DE10136887B4 - Verfahren und Einrichtung zum Absenken und Heben von Steigrohren - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Absenken und Heben von Steigrohrsträngen in Kavernen und zum Nachführen des Rohrschuhes des Steigrohrstranges während des Kavernenbetriebes und unter Kopfdruck an sich ändernde Spiegelstände im Kavernenhohlraum unter Verwendung von hydraulischen Arbeitzylindern zum Absenken und Heben des Steigrohrstranges und einer Keilspanneinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Steigrohrstrang (6) über eine Hebe- und Senkvorrichtung (8) und eine Steigrohr-Abfangvorrichtung (9), die im Kavernenkopf (3) angeordnet sind, in beliebige vertikale Positionen bewegt und abgehängt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Absenken von Steigrohrsträngen in Kavernen und zum Heben des Rohrschuhes von Soleentleerungs- und/oder Produktförderstränge während des Kavernenbetriebes an sich ändernde Spiegelstände im Kavernenhohlraum, in dem fließfähige Medien ein- oder ausgelagert bzw. end- oder zwischengelagert werden.
• Die Kavernenbohrung einer in geeigneten geologischen Strukturen errichteten Kaverne ist mit einer Verrohrung ausgestattet, über die das fließfähige Medium in die Kaverne eingebracht und gegebenenfalls wieder ausgetragen wird.
• Die Verrohrungen einschließlich Steigrohrstrang bestehen regelmäßig aus einzelnen Rohrsegmenten, die über Tage durch Schweißen oder Zapfen-Muffen-Gewinde miteinander verbunden sind und auf die gewünschte Teufe in die Kavernenbohrung bzw. in die Kaverne mit bekannter Technik eingebaut werden. Nach Positionierung des Rohrschuhs eines Steigrohrstranges in der vorgesehenen Teufe in der Kaverne wird der Steigrohrstrang im Kavernenkopf verankert und an die obertägigen Anlagen angeschlossen.
• Bedingt durch den Prozess der Ein- und Auslagerung des in der Kaverne enthaltenen Mediums und der Anordnung des Rohrschuhs des Steigrohrstranges werden in Abhängigkeit vom Befüllungszustand der Kaverne Veränderungen der Rohrschuhteufe notwendig um die Ein- oder Auslagerungsvorgänge aufrecht erhalten zu können. So können beispielsweise bei der Auslagerung eines Speichermediums Soleanteile und sonstige Verunreinigungen bei der Ausspeicherung aufgenommen und mitgeführt werden, die bei der Weiterverarbeitung des Speichermediums wieder separiert werden müssen. Aus den damit verbundenen, zusätzlichen Kosten ist es daher in vielen Fällen wünschenswert, das Speichermedium möglichst aus den Bereichen des Spiegels des eingespeicherten Mediums in der Kaverne auszulagern und dadurch größere Schwankungen der im Speichergut mitgeführten unerwünschten Anteile zu vermeiden. Das bedingt jedoch, dass der Rohrschuh des Steigrohrstranges entsprechend den sich ändernden Spiegelständen bei Auslagerung des gespeicherten Gutes nachgeführt werden muss. Derartige Anlagen zur Nachführung des Steigrohrstranges sind jedoch nicht bekannt.
• Bekannt sind ferner Ausschleusevorrichtungen (Snubbing Unit), die zum Ein- und Ausbau von Förderrohr- und Soleentleerungssträngen, vornehmlich in unter Gasdruck stehenden Kavernen, eingesetzt werden. Mit Hilfe dieser Anlagen könnten auch eingebaute Steigrohrstränge ohne Probleme an die sich während des Speicherbetriebes ändernden Spiegelstände im Speicherhohlraum einer Kaverne nachgeführt werden. Der für jede Steigrohrbewegung notwendige Auf- und Abbau oder die ständige Verfügbarkeit dieser Ausschleusevorrichtungen ist, neben den erforderlichen Umrüstzeiten und den entstehenden Produktionsausfällen aber mit so hohen Kosten verbunden, dass ein Einsatz dieser Anlagen nur in Ausnahmefällen erfolgt.
• Off-shore-Anlagen zur Gewinnung von Erdöl und Erdgas aus geologischen Formationen unterhalb des Meeresbodens, bei denen die bewegliche Meeresinsel über eine Fördersteigleitung, die an der Meeresinsel fest installiert ist, mit einem auf dem Meeresgrund verankerten Arbeitskopf verbunden ist, sind mit einem teleskopischen Gleitlager ausgestattet. Das Gleitlager dient hierbei zur Kompensation der unterschiedlichen Abstände zwischen dem Arbeitskopf und der beweglichen Meeresinsel, die durch die Gezeiten, die Wellenbewegung und die Drift der Meeresinsel verursacht werden. Nach EP 0 408 685 B1 ( DE 689 18 937 T2 ) ist dieses Gleitlager durch eine Hebeeinrichtung in Form einer hydraulischen Arbeitzylinder-Kolben-Anordnung ergänzt, die an eine hydraulische Energiequelle angeschlossen ist und die Fördersteigleitung mit einer annähernd konstanten Spannung beaufschlagt, um diese beispielsweise in einer annähernd senkrechten Position zur Meeresinsel zu halten.
• Aus DE 197 21 635 A1 ist ferner eine Vorrichtung zum Ziehen bzw. Einbringen einer aus Großrohren bestehenden Rohrtour aus/in eine Schachtbohrung mit Hilfe der Hub- bzw. der Druckkraft hydraulischer Arbeitszylinder bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einer Fußplatte, die auf dem Erboden aufliegt und auf der die Anschlussenden der Zylindergehäuse der Arbeitszylinder befestigt sind. Die Kolben der Arbeitszylinder sind an eine Hubbühne angeschlossen, die durch Formschlussverbindung, die durch Keilspanneinrichtungen hergestellt werden, mit der Rohrtour fest verbunden ist. Nach Abschluss einer Bewegungsphase durch Erreichen der Endstellungen der hydraulischen Arbeitszylinder wird die Einspannung der Rohrtour durch die Keilspanneinrichtungen gelöst, die Kolben der Arbeitszylinder mit der angeschlossenen Hubbühne in ihre Ausgangsstellungen zurückgefahren und nach erneuter Einspannung der Rohrtour. mit Hilfe der Keilspanneinrichtungen eine weitere Bewegungsphase zum Ziehen oder Einbringen der Rohrtour gestartet.
• Für das Absenken und Heben von Steigrohrsträngen in Kavernen unter Gasdruck ist die technische Lehre nach EP 0 408 685 B1 ( DE 689 18 937 T2 ) und DE 197 21 635 A1 jedoch nicht anwendbar oder übertragbar.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Absenken und Heben eines Steigrohrstranges und zum adaptiven Nachführen eines installierten Steigrohrstranges in beliebige vertikale Positionen zu entwickeln, ohne dass im Falle der Nachführung eine Unterbrechung des Kavernenbetriebes notwendig ist und ohne dass die Lage und die Anschlussebene der Förderleitung und das Druckniveau am Kavernenkopf verändert werden müssen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Einrichtung entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3 und 5 bis 9 In bekannter Art und Weise werden die Rohrsegmente zur Ausbildung und Installation eines Steigrohrstranges, nachdem diese über Tage sektionsweise durch Schweißen oder Zapfen-Muffen-Gewinde miteinander verbunden worden sind, in die Kavernenbohrung eingefahren und in der gewünschten vertikalen Position im Speicherhohlraum der Kaverne mit der Hebe- und Senkvorrichtung und der der Hebe- und Senkvorrichtung nachgeschaltete Steigrohr-Abfangvorrichtung, die vorzugsweise im Kavernenkopf zwischen dem Kopfflansch des Kavernenkopfes und einer projektierten, festgelegten Anschlussverbindung für die Förderleitung angeordnet sind, abgehangen und fixiert.
• Während des Speicherbetriebes kann der installierte Steigrohrstrang nach dem Lösen der Keilabfangvorrichtung in seiner vertikalen Position geändert und nach Abschluss einer vorgenommenen Veränderung in dieser Position durch die Keilabfangvorrichtung wieder mechanisch fixiert werden. Damit ist ein Nachführen des Steigrohrstranges an die sich ändernden Spiegelstände des Speichergutes im Speicherhohlraum der Kaverne während des Speicherbetriebes gewährleistet.
• Durch die Erfindung können Steigrohrstränge mit einem relativ niedrigen, kostengünstigen technischen Aufwand während des Speicherbetriebes unter Kavernenkopfdruck in beliebige vertikale Positionen abgehängt werden, um beispielsweise die in der Kaverne zwischengelagerten Medien aus den Bereichen des sich durch den Ausspeicherprozesses ständig ändernden Spiegelstandes des Speichergutes zu fördern. Dies hat den Vorteil, dass bei einer dichteabhängigen horizontalen Schichtung eines eingelagerten Guts beim Anheben oder Absenken des Steigrohrstranges während des Kavernenbetriebes der Rohrschuh genau in dem Bereich positioniert werden kann, in dem das ausgelagerte Medium den Anforderungen hinsichtlich Dichte oder chemischer Zusammensetzung entspricht.
• Die erfindungsgemäße Hebe- und Senkvorrichtung besteht aus einem doppelwirkenden hydraulischen Zylinder, dessen Kolben, wie der Hydraulikzylinder selbst, als Hohlzylinder ausgebildet ist. Die Hebe- und Senkvorrichtung ist als separater Bausatz in einem mit endseitigen Anschlussflanschen ausgestatteten druckdichten Zylinder angeordnet, wobei die Anschlüsse des hydraulischen Zylinders mit einer geeigneten Hochdruckanlage für die hydraulische Arbeitsflüssigkeit verbunden werden. Durch den als Hohlzylinder ausgebildeten Kolben werden die Segmente des Steigrohrstranges bzw. ist der Steigrohrstrang, der endseitig mit einem Steigrohrhänger versehen ist, hindurchgeführt und liegt über den Steigrohrhänger auf der freien Stirnseite des Kolbens auf. Der Steigrohrhänger ist mit einem Kopfgewinde und einem Dichtsitz zur Abdichtung des Innenquerschnittes des Steigrohrstranges ausgestattet.
• Die Steigrohrabfangvorrichtung, die der Hebe- und Senkvorrichtung nachgeschaltet ist, wird durch eine Keilspanneinrichtung gebildet, wobei der Spannweg und die Entriegelung der Keilsegmente durch Stellschrauben, die mit Konusflächen zusammenarbeiten, verändert und eingestellt werden kann. Die Steigrohrabfangvorrichtung, die endseitig unmittelbar an den Kopfflansch des Kavernenkopfes angeschlossen ist, ist mit dem fußseitigen Anschlussflansch des druckdichten Zylinders der Hebe- und Senkvorrichtung verbunden, während der kopfseitige Anschlussflansch des dichten Zylinders an die Anschlussverbindung der Förderleitung angeflanscht ist.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
• 1 die vereinfachte Darstellung eines Kavernenspeichers mit einer im Kavernenkopf angeordneten Hebe- und Senkvorrichtung und nachgeschalteter Steigrohr-Abfangvorrichtung
• 2 die Prinzipdarstellung der Hebe- und Senkvorrichtung und der Steigrohr-Abfangvorrichtung und ihre Anordnung zwischen einem Förderleitungsanschluss und dem Kopfflansch eines Kavernenkopfes
• Wie aus 1 hervorgeht, ist der Speicherhohlraum 1 einer Kaverne über die Kavernenbohrung 2 mit den Obertageanlagen verbunden. Die Kavernenbohrung 2 besitzt eine Verrohrung 4, die, wie der Steigrohrstrang 6, aus einzelnen Rohrsegmenten 5, die durch Anschlussverbindungen 7, wie Schweißen oder Zapfen-Muffen-Gewinde hergestellt wurden, miteinander verbunden sind. Zwischen dem Kopfflansch 15 des Kavernenkopfes 3 und des durch das Projekt festliegenden Förderleitungsanschlusses 10 ist erfindungsgemäß eine Hebe- und Senkeinrichtung 8 mit einer nachgeschalteten Steigrohrabfangvorrichtung 9 angeordnet.
• Die Hebe- und Senkvorrichtung 8 besteht aus einem doppelwirkenden Hydraulikzylinder 16 – 2 –. Der Hydraulikzylinder 16 und der Kolben 17 sind hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei durch den Hohlraum des Kolbens 17 der Steigrohrstrang 6 hindurchgeführt ist und endseitig mit einem Steigrohrhänger 18 ausgestattet ist. Der Steigrohrhänger 18 mit dem angeschlossenen Steigrohrstrang 6 liegt auf der freien Stirnseite 19 des Kolbens 17 auf und ist mit einem Kopfgewinde 20 und einem Dichtsitz 21 zum Verschließen des freien Innenquerschnittes 27 des Steigrohrstranges 6 ausgestattet. Der Hydraulikzylinder 16 der Hebe- und Senkvorrichtung 8 ist mit einer geeigneten Hochdruckanlage für die hydraulische Arbeitsflüssigkeit verbunden und ist in einem druckdichten Zylinder angeordnet, der kopf- und fußseitig mit einem Anschlussflansch 13; 14 ausgestattet ist. Der kopfseitige Anschlussflansch des Zylinders 12 ist mit dem Flansch 11 des Förderleitungsanschlusses 10 verbunden, während der fußseitige Anschlussflansch 14 an die nachgeschaltete Steigrohr-Abfangvorrichtung 9 angeschlossen ist.
• Als Steigrohr-Abfangvorrichtung dient eine Keilspanneinrichtung. Mit Hilfe dieser Keilspanneinrichtung werden der Steigrohrstrang 6 nach seiner vertikalen Positionierung oder nach einer Änderung dieser vertikalen Positionierung im Speicherhohlraum 1 der Kaverne in einer beliebigen Teufe mechanisch fixiert, wobei der Spannweg und die Entriegelung der Keilsegmente 22 über die Konusflächen 25; 26 mit Hilfe der Stellschrauben 23; 24 eingestellt und verändert werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zum Absenken und Heben von Steigrohrsträngen in Kavernen und zum Nachführen des Rohrschuhes des Steigrohrstranges während des Kavernenbetriebes und unter Kopfdruck an sich ändernde Spiegelstände im Kavernenhohlraum unter Verwendung von hydraulischen Arbeitzylindern zum Absenken und Heben des Steigrohrstranges und einer Keilspanneinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Steigrohrstrang (6) über eine Hebe- und Senkvorrichtung (8) und eine Steigrohr-Abfangvorrichtung (9), die im Kavernenkopf (3) angeordnet sind, in beliebige vertikale Positionen bewegt und abgehängt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgehängte Steigrohrstrang (6) zwischen den Bewegungsphasen durch die Steigrohr-Abfangvorrichtung (9) fixiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebe- und Senkvorrichtung (8) und der Steigrohrstrang (6) über an sich bekannte Schleuseneinrichtungen, die oberhalb des Förderleitungsanschlusses (10) angeordnet sind, ein- und ausgebaut werden.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebe- und Senkvorrichtung (8) aus einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder (16) mit einem als Hohlzylinder ausgebildeten Kolben (17) besteht und die Steigrohr-Abfangvorrichtung (9) eine an sich bekannte Keilspanneinrichtung ist, die der Hebe- und Senkvorrichtung (8) nachgeschaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebe- und Senkvorrichtung (8) und die Steigrohr-Abfangvorrichtung (9) zwischen dem Förderleitungsanschluss (10) und dem Kopfflansch (15) des Kavernenkopfes (3) angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigrohrstrang (6), der endseitig mit einem Steigrohrhänger (18) versehen ist, durch den Kolben (17) der Hebe- und Senkvorrichtung (8) hindurchgeführt ist und über den Steigrohrhänger (18) auf der freien Stirnseite (19) des Kolbens (17) aufliegt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigrohrhänger (18) ein Kopfgewinde (20) und einen Dichtsitz (21) besitzt.
8. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebe- und Senkvorrichtung (8) in einem druckdichten Zylinder (12), mit endseitigen Anschlussflanschen (13; 14) angeordnet ist, wobei der kopfseitige Anschlussflansch (13) mit einem Flansch (11) des Förderleitungsanschlusses (10) und der fußseitige Anschlussflansch (14) mit der Steigrohr-Abfangvorrichtung (9), die an den Kopfflansch (15) des Kavernenkopfes (3) angeschlossen ist, verbunden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannweg und die Entriegelung der Keilsegmente (22) der Steigrohr-Abfangvorrichtung (9) durch Stellschrauben (23; 24) und Konusflächen (25; 26) einstellbar ist.