NO164942B

NO164942B - ROER CORD.

Info

Publication number: NO164942B
Application number: NO870636A
Authority: NO
Inventors: Lars Bilstad; Per Bjoern Vetaas
Original assignee: Norske Stats Oljeselskap
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1990-08-20
Also published as: NO870636D0; NO164942C; NO870636L

Description

Denne oppfinnelse vedrører en rørledning innrettet for transport av hydrokarboner, særlig ubehandlet brønnstrøm, og omfattende et komposittrør, et varmeisolerende lag, et vektbelegg og en oppvarmingsanordning som utgjøres av varmetråder/kabler. This invention relates to a pipeline designed for the transport of hydrocarbons, in particular untreated well flow, and comprising a composite pipe, a heat-insulating layer, a weight coating and a heating device consisting of heating wires/cables.

Utbygging og produksjon av hydrokarboner til havs er med dagens konvensjonelle metoder kostbart. Etterhvert som produksjonen beveger seg mot stadig større havdyp, øker kostnadene kraftig. Utviklingen beveger seg derfor bort fra store og kostbare overflateinstallasjoner og mot undersjøiske installasjoner. Ubehandlet brønnstrøm kan imidlertid ikke transporteres over lange strekninger uten at det oppstår betydelige problemer. Et problem er hydratdannelse/voksutfelling som oppstår når den ubehandlet brønnstrøm avkjøles. Et annet problem er den sterke korrosive virkning ubehandlet brønnstrøm har på rørledninger av stål som vanligvis benyttes i dag. The development and production of hydrocarbons at sea is expensive with today's conventional methods. As production moves towards ever greater sea depths, costs increase sharply. Development is therefore moving away from large and expensive surface installations and towards underwater installations. However, untreated well flow cannot be transported over long distances without significant problems arising. One problem is hydrate formation/wax precipitation that occurs when the untreated well stream cools. Another problem is the strong corrosive effect untreated well flow has on the steel pipelines that are commonly used today.

For å avhjelpe disse problemer er det tidligere foreslått å benytte oppvarmbare rørledninger. De tidligere kjente rørledninger kan imidlertid ikke uten videre benyttes under vann og på store dyp der risikoen for saltvannsinntrengning og kortsluttning vil være betydelig. To remedy these problems, it has previously been proposed to use heatable pipelines. However, the previously known pipelines cannot easily be used underwater and at great depths, where the risk of saltwater intrusion and short-circuiting will be significant.

F.eks. er det fra NO. utlegningsskrift nr. 154535 beskrevet en anordning for oppvarming av væske-, gass- eller luftførende ledning, hvor oppvarmingen skjer vha. et eller flere utenpå ledningen elektrisk ledende lag, f.eks. av elektrisk ledende plastmaterialer som er elektrisk isolert mot det medium som ledningen fører vha. minst et elektrisk isolerende lag. Ovenfor det omgivende medium er det imidlertid i liten grad tatt forholdsregler, og ledningen vil derfor være uegnet for undersjøisk bruk. E.g. is it from NO. design document no. 154535 described a device for heating a liquid, gas or air-carrying line, where the heating takes place using one or more electrically conductive layers on the outside of the wire, e.g. of electrically conductive plastic materials that are electrically insulated from the medium that the cable carries through. at least one electrically insulating layer. However, little precautions have been taken above the surrounding medium, and the line will therefore be unsuitable for underwater use.

US patentskrift nr. 3900047 beskriver et plastrør som er elektrisk oppvarmbart vha. en elektrisk ledende strimmel eller film som er festet til innsiden av plastrøret. Ved skjøting av flere plastrørseksjoner benyttes det koblingsstykker som stikkes inn i rørseksjonsendene, og hvor det på yttersiden av hvert koblingsstykke er anordnet elektriske ledere for å forbinde de elektrisk ledende strimler/filmer til hverandre. Dersom en ønsker å tine opp en rørledningsseksjon vil det være mulig å koble strøm til koblingsstykkene på hver side av rørledningsseksjonen, idet koblingsstykkenes elektriske ledere ligger fritt tilgjengelig for tilkobling. Heller ikke dette konseptet vil være anvendbart for transport av ubehandlet brønnstrøm, idet koblingsstykkenes elektriske ledere i liten grad vil være beskyttet mot det omgivende medium og ettersom en film eller strimmel på innersiden av plastrøret raskt vil bli ødelagt av ubehandlet brønnstrøms korrosive virkning. US patent document no. 3900047 describes a plastic pipe which can be electrically heated using an electrically conductive strip or film attached to the inside of the plastic pipe. When joining several plastic pipe sections, connectors are used that are inserted into the pipe section ends, and where electrical conductors are arranged on the outside of each connector to connect the electrically conductive strips/films to each other. If you want to thaw a pipeline section, it will be possible to connect power to the connectors on each side of the pipeline section, as the connectors' electrical conductors are freely available for connection. Nor will this concept be applicable for the transport of untreated well flow, as the electrical conductors of the coupling pieces will be poorly protected against the surrounding medium and as a film or strip on the inside of the plastic pipe will quickly be destroyed by the corrosive effect of untreated well flow.

US patentskrift nr. 3971416 beskriver en rørledning bestående av et indre rør, en oppvarmingsanordning festet til dette røret, deretter et isolasjonslag, og aller ytterst en ytre beskyttelseskappe. Oppvarmingsanordningen løper langs hele rørledningen, og ved beskadigelse av isolasjonslaget, f.eks. i forbindelse med legging av rørledningen, vil oppvarmingsanordningen raskt kunne bli kortsluttet. Ved lange rørledninger vil dessuten tverrsnittet på oppvarmingsanordningen bli uforholdsmessig stor. US Patent No. 3971416 describes a pipeline consisting of an inner pipe, a heating device attached to this pipe, then an insulation layer, and at the very end an outer protective jacket. The heating device runs along the entire pipeline, and in case of damage to the insulation layer, e.g. in connection with the laying of the pipeline, the heating device could quickly be short-circuited. In the case of long pipelines, the cross-section of the heating device will also be disproportionately large.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å .tilveiebringe en rørledning av den art som er angitt i innledningen til krav 1, og hvor ulempene ved de tidligere kjente rørledningene er eliminert. The purpose of the present invention is to provide a pipeline of the kind stated in the introduction to claim 1, and where the disadvantages of the previously known pipelines have been eliminated.

Oppfinnelsen kjennetegnes ved at varmetrådene/kablene er innstøpt i komposittrøret, tilkoblet flerfasestrøm og består av 3 varmetråder/kabler som er viklet parallelt, idet oppvarmingsanordningen er inndelt i seksjoner med begrenset lengde, og hvor hver seksjon tilføres strøm fra en separat matekabel som løper langs rørledningen. The invention is characterized by the fact that the heating wires/cables are embedded in the composite pipe, connected to multiphase current and consist of 3 heating wires/cables that are wound in parallel, the heating device being divided into sections of limited length, and where each section is supplied with power from a separate feed cable that runs along the pipeline .

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger hvori: Fig. 1 viser i tverrsnittriss en utførelse av en rørledning ifølge oppfinnelsen, Fig. 2 viser en prinsippiell skisse av en rørledning med spiralvindet varmekabel/tråd tilkoplet en matekabel, Fig. 3 viser i større målestokk tilkobling av en varmetråd/kabel til en matekabel, The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings in which: Fig. 1 shows in cross-section an embodiment of a pipeline according to the invention, Fig. 2 shows a principle sketch of a pipeline with a spirally wound heating cable/wire connected to a feed cable, Fig 3 shows on a larger scale the connection of a heating wire/cable to a feed cable,

Fig. 4 viser i detalj en utførelse av en kabelskjøt, Fig. 4 shows in detail an embodiment of a cable joint,

Fig. 5 viser en altenativ utførelse av en kabelskjøt. Fig. 5 shows an alternative embodiment of a cable joint.

På figur 1 er det vist et tverrsnittriss av en rørledning 10 ifølge oppfinnelsen. Rørledningen 10 er særlig innrettet for transport av spesielt korrosivt fluid, såsom ubehandlet olje og gass (brønnstrøm). Den viste rørledning 10 omfatter et indre komposittrør 11, utenpå dette et vektbelegg 12 og aller ytterst et isolerende lag 13. Dessuten omfatter rørledningen 10 en oppvarmingsanordning. Figure 1 shows a cross-sectional view of a pipeline 10 according to the invention. The pipeline 10 is particularly designed for the transport of particularly corrosive fluid, such as untreated oil and gas (well stream). The shown pipeline 10 comprises an inner composite pipe 11, on top of this a weight coating 12 and at the very end an insulating layer 13. The pipeline 10 also comprises a heating device.

Fremstillingen av rørledningen 10 foregår i flere trinn. Et første trinn omfatter vikling av et indre komposittrør 11, og kan utføres ved at tørre remser av glassfiber på konvensjonell måte føres ned i et bad av vinylester og vikles rundt en sylindrisk mal. Ved å rotere den sylindriske malen samtidig som en mateinnretning for glassfiberremsene beveges aksialt langs malen, er det mulig å bygge opp komposittrøret 11 med ønsket veggtykkelse og viklingsmønster. Ved fremstillingen av det indre komposittrør 11 kan det selvsagt benyttes andre kjente fremgangsmåter, f.eks. vikling av remser som på forhånd er impregnert med epoksy. The production of the pipeline 10 takes place in several stages. A first step comprises winding an inner composite tube 11, and can be carried out by conventionally passing dry strips of glass fiber into a bath of vinyl ester and winding them around a cylindrical template. By rotating the cylindrical template at the same time as a feeding device for the fiberglass strips is moved axially along the template, it is possible to build up the composite tube 11 with the desired wall thickness and winding pattern. In the production of the inner composite pipe 11, other known methods can of course be used, e.g. winding of strips that are pre-impregnated with epoxy.

Et varmeelement f.eks. i form av en varmetråd/kabel 14 innstøpes i komposittrøret 11. Varmeelementet og dets montasje blir nærmere beskrevet senere. A heating element, e.g. in the form of a heating wire/cable 14 is embedded in the composite pipe 11. The heating element and its assembly will be described in more detail later.

Et komposittrør 11 alene vil ha en relativt høy permeabilitet og skal røret benyttes for transport av hydrokarboner er det nødvendig å senke permeabiliteten for å hindre for stort tap ved diffusjon av lavmolekylære gasser gjennom rørveggen. Kravet om at rørledningen skal ligge stabilt på havbunnen krever dessuten en rørledning 10 med en relativt høy densitet. A composite pipe 11 alone will have a relatively high permeability and if the pipe is to be used for the transport of hydrocarbons, it is necessary to lower the permeability in order to prevent excessive loss by diffusion of low molecular weight gases through the pipe wall. The requirement that the pipeline should lie stably on the seabed also requires a pipeline 10 with a relatively high density.

For å løse begge disse oppgaver utstyres rørledningen 10 med en vektkappe 12. Vektkappen 12 kan tilvirkes av vinyiester tilsatt en eller flere av blandingene glimmer (Si08, A^O^, MgO), jernmalm (Fe304>, olivin (FeSiO^, Mg2Si04) og barytt (BaSO^). Glimmer benyttes for å redusere permeabiliteten, og jernmalm, olivin og barytt for å øke densiniteten. Vektbelegget 12 kan fordelaktig støpes direkte på komposittrøret 11. In order to solve both of these tasks, the pipeline 10 is equipped with a weight jacket 12. The weight jacket 12 can be made of vinyl ester with one or more of the mixtures mica (Si08, A^O^, MgO), iron ore (Fe304>), olivine (FeSiO^, Mg2Si04) and barite (BaSO^). Mica is used to reduce the permeability, and iron ore, olivine and barite to increase the density. The weight coating 12 can advantageously be cast directly on the composite pipe 11.

Vektkappen kan eventuelt utgjøres av et ekstra stålrør. The weight cover can optionally be made up of an additional steel pipe.

Ytterste lag er fortrinnsvis et isolasjonslag 13 som i en foretrukket utførelse består av en blanding av kork og gummi. En slik blanding er i og for seg kjent og tilgjengelig i form av bånd som kan vikles rundt det innenforliggende rør. Når isolasjonen er viklet til ønsket tykkelse, vulkaniseres gummien under et forutbestemt trykk og ved relativt høy temperatur (i størrelsesorden 120°C). The outermost layer is preferably an insulation layer 13 which in a preferred embodiment consists of a mixture of cork and rubber. Such a mixture is known in and of itself and is available in the form of a band that can be wrapped around the inner tube. When the insulation is wound to the desired thickness, the rubber is vulcanized under a predetermined pressure and at a relatively high temperature (of the order of 120°C).

Dersom det av fremstillincstekniske eller av andre årsaker er ønskelig, kan selvsagt isolasjonslaget 13 plasseres omkring komposittrøret 11 og med vektbelegget 12 aller ytterst. Isolasjonslaget 13 vil imidlertid være langt mer elastisk enn vektbelegget 12 og vil derfor i langt større grad kunne absorbere støt mot rørledningen 10 uten at denne påføres skader. If it is desirable for technical or other reasons, the insulation layer 13 can of course be placed around the composite pipe 11 and with the weight coating 12 at the very end. The insulation layer 13 will, however, be far more elastic than the weight coating 12 and will therefore be able to absorb shocks against the pipeline 10 to a far greater extent without it being damaged.

For å unngå hydratdannelse og utfelling av parafiner ved transport av ubehandlet brønnstrøm over lange avstander er det nødvendig å benytte rørledninger 10 som er oppvarmbare. Ved driftstans i rørledninger som transporterer ubehandlet brønnstrøm vil det også være nødvendig med oppvarmingsanordninger. In order to avoid hydrate formation and precipitation of paraffins when transporting untreated well flow over long distances, it is necessary to use pipelines 10 which can be heated. In the event of a shutdown in pipelines that transport untreated well flow, heating devices will also be necessary.

Ifølge oppfinnelsen er rørledningen 10 som nevnt tidligere utstyrt med oppvarmingsanordninger i form av varmekabler eller varmetråder 14 som er innstøpt i komposittrøret 11. For å kunne varme opp en lang rørledning på denne måten er det i praksis nødvendig å dele oppvarmingsenhetene inn i seksjoner med begrenset lengde, og hvor hver seksjon tilføres elektrisk energi via en lang matekabel 15. According to the invention, as mentioned earlier, the pipeline 10 is equipped with heating devices in the form of heating cables or heating wires 14 which are embedded in the composite pipe 11. In order to be able to heat a long pipeline in this way, it is in practice necessary to divide the heating units into sections of limited length , and where each section is supplied with electrical energy via a long supply cable 15.

Følgende formel beskriver forholdet mellom effekt, spenning og resistans: The following formula describes the relationship between power, voltage and resistance:

der P er effekt, U er spenning og R er resistans. Det er ønskelig at P skal være konstant pr. meter rør, og det er dessuten klare begrensninger for hvor høy spenning som kan benyttes. Resistansen vil være omvendt proposjonal med kabelens areal. Dersom varmekabler og tilførselskabel skulle være en og samme kabel vil dette gi et varmekabelareal som det i praksis ikke vil være mulig å støpe inn i komposittrøret, ettersom resistansen avtar kvadratisk i forhold til spenningsfallet. where P is power, U is voltage and R is resistance. It is desirable that P should be constant per meters of pipe, and there are also clear limitations on how high voltage can be used. The resistance will be inversely proportional to the area of the cable. If the heating cables and supply cable were to be one and the same cable, this would give a heating cable area which in practice would not be possible to cast into the composite pipe, as the resistance decreases squarely in relation to the voltage drop.

Ved energioverføringen benyttes tre-fasesspenning og varmetråden/kabelen 14 vil derfor i praksis være 3 tråder/kabler 14 som vikles parallelt og som alle er innstøpt i komposittrøret 11. For the energy transfer, three-phase voltage is used and the heating wire/cable 14 will therefore in practice be 3 wires/cables 14 which are wound in parallel and which are all embedded in the composite pipe 11.

En fremgangsmåte for å montere varmetrådene/kablene 14 er å vikle en første del av det indre komposittrør 11, eksempelvis 1/3 av veggtykkelsen, og deretter vikle varmetrådene/kablene 14 rundt og feste de til denne første del. Deretter vikles den resterende del av komposittrøret 11. Ved å støpe varmetrådene/kablene 14 inn i komposittrøret 11, vil disse ligge beskyttet både mot påvirkning fra det korrosive fluid som strømmer inne i rørledningen 10, og også mot sjøvann som omgir rørledningen 10. Plasseringen av varmetrådene/kablene 14 er også med på å sikre varmetrådene/kablene 14 mot brudd ved bøyning av rørledningen 10. One method for mounting the heating wires/cables 14 is to wrap a first part of the inner composite pipe 11, for example 1/3 of the wall thickness, and then wrap the heating wires/cables 14 around and fasten them to this first part. Then the remaining part of the composite pipe 11 is wound. By molding the heating wires/cables 14 into the composite pipe 11, these will be protected both against the influence of the corrosive fluid flowing inside the pipeline 10, and also against seawater that surrounds the pipeline 10. The location of the heating wires/cables 14 also help to secure the heating wires/cables 14 against breakage when the pipeline 10 is bent.

Rørledningen 10 fremstilles i korte rørlengder som senere skjøtes sammen til en lang rørledning. Hver varmekabel/tråd 14 innenfor hver seksjon skjøtes sammen med varmetråden/kabelen 14 i tilstøtende seksjon, og skjøten innstøpes på tilsvarende måte som resten av varmetråden/kabelen 14. Mateledningen 15 for tilførsel av elektrisk energi løper aksialt langs hele rørledningen, og er i en foretrukket utførelse støpt inn i vektbelegget. The pipeline 10 is produced in short pipe lengths which are later joined together to form a long pipeline. Each heating cable/wire 14 within each section is spliced together with the heating wire/cable 14 in the adjacent section, and the joint is embedded in a similar manner to the rest of the heating wire/cable 14. The feed line 15 for the supply of electrical energy runs axially along the entire pipeline, and is in a preferred design molded into the weight coating.

Skjøtingen av rørledningsseksjoner er tidkrevende fordi hver skjøt krever lang størkne- og herdetid før den kan belastes. I en foretrukket utførelse sammenstilles derfor seksjonene på land til lengder på 2 til 3 kilometer som deretter taues ut og legges på feltet. The joining of pipeline sections is time-consuming because each joint requires a long solidification and curing time before it can be loaded. In a preferred embodiment, the sections are therefore assembled on land into lengths of 2 to 3 kilometres, which are then towed out and placed on the field.

Figurene 2-5 viser detaljer ved varmetrådene/kablenes 14 montering og deres tilkobling til matekabelen 15. Figures 2-5 show details of the installation of the heating wires/cables 14 and their connection to the supply cable 15.

Som det fremgår av figur 2 er varmekabelen/tråden 14 spiralviklet om en del av komposittrøret 11 og koblet til matekabelen 15 i bestemte skjøtepunkter 16. Hver matetrådkabel 14 er i skjøtepunktene 16 tilkoblet sikringer 17. As can be seen from Figure 2, the heating cable/wire 14 is spirally wound around part of the composite pipe 11 and connected to the feed cable 15 at certain joint points 16. Each feed wire cable 14 is connected to fuses 17 at the joint points 16.

En konstruktiv utførelse av skjøtepunktet 16, men med bare en varmetråd/kabel 14 vist, er antydet rent skjematisk på fig. 3. Som antydet tilkobles varmetrådene/kablene 14 til mateledningen 15 i en koblingsboks 18. A constructive embodiment of the joint point 16, but with only one heating wire/cable 14 shown, is indicated purely schematically in fig. 3. As indicated, the heating wires/cables 14 are connected to the supply line 15 in a junction box 18.

Koblingsboksen 18 kan konstrueres på forskjellige måter. På fig. 4 er det vist en foretrukket utførelse med en såkalt oljekobling som består av et hus 19, hvortil det kan tilkobles endestykker 20. Gjennom endestykkene 20 kan det føres kabler. Inne i koblingshuset 19 er det anordnet en ramme 21 hvor selve sammenskjøtingen av kablene foretas. Hele huset trykksettes med olje gjennom en plugg 22 etter at montering er foretatt, for å hindre kortslutning ved eventuell lekkasje i koblingsstykket. På fig. 5 er det vist en alternativ utførelse med en koblingsboks som er fremstilt av en krympeslange, og som etter tilkobling krympes rundt kablene på i og for seg kjent måte. The junction box 18 can be constructed in different ways. In fig. 4 shows a preferred embodiment with a so-called oil coupling which consists of a housing 19, to which end pieces 20 can be connected. Cables can be routed through the end pieces 20. Inside the connection housing 19, a frame 21 is arranged where the actual splicing of the cables is carried out. The entire housing is pressurized with oil through a plug 22 after assembly has been carried out, to prevent short-circuiting in the event of any leakage in the coupling piece. In fig. 5 shows an alternative design with a junction box which is made from a heat-shrink tube, and which, after connection, is shrink-wrapped around the cables in a manner known per se.

Claims

1. Pipeline (10) designed for the transport of hydrocarbons, in particular untreated well flow, and comprising an internal composite pipe (11), a heat-insulating layer (13), a weight coating (12) and a heating device consisting of heating wires/cables (14), characterized in that the heating wires/cables (14) are embedded in the composite pipe (11), connected to multiphase current and consist of 3 heating wires/cables (14) which are wound in parallel, the heating device being divided into sections of limited length, and where each section is supplied with electricity from a separate feed cable (15) running along the pipeline.

2. Pipeline according to claim 1, characterized in that the heating wires/cables (14) at each joint point (16) are interconnected in a junction box (18) which consists of a junction housing (19), to which end pieces (20) can be connected to which the cables can is passed through, a frame (21) where the splicing of the cables is carried out, as the coupling housing is pressurized with oil after assembly through an opening (22).