 450 bzw. des Exzenterzylinders 452 bezüglich des exzentrisch angeord- neten Kurbelwellenzylinders 456 kann somit der Hub der Kolben 446 und damit die Pumpleistung der Hydraulikpumpe 440 stufenlos eingestellt werden. Dies ermöglicht es auch, auf die mechanische Kupplung 432 zu verzichten und stattdessen die Förderung von Hydrauliköl durch die Hydraulikpumpe 440 über die Exzentrizität der Außenfläche des Exzenters 450 zu steuern.
Bezuqszeichenliste
100, 200 Blowout-Preventer Stack
105, 205 autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit
1 10, 210 Blowout-Preventer
120 kinetischer Energiespeicher
122 Schwungmasse
128 Welle
130, 230 Hydraulikpumpe
132 zweite Welle
136 Hydraulikfluid
138a, 138b Hydraulikleitung
140 hydraulischer Aktuator
144 Schieber
148 Scherramme
150 Kopplungs-Steuerung
160 Bohrstange
214 erste Kopplungs-Steuerung
218 zweite Kopplungs-Steuerung
220 zweiter kinetischer Energiespeicher 231 zweiter Anschluss
232 dritte Welle
236 vierte Welle 240 elektrisches Signal
300 Signalstruktur
310 Kraft- und/oder Positionssensor
315 Kraft- und/oder Positionsdaten
320 Steuereinheit
325 Bedarfsfall-Signal 325
400 Blowout-Preventer
410 kinetischer Energiespeicher / Schwungmassenspeicher
412 Schwungmasse
420 Antrieb
422 Versorgungsleitung
424 Welle
430 Abtriebswelle
432 mechanische Kupplung
440 hydraulische Pumpe
442 Kurbelwelle
444 Zylinder
446 Kolben
448 Pleuel
450 Exzenter
452 Exzenterzylinders
454 Rotationsachse 456 Kurbelwellenzylinder
460 Hydraulikleitung
470 hydraulischer Aktuator
480 Scherramme

Claims

Ansprüche
1. Blowout-Preventer Stack, mit wenigstens einem Blowout-Preventer, wenigstens einem kinetischen Energiespeicher und wenigstens einem hydraulischen Aktuator, der außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe und mechanisch mit dem Blowout- Preventer verbunden ist, wobei der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist und die Hydraulikpumpe mittels in dem kinetischen Energiespeicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar ist, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt und dadurch den Blowout-Preventer antreibt.
2. Blowout-Preventer Stack gemäß Anspruch 1 , bei dem der kinetische Ener- giespeicher mit der Hydraulikpumpe mechanisch gekoppelt oder koppelbar ist.
3. Blowout-Preventer Stack gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der hydraulische Aktuator ausgebildet ist, im Bedarfsfall einen Schieber des Blowout- Preventers anzutreiben.
4. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der hydraulische Aktuator mechanisch mit einer Scherramme des Blowout-Preventers gekoppelt ist.
5. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der hydraulische Aktuator ein Hydraulikzylinder ist.
6. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der kinetische Energiespeicher eine Schwungmasse umfasst, die ausgebildet und angeordnet ist, mit hoher Drehzahl zu rotieren.
7. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Hydraulikpumpe und die Hydraulikleitung außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet sind.
8. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der kinetische Energiespeicher über eine Welle mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist.
9. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Kopplungs-Steuerung, wobei die Kopplungs-Steuerung ausgebildet ist, im Bedarfsfall von einem entkoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher nicht mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, in einen gekoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, zu wechseln.
10. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der kinetische Energiespeicher weiterhin ausgebildet ist, kinetische Energie an andere kinetische Energiespeicher zu übermitteln oder von diesen zu empfangen.
1 1. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Blowout-Preventer einen Kraft- und/oder Positionssensor aufweist, der ausgebildet ist Kraft und/oder Positionsdaten zu messen und als Datensignal bereitzustellen.
12. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, der weiterhin eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, ein Vorliegen des Bedarfsfalls zu detektieren und ein Antreiben der Hydraulikpumpe mittels der gespeicherten kinetischen Energie im Bedarfsfall auszulösen.
13. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit wenigstens einem weiteren kinetischen Energiespeicher, wobei der weitere kinetische Energiespeicher mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist.
14. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der wenigstens eine Blowout-Preventer ein Annular Blowout- Preventer, ein Rohrrammen-Blowout-Preventer oder ein Scherrammen-Blowout- Preventer ist.
15. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem oberen Annular Blowout-Preventer, einer Steigleitungsver- bindungsvorrichtung, einem unteren Annular Blowout-Preventer, einem Scher- rammen-Blowout-Preventer, einem Rohrrammen-Blowout-Preventer und einer Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung.
16. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Hydraulikpumpe eine Kolbenpumpe mit einstellbarem Kolbenhub und einstellbarere Förderleitung ist.
17. Blowout-Preventer Stack gemäß Anspruch 16, bei dem die Hydraulikpumpe, die einen an Exzenter einer Kurbelwelle befestigten Pleuel zum Antreiben eines Kolbens der Kolbenpumpe aufweist, wobei eine Exzentrizität des Exzenters relativ zu einer Rotationsachse der Kurbelwelle verstellbar ist.
18. Autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit, insbesondere für einen Blowout-Preventer, mit wenigstens einem kinetischen Energiespeicher, wenigstens einer Hydraulikpumpe und wenigstens einem hydraulischen Aktuator, der außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe verbunden ist,
wobei der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist und die Hydraulikpumpe mittels in dem kinetischen Energiespeicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar ist, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt.
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