WO2012004235A2 - Verfahren zum verhindern des austritts von umweltschädlichen stoffen bei unterwasserbohrungen und rohrstrang hierfür - Google Patents

Verfahren zum verhindern des austritts von umweltschädlichen stoffen bei unterwasserbohrungen und rohrstrang hierfür Download PDF

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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/08—Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/01—Risers

Definitions

  • the invention relates to a method for preventing the escape of environmentally harmful substances in wells for recovering oil and gas in submerged formations.
  • the invention further relates to large pipes for producing a pipe string for carrying out the method.
  • the invention has for its object to provide a method which provides greater security against the escape of environmentally harmful substances when drilling in submerged formations.
  • the method comprises the following steps:
  • the cutting shoe and the lower end of the tubing surround an area surrounding the borehole at the bottom of the water or the sea and any facilities there including blowout preventer and riser pipe.
  • the method according to the invention offers the advantageous possibility of arranging a device for outbreak prevention at the upper end of the pipe string and thus over water.
  • the method according to the invention is equally suitable for combating an accident in a subsea drilling system, for example by breaking a Bohroder conveyor line.
  • the pipe string from large pipes can be drained above the damaged area and guided with the aid of robot and camera in such a way that the cutting shoe surrounds the damaged area.
  • the cutting shoe deposited at the accident site is then pressed into the pending seabed by the weight of the pipe string or part thereof.
  • the internal pressure is then lowered by lowering the level in the tubing by about 2 to 3 bar, which can no longer flow into the open sea at the disaster point emerging oil, but rises within the tubing and can be pumped off together with inflowing water.
  • the large pipes of the pipe string are limited axially movable connected to each other. This ensures that even with a ground fault on the seabed, the cutting shoe of the pipe string can automatically reset. Furthermore, the load of the cutting shoe can be varied with the aid of the movable connection by means of defined lowering of the upper end of the tubing string held by the floating body.
  • At least a part of the pipes of the pipe string can be connected to a buoyant body. Furthermore, it can be provided that the upper end of the pipe string is movably mounted on the floating body in the vertical direction. As a result, vertical movements of the float can be compensated by sea state and thereby limited forces on the pipe string can be limited.
  • large pipes which comprise an outer pipe, an inner pipe concentrically arranged in the outer pipe and pressure-tightly connected at its ends to the outer pipe by ring walls, and a pipe formed between the outer pipe and the inner pipe hollow annulus have.
  • the large pipes thus constructed have a high rigidity and thus withstand high pressure and bending loads.
  • the hollow annulus forms a buoyant body which reduces the tube weight in the water to about 80%.
  • the annular space can according to the invention have valves for flooding and emptying. By completely or partially flooding the annulus with water, the tube weight can be increased more or less. This also makes it possible to change the load on the cutting shoe.
  • the inner tube with the outer tube connecting stiffeners are arranged.
  • the stiffeners may consist of extending parallel to the tube axis strips or profiles.
  • the large pipe at its pipe ends matching counterparts of a pipe connector wherein the one pipe end has a pipe sleeve and the other pipe end connectable with such a pipe socket pipe spigot and the pipe sleeve on its inside and the pipe pin on its outside in the same Separation distance from one another along a circumferential line have a plurality of support elements, which cooperate in the manner of a bayonet connection with the support elements of a correspondingly shaped pipe pin or a correspondingly shaped pipe sleeve to connect the respective pipe end with a matching counterpart at the pipe end of a second appropriately designed large pipe.
  • the pipe connector according to the invention in the axial direction on a movement play, which can be up to several centimeters. Due to the play of movement of the pipe connector, the axial length of the pipe string can vary and thereby compensate settlement of the cutting shoe and vertical movements of the float.
  • a tubular cutting shoe is arranged with a circular cutting edge.
  • the cutting shoe which consists of a thick-walled pipe, preferably has an inner diameter which is at least equal to the inner diameter of a large pipe connected to the cutting shoe.
  • FIG. 1 shows an application example of the method and the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of a large pipe according to the invention and FIG. 3 shows an end view of the large pipe according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows another example of the method
  • the oil and gas emerging from a production well bore at a marine site on the seabed are collected by means of the method according to the invention and controlled to be transported overground, where it can be disposed of in the usual way or further processed.
  • a float 1 such as a pontoon or ship
  • a keel tube 2 of the float 1 on the float 1 with the aid of suitable facilities gradually from large pipes 3 composite pipe string 4 using suitable lifting devices to a failure point 5 on the seabed. 6 lowered.
  • a cutting shoe 7 is arranged, which consists of a thick-walled tube having the same outer diameter as the large pipes and an inner diameter which is larger than the inner diameter of the large pipes.
  • a cutting shoe with larger dimensions e.g. in the manner of a bell, are used when a larger area is to be covered at the accident location of the cutting shoe.
  • the cutting shoe 7 has at its lower end an inlet opening which is surrounded by a cutting edge formed by its wall.
  • the large pipes 3 hang with their reduced by buoyancy weight to each other, which sets due to the design of the pipe connector at the joints a maximum axial play, which may be a few millimeters or centimeters depending on the design.
  • the cutting shoe 7 is guided by means of robots and underwater cameras so that it passes over the damaged area 5. If the cutting shoe 7 deposited on the seabed 6, it is burdened by further lowering the tubing 4 with the weight of a series of large pipes 3, which gradually put on each other, the axial clearance disappears at the joints. As a result of this load, the cutting shoe 7 penetrates deeper into the seabed 6 and thereby closes the damaged area 5 better. In addition, the inflow of water is counteracted.
  • the holding of the tubing string 4 on the floating body 1 can be done with the aid of a hydraulic interceptor 1 4, which operates semi-automatically and is similar to a wedge pot formed in a rotary table.
  • a hydraulic interceptor 1 4 which operates semi-automatically and is similar to a wedge pot formed in a rotary table.
  • the interceptor 14 is automatically closed.
  • the pipe string 4 holding support device 14 is advantageously supported by means of springs 15 movable in the vertical direction, so that vertical movements of the float 1 can be compensated.
  • Other, for example, hydraulic devices for compensating movement can also be provided.
  • the large pipe 3 shown in FIGS. 2 and 3 for forming the pipe string 4 has a cylindrical outer pipe 30 and a cylindrical inner pipe 31 arranged concentrically therein.
  • the longer outer tube 30 is connected to the inner tube 31 with conical annular walls 32 arranged at the ends of the inner tube 31.
  • Between the outer tube 30 and the inner tube 31 is an annular space 33 in which pairs of stiffening strips 34 are arranged at a regular circumferential distance. Each pair has two V-shaped stiffening strips 34, which are arranged so that they extend from a common attachment point on the inner tube 31 from diverging to two attachment points on the outer tube 30.
  • the stiffening strips 34 extend in the longitudinal direction parallel to the axis of the tubes and have the same length as the inner tube 31st
  • the lower end in the drawing of the outer tube 30 is extended beyond the annular wall 32 and forms with the extended portion of a pipe sleeve 35, which is provided on its inside a plurality of rectangular support members 36 which are arranged at a regular distance from each other and about their Have circumferential length corresponding distance from each other.
  • a support ring Adjacent to the annular wall 32, a support ring is further secured in the pipe sleeve 35, which has a distance from the support elements 36.
  • a pipe section 37 is inserted, which forms a protruding from the outer tube 30 pipe spigot 38.
  • the pipe spigot 38 is on its outside in the same way as the pipe socket 35 with a multiplicity of parallelepipedal support elements 39 which are at the same distance from each other as the support elements 36 and can be pushed back between the support elements 36.
  • the two ends of the large pipe 3 are provided with matching counterparts of a pipe connector, which can be connected by axial nesting and mutual rotation by a distance corresponding to the distance between the support members 36, 39, as described in detail in EP 0 705 405 B1 ,
  • the connection position is locked by a securing element that can be mounted from the outside through a window 40 in the pipe sleeve 35.
  • the annular walls 32 each have an opening 41, in which a flood valve or a drain valve is used or which can be closed with a stopper. If the annular space 33 remains empty, it forms a buoyant body, which reduces the weight of the pipe in the water. If the effect of the buoyant body omitted or reduced, the annulus can be completely or partially filled with water via the valves used.
  • Figure 4 shows an application of the method and associated apparatus to a deep well at the bottom of a sea or inland water. The process has the task of protecting the sea or inland waters from contamination by the drilling process and possible damage to the drilling or conveying equipment.
  • a tubing string 4 of large pipes 3 is lowered from a floating body 1 to the ground to be drilled and anchored to the bottom of the pipe string cutting shoe 7 in the ground by ramming. If required, the anchoring of the cutting shoe 7 with the lower pipe end can be done additionally by cementing. If the pipe string 4 is sunk and anchored, the water level in the pipe string 4 is lowered by a few meters below the water level of the surrounding water body by a lowered into the tubing 4 submersible pump 8 and held at this lowered level.
  • drill pipes such as a riser strand 20 and a drilling or production string 21, can now be guided to the lower anchoring end of the pipe string 4.
  • the riser strand 20 can be anchored in the usual way in the bottom of the well or by means of a suitable latching device in the lower end of the tubing 4. With the help of the drill string 21 having at its lower end a drill bit and possibly a drill motor, then the sinking of the deep hole.
  • the drill pipes are passed through a cover plate 16 which is mounted on the upper Rohrstrangende.
  • the cover plate 16 has a guide tube 1 7, in which the riser strand 20 is guided and supported.
  • a device 22 for outbreak prevention (blowout preventer) is arranged, which closes the end of the riser strand 20 and forms a secure passage for the drill string 21.
  • This arrangement of the device 22 is due to the protected arrangement of the drill pipes within the tubing 4 allows. It has the advantage of easy and inexpensive installation, maintenance and control of the device 22, which increases safety.

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Abstract

Beschrieben ist Verfahren zum Verhindern des Austritts von umweltschädlichen Stoffen bei Bohrungen zur Gewinnung von Öl und Gas in unter Wasser liegenden Formationen mit den Schritten Herstellen eines Rohrstrangs (4) unter Verwendung von Großrohren (3) und eines rohrförmigen Schneidschuhs (7) am Fußende des Rohrstrangs (4), Absenken des von einem Schwimmkörper (1) gehaltenen Rohrstrangs (4) mit dem Schneidschuh (7) voran bis zur Formation am Grund (6) des Wassers, Einsenken des Schneidschuhs (7) in die Formation durch Belastung, Einbauen einer Tauchpumpe (8) in den Rohrstrang (7) und Erniedrigen des Innendrucks in dem Rohrstrang durch kontinuierliches Absenken des Füllstands unter den Wasserspiegel des den Rohrstrang umgebenden Wassers und Auffangen des abgepumpten Wassers in einem Behälter (12).

Description

Verfahren zum Verhindern des Austritts von umweltschädlichen Stoffen bei Unterwasserbohrungen und Rohrstrang hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Austritts von umwelt- schädlichen Stoffen bei Bohrungen zur Gewinnung von Öl und Gas in unter Wasser liegenden Formationen. Die Erfindung betrifft weiterhin Großrohre zur Herstellung eines Rohrstrangs zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Abtäufen von Bohrungen in unter Wasser, beispielsweise unter dem Meer oder einem See, liegenden Formationen ist es bekannt, das Bohrloch am Grund des Meeres oder Sees mit einem Blowout-Preventer zu sichern und den Blowout- Preventer durch ein Schutzrohrsystem, einen sogenannten Riser, mit der schwimmenden Einrichtung zu verbinden, auf dem die Bohranlage oder Fördereinrichtungen angeordnet sind. Das Bohrgestänge und Förderleitungen werden durch den Riser und den Blowout-Preventer zum Bohrloch geführt. Nachteilig ist hierbei, dass bei Schäden an dem Preventer oder im Bereich unterhalb des Preventers der Austritt von Öl oder Gas und eine dadurch verursachte Verunreinigung des Meeres, Sees oder dergleichen nicht verhindert werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine größere Sicherheit gegen den Austritt von umweltschädlichen Stoffen bei Bohrungen in unter Wasser liegenden Formationen bietet.
Die Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Nach der Erfindung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
a) Herstellen eines Rohrstrangs unter Verwendung von Großrohren und eines rohrförmigen Schneidschuhs am Fußende des Rohrstrangs,
b) Absenken des von einem Schwimmkörper gehaltenen Rohrstrangs mit dem Schneidschuh voran bis zur Formation am Grund des Wassers derart, dass der Schneidschuh die Bohrstelle oder das Bohrloch mit gegebenenfalls dort vorhandenen Einrichtungen umgibt,
Einsenken des Schneidschuhs in die Formation durch Belastung des Schneidschuhs mit dem eigenen Gewicht und dem Gewicht zumindest eines Teils des Rohrstrangs,
Einbauen einer Tauchpumpe in den Rohrstrang und Erniedrigen des Innendrucks in dem Rohrstrang durch kontinuierliches Absenken des Füllstands im Rohrstrang unter den Wasserspiegel des den Rohrstrang umgebenden Wassers, indem vorhandenes und zuströmendes Medium aus dem Rohrstrang in einen Auffangbehälter abgepumpt wird.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung umgibt der Schneidschuh und das untere Ende des Rohrstrangs einen das Bohrloch umgebenden Bereich auf dem Grund des Gewässers oder Meeres und gegebenenfalls dort vorhandene Einrichtungen einschließlich Blowout-Preventer und Riserleitung.
Weiterhin wird in dem mit Wasser gefüllten Rohrstrang durch Absenken des Füllstandes ein Unterdruck erzeugt, so dass es im gesamten Bereich des Rohrstrangs nur zu einem Zufluss, nicht aber zu einem Austritt von flüssigem Medium kommen kann. Auf diese Weise ist mit großer Sicherheit gewährleistet, dass auch bei Schäden an der Bohranlage oder den Förderleitungen kein Öl nach außen austreten kann, wenn diese durch den Rohrstrang zum Bohrgrund geführt sind. Selbst wenn es zu einer Leckage an dem Rohrstrang kommt, so kann diese nur zu Eindringen von Wasser in den Rohrstrang führen, was bis zu einer Reparatur durch eine entsprechende Erhöhung der Abförderleistung ausgeglichen werden kann. Weiterhin bietet das Verfahren nach der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, eine Einrichtung zur Ausbruchsverhütung am oberen Ende des Rohrstrangs und damit über Wasser anzuordnen. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich gleichermaßen zur Bekämpfung einer Havarie bei einem Unterwasserbohrsystem, z.B. durch Bruch eines Bohroder Förderstrangs. Der Rohrstrang aus Großrohren kann hierzu über der Havariestelle abgelassen und mit Hilfe von Roboter und Kamera derart geführt wer- den, dass der Schneidschuh die Havariestelle umgibt. Der an der Havariestelle abgesetzte Schneidschuh wird dann durch das Gewicht des Rohrstrangs oder eines Teils desselben in den anstehenden Meeresboden eingedrückt. Verfahrensgemäß wird dann der Innendruck durch Absenken des Füllstands im Rohrstrang um ca. 2 bis 3 bar gesenkt, wodurch das an der Havariestelle austretende Erdöl nicht mehr in das offene Meer strömen kann, sondern innerhalb des Rohrstrangs aufsteigt und zusammen mit zuströmendem Wasser abgepumpt werden kann.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die Großrohre des Rohr- Strangs begrenzt axial beweglich miteinander verbunden. Hierdurch ist gewährleistet, dass selbst bei einem Grundbruch am Meeresboden sich der Schneidschuh des Rohrstrangs selbsttätig nachsetzen kann. Weiterhin kann mit Hilfe der beweglichen Verbindung durch definiertes Senken des von dem Schwimmkörper gehaltenen oberen Ende des Rohrstrangs die Belastung des Schneidschuhs variiert werden.
Um die Belastung einer auf dem Schwimmkörper angeordneten Einrichtung zum Heben, Senken und Halten des Rohrstrangs begrenzen zu können, kann nach einem weiteren Vorschlag des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest ein Teil der Rohre des Rohrstrangs mit einen Auftriebskörper verbunden werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das obere Ende des Rohrstrangs an dem Schwimmkörper in vertikaler Richtung beweglich gelagert wird. Hierdurch können Vertikalbewegungen des Schwimmkörpers durch Seegang ausgeglichen und die dadurch am Rohrstrang hervorgerufenen Kräfte begrenzt werden. Zur Herstellung des Rohrstrangs werden nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung Großrohre verwendet, die ein Außenrohr, ein in dem Außenrohr konzentrisch angeordnetes Innenrohr, das an seinen Enden durch Ringwände druckdicht mit dem Außenrohr verbunden ist, und einen zwischen dem Außen- rohr und dem Innenrohr gebildeten hohlen Ringraum haben. Die so aufgebauten Großrohre haben eine große Steifigkeit und halten dadurch hohen Druck und Biegebelastungen stand. Der hohle Ringraum bildet einen Auftriebskörper, der das Rohrgewicht im Wasser auf etwa 80 % reduziert. Der Ringraum kann erfindungsgemäß Ventile zum Fluten und Entleeren haben. Durch ganz oder teilwei- ses Fluten des Ringraums mit Wasser kann das Rohrgewicht mehr oder weniger stark vergrößert werden. Auch hierdurch ist eine Änderung der Belastung des Schneidschuhs möglich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in dem Ringraum das Innenrohr mit dem Außenrohr verbindende Versteifungen angeordnet sind. Die Versteifungen können aus parallel zur Rohrachse verlaufenden Leisten oder Profilen bestehen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weisen die Großrohr an ihren Rohrenden passende Gegenstücke eines Rohrverbinders auf, wobei das eine Rohrende eine Rohrmuffe und das andere Rohrende einen mit einer derartigen Rohrmuffe verbindbaren Rohrzapfen aufweist und die Rohrmuffe auf ihrer Innenseite und der Rohrzapfen auf seiner Außenseite im gleichen Teilungsabstand voneinander entlang einer Umfangslinie eine Vielzahl von Abstützelementen haben, die nach Art einer Bajonettverbindung mit den Abstützelementen eines entsprechend gestalteten Rohrzapfens bzw. einer entsprechend gestalteten Rohrmuffe zusammenwirken, um das jeweilige Rohrende mit einem passenden Gegenstück am Rohrende eines zweiten entsprechend gestalteten Großrohres zu verbinden. Ein derartiger Rohrverbinder ist in EP 0 705 405 B1 beschrieben, deren Inhalt hiermit einbezogen wird. Ein solcher Rohrverbinder hat sich in der Praxis bei der Durchführung von Tiefbauarbeiten bewährt. Er kann sehr hohe Kräfte übertragen und auf einfache Weise zusammengesetzt und gelöst werden. In der Verbin- dungsstellung ist der Rohrverbinder durch ein lösbares Sicherungselement zuverlässig verriegelbar.
Vorzugsweise weist der Rohrverbinder nach der Erfindung in axialer Richtung ein Bewegungsspiel auf, das bis zu mehreren Zentimetern betragen kann. Durch das Bewegungsspiel der Rohrverbinder kann die axiale Länge des Rohrstrangs variieren und dadurch Setzungen des Schneidschuhs sowie Vertikalbewegungen des Schwimmkörpers ausgleichen.
An dem unteren Ende des Rohrstrangs ist erfindungsgemäß ein rohrförmiger Schneidschuh mit kreisförmiger Schneide angeordnet. Der aus einem dickwandigen Rohr bestehende Schneidschuh weist vorzugsweise einen Innendurchmesser auf, der wenigstens gleich dem Innendurchmesser eines mit dem Schneidschuh verbundenen Großrohres ist. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht zwingend notwendig, dass der Rohrstrang auf seiner gesamten Länge aus Großrohren gebildet ist. Beispielsweise kann es bei der Bekämpfung einer Havarie in größerer Tiefe zweckmäßig sein, wenn ein Abschnitt des Rohrstrangs einen kleineren Innendurchmesser als die Großrohre hat, wobei an dem Übergang zwischen dem Abschnitt und dem sich anschließenden Großrohr ein Reduzierstück angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung,
Figur 2 eine Seitenansicht eines Großrohres nach der Erfindung und Figur 3 eine Stirnansicht des Großrohres gemäß Figur 2,
Figur 4 ein weiteres Anwendungsbeispiel des Verfahrens und der
Vorrichtung nach der Erfindung.
Bei der in Figur 1 gezeigten Anwendung wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens das an einer Havariestelle am Meeresboden aus einer Gewinnungs- bohrung austretende Öl und Gas aufgefangen und kontrolliert nach Übertage geleitet, wo es in üblicher Weise entsorgt oder weiter verarbeitet werden kann. Bei dieser Anwendung wird von einem Schwimmkörper 1 , beispielsweise einem Ponton oder Schiff, aus durch ein Kielrohr 2 des Schwimmkörpers 1 ein auf dem Schwimmkörper 1 mit Hilfe geeigneter Einrichtungen schrittweise aus Großrohren 3 zusammengesetzter Rohrstrang 4 mit Hilfe geeigneter Hubeinrichtungen zu einer Havariestelle 5 am Meeresboden 6 abgesenkt. Am unteren Ende des Rohrstrangs 4 ist ein Schneidschuh 7 angeordnet, der aus einem dickwandigen Rohr besteht, das den gleichen Außendurchmesser wie die Großrohre und einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Innendurchmesser der Großrohre. Alternativ kann auch ein Schneidschuh mit größeren Abmessungen, z.B. in der Art einer Glocke, verwendet werden, wenn ein größerer Bereich an der Havariestelle von dem Schneidschuh überdeckt werden soll. Der Schneidschuh 7 hat an seinem unteren Ende eine Eintrittsöffnung, die von einer von seiner Wand gebildeten Schneidkante umgeben ist.
Während des Absenkens des Rohrstrangs 4 hängen die Großrohre 3 mit ihrem durch Auftriebskörper verringerten Gewicht aneinander, wobei sich aufgrund der Gestaltung der Rohrverbinder an den Verbindungsstellen ein maximales Axialspiel einstellt, das je nach Auslegung einige Millimeter oder auch Zentimeter betragen kann. Beim Absenken des Rohrstrangs 4 wird der Schneidschuh 7 mit Hilfe von Robotern und Unterwasserkameras so gelenkt, dass er die Havariestelle 5 überfährt. Ist der Schneidschuh 7 auf dem Meeresboden 6 abgesetzt, so wird er durch weiteres Absenken des Rohrstrangs 4 mit dem Gewicht von einer Reihe von Großrohren 3 belastet, die sich schrittweise aufeinander setzen, wobei das axiale Spiel an den Verbindungsstellen verschwindet. Durch diese Belastung dringt der Schneidschuh 7 tiefer in den Meeresboden 6 ein und schließt dadurch die Havariestelle 5 besser ein. Außerdem wird dem Einströmen von Wasser entge- gengewirkt.
Während sich der Schneidschuh 7 in den Meeresboden 6 eingräbt, wird gleichzeitig mit Hilfe einer in den Rohrstrang 4 abgesenkten Tauchpumpe 8 das in den Rohrstrang 4 eingedrungene Wasser und Öl in solcher Menge abgepumpt, dass der Füllstand 9 innerhalb des Rohrstrangs 4 etwa 20 bis 30 m unter das Niveau des Meeresspiegels 10 absinkt. Dies hat zur Folge, dass der Innendruck in dem Rohrstrang um 2 bis 3 bar unter dem Wasserdruck des Meeres liegt. Aus dem von dem Schneidschuh 7 umschlossenen und dem an die Öffnung des Schneidschuhs 7 angrenzenden Bereich austretendes Öl, Gas und Wasser wird daher in den Schneidschuh 7 und den Rohrstrang 4 eingesaugt und strömt in dem Rohrstrang 4 nach oben. Da der Innendruck in dem Rohrstrang 4 an jeder Stelle kleiner ist als der Druck des den Rohrstrang 4 umgebenden Wassers, können selbst undichte Stellen am Rohrstrang 4 nicht zu einem Austritt von Öl oder Gas führen. Am oberen Ende des Rohrstrangs 4 werden und das eingesaugte Öl und Wasser mit Hilfe der Tauchpumpe 8 über eine Steigleitung 1 1 in einen Auffangbehälter 12 befördert, aus dem sie zur Trennung und Weiterbehandlung durch geeignete Einrichtungen entnommen werden können. Das aufsteigende Gas wird mit Hilfe einer Absaugeinrichtung 13, die an das obere Ende des Rohrstrangs 4 ange- schlössen wird, abgesaugt. Das Heben, Senken und Halten des Rohrstrangs 4 kann auf einfache Weise mit Hilfe einer auf dem Schwimmkörper 1 angeordneten Einrichtung erfolgen, wie sie in DE 1 97 21 635 C2 beschrieben ist. Es können aber auch andere geeignete Hebezeuge hierzu verwendet werden. Das Halten des Rohrstrangs 4 an dem Schwimmkörper 1 kann mit Hilfe einer hydraulischen Abfangvorrichtung 1 4 erfolgen, die halbautomatisch arbeitet und ähnlich wie ein Keiltopf in einem Bohrtisch ausgebildet ist. Beim Heben oder Senken kann die Absenkgeschwindigkeit des Rohrstrangs mit einer optischen Messeinrichtung gemessen werden. Wird ein vorgegebener Maximalwert der Absenkgeschwindigkeit überschritten, so wird die Abfangvorrichtung 14 automatisch geschlossen. An dem Schwimmkörper 1 ist die den Rohrstrang 4 haltende Abfangvorrichtung 14 vorteilhaft mit Hilfe von Federn 15 in vertikaler Richtung beweglich abgestützt, damit Vertikalbewegungen des Schwimmkörpers 1 kompensiert werden können. Andere, beispiels- weise hydraulische Einrichtungen zum Bewegungsausgleich können ebenso vorgesehen sein.
Das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Großrohr 3 zur Bildung des Rohrstrangs 4 weist ein zylindrisches Außenrohr 30 und ein konzentrisch darin angeordnetes zylindrisches Innenrohr 31 auf. Das längere Außenrohr 30 ist mit an den Enden des Innenrohrs 31 angeordneten, kegelförmigen Ringwänden 32 mit dem Innenrohr 31 verbunden sind. Zwischen dem Außenrohr 30 und dem Innenrohr 31 befindet sich ein Ringraum 33, in welchem in regelmäßigem Umfangsabstand Paare von Versteifungsleisten 34 angeordnet sind. Jedes Paar weist zwei V-för- mig angeordnete Versteifungsleisten 34 auf, die so angeordnet sind, dass sie von einer gemeinsamen Befestigungsstelle am Innenrohr 31 aus divergierend zu zwei Befestigungsstellen am Außenrohr 30 verlaufen. Die Versteifungsleisten 34 erstrecken sich in Längsrichtung parallel zur Achse der Rohre und haben die gleich Länge wie das Innenrohr 31 . Das in der Zeichnung untere Ende des Außenrohrs 30 ist über die Ringwand 32 hinaus verlängert und bildet mit dem verlängerten Abschnitt eine Rohrmuffe 35, die auf ihrer Innenseite eine Vielzahl von quaderförmigen Abstützelementen 36 versehen ist, die in regelmäßigem Abstand voneinander angeordnet sind und einen etwa ihrer Umfangslänge entsprechenden Abstand voneinander haben. Angrenzend an die Ringwand 32 ist in der Rohrmuffe 35 weiterhin ein Stützring befestigt, der einen Abstand von den Abstützelementen 36 hat.
In das in der Zeichnung obere Ende des Außenrohrs 30, das ebenfalls über die Ringwand 32 hinausragt, ist ein Rohrstück 37 hineingesetzt, das einen aus dem Außenrohr 30 herausragenden Rohrzapfen 38 bildet. Der Rohrzapfen 38 ist auf seiner Außenseite in gleicher Weise wie die Rohrmuffe 35 mit einer Vielzahl von quaderförmigen Abstützelementen 39, die den gleichen Abstand voneinander haben wie die Abstützelemente 36 und zwischen den Abstützelementen 36 hin- durchschiebbar sind. Auf diese Weise sind die beiden Enden des Großrohrs 3 mit passenden Gegenstücken eines Rohrverbinders versehen, die durch axiales Ineinanderstecken und gegenseitiges Drehen um ein dem Abstand zwischen den Abstützelementen 36, 39 entsprechendes Maß verbunden werden können, wie im Einzelnen in EP 0 705 405 B1 beschrieben. Die Verbindungsstellung wird durch ein Sicherungselement verriegelt, das von außen durch ein Fenster 40 in der Rohrmuffe 35 montiert werden kann.
Die Ringwände 32 haben jeweils eine Öffnung 41 , in die ein Flutventil oder ein Ablassventil eingesetzt wird oder die mit einem Stopfen verschlossen werden können. Bleibt der Ringraum 33 leer, so bildet er einen Auftriebskörper, der im Wasser das Rohrgewicht herabsetzt. Soll die Wirkung des Auftriebskörpers entfallen oder vermindert werden, so kann der Ringraum ganz oder teilweise über die eingesetzten Ventile mit Wasser gefüllt werden. Figur 4 zeigt eine Anwendung des Verfahrens und der dazugehörigen Vorrichtung bei einer Tiefbohrung am Grund eines Meeres oder eines Binnengewässers. Das Verfahren hat hierbei die Aufgabe, das Meer oder das Binnengewässer vor Verunreinigung durch den Bohrprozess und durch mögliche Schäden an der Bohr- oder Fördereinrichtung zu schützen. Wie oben in Verbindung mit Figur 1 beschrieben, wird vor dem Abteufen der Bohrung ein Rohrstrang 4 aus Großrohren 3 von einem Schwimmkörper 1 aus bis zu dem zu erbohrenden Grund abgesenkt und mit dem am unteren Rohrstrangende angeordneten Schneidschuh 7 in dem Grund durch Einrammen verankert. Bei Bedarf kann die Veran- kerung des Schneidschuhs 7 mit dem unteren Rohrstrangende zusätzlich durch Zementieren erfolgen. Ist der Rohrstrang 4 abgeteuft und verankert, so wird durch eine in den Rohrstrang 4 abgesenkte Tauchpumpe 8 der Wasserspiegel im Rohrstrang 4 um einige Meter unter den Wasserspiegel des ihn umgebenden Gewässers abgesenkt und auf diesem abgesenkten Niveau gehalten. In dem durch den Rohrstrang 4 gebildeten Schutzraum 19 können nun Bohrrohre, wie ein Riserstrang 20 und ein Bohr- oder Förderstrang 21 , bis zum unteren Verankerungsende des Rohrstrangs 4 geführt werden. Der Riserstrang 20 kann in der üblichen Weise im Bohrgrund oder auch mittels geeigneter Einrastvorrichtung im unteren Ende des Rohrstrangs 4 verankert werden. Mit Hilfe des Bohrstrangs 21 der an seinem unteren Ende einen Bohrmeißel und gegebenenfalls einen Bohrmotor aufweist, erfolgt danach das Abteufen der Tiefbohrung.
Am oberen Ende des Rohrstrangs 4 werden die Bohrrohre durch eine Deckelplatte 16 hindurchgeführt, die auf dem oberen Rohrstrangende befestigt ist. Die Deckelplatte 16 weist ein Führungsrohr 1 7 auf, in der der Riserstrang 20 geführt und abgestützt ist. An dem oberen, aus dem Führungsrohr 17 herausragenden Ende des Riserstrangs 20 ist eine Einrichtung 22 zur Ausbruchsverhütung (Blowout-Preventer) angeordnet, der das Ende des Riserstrangs 20 verschließt und eine gesicherte Durchführung für den Bohrstrang 21 bildet. Diese Anord- nung der Einrichtung 22 wird durch die geschützte Anordnung der Bohrrohre innerhalb des Rohrstrangs 4 ermöglicht. Sie hat den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Montage, Wartung und Kontrolle der Einrichtung 22, wodurch die Sicherheit erhöht wird. Treten während des Bohrbetriebs umweltschädigende Stoffe aus den Bohrrohren aus, so werden sie von dem durch den Rohrstrang 4 gebildeten Schutzraum 19 aufgenommen und können durch Abpumpen gesichert daraus entfernt werden. Ein Austreten von Schadstoffen aus dem Rohrstrang 4 ist aufgrund des im Vergleich zum Umgebungsdruck geringeren Innendrucks im Schutzraum 19 selbst dann nicht möglich, wenn der Rohrstrang 4 an einer Stelle undicht ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Verhindern des Austritts von umweltschädlichen Stoffen bei Bohrungen zur Gewinnung von Öl und Gas in unter Wasser liegenden Formationen umfassend die Schritte:
a) Herstellen eines Rohrstrangs (4) unter Verwendung von Großrohren
(3) und eines rohrförmigen Schneidschuhs (7) am Fußende des Rohrstrangs (4),
b) Absenken des von einem Schwimmkörper (1 ) gehaltenen Rohrstrangs
(4) mit dem Schneidschuh (7) voran bis zur Formation am Grund (6) des Wassers derart, dass der Schneidschuh (7) die Bohrstelle oder das Bohrloch mit gegebenenfalls dort vorhandenen Einrichtungen umgibt,
c) Einsenken des Schneidschuhs (7) in die Formation durch Belastung des Schneidschuhs (7) mit dem eigenen Gewicht und dem Gewicht zumindest eines Teils des Rohrstrangs (4),
d) Einbauen einer Tauchpumpe (8) in den Rohrstrang (4) und Erniedrigen des Innendrucks in dem Rohrstrang (4) durch kontinuierliches Absenken des Füllstands im Rohrstrang (4) unter den Wasserspiegel des den Rohrstrang (4) umgebenden Wassers, indem vorhandenes und zuströmendes Medium aus dem Rohrstrang (4) in einen Auffangbehälter (12) abgepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Großrohre (3) des Rohrstrangs (4) begrenzt axial beweglich miteinander verbunden werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Großrohre (3) des Rohrstrangs (4) mit einem Auftriebskörper verbunden werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende des Rohrstrangs (4) in vertikaler Richtung beweglich an dem Schwimmkörper (1 ) gelagert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abteufen einer Bohrung die Bohrrohre durch den Rohrstrang (4) aus Großrohren (3) geführt werden und dass eine Einrichtung (22) zur Ausbruchsverhütung (Blowout-Preventer) am oberen Ende des Rohrstrangs (4) über dem Wasserspiegel angeordnet wird.
6. Rohrstrang zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Großrohr (3), das ein Außenrohr (30), ein in dem Außenrohr (30) konzentrisch angeord- netes Innenrohr (31 ), das an seinen Enden durch Ringwände (32) druckdicht mit dem Außenrohr (30) verbunden ist, und einen zwischen dem Außenrohr (30) und dem Innenrohr (31 ) gebildeten hohlen Ringraum (33) aufweist.
7. Rohrstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Großrohr (3) Ventile zum Fluten und Entleeren des Ringraums (33) aufweist.
8. Rohrstrang nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringraum (33) des Großrohrs (30) das Innenrohr (31 ) mit dem Außenrohr (30) verbindende Versteifungen angeordnet sind.
9. Rohrstrang nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungen aus parallel zur Rohrachse verlaufenden Leisten (34) oder Profilen bestehen. Rohrstrang nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Großrohr (3) an seinen Rohrenden Gegenstücke eines Rohrverbinders aufweist, wobei das eine Rohrende eine Rohrmuffe (35) und das andere Rohrende einen mit einer derartigen Rohrmuffe (35) verbindbaren Rohrzapfen (38) aufweist und die Rohrmuffe (35) auf ihrer Innenseite und der Rohrzapfen (38) auf seiner Außenseite im gleichen Teilungsabstand voneinander entlang einer Umfangslinie eine Vielzahl von Abstützelementen (36, 39) haben, die nach Art einer Bajonettverbindung mit den Abstützelementen (36, 39) eines entsprechend gestalteten Rohrzapfens (38) bzw. einer entsprechend gestalteten Rohrmuffe (35) zusammenwirken, um das jeweilige Rohrende mit dem passenden Gegenstück am Rohrende eines zweiten entsprechend gestalteten Großrohres (3) zu verbinden.
Rohrstrang nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrverbinder in der Verbindungsstellung durch ein lösbares Sicherungselement verriegelbar ist.
Rohrstrang nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrverbinder in axialer Richtung ein Bewegungsspiel aufweist.
Rohrstrang nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende ein rohrförmiger Schneidschuh (7) mit kreisförmiger Schneide angeordnet ist, dessen Innendurchmesser wenigstens gleich dem Innendurchmesser wenigstens eines mit dem Schneidschuh verbundenen Großrohres (3) ist.
Rohrstrang nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Abschnitt aufweist, die einen kleineren Innendurchmesser als das wenigstens eine Großrohr(3) hat, wobei zwischen dem Abschnitt und dem wenigstens einen Großrohr ein Reduzierstück angeordnet ist.
Rohrstrang nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende eine Führung und Abstützung für durch den Rohrstrang (4) geführte Bohrrohre aufweist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Schwimmkörper (1 ), einen Rohrstrang (4) aus Großrohren (3), eine auf dem Schwimmkörper angeordnete Hebevorrichtung mit Hebe- und Haltevorrichtungen (14) zum Heben und Halten der Großrohre (3), einer Energieversorgungseinrichtung, einer in den Rohrstrang (4) absenkbaren Tauchpumpe (8) und einem an den Auslass der Tauchpumpe (8) anschließbaren Auffangbehälter (12).
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende des Rohrstrangs (4) eine Deckelplatte (16) mit einer diese durchdringenden Führung und Abstützung für von oben in den Rohrstrang eingeführte Bohrrohre angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Deckelplatte (16) an den Bohrrohren eine Einrichtung (22) zur Ausbruchsverhütung (Blowout-Preventer) angeordnet ist.
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