EP2591203B1

EP2591203B1 - Verschluss für ein bohrloch

Info

Publication number: EP2591203B1
Application number: EP11730308.1A
Authority: EP
Inventors: Wulf Splittstoesser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: CA2804679A1; EP2591203A2; CN204200146U; RU2013105263A; WO2012004366A3; CN203452703U; RU2586342C1; DE102010050494B4; US20130112396A1; CA2804679C; WO2012004366A2; DE102010050494A1; JP3184356U; RU2550618C2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Verschluss für ein Bohrloch, in dem ein Fluid, etwa Öl oder Gas, aufströmt.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Blowout-Preventer bekannt. Als Blowout-Preventer bezeichnet man eine Reihe von Absperrventilen, die bei einer Bohrung direkt über dem Bohrloch angebracht werden. Blowout-Preventer dienen dazu, das Ausströmen eines Fluids aus dem Bohrloch zu verhindern. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Bohrgestänge beschädigt ist oder die Bohrung auf eine Überdruckzone trifft.
Während eine Bohrung durchgeführt wird, verläuft das Bohrgestänge durch den Blowout-Preventer. Kommt es dabei zu einem Austritt des Fluids, der sich mit anderen Mitteln nicht stoppen lässt, tritt in dem Blowout-Preventer ein zweistufiger Mechanismus in Kraft. In einer ersten Stufe werden Dichtungen aktiviert, die den äußeren Raum um das Bohrgestänge abdichten. Sollte dies nicht ausreichend sein, um einen Austritt des Fluids zu stoppen, wird in einer zweiten Stufe das Bohrgestänge innerhalb des Blowout-Preventers durchtrennt. Hiernach ist eine Versiegelung des Blowout-Preventers mittels Absperrschiebern möglich.
Es ist allerdings im Einzelfall fraglich, ob die Dimensionierung des verwendeten Blowout-Preventers für eine Durchtrennung des Bohrgestänges ausreichend ist. Eine von amerikanischen Bundesbehörden in Auftrag gegebene Studie fand 2004, dass nur 3 von 14 Ölplattformen über ausreichend starke Scheerstufen zum Durchtrennen des Bohrgestänges verfügen.
Das Geschehen im Golf von Mexiko hat gezeigt, dass die verwendeten bekannten Verfahren erhebliche Schwächen aufweisen und hinsichtlich Einsatz und Betrieb sehr störanfällig sind.
Ein Verfahren, um den Fluss entlang eines Bohrloches, außerhalb eine Rohres, mittels einer Reihe von Schürzen zu verringern, jedoch ohne das Bohrloch bzw. Rohr zu verschließen, ist in der Druckschrift WO 01/92681 A1 angegeben. Dieses Verfahren dient vor allem der Erosionsbekämpfung.

Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Absicherung eines Bohrloches mit dem Potenzial zum Verschließen des Bohrlochs anzugeben, die universell einsetzbar ist und dabei die eingangs genannten Nachteile bekannter Blowout-Preventern vermeidet.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, ein Bohrgestänge in festzulegenden Intervallen mit einem sich im Bedarfsfalle entfaltenden Verschluss zu versehen bzw. einen Verschluss in ein leckgeschlagenes Bohrloch einzuführen, in dem ein Fluid, wie etwa Öl oder Gas, aufströmt, um das Bohrloch unterhalb des Lecks abzudichten. Ein erster erfindungsgemäßer Verschluss für ein Bohrloch mit einer Wandung weist hierzu ein Rohr auf, das in das Bohrloch einführbar ist. Das Rohr kann aus einem oder mehreren Rohrsegmenten bestehen.
Weiterhin weist der Verschluss mindestens eine Schürze auf, die aus einem fluiddichten Material besteht und fluiddicht an dem Rohr fixiert ist. Zwischen dem Rohr und der mindestens einen Schürze kann somit kein Fluid hindurch treten. Die mindestens eine Schürze kann mittels des Rohres in das Bohrloch eingeführt werden.
Die mindestens eine Schürze kann einen zum Rohr hin gefalteten bzw. ungedehnten Zustand und einen vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten bzw. gedehnten Zustand annehmen. Das Rohr und die mindestens eine Schürze sind derart ausgebildet, dass im zum Rohr hin gefalteten Zustand der mindestens einen Schürze ein Spalt zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung besteht, wenn das Rohr in das Bohrloch eingeführt wird. Durch den Spalt zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung kann dann das Fluid aufströmen.
Um den Spalt zu schließen, weist der Verschluss aktivierbare Mittel auf. Eine Aktivierung der aktivierbaren Mittel führt dazu, dass die mindestens eine Schürze den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand annehmen kann. Eine Aktivierung der aktivierbaren Mittel, wenn das Rohr in das Bohrloch eingeführt wurde, führt dazu, dass die mindestens eine Schürze den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand annimmt, d.h. die mindestens eine Schürze von dem zum Rohr hin gefalteten Zustand in den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand überführt wird. Aktivierbare Mittel können z. B. Riegel sein, die die mindestens Schürze festhalten oder freigeben können.
Eine formschlüssige Verbindung zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung kommt zustande, wenn das Rohr in das Bohrloch eingeführt wurde und die mindestens eine Schürze den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand angenommen hat. Diese Verbindung fixiert den Verschluss innerhalb des Bohrlochs und verhindert, dass der Verschluss aus dem Bohrloch heraus gleitet.
Um eine solche Verbindung zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung zu ermöglichen, weist die mindestens eine Schürze mindestens ein Fixierelement auf. Die Härte des mindestens einen Fixierelements muss die Härte der Wandung übersteigen. Wenn die mindestens eine Schürze von dem zum Rohr hin gefalteten Zustand in den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand überführt und gegen die Wandung gepresst wird, kann das mindestens eine Fixierelement infolgedessen in die Wandung eindringen. Hierdurch kommt eine formschlüssige Verbindung zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung zu Stande. Beispiele für Fixierelemente sind etwa Widerhaken oder ein nach oben gerichtetes Gestänge, das sich bei Aktivierung auffaltet und verkeilt.
Die Verbindung zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung ist fluiddicht. Da weiterhin die mindestens eine Schürze aus einem fluiddichten Material besteht und fluiddicht an dem Rohr fixiert ist, wird der Spalt geschlossen, sodass kein Fluid durch den Spalt entweichen kann, wenn das Rohr in das Bohrloch eingeführt wurde und die mindestens eine Schürze den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand annimmt. Das Bohrloch ist hiermit abgedichtet.
Die mindestens eine Schürze ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Verbindung zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung durch Zug an dem Rohr gelöst werden kann. Durch Zug an dem Rohr kann der Verschluss somit bei Bedarf aus dem Bohrloch entfernt werden.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die Überführung aus dem zum Rohr hin gefalteten Zustand in den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand passiv, d. h. mittels eines durch das in dem Bohrloch aufströmende Fluid auf die mindestens eine Schürze aufgebrachten Drucks, erfolgt. Hierzu bildet die mindestens eine Schürze im zum Rohr gefalteten Zustand mit dem Rohr eine spaltförmige Tasche, in die das aufsteigende Fluid eindringen kann. Dies bewirkt, dass der für die Überführung der mindestens einen Schürze in den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand erforderliche Druck zustande kommt.
Die Aktivierung der aktivierbaren Mittel führt nun dazu, dass der Druck die mindestens eine Schürze gegen die Wandung presst, so dass der Spalt geschlossen wird und die kraft- oder formschlüssige Verbindung zwischen der mindestens einen Schürze und der Wandung zustande kommt.
Die mindestens eine Schürze ist bevorzugt sack- oder schirmförmig ausgestaltet. Als Material für die mindestens eine Schürze eignet sich ein flexibles Material, das gegenüber dem Fluid beständig ist, d. h. dessen physikalische Eigenschaften sich bei Kontakt mit dem Fluid nicht verändern. Die mindestens eine Schürze kann ggf. auch aus einem textilen Material oder aus einem Metallgeflecht bestehen, das zur Abdichtung mit einer geeigneten Substanz, ggf. mit einem Kunststoff, einem Polymer auf pflanzlicher Basis oder einem Biopolymer beschichtet ist. Ferner eignen sich gewisse Kunststofffolien bzw. Folien aus einem Polymer auf pflanzlicher Basis und ggf. Biopolymere als Material für die mindestens eine Schürze. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Folie bzw. das textile Material zum Schutz vor Zerstörung durch das Fluid ggf. mit einer Metallschicht zu bedampfen. Bei Bedarf kann die mindestens eine Membran mit Verstärkungsrippen versehen sein, um eine ordnungsgemäße Funktion der mindestens einen Membran zu ermöglichen und eine Beschädigung zu verhindern. Alternativ kann die mindestens eine Schürze aus überlappenden Kunststoff- oder Metalllamellen oder aus Lamellen aus textilem Material wie oben beschrieben bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen Rohr um ein Bohrgestänge auf dem die Schürze - oder wie weiter unten erklärt wird - die Kapsel montiert ist, um sich im Bedarfsfall zu entfalten und den ungehinderten Ausstrom von Fluid zu blockieren.
Statt des Bohrgestänges kann es sich bei dem Rohr in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform um ein Behelfsgestänge handeln. Unter einem Behelfsgestänge ist ein beliebiges, von dem Bohrgestänge verschiedenes Rohr zu verstehen, das dem Einführen des Verschlusses in das Bohrloch und dem anschließenden Ableiten des Fluids dient.
Das in dem Bohrloch aufsteigende Fluid strömt mit einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit. Ist ein bestimmter Schwellwert der Strömungsgeschwindigkeit erreicht, entfaltet sich die mindestens eine Schürze. Ist die Strömungsgeschwindigkeit zu groß, kann die mindestens eine Schürze beim Übergang von dem zum Rohr hin gefalteten Zustand in den vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand zerstört werden. Um das zu verhindern, weist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung eine Mehrzahl von Schürzen auf. Diese sind entlang des Rohrs hintereinander angeordnet. Mindestens eine Schürze davon ist vorzugsweise mit einem Durchlass für das Fluid versehen. Dieser vermindert die kinetische Energie des aufsteigenden Fluids. Eine Schürze, die sich oberhalb bzw. hinter der mit dem Durchlass versehenen Schürze befindet, kann diese vor der Zerstörung bewahren.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1A: einen Verschluss für ein Bohrloch mit einer Schürze im zum Rohr hin gefalteten Zustand;
Fig. 1B: einen Verschluss für ein Bohrloch mit einer Schürze im vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand;
Fig. 2: einen Verschluss für ein Bohrloch mit einer Schürze im vom Rohr weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand mit Dichtungen; und
Fig. 3: einen Verschluss für ein Bohrloch mit Verstärkungsrippen und Fixierelementen.

Fig. 1A zeigt einen Verschluss, der in ein Bohrloch 102 mit einer Wandung 104 eingeführt ist. Der Verschluss weist eine Schürze 106 auf. Zwischen der Schürze 106 und der Wandung 104 besteht ein Spalt 108. Die Schürze 106 ist im oberen Bereich an einem Rohr 112 befestigt und befindet sich im zum Rohr 112 hin gefalteten Zustand.
Sensoren 110 messen Daten, wie etwa die Bewegung des Rohrs 112, die Lage des Rohrs 112 relativ zu der Wandung 104, den hydrostatischen Druck des Fluids, das den Verschluss umgibt, die Strecke, die der Verschluss innerhalb des Bohrlochs 102 zurückgelegt hat, oder die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids.
Die Schürze 106 wird durch aktivierbare Mittel im zum Rohr 112 hin gefalteten Zustand fixiert. Eine Aktivierung der aktivierbaren Mittel durch die Sensoren 110 gibt die Schürze 106 frei. Fluid, das unter die Schürze 106 strömt, führt hiernach eine Öffnung der Schürze 106 herbei.
Die Schürze 106 im vom Rohr 112 weg und zur Wandung hin ausgefalteten Zustand zeigt Fig. 1B. Der Druck, den das aufströmende Fluid auf die Schürze 106 ausübt, presst die Schürze 106 gegen die Wandung 104. Zwischen der Schürze 106 und der Wandung 104 entsteht infolgedessen eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige und fluiddichte Verbindung. Somit verschließt die Schürze 106 den Spalt 108.
Um die Dichte der Verbindung gegenüber dem Fluid zu verbessern, können Dichtungen 200, beispielsweise in Form von O-Ringen, an der Schürze 106 angebracht sein. Dies ist in Fig. 2 im Ganzen und als Einzelheit Z dargestellt. Durch den Druck, den das aufströmende Fluid auf die Schürze 106 ausübt, kommt eine form- und/oder kraftschlüssige, fluiddichte Verbindung zwischen den Dichtungen 200 und der Wandung 104 zustande.
Die Verwendung eines flexiblen Gewebes oder einer Folie als Schürze 103 ist insbesondere dann praktikabel, wenn der Druck, den das aufströmende Fluid auf die Schürze 106 ausübt, gering ist. Bei höheren Drücken hingegen wird das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel bevorzugt. Hierbei unterstützen Verstärkungsrippen 300 die Schürze 106. Die Schürze 106, die in Fig. 3 zur besseren Veranschaulichung der Verstärkungsrippen 300 nicht dargestellt ist, wird stromauf der Verstärkungsrippen positioniert, damit die Schürze 106 im ausgefalteten Zustand gegen die Verstärkungsrippen 300 gepresst wird. Der Aufbau der Verstärkungsrippen 300 ähnelt dem Gestänge eines Regenschirms. Die Verstärkungsrippen 300 stabilisieren die Schürze 106, zentrieren das Rohr 112 im Bohrloch 102 und verhindern zudem eine Beschädigung der Schürze 106 durch den Druck, den das Fluid auf die Schürze 106 im vom Rohr 112 weg und zur Wandung 104 hin ausgefalteten Zustand ausübt.
Dichtungen 200, wie in Fig. 2 dargestellt, sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Wandung 104 des Bohrlochs 102 aus einem harten Material besteht. Eine weiche Wandung 104 hingegen ermöglicht die Verwendung der in Einzelheit Z der Fig. 3 gezeigten Fixierelemente 302. Die Fixierelemente 302 sind an den Verstärkungsrippen 300 angebracht und bestehen aus einem harten Material. Insbesondere muss das Material der Fixierelemente 302 härter sein als das Material der Wandung 104. Vorzugsweise besitzen die Fixierelemente 302 Ausformungen, beispielsweise in Gestalt von Widerhaken.
Wird die Schürze 106 im vom Rohr 112 weg und zur Wandung 104 hin ausgefalteten Zustand durch den Druck, den das Fluid auf die Schürze 106 ausübt, gegen die Wandung 104 gepresst, führt dies dazu, dass die Ausformungen der Fixierelemente 302 in die Wandung 104 eindringen. Hierdurch kommt es zu einer formschlüssigen Verbindung mit der Wandung 104.
Um das Material zu schonen und die Sicherheit zu erhöhen, kann die Schürze 106 schrittweise geöffnet werden. In einem ersten Schritt werden die Fixierelemente 302 gegen die Wandung 104 gepresst, so dass die Ausformungen der Fixierelemente 302 in die Wandung 104 eindringen und eine formschlüssige Verbindung zu der Wandung 104 zustande kommt. In einem zweiten Schritt wird der Spalt 108 durch Überführung der Schürze 106 von dem zum Rohr 112 hin gefalteten in den vom Rohr 112 weg und zur Wandung 104 hin ausgefalteten Zustand geschlossen. Das Fluid strömt nun durch das Rohr 112. In einem dritten Schritt werden Ventile, die sich in dem Rohr 112 befinden, geschlossen. Hiermit ist das Bohrloch 102 vollständig abgedichtet.
Bei den in den Fig. 1A, 1B, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Schürze 106 mittels des Rohrs 112, in der bevorzugten Ausführungsform als Ausrüstungselement eines Bohrgestänges, in das Bohrloch 102 eingeführt.

Bezugszeichen

102: Bohrloch
104: Wandung
106: Schürze
108: Spalt
110: Sensor
112: Rohr
200: Dichtung
300: Verstärkungsrippe
302: Fixierelement

Claims

Verschluss für ein Bohrloch (102) mit einer Wandung (104), wobei ein Fluid in dem Bohrloch (102) aufströmt, mit:
a) einem Rohr (112), das in das Bohrloch (102) einführbar ist;

b) mindestens einer Schürze (106) aus einem fluiddichten Material,
b1) wobei die mindestens eine Schürze (106) fluiddicht an dem Rohr (112) fixiert ist;

b2) wobei die mindestens eine Schürze (106) einen zum Rohr (112) hin gefalteten Zustand und einen vom Rohr (112) weg und zur Wandung (104) hin ausgefalteten Zustand annehmen kann;

b3) wobei das Rohr (112) und die mindestens eine Schürze (108) derart ausgebildet sind, dass im zum Rohr (112) hin gefalteten Zustand der mindestens einen Schürze (106) ein Spalt (108) zwischen der mindestens einen Schürze (106) und der Wandung (104) besteht, wenn das Rohr (112) in das Bohrloch (102) eingeführt wird;

b4) wobei die mindestens eine Schürze (106) mindestens ein Fixierelement (302) aufweist;

b5) wobei die Härte des mindestens einen Fixierelements (302) die Härte der Wandung (104) übersteigt;

b6) sodass das mindestens eine Fixierelement (302) in die Wandung (104) eindringen kann, wenn die mindestens eine Schürze (106) gegen die Wandung (104) gepresst wird;

b7) sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen der mindestens einen Schürze (106) und der Wandung (104) zustande kommen kann; und mit

c) aktivierbaren Mitteln,
c1) wobei eine Aktivierung der aktivierbaren Mittel dazu führt, dass die mindestens eine Schürze (106) den vom Rohr (112) weg und zur Wandung (104) hin ausgefalteten Zustand annehmen kann.
Verschluss nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem mindestens einen Rohr (112) um ein Bohrgestänge handelt.
Verschluss nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem mindestens einen Rohr (112) um ein Behelfsgestänge handelt.
Verschluss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch,
eine Mehrzahl von Schürzen (106), die entlang des Rohrs (112) hintereinander angeordnet sind.