DE2941228A1

DE2941228A1 - Vorrichtung zum auffangen von erdoelen/erdgasen aus dem meerwasser bei freiem, unkontrolliertem austritt aus dem meeresboden im shore- und offshorebereich

Info

Publication number: DE2941228A1
Application number: DE19792941228
Authority: DE
Inventors: Kirsten geb. Eppmann Dipl.-Ing. 4520 Melle Eppmann
Original assignee: EPPMANN GEB EPPMANN KIRSTEN DI
Current assignee: EPPMANN GEB EPPMANN KIRSTEN DI
Priority date: 1979-10-11
Filing date: 1979-10-11
Publication date: 1981-05-07
Also published as: DE2941228C2

Description

Vorrichtung zum Auffangen von Erdölen/Erdgasen aus
dem Meerwasser bei freiem, unkontrolliertem Austritt aus dem Meeresboden im Shore- und Offshore-Bereich Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auffangen von Erdölen/Erdgasen aus dem Meerwasser bei freiem, unkontrolliertem Austritt aus dem Meeresboden (Springer, blow st) im Shore- und Offshore-Bereich sowie auf allgemeine blleckagen aus der Tiefe beliebiger Gewässer.
Durch nicht auszuschließendes menschliches als auch technisches Versagen geraten niedergebrachte Erdöl", Erdgasbohrungen wio geschehen zeitweise außer Kontrolle. Je nach der geologischen Beschaffenhelt des Meeresbodens, Wassertiefe und Lagerstätten druck sowie der anwendbaren technologischen Abdichtverfahren - z. B. Schwerspülungen, Bohrlochsprengungen - nimmt es Zeit in Anspruch, diese Bohrungen erneut unter Kontrolle zu bringen oder zu schließen - im schlimmsten Falle bis der Lagerstättendruck auf den hydrostatischen Meerwasserdruck abgefallen ist. Während dieser Zeitdauer strömen einerseits wertvolle Rohstoffe unwiederbringlich ins Freie, andererseits sind bereits schwerste ökologische Schäden aufgrund der zusätzlichen Belastung durch das konzentrierte Auftreten des Erdöles erfolgt. Die Erfindung bezweckt daher für diese Stördauer ein Auffangen und eine weitestgehende mechanische Abscheidung wenigstens der Erdöle aus dem Meer'asser, um die Umweltverschmutzung auf ein technologisch mögliches Mindestmaß zu verringern, sowie einen wirtschaftlichen Gewinn durch die mögliche Weiterverarbeitung der gewonnenen Rohstoffe zu erzielen.
Definierte Vorrichtungen bzw.

Unte:

die umweltschädlichen Erdöle aus dem Meerwasser abzuscheiden, sind bisher nicht erfolgt, da das offensichtliche Ziel in der Abdichtung des Bohrloches besteht.
Ausgeführte Versuche den Schadensumfang - wenn auch nur geringfügig - zu beschränken führten a) zum Vernichten eines Teiles der Erdöle durch Verbrennen der Erdgase und der leichter flüchtigen Bestandteile der Erdöle, b) zum Abpumpen der dünnen Erdölschicht auf dem Meerwasser in Form eines Zweiphasengemisches mit hohem Meerwasseranteil, c) zur chemischen Bekämpfung (eine andere Form der Umweltbelastung).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nah dem unkontollierten Austreten der Erdgase/Erdöle aus dem Meeresboden diese außerhalb des Bohrloches im freien Meerwasser erneut zu kontrollieren und von diesem zu trennen - vorrangig die Erdöle weitestgehend mechanisch aufzufangen und abzuscheiden. Die gleichzeitig erfolgende Rückgewinnung,wenigstens der Erdöle,ist dabei ebenfalls von Bedeutung. Erdöle und Erdgase können anschließend in verhältnismäßig reiner Form weiteren Aufbereitungsverfahren zugeführt werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mittels zweier Ausführungen (Fig. 1, 2, 3 - Fig. 4, 5, 6) lösbar, die sich allein durch die Druckstufe der eingesetzten Systeme und die aufzubringenden Gegenkräfte (Ballast der schwimmkörper (4), Abspannvorrichtung (6) ) unterscheiden. Aufgrund von Wind- und Seegangsverhältnissen muß entsprechend festgelegt werden, die Abscheidevorrichtung (*) unmittelbar ober- bzw. unterhalb der Meeresoberfläche unter geringem Überdruck oder sie als Auf fang- und Abscheidevorrichtung kombiniert (1/2) direkt über dem Bohrloch anzubringen. Im letzteren Falle ist aufgrund des hydrostatischen Druckes das Volumen der Erdgase geringer, die Bauform somit kleiner. Es stellt sich jedoch in jedem Falle ein mit der Wassertiefe veränderlicher Differenzdruck zwischen der Förderleitung (13) der Erdgase und dem umgebenden Meerwasser ein, gleich ob die Regelarmattr)/unten oder oben an der Förderleitung (13) befindlich ist. Bei größeren Meerestiefen und starren Förderleitungen (13) kann mit mehreren Zwischendruckentspannungen in Abhängigkeit der Wassertiefe oder mit nachgiebigen, selbsttragenden, beschichteten Gewebeschläuchen gearbeitet werden, die ihre Strömungsdurchtrittsfläche dem jeweiligen hydrostatischen Druck anpassen.
Ausführung 1: (Fig. 1, 2, 3) - Auffang- (1), Förder- (3), Abscheidevorrichtung (2).
- Alle Medien und Ausrüstungsteile sind im Gleichgewicht zum hydrostatischen Druck.
- Die Abscheidevorrichtung -(2) steht unter geringem Überdruck.
Die Auffangvorrichtung (1) wird mit geöffnetem, seitlichem bgangikräftefrei direkt über das Bohrloch seitlich eingeschwommen und r::ort festgehalten. Das völlig unkontrollierte - jedoch noch nicht kontrollierte Ausbreiten des Zweiphasengemisches Erdgase/Erdöle im Meerwasser ist damit unterbunden.
Anschließend kann die Fördervorrichtung (3) für das Dreiphasengemisch Erdgase/Erdöle/Meerwasser, bedingt durch den Gaslift-Effekt, entsprechend Eintauchtiefe der Abscheidevorrichtung (2) angebracht werden - sofern sich beide nicht in bereits verbundenem Zustand befinden. Dann nimmt die Abscheidevorrichtung (2) ihre unveränderliche Lage über dem Austritt der Fördervorrichtung (3) ein. Aufgrund der Zünd- und Explosionsfähigkeit von Erdgas-Luftgemischen ist der Gasraum der Abscheidevorrichtung (2) völlig mit Inertgas (z. B. Stickstoff, Abgase von Explosionsmotoren) unter leichtem Überdruck gefüllt. Durch Umschalten der mechanisch bzw. regelungstechnisch miteinander verriegelten Absperrarmaturen)/zwischen Auffang-(1) und Fördervorrichtung (3) wird nun das Zweiphasengemisch ohne Strömungswiderstände (Drosselung) einfach in die Fördervorrichtung (3) umgeleitet und, da es dort überall im hydrostatischen Gleichgewicht zur Umgebung steht, durch den Gaslift-Effekt Meerwasser mitgerissen. Aufgrund Querschnittserweiterung, Geschwindigkeitserniedrigung, Verweilzeitverlängerung in der Abscheidevorrichtung (2) können sich alle drei Phasen aufgrund der natürlichen Dichteunterschiede voneinander trennen. Die Erdgase lassen bei Eintritt in die Abscheidevorrichtung (2) unmittelbar die automatisch arbeitenden während die Erdöle - da sie durch die Wandung der Abscheidevorrichtung (2) an waagerechter Ausdehnung gehindert werden -sich zu einer dicken Schicht nach unten hin aufbauen, die aus einem Beruhigungsraum definiert abgepumpt werden kann.
Sollte der Erdölanteil des ins Meer zurückströmenden Meerwassers zu groß sein, läßt sich die Abscheidevorrichtung (2) unten geschlossen ausführen. Entsprechend einem Abpumpsystem für Erdöle kann zusätzlich ein Meerwasser-Abpumpsystem mit nachfolgender Vorrichtung zur Feinabscheidung der Erdöle angeschlossen werden.
Die Weiterverarbeitung der rückgewonnenen Rohstoffe kann in technologisch üblicher Weise erfolgen wie: Abfackeln oder Verdichten und Verflüssigen der Erdgase bzw. Aufarbeitung der Erdöle in Raffinerien.
Ausführung 2: (Fig. 4, 5, 6) - Auffang- mit Abscheidevorrichtung (1/2) kombiniert.
- Auffang/Abscheidevorrichtung (1/2) mit darin enthaltenen Medien im Gleichgewicht zum hydrostatischen Druck, jedoch unter Auftriebskräften stehend.
- Förderleitung (13) mit darin enthaltenen Erdgasen im Ungleichgewicht zum hydrostatischen Druck.
Die Auffang/Abscheidevorrichtung (1/2) wird mit geöffnetem, seitlichem Abganglkräftefrei direkt über das Bohrloch seitlich eingeschwommen und dort sicher befestigt. Das völlig unkontrollierte, jedoch noch nicht kontrollierte Ausbreiten des Zweiphasengemisches Erdgase/Erdöle im Meerwasser ist damit unterbunden.
Anschließend können die Förderleitungen (13) für die beiden Phasen Erdgase/Erdöle voneinander getrennt angebracht werden, sofern sich Förderleitungen (13) und Auf fang/Abscheidevorrichtung (1/2) nicht in bereits verbundenem Zustand befinden.
Aufgrund der Zünd- und Explosionsfähigkeit von Erdgas-Luftgemischen ist der Gasraum der Förderleitung (13) völlig mit Inertgas unter leichtem Überdruck gefüllt. Durch Umschalten der mechanisch bzw. regelungstechnisch miteinander verriegelten Absperrarmaturen/zwischen Förderleitung (13) und Auffang/Abscheidevorrichtung (1/2) wird die abgeschiedene Phase Erdgase mittels Strömungswiderständen (gedrosselt) definiert abgegeben Die Auffang/Abscheidevorrichtung (1/2) erfährt einen Auftrieb entsprechend dem durch die Erdgase verdrängten Meerwasservolumen, die Erdöle bauen sich zu einer dicken Schicht nach unten hin auf, die aus einem Beruhigungsraum definiert abgepumpt werden kann.
Bei entsprechend großer Meerestiefe und festgelegter Förderhöhe über der Meeresoberfläche kann gegebenenfalls auf eine Pumpanlage verzichtet werden, da erst eine höhere Ölsäule mit geringerer Dichte den gleichen hydrostatischen Druck wie eine Meerwassersäule mit höherer Dichte erzeugt. In Abhängigkeit dieses hydrostatischen Druckes und der Möglichkeit eines Wärmeentzuqes in der Auffang/Abscheide- sowie der

ULtr*nq

Förderw7eriEht#ng

ist bei Einsatz dieser Ausführung vorher sorgfältig zu untersuchen, ob eine Phasenänderung der Erdgase eintreten kann. Zu beachten ist weiterhin, daß meß- und regelungstechnsche Ausrüstung und bei Bedarf drehende Maschinenteile in größerer Wassertiefe zuverlässig arbeiten und auch dort möglicherweise ersetzt werden müssen.
Die Erfindung nach Ausführung 1 (Fig. 1, 2, 3) und 2 (Fig. 4, 5, 6) läßt sich vorsorglich bereits an einer feststehenden oder schwimmenden Bohrinsel anbringen (Fig. 7, 8, 9). Die Auffang- (1) und Abscheidevorrichtung (2) befinden sich unterhalb der Meeresoberfläche und bilden mit geöffnetem, seitlichem Strömungswiderstände für plötzlich unkontrolliert austretende Erdgase/Erdöle. Das Bohrgestänge (12) wird im Normalbetrieb durch Kugel armaturen oder leicht verschließbare Stutzeniauf den Auf fang- (1) und Abscheidevorrichtungen (2) gefüh(rt. Im Störfall muß es entfernt und die Kugelarmaturen oder Stutzenlverschlossen werden. Anschließend wird die Fördervorrich ung (3) zwischen Auffang- (1) und Abscheidevorrichtung '2) angebracht und das Gesamtsystem in Betrieb genommen.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Auffangen von Erdölen/Erdgasen aus dem Meerwasser bei freiem, unkontrolliertem Austritt aus dem Meeresboden im Shore- und Offshorebereich sowie allgemeiner ö1-leckagen aus der Tiefe beliebiger Gewässer, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie aus einer Auffang- (1) und Abscheidevorrichtung (2) besteht und die natürlichen Dicnteunterschiede der beteiligten Phasen (Erdöle/Erdgase/Meerwasser) ausnutzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß Auffang- (1) und Abscheidevorrichtung (2) durch eine Fördervorrichtung (3) verbunden sein können.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, da£ Auffang (1), Förder- (3) und Abscheidevorrichtung (2) aus beliebigen Werkstoffen und in beliebiger Bauweise (tragend/selbsttragend) gefertigt sein können.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß Auffang- (1), Förder- (3) und Abscheidevorrichtung (2) sich auf dem Meeresboden abstützen, schwimmend verankert sind, schwimmend durch Hilfsenergie am Ort gehalten werden oder aus einer Kombination dieser Möglichkeiten bestehen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auffangvorrichtung (1) grundsätzlich einen offenen Auffangquerschnitt aufweist, Förder- (3) und Abscheidevorrichtung (2) , jedoch in nicht allseitig oder allseitig geschlossener Bauweise ausgeführt sein können.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fördervorrichtung (3) aus senkrechten oder geneigten Elementen besteht, die nach dem Gaslift-Effekt als (aktive) Fördereinheiten (3) (Fig. 1, 2, 3, 7, 8, 9) oder nur als (passive) Förderleitungen (13) (Fig. 4, 5, 6) arbeiten.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abscheidevorrichtung (2) unmittelbar oberhalb der Meeresoberfläche unter Umgebungsdruck/ geringem Überdruck arbeitet (Fig. 1, 2, 3, 7, 8, 9), daß sie uslmittelbar unterhalb der Meeresoberflache unter höherem hydrostatischen Überdruck entsprechend der Wassertiefe arbeitet (Fig. 1, 2, 3, 7, 8, 9), daß sie am Meeresboden unter hohem hydrostatischen Überdruck entsprechend der Wassertiefe arbeitet (Fig 4, S k 6).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die abgeschiedenen Erdöle aus einem Beruhigunysraum mittels Hilfsenergie oder bei entsprechend großer Wassertiefe mittels des natürlichen Druckunterschiedes (Dichteunterschied: Erdöle/Meerwasser; Überdruck: Erdgase) frei ohne Hilfsenergie gefördert werden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß durch den Gaslift-Effekt mitgerissenes Meerwasser mittels Hilfsenergie oder des natürlichen Druckunterschiedes durch eine Vorrichtung zur Feinabscheidung der Erdöle gefördert werden kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Bohrinseln für derartige Störfälle vorsorglich bereits entsprechend ausgerüstet sind (Fig. 7, 8, 9).