DE3515967A1

DE3515967A1 - Vibrationsverfahren zum freimachen einer verstopften suspensionspipeline

Info

Publication number: DE3515967A1
Application number: DE19853515967
Authority: DE
Inventors: Julian B. Ponca City Okla. Coon; Eston F. Barrackville W.Va. Petry
Original assignee: Conoco Inc
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1985-05-03
Publication date: 1985-12-12
Also published as: AU557222B2; GB2160287A; GB8507405D0; FR2565566A1; PL253885A1; CA1227759A; ZA852748B; GB2160287B; US4551041A; AU4136085A

Description

U.S.Serial No. 619,744 Conoco 11767

US-AT: 11. Juni 1984 ICR 6785

Conoco Inc.,

Ponca City, OK, V.St.A.

Vibrationsverfahren zum Freimachen einer verstopften Suspensionspipeline

Bei Pipelines oder Rohrleitungen, die dem Transport einer Suspension oder eines Wasser-Feststoff-Gemisches dienen, kommt es manchmal zu Störfällen durch Verstopfung. Der Grund für die Verstopfung ist im allgemeinen eine Betriebsunterbrechung oder eine Stillegung der Suspensionspipeline, während sie noch mit Suspension gefüllt ist. Hierbei beginnt die Suspension, sich abzusetzen und einen kompakten Pfropfen zu bilden, der nur sehr schwer wieder zu entfernen ist. Die meisten bekannten Verfahren betreffen Maßnahmen, die die Bildung von Pfropfen durch Zirkulation der Flüssigkeit verhindern sollen. Solche Zirkulationsverfahren sind beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 591 239 und 3 592 512 bekannt. Gemäß der US-PS 3 578 816 wird in der Pipeline am tiefsten Punkt in der Pipeline eine Blase installiert, um nach Wiederinbetriebnahme der Pipeline einen . Weg für die Flüssigkeit zu schaffen. Aus der US-PS 3 904 248

ist zwar bekannt, die Pipeline mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit wieder anzufahren, da aber ein Flüssigkeitsstrom bei einer völlig verstopften Pipeline unmöglich wäre, kann dieses Verfahren nur dann erfolgreich ausgeführt werden, wenn es einen Weg für die Flüssigkeit durch den Pfropfen gibt. In den meisten Fällen gibt es jedoch solche Wege für die Flüssigkeit nicht. Aus der US-PS 3 575 469 ist bekannt, Gas durch die Pipeline in den tiefsten Bereich der Leitung strömen zu lassen, um die Feststoffe in der Flüssigkeit fließfähig zu halten und hierdurch die Bildung von Feststoffpfropfen in dem tieferen Bereich der Leitung zu verhindern. In keiner dieser Patentschriften ist aber das Problem angesprochen, eine Pipeline wieder anzufahren, wenn sich schon ein fester Pfropfen gebildet hat.

Wenn sich in einer Pipeline ein fester Pfropfen gebildet hat, kann auch der Flüssigkeitsdruck nicht bewirken, daß die Flüssigkeit so am Pfropfen vorbei oder durch den Pfropfen hindurchfließt, daß der Pfropfen hierdurch allmählich erodiert und schließlich entfernt wird. Die meisten Suspensionspipelines sind mit vertikalen Steigleitungen versehen, die entlang der Pipeline, sowohl der Wasser- als auch der Suspensionspipeline, mit Abstand voneinander angeordnet sind. Gewöhnlich enthält die Pipeline ferner zu Wartungszwecken entlang der Leitung Blockventile. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden ein mit der Flüssigkeit gekoppelter Vibrator an einer Steigleitung oberhalb des Pfropfens und ein zweiter mit der Flüssigkeit gekoppelter Vibrator an einer Steigleitung unterhalb des Pfropfens an der Pipeline angebracht. Falls in der Pipeline unterhalb des Pfropfens ein Blockventil vorhanden ist, kann der Wirkungsgrad des Verfahrens durch das Schließen des Blockventils verbessert werden; ein Blockventil ist aber nicht unbedingt erforderlich. Die Druckimpulse werden dann mit einer gesteuerten Frequenz und Phase oberhalb und unterhalb des Pfropfens in der Pipeline zugeführt. Derartige Impulse üben zuerst Druck auf die eine Seite und dann auf die andere Seite des

Pfropfens aus und machen so die Suspensionsstücke und -teile allmählich wieder fließfähig. Nach diesem Wiederfließfähigmachen der Suspensionsteilchen kann man das Blockventil - falls es geschlossen gewesen ist - öffnen und die Leitung wieder unter Druck setzen, so daß der Pfropfen erodiert und entfernt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.l eine perspektivische Ansicht einer Suspensionsleitung und einer Wasserrückführleitung mit der Darstellung eines Pfropfens in der Suspensionspipeline, und
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Fig.2 eine genauere Darstellung eines Vibrators und eines Flüssigkeitskopplungsrohres mit einem Blockschaltbild eines Steuerungssystems für den Vibrator.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Suspensionspipeline oder -rohrleitung 10 enthält eine stromaufwärtsseitige vertikale Steigleitung 11 und eine stromabwärtsseitige vertikale Steigleitung 12. An verschiedenen Stellen in der Leitung kann die Suspensionspipeline 10 ein Blockventil 13 enthalten. Ähnlieh enthält auch eine Wasserrückführleitung 15 eine stromaufwärtsseitige vertikale Steigleitung 16 und eine stromabwärtsseitige vertikale Steigleitung 17. Jede der vertikalen Steigleitungen 11, 12, 16 und 17 enthält ein Absperr- oder Blockventil 18, 19, 20 bzw. 21. Gleichfalls haben viele Pipelines, beispielsweise zwischen den Ventilen 19 und 20 oder den Ventilen 18 und 21, horizontale Koppelrohre. Diese sind nicht gezeigt. Jedes der Ventile ist im allgemeinen mit einer Platte abgedeckt, um zu verhindern, daß Fremdmaterial in das Ventil gelangt. Im allgemeinen befinden sich die Ventile 18 bis 21 unter der Erde und sind in einem betonierten oder anderen festen Kasten angeordnet, um die Ventile zugänglich zu halten.

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Zur Durchführung des Verfahrens wird die Platte 22 entfernt und eine Vibratorvorrichtung 25 angebracht. Die Vibratorvorrichtung 25 wird vollständig anhand von Fig. 2 und insbesondere mit Bezug auf die Steigleitung 12 beschrieben. Ein Hydraulikvibrator 26 ist in dem Ausführungsbeispiel mit ei-ner Hydraulikquelle 27 dargestellt, die an Hydraulikeinlässe 30 bzw. 31 angeschlossene Hydraulikkoppelleitungen 28 und 29 umfaßt. Selbstverständlich können auch andere als hydraulische Vibratortypen verwendet werden, beispielsweise ein elektromagnetischer Vibrator, wobei in diesem Fall die Hydraulikquelle eine Vorrichtung zum Erzeugen der notwendigen Steuersignale wäre, die erforderlich sind, um die für die Anwendung des Ver-fahrens richtige Frequenz und Phase zu erzeugen. Derartige Vi-bratoren sind bekannt und werden daher nicht weiter erläutert.

Um den Vibrator 26 richtig zu steuern, ist an den Hydraulikeinlaß ein Steuerventil 32 angeschlossen. Dieses Ventil ist im allgemeinen ein Trommelventil mit einem elektromagnetischen Eingang, der von einer elektrischen Vorrichtung 33 gesteuert werden kann. Die Steuerungsvorrichtung 33 hat einen Frequenzsteuereingang 34 und einen Phasensteuereingang 35. Der Phasensteuereingang 35 steuert nicht nur die Phase des Vibrators 26, sondern sendet auch eine gesteuerte Phase zusammen mit der richtigen Frequenz an eine Antenne 36. Signale einer Frequenzsteuerung 34 und 35 sind Eingängen der Steuerungsvorrichtung 33 durch Schaltungen 37 bzw. 38 zugeführt. Die Signale der Steuerungsvorrichtung 33 sind dem Steuerventil 32 über eine Drahtleitung oder Schaltung 39 zugeführt. Ein Rohr 40 weist an seinem einen Ende einen Flansch 41 auf, der mit einem passenden Flansch 42 auf dem Vibrator 26 verbunden ist. Offensichtlich können das Rohr und der Vibrator als eine Einheit konstruiert werden. Der Flansch 42 erleichtert die Wartung der Anordnung. Das Rohr 40 umfaßt einen Flansch 43, der mit dem Flansch 44 des Ventils 19 zusammenpaßt. Innerhalb des Rohres 40 ist ein Kolben 45 angeordnet, der durch eine Stange 46 mit dem mechanischen Ausgang (nicht gezeigt) des Vibrators 26 verbunden ist. Der

Kolben 45 kann irgendeine bestimmte Zahl von Kolbenringen oder "O"-Ringen aufweisen oder sonst irgendwelche Vorrichtungen, soweit sie für einen einwandfreien Betrieb der Kolben- und Flüssigkeitsanordnung erforderlich sind. Um eine korrekte Kopplung mit der Flüssigkeit in dem Rohr 10 herzustellen, muß in das Innere des Rohres 40 und des Ventils 19 Flüssigkeit gebracht werden. Wurde zuvor auch das Rohr 10 entleert, dann muß genauso wie das Rohr 40 und das Ventil 19 auch das Rohr 10 mit Flüssigkeit gefüllt werden. Um dem zu entsprechen, ist eine Flüssigkeitsquelle 46 - das kann die Wasserleitung 15 mit einem horizontalen Verbindungsrohr (nicht gezeigt) sein - durch ein Rohr 47 und ein Blockventil 48 mit einem Rohr 49 gekoppelt, durch das Wasser in das Rohr 40 eingeführt werden kann. Für eine korrekte Flüssigkeitskopplung ist Voraussetzung, daß die gesamte Luft aus dem Rohr 49 entfernt wurde. Das wird durch ein Entnahmerohr 50 erreicht, das über ein Ventil 51 mit einem an seinem Auslaß 53 gegenüber der Außenluft offenen Rohr 52 gekoppelt ist.

Die gesamte Anordnung, einschließlich der Steuerungsvorrichtung 33 mit der Frequenzsteuerung 34 und der Phasensteuerung 35 zusammen mit der Hydraulikquelle 27 und der Antenne 36, kann tragbar ausgeführt sein. Sie kann auf einem Schlitten oder Traggestell angeordnet werden und mit einem Hubschrauber, Lastwagen oder einem anderen Transportmittel zu einer entfernten Stelle gebracht werden. Ferner kann die Flüssigkeitsquelle auf irgendeine geeignete Weise transportiert werden, wenn ein horizontales Verbindungsrohr oder eine vertikale Steigleitung dort, wo der Vibrator installiert werden soll, nicht zur Verfügung steht. Schließlich ist es offensichtlich, daß die Vibratoren in der gleichen Weise wie die Steuerungsvorrichtung, die Hydraulikquelle usw. transportiert werden können.

Im folgenden wird zunächst die Vorrichtung aus Figur 2 und anschließend ihre Anwendung in dem in Figur 1 gezeigten Verfahren erläutert.

ι Entsprechend Figur 2 enthält der Vibrator 26, sofern er nicht schon mit dem Rohr 40 verbunden ist, einen Kolben 45, der in das Rohr 40 eingesetzt und an den Flanschen 41 und 42 zusammengeschraubt ist. Dann wird der Flansch 43 über den Flansch 44 gesetzt und wie üblich verschraubt. Die Hydraulikquelle kann dann mit den Rohren 28 und 29, diese können mit den Einlassen 30 und 31 und die Steuerungsvorrichtung 33 kann über die Drahtleitung 39 mit dem Steuerventil 32 verbunden werden. Die Wasserquelle 46 wird dann an das Rohr 47 gekoppelt und das Ventil 48 wird geöffnet, so daß die Flüssigkeit durch das Rohr 49 in das Rohr 40 fließen kann. Wenn das Rohr 10 schon unter Druck steht, sollte das Ventil 19 nicht eher geöffnet werden, als bis die Flüssigkeit in dem Rohr 49 denselben Druck erreicht hat. Wenn das Rohr 40 mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird das Ventil 51 geöffnet, damit jegliche Luft aus dem Rohr 40 entweichen kann. Offensichtlich sollte sich der Kalben 45 in seiner obersten Position befinden, damit die gesamte Kammer mit Flüssigkeit gefüllt ist. Das kann leicht durch Anwendung hydraulischen Druckes auf den Einlaß 31 erreicht werden. Falls das Rohr 10 geleert wurde, wird das Ventil 19 geöffnet und das gesamte Rohr 10 zusammen mit dem Ventil 19 und dem Rohr 40 mit Flüssigkeit gefüllt. Offensichtlich kann in dem Fall, daß eine horizontale Querverbindungsleitung an einem tieferen Punkt in der Leitung zwischen der Wasserleitung 15 und 10 verfügbar ist, die Flüssigkeit an dieser anderen tieferen Stelle zugeführt werden, solange bis das Rohr 10 gefüllt ist. Wenn sich die Füllstelle unterhalb des Ventils 13 befindet, muß das Ventil 13 natürlich während des Füllprozesses geöffnet sein. Nachdem die Leitung mit Flüssigkeit gefüllt und das Ventil 19 geöffnet ist, wird das Ventil 48 zusammen mit dem Ventil 51 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt kann auch das Ventil 13 geschlossen sein. Dann wird die Hydraulikquelle 27 in Betrieb gesetzt und bewegt den Kolben 45 axial in dem Rohr 40. Durch eine derartige axiale Bewegung wird bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 45 ein Druckimpuls in Richtung der durchgezogenen Pfeile 55 und bei einer Auf-

wärtsbewegung des Kolbens 45 ein Druckimpuls in Richtung der gestrichelten Pfeile 56 erzeugt.

Den Figuren 1 und 2 entsprechend wird ein Druckimpuls beispielsweise in Richtung des Pfeiles 55 in dem Rohr 10 erzeugt, und zwar auf den Pfropfen in der Suspensionsleitung 10 zu. Gleichzeitig mit Absenden eines Signals an den Vibrator 25, erzeugt die Steuerungsvorrichtung 33 in der Antenne 36 ein Signal, das von dem auf der stromaufwärtsseitigen vertikalen Steigleitung 11 montierten Vibrator empfangen wird. Von dieser Antenne werden dann bezüglich Frequenz und erforderlichen Phase ähnliche Informationssignale an den Vibrator 25 auf der Steigleitung 11 übermittelt. Ein ähnliches Signal 55a wird an die Pipeline 10 übertragen, wenn der Kolben eine Hubbewegung abwärts ausführt, und in der Flüssigkeit wird ein Druckimpuls in die Richtung 56a übertragen, wenn sich der Vibrator in einer Hubbewegung aufwärts befindet. Wenn sich der Vibrator 25 auf der Steigleitung 12 in richtiger Phasenlage mit dem Vibrator auf der Steigleitung 11 befindet, wirken die Druckimpulse 55 und 55a dahingehend zusammen, daß sie den Pfropfen 60 von beiden Seiten angreifen und in der Flüssigkeit zerteilen und gleichzeitig einen durch den Pfropfen durchlaufenden Druckimpuls erzeugen, der die völlige Zerteilung unterstützt. In regelmäßigen Abständen setzt die Suspensionspumpe in der Suspensionsleitung 10 die Flüssigkeit unter Druck, um nachzuprüfen, ob schon so viel von dem Pfropfen in der Flüssigkeit zerteilt ist, daß Wasser über oder durch den Pfropfen 60 fließen kann. Hat sich einmal durch den Pfropfen 60 ein Kanal gebildet, dann wird der Pfropfen durch sich ständig bewegendes Wasser bis zu dem Punkt erodiert, daß er völlig entfernt wird. Die hierfür geeignete Frequenz und Phase hängt von der Länge der Leitung zwischen den Steigleitungen 11 und 12 sowie der Natur des Pfropfens 60 ab. Sie können leicht durch Frequenzsteuerung 34 und Phasensteuerung 35 eingestellt werden.

. Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Beseiti-

ί gung eines Pfropfens wird die Vibratorvorrichtung 25 nur auf der stromaufwärtsseitigen Steigleitung 11 installiert. Dann werden stromaufwärts die Pumpen arbeiten gelassen, um einen Druck P . .. , gegen den Pfropfen 60 auszuüben. Der Vibrator wird dann wie in dem oben beschriebenen Verfahren betrieben. Wiederholte gegen den Pfropfen 60 angewendete Druckimpulse 55a und 55b beginnen den Pfropfen in der Flüssigkeit zu zerteilen und brechen schließlich den Pfropfen auf. Bei dem ständig auf den Pfropfen 60 wirkenden Druck Pgtat'sch ^er°diert - wenn der Pfropfen einmal durchbrochen ist - die strömende Flüssigkeit den Rest des Pfropfens.

Die Druckimpulse können offensichtlich auf verschiedene Weise erzeugt werden. Wesentlich ist, daß der Pfropfen soweit in der Flüssigkeit zerteilt wird, daß er von der Flüssigkeit stromaufwärts erodiert werden kann. Solche Vorrichtungen sind bekannt, so beispielsweise eine mit der Steigleitung 11 und 9 durch einen Schlauch gekoppelte Blase, auf die von einem tragbaren Vibrator oder einer anderen Vorrichtung Schwingungen übertragen werden.

Selbstverständlich können, falls erforderlich, auch mehr als zwei Vibratoren für eine verstopfte Leitung eingesetzt werden.

Außer Signale gleichbleibender oder konstanter Frequenz können auch andere Signale, beispielsweise mit einer Wobbeifrequenz irgendeiner bestimmten Art verwendet werden.

Es ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß im Schwingungsbetrieb der von dem Vibrator 25 bei seiner Hubbewegung in Richtung des Pfeils 56 oder 56a erzeugte Druck den in der Leitung bestehenden statischen Druck nicht überschreiten darf, damit

ein Entkoppeln des Vibrators von der Flüssigkeitssäule vermieden wird.

Der Begriff "Flüssigkeit" ist hier im Sinne von "Fluid" zu verstehen, er soll also ganz allgemein fließfähige Medien, wie eine Suspension, Trübe etc., einschließen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Freimachen einer verstopften Pipeline, die ein verstopftes^mit Fluid und festem Material gefülltes Stück enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

a) Druckimpulse in die Pipeline unterhalb und oberhalb des verstopften Stückes eingeleitet werden,

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b) die Frequenz und Phase der eingeleiteten Druckimpulse gesteuert werden, und

c) Fluid unter Druck gegen das verstopfte Stück gepreßt wird;

wobei das verstopfte Stück durch die Druckimpulse im Fluid fließfähig gemacht und durch die eingepreßte Flüssigkeit entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte so viele Male wiederholt werden, bis das verstopfte Stück entfernt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz konstant gehalten und die Phase zwischen den Druckimpulsen unterhalb und oberhalb des verstopften Stückes verschoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase zwischen den Druckimpulsen unterhalb und oberhalb des verstopften Stückes konstant gehalten und die Frequenz verändert wird.

5. Verfahren zum Freimachen einer verstopften Pipeline, die ein verstopftes₍ mit Flüssigkeit und festen Material gefülltes Stück einen Abschnitt stromaufwärts hiervon, und einen Abschnitt stromabwärts hiervon aufweist, gekennzeichnet durch a) Anwendung eines statischen Druckes auf den Abschnitt der Pipeline stromaufwärts gegen das verstopfte Stück und b) Einleiten von Druckimpulsen in die Pipeline in den Abschnitt stromaufwärts, während der statische Druck auf die Pipeline aufrecht erhalten wird, wobei das verstopfte Stück schrittweise fließfähig und freigemacht wird.