NO763539L

NO763539L - DEVICE FOR COLLECTING AND SEPARATION OF UNCONTROLLED EXHAUST FROM DRILLS IN THE SEAM

Info

Publication number: NO763539L
Application number: NO763539A
Authority: NO
Inventors: Torstein Kjell Fanneloep
Original assignee: Torstein Kjell Fanneloep
Priority date: 1976-10-18
Filing date: 1976-10-18
Publication date: 1978-04-19
Also published as: BR7706971A; NL7711698A; CA1107661A; DK460677A

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for oppsamling separering av ukontrolert utblåsning fra borehull i havbunn, av den art som er beskrevet i innlodningen til patentkrav 1. The invention relates to a device for the collection and separation of uncontrolled blowout from boreholes in the seabed, of the type described in the appendices to patent claim 1.

Boring etter olje i havområder innebærer en risiko for kata-strofal forurensning av det marine miljø og for brann ved. u-kontrollort utblåsning ("blow out") av petrokjemiske råmateri-aler fra borehullene. Ey. av de nest aktuelle forslag til å Drilling for oil in sea areas entails a risk of catastrophic pollution of the marine environment and of fire. uncontrolled blow out of petrochemical raw materials from the boreholes. Hey. of the next relevant proposals to

hindre skadevirkninger av slike utblåsninger, går ut på. åprevent the harmful effects of such blowouts, consists of to

plassere en klokke eller en hette på havbunnen over utblåsningsstedet slik at klokkens kant danner anlegg mot denne og even-tuelt borer seg ned i de øverste løse lag på bunnen. Dermed skal utblåsningen kunne fanges opp og føres opp til overflaten gjennom en stigeledning. place a bell or a cap on the seabed above the blowout location so that the edge of the bell forms contact with it and eventually drills down into the top loose layers on the bottom. In this way, the blowout must be able to be captured and brought up to the surface through a riser.

En slik klokke vil imidlertid måtte utstyres med. ballasttanker og manøvrerings-og styreutstyr for disse eller kunne senkes ned til sjøbunnen fra et forholdsvis kraftig moderfartøy. Den må dessuten manøvreres i horisontalplanet for å kunne posi-sjoneres nøyaktig over utblåsningsstedet og den må forsynes med separatorer for å skille olje, vann og gass. Tross dette fordyrende tilleggsutstyr er det sannsynlig at plasseringen av en slik bunnklokke i et utblåsningstilfelle vil by på store problemer. Ved de vanndybder som blir aktuelle vil nemlig gass-innholdet i utblåsningen forårsake ekspansjons-og oppdrifts-problemer som man ennå ikke kjenner omfanget av. Den store trykkforskjell mellom klokken og overflaten skaper også spesielle problemer i en eventuell gassledning i form av supersonikk strømning, trykkstøt o.l.. However, such a watch will have to be equipped with. ballast tanks and maneuvering and steering equipment for these or could be lowered to the seabed from a relatively powerful mother vessel. It must also be maneuvered in the horizontal plane in order to be positioned exactly above the blow-out point and it must be supplied with separators to separate oil, water and gas. Despite this expensive additional equipment, it is likely that the placement of such a bottom bell in a blowout case will present major problems. At the water depths that become relevant, the gas content in the blowout will cause expansion and buoyancy problems, the extent of which is not yet known. The large pressure difference between the bell and the surface also creates special problems in any gas line in the form of supersonic flow, pressure surges etc.

Hensikten med oppfinnelsen er å sfaffe en anordning derThe purpose of the invention is to provide a device there

disse vansker unngås og som samtidig har en så enkel oppbygning som mulig, som er lett å bringe på plass på utblåsningsstedet, these difficulties are avoided and which at the same time has as simple a structure as possible, which is easy to bring into place at the blow-out location,

også i uvær, og som dessuten gir sikker oppéamling av utblåsningen. also in stormy weather, and which also provides safe collection of the exhaust.

Ifølge oppfinnelsen kan dette oppnås med en anordning som er utformet i overensstemmelse med patentkrav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av underkravene. According to the invention, this can be achieved with a device which is designed in accordance with patent claim 1. Further features of the invention will appear from the subclaims.

En slik anordning kan for det første gjøres meget enkel i sin oppbygning. Den vil kunne manøvreres på enkel måte, for eksempel med taubåter eller andre fartøyer. Alternativt vil den kunne bygges inn i ot fartøy, f.eks. som en del av et tankfartøy. Such a device can, firstly, be made very simple in its structure. It will be able to be maneuvered easily, for example with tugboats or other vessels. Alternatively, it could be built into other vessels, e.g. as part of a tanker.

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser skjematisk et perspektivriss og fig. 2 et aksialt vertikalsnitt gjennom en første utførelses-form av oppfinnelsen ■©§ plassert i et sjøområde over en utblåsning, mens fig. 3 viser et skjematisk vertikalsnitt gjennom en andre utførelsesform. The invention is described below in more detail with reference to the drawing, where fig. 1 schematically shows a perspective view and fig. 2 an axial vertical section through a first embodiment of the invention placed in a sea area above a blowout, while fig. 3 shows a schematic vertical section through a second embodiment.

Anordningen består hovedsakelig av en klokke fliftdmed et skjørt 12 som er beregnet for plassering med åpningen nedsenket i vannet. I eksempelet er klokken 11 utformet med ettytre skall 13 med sylinderform og et indre skall 14 med form som et til-nærmet lik en rotasjonsparoboloid, idet de to skall fortrinns-vis er fremstilt av stål eller armert betong, f.eks. basert på ferrocement, og er anbragt koaksialt slik at de danner en felles skjørt- eller åpningskant 15 med diameter D. De er videre forbundet med en endevegg 16 som danner anordningens begrens-ning oppad. The device mainly consists of a bell fliftd with a skirt 12 which is intended for placement with the opening submerged in the water. In the example, the clock 11 is designed with an outer shell 13 with a cylindrical shape and an inner shell 14 with a shape approximately similar to a paraboloid of rotation, the two shells preferably being made of steel or reinforced concrete, e.g. based on ferrocement, and are arranged coaxially so that they form a common skirt or opening edge 15 with diameter D. They are further connected by an end wall 16 which forms the device's upward limitation.

Mellom skallene 13 og 14 dannes det derved et kammer eller hulrom 17, jiens det i det indre skall 14 dannes et indre rom 18 som nedad begrenses av væskeflaten og oppad kommuniserer med omgivelseneXgjennom en sentralt plassert stigeledning 19. Skallene 13 og 14\kan ha enhver hensiktsoessig form, både i aksialsnitt og i tvterrsnitt. De kan foeks. begge være sylinder-formet eller halvkuleformet, eller ha polygonalt tverrsnitt. Between the shells 13 and 14, a chamber or cavity 17 is thereby formed, while in the inner shell 14 an inner space 18 is formed which is limited downwards by the liquid surface and communicates upwards with the surroundings through a centrally located riser 19. The shells 13 and 14 can have any suitable shape, both in axial section and in cross-section. They can foeks. both be cylindrical or hemispherical, or have a polygonal cross-section.

Klokken 11 kan på kjent måte for flytesystemer være forsynt med ballasttanker (ikke vist) som kan fylles mer eller mindre med væske for å regulere anordningens dyptgående d (fig.2). The 11 o'clock can, in a known manner for floating systems, be provided with ballast tanks (not shown) which can be filled more or less with liquid to regulate the device's draft d (fig.2).

Klokkens skjørt 12 er i kantområdet forsynt med to parall-ell lelle rekker åpninger 20 langs omkretsen i form av kanaler som forløper skrått ned og ut fra innsiden. Hensikten med disse åpningene, som alternativt kan ha form av slisser e.l., vil bli beskrevet nedenfor. The skirt 12 of the clock is provided in the edge area with two parallel or small rows of openings 20 along the circumference in the form of channels which run obliquely down and out from the inside. The purpose of these openings, which can alternatively take the form of slits etc., will be described below.

Det indre rom 18 kommuniserer med kammeret 17 gjennom en rekke kanaler 21 som ligger omtrent midt på høyden av det indre skall 14 eller på nivå med sjøflaten. Hver av disse kanalene The inner space 18 communicates with the chamber 17 through a series of channels 21 which lie approximately midway up the height of the inner shell 14 or at sea level. Each of these channels

21 er forsynt med en pumpe (ikke vist) eller tilknyttet et pumpeanlegg for styrt overføring av medium, særlig væske,så 21 is provided with a pump (not shown) or connected to a pump system for controlled transfer of medium, especially liquid, so

som olje, fra rommet 18 til kammeret 17. Dette vil bli beskrevet nærmere nedenfor. as oil, from room 18 to chamber 17. This will be described in more detail below.

Denne anordning kan utnyttes på følgende måte:This device can be used in the following way:

Den kan holdes i beredskap på et såkalt "oljefelt", d.v.s. et sjøområde hvor det pågår boring etter eller utvinning av jord-olje og/eller -gass. På grunn av den enkle oppbygningen og det lave utstyrsbehov vil anleggs- og vedlikeholdsutgiftene for en slik anordning være lave. It can be kept in readiness at a so-called "oil field", i.e. a sea area where drilling for or extraction of oil and/or gas is underway. Due to the simple structure and the low equipment requirements, the installation and maintenance costs for such a device will be low.

Undersøkelser har vist at en utblåsningssøyle av hydro-carboner i vann fra en viss, liten høyde (antageligvis fra 5-8m) over havbunnen, vil utbre seg i tverrsnittsretning etter formelen : ■ BK= 1,2. -x, hvor x er strekningen opp fra bunnen. Formelen D= 1,2.*. (h-d) angir da diameteren på oppsamlingsnivå, idet ( A er en universalkonstant (også kalt "entrainment-konstant") som angir oppførselen til en utblåsning av gass eller væske i en annen tyngre gass eller væske under turbulente forhold, med hensyn på inntrengingen av det omgivende tyngre medium i den oppadstigende mediumsøyle. Videre er h= havdybden på utblåsningsstedet og d= klokkens dyptgående. Konstanten cx har i praksis vist seg å være nær 0,1. Investigations have shown that a blowout column of hydrocarbons in water from a certain, small height (presumably from 5-8m) above the seabed, will spread in cross-sectional direction according to the formula: ■ BK= 1.2. -x, where x is the distance up from the bottom. The formula D= 1,2.*. (h-d) then indicates the diameter at the collection level, where ( A is a universal constant (also called "entrainment constant") that indicates the behavior of a blowout of gas or liquid in another heavier gas or liquid under turbulent conditions, with regard to the ingress of the surrounding heavier medium in the ascending medium column.Furthermore, h= the sea depth at the blowout location and d= the depth of the bell. The constant cx has in practice been shown to be close to 0.1.

Ved bestemmelsen av kappens åpningsdiameter må det gjøresWhen determining the casing's opening diameter, it must be done

et tillegg for å gi plass for tilbakestrømning av vann som skilles ut fra utblåsningssøylen under klokken og dessuten for å tillate en viss sideveis bevegelse av klokken, for eksempel under storm. an addition to allow for the backflow of water ejected from the blow-out column under the bell and also to allow some lateral movement of the bell, for example during storms.

Kappens åpningsdiameter D kan derfor angis med følgende formel: The casing's opening diameter D can therefore be specified with the following formula:

D= 0,12 (h-d) + A D,D= 0.12 (h-d) + A D,

hvor A D er det nødvendige tillegg i tverrmålet.where A D is the necessary addition in the transverse dimension.

For å forenkle denne formelen kan^man forutsette at klokken plasseres med et dyptgående som er lik åpriingsdiameteren. Videre kan man se bort fra det arealbidrag som åpningene 20 gir for tilbakestrømning av vann og dessuten for behovet for overdimen-sjonering for å tillate en viss feilposisjonering. Forholdet mellom diameteren på utblåsningssøylen på oppsamlingsnivået og klokkens åpningsdiameter vil dermed være fastlagt av sammen-hengen : To simplify this formula, it can be assumed that the bell is placed with a depth equal to the opening diameter. Furthermore, one can disregard the area contribution that the openings 20 make for the backflow of water and also the need for over-dimensioning to allow a certain incorrect positioning. The relationship between the diameter of the exhaust column at the collection level and the opening diameter of the bell will thus be determined by the relationship:

2 . D>4=(D<+>AD)<2>2. D>4=(D<+>AD)<2>

Formelen for bestemmelse av klokkens åpningsdiameter kan dermed forenkles til The formula for determining the opening diameter of the bell can thus be simplified to

D = o,194 h, d.v.s. ca. 1/5 h.D = o.194 h, i.e. about. 1/5 hr.

For en havdybde h = 50 m vil det således være tilstrekkelig med en åpningsdiameter på ca. 10 m, mens det ved en havdybde på lOOm vil være tilstrekkelig med en diameter på 20-25 m. For a sea depth h = 50 m, an opening diameter of approx. 10 m, while at a sea depth of 100 m, a diameter of 20-25 m will be sufficient.

Anordningen 11 vil ved siden av å samle opp utslippet også utføre en separering i en oljefraksjon 22 og en gassfraksjon 23 slik at spesielle separatorer blir unødvendige. Den vannfrak- In addition to collecting the discharge, the device 11 will also carry out a separation into an oil fraction 22 and a gas fraction 23 so that special separators become unnecessary. The water fra-

sjon som trenger inn i utslippsøylen kan ved hensiktsmessig plassering av åpningene 20, og med åpning noe større enn søyle-diameteren strømme ut gjennom disse eller tilbake gjennom skjørt-- - åpningen. Gassf raks j onen 23 vil samle seg opp i rommet 18 og derfra kunne føres opp gjennom stigeledningen 19 til et fakkel-tårn eller til en hensiktsmessig form for utnyttelse. Olje-fraksjonen 22 vil skilles ut på vannflaten og derfra kunne pumpes inn i kammeret 17 gjennom kanalene 21, f.eks. til er-statning for ballast. tion that penetrates into the discharge column can, by appropriate placement of the openings 20, and with an opening somewhat larger than the column diameter, flow out through these or back through the skirt opening. The gas fraction 23 will accumulate in the room 18 and from there can be led up through the riser 19 to a torch tower or to an appropriate form of utilization. The oil fraction 22 will separate on the surface of the water and from there could be pumped into the chamber 17 through the channels 21, e.g. as a substitute for ballast.

For å oppnå de trykkforhold i rommet 18 som til enhver tidTo achieve the pressure conditions in room 18 as at all times

er gunstigst for å gjennomføre optimal olje-gass-vannsepara-is most favorable for carrying out optimal oil-gas-water separation

sjon er det i stigeledningen 19 innskudt en trykkregulerende ventil 24 som kan styres med hensiktsmessig utstyr. I tillegg eller i stedet kan det benyttes en pumpe for å styre trykket tion, a pressure regulating valve 24 is inserted in the riser line 19, which can be controlled with suitable equipment. In addition or instead, a pump can be used to control the pressure

i gassen under klokken. Det vil være hensiktsmessig å skape et undertrykk slik at vann-nivået blir liggende over åpningene 20. in the gas under the clock. It would be appropriate to create a negative pressure so that the water level remains above the openings 20.

Det kan videre være aktuelt å forsyne skjørtets 12 under-It may also be relevant to supply the skirt's 12 under-

kant 15 med en nedhengende gardin 25 som antydet i tegningenedge 15 with a hanging curtain 25 as indicated in the drawing

og som har til oppgave å stenge inne olje og slippe ut vann.and whose task is to seal in oil and release water.

En slik gardin 25 kan være perforert eller bestå av bardeformete, Such a curtain 25 can be perforated or consist of bard-shaped,

slissdannende lameller.slot-forming lamellas.

Por å kunne posisjonere anordningen over utblåsningsstedet slik at den til enhver tid befinner seg sentralt over utblåsnings-søylen, er det på klokkens 12 ytterside anbragt en rekke gassfølere 26 i en rekke langs omkretsen. Ved avvik fra riktig plassering vil en eller flere av disse følerne 26 registrere gass og gl signal til anordningens posisjoneringsutstyr. In order to be able to position the device above the blow-out point so that it is centrally located above the blow-out column at all times, a number of gas sensors 26 are placed on the outside of the clock 12 in a row along the circumference. In case of deviation from the correct position, one or more of these sensors 26 will register a gas and gl signal to the device's positioning equipment.

Anordningen er i eksempelet vist i sin enkleste utførelses-fora som en kolkkeformet enhet som forutsettes manøvrert og holdt på plass av en eller annen form for flytesystera, for eksempel et skip. Denne grunnutførelse kan utbygges på for-skjellige måter. Anordningen kan for eksempel gjøres selvdrevet ved at den utstyres med pontoner eller et passende form for skråg med ballasttanker og eventuelle oppsamlingstanker. Videre kan den byggesp#å eller inn i et fartøy som kan vare utelukkende beregnet for å drive anordningen eller som kan ha en annen funk-sjon i tillegg. In the example, the device is shown in its simplest form as a cork-shaped unit which is supposed to be maneuvered and held in place by some form of floating system, for example a ship. This basic design can be developed in various ways. The device can, for example, be made self-powered by being equipped with pontoons or a suitable form of sloop with ballast tanks and any collection tanks. Furthermore, it can be built into or into a vessel which may be exclusively designed to operate the device or which may have another function in addition.

I fig. 3 er det vist et eksempel hvor anordningen er bygget inn i et tankskip som en integrert del av denne. Selv tankskip med middels størrelse vil ha tilstrekkelig tverrdimensjon til å kunne oppta en klokkeformet enhet som er tilstrekkelig stor til å dekke de aktuelle havdybder. I eksempelet er det bygget inn en klokkeformet enhet 27 med rektangulært tverrsnitt 1 horisontalplanet 1 midtpartiet av et skip 28. Under normal fart er skipsbunnen dekket av to klaffer 29 som er svingbare om langsp gående akser ved skipssiden slik at de ikke utblåsnlngstilfelle kan svinges med som vist med strekete linjer. Et slikt skip kan utnyttet for tankfart uten vesentlig innskrenkning i kapa-siteten. Anordningen av en slik oppsamlingsklokke vil heller ikke by på konstruktive problemer, idet klokkerommet SO kan inne-holde de nødvendige bereelementer Sl så lenge det er fri pasasje for gass og olje. In fig. 3 shows an example where the device is built into a tanker as an integral part of it. Even medium-sized tankers will have sufficient transverse dimensions to be able to accommodate a bell-shaped unit that is large enough to cover the relevant sea depths. In the example, a bell-shaped unit 27 with a rectangular cross-section 1 is built into the horizontal plane 1 the middle part of a ship 28. During normal speed, the ship's bottom is covered by two flaps 29 which are pivotable about longitudinal axes at the side of the ship so that they can be pivoted with as shown with dashed lines. Such a ship can be used for tankers without significant reduction in capacity. The arrangement of such a collecting bell will also not pose constructive problems, as the bell chamber SO can contain the necessary bearing elements Sl as long as there is free passage for gas and oil.

Claims

1. Device for the collection and separation of uncontrolled blowout3 from boreholes in the seabed, where a bell or cap with a circular or polygonal opening cross-section is used which is placed above the point of discharge, characterized by the fact that this bell (11) is designed for placement on the sea surface.

2. Device in accordance with claim 1, characterized in that the skirt of the bell projects a section (d) into the water which is at most equal to the transverse dimension (D) above the skirt opening.

3. Device in accordance with claim 1 or 2, characterized in that the transverse dimension (D) above the skirt opening is determined by the formula D = 1.2. etc. (h-d)+A D, where* is/universal constant ("entrainment constant") for release of liquid or gas in a turbulent flow into another heavier liquid© lier gas, h is the sea depth at the point of release and AD is an addition of the order of 1-10 m.

4. Device in accordance with one of claims 1-3, characterized in that the skirt (21) is provided with outward and downward-directed openings (20) to release water which is taken up by the ascending blow-out column.

5. Device in accordance with one of claims 1-4, characterized in that the skirt is provided at its bottom edge with a perforated or slitted curtain (25) which can let water particles through, but which retains oil particles.

6. Device complying with one of the claims 1-5, vessel act t e r i-s e r t in that the clock (ll) is provided with an upwardly directed outlet line (19) of a known type, which is provided with a pressure regulating valve (24).

7. Device in accordance with one of claims 1-5, characterized in that it is connected to a pump for controlling the pressure in the gas volume inside the collection space.

8. Device in accordance with one of claims 1-7, characterized in that the outside of the clock is provided with gas sensors (26) for controlling the clock's positioning.

9. Device inconsistent with one of claims 1-9, characterized in that the clock (11) is enclosed in a vessel or other floating system.

10. Device in accordance with claim 9, characterized in that it is enclosed in a tanker which is knotted.te.tJ for normal tanker traffic.

11. Device in accordance with claim 9 or "10, characterized in that it has a rectangular or square opening cross-section.

12. Device in accordance with claim 11, characterized in that it is provided with swing-down flaps which cover the collection opening during the vessel's normal operation.