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Vorrichtung zum Aufhängen von Futterrohr-und Steigrohrsträ@agen-in
Tiefbohrungen Die Erfindung betrifft eine Aufhängevorrichtung für Futter- und Steigrohre
in einem Verrohrungskopf bei Tiefbohrungen und ist speziell für die Ausrüstung von
Unterwassersonden geeignet.
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Um neue Ölfelder aufzufinden, werden in zunehmendem Ausmaß Tiefbohrungen
in Küstennähe unter Wasser angelegt. Gewöhnlich erstrecken sich hierbei die Futterrohrstränge
zusammen mit einem oder mehreren Steigrohrsträngen nach oben bis zu einer oberhalb
der Wasserfläche liegenden Stelle, wo sie durch einen Bohrlochkopf von bekannter
Konstruktion verschlossen werden, wie es in der gleichen Weise bei an Land angelegten
Tiefbohrungen üblich ist.
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In neuerer Zeit wurden Versuche unternommen, um Verfahren und Vorrichtungen
zu schaffen, die es ermöglichen, eine Tiefbohrung durchzuführen und abzuschließen,
bei der sowohl der Verschlußkopf der Verrohrung als auch später der Bohrlochkopf
und die Verschlußvorrichtung für den Bohrlochkopf in einer solchen Tiefe unter Wasser
liegen, daß Schiffe darüber hinwegfahren können. Vorzugsweise ordnet man den Verrohrungskopf
und das Verschlußaggregat nahe dem Meeresboden an. Um den Einbau derartiger Einrichtungen
unter Wasser in einer Tiefe zu ermöglichen, in welcher ein Taucher nicht mehr ohne
Schwierigkeiten arbeiten kann, hat es sich als erforderlich erwiesen, völlig neuartige
Vorrichtungen für diesen Zweck zu schaffen.
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Bekannt ist eine Aufhängevorrichtung in einem Gehäuse für die Aufnahme
eines einzelnen Rohrstranges, welcher von der Wasseroberfläche aus ein-und ausgebaut
werden kann.
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Das Wesentliche der Erfindung besteht in der Ausbildung von Aufhängemitteln
- im folgenden mit Hänger bezeichnet - für eine Vielzahl von Futter-und Steigrohrsträngen,
die so ausgebildet sind, daß sie, sich gegenseitig abstützend, ineinandergebaut
und gegen Verschiebung durch Druck von unten gesichert im Verrohrungskopf befestigt
werden können.
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Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung, die am Bohrlochkopf
angeordnet werden kann, umfaßt einen Verrohrungskopf mit mindestens einer einen
.Sitz bildenden Schulter, einen ersten Hänger mit als Sitze wirkenden Schultern
auf der Innen- und Außenseite, wobei sich die äußere Schulter an einer Schulter
auf der Innenseite des Verrohrungskopfes abstützen kann, ferner einen zweiten Hänger
mit mindestens einer einen Sitz bildenden Schulter auf der Außenseite, die sich
an der Schulter auf der Innenseite des ersten Hängers abstützen kann, sowie zum
Festhalten dienende Abfangkeile, die auf der Außenseite jedes Hängers so angeordnet
sind, daß sie an der Innenfläche des Verrohrungskopfes angreifen.
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Der erste Hänger kann sich direkt in dem Verrohrungskopf abstützen
oder in einem als Zwischenstück ausgebildeten Aufhängungskörper abgestützt werden,
der mit abdichtender Wirkung mit dem Verrohrungskopf verbunden ist; in diesem Falle
werden die Haltekeile so angeordnet, daß sie an dem Aufhängungskörper angreifen.
Bei Unterwassertiefbohrungen wird die Benutzung der letzteren Anordnung vorgezogen.
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Die Erfindung sieht somit eine Aufhängevorrichtung vor, die - wie
schon erwähnt - es ermöglicht, mehrere Verrohrungsstränge ineinander anzuordnen,
und innerhalb des Verrohrungskopfes oder des Aufhängekörpers sicher zu verankern,
so daß weder die in der Tiefbohrung auftretenden Drücke noch eine Wärmeausdehnung
der Futterrohrstränge dazu führen können, daß sich die Rohrstränge innerhalb des
Bohrlochs nach oben bewegen.
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Bei einer Ausbildungsform der Erfindung kann man gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung mindestens zwei Hänger jeweils einzeln unter Benutzung des
gleichen Werkzeugs in das Bohrloch einführen. Zu diesem Zweck besitzt jeder der
Hänger eine durchgehende Bohrung, und die oberen Enden dieser Bohrungen haben den
gleichen Durchmesser; ferner sind Verankerungsnuten auf der Innenfläche
jeder
dieser Bohrungen nahe dem oberen Ende derselben vorgesehen, in denen ein Werkzeug
an dem betreffenden Hänger angreifen kann.
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Ferner kann die Vorrichtung mit Mitteln versehen sein, an denen mindestens
zwei konzentrische Futterrohrstränge aufgehängt werden können; hierbei ist der am
weitesten innen angeordnete Futterrohrstrang vorzugsweise mit einem Hänger ausgerüstet,
der einen oder mehrere Steigrohrstränge aufnehmen kann, die sich an dem Hänger abstützen
können.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße; in einem
Bohrlochkopf angeordnete Aufhängevorrichtung.
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Gemäß der Zeichnung umfaßt eine typische Unterwasser-Bohrlochausrüstung,
die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist, einen Unterwasser-Verrohrungskopf
11, in welchem sich an einer Sitzfläche 13 ein Futterrohr und Steigrohr-Aufhängungskörper
12 abstützt. Innerhalb des Aufhängungskörpers 12 sind mit Hilfe von Hängern 17 und
18 mehrere Futterrohrstränge 14 und 15 aufgehängt. Gegebenenfalls kann der äußerste
Futterrohrstrang 16 bei 19 mit dem unteren Ende des Aufhängungskörpers 12 verschweißt
sein. Während die Zeichnung einen Verrohrungskopf 11 zeigt, in dem ein Aufhängungskörper
12 für Futterrohr- und Steigrohrstränge aufgehängt ist, kann bei manchen Anlagen
der Aufhängungskörper mit dem Verrohrungskopf 11 verschweißt sein oder mit ihm aus
einem Stück bestehen. Der Verrohrungskopf 11 erstreckt sich von einer Unterstützung
aus nach oben; im vorliegenden Falle wird diese Unterstützung durch eine waagerecht
angeordnete Platte 21 gebildet, die auf dem Meeresboden ruht oder in den Meeresboden
einzementiert ist. Ein Standrohr 22 ist mit dem unteren Ende des Verrohrungskopfes
11 z. B. durch Schweißen verbunden und erst-reckt sich in das im Meeresboden angelegte
Bohrloch, in welches das Standrohr vorzugsweise einzementiert ist.
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Das obere Ende des Aufhängungskörpers 12 für die Futterrohr- und Stelgrohrstränge
kann auf beliebige geeignete Weise verschlossen werden; im vorliegenden Falle ist
ein Verschlußkörper 20 mit eitler oder mehreren senkrechten $ohrungen 23
und 24 vorgesehen. Der Verschlußkörper 20 ist mit einem sich in der Umfangsrichtung
erstreckenden ausdehnungsfähigen Dichtungsorgan 25 ausgerüstet, und es ist ein Satz
von radial nach außen bewegbaren Verriegelungsstücken 26 vorgesehen, die in eine
oder mehrere Verankerungsnuten 27 eingreifen können, welche in der Innenfläche des
Aufhängungskörpers 12 ausgebildet sind. Wegen des Gewichts der gewöhn-]ich oberhalb
des Verschlußkörpers 20 angeordneten Einrichtung zum Regeln des Durchflusses, ist
auf der Innenseite des Aufhängungskörpers 12 eine Schulter 28 vorgesehen, die den
Verschlußkörper aufnimmt; somit braucht nicht das gesamte Gewicht des Aggregats
von dem obersten Hänger 17 aufgenommen zu werden; bei einer alternativen Anordnung
könnte jedoch der Hänger 17 das gesamte Gewicht aufnehmen. Bei der hier gezeigten
Ausbildungsform ist der Verschlußkörper 20 mit einem nach unten ragenden Verbindungsstück
31 versehen, an dem man zwei hier nicht gezeigte Steigrohrstränge aufhängen kann,
deren obere Enden in Gewindebohrungen 32 und 33 eingeschraubt werden. Auf der Außenfläche
des Verbindungsstücks 31 sind nahe dem unteren Ende desselben Dichtungsringe 34
od. dgl. vorgesehen; jedoch könnte man solche Dichtungsringe auch auf der Innenfläche
des obersten Hängers 17 anordnen, um eine Abdichtung zwischen dem unteren Ende des
Verbindungsstücks 31 und dem Hänger 17 zu bewirken.
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Der oberste Hänger 17 ist bei 37 auf seiner Innenseite mit einer Sitzfläche
für das untere Ende des Zwischenstücks 31 oder gegebenenfalls für einen Rohrhänger
von anderer Konstruktion versehen. Eine Schulter 40 ist auf der Außenseite des Hängers
17 ausgebildet; diese Schulter kann mit einer Schulter oder Sitzfläche 41 auf der
Innenseite des unteren Hängers 18 zusammenarbeiten, und vorzugsweise sind Dichtungen
42 vorgesehen, um an der Anlagestelle eine Abdichtung zu bewirken. Bei den Dichtungen
42 kann es sich um auf Druck beanspruchte Packungen handeln, jedoch könnte man auch
Dichtungsringe von kreisrundem oder quadratischem Querschnitt verwenden.
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An der Außenseite des unteren Hängers 18 ist eine Tragschulter 43
ausgebildet, die sich an einer dazu passenden Schulter 44 auf der Innenseite
des Aufhängungskörpers 12 abstützen kann. Zwischen den Sitzflächen 43 und 44 sind
Dichtungen 45 angeordnet. Vorzugsweise ordnet man einen großen Dichtungsring
46 oder ein anderes Dichtungsorgan zwischen dem Aufhängungskörper 12 und
dem Verrohrungskopf 11 an, und es werden Hilfsdichtungen 47 und 48 an der Sitzfläche
oder Schulter 51 am unteren Ende des Aufhängungskörpers 12 vorgesehen, das sich
an der Schulter 13 auf der Innenseite des Verrohrungskopfes 11 abstützt. Wie schon
erwähnt, ist es bei vielen Tiefbohrungen, insbesondere bei solchen, die an Land
angelegt sind, möglich, den Aufhängungskörper 12 mit dem Verrohrungskopf 11 zu verschweißen
oder diese Teile zu einem einzigen Bauteil zu vereinigen. Um das Niederbringen der
Tiefbohrung und ihre Fertigstellung zu erleichtern, wenn das Bohrloch unter Wasser
auf dem Meeresboden angelegt wird, ist es jedoch vorzuziehen, eitlen mit dem Verrohrungskopf
11 lösbar verbundenen Aufhängungskörper 12 für die Futterrohr- und Steigrohrstränge
zu verwenden. Der Aufhängungskörper 12 ist vorzugsweise mit mehreren unter Federspannung
stehenden Haltekeilen 52 versehen, die an der Innenfläche des Verrohrungskopfes
angreifen und den Aufhängungskörper fest in seiner Lage halten, wenn er Druckkräften
ausgesetzt wird, die Ibestrebt sind; ihn nach oben zu bewegen. Ferner kann der Verrohrungskopf
11 auf der Außenseite oder auf der Innenseite reit einer oder mehreren Nuten
53 versehen sein, damit man an dem Verrohrungskopf ein Werkzeug verankern kann,
wenn der Verrohrurigskopf eingebaut werden soll. Zwar zeigt die Zeichnung, daß der
Verrohrungskopf 11 in seiner Wand eine Öffnung 54 aufweis" doch ist diese Öffnung
normalerweise während der Bohrarbeiten und nach der Fertigstellung des Bohrlochs
durch ein hier nicht gezeigtes Ventil verschlossen.
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Die Hänger 17 und 18 sind mit Haltekeilen 51 bzw. 58 ausgerüstet,
die auf den Außenflächen der Hänger so angeordnet sind, daß sie an durch einen senkrechten
Abstand getrennten Punkten an der Innenflache des Aufhängungskörpers 12 angreifen.
Auf diese Weise sind die Futterrohrstränge 14 und 15
mit Hilfe der
zugehörigen Hänger 17 und 18 unabhängig voneinander an dem Aufhängungskörper 12
verankert, und zwar derart, daß sie nicht durch Druckkräfte oder eine Wärmeausdehnung
der Rohrstränge nach oben bewegt werden können. Die Haltekeile 58 sind nach oben
gerichteten Kräften ausgesetzt, welche nur auf den Druck zurückzuführen sind, der
in dem Ringraum 59 zwischen den Futterrohrsträngen 15 und 16 herrscht; diese Kräfte
sind bestrebt, den unteren Hänger 18 von der Sitzfläche 44 abzuheben. Wenn dagegen
der obere Hänger 17 nicht in dem unteren Hänger 18 nur abgestützt, sondern daran
verankert wäre, würden die unteren Haltekeile 58 nach oben gerichteten Kräften ausgesetzt
sein, die auf den Druck zurückzuführen sind, welcher in den Ringräumen 59 und 60
zwischen den Futterrohrsträngen 14, 15 und 16 herrscht.
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Die Hänger 17 und 18 sind jeweils nahe ihrem oberen Ende mit einer
oder mehreren Nuten 61 bzw. 62 versehen, an denen ein Werkzeug verankert werden
kann, mittels dessen man die Hänger 17 und 18 zusammen mit den daran befestigten
Futterrohrsträngen 14 und 15 in das Bohrloch herablassen kann. Vorzugsweise haben
beiden Hänger 17 und 18 nahe dem oberen Ende ihrer durchgehenden Bohrung, d. h.
im Bereich der Verankerungsnuten 61 und 62 den gleichen Innendurchmesser, so daß
man ein und dasselbe hier nicht gezeigte Werkzeug benutzen kann, um die beiden Hänger
17 und 18 in den Aufhängungskörper 12 einzuführen. Da außerdem der obere Hänger
17 so ausgebildet ist, daß die zugehörigen Haltekeile 57 an der Innenfläche des
Aufhängungskörpers 12 angreifen, kann man die durchgehende Bohrung des Hängers 17
über einen erheblichen Teil ihrer Länge erweitern, wie es bei 63 angedeutet ist,
um das Verbindungsstück 31 unterzubringen, an dem eine oder mehrere hier nicht gezeigte
Steigrohrleitungen aufgehängt werden können. Da die Bohrungserweiterung 63 einen
größeren Aufnahmeraum bildet, könnte man alternativ einen anderen Hänger für einen
Futterrohr- oder Steigrohrstrang von erheblich größerem Durchmesser verwenden.