NL8800894A - Werkwijze voor het thermisch isoleren van samengestelde pijpleidingen onder water en aldus geisoleerde pijpleiding. - Google Patents

Description

“ *r- t N.0. 34685 ] ^

Werkwijze voor het thermisch isoleren van samengestelde pijpleidingen onder water en aldus geïsoleerde pijpleiding.

5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het in samengestelde pijpleidingen voor het transport van vloeibare en gasvormige mineralen onder de waterspiegel, tussen één of meer gas- of vloeistof-voerende leidingen en een buitenmantel aanbrengen van een thermisch-iso-^ lerende vulling en op een aldus geïsoleerde pijpleiding.

De door zulke leidingen getransporteerde media hebben vaak een temperatuur, hoger dan het omringende water, en een thermische isolatie daarvan kan om verschillende redenen gewenst zijn, nl. om de vloeibaarheid van bijvoorbeeld aardolie goed te houden, afzettingen door dik-^ vloeibaar of vast worden van fracties daarin te vermijden en bij bijvoorbeeld gas condensatie van waterdamp en andere bestanddelen in de leidingen te voorkomen.

Het is bekend om zulk een thermische isolatie op allerlei wijzen te verkrijgen, bijvoorbeeld door een dubbelwandige mantelleiding toe te 20 passen met een kunststofschuim, een natrium- of calciumsilicaat of een vloeistof met geringe warmtegeleiding in de ruimte tussen de wanden en door de leidingen te voorzien van een in- of uitwendige vaste isolatielaag, bijv. van neopreenrubber, en door isolatielagen uit glasvezelnetten afgewisseld met metaalfoelies en een met een inert gas gevulde ruim-25 te en door holle kunststofballetjes m een kunststofmatrix.

Al deze en dergelijke technieken hebben belangrijke nadelen ten aanzien van investeringskosten, problemen bij verwarming van de leiding, en vaak een teruggang van de isolerende eigenschappen van de isolatie door segregatie, chemische of fysische verandering van eigenschappen en 30 dergelijke factoren.

De uitvinding beoogt hierin verbeteringen te brengen en hiertoe is een werkwijze als in de aanhef bedoeld volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat op of bij de plaats van bestemming een geleerbare aard-^ oliefractie van ongeveer keroslnefractie met geleermiddelen daarvoor, die deze tot een thixotrope toestand kunnen geleren, in de te isoleren ruimte van de pijpleiding wordt gepompt.

Bij voorkeur worden de geleermiddelen zo gekozen en wordt zoveel geleermiddel toegevoegd, dat na het geleren de dynamische viscositeit van het gevormde gel tussen 12 en 55 Pa.s is.

.8800894 t 2

Bij toepassing van de uitvinding wordt een goede warmteisolatie verkregen, en wel op een wijze, die zich bijzonder goed leent voor op de zeebodem te leggen leidingen, die oneffenheden van de bodem goed moeten kunnen volgen en waarbij de isolatie niet wordt benadeeld en in isole-5 rende eigenschappen achteruitgaat door temperatuurwisselingen in de door de gas- of vloeistofvoerende leidingen getransporteerde media. Verder kan de werkwijze volgens de uitvinding gemakkelijk zo worden uitgevoerd, dat de constructie van de leiding relatief eenvoudig en goedkoop kan blijven, ook omdat de buitenmantel niet in staat behoeft te zijn om gro-IQ te drukverschillen op te nemen. Het thixotrope gel kan gemakkelijk dezelfde druk hebben en houden als het zeewater buiten de leiding. De uitvinding stelt overigens speciale maatregelen voor om met meer zekerheid zulk een drukgelijkheid te onderhouden, zoals nog te beschrijven.

Opgemerkt wordt, dat het bekend is om thixotrope gelen te gebruiken ^5 als isolatie van aardolieputten, waarbij olie of gas onder hoge temperatuur vrijkomt, hetzij door eigen warmte-inhoud, hetzij bij stoomputten, waarbij met stoom de te winnen olie voldoende dunvloeibaar gemaakt wordt om gemakkelijk gewonnen te kunnen worden. De eerstgenoemde toepassing is bijv. bekend voor olie- en gaswinning in vulkanische gebieden. Dit is 20 bijvoorbeeld bekend uit de lezing van Son, Dzialowski en Loftin: Gelatinous Oil-Base Fluids as Insulators in Geothermal and Oil-Recovery Applications, gehouden op het International Symposium of Oilfield and Geothermal Chemistry van de SPE van het ΑΙΜΕ, Denver, Co., juni 1983, gepubliceerd in de Proceedings daarvan als Paper SPE 11.791 op biz. 25 389-195 met bijlagen.

Geleermiddelen voor zulke aardoliefracties van het kerosine-type zijn in de handel verkrijgbaar, bijv. onder de merken HLG-2 van Nowsco Well Service, Canada, en KEN PAK van Imco Services. Zulke middelen kunnen allerlei verschillende samenstellingen hebben, bijv. condensatiepro-30 dukten van penta- tot hepta-alcoholen met een aromatisch monoaldehyde, zoals benzaldehyde, benzylideensorbitolen enz., zoals op zichzelf bekend.

Van de meeste beschikbare geleermiddelen wordt bij voorkeur 4 a 6 % aan de aardoliefractie toegevoegd om de vereiste thixotrope toestand van 35 het gel te verkrijgen. Verder kunnen veel geringere hoeveelheden stoffen voor aanvullende effecten zoals de geleersnelheid beïnvloedende middelen (katalysatorachtige activatoren), biociden en dergelijke worden toegevoegd indien zij niet of niet in voldoende hoeveelheid reeds in het in de handel verkrijgbare geleermiddel aanwezig zijn. De hoeveelheid ge-40 leermiddel wordt bij voorkeur zo gekozen dat de dynamische viscositeit ,8800894 3 i' tussen 12 en 55 Pa.s ligt. De uitvinding betreft uiteraard niet details van de samenstelling der geleermiddelen, daar deze bekend en in de handel zijn en daar de vakman gemakkelijk uit daarover verschafte gegevens en/of uit enkele eenvoudige proeven kan vaststellen hoeveel geleermiddel 5 moet worden toegevoegd en of van één of meer der genoemde toevoegingen wat meer of wat minder moet worden bijgemengd.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. Daarin is:

Fig. 1 een enigszins schematische dwarsdoorsnede van een leiding, 10 die op de zeebodem moet worden gelegd en waarin een isolatiemethode volgens de uitvinding wordt uitgevoerd; en

Fig. 2 een veel sterker schematische onderbroken langsdoorsnede door zulk een leiding volgens de lijn II-II in Fig. 1.

De samengestelde leiding van fig. 1 en 2 omvat een buitenmantel 1 15 en daarin een aantal leidingen 2, 3 en 4, waarbij bijvoorbeeld de leidingen 2 en 3 voor het transport van olie of gas bij de winning daarvan kunnen dienen en de in dit geval drie kleinere leidingen 4 voor allerlei bijbehorende doelen kunnen dienen, bijvoorbeeld voor het opnemen van energiekabels, signaal- en stuurleidingen, voor het doorvoeren van ge-20 reedschappen en werktuigen enz., alles zoals op zichzelf in velerlei uitvoering bekend. Verder kan het aantal leidingen afhankelijk van de omstandigheden sterk verschillend worden gekozen. Er kan bijv. ook een waterinjectieleiding in de buitenmantel zijn opgenomen. Aan de einden van de leiding zijn deze aan geschikte aansluitingen en koppelmiddelen 25 bevestigd, zodat zij op platforms, reservoirs, bewerkingsmiddelen, toevoeren vanuit winningsputten en op stijgconstructies (risers) naar de wateroppervlakte, bijv. naar een schip, aangesloten kunnen worden. Ook dit is geheel bekend en dus is in fig. 2 volstaan met de aanduiding hiervoor als een eenvoudige rechthoek 5 en 6. Rechthoeken 5 en 6 geven 30 de op zichzelf bekende sleepkoppen (tow heads) weer.

In fig. 1 is een samengestelde steunconstructie 7 voor het afsteunen van de leidingen 2-4 op en binnen de buitenmantel 1 weergegeven.

Deze kan vast of geheel of gedeeltelijk scharnierend en/of schuivend via glijstukken of rollen op de buitenmantel aangrijpen. Bij lange leidingen 35 kan een groter aantal van dergelijke steunconstructies 7 zijn aangebracht, langs de lengte van de leiding verdeeld om die binnenleidingen op de goede plaats en afstand ten opzichte van de buitenmantel te houden. Zulke steunconstructies kunnen zo gesplitst zijn dat zij op één . plaats slechts een deel der leidingen aldus afsteunen en op een andere 40 plaats langs de lengte de andere leidingen. In ieder geval geschiedt ,8800894 f 4 deze afsteuning zo dat deze de leidingen niet hindert bij in lengterichting en plaatselijk enig verschil in uitzetting als gevolg van temperatuurverschillen.

Binnen de buitenmantel 1 bevindt zich nog een leiding 8, die blij-5 kens fig. 2 aan één einde met de eindkast 5 is verbonden en die nabij het andere einde van de leiding open is naar de ruimte tussen de andere binnenleidingen 2-4. Hier is die leiding 8 als eindigend voör de eindkast 6 getekend, maar zij .zou ook daaraan bevestigd kunnen zijn en één of meer grote gaten ter verbinding met die ruimte kunnen hebben.

10 De eindkasten 5,6 kunnen allerlei koppelingen naar aangrenzende de len, leidingen, afsluiters enz. hebben, die niet zijn getekend. Verder is er in de eindkast 5 een afsluiter 9, die op leiding 8 aansluit, en is er aan elk einde tenminste één afsluiter 10, 11, die op de ruimte tussen de leidingen aansluit. Bovenop de buitenmantel bevinden zich ook één of 15 meer afsluiters 12, en wel in aantal en plaats zo aangebracht en verdeeld, dat de hoogste plaatsen van de leiding daardoor ontgast kunnen worden, ook als de leiding plaatselijk helt en een heuvelachtige zeebodem moet volgen (de leiding kan kilometers lang zijn).

In de leiding 8 bevindt zich nabij het vrije einde een mol 13, die 20 passend (bijvoorbeeld met ptfe-ringen in de buitenomtrek) daarin verschuifbaar is.

De buitenmantel 1 heeft bijv. een diameter van 1,5 m en de leiding 8 kan een diameter van + 10 cm hebben. De leidingen 2-4 kunnen wanddiktes hebben, die afhangen van mogelijke drukverschillen tussen het in- en 25 uitwendige. Ook kunnen speciaal leidingen, die aanzienlijk hoge temperaturen krijgen, van niet-getekende expansiestukken zijn voorzien en/of aan de einden in de kasten 5 en 6 of een daarvan van een schuivende geleiding zijn voorzien om relatieve uitzetting ten opzichte van de andere leidingen en de buitenmantel toe te staan en op te nemen.

30 · . ...

Alle genoemde afsluiters kunnen niet-getekende aandrijfmiddelen hebben en signaalleidingen kunnen vandaar naar een bedieningscentrum lopen om de afsluiters op afstand, bijv. vanaf een schip, te kunnen openen en sluiten.

Het leggen en isoleren van deze leiding geschiedt nu als volgt: 35

De leiding wordt op het land samengesteld, gecontroleerd en eventueel beproefd, en gevuld met een zoveel mogelijk inert gas, bijvoorbeeld stikstof. Na afdichting aan de einden en tewaterlating wordt de leiding naar de plaats van bestemming gesleept en daar wordt de leiding afgezonken, bijv. door de leidingen 2-4 of een deel daarvan met het om-40 ringende water vol te laten lopen. De druk van het gas in de ruimte om ,8800894 % i 5 % die leidingen wordt hetzij reeds bij of voor het tewaterlaten, hetzij op de plaats van bestemming en dan naar keuze aan het wateroppervlak of eerst na hrt afzinken op een druk gebracht, die ongeveer overeenkomt met (bij voorkeur iets hoger is dan) de druk van het omringende zeewater op 5 de leiding na het afzinken.

Nu wordt de kerosine-achtige olie vanaf een schip verpompt door een leiding 14, terwijl de geleermiddelen en eventueel toeslagstoffen door een leiding 15 worden toegevoegd. Deze worden bij 16 intensief gemengd en bij geopende afsluiter 10 in de te isoleren ruimte om de leidingen 10 2-4 gepompt. Pompen en menger 16 kunnen zich op het schip bevinden, al zijn zij in fig. 2 direkt bij de leiding getekend. De aansluiting van de geltoevoerleiding geschiedt bij voorkeur nadat de leiding is afgezonken. De afsluiters 11 en 12 kunnen terugslagkleppen zijn, die eenvoudig T openen wanneer de druk in het inwendige van de leiding groter wordt dan 15. die van de omgeving, maar bij voorkeur zijn zij ook op afstand afsluitbaar of ter sluiting reagerend op de aanwezigheid van gel, zodat geen vervuiling van de omgeving door het gel optreedt en geen zeewater in de ruimte om de leidingen binnendringt. Het binnentredende gel verdringt nu het gas uit de te isoleren ruimte, welk gas die ruimte door de afsluiters 20 11 en 12 kan verlaten. Het gel kan een kleurstof bevatten om het uittre den van ook kleine hoeveelheden geraakkelijk te constateren en de afsluiters 11 en 12 kunnen ook op basis van die observatie worden gesloten.

Na het aldus geheel vullen van de te isoleren ruimte worden alle genoemde afsluiters 10, 11, 12 gesloten en de leidingen 2-4 kunnen op 25 elk gewenst moment van zeewater worden bevrijd.

De gelvorming treedt in zodra bij 16 de olie en de geleermiddelen zijn gemengd, maar vergt zoveel tijd (meestal +_ 12 uur), dat de massa nog dunvloeibaar ingepompt kan worden omdat het geleren eerst in de te isoleren ruimte merkbaar wordt.

30 De ruimte in leiding 8 is, bijv. door afsluiter 9, ook met gas ge vuld, en wel onder dezelfde druk als in de te isoleren ruimte. Wordt het gel onder iets hogere druk ingepompt dan de druk van het gas of zet het tijdens het geleren uit, dan drukt het de mol 13 dienovereenkomstig naar links in fig. 2, waarbij bij gesloten afsluiter 9 de gasdruk in de lei-33 ding 8 stijgt tot evenwicht is bereikt. In bedrijf zal het gel door temperatuurwijziging in leidingen 2-4 ook kunnen uitzetten of Inkrimpen en daarbij zal het gas in leiding 8 de mol 13 op het gel gedrukt houden, zodat dit steeds onder een druk gelijk aan die van het gas in leiding 8 wordt gehouden. Desgewenst kan men de gas/druk in leiding 8 ook 40 in bedrijf meten en zo nodig via afsluiter 9 dit gas op de gewenste <8800894 v 6 druk houden, bijv. door toevoer van gas indien deze druk teveel is gedaald.

Daar het gel thixotroop is, is het gemakkelijk in staat om als een dikke vloeistof te vervormen om de ruimte in leiding 8 rechts van de mol 5 13 in fig. 2 ook bij verplaatsing van die mol volledig gevuld te hou den.

,$800894

Claims (7)

1. Werkwijze voor het in samengestelde pijpleidingen voor het transport van vloeibare en gasvormige mineralen onder de waterspiegel, tussen één of meer gas- of vloeistofvoerende leidingen en een buitenmantel aanbrengen van een thermisch-isolerende vulling, met het kenmerk, 5 dat op of bij de plaats van bestemming een geleerbare aardoliefractie van ongeveer kerosine-fractie met geleermiddelen daarvoor, die deze tot een thixotrope toestand kunnen geleren, in de te isoleren ruimte van de pijpleiding wordt gepompt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij zoveel geleermiddel wordt 10 toegevoegd dat na het geleren de dynamische viscositeit van het gevormde gel tussen 12 en 55 Pa.s is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de geleermiddelen direkt vb&r de plaats van inbrengen in de leiding met de kerosine worden gemengd.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij op de met gas onder een druk ten minste gelijk aan de omringende waterdruk gevulde samengestelde leiding aanwezige afsluiters zo worden geopend, dat de geleerbare nog niet gegeleerde massa door een der afsluiters wordt ingebracht en dat de andere afsluiter(s) wordt (worden) geopend zodanig, 20 dat het gas door die afsluiter(s) wordt uitgedreven zonder dat water in de leiding kan binnendringen.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij aan de kerosine 4-6 X geleermiddel, eventueel met enige toeslagmiddelen, wordt toegevoegd.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij een binnenleiding in de mantelleiding aan één einde naar buiten en naar het verdere inwendige van de mantelleiding afgesloten of afsluitbaar is, en nabij het andere einde met het te isoleren inwendige van de mantelleiding in verbinding staat, in welke binnenleiding gas onder druk en een 30 mol worden ingebracht en dat op een plaats buiten die binnenleiding het gel in de mantelleiding wordt ingepompt, zodat de druk van het gas via de mol elastisch op het gel blijft werken.

7. Samengestelde pijpleiding, geïsoleerd onder toepassing van de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies en met in de ruimte tus-35 sen de buitenmantel en één of meer gas- of vloeistofvoerende leidingen een isolerende vulling uit een thixotroop gel op kerosinebasis. ****** .8800894