DE2505410A1 - Rohrgruppe fuer bohrplattformen und verfahren zu ihrer aufstellung - Google Patents

Description

• Rohrgruppe für Bohrplatiformen und Verfahren zu ihrer Aufstellung Die Erfindung betrifft eine Rohrgruppe (Riserrohre) für Bohrplattformen, die bei dem Anbohren von Meereslagerstätten und Gewinnen von Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt wird und sich von dem Meeresgrund bis zum Arbeitsdeck erstreckt.
• Üblicherweise werden die Rohre bei der Erstellung der Rohrgruppe nach der Aufstellung der Bohrplattform einzeln an ihr montiert, was nicht nur zeitraubend, sondern auch materialaufwendig ist, weil die einzelnen Rohre den auf sie wirkenden Kräften allein standhalten müssen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders wirtschaftliche und feste Konstruktion für die Riserrohre zu schaffen, wodurch nicht zuletzt der Transport und die Montage derselben an der Bohrplattform erleichtert werden.
• Die Erfindung besteht darin, daß die einzelnen Rohre der Gruppe mit Hilfe von Ve rbindungs elementen ein einziges Rohrpaket darstellen.
• Durch diesen Verbund der Riserrohre - die zweckmaßig innerhalb eines rechteckigen Umfanges pro Paket neun und mehr betragen können - durch statisches Zusanqmenwirken derselben wird eine Steifigkeit erreicht, die die des Einzelrohres um mehr als das 2 000-fache übersteigen kann. Das Einzelrohr ist hier mit einem Außendurchmesser von 30 Zoll und einer Wanddicke von 1, 5 Zoll zugrunde gelegt; der Abstand der Rohre voneinander beträgt 2, 4 m, um die Rohrabschlüsse u. dgl. unterbringen zu können.
• Die relativ große Wanddicke von 38 mm (1, 5 Zoll) wurde bisher im allgemeinen deswegen benötigt, uirJ dem Einzelrohr eine größere Steifigkeit zu geben und um die Zwischenstützungen nicht allzu eng setzen zu müssen. Bei dem statisch gemeinsam wirkenden Rohrpaket hingegen ist die Steifigkeit (Trägheitsmoment) von der Wanddicke linear, von den Abständen der Rohre zueinander aber quadratisch abhängig, so daß es in diesem Falle möglich sein wird, die Wanddicke beträchtlich, etwa auf eine solche von 20 mm reduzieren zu können. Dies ist für die Kosten der Riserrohre und für die Handhabung bei Transport und Aufstellung von Vorteil. Es ist anzunehmen, daß die ungewöhnlich großen Wanddicken, die für die hinreichende Steifigkeit des Einzelrohres erforderlich gewesen sind, unter diesem Gesichtspunkt für das Rohrpaket nicht mehr maßgeblich sein werden.
• Das Gesamtverfahren, die Riserrohre unter Onshore-Bedingungen vollständig vorzufertigen und als komplettes Bündel an der Bohrplattform anzuordnen, ermöglicht über die Materialeinsparung bei den Rohren hinaus noch beträchtliche weitere Kosteneinsparungen von der Verfahrensseite her.
• Es ist möglich, die Bohrplattform mit einer bzw. zwei bzw. drei voneinander unabhängigen Bohranlagen auszurüsten, um die lange Zeitdauer der Herstellung der Produktionsbohrungen entsprechend reduzieren zu können.
• Für diese Riserrohr-Konzeption eröffnet sich auch die Möglichkeit, das insoweit betriebsfertige Rohrpaket unter Onshore-Bedingungen herzustellen, zumal es schwimmfähig ausgebildet ist.
• Es sind zwei Grundausführungen dargestellt. Bei der einen wird das Rohrpaket mit Riegeln, Querschotten und einer Bodenwanne vollständig auf einem Bauplatz durch Schweißen hergestellt; bei der anderen Ausführung besteht zwischen den Riserrohren und einem Traggerüst eine lös- und feststellbare Verbindung, in der Weise daß die Riserrohre durch Abschnitte von Führungsrohren des Traggerüstes lose aufgenommen werden.
• Dabei bilden vorteilhaft die Rohre mit den Führungsrohren abgedichtete Ringkammern, in die je ein mit einem Verteiler für Zementmilch in Verbindung stehendes Injektionsrohr einmündet, um dort die Rohre durch Ausbetonierung festzulegen, nachdem sie in den Boden gerammt worden sind.
• Die Riserrohre ragen über die Bodenwanne je nach Erfordernis zehn, zwanzig, dreißig oder mehr Meter hervor. Die Flächenpressung beträgt wegen der geringen Aufstandsfläche ca. das Hundertfache der möglichen Pressung auf dem Meeresboden, so daß schon durch das Eigengewicht des gefluteten Rohrpaketes ein tiefes Eindringen in den Meeresboden gewährleistet ist.
• Erforderlichenfalls wird dieses durch Ansetzen einer Zusatzkraft von tausend oder mehr Tonnen noch erhöht. Das Eindringen ist beendet, indem die großflächige Bodenwanne auf dem Meeresboden zur Anlage kommt.
• Um die Riserrohre außer der Befesti'gung am Deck und der Verlagerung im Meeresboden nur noch an einer Stelle, und zwar auch für größte Wassertiefen etwas unterhalb der Wasseroberfläche, d. h. im Bereich der wesentlichen Belastung aus Wind und Wellen, befestigen zu können, ist zweck~ mäßig an der Bohrplattform ein Stützlager vorgesehen. Die Berechnung des Rohrpaketes erfolgt als Fachwerk unter Hinzuziehung des Eigengewichtes.
• Die Eindringtiefe der Riserrohre ist mit ca. 30 m ausreichend. Um dieses Maß ragen die Riserrohre über ein Bodenstück (Stahlblech-Bodenwanne bzw.
• Beton-Bodenstück von einer runden bzw. quadratischen Abmessung von ca. 20 m Durchmesser bzw. Seitenabmessung) hinaus. Die Riserrohre sind gegeneinander mit schmalen Stegen, die den Eindring-Widerstand nur geringfügig erhöhen, festgelegt.
• Das Rohrpaket wird auch für größte Längen mit abgedichteten Rohrenden zu der Location geschleppt, dort durch teilweises Fluten in eine lotrechte Position gebracht und seitlich an die Bohrplattform in der planmäßigen Position gestellt. Durch vollständiges Fluten und erforderlichenfalls durch Aufbringen einer Kraft, die zwischen Deck und dem oberen Abschluß der Riserrohre angesetzt wird, kann die Eindringtiefe des Rohrpaketes in den Meeresboden noch erhöht werden.
• Die Riserrohre werden in ihrer Länge so ausgelegt, daß sie mit ihrem oberen Ende die Deckoberfläche nach planmäßigem Eindrücken erreichen. Dafür wird das Deck so ausgespart, daß die Rohrpakete seitlich an das Deck und an die Abstützung im Bereich der Bohrplattform-Schließpunkte herangestellt werden können.
• Die Verlängerung der Rohre nach oben wird entweder durch Rockwell-Verbindungen oder durch Anschweißen bewerkstelligt. Beim Eintreiben der Einzelrohre vom Deck aus werden die erforderlichen Rohrlängen oben ängestückt.
• 2 Die Rohrstirnflächenpressung liegt im Bereich von 200 - 500 kg/ cm . Das ist etwa das Hundertfache der Tragfähigkeit des Meeresbodens, so daß ein Eindringen des Rohrpaketes um ca. 30 m durchaus zu erwarten ist. Das Eindringen wird durch die Auflage des Bodenstückes beendet.
• Bisher ist das Rohrpaket am Deck aufgehängt gewesen. Nachdem die Riegel statisch wirksam geworden sind, wird die Aufhängung gelöst, und die gesamte Last des Riserrohr-Paketes wird unmittelbar in den Meeresboden eingetragen.
• Um auch während des Transportes das Paket statisch verbunden zu haben, könnte man sich Spann-Systeme vorstellen, die später, wenn das Paket auf der Location abgeschwenkt wird, gelöst werden können.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 eine dreibeinige Bohrplattform in einsatzbereitem Zustand, Fig. 2 eine Draufsicht auf das Arbeitsdeck, Fig. 3 eine Gruppe von Riserrohren in aufgestelltem Zustand, Fig. 4 das meeresgrundseitige Ende der Riserrohr-Gruppe, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 4, Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 4, Fig. 8 eine andere Ausführungsform der Riserrohr-Gruppe, Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 8, Fig. 10 eine in Kreis gesetzte Einzelheit A der Fig. 8 im Schnitt, Fig. 11 die Befestigung der Riserrolir-Gruppen an der Bohrplattform unterhalb des Wasserspiegels, Fig. 12 den Seet ransport einer Riserrohr-Gruppe, Fig. 13 eine Montagephase der Riserrohr-Gruppe an der Bohrplattform und Fig. 14 eine weitere Montagephase der Riserrohr-Gruppe.
• An einer Bohrplattform 1, deren Arbeitsdeck 2 durch drei als Fachwerk hergestellte Beine 3 gestützt wird, sind gemäß Fig. 1 und 2 in drei Gruppen zusammengefaßte und senkrecht verlaufende Rohre 4 (Riserrohre) befestigt.
• Sie stecken zum Teil in dem Meeresgrund und ragen bis zum Arbeitsdeck 2 hinauf, wo sie einzeln mit drei Bohrtürmen 5 in Verbindung stehen.
• Die Bohrtürme 5 mit den zugehörigen Rohrgruppen sind von oben gesehen zwischen den Beinen 3 angeordnet.
• Wie die Figuren 3 bis 7 zeigen, ist jede der Rohrgruppen als ein einziges Rohrpaket 6 hergestellt. Zu diesem Zweck sind die einzelnen Rohre 4 oder auch Rohrstränge in quadratischen Querschotten 7 eingeschweißt, die parallel zueinander und entlang des Rohrpaketes 6 in Abständen übereinander angeordnet sind und die Rohre 4 auf dem Umfang sowie innerhalb desselben.
• gleichmäßig verteilt aufnehmen. Außen an den Seiten des quadratischen Rohrpaketes 6 befinden sich Streben 8, die sich paarweise und diagonal jeweils zwischen zwei Querschotten 7 erstrecken und somit eine X-Form aufweisen.
• Sie sind mit den äußeren Rohren 4 verschweißt.
• In etwa 10 bis 40 m Abstand von dem unteren Ende des Rohrpaketes 6 und kurz unterhalb des letzten Querschottes 7 durchsetzen die Rohre 4 ein kreisförmiges, zentral angeordnetes Bodenblech 9, das weit über den Umfang des Rohrpaketes 6 auskragt und durch radial verlaufende Rippen 10 mit den äußeren Rohren 4 und dem Querschott 7 verbunden ist, so daß dadurch eine kräftige Wanne 11 entsteht, die das Einsacken des Rohrpaketes 6 in den Meeresgrund begrenzt.
• Die unteren freien Enden der Rohre 4 sind untereinander durch hochkantgestellte Flacheisen 12 verbunden, damit sie während des Eindringens in den Meeresgrund gemeinsam tragen und das Eindringen doch nicht erschweren.
• In verhältnismäßig geringem Abstand von der Wasseroberfläche nach unten (ca. 20 m) ist das Rohrpaket 6 von einem Stützlager 13 umgeben, das ein fester Bestandteil des Plattform gestells ist mid das Eintreiben des Rohrpaketes 6 in den Meeresgrund gestattet, wenn dieses über seinem Standort senkrecht steht. Im Bereich des Stützlagers 13 und der Wanne 11 sind die größten Kräfte zu erevavten, die auf I. s Rohrpaket 6 einwlrkcn. Die Abstände der Querschotte 7 sind daher dort @ürzer als im übrigen Bereich des Rohrpaketes 6.
• Während das vorbeschriebene Rohrpaket 6 bei der Aufstellung als eine Einheit in den Meeresboden eindringt, gestattet ein Rohrpaket 6a gemäß den Figuren 8 bis 10, die Rohre 4 einzeln in den Meeresgrund zu treiben, indem ein fachwerkartiges Traggerüst 16 die Rohre 4 verschiebbar aufnimmt.
• Hier sind die Querschotte 7 des Rohrpaketes 6 durch Abschnitte von Führungsrohren 14 ergänzt, die die Rohre 4 mit Spiel aufnehmen und untereinander durch Verbindungsbleche 15 verbunden sind. Die einzelnen Ebenen der Führungsrohre 14 sind, ähnlich wie in Figur 4, durch Streben 8a getragen.
• Entlang des Rohrpaketes 6a ist eine Hauptleitung 17 angeordnet, die jeweils in den Ebenen der Führungsrohre 14 über ein Ventil 18 zu einem Verteiler 19 für Zementmilch abzweigt. Der letztere ist durch Injektionsrohre 20 m.it Ringkammern 21 verbunden, die zwischen den Rohren 4 und den Führungsrohren 14 gebildet sind sowie unten eine Dichtung 22 und oben einen Drosselspalt 23 aufweisen. Klemmschrauben 24 in den Führungsrohren 14 dienen dazu, die Rohre 4 vor dem Einrammen in dem Traggerüst 16 festzulegen.
• Nachdem die Rohre 4 ihre Betriebslage in dem Meeresgrund und in bezug auf das Arbeitsdeck 2 erreicht haben, werden sie durch Betonfüllung 31 in den Ringkammern 21 mit dem Traggerüst 16 fest verbunden.
• Fig. 11 zeigt den Sitz des Rohrpaketes 6 oder 6a in den Stützlagern 13.
• Letztere sind mit Stützen 25 an den Beinen 3 abgefangen und dem Umfang der Rohrpakete 6 oder 6a angepaßt und weisen nach außen hin Schließriegel 26 auf, die nach der Montage der Rohrpakete 6 oder 6a aufgesetzt werden.
• Die Rohrpakete 6 oder 6a, die schwimmfällig sind, werden auf dem Land liegend gebaut und nach Abdichtung der Enden in dieser Lage zu der Lagerstätte geschleppt. Der Transport kann auf dem Wasser oder bei teillveisem Fluten der Rohre 4 in dem Wasser erfolgen (Fig. 12).
• Am Standort der Bohrplattform 1 (Fig. 1 3 und 14) werden die Rohrpakete, gegebenenfalls mit Hilfe von zusätzlichen Auftriebskörpern 27, durch Fluten in senkrechte Schwimmlage gebracht und seitlich in einen Ausschnitt 28 des Arbeitsdecks 2 und in das darunterliegende Stützlager 13 eingefahren. Nach Montage der Schließriegel 26 erfolgt das Eintreiben der Rohrpakete 6 oder 6a in den Meeresgrund. Dabei kann eine hydraulische Drückeinrichtung 29 für das Rohrpaket 6 oder eine Rammeinrichtung 30 für das Rohrpaket 6a eingesetzt werden. Abschließend werden die Rohrpakete an dem Arbeitsdeck 2 befestigt.
• Das Aufstellen der Rohrpakete kann auch derart vonstatten gehen, daß man sie an der Bohrplattform 1 anlenkt und das freie Ende allmählich herunterschwenkt.

Claims (15)

Patentansprüche

1. Rohrgruppe (Riserrohre) für Bohrplattformen, die bei dem Anbohren von Meereslagerstätten und Gewinnen von Gasen wind Flüssigkeiten eingesetzt wird und sich von dem Meeresgrund bis zum Arbeitsdeck erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre (4) der Gruppe mit Hilfe von Verbindungselementen (7, 8; 16) ein einziges Rohrpaket (6; 6a) darstellen.

2. Rohrgruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrpaket (6; Ga) selbständig schwimnlfähig ausgebildet ist.

3. Rohrgruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrpaket (ß; 6a) einen rechteckigen Umfang aufweist.

4. Rohrgruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch entlang des Rohrpaketes (6) in Abstand angeordnete und mit den Rohren (4) verschweißte Querschotte (7) und außen an dem Rohrpaket angeordnete Streben (8), die jeweils zwischen zwei Querschotten diagonal verlaufen und mit den Rohren verschweißt sind.

5. Rohrgruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem meeresgrundseitigen Bereich des Rohrpaketes (6; Ga) eine über den Umfang derselben auskragende ortsfeste Wanne (11) angeordnet ist, über die die Rohre (4) um einen Bruchteil ihrer Länge hinausragen.

6. Rohrgruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrpaket (6; 6a) an einer um einen Bruchteil seiner Länge unter dem Meeresspiegel liegenden Stelle mit einem Stützlager (13) zur Abstützung an der Bohrplattform (1) versehen ist.

7. Rohrgruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Wanne (11) hinausragenden Enden der Rohre (4) durch hochkantgestellte Flacheisen (12) miteinander verbunden sind.

8. Rohrgruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselemente Absclmitte von Führungsrohren (14) dienen, die in ein gesondertes Traggerüst (16) eingegliedert sind.

9. Rohrgruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) in den Führungsrohren (14) verschiebbar, jedoch feststellbar gelagert sind.

10. Rohrgruppe nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) mit den Führungsrohren (14) abgedichtete Ringkammern (21) bilden, in die je ein mit einem Verteiler (19) für Zementmilch in Verbindung stehendes Injektionsrohr (20) einmündet.

11. Anwendung einer Rohrgruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Bohrplattform. dadurch gekennzeicEInet, daß mindestens ein Rohrpaket (6; 6a) zur seitlichen Befestigung an dem Arbeitsdeck (2) bestimmt ist.

12. Anwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsdeck (2) Aussclmitte (28) für die Aufnahme der Rohrpakete (6; 6a) besitzt.

13. Anwendung nach Anspruch 1 oder 12 bei einer dreibeinigen 13ohrplattform, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrpaket (6; 6a) zwischen zwei Beinen (3) angeordnet ist.

14. Verfahren zur Aufstellung eines Rohrpaketes nach Anspruch 2, gekenn zeichnet durch folgende Schritte: a) das Rohrpaket wird in seiner waagerechten Raumlage zu Wasser gelassen, b) das Rohrpaket wird zu dem für die Plattform gewünschten Standort - gegebenenfalls unter Wasser - geschleppt, c) die einzelnen Rohre werden nacheinander so geflutet, bis das Rohrpaket lotrecht stabil schxvimmt, d) das Rohrpaket wird seitlich an den entsprechenden Stellen der Plattform angesetzt, e) das Rohrpaket wird in den Meeresgrund eingetrieben, bis die Wanne aufliegt.

f) das Rohrpaket wird über das Stützlager mit dem Tragwerk der Plattform und in dem Oberbereich mit dem Arbeitsdeck verbunden.

15. Verfahren zur Aufstellung eines Rohrpaketes nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schritten e) und f) folgender Schritt eingefügt wird: e 1) der Sockelbereich des Rohrpaketes wird einbetoniert.