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Abschluß für Unterwasser-Sonden Die Erfindung bezieht sich auf einen
Abschluß, mit dem die unter dem Wasserspiegel liegende Mündung einer Sonde zu verschließen
und der Sonde das von ihr gelieferte Öl und Gas zu entnehmen ist.
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Wenn auf trockenem Land eine Tiefbohrung niedergebracht worden ist,
wird normalerweise innerhalb des Bohrlochs mindestens ein Steigrohrstrang an einem
Verrohrungskopf aufgehängt, der den Ringsaum zwischen den konzentrischen Rohrsträngen
abdichtet und den innersten Rohrstrang verschließt. Der Sondenabschluß umfaßt normalerweise
eine Anzahl von Tragringen, an denen die Rohrstränge aufgehängt sind, sowie die
erforderlichen Ventile, Meßgeräte usw., mittels deren das Strömen der betreffenden
Flüssigkeiten und Gase durch die verschiedenen Rohrstränge gesteuert wird.
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Wenn eine- Bohrung an einer unter Wasser liegenden Stelle niedergebracht
ist, ist es allgemein üblich, dafür zu sorgen, daß sich das äußerste Rohrglied bzw.
der äußerste Rohrstrang vom Meeresboden bis zu einem Punkte erstreckt, der ein gutes
Stück oberhalb des Wasserspiegels liegt. Die erforderlichen Tragringe sind mit dem
oberen Ende dieses äußersten Rohrstrangs fest verbunden, und die übrigen Rohrstränge
werden an diesen Ringen zusammen mit den benötigten Steuerventilen aufgehängt. Wenn
eine Konstruktion dieser Art ohne sonstige Unterstützungen in Wasser mit einer Tiefe
von z. B. etwa 12 m steht, bildet sie eine schlanke und elastische, am oberen Ende
durch den Sondenabschluß überlastete Konstruktion, die den seitlichen Kräften ausgesetzt
ist, die normalerweise durch Wind und Wellen verursacht werden; außerdem besteht
die Gefahr einer Kollision mit Wasserfahrzeugen. Um eine solche Konstruktion stabiler
zu machen, ist es bisher üblich, sie mit einer als Gitterkonstruktion ausgebildeten
Plattform zu umgeben, deren Füße tief in das das Bohrloch umgebende Erdreich eingetrieben
werden. Zwar verhindert eine derartige Plattformkonstruktion das Verbiegen oder
Umfallen der oberirdischen Bohrlochausrüstung, doch wird die Möglichkeit einer Beschädigung
der Bohrlochausrüstung oder der sie umgebenden Plattform beim Zusammenstoß mit einem
Wasserfahrzeug nicht ausgeschlossen.
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Ferner ist es bekannt, den Sondenabschluß selbst am Meeresboden vorzusehen
und durch zwei Gehäuse zu schützen, von denen das äußere bis über die Wasseroberfläche
reicht und als Wartungsschacht für den Sondenabschluß dient. Auch diese Konstruktion
hat die vorgenannten Nachteile.
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Ein Hauptziel der -Erfindung besteht nunmehr darin, einen Sondenabschluß
für in Küstennähe liegende Tiefbohrungen zu schaffen, der nicht der Wirkung von
Wind oder Wellen oder einem möglichen Zusammenstoß mit Schiffen ausgesetzt ist.
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Ferner ist es Ziel der Erfindung, einen am Boden eines Sees oder Meeres
anzuordnenden Sondenabschluß zu schaffen, der so ausgebildet ist, daß Wartungs-
oder Erneuerungsarbeiten, z. B. das Reinigen, das Entfernen von Paraffin, das Auswechseln
von Steuerventilen usw. durchführbar ist.
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Gemäß der Erfindung besitzt der Sonderiabschluß, der bei einer unter
Wasser niedergebrachten Tiefbohrung verwendet werden soll und, wie bekannt, einen
mit der Verrohrung verbundenen Kopf und ein in diesem Verrohrungskopf mittels Rohrhalter
gehaltenes Steigrohr aufweist, einen in dem Durchgang des Rohrhalters verschiebbar
angeordneten Rohrabschnitt, dessen oberes Ende sich im eingefahrenen Zustand unter
der Wasseroberfläche und im ausgefahrenen Zustand über der Wasseroberfläche befindet.
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An-- das obere Ende des verschiebbaren Rohrabschnitts schließt sich
zweckmäßigerweise eine flexible Leitung an.
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Der verschiebbare Rohrabschnitt kann nahe seinen-Enden mit Anschlägen
versehen sein, um seine Bewegungsstrecke zu begrenzen.
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Ferner können Verriegelungsmittel vorgesehen sein, um den Rohrabschnitt
in seiner vollständig ausgefahrenen
oder in seiner vollständig
eingeschobenen Stellung zu verriegeln.
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Am oberen Ende des Rohrabschnitts kann ein Ventilaggregat befestigt
sein, das mit einem Anschluß für eine Leitung versehen ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine teilweise als senkrechter Schnitt gezeichnete schematische
Darstellung des erfindungsgemäßen Sondenverschlusses mit dem verschiebbaren Rohr
in seiner ausgefahrenen Stellung; Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2
in Fig. 1; Fig. 3 ist eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete Seitenansicht
des erfindungsgemäßen Sondenabschlusses, wobei sich das verschiebbare Rohr in seiner
ausgefahrenen Stellung befindet; Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch das untere Ende
eines Verrohrungskopfes, wobei das erwähnte verschiebbare Rohr seine zurückgezogene
Stellung einnimmt und an Ort und Stelle verriegelt ist; Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt
durch eine andere Ausbildungsform derVerriegelung des verschiebbaren Rohres in der
zurückgezogenen Stellung.
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In Fig. 1, die eine schematische Darstellung der Erfindung gibt, dient
der Mundlochverschluß zum Verschließen einer Tiefbohrung 10, die mindestens einen
Verrohrungsstrang 11 aufweist, innerhalb deren ein Steigrohrstrang
12 angeordnet ist. Die Verrohrung 11
ist gegenüber dem Meeresboden
13 ortsfest angeordnet und einzementiert, während der Rohrstrang 12 an einem ringförmigen
Aufhängungs- und Verschlußteil 14 aufgehängt ist, der sich an einer Schulter 15
innerhalb des Verrohrungskopfes 16 abstützt. Der Verrohrungskopf 16 umfaßt die Basis
des Mundlochverschlusses und ist mit dem oberen Ende der Verrohrung 11 fest verbunden,
um das obere Ende des Ringraums 17 zwischen der Verrohrung 11 und dem Rohrstrang
12 zu verschließen.
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Durch das ringförmige Aufhängungsteil 14 hindurch erstreckt sich nach
oben ein Rohrstrangabschnitt 18, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser
des unterhalb des Verrohrungskopfes 16 angeordneten Steigrohrstrangs 12.
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Der obere Rohrstrangabschnitt 18 ist in dem Aufhängungsteil 14 gleitend
beweglich und gegenüber dem unteren Rohrstrang 12 aus- und einschiebbar. Die Länge
des aus- und einschiebbaren Rohrabschnitts 18 ist so gewählt, daß sich das obere
Ende desselben über die Wasseroberfläche 20 hinaus und vorzugsweise bis zu einem
Punkte erstrecken kann, wo die Wellen keine Wirkung mehr ausüben.
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Der Rohrabschnitt 18 ist an seinem oberen Ende mittels eines Hauptventils
21 verschlossen, oberhalb dessen ein Entnahme-T-Stück 22 angeordnet ist, das vorzugsweise
durch ein Reinigungsventil 23 verschlossen ist. Ferner ist eine flexible
Entnahmeleitung 24 vorgesehen, deren eines Ende mit dem T-Stück 22 verbunden ist,
während das andere Ende an eine ortsfeste Förderleitung 25 angeschlossen ist, die
auf dem Meeresboden angeordnet sein kann. Wenn der Rohrabschnitt 18 zusammen mit
dem an seinem oberen Ende angebrachten Ventilaggregat 21 bis 23 ganz
eingefahren ist, so daß das Ventilaggregat auf dem oberen Ende der Verrohrung 11
aufsitzt, kann die flexible Leitung 24 flach auf dem Meeresboden liegen. Am oberen
Ende des Rohrabschnitts 18 oder am oberen Ende des Ventilaggregats 21 bis 23 ist
ein Ring 20 befestigt, an dem eine Verankerungsleine 27 mit einem Schwimmer 28 angebracht
werden kann.
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Wie in Fig. 1 und 2 schematisch angedeutet, ist der Aufhängungsteil
14 im Verrohrungskopf 16 mit zwei Stangenelementen 30 und 31 versehen, die mit dem
Verrohrungskopf 16 fest verbunden sind, so daß sie sich radial über das ringförmige
Aufhängungsstück 14 erstrecken. Letzteres besitzt zwei Schlitze 32 und 32 a, die
es ermöglichen, das Aufhängungsstück unterhalb der Stangenelemente 30 und
31 anzuordnen; danach wird das Aufhängungsstück 14 gedreht, um es festzulegen.
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Gemäß Fig:3 ist das untere Ende des oberen Rohrabschnitts 18 mit Anschlagmitteln,
z. B. einem Flansch, versehen, oder ein Abschnitt des Rohrs besitzt bei 33 einen
größeren Außendurchmesser, und an dieser Stelle sind Außengewindegänge 34, die zu
einem Innengewinde 35 des Aufhängungsstücks 14 passen. Der Flansch 33 mit dem Gewinde
34 wirkt somit sowohl als Anschlag zum Begrenzen der gleitenden Bewegung des Rohrabschnitts
18 als auch als Verriegelungsmittel zum Festlegen des Rohrs 18 in seiner ausgefahrenen
Stellung. Zwar bildet die Gewindeverbindung 34, 35 auch eine Abdichtung, doch ist
das Aufhängungsstück 14 vorzugsweise noch mit anderen geeigneten Abdichtungsmitteln
versehen, z. B. mit O-Ringen 36, die in Aussparungen 37 des Aufhängungsstücks angeordnet
sind. Ähnliche O-Ringe 38 können an der Außenseite des Aufhängungsstücks vorgesehen
sein, um eine Abdichtung zwischen diesem und den Verschlußmitteln (Fig. 1) zu bilden.
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Der untere Rohrabschnitt 12 ist auf beliebige geeignete Weise, z.
B. durch ein Gewinde 40, fest mit dem Aufhängsstück 14 verbunden. Bei den
Gewindegängen 34 und 35 handelt es sich vorzugsweise um verhältnismäßig grobe, steilgängige
Gewinde, während das Gewinde 40 am oberen Ende des unteren Rohrstrangs 12
vorzugsweise ein genormtes Gewinde für Rohre der betreffenden Abmessungen ist. Wenn
der Abstand zwischen dem Verrohrungskopf 16 (Fig. 1) und der Wasseroberfläche 20
nicht zu groß ist, kann der obere Rohrabschnitt 18 aus einem einzigen Rohrstück
bestehen. Wenn es jedoch erforderlich ist, den oberen Rohrabschnitt 18 aus mehreren
Rohrstücken zusammenzusetzen, verbindet man die einzelnen Rohrstücke vorzugsweise
durch Verschweißen oder mittels Verschraubungen derart, daß eine glatte Außenfläche
entsteht. Die Teile des unteren Rohrstranges 12 können dagegen durch Gewindekupplungen
bekannter Ausführung miteinander verbunden sein, wozu bemerkt sei, daß der Innendurchmesser
des unteren Rohrabschnitts 12 etwas größer ist als der Außendurchmesser des Flansches
33 an dem oberen Rohrabschnitt 18.
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Am unteren Ende des oberen Rohrs 18 sind bei 41
(Fig.
4) ebenfalls Gewindegänge ausgebildet. Wie aus Fig.4 ersichtlich, bilden diese Gewindegänge
Verriegelungsmittel, die mit dazu passenden Gewindegängen 42 eines besonderen Rohrstrangabschnitts
43 zusammenarbeiten, der mit dem unteren Ende des unteren Rohres 12 durch eine Kupplung
44 fest verbunden ist. Gegebenenfalls kann es sich bei dem besonderen Rohrstrangabschnitt
43 um ein Übergangsstück handeln. Der Abschnitt 43 ist seinerseits durch eine Kupplung
45 mit dem Rohrstrang 46 verbunden, der sich innerhalb der Bohrung
nach unten bis zu der Produktionszone erstreckt. In Fig. 4, wo die Gewindegänge
41
des Rohrs 18 in das Gewinde 42
des Abschnitts 43 eingreifen,
ist der einziehbare obere Rohrabschnitt 18 in seiner eingefahrenen Stellung
dargestellt, wobei das Hauptventil 21 (Fig. 1) auf der Oberseite des Verrohrungskopfes
16 aufsitzt und dort festgehalten wird. An Stelle der Gewinde 41 und 42 können
auch beliebige andere bekannte Verriegelungsmittel verwendet werden. Wenn die Gewinde
41 und 42 zusammengeschraubt sind, bilden sie eine Abdichtung, welche
die O-Ringe 36 (Fig. 3) während des normalen Produktionsablaufs weitgehend von dem
Druck entlasten, wenn das obere Rohr 18 in das äußere Rohr 12 eingeschoben
ist.
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Fig. 5 zeigt mit weiteren Einzelheiten eine andere, der in Fig. 1
gezeigten ähnelnde Mundlochverschlußkonstruktion und veranschaulicht eine andere
Art des Zusammenbauens der erfindungsgemäßen Einrichtung. Der Sondenverschluß nach
Fig.5 umfaßt ein einstöckiges, das Aufhängen des Steigrohrstrangs ermöglichendes
Rohr 50, das sich über die Schlammgrenze 13 hinaus nach oben erstreckt. Dieses
Rohr SO kann in ein oben offenes Gehäuse eingeschlossen sein, das den Schlamm zurückhält
und unterhalb der normalen Schlammgrenze eingebettet ist. Das Rohr 50 ist mit mehreren
konischen Abschnitten versehen, die als Tragschultern 51, 52 und
53 wirken und Rohraufhängungsringe 54, 55 und 56 abstützen.
Der kleinste Durchmesser des Aufhängungsrohrs 50 ist vorzugsweise nicht kleiner
als derjenige des mit dem Wasser in Berührung stehenden Verrohrungsstrangs 57, mit
dem es bei 58 verschweißt sein kann. Im Gegensatz zu der Bohrlochausrüstung, die
nur einen Verrohrungsstrang 11 sowie äußere und innere Rohrglieder 12 und 18 umfaßt
(Fig. 1), umfaßt die Ausbildung nach Fig. 5 einen mit dem Wasser in Berührung stehenden
Rohrstrang 57, einen Schutzstrang 60,
einen Ölstrang 61 sowie äußere und innere
Rohrabschnitte 12 und 18.
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Der Aufhängungsring 54 bildet eine herausnehmbare innenliegende
Verlängerung der Schulter 51, so daß es möglich ist, die einen verhältnismäßig
kleinen Durchmesser aufweisenden Rohrstränge 12 und 18
zusammen mit
ihrem Aufhängungsstück 14 aufzuhängen, ohne daß in dem Rohr 50 ein
ständig vorhandenes Hindernis vorgesehen zu werden braucht, an dem die Werkzeuge
anstoßen könnten, die in dem Bohrloch betrieben werden. Das Rohr 50 ist gegenüber
der Erdformation durch den einzementierten äußersten Rohrstrang 57 abgedichtet.
Der Schutzrohrstreng 60 und der Ölrohrstrang 61 sind mit abdichtender Wirkung an
den Schultern 53 bzw. 52
unter Vermittlung durch die Abdichtungs- und
Aufhängungsringe 56 bzw. 55 aufgehängt; die genannten Aufhängungsringe
sind an der Außenseite mit O-Ringen oder anderen durch Reibungsschluß wirksam werdenden
Abdichtungsmitteln versehen. Die Kanäle 62, 63 und 64 sind mit hier nicht gezeigten
Leitungen und Ventilen verbunden, die mit den betreffenden Ringräumen an der Außenseite
der Rohrstränge 60, 61 und 12 in Verbindung stehen, welche in dem Rohrabschnitt
50 aufgehängt sind.
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Das ringförmige Aufhängungsstück 14, das mit -dem Rohr
12 verbunden ist, wird durch ein hülsenförmiges Füllstück 65 daran gehindert,
sich nach oben zu bewegen; am unteren Ende und an der Außenseite dieses Füllstücks
sind vorzugsweise durch Reibungskräfte wirksam werdende Dichtungsmittel 66 und 67
vorgesehen, um die Dichtungen 36 und 38 an dem Aufhängungsstück 14 zu unterstützen.
Das Füllstück 65 .ist in dem Aufhängungsrohr 50 herausnehmbar angeordnet und wird
dadurch in seiner Lage verriegelt, daß ein unter Federspannung stehendes Riegelstück
76 des Füllstücks in eine Aussparung 77 an der Innenfläche des Verteilerrohrs 50
angreift.
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Gegebenenfalls können an der Außenfläche des inneren Rohrabschnitts
18 mehrere durch Reibungsschluß wirksam werdende Dichtungen 68 beliebiger
geeigneter Art vorgesehen sein, um eine Abdichtung zwischen dem oberen Ende des
Rohrs 18 und dem hülsenförmigen Füllstück 65 zu bewirken. Hierdurch wird
eine einwandfreie Abdichtung zwischen der Formation und dem inneren Rohr
18, das die am weitesten innen liegende Leitung innerhalb der Bohrung bildet,
und ferner dem Ringraum zwischen dem Rohr 12 des aus- und einschiebbaren
Rohraggregats und dem nächstgrößeren Rohr bzw. dem Ölrohrstrang fil gewährleistet,
der die nächstbenachbarte Leitung bildet, welche mit oberem Abschnitt der Tiefbohrung
in Verbindung steht.
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Während des normalen Betriebs einer Unterwasser-Prodüktionsbohrung
mit einem Mundlochverschluß der vorstehend beschriebenen Art werden die Rohrabschnitte
18 und 12 so zusammengeschoben, däß das Hauptventil 21 auf dem fest eingebauten
Mundlochverschlußaggregat ruht, das ortsfest auf dem Meeresboden angeordnet ist.
Hierbei ist das Hauptventil 21 geöffnet, während das Reinigungsventil
23 geschlossen ist, so daß die aus dem Bohrloch aufsteigende Flüssigkeit
über die Rohrleitungen 12 und 18, das Ventil 21, das T-Stück 22 und
die flexible Produktionsleitung 24 zu der fest verlegten Produktionsleitung
25 strömt, die zu an Land vorgesehenen Einrichtungen oder Speicheranlagen führt.
Wenn sich das obere Ventilaggregat 21, 22, 23 des Mundlochverschlusses in der Nähe
des Meeresbodens befindet, erstreckt sich die Verankerungsleine 27 zu dem Schwimmer
28, der die Lage der Bohrung anzeigt.
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Wenn an dem Bohrlochverschluß Wartungsarbeiten durchgeführt werden
müssen, kann man ein hier nicht gezeigtes Wartungsfahrzeug zu einem im wesentlichen
oberhalb des Bohrlochs liegenden Punkt fahren und ein geeignetes Hebezeug absenken,
das sich mit dem Ventilaggregat 21, 22, 23 verriegelt, so daß man es an die
Oberfläche heben kann. Wenn als Verankerungsleine 27 ein Seil ausreichender
Festigkeit verwendet wird, kann man dieses unmittelbar mit dem Hebezeug verbinden,
um das Ventilaggregat und das gleitend ausziehbare Rohr 18 hochzuziehen,
bis sich das Ventilaggregat oberhalb der Wasserfläche 20 befindet. Dann kann
man das Hauptventil 21 gegebenenfalls einstellen, reparieren oder austauschen.
Solange Arbeiten an der Bohrung oder dem Verschlußaggregat 21, 22, 23 vorgenommen
werden, ist der obere Rohrabschnitt 18 in seiner angehobenen Stellung dadurch verriegelt,
daß Verriegelungsmittel am unteren Ende des Rohrs 18 an dazu passenden Verriegelungsmitteln
des Aufhängungsstücks 14 angreifen. Ferner kann man den Rohrabschnitt
18 und das Aufhängungsstück 14 aus dem Bohrloch entfernen, wenn dies erforderlich
ist, um Nachbohrarbeiten oder andere Maßnahmen durchzuführen. Ausbruchverhüter können
in der Weise erneut eingebaut werden, daß man sie in die richtige Stellung oberhalb
des Rohrabschnitts 18 absenkt, nachdem man das Ventilaggregat vom oberen
Ende des Rohrabschnitts
18 abgebaut hat. Wenn als Verriegelungsmittel
die an Hand von Fig. 3 beschriebenen Gewinde 33 und 34 benutzt werden, ist es erforderlich,
in den Rohrstrang 18 unterhalb des Hauptventils 21 einen Drehkopf
19 einzuschalten, so daß das Rohr 18 gedreht werden kann, bis die
Gewinde 34 und 35 in Eingriff kommen.
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Nach Beendigung der Wartungsarbeiten an dem Bohrloch werden die Verriegelungsmittel
am unteren Ende des Rohrabschnitts 18 gelöst, und das Rohr 18
wird
wieder in das Rohr 12 eingeschoben, so daß das obere Ventilaggregat 21, 22, 23 wieder
in die Nähe des Meeresbodens gebracht wird, wo es der Wirkung von Wind und Wellen
und der Gefahr der Kollision mit einem Schiff nicht ausgesetzt ist.