EA018316B1 - Тупик трубопровода - Google Patents

Abstract

Цилиндрический тупик трубопровода, имеющий на одном своем конце первую площадь поперечного сечения и вторую площадь поперечного сечения, при этом первая площадь поперечного сечения меньше второй площади поперечного сечения.

Description

Изобретение относится к новой конструкции тупика трубопровода, предназначенной для предотвращения образования или сокращения гидратных пробок в тупиках трубопроводов нефте- и газодобывающих систем. В частности, это изобретение относится к использованию тупика, диаметр которого больше диаметра, необходимого с точки зрения традиционного дизайна. Этот тупик содержит помимо всего прочего впускное отверстие, ограничивающее количество поступающей в него воды.

Газовые гидраты или просто гидраты являются клатратными соединениями, т.е. комплексами включения, образованными реакцией молекул воды и другого вещества, как например, малые молекулы углеводорода, азота, углекислого газа и сульфида водорода. Такие молекулы называются гостевыми молекулами. Они стабилизируют структуру гидрата, обеспечивая значительно более высокие температуры плавления, чем для льда при повышенном давлении.

Температура плавления гидратов под давлением повышается относительно быстро. Таким образом, эта температура плавления обычно составляет около 10°С при давлении в 20 бар, 15°С при давлении в 50 бар, 20°С при давлении в 100 бар и 22°С при давлении в 200 бар. Однако в этих значениях могут присутствовать большие отклонения из-за изменений в составе текучей среды.

Поскольку морские температуры в местах, подобных Северному морю, Мексиканскому заливу, Западной Африке и Азии обычно находятся в пределах 4°С, а давление в резервуарах или трубопроводах часто находится в диапазоне от 50 до 300 бар, гидратообразование является главной проблемой в нефтеи газодобыче во всем мире, т.к. изначально теплая водонасыщенная текучая среда из нефтяной скважины охлаждается в добывающих трубопроводах окружающей его средой, что приводит к конденсации, которая может вызвать гидратообразование. Добыча в арктических районах или в северных акваториях глубинных вод еще больше увеличивает возможность гидратообразования по причине еще более низкой температуры окружающей среды. В этих случаях температура окружающей среды может находиться в отрицательной зоне.

Гидраты могут формироваться во всех видах различных трубопроводов, используемых для нефте- и газодобычи. Для предотвращения их образования общей практикой является заливание антифризных растворов, в частности метанола и моноэтилгликоля в скважины или трубопроводы в целях значительного понижения температуры плавления смеси.

Антифризные соединения необходимо впрыскивать в магистральный трубопровод через линии закачки химикатов. По эксплуатационным причинам эти линии оборудованы клапаном, который закрывается, если впрыскивание не происходит. Таким образом, труба, соединяющая клапан с магистральным трубопроводом, образует секцию, в которой нет потока, т.е. тупик. Если сами эти тупики перекрываются гидратообразованием, тогда антифризное вещество не может быть введено в магистральный трубопровод, а проблемы гидратообразования в главном трубопроводе могут привести к отключению системы и, возможно, к использованию проталкивающего скребка для разблокирования трубопровода (см. заявку США 2005/0284504). Проблема гидратообразования в тупиках также является острой, т.к. в отличие от магистрального трубопровода в тупике отсутствует установившееся течение. Это течение материала по магистральному трубопроводу служит, по меньшей мере, частично для предотвращения образования гидратов, поскольку они могут проталкиваться по трубопроводу теплой движущейся нефтью или газами. Поэтому в тупике, в котором нет течения, гидраты могут образовываться легче, т.к. условия в нем наиболее вероятно будут находиться в пределах области термодинамического гидратообразования.

Настоящее изобретение направлено на предотвращение закупоривания в тупиках трубопровода. Тупик представляет собой закрытую трубу, в которой нет течения, и которая присоединена к главному трубопроводу, содержащему текучую среду.

Поэтому очень важно, чтобы сам тупик оставался свободным от закупоривания. Однако проблема с тупиками заключается в том, что они используются только периодически и, в частности, поэтому, они склонны к закупориванию.

Несмотря на то, что вопросы гидратообразования в магистральных трубопроводах достаточно хорошо документируются, по всей видимости проблема гидратообразования в тупиках до сих пор не была отражена в предшествующем уровне техники, и, вероятно, до настоящего момента никто не задавался вопросом о блокирующих тупики гидратах, по меньшей мере, в рамках настоящего изобретения. Как отмечено выше, эта проблема связана с ростом гидрата на холодной стенке тупика из-за конденсации на ней воды, когда насыщенный водой теплый газ попадает в тупик из главного трубопровода. Такие теплые газы могут легко перемещаться на расстояния в несколько диаметров трубопровода как результат смешения элементов в главном трубопроводе. Эти элементы смеси формируются просачивающейся текучей средой в главном трубопроводе. Их размер и число зависят от геометрической конструкции области вокруг тупика, скорости течения, а также от содержания газа и жидкости. Тем не менее влажный газ может перемещаться на несколько диаметров трубы в тупике. При условии достаточного времени растущий слой гидрата может постепенно заблокировать сечение всего тупика или, по меньшей мере, создать в нем большие отложения. Это может иметь драматичные последствия для нефтедобычи как с точки зрения регулярности, так и с точки зрения безопасности.

Гидратные пробки в тупике могут представлять высокий риск для эксплуатационной безопасности. Например, когда клапан в тупике открыт, около него может возникнуть перепад давления, или в резуль

- 1 018316 тате последовательных операций большой перепад давления может образоваться на вероятной пробке. Такой перепад давления в состоянии открепить гидратную пробку, создав тем самым высокоскоростной снаряд. Последствия от этого большого куска льда как вещества, перемещающегося по трубопроводу, потенциально губительны с риском летального исхода для оператора или, по меньшей мере, большого повреждения материала. Даже наличие больших отложений на стенке тупика может повлечь за собой серьезную угрозу безопасности. К примеру, если этот тупик является частью системы разгерметизации, гидратные отложения могут открепляться во время операции разгерметизации и закупоривать расположенный ниже их клапан. В результате возникает высокий перепад давлений, который может создать высокоскоростной снаряд с очень серьезными последствиями.

Существует несколько решений, предотвращающих гидратообразования в трубопроводах в общем. Для трубопроводов береговых или верхних установок часто используется тепловое обнаружение. Так трубопровод нагревается примыкающими к нему в месте образования пробки паропроводом или электронагревательным элементом. Однако на практике этот метод может потерпеть неудачу из-за сбоя в работе нагревательной системы или по причине ошибки оператора.

Еще один способ предотвращения гидратообразования - это использование изоляционного материала. Теплоизоляция сама по себе может обеспечить достаточную защиту от гидратообразования, если длина тупика довольно короткая. Тем не менее, для определения приемлемой длины тупика общей методики не существует. Часто проектирование выполняется без учета вероятности гидратного закупоривания. Известны случаи, когда такие гидратные пробки появлялись даже в теплоизолированных секциях тупика. Другие решения включают применение химикатов. Для этого требуются скважины для введения химикатов, а также вложения в затратный капитал и текущие расходы. Кроме того, в настоящее время возникает большой побудительный мотив не использовать химикаты, обусловленный заботой об окружающей среде и анализом стоимости продукта.

В случае с тупиками трубопроводов использование химического впрыскивания также требует постоянной работы оператора. Здесь всегда есть опасность того, что такие нечастые операции могут быть забыты, а следовательно увеличивается риск возникновения проблемы с гидратом.

Проблемы устранения гидратных пробок увеличиваются в подводных системах, т.к. пониженные температуры обычно провоцируют гидратообразование. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в некоторых случаях можно избежать возникновения закупоренных тупиков, уменьшив длину тупика путем установки клапана ближе к теплому главному трубопроводу. Приемлемое расстояние определяется путем сложных вычислений и может изменяться от случая к случаю, но этот метод ограничен, поскольку не всегда есть возможность установить клапан достаточно близко к главному трубопроводу, чтобы сократить длину тупика.

Использование теплоизоляции может существенно увеличить пригодную к эксплуатации длину тупика, однако не устранит проблему гидратного закупоривания для длинных тупиков.

Более сложные способы для предотвращения гидратообразования включают в себя использование устройств для повышения коэффициентов теплопередачи трубопровода. В этом случае используется содержащий воду контейнер, расположенный вокруг тупика. Вода нагревается теплым главным трубопроводом, а перепады температур создают конвективный поток внутри контейнера, нагревая таким образом тупик на расстоянии от главного трубопровода больше, чем без использования такого контейнера.

Другое решение заключается в применении большой массы материала с хорошей теплопроводностью на наружной стороне трубопровода для увеличения теплопроводности, а следовательно повышения температуры в трубопроводе.

В принципе, эти решения могут также использоваться в поверхностных применениях, хотя затраты на их применение могут оказаться излишними в более доступных поверхностных трубопроводах.

Тем не менее, все еще существует потребность в новых решениях проблемы образования гидратных пробок в тупиках, в частности, недорогих решений, которые легко могут быть применимы к любому как подводному, так и поверхностному тупику.

Настоящее изобретение создает новое решение для предотвращения образования гидратных пробок или увеличения временного интервала между их образованием в тупиках. Кроме того, обеспечивается очевидное преимущество благодаря отсутствию перебоев в работе вследствие предотвращения образования гидратной пробки. Квалифицированный специалист сможет использовать более длинные тупики и, тем самым, увеличивать расстояние между клапаном и патрубком, соединяющим тупик с главным трубопроводом. Это может иметь большое практическое значение по отношению к плану эксплуатации автомобиля с дистанционным управлением. Из-за ограниченного пространства дистанционное управление может функционировать только в определенных местах. В этой связи важно, чтобы клапаны располагались на определенных уровнях. Следствием этого требования в определенных случаях могут быть длинные тупики.

Настоящее изобретение относится к новой конструкции тупика трубопровода, в которой нет сложных механических элементов или перемещающихся частей и которое обеспечивает надежное решение проблемы гидратного закупоривания, не обращаясь за помощью к более сложным решениям, обсуждавшимся выше.

- 2 018316

Авторы изобретения обнаружили, что чем больше диаметр тупика трубопровода, тем менее вероятно он будет закупориваться. В настоящее время тупики проектируются настолько узкими, насколько это возможно для применения там, где они будут установлены. Таким образом, там, где тупик будет использоваться для введения химикатов в главный трубопровод, он имеет диаметр, достаточно большой для обеспечения требуемой скорости закачивания химикатов. Чаще всего диаметр таких трубопроводов варьируется от 0,5 до 15 см, обычно до 5 см. Однако также возможны диаметры более 15 см.

Авторы настоящего изобретения поняли, что использование тупиков настолько узких, насколько это возможно, провоцирует гидратообразование. В действительности нет необходимости применять особо узкий тупик помимо ограничения максимального расхода жидкости, проходящей через эти отрезки трубы и минимизирования затрат, но авторы изобретения установили, что дополнительные расходы за использование большего тупика незначительны по сравнению с экономией, которая получается, если удается избежать гидратообразования. Кроме того, расход жидкости может быть ограничен, если часть тупика имеет суженное отверстие. В этом случае отпадает необходимость, чтобы весь тупик имел один и тот же диаметр.

Поэтому в качестве первой стадии авторы настоящего изобретения осознали, что использование более широкого тупика трубопровода является предпочтительным. Таким образом, в одном варианте выполнения этого изобретения диаметр тупика увеличен для вмещения большего количества гидрата и предотвращения закупоривания относительно более узкого тупика, функионирующего при других сходных условиях. Однако использование более широкого тупика может не устранить полностью рост гидрата. Поэтому простое расширение тупика - само по себе единственное подходящее решение, когда гидраты могут быть устранены полностью, или даже если они формируются в малой степени, открепление гидратных отложений не вызовет никаких проблем с техникой безопасности.

Увеличение диаметра тупика также имеет положительное воздействие на расстояние, которое могут покрывать элементы смеси. В связи с тем, что большие элементы смеси означают плавность колебания температуры на большем расстоянии, температуры выше минимума гидратообразования могут распространяться на большем участке тупика.

Авторы изобретения выяснили путем строгих расчетов и рабочего опыта, что приемлемая длина тупика обычно должна составлять порядка 5-10 диаметров трубопровода с теплоизоляцией и 3-5 диаметров трубопровода без теплоизоляции. Эта длина может увеличиваться в случаях с более подходящим направлением течения и конфигурацией. Увеличение диаметра трубопровода может продлевать максимальную жизнеспособную длину тупика. Однако увеличение диаметра трубопровода имеет дополнительный недостаток, суть которого в том, что в подключении к главному трубопроводу заключен больший смысл, т.к. больше водонасыщенного газа из главного трубопровода может поступать в тупик, а следовательно, существует дальнейший потенциал для гидратообразования и отложения на стенке за пределами области, в которой температура достаточно высока для предотвращения гидратообразования.

Вторая стадия изобретения - модифицировать впускное отверстие из магистрального трубопровода в тупик, для его сужения. Авторы изобретения установили, что, если используется впускное отверстие уже, чем остальная часть тупика, оно будет препятствовать или ограничивать проникновение газа из главного трубопровода в тупик, уменьшая тем самым массовый расход воды в объеме тупика. Специфические размеры впускного отверстия могут быть вычислены по заданным коэффициентам для перемещения предполагаемого флюида через тупик во время эксплуатации. Так, если ранее квалифицированный специалист определил, что тупик должен быть диаметром в 2 см для вмещения материала, который требуется транспортировать, впускное отверстие может быть диаметром 2 см или меньше, тогда как основная часть тупика остается шире для уменьшения или предотвращения гидратообразования.

Таким образом, авторам настоящего изобретения стало ясно, что для минимизации гидратообразования тупик должен иметь впускное отверстие из главного трубопровода узкого диаметра, которое расширяется в сторону трубы тупика большего диаметра.

Так один объект этого изобретения создает способ изготовления тупика трубопровода, содержащий определение минимального диаметра тупика на основании количества материала, которое необходимо транспортировать, и изготовления трубы с диаметром по меньшей мере в 1,25 раз больше минимального диаметра.

Другой объект этого изобретения создает способ изготовления тупика трубопровода, содержащий определение минимального диаметра тупика на основании количества материала, которое необходимо транспортировать, и изготовление трубы, имеющей диаметр, по меньшей мере 10 см, предпочтительно по меньшей мере 15 см, наиболее предпочтительно по меньшей мере 20 см, если минимальный диаметр менее 5 см или изготовление трубы, имеющей диаметр, по меньшей мере в 1,25 раз больше минимального диаметра, если минимальный диаметр больше 5 см.

Другой объект настоящего изобретения создает, по существу, цилиндрический тупик трубопровода, имеющий впускное отверстие на одном из своих концов и клапан на другом конце. Это впускное отверстие обеспечивает прохождение материала в тупик из главного трубопровода, к которому этот тупик присоединен, или перемещаться из него в главный трубопровод. Клапан, способный выпускать материал из тупика или проходить в тупик, отличается тем, что впускное отверстие имеет диаметр не более 80%

- 3 018316 самого большого диаметра тупика.

Другой объект этого изобретения создает способ изготовления тупика трубопровода, содержащий определение минимального диаметра тупика на основании количества вещества, которое нужно транспортировать, изготовление трубы, имеющей диаметр по меньшей мере 10 см, предпочтительно не менее 15 см, лучше всего не менее 20 см, если минимальный диаметр меньше 5 см, или изготовление трубы, имеющей диаметр по меньшей мере в 1,25 раз больше минимального диаметра, если минимальный диаметр больше 5 см, обеспечение трубы впускным отверстием на одном из ее концов и клапаном на другом, при этом это впускное отверстие обеспечивает прохождение материала в тупик из главного трубопровода, к которому этот тупик присоединен при использовании, или перемещаться из него в главный трубопровод, клапан способен выпускать вещество из тупика или обеспечивать его поступление в тупик, впускное отверстие которого имеет диаметр не более 80% самого большого диаметра тупика.

Другой объект этого изобретения обеспечивает способ предотвращения или снижения гидратообразования в тупике трубопровода, используемом как определено выше.

Еще один объект этого изобретения обеспечивает применение тупика трубопровода, как было описано выше, для предотвращения или снижения гидратообразования.

В качестве альтернативы настоящее изобретение создает цилиндрический тупик трубопровода, имеющий на одном своем конце первую площадь поперечного сечения и вторую площадь поперечного сечения, при этом первая площадь поперечного сечения меньше второй площади поперечного сечения.

В другом варианте выполнения этого изобретения обеспечен, по существу, цилиндрический тупик трубопровода, имеющий на одном своем конце впускное отверстие, при этом, по меньшей мере, один участок тупика увеличен в объеме для предотвращения гидратообразования.

Под тупиком трубопровода подразумевается труба, в которой при использовании нет установившегося течения материала. При использовании этот тупик присоединен к главному трубопроводу с установившемся течением, например, в процессе нефтедобычи. Поэтому тупик используется периодически и имеет периоды простоя, когда через него не проходят потоки материала. Тупик позволяет извлекать вещество из главного трубопровода или добавлять его туда. Понятно, что тупик - это боковая труба из главного трубопровода в процессе нефтедобычи, а не другой тип трубы. Термин тупик употребляется в этом документе применительно к тупику, находящемуся в использовании, перед его присоединением к главному трубопроводу. Здесь принимается во внимание тот факт, что этот тупик поставляется отдельно от какого-либо главного трубопровода.

Когда тупик находится на своем месте, он с одной стороны закрыт клапаном, а с другой стороны главным трубопроводом. Поэтому тупики могут быть любой закрытой секцией трубопровода, в которой нет потока, связанного с системой течения. Система течения может содержать нефте- и газодобывающие трубопроводы, ответвления буровых скважин, соединяющих несколько скважин с коллектором, нагнетательные линии природного газа и воды, распределительные линии для химикатов или любые другие линии обслуживания, используемые для транспортирования воды, содержащей углеводороды. Тупики обычно формируются клапаном, закрытым на заданном расстоянии от главного трубопровода с текучей средой. Когда нужно использовать эти отрезки трубы, клапан открыт, в числе всего прочего, для извлечения или введения углеводородов из/в главный трубопровод, впрыскивания в него химикатов или для других видов работ, как, например разгерметизация, замещение или циркуляция содержимого трубопровода.

Расстояние от клапана в тупике до главного трубопровода зависит от специфики конструкции и требований по пригодности к эксплуатации. Обычно тупики имеют длину менее 50 м, чаще менее 20 м, в большинстве случаев даже менее 10 м или 1 м. Инструментальные линии могут также образовывать тупик, когда датчик расположен на некотором расстоянии от главного трубопровода, по которому проходит текучая среда. Длина инструментальных линий обычно составляет менее 5 м, чаще менее 1 м. Тупики могут также формироваться в сложных подводных системах трубопроводов, когда одна или несколько труб, присоединенных к собирающей трубе, временно сняты с производства. В этом конкретном случае длина тупика может быть до нескольких километров. Известные решения подводной техники включают в себя также использование подводных технологических установок для нефтепереработки. Функционирование этих устройств требует сложной системы трубопроводов и клапанов. Следствием этого неизбежно станут несколько тупиков.

Под главным трубопроводом подразумевается трубопровод, переносящий поток нефте- или газопродукта (например, приток к скважине из резервуара) из одного места в другое (например, из резервуара к поверхности) во время нефтедобычи. Главный трубопровод в контексте настоящего изобретения может также быть любым другим трубопроводом, в котором углеводород и вода вместе протекают в трубе, и есть достаточное давление и достаточно низкая температура для возникновения гидратообразования в любом из присоединенных тупиков.

Характеристика «по существу цилиндрический» означает, что тупик имеет цилиндрическую или почти цилиндрическую форму. Нет необходимости тупику быть прямым, он может содержать один или более отводов, однако его сечение останется по существу круглым, а стороны цилиндра в любой точке будут параллельны.

- 4 018316

Под впускным отверстием подразумевается самое узкое отверстие между главным трубопроводом и тупиком.

Под участком впускного отверстия подразумевается примыкающая к главному трубопроводу секция тупика, имеющая диаметр уже наибольшего диаметра тупика.

Под участком трубы подразумевается часть тупика от участка впускного отверстия до участка клапана, имеющая постоянный диаметр и представляющая самый большой диаметр тупика.

Под участком клапана подразумевается участок тупика, включающий в себя клапан и любую примыкающую к нему часть тупика, чей диаметр уменьшен для вмещения клапана.

Если не указано иначе, диаметры измеряются внутри любого участка тупика, т.е. понятие диаметр подразумевает скорее диаметр отверстия в трубе, чем диаметр самой трубы включая стенки.

Под минимальным диаметром тупика, основанном на количестве материала, которое необходимо транспортировать, подразумевается самый маленький диаметр, при котором тупик сможет выполнять свою функцию. Квалифицированный специалист может определить этот диаметр, ориентируясь на свои знания количества вещества, которое тупик должен передать. Например, для транспортирования 100 литров вещества в секунду при заданном давлении трубопровод должен иметь определенный минимальный диаметр.

Квалифицированный специалист может определить этот минимальный диаметр, используя известные математические вычисления.

Длина тупика - это расстояние от места соединения с главным трубопроводом до конца участка клапана (если таковой имеется) или до конца участка трубы, если клапан отсутствует.

Под фразой по меньшей мере один участок тупика расширен подразумевается, что часть тупика (другая, чем участок впускного отверстия) или весь тупик имеет диаметр, который увеличивается для предотвращения или уменьшения гидратного закупоривания.

Тупик по данному изобретению может отводиться от трубопровода в любом месте нефте- или газодобывающей системы. Поэтому тупик может быть подводным, прибрежным или находиться на берегу.

Он может быть выполнен из любого подходящего материала, как например металл, сплав, композитный материал или пластик. Удобнее, чтобы тупик был выполнен из стали. Он станет жестким и его можно армировать известным в данной области техники способом. Лучше всего, если этот тупик будет выполнен из жесткой стальной трубы. Несмотря на то, что предпочтительно, чтобы тупик был прямолинейным, в объеме этого изобретения допустимо наличие изгибов в тупике, к примеру изгибов в 90°. Такой тупик в этом документе все еще рассматривается как цилиндрический, т.к. в любой его точке его стороны будут находится друг от друга на одинаковом расстоянии параллельно, а сечение тупика будет круглым.

Длина тупика может меняться в широких пределах, но обычно она составляет от 10 см до 50 м, предпочтительно от 30 см до 10 м, главным образом от 50 см до 2 м.

Самый большой диаметр тупика предпочтительно будет оставаться одним и тем же на всем участке трубы. Предпочтительно длина тупика составляет не менее 3, 5 или 10, а лучше всего 20 диаметров тупика. Подходящие диаметры - от 0,5 см до 1 м, предпочтительно от 1 до 50 см диаметры, к примеру, от 2 до 30 см.

Тупик обычно имеет клапан, расположенный на самом дальнем от места присоединения к главному трубопроводу конце. Этот клапан может быть любой подходящей конструкцией, и он позволяет квалифицированному специалисту контролировать материал, поступающий в тупик и выходящий из него. Диаметр клапана обычно имеет размер, необходимый для специфического применения, для которого будет использоваться клапан, не принимая во внимание проблемы с гидратом. Как правило, это означает номинальный размер меньше, чем номинальный размер тупика по настоящему изобретению. Поэтому этот клапан будет присоединен к тупику через расширяющуюся секцию с увеличивающимся диаметром, т.е. через участок клапана.

Предпочтительно клапан будет того же диаметра, который применялся ранее в известных решениях. Таким образом, если раньше минимальный диаметр тупика был равен 5 см, будет также использоваться клапан диаметром 5 см. В тупиках по этому изобретению будет также уместно использовать 5 см клапан, однако участок трубы тупика будет шире этого минимального диаметра.

Важно, чтобы диаметр клапана не увеличивался, т.к. это увеличит стоимость различными способами. Поэтому идеально, если диаметр клапана будет минимальным диаметром, вычисленным для тупика.

Участок клапана может быть присоединен к остальному тупику с использованием подходящих фланцев. Поэтому конструкция тупика по этому изобретению может содержать только более узкий участок впускного отверстия и участок трубы.

Поэтому другой объект этого изобретения обеспечивает по существу цилиндрический тупик, имеющий на одном из своих концов впускное отверстие, обеспечивающее прохождение материала в тупик из основного трубопровода, к которому тупик присоединен при использовании, или выходить из него в главный трубопровод, впускное отверстие которого имеет диаметр не более 80% самого большого диаметра тупика.

В предпочтительном варианте выполнения этот диаметр тупика уменьшен для вмещения клапана.

- 5 018316

Поэтому предпочтительно, чтобы диаметр тупика был уменьшен до того же номинального диаметра, что и у клапана.

Впускное отверстие, которое уже, чем наибольший диаметр тупика, позволяет материалу поступать в тупик из главного трубопровода или выходить из него в главный трубопровод. В частности, диаметр этого впускного отверстия предпочтительно составляет не более 80%, к примеру не более 75% наибольшего диаметра тупика, лучше не более 50%, главным образом не более 25%. В общем, чем меньше труба, тем больше процент обжатия, который должен быть применен. К примеру, если тупик имеет диаметр до 20 см, впускное отверстие может быть 15 см или меньше, например 10 см или меньше, главным образом 5 см или меньше.

Этот диаметр впускного отверстия должен быть измерен на основании самого узкого диаметра участка впускного отверстия, соединяющего главный трубопровод и тупик. Если предусмотрено, что впускное отверстие будет своей самой узкой стороной примыкать прямо к главному трубопроводу, объем данного изобретения допускает, например, что самая узкая часть участка впускного отверстия может располагаться в любой точке этого участка.

Однако необходимо, чтобы участок впускного отверстия после самого впускного отверстия в конце концов расширялся любым удобным способом до того же диаметра, что и остальной диаметр тупика. Этого можно добиться равномерно в конической форме, поэтапно или через вогнутые или выпуклые поверхности. Самая узкая точка впускного отверстия может содержаться для нескольких см или встречаться только как точка. В предпочтительном варианте выполнения узкое впускное отверстие продолжается через весь участок впускного отверстия. Квалифицированный специалист может осуществить все варианты конструкций разных впускных отверстий, которые будут соответствовать требованиям этого изобретения.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения суженный участок впускного отверстия обеспечен введением в тупик другого трубопровода, внешний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру тупика. Таким образом, диаметр впускного отверстия далее становится внутренним диаметром самого маленького трубопровода, вставленного в тупик. Тем самым очень легко и беспрепятственно можно получить узкий участок впускного отверстия. Самый узкий трубопровод может быть закреплен в тупике любым удобным способом.

Также в объеме этого изобретения тупик может быть сформирован из двух или более труб, к примеру, из одной трубы большого диаметра и одной узкого диаметра, которые могут быть соединены для образования структуры тупика, в которой самая узкая труба формирует участок впускного отверстия, а широкая -участок трубы тупика. Еще одна труба может быть использована для образования участка клапана тупика.

Длина участка впускного отверстия (т.е. размер трубы, имеющей диаметр уже участка трубы тупика) может составлять до 10 диаметров впускного отверстия тупика, предпочтительно до 5 диаметров. Чем длиннее участок впускного отверстия, тем меньше вещества будет транспортироваться через участок впускного отверстия, снижая, таким образом риск испарения воды, попадающей в более широкую секцию тупика.

Тупик может располагаться под любым углом к главному трубопроводу. Он может быть перпендикулярен трубопроводу, но это не существенно. В некоторых ситуациях может быть полезно закачивать материал в главный трубопровод из тупика либо против основного потока, либо вместе с ним. В этом случае целесообразно размещать тупик под острым углом к трубопроводу.

Тупик может быть установлен горизонтально или вертикально, в зависимости от ориентации трубопровода, от которого он отводится. Тупик может быть в вертикальном положении или располагаться так, чтобы материал, добавленный в трубу, перемещался вниз в главный трубопровод под действием силы тяготения.

Впускное отверстие может быть выполнено из того же материала, что и сам тупик, или из любого другого подходящего материала. В особо предпочтительном варианте выполнения это впускное отверстие сформировано из материала, обладающего превосходной теплопроводностью, например из стали. Таким образом, температура в узком участке впускного отверстия тупика поддерживается высокой, т.к. тепло из главного трубопровода перемещается в секцию впускного отверстия. Повышенная температура предотвращает образование гидратов в этой части тупика. Кроме того, поскольку тупик предпочтительно располагается так, что проходящий в него материал течет вниз, если в тупике конденсируется вода, она будет иметь тенденцию стекать вниз в направлении секции впускного отверстия, а следовательно, в направлении более горячих ее поверхностей. Затем горячие поверхности секции впускного отверстия смогут предотвращать гидратообразование в тупике, испаряя любой конденсируемый материал, стекающий вниз в секцию впускного отверстия.

Весь тупик может быть изолирован известным способом. Однако предпочтительно не изолировать тупик. Если изоляция отсутствует, температура в секции, примыкающей к участку впускного отверстия, более холодная. Это провоцирует конденсацию воды рядом с участком впускного отверстия, и эта вода затем стекает под действием силы тяготения обратно в главный трубопровод.

Участок трубы над участком впускного отверстия может растягиваться на необходимую длину по

- 6 018316 требованиям конструкции, как было представлено ранее.

Тупики, в которых материал протекает регулярно, меньше страдают от гидратообразования, т.к. их постоянное использование не дает достаточно времени для образования гидрата. Поэтому это изобретение наиболее целесообразно применить в тупиках, в которых материал протекает периодически, например, закачивается нечасто. Подобный тупик может использоваться для введения химикатов, которое осуществляется лишь эпизодически, или для транспортирования материала из одного трубопровода в другой. Конструкция тупика согласно изобретению может быть использована для систем аварийной зашиты, как, например, линии разгерметизации для аварийных выключений. Подобные системы содержат предохранительный клапан давления, присоединенный посредством тупика к добывающей системе.

Это изобретение будет также полезно там, где используется теплообнаружение. Оно обеспечит дополнительную встроенную функцию безопасности в пассивной манере, а конструкция предохранительного клапана давления будет основана не только на активном использовании теплообнаружения, которое может выйти из строя, о чем будет знать оператор.

Как отмечено выше, в некоторых вариантах выполнения этого изобретения предпочтительно обеспечить больший диаметр тупика, чем это в действительности необходимо для его использования. Для этого нужно определить минимальный требуемый для тупика диаметр. Вычисление этого диаметра зависит от типа тупика, о котором идет речь, но оно может быть выполнено специалистом в данной области техники. Например, если планируется использовать тупик для впрыскивания химикатов в главный трубопровод, самый узкий диаметр тупика может быть вычислен на основании количества химикатов, которое необходимо ввести в главный трубопровод, и от скорости, с которой требуется произвести введение.

Там, где тупик сконструирован для транспортировки материала из одного главного трубопровода в другой, минимальный диаметр трубы может быть опять подсчитан на основании количества вещества, которое планируется перекачать, и от требуемой скорости передачи, основываясь на вычислениях, подобных вышеупомянутым.

Как только минимальный диаметр определен, настоящее изобретение требует, чтобы главная часть тупика имела диаметр, равный, по меньшей мере, 1,25 минимальным диаметрам, к примеру, не менее 1,5 минимальных диаметров, главным образом, не менее 1,75 минимальных диаметров или даже 2 минимальных диаметров. В некоторых вариантах выполнения диаметр тупика должен составлять, не менее 3 минимальных диаметров, например, 4 минимальных диаметра. В частности, это применимо для тупиков с узкими диаметрами, к примеру, тех, чей минимальный диаметр составляет 5 или менее см. Более узкие тупики более склонны к закупориванию, поэтому предпочтительно более значительное увеличение узкого диаметра тупика (например, того, который меньше 5 см).

Диаметр впускного отверстия должен быть меньше или равным самому узкому диаметру, вычисленному выше.

Тупик может присоединяться к главному трубопроводу любым удобным способом. Например, тупик может быть обеспечен фланцем, который прикрепляется к подходящему и соответствующему фланцу главного трубопровода.

На чертеже изображены два тупика 1, 2, присоединенные к главному трубопроводу 3. Каждый тупик имеет клапан 4, расположенный на участке 10 клапана, через который материал может поступать в тупик или выходить из него. Предпочтительно этот тупик сужается в месте, где установлен клапан.

Тупики имеют впускные отверстия 5, 6, которые уже остальной части тупика. В тупике 1 конусообразная форма участка 7 впускного отверстия равномерно расширяется в сторону участка 11 трубы. В тупике 2 впускное отверстие содержит удлиненный участок 8 того же диаметра, что и впускное отверстие, и участок 7 впускного отверстия, расширяющийся над вогнутой поверхностью в сторону широкой части участка 11 трубы.

Следовательно другой объект этого изобретения обеспечивает, по существу, цилиндрический тупик, имеющий участок впускного отверстия, участок трубы и участок клапана, при этом участок впускного отверстия способен примыкать во время использования к главному трубопроводу и содержит впускное отверстие, участок клапана, расположенный на противоположном участку впускного отверстия конце тупика и содержащий клапан, и участок трубы, расположенный между упомянутыми участками впускного отверстия и клапана, при этом впускное отверстие имеет диаметр не более 80% диаметра участка трубы.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Тупик трубопровода, являющийся, по существу, цилиндрическим, используемый в процессе нефтедобычи и имеющий первую площадь поперечного сечения на одном своем конце и вторую площадь поперечного сечения, превышающую первую площадь поперечного сечения, и содержащий на указанном конце впускное отверстие для прохождения материала в тупик из главного трубопровода, присоединенного к тупику при использовании, или из тупика в главный трубопровод, при этом впускное отверстие имеет диаметр, составляющий не более 80% наибольшего диаметра тупика.
2. 2. Тупик трубопровода по п.1, в котором по меньшей мере один участок тупика расширен для пре

   - 7 018316 дотвращения в нем гидратообразования.
3. 3. Тупик трубопровода по п.1 или 2, содержащий клапан, расположенный на его конце, противоположном концу с впускным отверстием, и обеспечивающий прохождение материала в тупик или из него.
4. 4. Тупик трубопровода по п.3, имеющий участок впускного отверстия, участок трубы и участок клапана, причем участок впускного отверстия при использовании способен примыкать к главному трубопроводу и содержит впускное отверстие, участок клапана размещен на противоположном участку впускного отверстия конце тупика и содержит клапан, участок трубы размещен между участком впускного отверстия и участком, при этом впускное отверстие имеет диаметр, составляющий не более 80% диаметра участка трубы.
5. 5. Способ изготовления тупика трубопровода по одному из пп.1-4, содержащий определение минимального диаметра тупика трубопровода на основании количества материала, подлежащего транспортировке, и изготовление трубы, имеющей диаметр, по меньшей мере в 1,25 раз превышающий минимальный диаметр тупика.
6. 6. Способ по п.5, содержащий изготовление трубы с диаметром по меньшей мере 10 см, предпочтительно по меньшей мере 15 см, наиболее предпочтительно по меньшей мере 20 см, если минимальный диаметр тупика составляет менее 5 см.
7. 7. Способ предотвращения или уменьшения гидратообразования в тупике трубопровода, предусматривающий использование тупика по любому из пп.1-4.
8. 8. Применение тупика трубопровода по любому из пп.1-4 для предотвращения или уменьшения гидратообразования.