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Patent Searching and Data


Title:
BLOWOUT PREVENTER STACK
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/041983
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a blowout preventer stack, with at least one blowout preventer, at least one kinetic energy store, at least one hydraulic pump and at least one hydraulic actuator, which is disposed outside the kinetic energy store and is connected to the hydraulic pump via a hydraulic line and mechanically to the blowout preventer, wherein the kinetic energy store is coupled or can be coupled to the hydraulic pump and the hydraulic pump can be driven by means of kinetic energy stored in the kinetic energy store in such a way that, when required, the hydraulic pump pumps a hydraulic fluid to the hydraulic actuator and thereby drives the blowout preventer.

Inventors:
BIESTER, Klaus (Am Maschsee 2, Wienhausen, 29342, DE)
KUNOW, Peter (Gerhard-Winkler-Weg 3A, Berlin, 12355, DE)
Application Number:
EP2017/071932
Publication Date:
March 08, 2018
Filing Date:
August 31, 2017
Export Citation:
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Assignee:
BIESTER, Klaus (Am Maschsee 2, Wienhausen, 29342, DE)
KUNOW, Peter (Gerhard-Winkler-Weg 3A, Berlin, 12355, DE)
International Classes:
E21B41/00; E21B33/06; F03D9/12
Domestic Patent References:
WO2015028651A22015-03-05
WO2002036933A12002-05-10
Foreign References:
US5575452A1996-11-19
US20160102518A12016-04-14
US3667721A1972-06-06
US20080023917A12008-01-31
US6719042B22004-04-13
US5655745A1997-08-12
US7300033B12007-11-27
Attorney, Agent or Firm:
EISENFÜHR SPEISER PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (Anna-Louisa-Karsch-Straße 2, Berlin, 10178, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Blowout-Preventer Stack, mit wenigstens einem Blowout-Preventer, wenigstens einem kinetischen Energiespeicher und wenigstens einem hydraulischen Aktuator, der außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe und mechanisch mit dem Blowout- Preventer verbunden ist, wobei der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist und die Hydraulikpumpe mittels in dem kinetischen Energiespeicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar ist, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt und dadurch den Blowout-Preventer antreibt.

2. Blowout-Preventer Stack gemäß Anspruch 1 , bei dem der kinetische Ener- giespeicher mit der Hydraulikpumpe mechanisch gekoppelt oder koppelbar ist.

3. Blowout-Preventer Stack gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der hydraulische Aktuator ausgebildet ist, im Bedarfsfall einen Schieber des Blowout- Preventers anzutreiben.

4. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der hydraulische Aktuator mechanisch mit einer Scherramme des Blowout-Preventers gekoppelt ist. 5. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der hydraulische Aktuator ein Hydraulikzylinder ist.

6. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der kinetische Energiespeicher eine Schwungmasse umfasst, die ausgebildet und angeordnet ist, mit hoher Drehzahl zu rotieren.

7. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Hydraulikpumpe und die Hydraulikleitung außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet sind.

8. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der kinetische Energiespeicher über eine Welle mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist. 9. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Kopplungs-Steuerung, wobei die Kopplungs-Steuerung ausgebildet ist, im Bedarfsfall von einem entkoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher nicht mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, in einen gekoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, zu wechseln.

10. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der kinetische Energiespeicher weiterhin ausgebildet ist, kinetische Energie an andere kinetische Energiespeicher zu übermitteln oder von diesen zu empfangen.

1 1. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Blowout-Preventer einen Kraft- und/oder Positionssensor aufweist, der ausgebildet ist Kraft und/oder Positionsdaten zu messen und als Datensignal bereitzustellen.

12. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, der weiterhin eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, ein Vorliegen des Bedarfsfalls zu detektieren und ein Antreiben der Hydraulikpumpe mittels der gespeicherten kinetischen Energie im Bedarfsfall auszulösen.

13. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit wenigstens einem weiteren kinetischen Energiespeicher, wobei der weitere kinetische Energiespeicher mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist.

14. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der wenigstens eine Blowout-Preventer ein Annular Blowout- Preventer, ein Rohrrammen-Blowout-Preventer oder ein Scherrammen-Blowout- Preventer ist.

15. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem oberen Annular Blowout-Preventer, einer Steigleitungsver- bindungsvorrichtung, einem unteren Annular Blowout-Preventer, einem Scher- rammen-Blowout-Preventer, einem Rohrrammen-Blowout-Preventer und einer Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung.

16. Blowout-Preventer Stack gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Hydraulikpumpe eine Kolbenpumpe mit einstellbarem Kolbenhub und einstellbarere Förderleitung ist.

17. Blowout-Preventer Stack gemäß Anspruch 16, bei dem die Hydraulikpumpe, die einen an Exzenter einer Kurbelwelle befestigten Pleuel zum Antreiben eines Kolbens der Kolbenpumpe aufweist, wobei eine Exzentrizität des Exzenters relativ zu einer Rotationsachse der Kurbelwelle verstellbar ist.

18. Autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit, insbesondere für einen Blowout-Preventer, mit wenigstens einem kinetischen Energiespeicher, wenigstens einer Hydraulikpumpe und wenigstens einem hydraulischen Aktuator, der außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe verbunden ist,

wobei der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist und die Hydraulikpumpe mittels in dem kinetischen Energiespeicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar ist, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt.

Description:
Blowout-Preventer Stack

Die Erfindung betrifft einen Blowout-Preventer Stack mit wenigstens einem Blowout- Preventer, wenigstens einem kinetischen Energiespeicher, wenigstens einer Hydraulikpumpe und wenigstens einem hydraulischen Aktuator. Die Erfindung betrifft außerdem eine autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit.

Typischerweise werden Bohrstränge aus Bohrstangen zum Tiefenbohren verwendet, um unter der Erde liegende Erdöl- und/oder Erdgas-Lagerstätten zu erreichen. Am Ende des Bohrstrangs befindet sich ein Bohrkopf zum mahlenden Zerkleinern des Erdreichs, beispielsweise ein Rollenmeißel oder ein Diamantmeißel (PDC-Meißel). Die Bohrstangen haben einen freien Innendurchmesser von ca. 51 mm (2 in) bis ca. 1 ,22 m (48 in) und Längen von typischerweise ca. 9, 1 m (30 ft) oder ca. 14 m (46 ft). Der Bohrstrang ist aus aneinandergesetzten Bohrstangen zusammengesetzt. Der Durchmesser der augenblicklich zum Bohren verwendeten Bohrstangen des Bohrstrangs hängt von der Bohrtiefe ab. Die Bohrstangen werden mit Verbindungen (Joints) aneinander gesichert, so dass hunderte von Bohrstangen miteinander gekoppelt werden müssen, um Tiefen von tausenden von Metern zu erreichen. Eine maximale Tiefe von bis zu ca. 12.000 m unter dem Erdboden ist dadurch erreichbar. Am Bohrlocheingang wird ein Betonfundament zur Sicherung des Bohrlochs gegossen. Aus dem Bohrloch ragt ein Stück des Bohrstranges heraus,

welches mit einem Derrickkran bzw. dem sogenannten Derrick verbunden ist, um den Bohrstrang zu halten und gegebenenfalls auch, z.B. mit Hilfe eines Kraftdrehkopfs (top drive) anzutreiben. Bei der Bohrung werden Löcher verschiedener Größe und Tiefe gebohrt, in denen jeweils eine Rohrtour eingefügt und eine ringzylindrische Betonwand zur Sicherung des Bohrlochs gegossen wird, um die Bohrstangen in Position zu halten bzw. zu führen. Weiterhin dienen die Rohrtouren auch dazu ein Herunterfallen von Gesteinsmaterial oder Eindringen von Grundwasser zu verhindern. Ein Bohrloch besteht typischerweise aus mehreren Rohrtouren verschiedener Durchmesser und Länge. Die Rohrtourdurchmesser nehmen dabei von geringen zu größeren Tiefen ab. Beim Bohren zerkleinert der Bohrkopf mahlend das grundsätzlich unter ihm liegende Gesteinsmaterial. Das Gesteinsmaterial wird typischerweise entlang des um den Bohrstangen liegenden freien ringzylinderförmigen Schachts vom Bohrlochende an den Bohrlocheingang gepumpt. Hierfür wird durch die Bohrstangen eine Spülflüssigkeit, typischerweise Wasser/Öl mit Ton und/oder Barytmehl, unter hohem Betriebsdruck von bis zu ca. 2.000 bar (30.000 psi) gepumpt, das am Bohrkopf austritt und das Gesteinsmaterial (nach oben) zum Bohrlocheingang drückt. Die Spülflüssigkeit dient dabei zur Stabilisierung des Bohrlochs, zur Kühlung und Schmierung des Bohrkopfes, zum Abtragen von Gesteinsmaterial und zur Entfernung des Gesteinsmaterials vom Bohrlochende.

Aufgrund des hohen Erdöl- und Erdgasbedarfs der Menschheit steigt die Notwendigkeit immer tiefer liegende und/oder schwer erreichbare Lagerstätten zu erschließen, so dass heutzutage eine Erdöl-/Erdgasförderung aus Lagerstätten in einer Tiefe von 2.000 m bis 4.000 m unter dem Erdboden typisch ist. Insbesondere Bohrungen auf dem Meeresgrund (subsea drilling), die von Bohrschiffen oder Bohrplattformen/Bohrinseln aus durchgeführt werden, werden genutzt um neue Erdöl- und/oder Erdgaslagerstätten zu erschließen. Tiefenbohrungen auf dem Meeresgrund führen im Vergleich zu Tiefenbohrungen an Land zu größeren technischen Schwierigkeiten, da der Beginn des Bohrlochs sich bereits bis zu 4.500m (15.000 ft) unter dem Meeresspiegel befinden kann. In dieser Tiefe ist ein direkter menschlicher Zugriff nicht möglich, wodurch typischerweise ferngesteuerte Systeme zum Einsatz kommen müssen. Diese sind fehleranfällig und ein Austausch ist nur unter hohem Zeitaufwand möglich. Des Weiteren steigt durch das salzhaltige Meerwasser und die auf dem Meeresboden herrschenden höheren Druckverhältnisse die Abnutzung der für die Bohrung notwendigen mechanischen Teile, die stärker korrodieren und/oder verschleißen. Auch Bohrungen in Seen mit Süßwasser werden durchgeführt, diese sind jedoch seltener als Tiefenbohrungen am Meeresgrund und dienen hauptsäch- lieh zu Forschungszwecken und nicht der Erschließung von Erdöl- und/oder Erdgasvorkommen.

Das Bohren und auch das Betreiben eines Bohrlochs birgt die Gefahr eines Blowouts, d.h. eines unkontrollierten Ausströmens von Material, wie z.B. Öl, Gas, Erdreich, Wasser, Gestein oder anderem Material, wenn beispielsweise eine schnelle Druckänderung während des Bohrens oder Betreibens im Bohrloch stattfindet. Dies findet insbesondere während des Bohrens statt, wenn der Bohrkopf in eine Öl- und/oder Gas-Lagerstätte vordringt. Um zu verhindern, dass ein Blowout auftritt, der zu einer starken Umweltbelastung und Verschwendung von Ressourcen führt, werden regelmäßig Blowout-Preventer (BOP) eingesetzt.

Blowout-Preventer (BOPs) sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen zur Druckregulierung und zum Verschluss des Bohrlochs im Fall eines Blowouts. Typischerweise befindet sich ein Stack bzw. Stapel aus verschiedenen Blowout-Preventern am erdbodenseitigen Beginn des Bohrlochs. Die Blowout-Preventer Stacks können bis zu 1000 t wiegen und erreichen Höhen von bis zu ca. 20 m. Blowout-Preventer Stacks verfügen regelmäßig über Druckleitungen, die einen Druck auf das Material im Bohrloch erzeugen oder Druck aus dem Bohrloch abführen können, um den Druck im Bohrloch zu regulieren und so z.B. ein kontrolliertes Bohren oder Gewinnen von Öl- und/oder Gas aus dem Bohrloch zu ermöglichen. Verschiedene Arten von Blowout-Preventer Stacks wer- den während des Bohrens des Bohrlochs und während der Förderung über das Bohrloch verwendet. Die Blowout-Preventer (Ausbruchsverhinderungsventilanordnungen) für die Bohrung haben eine Einsatzzeit von ca. 6 Monaten nach denen Sie einer Kontrolle unterzogen werden. Im Falle von Tiefseebohrungen muss dafür der gesamte Blowout- Preventer Stack vom Meeresgrund an die Meeresoberfläche befördert werden. Für die Förderung kann auch ein einfacherer Aufbau, beispielsweise ein Eruptionskreuz (Christmas tree, Production tree) verwendet werden. Eruptionskreuze haben viel höhere Einsatzzeiten von bis zu 25 Jahren. Die Anordnung und Anzahl der Blowout-Preventer im Blowout-Preventer Stack legt die maximale Bohrtiefe fest, da typischerweise ein abgestimmter Blowout-Preventer für jeden während der Bohrung verwendeten Rohrdurch- messer im Blowout-Preventer Stack vorhanden ist.

Blowout-Preventer können als Rammen Blowout-Preventer (Ram Blowout-Preventer) oder Annular Blowout-Preventer ausgeführt sein. Die Rammen Blowout-Preventer enthalten typischerweise zwei sich gegenüberliegende (Rams) Rammen, Backen oder Schieber, die gegeneinander verfahrbar sind. Die Annular Blowout-Preventer enthalten typi- scherweise ein ringförmiges Gummielement, das mehrere, gegebenenfalls durch Metallsegmente verstärkte Ringsegmente aufweisen kann, die derart verfahrbar sind, dass sie mit ihren sich berührenden Oberflächen einen dichtenden Verschluss erzeugen können. Je nach Ausführung und insbesondere je nach Art der Backen können Rammen Blowout- Preventer dazu dienen eine Bohrstange des Bohrstrangs, die sich entlang der Achse des Bohrlochs in den Blowout-Preventer erstreckt zu durchtrennen, abzudichten oder einzudrücken, um den Druck des nach oben strömenden Materials aus dem Bohrloch entgegenzuwirken. Typischerweise befinden sich mehrere Blowout-Preventer im Blowout- Preventer Stack, wobei näher zur Lagerstätte angeordnete Blowout-Preventer normaler- weise dafür vorgesehen sind die Bohrstangen zu umfassen und abzudichten und weiter von der Lagerstätte entfernt angeordnete Blowout-Preventer zum Durchtrennen des Bohrstrangs und dichtenden Verschluss des Bohrlochs vorgesehen sind. Annular Blowout-Preventer können verschieden stark geschlossen werden und sind dafür vorgesehen einen dichtenden Verschluss des Bohrlochs oder um eine Bohrstange herum zu errei- chen. Die Blowout-Preventer und weitere Blowout-Preventer-Stack-Komponenten werden typischerweise mit Hilfe von hydraulischen Vorrichtungen betrieben. Hierfür wird eine Hydraulikflüssigkeit mit Druck zu den Blowout-Preventern gepresst, die die Blowout- Preventer betreiben kann, indem sie die Backen und/oder ringförmigen Gummielemente in an sich bekannter Weise verschiebt bzw. komprimiert, beispielsweise auf- und zufährt. Ein typischer Blowout-Preventer Stack hat an seinem zum Bohrloch orientierten Ende eine Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector), die dazu dient die oberste Rohrtour (Standrohrtour), die ein kurzes Stück aus dem Betonboden des Bohrlochkopfs ragt, dichtend zu umschließen und somit den Blowout-Preventer Stack mit dem Bohrloch zu verbinden. Hierzu hat die Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) typischerweise einen größeren Durchmesser als die Standrohrtour und auf einem inneren Umfang angeordnete Dichtungsfinger (Collet Segments). Wenn die Bohr- lochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) sich auf der Standrohrtour befindet, können die Dichtungsfinger (Collet Segments) mit Druck gegen eine Stackverbindungsvorrichtung (Stack Connector), die sich am Ende der Standrohrtour befindet, gepresst werden, um einen dichtenden Verschluss herzustellen. Im Störungsfall eines Blowout-Preventer Stacks oder falls der Blowout-Preventer Stack routinemäßig ausgetauscht werden soll, muss die Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) geöffnet werden, damit der Blowout-Preventer Stack vom Bohrloch entfernt werden und durch einen neuen Blowout-Preventer Stack oder im Förderfall durch ein Eruptionskreuz (Christmas tree) ersetzt werden kann. Über der Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung (Wellhead Connector) folgen eine oder mehrere Rohrrammen Blowout-Preventer (Pipe Ram Blowout-Preventer) zum Abdichten jeweils verschiedener Rohrdurchmesser. Die Rohrrammen Blowout-Preventer (Pipe Ram Blowout-Preventer) haben zwei sich gegenüberliegende Backen mit Aussparungen, die dem Durchmesser einer Bohrstange entsprechen. Wenn ein Rohrrammen Blowout- Preventer aktiviert wird, werden die sich gegenüberliegenden Backen aufeinander zugefahren, bis sie eine Bohrstange mit einem der Aussparung entsprechenden Durchmesser dichtend umschließen. In Abhängigkeit der Bohrtiefe ist eine verschiedene Anzahl der Rohrrammen Blowout-Preventer (Pipe Ram Blowout-Preventer) übereinander angeord- net.

Über den Rohrrammen Blowout-Preventern (Pipe Ram Blowout-Preventern) folgt ein Scherrammen Blowout-Preventer (Shear Ram Blowout-Preventer), der dafür vorgesehen ist eine Bohrstange des Bohrstrangs zu durchtrennen. Dazu besitzen die Backen (Rams) der Scherrammen Blowout-Preventer (Shear Ram Blowout-Preventer) Scherkanten, die nach Art einer Schere Bohrstangen durchtrennen können. Bevorzugt dient der Scherrammen Blowout-Preventer (Shear Ram Blowout-Preventer) auch zum Trennen der Bohrstange bei gleichzeitigem Abdichten des Bohrstangenlochs. Normalerweise reicht jedoch die Dichtung des Scherrammen Blowout-Preventers (Shear Ram Blowout- Preventer) nicht aus, so dass häufig über diesem zusätzlich ein Annular Blowout- Preventer angeordnet ist. Dieser dient zum dichtenden Verschluss des Bohrstangenlochs und/oder des gesamten Bohrlochs.

Es folgt ein weiterer Annular Blowout-Preventer, der dazu dient den Blowout-Preventer Stack abzudichten. Der obere (Upper) Annular Blowout-Preventer ist mit einem unteren Meeressteigleitungspaket (Lower Marine Riser Package - LMRP) verbunden. Im besonderen Fall eines Blowout-Preventers auf dem Meeresgrund schließt sich an den Annular Blowout-Preventer eine Steigleitungsverbindungsvorrichtung (Riser Connector) an. Diese ist dafür vorgesehen eine Steigleitung dichtend anzuschließen. Die Steigleitung (der Riser) besteht typischerweise aus druckdichten Stahlrohren, in deren Innenraum der Bohrstrang und Spülflüssigkeit geleitet werden. Der Innendurchmesser der Steigleitung (des Risers) ist größer als der Durchmesser des Bohrstrangs und typischerweise ca. 533 mm (21 in).

Das untere Meeressteigleitungspaket (LMRP) stellt eine weitere Trennebene des Blowout-Preventer Stacks dar, wenn die Steigleitung (der Riser) vom Blowout-Preventer Stack abgetrennt werden muss. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn das Bohrschiff seine Position verlassen muss, z.B. aufgrund eines auf das Bohrschiff zudriftenden Eisbergs. In diesem Fall kann das Bohrloch über den Blowout-Preventer Stack abgedichtet werden. Das Bohrschiff kann nachdem das untere Meeressteigleitungspaket (LMRP) getrennt wurde seine Position verlassen und zu einem späteren Zeitpunkt die Steigleitung (den Riser) wieder mit dem Blowout-Preventer Stack verbinden.

Der Blowout-Preventer Stack darf nicht versagen, da ein Nichtverschließen des Bohrlochs bei einem Blowout mit erheblichen wirtschaftlichen sowie ökologischen Kosten verbunden ist. Daher existieren insbesondere für Bohrungen auf dem Meeresgrund hohe Sicherheitsanforderungen an die Blowout-Preventer Stacks. Die Verwendung von mehrere redundante Versorgungs- und Sicherheitssystemen ist daher unverzichtbar. Daher enthalten die Blowout-Preventer Stacks neben den Blowout-Preventern mit separaten Leitungen verbundene Kill-Leitungen (Kill Lines) und Choke-Leitungen (Choke Lines), die dafür vorgesehen sind Füllmaterial unter hohem Druck in das Bohrloch und/oder in den Blowout-Preventer-Stack einzupumpen oder den Druck im Blowout-Preventer Stack zu reduzieren, indem Material abgelassen wird, um im Falle des kompletten oder teilweise Versagens der Blowout-Preventer doch noch einen erfolgreichen Verschluss des Bohrlochs zu ermöglichen.

US 3,667,721 präsentiert einen Blowout-Preventer mit einem Dichtungselement, das ein elastisches Dichtungsmittel hat. Eine Vielzahl von metallischen Verschiebungsmitteln kann gegen eine sphärische Innenfläche eines Gehäuses geschoben werden, um das Dichtungselement in eine Verschlussstellung zu bringen, wobei das Dichtungselement gegen einen Stellkolben angeordnet ist. Das Dichtungsmittel kann den Umfang entlang mit der sphärischen Innenfläche des Gehäuses in Kontakt stehen, um eine Dichtung zu erzeugen. Das Dichtungselement kann auf Änderungen des Durchmessers von Komponenten eines Bohrgestänges durch Anpassung des Dichtungselements reagieren.

US 2008/0023917 A1 zeigt eine Dichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für einen Blowout-Preventer. Die Dichtung hat ein Einsatzstück aus festem Material, das innerhalb eines elastomerischen Körpers angeordnet ist und von dem wenigstens ein Teil selektiv von dem elastomerischen Körper getrennt ist. Auf dem Einsatzstück aus festem Material, das nicht mit dem elastomerischen Körper verbunden ist kann ein Antiadhäsivmittel, wie Silikon, aufgebracht sein. Das Verfahren umfasst die Generierung eines finite Elemente Analyse Dichtungsmodels, von dem ein Spannungsgraph auf Basis von Verschiebungsbedingungen analysiert wird und woraufhin in dem finite Elemente Analyse Dichtungsmodel wenigstens ein Teil des Einsatzstücks aus festem Material identifiziert wird, das selektiv vom elastomerischen Körper getrennt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin die Herstellung des selektiv vom elastomerischen Körper getrennten Siegels mit Einsatzstück aus festem Material. In US 6,719,042 B2 wird eine Anordnung von Scherbacken zum Scheren einer Ölsteiglei- tung gezeigt. Die Anordnung umfasst zwei verschiebbare Backen, die jeweils entlang einer unterschiedlichen Backenachse verschiebbar sind und von denen eine obere Schneide und die andere eine untere Schneide hat. Die Oberflächen der Schneiden der Backen sind dicht benachbart, wenn die Schneiden zum Scheren der Ölsteigleitungen aufeinander zu bewegt werden. Ein Verschlusssystem ist in einer Aushöhlung in der oberen Oberfläche der unteren Schneide angeordnet. Das Verschlusssystem umfasst ein elastomerisches Siegel und eine Stelleinheit, um die untere ebene Fläche der oberen Schneide abzudichten. Die Stelleinheit ist relativ zur unteren Schneide bewegbar, um das elastomerische Siegel unter Spannung zu setzen. US 5,655,745 präsentiert einen leichtgewichtigen hydraulischen Blowout-Preventer mit einem Blowout-Preventer Körper, Schwenkplatten und zwei Backenpaaren. Der Blowout- Preventer Körper hat Öffnungen zum Führen einer Bohrstange und senkrecht zu diesen jeweils zwei senkrecht übereinander angeordnete sich gegenüberliegende Führungen für jeweils ein Paar von Backen. Zwei Aufsätze sind jeweils mit Hilfe von einer kleinen An- zahl von von der Backenachse aus gesehen senkrecht zueinander orientierten, auf einem gleichmäßigen Radius oder entlang einer Einzellinie angeordneten Verbindungsbolzen am Blowout-Preventer Körper befestigt. Die Aufsätze bilden Führungsverlängerungen in denen jeweils eine Backe arbeitet. Ein hydraulischer Kolben einer jeweiligen Backe ist von jeweils einem metallischen Dichtungsring umschlossen. Die Aufsätze sind auf Schwenkplatten angebracht. Die Verbindungsbolzen der Aufsätze können gelöst werden und erlauben es die Aufsätze über die Schwenkplatten vom Körper wegzuschwenken.

US 7,300,033 B1 zeigt ein Blowout-Preventer-Operator-Verschlusssystem mit einem Verschlussteil, einer Kolbenstange, einem Operatorgehäuse, einem Kolben, einem Schlauch und einer Verschlussstange. Die Kolbenstange ist mit einem Ende mit dem Verschlussteil verbunden. Das Operatorgehäuse ist mit einem Ende mit einem Aufsatz verbunden und mit einem zweiten Ende mit einem Kopf verbunden. Die Kolbenstange erstreckt sich durch den Aufsatz in das Operatorgehäuse und ist dort mit dem Kolben, der einen Körper und einen Flansch hat, verbunden. Der Schlauch ist innerhalb eines Hohlraums des Kolbens schraubenförmig befestigt und lässt sich durch die Verschlussstange, die drehbar mit dem Kopf verbunden ist, axial relativ zum Kolben verschieben. Ein Ende der Verschlussstange erstreckt sich durch den Kopf und kann Unterwasser von außerhalb des Operatorgehäuses betrieben werden.

WO 02/36933 A1 präsentiert einen Blowout-Preventer mit einer Absperreinrichtung und einem Verbindungskanal. Die Absperreinrichtung ist quer zum Verbindungskanal mittels einer Antriebseinrichtung verschiebbar. Die Absperreinrichtung enthält zwei einzeln oder synchron betreibbare elektrische Motoren und eine selbsthemmende Getriebeeinrichtung. Die selbsthemmende Getriebeeinrichtung ist mit den elektrischen Motoren antriebsverbunden. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Blowout-Preventer Stack bereitzustellen, der eine verbesserte Betriebssicherheit ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Blowout-Preventer Stack mit mindestens einer Blowout-Preventer Einheit vorgeschlagen, die wenigstens einen Blowout-Preventer, wenigstens einen kinetischen Energiespeicher, wenigstens eine Hydrau- likpumpe und wenigstens einen hydraulischen Aktuator aufweist. Der hydraulische Aktua- tor ist außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und ist über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe und mechanisch mit dem Blowout-Preventer verbunden. Dabei ist der kinetische Energiespeicher erfindungsgemäß mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar und die Hydraulikpumpe ist mittels in dem kinetischen Energie- Speicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt und dadurch den Blowout-Preventer antreibt.

Der erfindungsgemäße Blowout-Preventer Stack kann vorteilhaft einen hydraulischen Aktuator antreiben, ohne dass hierfür elektrische Energie notwendig ist. Dies ist insbe- sondere als Notfall-Absicherung bei einer sonstigen Störung von Steuerungssystemen vorteilhaft, wie sie für den Blowout-Preventer Stack im Bedarfsfall vorliegt. Typischerweise wird der kinetische Energiespeicher, falls kein Bedarfsfall vorliegt, elektrisch angetrieben. Fällt ein solcher Antrieb im Bedarfsfall weg, kann der erfindungsgemäße Blowout- Preventer Stack besonders vorteilhaft ohne Zuführung weiterer elektrische Energie die gespeicherte kinetische Energie nutzen, um die Hydraulikpumpe zu betreiben. Dies trägt zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Blowout- Preventers bei. Die Nutzung der beschrieben Hydraulik erlaubt zusätzlich, mit wenig Energie eine große Kraft durch den hydraulischen Aktuator zu bewirken. Hierdurch werden ohne eine ständige Energieversorgung Kräfte ermöglicht, durch die eine durch den Blowout-Preventer verlaufende Bohrstange eines Bohrstrangs verformt oder durchtrennt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung des hydraulischen Aktuators außerhalb des kinetischen Energiespeichers verringert das Risiko einer Beschädigung durch den kinetischen Energiespeicher.

Den Bedarfsfall stellt für den Blowout-Preventer Stack vorzugsweise eine unerwartete Veränderung einer Blowout-Preventer Stack Struktur oder eine vordefinierte Art der Fehlfunktion des Blowout-Preventer Stacks dar. Durch das Antreiben des Blowout- Preventers mittels des hydraulischen Aktuators soll folglich bei Vorliegen eines möglicherweise nicht hinreichend gesicherten Zustands eines durch den Blowout-Preventer geschützten Bohrlochs ein energiearmes automatisiertes Sichern des Bohrlochs ohne externe Eingabesignale realisiert werden. Der hydraulische Aktuator wandelt einen hydraulischen Druck in eine mechanische Bewegung um. Dabei ist der hydraulische Aktuator so angeordnet, dass der Blowout- Preventer Stack seine Schutzfunktion im Bedarfsfall erfüllt, also eine durch den Blowout- Preventer verlaufende Bohrstange eines Bohrstrangs abdichtet, verformt oder durchtrennt. Entsprechend ist der kinetische Energiespeicher üblicherweise nicht dauerhaft mit der Hydraulikpumpe gekoppelt, sondern ist bei Eintritt des Bedarfsfalls, insbesondere eines Störfalls, mit der Hydraulikpumpe koppelbar.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stack näher erläutert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe mechanisch gekoppelt oder koppelbar. Hierdurch kann eine besonders robuste und haltbare Kopplung sichergestellt werden, die typischerweise einfacher gewartet werden kann, als beispielsweise eine elektrische Kopplung.

Vorzugsweise ist der kinetische Energiespeicher über eine Welle mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist. Eine derartige Nutzung einer Welle ist besonders einfach in der Herstellung und in der Wartung. Weiterhin kann eine Welle durch eine direkte Befestigung an dem kinetischen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Befestigung entlang einer Drehachse eines Schwungmassespeichers, weitgehend ohne Kopplungsverluste im Wirkungsgrad des Energiespeichers realisiert werden. Die Welle ist in einer Variante dieser Ausführungsform direkt oder über ein Getriebe, wie beispielsweise ein Rädergetriebe, mit der Hydraulikpumpe gekoppelt, so dass eine entsprechende Drehung der Welle einen Pumpmechanismus der Hydraulikpumpe antreibt und dadurch einen Druck zur Förderung der Hydraulikflüssigkeit aufbaut.

In einer alternativen Ausführungsform ist der kinetische Energiespeicher elektrisch mit der Hydraulikpumpe über eine elektrische Leitung gekoppelt oder koppelbar. In einer Variante dieser alternativen Ausführungsform weist der kinetische Energiespeicher wenigstens ein magnetisches Material auf. Dieses magnetische Material ist in dieser Aus- führungsform derart an dem kinetischen Energiespeicher angeordnet, dass der kinetische Energiespeicher einen Induktionsstrom in der elektrischen Leitung erzeugt. Dieser Induktionsstrom wird im Bedarfsfall für das Antreiben der Hydraulikpumpe genutzt, die den Blowout-Preventer antreibt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der hydraulische Aktuator ausgebildet, im Bedarfsfall einen Schieber des Blowout-Preventers anzutreiben. Der Schieber ist dabei vorzugsweise entlang einer Verschiebungsachse beweglich. Weiterhin verfügt der Schieber typischerweise über ein Instrument des Blowout-Preventers, das ausgebildet ist, mit der durch den Blowout-Preventer verlaufenden Bohrstange des Bohrstrangs zu wechselwirken, um einen unkontrollierten Austritt eines Materials durch den Bohrstrang im Bedarfsfall zu verhindern.

In einer Ausführungsform ist der hydraulische Aktuator mechanisch mit einer Scherramme des Blowout-Preventers gekoppelt. Die Hydraulikpumpe ist in dieser Ausführungsform daher dazu ausgebildet, die durch den Blowout-Preventer verlaufende Bohrstange des Bohrstrangs mittels der Scherramme zu durchtrennen. In einer Variante dieser Ausfüh- rungsform wird ein Durchtrennen der Bohrstange ausgeführt, sobald eine Kopplung zwischen dem kinetischen Energiespeicher und der Hydraulikpumpe vorliegt.

In einer weiteren Ausführungsform ist der hydraulische Aktuator ein Hydraulikzylinder. Ein dem Druck des Hydraulikfluids entgegenstehender Kolben des Hydraulikzylinders ist in dieser Ausführungsform vorteilhaft so gewählt, dass der aufgebaute Druck auf den Kol- ben ausreicht, um den Kolben entlang einer Zylinderachse des Hydraulikzylinders zu verschieben. Dies führt bevorzugt zu einer Bewegung des Kolbens und eines damit verbundenen Instruments, beispielsweise einer Scherramme gegen den Bohrstrang. In anderen Varianten führt die Bewegung des hydraulischen Aktuators zur Bewegung einer Steigleitung, einer Kill-Leitung und/oder einer Choke-Leitung des Blowout-Preventer Stacks.

Bevorzugt ist der kinetische Energiespeicher ein Schwungmassespeicher, der ausgebildet und angeordnet ist, mit hoher Drehzahl zu rotieren. Ein Schwungmassespeicher umfasst mindestens eine Schwungmasse. Vorzugsweise ist die Schwungmasse derart angeordnet, dass sie um eine Rotationsachse des Schwungmassespeichers rotiert. Es können auch mehrere kinetische Energiespeicher als Schwungmassespeicher ausgebildet sein. Die Schwungmasse kann ein Schwungrad, ein Schwungstab, ein Schwungzylinder oder dergleichen sein und ist bevorzugt eine Schwungscheibe. Der kinetische Energiespeicher kann als Motor-Generator-Kombination ausgeführt sein und Energie aufnehmen, umwandeln, speichern und wieder abgeben. Insbesondere kann der kinetische Energiespeicher zur Energierückgewinnung (Rekuperation) ausgebildet sein. Bevorzugt wandelt der kinetische Energiespeicher gespeicherte kinetische Energie in elektrische Energie und/oder elektrische Energie in kinetische Energie um. In einer bevorzug- ten Ausgestaltung enthält der kinetische Energiespeicher, beispielsweise der Schwungmassespeicher, ein oder mehrere verschiedene magnetische Materialien.

Ein kinetischer Energiespeicher, beispielsweise in Form eines Schwungmassespeichers hat Umdrehungsgeschwindigkeiten von bevorzugt 10.000-12.000 Umdrehungen pro Minute und kann Umdrehungsgeschwindigkeiten von bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Die kinetischen Energiespeicher des Blowout-Preventer-Stacks sind bevorzugt dauerhaft unter voller Umdrehungszahl, um dauerhaft zur Energieversorgung der Blowout-Preventer-Betriebsmittel oder zum Betreiben der Blowout-Preventer zur Verfügung zu stehen. Die Umdrehungszahl kann von einer Steuereinheit gemessen werden, die mit dem kinetischen Energiespeicher verbunden ist. Die Höhe der Umdre- hungszahl erlaubt es dabei den Energievorrat der kinetischen Energiespeicher, wie zum Beispiel Schwungmassespeicher, zu bestimmen. Um hohe mechanische Belastungen für Drehlager der kinetischen Energiespeicher zu reduzieren oder zu vermeiden sind die Drehlager bevorzugt magnetische Drehlager. Eine Wirbelstrombremse zum Bremsen der kinetischen Energiespeicher ist denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hydraulikpumpe und die Hydraulikleitung außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet. Hierdurch kann das Risiko einer Beschädigung der Hydraulikpumpe und der Hydraulikleitung durch den kinetischen Energiespeicher verringert werden. Außerdem vereinfacht eine derartige Trennung von einzelnen Komponenten des Blowout-Preventer Stacks die Herstellung des Blowout- Preventer Stacks, da hierdurch die einzelnen Komponenten getrennt hergestellt und innerhalb des Blowout-Preventer Stacks angeordnet werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Blowout-Preventer Stack weiterhin eine Kopplungs-Steuerung auf. Dabei ist die Kopplungs-Steuerung ausgebildet, im Bedarfsfall von einem entkoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher nicht mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, in einen gekoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist, zu wechseln. Ein derartiger Wechsel zwischen entkoppeltem und gekoppeltem Zustand wird typischerweise durch einen Empfang eines Bedarfsfall-Signals ausgelöst, welches das Vorliegen eines Bedarfsfalls anzeigt. Die Kopplungs-Steuerung ist vorzugsweise genau einem kinetischen Energiespeicher und einer entsprechend koppelbaren Hydraulikpumpe zugeordnet. Dabei erfolgt die Kopplung und/oder Entkopplung beispielsweise über ein entsprechendes Getriebe, wie etwa einem Räder- oder Kurbelgetriebe. Das Bedarfsfall- Signal kann ein elektrisches Signal sein, das aufgrund einer Notstromversorgung des Blowout-Preventer Stacks auch ohne externe Stromversorgung erzeugt und gesendet wird.

In einer Ausführungsform weist der Blowout-Preventer einen Kraft- und/oder Positionssensor auf, der ausgebildet ist Kraft- und/oder Positionsdaten zu messen und als Datensignal bereitzustellen. Der Kraft- und/oder Positionssensor kann zur Überwachung eines Zustands des Blowout-Preventers, insbesondere hinsichtlich eines Vorliegens des Bedarfsfalls, ausgebildet sein. Hierbei können Veränderungen in einer Struktur des Blowout- Preventers, beispielsweise unerwartete Positionsdaten eines mit dem Kraft- und/oder Positionsmesser ausgestatteten Bauteils des Blowout-Preventers zur Detektion des Bedarfsfalls führen. In einer Variante dieser Ausführungsform ist der Kraft und/oder Positionsensor weiter ausgebildet, als Datensignal das Bedarfsfall-Signal an die Kopplungs-Steuerung zu senden. Hierdurch kann automatisiert über ein Messen von Kraft- und/oder Positionsdaten eine Kopplung zwischen kinetischem Energiespeicher und Hydraulikpumpe bereitgestellt werden.

Die Kraft- und/oder Positionssensoren können alternativ oder zusätzlich ausgebildet sein, eine an Backen eines Rammen Blowout-Preventers (Ram Blowout-Preventer) oder an ringförmigen Gummielementen eines Annular Blowout-Preventers wirkende Kraft und/oder eine Position der Backen oder der ringförmigen Gummielemente zu messen und ein die Messdaten (Kraft- und/oder Positionsdaten) enthaltendes Datensignal bereitzustellen, das über eine Sensor-Leitung an ein Energieversorgungssystem und/oder an ein mit der Kopplungs-Steuerung verbundenes Steuersysteme des Blowout-Preventer Stacks übermittelt werden kann. Mit Hilfe der Messdaten kann das Steuersystem den Blowout-Preventer gezielt steuern und derart einstellen, dass ein geringer Materialverschleiß bei guter Dichtwirkung erzielt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform ist der kinetische Energiespeicher ausgebildet, kinetische Energie an andere kinetische Energiespeicher zu übermitteln oder von diesen zu empfangen. Eine derartige Übertragung von kinetischer Energie kann in kinetischer oder elektrischer Form realisiert sein. Beispielsweise kann ein kinetischer Energiespeicher durch eine Rotation eines Magneten induktiven Strom erzeugen und durch diesen einen weiteren kinetischen Energiespeicher antreiben. Die Nutzung einer Mehrzahl von kinetischen Energiespeichern gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht es alle miteinander verbundenen kinetischen Energiespeicher als Energiereservoir für den Betrieb des Blowout-Preventer und somit des Blowout-Preventer Stacks zu nutzen. Dies erhöht die Sicherheit, da redundante Energiespeicher vor Ort vorhanden sind, aus denen im Falle einer Störung einiger der kinetischen Energiespeicher oder teilweiser oder kompletter Zerstörung der Verbindung zu Energieversorgungssystemen des Blowout-Preventer Stacks noch die Möglichkeit besteht die Energie mit Hilfe anderer kinetischer Energiespeicher zu erhalten, um einen Teil oder den kompletten Blowout-Preventer Stack zu betreiben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Blowout-Preventer Stack weiterhin eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, ein Vorliegen des Bedarfsfalls zu detektieren und ein Antreiben der Hydraulikpumpe mittels der gespeicherten kinetischen Energie im Bedarfsfall auszulösen. Die Steuereinheit bildet vorzugsweise einen Teil der Energieversorgungs- und Steuersysteme des Blowout-Preventer Stacks. In einer anderen Variante ist die Steuereinheit ein Teil der Kopplungs-Steuerung. Vorzugsweise wird das Antreiben der Hydraulikpumpe durch ein Koppeln des kinetischen Energiespeichers mit der Hydraulikpumpe ausgelöst.

In einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Blowout-Preventer Stack wenigstens einem weiteren kinetischen Energiespeicher auf, wobei der weitere kinetische Ener- giespeicher mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar ist. In dieser Ausführungsform kann die Hydraulikpumpe vorteilhaft über mindestens zwei kinetische Energiespeicher angetrieben werden, was insbesondere vorteilhaft ist, falls ein kinetischer Energiespeicher im Bedarfsfall ausfällt. In einer Variante dieser Ausführungs- form können beide kinetischen Energiespeicher gleichzeitig die Hydraulikpumpe antreiben, wodurch ein besonders hoher Druck auf das Hydraulikfluid übertragen werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Blowout-Preventer ein Annular Blowout-Preventer, ein Rohrrammen-Blowout-Preventer oder ein Scherrammen- Blowout-Preventer.

Der Blowout-Preventer Stack kann auch mehrere der genannten Blowout-Preventer- Stack-Komponenten enthalten. So weist der Blowout-Preventer Stack in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen oberen Annular Blowout-Preventer, eine Steiglei- tungsverbindungsvorrichtung, einen unteren Annular Blowout-Preventer, einen Scher- rammen-Blowout-Preventer, einen Rohrrammen-Blowout-Preventer und eine Bohrloch- kopfverbindungsvorrichtung auf. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt für Bohrungen auf dem Meeresgrund, bei denen der Blowout-Preventer Stack über dem Bohrloch auf dem Meeresgrund angeordnet ist und mit einer Steigleitung mit einem Bohrschiff oder einer Bohrplattform verbunden ist, die sich an der Meeresoberfläche oder Wasseroberfläche befindet. In einer weiteren Ausführungsform, beispielsweise für die Verwendung an Land, kann der Blowout-Preventer Stack nur einen Annular Blowout- Preventer aufweisen und ohne Steigleitungsverbindungsvorrichtung (Riser Connector) ausgeführt sein. Bevorzugt sind alle Blowout-Preventer-Stack-Komponenten mechanisch und/oder elektrisch betreibbar. Die Blowout-Preventer-Stack-Komponenten können auch wenigstens teilweise kinetisch betrieben werden, d.h. mit kinetischer Energie aus den kinetischen Energiespeichern.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stack ist die Hydraulikpumpe eine Kolbenpumpe. Die Kolbenpumpe weist vorzugsweise einen einstellbaren Kolbenhub und somit eine einstellbare Förderleitung auf. Eine Kurbelwelle der Kolbenpumpe ist vorzugsweise direkt mit einer Abtriebswelle eines kinetischen Energiespeichers mechanisch verbunden.

Die Hydraulikpumpe weist vorzugsweise einen an einem Exzenter einer Kurbelwelle befestigten Pleuel zum Antreiben eines Kolbens der Kolbenpumpe auf, wobei eine Exzentrizität des Exzenters relativ zu einer Rotationsachse der Kurbelwelle verstellbar ist. Die Hydraulikpumpe gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht es in vorteilhafter Weise, den kinetischen Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe zu koppeln, ohne dass bereits durch die Kopplung der Blowout-Preventer angetrieben wird. Bevorzugt ist die Kolbenpumpe derart ausgebildet, dass eine Menge an durch die Hydraulikpumpe gepumptem Hydraulikfluid über eine einstellbare Exzentrizität des Exzenters bezüglich der Rotationsachse der Kurbelwelle einstellbar ist. In einer besonders bevorzugten Variante kann die Exzenterposition des Exzenters dabei auch so eingestellt werden, dass kein oder fast kein Hydraulikfluid über die Hydraulikpumpe zu dem hydraulischen Aktuator gepumpt werden kann. Bevorzugt verfügt der Blowout-Preventer Stack in dieser Ausführungsform über keine Kopplungssteuerung, so dass dauerhaft eine Kopplung zwischen dem kinetischen Energiespeicher und der Hydraulikpumpe vorliegt. Die Exzenterposition des Ex- zenters wird bevorzugt über eine Exzentersteuerung innerhalb der Hydraulikpumpe gesteuert, die mit einem Steuersystem des Blowout-Preventer Stacks oder mit der Steuereinheit verbunden ist, so eine Reaktion des Bedarfsfalls eine Änderung der Exzenterposition derart auslöst, dass über die Hydraulikpumpe mehr Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator gepumpt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit, insbesondere für einen Blowout-Preventer, mit wenigstens einem kinetischen Energiespeicher, wenigstens einer Hydraulikpumpe und wenigstens einem hydraulischen Aktuator gelöst. Der hydraulische Aktuator ist außerhalb des kinetischen Energiespeichers angeordnet und über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikpumpe verbunden, Dabei ist der kinetische Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar und die Hydraulikpumpe ist mittels in dem kinetischen Energiespeicher gespeicherter kinetischer Energie derart antreibbar ist, dass die Hydraulikpumpe im Bedarfsfall ein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator pumpt. Die erfindungsgemäße Energiespeicher- und Antriebseinheit kann durch die Verwendung eines kinetischen Energiespeichers vorteilhaft die Betriebssicherheit eines mit der Energiespeicher- und Antriebseinheit ausgestatteten Blowout-Preventer Stacks erhöhen.

Vorzugsweise ist der kinetische Energiespeicher hierbei mit der Hydraulikpumpe mechanisch gekoppelt oder koppelbar. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausfüh- rungsform ist der kinetische Energiespeicher über eine Welle mit der Hydraulikpumpe gekoppelt oder koppelbar.

Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von den Figuren zeigen: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit;

Fig. 3 eine Signalstruktur für ein Antreiben des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks;

Fig. 4: Eine Ausführungsvariante einer Blowout-Preventer Einheit mit einer

Hydraulikpumpe in Form einer Kolbenpumpe mit einstellbarem Kolbenhub.

Fig. 5a bis 5c eine mögliche Realisierung eines einstellbaren Kolbenhubs.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stacks 100 mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit 105.

Der Blowout-Preventer Stack 100 hat wenigstens einen Blowout-Preventer 1 10, einen kinetischen Energiespeicher 120, eine Hydraulikpumpe 130 und einen hydraulischen Aktuator 140. Die autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit 105 wird dabei durch den kinetischen Energiespeicher 120, die Hydraulikpumpe 130 und den hydraulischen Aktuator 140 gebildet, der außerhalb des kinetischen Energiespeichers 120 angeordnet und über eine Hydraulikleitung 138a, 138b mit der Hydraulikpumpe 130 verbunden ist.

Der kinetische Energiespeicher 120 ist ein Schwungmassespeicher, der ausgebildet ist, eine Schwungmasse 122 des Schwungmassespeichers mit hoher Drehzahl zu rotieren. Der Schwungmassespeicher wird typischerweise von einer Energieversorgung des Blowout-Preventer Stacks 100 angetrieben, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Im Betriebsfall kann durch die sich bewegende Schwungmasse 122 auch ohne eine Verbindung mit der Energieversorgung die kinetische Energie der Schwungmasse 122 genutzt werden. Vorzugsweise geschieht dies über eine entlang einer Rotationsachse des kinetischen Energiespeichers angeordnete Welle 128. Die Welle 128 verbindet den kinetischen Energiespeicher 120 mittelbar mit der Hydraulikpumpe 130. Dabei ist eine Kopplungs-Steuerung 150 mit der Welle 128 verbunden und ausgebildet, im Bedarfsfall von einem entkoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher 120 nicht mit der Hydraulikpumpe 130 gekoppelt ist, in einen gekoppelten Zustand, in dem der kinetische Energiespeicher 120 mit der Hydraulikpumpe 130 gekoppelt ist, zu wechseln. Der Bedarfsfall wird durch ein entsprechendes von der Kopplungs- Steuerung empfangenes Bedarfsfall-Signal angezeigt (in Fig. 3 gezeigt). Im gekoppelten Zustand ist die Welle 128 mit einer zweiten Welle 132 der Hydraulikpumpe 130 über die Kopplungs-Steuerung 150, beispielsweise über ein Rad- oder Riemengetriebe der Kopp- lungs-Steuerung 150, verbunden. Die zweite Welle 132 ist direkt an der Hydraulikpumpe 130 angeordnet. Daher ist der kinetische Energiespeicher 120 mit der Hydraulikpumpe 130 gekoppelt oder koppelbar.

Die zweite Welle 132 kann durch Drehung entlang ihrer Längsachse die Hydraulikpumpe 130 antreiben und dadurch ein Hydraulikfluid 136 durch die Hydraulikleitung 138a, 138b zu dem hydraulischen Aktuator 140 pumpen. Die Hydraulikleitung 138a, 138b besteht aus einer Pumpleitung 138a in die das Hydraulikfluid 136 durch die Hydraulikpumpe 130 gepumpt wird, und eine Saugleitung 138b, durch die das gepumpte Hydraulikfluid 136 zurück zu der Hydraulikpumpe 130 geführt wird. In dem Ausführungsbeispiel weist die Hydraulikpumpe 130 folglich einen geschlossenen Kreislauf des Hydraulikfluids 136 auf. In anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Hydraulikpumpe über einen offenen Kreislauf des Hydraulikfluids betrieben, beispielsweise unter Nutzung eines Hydraulikfluid reservoirs.

Die Hydraulikpumpe 136 ist gemäß einer bekannten Hydraulikpumpen-Bauart ausgebildet. In dem Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikpumpe 136 eine Kolbenpumpe. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Hydraulikpumpe eine Flügelzellenpumpe, eine Zahnradpumpe oder eine Schraubenspindelpumpe.

Die Hydraulikpumpe 136, die Hydraulikleitungen 138a, 138b und der hydraulische Aktuator 140 sind in dem Ausführungsbeispiel außerhalb des kinetischen Energiespeichers 120 angeordnet. Der hydraulische Aktuator 140 ist in dem Ausführungsbeispiel ein Hydraulikzylinder. Andere bekannte hydraulische Aktuatoren können für den erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stack ebenfalls genutzt werden, solange sie einen hydraulischen Druck in eine Bewegung eines Bauteils, bevorzugt in eine axiale Bewegung eines Bauteils des hydrau- lischen Aktuators, umwandeln. Der gezeigte Hydraulikzylinder besteht aus einem von einem Zylinder umgebenen Kolben, der durch eine durch das Hydraulikfluid 136 bewirkte Pumpkraft in eine bezüglich des Hydraulikzylinders axiale Richtung gepresst wird. Durch das Pressen des Kolbens wird ein Schieber 144 des Blowout-Preventer 1 10 bewegt, an dem eine Scherramme 148 des Blowout-Preventers 1 10 mechanisch befestigt ist.

Durch das Bewegen des Kolbens innerhalb des als Hydraulikzylinder ausgebildeten hydraulischen Aktuators 140 durch die Hydraulikpumpe 130, wird somit der Blowout- Preventer 1 10 angetrieben. Dies führt dazu, dass der Schieber 144 mit der daran befestigten Scherramme 148 axial bewegt wird. Diese im Bedarfsfall bewirkte axiale Bewegung der Scherramme 148 soll eine durch den Blowout-Preventer 1 10 verlaufende Bohrstange 160 eines Bohrstrangs durchtrennen. Hierdurch kann ein unkontrollierter Auslass von durch den Bohrstrang gefördertem Material vermieden werden.

In anderen nicht gezeigten Ausführungsformen ist an dem Schieber oder direkt an dem hydraulischen Aktuator eine Dichtung oder eine Klemmbacke oder ein anderes bekann- tes Bauteil zum Abdichten, Verformen oder Durchtrennen der Bohrstange angebracht.

Der in Fig. 1 gezeigte Blowout-Preventer 1 10 ist ein Scherrammen-Blowout-Preventer. In anderen Ausführungsbeispielen ist der erfindungsgemäße Blowout-Preventer ein Annular Blowout-Preventer oder ein Rohrrammen-Blowout-Preventer.

In nicht gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stack ist die Hydraulikpumpe innerhalb des kinetischen Energiespeichers, insbesondere innerhalb des Schwungmassenenergiespeichers angeordnet. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauweise des Blowout-Preventer Stacks ermöglicht werden.

Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel wird das Bedarfsfall-Signal von einer Steuereinheit (nicht dargestellt) bereitgestellt, die das Vorliegen eines Bedarfsfalls detektiert und daraufhin automatisch über das Bedarfsfall-Signal ein Antreiben der Hydraulikpumpe 130 über den kinetischen Energiespeicher 120 auslöst. Detektiert wird der Bedarfsfall in dem ersten Ausführungsbeispiel mittels eines Kraft- und/oder Positionssensors, der ausgebildet ist Kraft und/oder Positionsdaten an einem Ort des Blowout-Preventer Stacks zu messen und als Datensignal bereitzustellen. Weichen in den Kraft- und/oder Positi- onsdaten enthaltene Messwerte über ein vorbestimmtes Maß hinaus von einem vorbestimmten Wert für diese Daten ab, wird das Vorliegen des Bedarfsfalls angenommen. Insbesondere wird angenommen, dass in diesem Zustand das Risiko besteht, dass ein Material unkontrolliert über die Bohrstange 160 entweichen kann, so dass ein Datensignal an die Steuereinheit ausgegeben wird, aus welchem die Steuereinheit detektiert, dass aktuell der Bedarfsfall eingetreten ist. Folglich wird das beschriebene Antreiben des Blowout-Preventers 1 10 ausgelöst und dadurch mit der Scherramme 148 die Bohrstange 160 durchtrennt.

Zum Sichern des durch die Bohrstange 160 gebildeten Bohrstrangs, weißt der Blowout- Preventer Stack 100 typischerweise weitere Teile auf, so dass er im vorliegenden Ausführungsbeispiel neben dem teilweise in Fig. 1 dargestellten Scherrammen-Blowout Preventer einen oberen Annular Blowout-Preventer, eine Steigleitungsverbindungsvor- richtung, einen unteren Annular Blowout-Preventer, einen Rohrrammen-Blowout- Preventer und eine Bohrlochkopfverbindungsvorrichtung aufweist. Die im ersten Ausführungsbeispiel vorliegende typische Ausprägung dieser Teile des Blowout-Preventer Stacks ist bekannt.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blowout-Preventer Stacks 200 mit einer autarken Energiespeicher- und Antriebseinheit 205 gezeigt.

Der vom Blowout-Preventer Stack 200 umfasste Blowout-Preventer 210 stimmt bis auf das Vorliegen eines zweiten kinetischen Energiespeichers 220 und eines entsprechenden zweiten Anschlusses 231 der Hydraulikpumpe 230 mit dem in Fig. 1 gezeigten Blowout-Preventer 1 10 überein. Der kinetische Energiespeicher 1 10 ist über eine erste Kopplungs-Steuerung 214 mit der Hydraulikpumpe 230 gekoppelt oder koppelbar, während der zweite kinetische Energiespeicher 210 über eine zweite Kopplungs-Steuerung 218 mit der Hydraulikpumpe 230 gekoppelt oder koppelbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Kopplungs-Steuerung 214 ausgebildet, in vorbestimmten zeitlichen Abständen ein elektrisches Signal 240 an die zweite Kopplungs-Steuerung 218 zu senden und die zweite Kopplungs- Steuerung 218 ist ausgebildet das elektrische Signal 240 zu empfangen. Weiterhin ist die zweite Kopplungs-Steuerung ausgebildet, eine mit der Hydraulikpumpe 230 verbundene vierte Welle 236 nicht an die mit dem zweiten kinetischen Energiespeicher 210 verbundene dritte Welle 232 zu koppeln, solange das elektrische Signal 240 empfangen wird. Falls kein elektrisches Signal 240 mehr empfangen wird, ist die zweite Kopplungs- Steuerung 218 ausgebildet, in den gekoppelten Zustand zu wechseln, in dem der zweite kinetische Energiespeicher 210 mit der Hydraulikpumpe 230 gekoppelt ist. Hierdurch wird ermöglicht, die Hydraulikpumpe 230 auch dann anzutreiben, wenn der kinetische Ener- giespeicher 1 10 defekt ist, was durch die Abwesenheit des elektrischen Signals 240 gekennzeichnet wird. In einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist der Blowout-Preventer derart ausgebildet, dass eine Mehrzahl an kinetischen Energiespeichern die Hydraulikpumpe gleichzeitig antreiben können. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ein kinetischer Energiespeicher eines Blowout-Preventer ausgebildet, kinetische Energie an andere kinetische Energiespeicher zu übermitteln oder von diesen zu empfangen. Dies kann über eine mechanische oder elektrische Verbindung zwischen zwei kinetischen Energiespeichern realisiert sein.

Fig. 3 zeigt eine Signalstruktur 300 für ein Antreiben des erfindungsgemäßen Blowout- Preventer Stacks.

Die Signalstruktur 300 zeigt das Zusammenwirken von Kraft- und/oder Positionssensor 310, Steuereinheit 320 und der Kopplungs-Steuerung 150 aus Fig. 1.

Der Kraft- und/oder Positionssensor 310 ist ausgebildet, aktuelle Daten bezüglich einer an dem Kraft- und/oder Positionssensor 310 anliegenden Kraft und/oder dort vorliegen- den Position zu messen und als Kraft- und/oder Positionsdaten 315 an die Steuereinheit 320 auszugeben.

Die Steuereinheit 320 ist ausgebildet, die Kraft- und/oder Positionsdaten 315 zu empfangen und zu bestimmen, ob die in den Kraft- und/oder Positionsdaten 315 angezeigten Messwerte für die anliegende Kraft und/oder die vorliegende Position über ein vorbe- stimmtes Maß hinaus von vorbestimmten Werten für diese Daten abweichen. Wird ein derart großes Abweichen durch die Steuereinheit 320 festgestellt, ist die Steuereinheit 320 weiter ausgebildet, das Bedarfsfall-Signal 325 an die Kopplungs-Steuerung 150 auszugeben und dadurch das Vorliegen des Bedarfsfalls anzuzeigen.

In alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Kraft- und/oder Positions- sensor ausgebildet, den Vergleich mit vorbestimmten Werten für die Kraft- und/oder Positionsdaten auszuführen und entsprechend das Vorliegen des Bedarfsfalls zu detek- tieren.

In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel wird das Vorleigen des Bedarfsfalls über eine entsprechende Nutzereingabe detektiert, durch die Kopplungs-Steuerung in den gekoppelten Zustand wechselt. Die Kopplungs-Steuerung kann auch innerhalb der Hydraulikpumpe oder innerhalb des kinetischen Energiespeichers realisiert sein, so dass in einigen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen keine zweite Welle existiert, um den kinetischen Energiespeicher mit der Hydraulikpumpe zu koppeln. Figur 4 zeigt einen Blowout-Preventer 400 mit einem kinetischen Energiespeicher 410. Der kinetische Energiespeicher ist wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ein Schwungmassenspeicher bei dem eine Schwungmasse 412 mit hoher Drehzahl rotiert. Um die Schwungmasse 412 auf eine hohe Drehzahl zu bringen ist ein Antrieb 420 vorgesehen, beispielsweise ein Elektromotor, der über eine Versorgungsleitung 422 mit Energie, beispielsweise in elektrische Energie versorgt und der über eine Welle 424 mit dem Schwungmassenspeicher 410 verbunden ist. Der Schwungmassenspeicher 410 kann seine in ihm gespeicherte kinetische Energie auch dann abgeben, wenn der Antrieb 420 über die Versorgungsleitung 422 nicht mehr versorgt wird.

Der Schwungmassenspeicher 410 ist mechanisch mit einer Hydraulikpumpe 440 verbun- den. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Abtriebswelle 430 des kinetischen Energiespeichers 410 über eine brennbare mechanische Kupplung 432 mit einer Kurbelwelle 442 der hydraulischen Pumpe 440 verbunden. Wie nachfolgend dargestellt, ist die mechanische Kupplung 432 nicht unbedingt erforderlich. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikpumpe 440 eine Kolbenpumpe mit zwei Zylindern 444, in denen sich Kolben 446 auf und ab bewegen, um auf diese Weise Hydrauliköl in einer Hydraulikleitung 460 zu pumpen. Die Kolben 446 sind in bekannter Manier über jeweils einen Pleuel 448 mit den Exzentern 450 der Kurbelwelle 442 verbunden. Die Hydraulikpumpe 440 ist über die Hydraulikleitung 460 mit einem hydraulischen Aktuator 470 verbunden, der eine Scherramme 480 oder eine andere Ramme eines Blowout-Preventers antreiben kann.

Figuren 5a bis 5c zeigen, dass der Hub bzw. die Exzentrizität des Exzenters 450 einstellbar ist, so dass der Hub der Kolben 446 kontinuierlich zwischen einem Mindestmaß 0 und einem Maximalhub einstellbar ist.

Die Exzenter Position - und damit der Hub der Hydraulikpumpe - kann durch drehen eines Exzenterzylinders 452 eingestellt werden.

Die Exzenterposition kann durch Drehen eines Exzenterzylinders 452 eingestellt werden. Der Exzenterzylinder 452 ist dabei derart in einem Kurbelwellenzylinder 456 die Kurbel- welle 442 eingesetzt, dass ein aus dem Exzenterzylinder 452 herausstehender Exzenter 450, an dem der Pleuel 448 befestigt ist, seine Position bezüglich einer Rotationsachse 454 der Kurbelwelle 442 verändert, wenn der Exzenterzylinder 452 um seine Exzenterachse gedreht wird. Die Figuren 5a bis 5c illustrieren, wie ein verstellbarer Kolbenhub bei einer Hydraulikpumpe 440 erzielt werden kann.

An der Kurbelwelle 442 ist exzentrisch zur Rotationsachse 454 der Kurbelwelle 442 ein Kurbelwellenzylinder 456 angeordnet, an dem der Exzenter 450 über einen Exzenterzylinder 452 mit verstellbarem Rotationswinkel befestigt ist. Der Exzenter 450 besitzt eine Außenfläche, an der das Pleuel 448 angreift. Diese Außenfläche ist eine zylindrische Mantelfläche. Exzentrisch zu dieser zylindrischen Mantelfläche ist der Exzenterzylinder 452 angeordnet, der eine zylinderförmige Innenfläche bildet. Diese zylinderförmige Innenfläche umschließt eine zylindrische Außenfläche des Kurbelwellenzylinders 456 und liegt an dieser an. Fig. 5a zeigt die erste Exzenterposition, in der der Exzenter 450 koaxial zur Rotationsachse 454 verläuft, so dass der Pleuel 448 sich bei einer Drehung der Kurbelwelle 442 um die Rotationsachse 454 keine Hubbewegung bewirkt. Der mit dem Pleuel 448 verbundene Kolben 446 wird daher nicht angetrieben und pumpt kein Hydraulikfluid zu dem hydraulischen Aktuator. Fig. 5b zeigt dagegen die zweite Exzenterposition, in der der Exzenter 450 einen Abstand von der Rotationsachse 454 hat, so dass das Pleuel 448 sich bei einer Drehung der Kurbelwelle 442 bewegt und ein entsprechend mit dem Pleuel 448 verbundener Kolben der Hydraulikpumpe Hydraulikfluid pumpt.

Durch eine Drehung des Exzenterzylinders 452 um dem Kurbelwellenzylinder 458 kann somit die Mengen des durch die Hydraulikpumpe zu dem hydraulischen Aktuator gepumpten Hydraulikfluids gesteuert werden, und somit der Antrieb des entsprechenden Blowout-Preventers.

In der in Figur 5a dargestellten Position des Exzenters 450 bezüglich des Kurbelwellenzylinders 458 fluchtet der Mittelpunkt des Exzenters 450 mit der Rotationsachse 454 der Kurbelwelle 442 so dass Pleuel 448 und Kolben 446 selbst dann keinen Hub erfahren, wenn sich die Kurbelwelle 442 dreht. Die Figuren 5b und 5c zeigen wie umgekehrt bei entsprechender Rotationsstellung des Exzenters 450 bezüglich des Kurbelwellenzylinders 456 ein maximaler Hub einstellbar ist. Figur 5b zeigt den oberen Totpunkt des Kolbens 446 und Figur 5c zeigt den unteren Totpunkt des Kolbens 446. Durch Verstellen des Exzenters 450 bzw. des Exzenterzylinders 452 bezüglich des exzentrisch angeord- neten Kurbelwellenzylinders 456 kann somit der Hub der Kolben 446 und damit die Pumpleistung der Hydraulikpumpe 440 stufenlos eingestellt werden. Dies ermöglicht es auch, auf die mechanische Kupplung 432 zu verzichten und stattdessen die Förderung von Hydrauliköl durch die Hydraulikpumpe 440 über die Exzentrizität der Außenfläche des Exzenters 450 zu steuern.

Bezuqszeichenliste

100, 200 Blowout-Preventer Stack

105, 205 autarke Energiespeicher- und Antriebseinheit

1 10, 210 Blowout-Preventer

120 kinetischer Energiespeicher

122 Schwungmasse

128 Welle

130, 230 Hydraulikpumpe

132 zweite Welle

136 Hydraulikfluid

138a, 138b Hydraulikleitung

140 hydraulischer Aktuator

144 Schieber

148 Scherramme

150 Kopplungs-Steuerung

160 Bohrstange

214 erste Kopplungs-Steuerung

218 zweite Kopplungs-Steuerung

220 zweiter kinetischer Energiespeicher 231 zweiter Anschluss

232 dritte Welle

236 vierte Welle 240 elektrisches Signal

300 Signalstruktur

310 Kraft- und/oder Positionssensor

315 Kraft- und/oder Positionsdaten

320 Steuereinheit

325 Bedarfsfall-Signal 325

400 Blowout-Preventer

410 kinetischer Energiespeicher / Schwungmassenspeicher

412 Schwungmasse

420 Antrieb

422 Versorgungsleitung

424 Welle

430 Abtriebswelle

432 mechanische Kupplung

440 hydraulische Pumpe

442 Kurbelwelle

444 Zylinder

446 Kolben

448 Pleuel

450 Exzenter

452 Exzenterzylinders

454 Rotationsachse 456 Kurbelwellenzylinder

460 Hydraulikleitung

470 hydraulischer Aktuator

480 Scherramme