NO303244B1 - FremgangsmÕte for rensking av r÷rledninger og innretning for gjennomf÷ring derav - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for rensking av rørledninger som fører fluider som er viskøse og/eller rike på organiske rester, under utnyttelse av varmegenerering basert på elektriske metoder, uten eller i kombinasjon med fluiduminjeksjon og/eller dampgenerering.

Oppfinnelsen vedrører også mekanisk utstyr som muliggjør innføring av et varmeelement i allerede installerte rørled-ninger, eksempelvis i landbaserte eller maritime petroleum-produksjonsfelt.

På maritime produksjonsfelt vil rørledningene som fører produksjonen fra brønnen til plattformen være utsatt for betydelige obstruksjonsproblemer. Grunnen til dette er egenskapene til råoljen og de lave temperaturer som er fremherskende på installasjonsområdet. Det dreier seg vanligvis om større dyp hvor vanntemperaturen kan ligge på rundt 5°C. Under slike forhold vil det danne seg uønskede rester eller opphopninger som ellers er løst i oljen. Det dreier seg her om paraffiner, asfaltener, harpikser, voks, kiselsyre etc.

Det er fastslått at slike stoffer har en tendens til å akkumulere seg i ledningen. Selve dannelsen kan ha forekommet på et helt annet foregående sted. Avhengig av fluidumstrøm-ningshastigheten vil slike rester eller stoffer ikke avsette seg med en gang vanntemperaturen synker. Det er kjent at en fluidumstrømning kan finne sted ved temperaturer under det såkalte flytepunkt, dvs. den laveste temperatur hvor et fluidum vil strømme under påvirkning av sin egen vekt (standard ASTM-D97). Dette betyr at dersom et trykk settes på et fluidum ved en temperatur under dets f lytepunkt, så vil fluidet strømme.

I praksis vil imidlertid anvendelsen av trykk i rørledninger være underkastet ganske betydelige begrensninger av hensyn til utstyr-hestekrefter og- dimensjoner. Når rørledningene blir lange, øker obstruksjonsproblemet, og det kan dreie seg om strekk på flere kilometre.

Det er kjent at hindringer som skyldes paraffin-rester kan reduseres eller til og med elimineres dersom man kan varme opp fluidet som føres gjennom rørledningen i tilstrekkelig grad, slik at man kan få løsnet de uønskede stoffer fra rørledningsveggen, noe som vil gjøre fjerningen lettere.

I US-PS 4.538.682 beskrives en fremgangsmåte for fjerning av paraffin-rester som danner seg i koldere områder av en produksjonsstreng i en petroleumbrønn i en formasjon som deles av et grunnvannsspeil. Fremgangsmåten går ut på at man i en brønn, i det ringrom som dannes mellom produksjonsstrengen og foringsrøret, fører ned en vikling eller et viklingssett til det nivå hvor avleiringen forekommer. Viklingens ende forbindes på overflaten med en energikilde i den hensikt å varme opp viklingen, som så overfører varmen til produksjonsstrengen og til fluidet inne i den.

En hovedulempe ved denne metodikk er at varmen tilføres et gitt område, og at man ikke hindrer restene i å avleire seg på andre steder i strengen hvor et nytt temperaturfall egnet til å gi avleiringer vil kunne forekomme. Som følge herav må viklingen hele tiden forskyves fra et område til et annet.

I den brasilianske patentsøknad PI 8602278, med samme søker som her, beskrives en prosess for avparaffinisering av en petroleumbrønn. En elektrisk strøm settes på produksjonsstrengen i brønnen for derved å fremme en varmeoverføring til fluidet inne i strengen og hindre oppståelsen av paraffin-avleiringer i strengen og på pumpestangen. I dette tilfelle holdes fluidet oppvarmet langs strengen, slik at man hindrer nye avleiringer.

Når brønnen befinner seg på havbunnen vil de foran beskrevne metoder være vanskelig gjennomførbare. Grunnen til dette er at et hvert direkte inngrep i brønnen representerer en arbeidskrevende, ganske tidskrevende og også farlig oper-asjon, i tillegg til at den er meget dyr. Man skal her huske på at det dreier seg om oppvarming av flere kilometre rør som befinner seg på store havdyp.

I tillegg til disse vanskeligheter har man den at i offshore-installasjoner vil forbindelsene mellom brønn og plattform være i form av fleksible rørledninger, for at man skal ha lettere håndteringsmuligheter. Disse fleksible rørledninger består i utgangspunktet av vekslende lag av stålspiraler med innlagte lag av en elastomer, vanligvis en polyamid-basert elastomer. Stållagene er låst sammen, og det ytterste lag dannes av en krysskjerm hvis hensikt er å gi rørledningen en struktur-forsterkning.

Som følge av den strukturelle oppbygging er slike rørled-ninger undergitt visse begrensninger med hensyn til deres anvendelse for transport av oppvarmede fluider.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for rensking av rørledninger som fører viskøse fluider rike på organiske rester, særlig rørledninger som er plassert på havbunnen, under anvendelse av varme generert med elektriske midler, under utnyttelse av oppvarmingselementer uten eller i kombinasjon med bruk av spesielle fluider.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er er å tilveiebringe en innretning som kan benyttes for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fremgangsmåte som angitt i krav 1, samt en innretning som angitt i krav 4.

Oppvarmingen, som oppfinnelsen dreier seg om, innbefatter en innføring av et oppvarmingselement inne i en rørledning som fører viskøse fluider rike på organiske rester, gjennom et kopl ingsrør stykke som monteres på et gitt sted i rørled-ningen, idet innføringen skjer slik at oppvarmingselementet krysser det område som er innsnevret av de organiske rester, med oppvarmingselementet innføres det tilstrekkelig varme til at restene løsner fra rørledningsveggen og man således får reetablert de forhold som er nødvendig for fluidumstrømning.

Oppvarmingselementet som benyttes i fremgangsmåten innbefatter et varmerør som dannes av et sett av en eller flere ferromagnetiske ledere som er elektrisk isolert og er omgitt av et ferromagnetisk ytre lag, idet endene til lederne er sammenkoplet eller er koplet til det ytre lag.

For innføring av varmeelementet i den fluidumførende rørledning benyttes et koplingsrørstykke som er spesielt utformet for formålet og innbefatter et sylindrisk legeme som i endene er forsynt med overganger, slik at koplingsstykket kan koples inn i den fluidumførende rørledning. Det sylindriske legeme har en sideåpning med en føringskanal, som går delvist inn i koplingsstykket, for derved å muliggjøre orientering og sentralisering av inntrengingen til varmeelementet inne i den fluidumførende rørledning.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 i sideriss og snitt viser noen mulige utførelsesformer av det nye oppvarmingselement ,

fig. 2 vise/r et lengdesnitt gjennom et koplings-rørstykke for bruk i en rørledning, med

vist innføring av et oppvarmingselement, og fig. 3 viser rent skjematisk et offshore-petrol-eumsproduksjonssystem.

Oppfinnelsen baserer seg på tilveiebringelse av varme under utnyttelse av elektriske fenomen, idet en elektrisk strøm legges på en leder.

Når en elektrisk strøm legges på en leder vil en viss energimengde omdannes til varme. Man har her ligningen Q = RI2 , hvor Q er den tilveiebragte varmemengde, R er motstanden i materialet som lederen er laget av, og I er intensiteten til den elektriske strøm som går gjennom lederen.

Dette elektriske fenomen, som baserer seg på den resistive virkning, er kjent som Joules effekt.

Man kan også tilveiebringe varme ved hjelp av elektrisk strøm, under utnyttelse av den induktive effekt. Tar man en ledning bestående av en innvendig leder belagt med et isolerende materiale og med et omgivende legeme av et ferromagnetisk materiale, så vil sirkulasjonen av vekselstrøm i den indre leder gi en variabel magnetisk strøm i belegget. Der tilveiebringes det således en spenning som fremmer strømsirkulasjonen i belegget. Man har her Faradys lov:

hvor e representerer den elektriske spenning, Q er den magnetiske strøm og t er tiden. Den energi som stammer fra strømsirkulasjonen avledes i form av varme i selve belegget.

Et annet kjent fenomen er den såkalte skin-effekt. Den medfører at strømfordelingen ikke er jevn over tverrsnittet til den elektriske leder. Dette skyldes at de elektromotor-iske krefter som induseres sentralt I det ledende materiale er større enn de krefter som utvikles ved omkretsen. Den elektriske strøm som sirkulerer, tvinges derved til å migrere mot omkretsen av materialet. Derved blir det effektive gjennornstrømningsareal for den elektriske strøm mindre, med øking av den effektive kretsmotstand, slik at det blir mulig å generere en større varmemengde pr. enhet sirkulerende strøm. Tykkelsen til dette areal defineres slik at verdien av den sirkulerende strøm er lik l/e av strømverdien ved omkretsen til det ledende materiale, og man kan her utføre beregninger ved hjelp av ligningen:

hvor S er tykkelsen eller dybden til den såkalte skin-effekt, a representerer ledningsevnen, u er permeabiliteten i det ledende materiale og f er den elektriske strømfrekvens.

Man ser at jo høyere frekvensen er, desto større er den såkalte skin-effekt, som følge av en reduksjon i tykkelsen til det lag hvorigjennom den elektriske strøm sirkulerer.

Foreliggende oppfinnelsen baserer seg på en kombinasjon av de foran beskrevne effekter, idet den tilveiebragte varme anvendes for rensking av rørledninger som fører fluider som er viskøse og/eller rike på organiske rester.

Som vist i fig. 1 innbefatter oppvarmingselementet som benyttes ifølge oppfinnelsen et oppvarmingsrør 2, utformet med minst en ferromagnetisk leder 3, valgt blant Jern, stål eller legeringer, elektrisk isolert fra et utvendig belegg 4 ved hjelp av keramisk materiale, teflon eller et annet adekvat materiale 5. Lederen 3 er koplet til det utvendige belegg 4, som vist i fig. la, eller er sammenkoplet innbyrdes, som vist i fig. lb, dersom det benyttes mer enn en leder. Det utvendige belegg 4 er av den korrugert eller sammenlåste type (også fremstilt av et ferromagnetisk materiale), som gir strukturen strekkstyrke og fleksibilitet og gjør det mulig med lettere håndtering under innføringen i den fluidumførende rørledning, slik det vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

De indre lederne kan kombineres på flere måter og i ønsket grad, og kan ha sirkulært, elliptisk eller et annet adekvat tverrsnitt. Fig. 1 viser noen muligheter, uten at oppfinnelsen derved er begrenset til disse.

Et alternativ, som er vist i fig. le går ut på at man bytter ut en av de elektriske lederne med et f luidumførende rør 6, som kan benyttes for innføring av vann eller et annet spesialfluidum, eksempelvis egnede solventer, i den hensikt å bidra til øsingen av reststoffene.

Enden til oppvarmingselementet innbefatter et stykke som er tilpasset rørledningsenden, for beskyttelse av de elektriske forbindelser og slik tilpasset at gjennomtrengingen av restmassen som sitter fast inne i rørledningen lettes. Dersom det brukes en versjon hvor bruken av en solvent-ledning forventes, forsynes enden med en eller flere åpninger for utslipping av solventen.

Det skal her fremheves at en fagmann vil kunne komme frem til andre mulige utførelser, innenfor rammen av den inventive idé.

Fig. 2 viser et lengdesnitt gjennom et koplingsstykke for innsetting i en rørledning. Et slikt koplingsstykke utgjør en vesentlig komponent med hensyn til en god gjennomføring av den nye fremgangsmåte.

Koplingsstykket 7 innbefatter et sylindriske legeme 8 hvis diameter svarer til diameteren til rørledningen. I hver ende er det overganger 9,9A for å lette forbindelsen med rørled-ningene. I veggen er det en åpning 10. Gjennom denne sideåpning 10 innføres en styrekanal 11. Denne styrekanal går inn i koplingsstykket og er festet i sideåpningen 10, slik at åpningen er tett og fluider derfor hindres i å trenge ut til omgivelsene. Styrekanalen 11 muliggjør en sentral innføring av et oppvarmingselement 1 i den med reststoffer innsnevrede rørledning. Skråsti11ingen beregnes slik at det blir mulig å føre oppvarmingselementet inn i koplingsstykket 8 og derfra videre inn gjennom rørledningen som skal renskes.

Den del 11A av styrekanalen som strekker seg på utsiden av det sylindriske legeme er forsynt med mekaniske midler 12, såsom lagre og/eller hjul, som bidrar til å lette innføringen av oppvarmingselementet 1 i rørledningen. I dette avsnitt 11A er det inne i styrekanalen anordnet midler for dynamisk tetting (ikke vist), slik at hele arrangementet blir tett.

For off shore-petroleumproduksjon tar man ved valg av produksjonssystem hensyn til slike parametre som antall produksjonsbrønner, feltstørrelsen og- typen, den gjenvinn-ingsmetodikk som skal benyttes, vanndybde etc.

Fig. 3 viser rent skjematisk et produksjonssystem hvor det produseres fra brønner gjennom separate ledninger A, B-Z frem til en undersjøisk produksjonsmanifold 13. Denne sitter på sjøbunnen og fra den går det en enkelt, med større diameter utført ledning 15 opp til en plattform 14. Alterna-tivt, avhengig av antall produksjonsbrønner, kan de enkelte ledninger knyttes direkte til plattformen.

Med oppfinnelsen muliggjøres en innsetting av et eller flere koplingsrørstykker i de enkelte rørledninger, eller i den ledning som går til plattformen, og gjennom disse koplings-rørstykker kan så et oppvarmingselement føres inn i de respektive rørledninger. Når varmen fra oppvarmingselementet overføres til fluidet inne i de fluidumførende rørledninger vil fluidets viskositet endres. Derved lettes penetreringen og forskyvningen av oppvarmingselementet, eller det foranbeskrevne oppvarmingsrør, inn i den reststoffmasse som befinner seg i den aktuelle rørledning.

Den elektriske oppvarming av rørledninger, som oppfinnelsen går ut på, gjennomføres ved at man på bestemte steder bryter de fluidumførende rørledninger 15A,B-Z - eller produksjons-ledninger - som er innsnevret med restmasse. På bruddstedene setter man inn rørstykkene 7. Som nevnt har hvert slikt rørstykke en sideåpning 10 og gjennom denne åpning fører man inn et oppvarmingselement 1. Oppvarmingselementet består av et oppvarmingsrør 2 som penetrerer den aktuelle fluidum-førende rørledning og forskyves gjennom den. Samtidig setter man en elektrisk strøm fra en overflatekilde på oppvarmingselementet 1, slik at den derved tilveiebragte varme overføres til det viskøse fluidum eller til den kompakterte restmasse inn i rørledningen. Derved modifiseres de fysikalske egenskaper i fluidet/reststoffene helt til i det minste reststoffene løsner fra rørledningens innervegg og man således kan få etablert full fluidumgjennomstrømning.

Så snart dette er skjedd kan man kontrollere fluidumtemperaturen ved periodisk bryting av den elektriske strømtilførsel.

Utformingen av enden til oppvarmingsrøret bidrar vesentlig til å muliggjøre en penetrering eller inntrenging av oppvarmingsrøret i restmasser, ved begynnelsen av prosessen, mens temperaturforskjellen fremdeles er stor og restmassen er konsolidert.

En fordel med den nye prosess er at oppvarmingselementet vil holde fluidet oppvarmet over hele den strekning som er dekket i den fluidumførende rørledning, og man hindrer derfor en størkning etter passeringen av et oppvarmingselement. På denne måten vil man sikre de ønskede betingelser for regulær fluidumstrømning i rørledningen.

Nok en fordel med prosessen er at fluidumtemperaturen kan styres og overvåkes, slik at man unngår negative påvirkninger på materialet i den fluidumførende rørledning. Som nevnt vil denne rørledning ofte være et fleksibelt rør, hvis struktur vil kunne ødelegges når det utsettes for for høye temperaturer.

Nok en fordel er at oppvarmingselementet, fordi det har form av en ledning, kan fremstilles i standard segmenter, som så, i avhengighet av de lokale forhold, kan koples sammen helt til man har den ønskede lengde. Det kreves ingen ekstra kostnader for håndteringen, fordi man kan benytte konven-sjonelt håndteringsutstyr som forefinnes på stedet.

Dersom lengden av den fluidumførende rørledning som skal renskes er for stor, ut fra et bestemt sted, så vil det være mulig å innføre minst to av de nevnte oppvarmingselementer i motsatte retninger. I så tilfelle vil det være tilstrekkelig å benytte to koplingsrørstykker med tilhørende styrekanaler som da er orientert i innbyrdes motsatte retninger.

Avhengig av arten til de kompakterte restmasser i rørled-ningen, kan det være nødvendig å måtte benytte spesielle fluider, såsom damp eller solventer, for å lette inntrengingen av oppvarmingselementet, eller til og med for å løse reststoffene. I slike tilfeller kan man benytte den alterna-tive utførelse som er vist i fig. 1E, hvor det er inkorporert et fluidumførende rør 6 som muliggjør injisering av spesielle fluider direkte på ønsket sted.

Benyttes vanninjisering så kan den temperatur som utvikles med oppvarmingsrøret 2 være tilstrekkelig til å danne damp, som i sin tur kan benyttes som et middel for å lette penetreringen av oppvarmingsrøret i restmassen og også kan bidra til å fjerne allerede løsnede reststoffer.

En preliminær laboratoriumprøve, med naturlig luftkonveksjon og med en omgivelsestemperatur på 22°C, har vist at det er mulig å nå temperaturer opp mot 54°C i ytterbelegget på et oppvarmingsrør, ved benyttelse av en 40 amp. 60Hz elektrisk strøm lagt på et oppvarmingsrør utformet med en innvendig jernleder med en diameter på 0,47 cm (3/16"), og med en innvendig keramisk isolator og korrugert ytterbelegg med en diameter på 2,54 cm (1"). Strømmen sto på ca. 60 min.

For en fagmann vil det være klart at oppfinnelsen kan benyttes ikke bare for maritime anlegg, men også for landanlegg, altså eksempelvis oljerørledninger eller også oljebrønner på land.

Dreier det seg om nye produksjonsinstallasjoner i områder hvor man forventer de foran nevnte vanskeligheter med hensyn til innsnevringer osv., så kan man allerede under opp-byggingen av de nødvendige anlegg montere inn oppvarmingselementer.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for rensking av rørledninger som fører fluider som er viskøse og/eller rike på organiske rester,karakterisert vedat de fluidumførende rørledninger (15A.B-Z) som skal renskes brytes på bestemte steder, at det på disse steder legges inn et rørledningskoplingsstykke (7) som har en sideåpning (10), at det gjennom denne sideåpning (10) innføres et oppvarmingselement (1) som bringes til å gå inn i den fluidumførende rørledning, og ved at det, samtidig med innføringen i koplingsstykket (7), fra en kilde på overflaten legges en elektrisk strøm på oppvarmingselementet (1), slik at den varme som genereres av oppvarmingselementet (1) overføres til det viskøse fluidum eller den kompakterte restmasse inne i den fluidumførende rørledning og vil modifisere de fysikalske egenskaper helt til restmassen løsner fra innervggen i rørledningen og betingelsene for fluidumgjennomstrømning reetableres.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at fluidumtemperaturen inne i den fluidumførende rørledning styres ved intermitterende føring av en elektrisk strøm gjennom oppvarmingselementet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat det i rørledningen gjennom oppvarmingselementet (1) innføres fluider (6) egnet for frigjøring av den kompakterte restmasse i rørledningen.

4. Innretning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1 innbefattende et koplingsstykke (7) beregnet for innsetting mellom to suksessive rørledningslengder og forsynt med en sideåpning (10), et oppvarmingselement (1) beregnet for innføring i rørledningen gjennom nevnte sideåpning (10), og midler for tilføring av elektrisk strøm til oppvarmingselementet (1),karakterisert veden styrekanal (11) som på avtettet måte går Inn i koplingsstykket (7) gjennom sideåpningen (10), midler for dynamisk avtetting mellom styrekanalene (11) og oppvarmingselementet (1), og midler for letting av innføringen av oppvarmingselementet i rørledningen.

5. Innretning ifølge krav 4,karakterisertved at oppvarmingselementet innbefatter et rør (6) for gjennomføring av et varmt fluidum eller en løsning.

6. Innretning ifølge krav 4 eller 5,karakterisertved at oppvarmingselementet (1) er utført for elektrisk oppvarming på resistiv og/eller induktiv måte.

7. Innretning ifølge et av kravene 4 til 6,karakterisert vedat oppvarmingselementet (1) innbefatter et oppvarmingsrør (2) utformet med minst en ferromagnetisk leder (3), elektrisk isolert fra et ytterbelegg (4), også av et ferromagnetisk materiale, idet endene til den eller de indre ledere (3) er koblet sammen eller til ytterbelegget (4).

8. Innretning ifølge et av kravene 4 til 7,karakterisert vedat koplingsstykket (7) innbefatter et sylindrisk legeme (8) med en diameter lik rørledningens og ved endene forsynt med overganger (9, 9A) for forbindelse mellom rørledningslengdene, og ved at styrekanalen (11) som går gjennom åpningen (10) og inn i det sylindriske legemet (8), strekker seg delvis utenfor det sylindriske legemet (8), idet legemets utragende del er forsynt med midler for dynamisk avtetting og med mekaniske midler (12), så som lagre og/eller hjul, som orienterer, sentraliserer og letter innføringen av oppvarmingselementet (1) i rørledningen.