DE10256554A1

DE10256554A1 - Insulated connection for crude oil feed to offshore platform in housing with sand and mud infill

Info

Publication number: DE10256554A1
Application number: DE2002156554
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Schuh; Dirk Dr.-Ing. Huybrechts; Robert Dr.Rer.Nat. Huber; Dominik Dipl.-Ing. Eifel
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-06-24

Abstract

The insulated connection for a crude oil feed to an offshore platform has a housing (2) for the pipe connections (3,4) installed on the sea bed. The housing has at least one filling material (5) of a similar heat capacity and conductivity to sea water. The housing can have a mineral based filler material including sand and mud.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmedämmung von baulichen Einrichtungen in unterseeischen Bereichen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a Device for thermal insulation of construction facilities in submarine areas, according to the generic term of claim 1.

Solche Vorrichtungen zur Wärmedämmung kommen vorzugsweise bei baulichen Einrichtungen in Form von Rohrleitungen und Rohrverteilersystemen zur Anwendung, die auf dem Meeresboden installiert sind. Einrichtungen dieser Art sind mit Ventilen und Sensoren versehen, die zur Steuerung und zur Kontrolle der Ölförderung zwischen einer Quelle und einer Plattform auf der Meeresoberfläche genutzt werden.Such devices for thermal insulation come preferably in the case of structures in the form of pipelines and pipe distribution systems for use on the seabed are installed. Devices of this type are equipped with valves and Provide sensors for controlling and monitoring the oil production between a source and a platform on the surface of the sea become.

Diese Einrichtungen müssen thermisch isoliert werden, weil die Temperaturen der geförderten Medien bei regelmäßigen Unterbrechungen der Förderung hierin stark absinken. Rohöl, das aus dem Meeresboden gefördert wird, tritt gewöhnlich mit einer Temperatur zwischen 40°C und 150°C aus der jeweiligen Quelle aus. Langkettige Kohlenwasserstoffe, die zu den Bestandteilen von Rohölen gehören, neigen dazu, sich mit abnehmender Temperatur zu verfestigen. Ebenso besteht bei den in den Rohrleitungen herrschenden hohen Drucken unterhalb einer bestimmten Temperatur die Gefahr der Bildung von festen Gashydraten aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Methan und Wasser. Dabei kommt es zu Ablagerungen innerhalb der Einrichtungen, die für den Transport des Rohöls von den Quellen zu den Förderplattformen und/oder Tankschiffen vorgesehen sind. Die Kosten, die aufgewendet werden müssen, um diese Einrichtungen wieder von solchen Ablagerungen zu befreien, sind sehr hoch.These facilities need thermal be isolated because of the temperatures of the media conveyed during regular interruptions of funding drop sharply here. Crude oil, that is promoted from the ocean floor usually occurs with a temperature between 40 ° C and 150 ° C from the respective source. Long chain hydrocarbons that to the ingredients of crude oils belong, tend to solidify with decreasing temperature. There is also with the high pressures in the pipelines below a certain temperature the danger of the formation of solid gas hydrates from gaseous Hydrocarbons, especially from methane and water. Here comes there is deposits within the facilities necessary for transportation of crude oil from the sources to the funding platforms and / or tankers are provided. The cost that was spent Need to become, in order to free these facilities from such deposits, are very high.

Besonders problematisch ist dabei auch, dass beispielsweise die Funktion von Ventilen durch solche Ablagerungen beeinträchtigt wird.This is particularly problematic also that, for example, the function of valves through such Deposits affected becomes.

Die konventionelle Möglichkeit der thermischen Isolierung zur Aufrechterhaltung der Temperatur des in den Rohrleitungen befindlichen Mediums während der Unterbrechung der Förderung ist die Ummantelung der Leitungen und sonstiger Bauelemente mit einem geeigneten thermischen Isolierstoff. Diese Methode ist sehr kostenintensiv und die Isolierwirkung sehr empfindlich gegenüber Leckagen. Außerdem ist es schwierig, geometrisch komplexe Strukturen vollständig mit einem Isoliermaterial zur versehen.The conventional way thermal insulation to maintain temperature of the medium in the pipes during the interruption of the advancement is the sheathing of the cables and other components with a suitable thermal insulating material. This method is very cost-intensive and the insulation effect very sensitive to leaks. Moreover it is difficult to completely complete geometrically complex structures to provide an insulating material.

Aus der US-PS 3 504 741 ist bekannt, dass die Abkühlung von Rohrleitungssystemen von unterseeischen Einrichtungen, die für den Transport von Rohöl vorgesehen sind, während der Unterbrechung der Förderung des Rohöls dadurch verzögert wird, dass diese Rohrleitungssysteme von Gehäusen umgeben werden, die mit Meerwasser gefüllt sind. Aufgrund seiner großen spezifischen Wärmekapazität nimmt das eingeschlossene Wasser während der Förderung eine hohe Wärmeenergie auf, welche bei Unterbrechung der Förderung wieder an das Rohrleitungssystem und das darin enthaltenen Fördermedium abgegeben wird. Weil der Wärmetransport zwischen den heißen Komponenten der Rohrleitungssysteme und den kalten Begrenzungsflächen der Gehäuse im wesentlichen durch die Konvektion des Wassers bestimmt wird, kommt es zu einem schnellen Temperaturausgleich des Wassers, das in den Gehäusen eingeschlossen ist. Hohe Wärmeverluste an die Umgebung der Gehäuse können deshalb nicht verhindert werden.From the U.S. Patent 3,504,741 it is known that the cooling of pipeline systems of submarine facilities intended for the transportation of crude oil during the interruption of the crude oil production is delayed by the fact that these pipeline systems are surrounded by housings which are filled with sea water. Due to its large specific heat capacity, the enclosed water absorbs a high amount of thermal energy during the conveyance, which is released again to the piping system and the pumped medium contained in it when the conveyance is interrupted. Because the heat transfer between the hot components of the piping systems and the cold boundary surfaces of the housings is essentially determined by the convection of the water, there is a rapid temperature compensation of the water that is enclosed in the housings. High heat losses to the surroundings of the housing can therefore not be prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmedämmung eines solchen Gehäuses zu verbessern.The invention is based, which Thermal insulation of a such housing to improve.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is due to the characteristics of claim 1 solved.

Erfindungsgemäß erfolgt die Wärmedämmung von baulichen Einrichtungen, die auf dem Meeresboden installiert sind, mit Hilfe von Gehäusen, die um die Einrichtung her um angeordnet und mit einem mineralischen Füllermaterial vollgestopft sind. Das Füllermaterial ist mit Seewasser durchsetzt, das eine vergleichbare Wärmekapazität und Wärmeleitung aufweist. Als Füllermaterialien kommen mit Wasser durchmischter Sand und/oder Schlamm in Frage. Sand und/oder Schlamm können auf einfache Weise vom Meeresboden rundum die Gehäuse herum aufgesammelt und in die Gehäuse gepumpt werden. Durch die zähflüssige Konsistenz eines Gemischs aus Sand und Wasser bzw. Schlamm und Wasser wird die Konvektion des Wassers unterbunden bzw. stark verringert.According to the invention, thermal insulation is carried out by structural facilities installed on the seabed, with the help of housings, arranged around the facility and with a mineral filler material are crammed. The filler material is infused with sea water, which has a comparable heat capacity and heat conduction. As filler materials sand and / or mud mixed with water are possible. sand and / or mud in a simple way from the sea floor around the housing collected and in the housing be pumped. Due to the viscous consistency a mixture of sand and water or mud and water the convection of the water prevented or greatly reduced.

Ein Füllermaterial, das ebenfalls in die Gehäuse gefüllt werden kann, ist ein Gemisch aus Wasser und einem speziellen Tonmineral, welches thixotrope Eigenschaften aufweist. Wird auf ein solches Material eine hohe Scherkraft ausgeübt, so ist es niedrigviskos, während es bei einer geringen Scherbelastung, beispielsweise im Ruhezustand, hochviskos ist. Ein solches Material ist beispielsweise Attapulgit, das kommerziell erhältlich ist, und bei Dispersion in Seewasser diese thixotropen Eigenschaften aufweist. Ein Gemisch aus Attapulgit und Wasser, das vorzugsweise 10Gew% bis 15Gew. % Attapulgit und gegebenenfalls noch eine definierte Menge eines preisgünstigen Füllstoffs in Form von Calciumcarbonat enthält, muss entweder an Land oder auf einer Förderplattform vorbereitet werden. Es wird dann beispielsweise über eine Leitung zu den Gehäusen auf dem Meeresboden transportiert und dort eingefüllt.A filler material that too in the housing filled is a mixture of water and a special clay mineral, which has thixotropic properties. Will on such material exerted a high shear force, so it's low viscosity while it with a low shear load, for example at rest, is highly viscous. Such a material is, for example, attapulgite, the commercially available and has thixotropic properties when dispersed in seawater. A mixture of attapulgite and water, which is preferably 10% by weight 15wt. % Attapulgite and possibly a defined amount an inexpensive filler contains in the form of calcium carbonate, must be prepared either on land or on a support platform. It is then, for example, about a line to the housings transported to the sea floor and filled there.

Die beschriebenen Füllermaterialien haben den Vorteil, dass sie fließfähig sind, und die vollständige Umschließung des Rohrleitungssystems sowie eine vollständige Füllung des Gehäusevolumens erlauben. Damit ist es auf einfache Weise möglich, die Füllung des Gehäuses an die Geometrie Rohrverteilungssysteme anzupassen. Die beschriebenen Gemische aus mineralischen Füllermaterialen und Wasser lassen sich bei Bedarf problemlos entfernen, wenn die Gehäuse beispielsweise mit mehr benötigt werden. In diesen Fällen werden die Füllermaterialen nach der Entfernung der Gehäuse entweder von der Strömung des Meeres weggeschwemmt. Sie können aber auch leicht mit einem Wasserstrahl von dem jeweiligen Rohrleitungssystem entfernt und im See wasser verteilen werden. Weil es sich ausschließlich um mineralische nichttoxische Materialien handelt, entstehen dadurch keine Belastungen für die Umwelt.The filler materials described have the advantage that they are flowable and allow the pipe system to be completely enclosed and the housing volume to be completely filled. This makes it easy to adapt the filling of the housing to the geometry of the pipe distribution systems. The described mixtures of mineral filler materials and water can be easily removed if necessary, if the housing is needed with more, for example. In these cases, the filler materials are either washed away by the current of the sea after the housing has been removed. But they can also be easily removed with a water jet from the respective pipe system and distributed in the lake water. Because it is exclusively mineral non-toxic materials, there is no environmental impact.

Die Wärmeleitfähigkeit der Füllermaterialen, die durch Sand und/oder Schlamm gebildet werden, und mit Meerwasser durchsetzt sind, bzw. aus einem Gemisch bestehen, das Attapulgit und Wasser umfasst, ist etwas höher als die von Seewasser. Die spezifische Wärmekapazität hiervon ist dagegen etwas geringer als die von Seewasser. Da bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Füllermaterialen jede Konvektionsströmung unterbunden wird, ist der Wärmetransport zu den Wänden eines jeden Gehäuses geringer als bei einer Füllung mit reinem Seewasser. Während den Unterbrechungen der Rohölförderungen ermöglicht die Verwendung der beschriebenen Füllermaterialien somit längere Standzeiten bis zur Bildung von festen Ablagerungen in den Rohrleitungssystemen im Vergleich zu einem Füllermaterial, das nur aus reinem Seewasser besteht.The thermal conductivity of the filler materials formed by sand and / or mud, and with sea water are penetrated, or consist of a mixture, the attapulgite and includes water is slightly higher than that of sea water. In contrast, the specific heat capacity of this is somewhat less than that of sea water. Since when using the filler materials according to the invention each convection is prevented, the heat transport to the walls of every housing less than with a filling with pure sea water. While the interruptions in crude oil production allows the use of the filler materials described therefore longer service life to the formation of solid deposits in the piping systems compared to a filler material, that only consists of pure sea water.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Other inventive features are in the dependent claims characterized.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.The invention will follow Hand explained in more detail in a schematic drawing.

Die einzige Figur der Beschreibung zeigt eine Vorrichtung 1 zur Wärmedämmung, die in Form eines Gehäuses 2 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zur Wärmedämmung für eine Rohrleitung 3 vorgesehen, von der eine weitere Rohrleitung 4 abzweigt. Beide Rohrleitungen 3, 4 sind unterseeisch in geringem Abstand über dem Meeresboden 9 installiert ist. Das Gehäuse 2 ist um die Rohrleitung 3 und den Abzweig der Rohrleitung 4 herum angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Innenbereich des Gehäuses 2 mit einem mineralischen Füllermaterial 5 ausgefüllt, das sich aus Schlamm 6 und/oder Sand 7 zusammensetzt, und von Meerwasser 8 durchsetzt ist. Ebenso besteht die Möglichkeit, ein Füllermaterial 5 in Form eines thixotropen Attapulgit-Wasser-Gemischs zu verwenden. Wie der Figur zu entnehmen ist, lässt sich das Füllermaterial 5 auf ein fache Weise nicht nur um die Rohrleitung 3 selbst, sondern auch um den Abzweig der Rohrleitung 4 herum anordnen. Wird als Füllermaterial 5 Sand und/oder Schlamm verwendet, so kann dieses aus der Umgebung des Gehäuses 2 vom Meeresboden 9 abgesaugt, und über eine Öffnung (hier nicht dargestellt) in das Gehäuse 2 gepumpt werden. Diese Öffnung wird dann wieder verschlossen, wenn das Gehäuse 2 vollständig gefüllt ist. Wird als Füllermaterial 5 ein Gemisch aus Attapugit und Wasser verwendet, so muss dieses Gemisch erst an Land oder auf einer Förderplattform hergestellt und von dort über eine Leitung in das Innere eines jeden Gehäuses 2 transportiert werden. Gleichgültig welches der beschriebenen Füllermaterialen 5 verwendet wird, alle haben nicht nur eine Wärmekapazität, die mit der Wärmekapazität des Meereswassers 8 vergleichbar ist, sondern sie verhindert auch die Konvektionsströmung von Wasser, das sich zusammen mit dem Füllermaterial 5 innerhalb eines jeden Gehäuses 2 befindet. Damit wird auch der Wärmetransport zu den Wänden eines jeden Gehäuses 2 wesentlich reduziert. Die Einrichtungen 3 und 4 können somit bei einer Unterbrechung der Rohölförderung für mindestens 12 Stunden auf einer Temperatur gehalten werden, bei der noch keine Wachse und Hydrate abgeschieden werden.The only figure in the description shows a device 1 for thermal insulation in the form of a housing 2 is trained. The device 1 is in the embodiment shown here for thermal insulation for a pipe 3 provided from which another pipeline 4 branches. Both pipes 3 . 4 are undersea at a short distance above the sea floor 9 is installed. The housing 2 is around the pipeline 3 and the branch of the pipeline 4 arranged around. In the embodiment shown here, the interior of the housing 2 with a mineral filler material 5 filled out that is made of mud 6 and / or sand 7 composed, and of sea water 8th is enforced. There is also the possibility of a filler material 5 to be used in the form of a thixotropic attapulgite-water mixture. As can be seen in the figure, the filler material can be 5 in a simple way not just about the pipeline 3 itself, but also arrange it around the branch of the pipeline 4. Used as filler material 5 Sand and / or mud used, this can be from the area around the housing 2 from the sea floor 9 aspirated, and through an opening (not shown here) into the housing 2 be pumped. This opening is then closed again when the housing 2 is completely filled. Used as filler material 5 If a mixture of attapugite and water is used, this mixture must first be produced on land or on a production platform and from there via a pipe into the interior of each housing 2 be transported. No matter which of the filler materials described 5 used, all not only have a heat capacity that matches the heat capacity of sea water 8th is comparable, but it also prevents the convection flow of water that mixes with the filler material 5 inside each case 2 located. This also makes the heat transport to the walls of every housing 2 significantly reduced. The facilities 3 and 4 can thus be kept at a temperature at which no waxes and hydrates are yet separated if the crude oil production is interrupted.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr umfasst sie alle Variationen der Vorrichtung, die dem Kern der Erfindung zugeordnet werden können.The invention is limited not only on the embodiment described here. Rather includes they all variations of the device that are at the core of the invention can be assigned.

Claims

Thermal insulation device with a housing ( 2 ) for a building ( 3 . 4 ) on the seabed ( 9 ) are installed, characterized in that the housing ( 2 ) with at least one the convection of water ( 8th ) preventing filler material ( 5 ) whose thermal capacity and thermal conductivity are the same as that of seawater ( 8th ) are comparable.

Device according to claim 1, characterized in that the housing ( 2 ) with a mineral filler material ( 5 ) in the form of with sea water ( 8th ) interspersed sand ( 7 ) and / or mud ( 6 ) or is filled with a thixotropic attapulgite-water mixture.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that a sand ( 7 ) and / or mud ( 6 ) comprehensive filler material ( 3 ) directly from the sea floor ( 9 ) and a mixture of attapulgite and water from land or a production platform via a pipe into each housing ( 2 ) is pumpable