NO313971B1

NO313971B1 - Rotary pipeline spigot

Info

Publication number: NO313971B1
Application number: NO20012824A
Authority: NO
Inventors: Terje Sira
Original assignee: Inst Energiteknik
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2003-01-06
Also published as: NO20012824L; NO20012824D0

Description

Roterende rørledningspigg Rotating pipeline spike

Anvendelsesområde: Area of application:

Rørledningspigger er nødvendige for mange formål i forbindelse med transport av olje/gass i rørledninger. De viktigste formålene er inspeksjon, f.eks. inspeksjon for korrosjon, og rensing av rørledninger, f.eks. fjerning av voksbelegg i produksjonsledninger for hydrokarboner. Den vanlige form for slike pigger er sylindriske legemer med en fleksibel tetning mot rørvegg og eventuelt en kontrollert lekkasje gjennom piggen. Disse piggene injiseres i ledningen i oppstrømsenden og følger med strømmen til nedstrømsenden mens de inspiserer eller renser ledningen. Pipeline spikes are necessary for many purposes in connection with the transport of oil/gas in pipelines. The most important purposes are inspection, e.g. inspection for corrosion, and cleaning of pipelines, e.g. removal of wax coatings in production pipelines for hydrocarbons. The usual shape for such spikes are cylindrical bodies with a flexible seal against the pipe wall and possibly a controlled leakage through the spike. These spikes are injected into the line at the upstream end and follow the current to the downstream end while inspecting or cleaning the line.

I forbindelse med off shore olje/gass produksjon er det blitt mer og mer vanlig med undervannsbrønner som produserer til en undervanns manifold. Fra denne transporteres brønnstrømmen via en undervanns transportledning til en top side installasjon. Transportledningen kan ofte være flere titalls kilometer lang. Hvis ledningen må pigges, må piggen enten installeres på undervannsmanifolden, hvilket er en meget dyr operasjon, eller man må ha en dobbel ledning, slik at piggen kan pumpes rundt i en loop fra top side siden. Dette gir økte kostnader i form av en ekstra ledning og produksjonstap under piggeoperasjonen. In connection with offshore oil/gas production, it has become more and more common to have underwater wells that produce to an underwater manifold. From this, the well flow is transported via an underwater transport line to a top side installation. The transport line can often be tens of kilometers long. If the line must be spiked, the spike must either be installed on the underwater manifold, which is a very expensive operation, or you must have a double line, so that the spike can be pumped around in a loop from the top side. This results in increased costs in the form of an extra line and production loss during the spike operation.

En ideell løsning ville være en selvgående pig, som kunne injiseres fra top side siden, gå mot strømmen ned til manifolden og returnerer til top side siden under full produksjon mens den inspiserer eller renser ledningen. An ideal solution would be a self-propelled pig, which could inject from the top side side, go upstream down to the manifold and return to the top side side during full production while inspecting or cleaning the line.

Piggen er først og fremst tenkt for bruk i olje/gass transportledninger, men andre applikasjoner kan også være aktuelle, f.eks. olje/gass brønner eller for inspeksjon/rensing av vannledninger. The spike is primarily intended for use in oil/gas transport lines, but other applications may also be relevant, e.g. oil/gas wells or for inspection/cleaning of water pipes.

Lignende oppfinnelser: Similar inventions:

I NO patent nr 156387 er en slik pig beskrevet. Den består av en hoveddel som ikke roterer i forhold til rørledningen og en turbin som roterer ved hjelp av strømmen i rørledningen. Energien som dermed genereres, overføres enten hydraulisk, elektrisk eller mekanisk til drivhjul som driver piggen enten opp mot strømmen eller med strømmen. In NO patent no. 156387 such a pig is described. It consists of a main part that does not rotate in relation to the pipeline and a turbine that rotates with the help of the current in the pipeline. The energy thus generated is transferred either hydraulically, electrically or mechanically to drive wheels that drive the spike either upstream or with the current.

Forklaring på oppfinnelsen: Explanation of the invention:

Denne oppfinnelsen benytter et annet prinsipp. Dette prinsippet er illustrert i figur 1 som viser en utforming av piggen. Piggen består av en hoveddel (1 a), som i dette eksemplet er utformet som en sylinder med en viss klaring til indre rørvegg. Piggen har kontakt med rørveggen via fjærende hjul (1 b), som i utgangspunktet står normalt på strømningsretningen og som trykkes mot rørveggen med en kontrollert fjær kraft. Hoveddelen har en fast montert turbin eller skovlhjul (1 c). This invention uses a different principle. This principle is illustrated in Figure 1, which shows a design of the spike. The spike consists of a main part (1 a), which in this example is designed as a cylinder with a certain clearance to the inner pipe wall. The spike has contact with the pipe wall via a spring-loaded wheel (1 b), which initially stands normally in the direction of flow and which is pressed against the pipe wall with a controlled spring force. The main part has a permanently mounted turbine or paddle wheel (1 c).

Strømningen i røret vil nå få piggen til å rotere stasjonært i strømmen. Kreftene fra strømningen på piggen vil være en aksiell kraft på grunn av trykk-kreftene og et dreiningsmoment på grunn av strømningens avbøyning i turbinen. Den aksielle kraften vil taes opp av hjulene normalt på hjulenes rotasjonsretning, mens momentet vil få piggen til å rotere ved at hjulene ruller. The flow in the tube will now cause the spike to rotate stationary in the flow. The forces from the flow on the spike will be an axial force due to the pressure forces and a torque due to the deflection of the flow in the turbine. The axial force will be taken up by the wheels normally in the direction of rotation of the wheels, while the torque will cause the spike to rotate as the wheels roll.

Hjulene må være dreibare for at vi skal kunne få aksiell bevegelse av piggen. I piggen som er vist i Figur 1, er dette gjort ved at hjulene er akslet i dreibare skiver som er innfelt i piggens hoveddel. Dette er vist nærmere i figur 2. Her er vist den sylindriske hoveddelen (2 a), den roterbare skiven som er innfelt i sylinderen (2 b) og hjulet som er akslet i den roterbare skiven (2 c). På figuren er det indikert en stopper (2 d), som begrenser skivedreiningen til et visst vinkelutslag på begge sider rundt nøytralstillingen der hjulene står normalt på strømningsretnigen. The wheels must be rotatable so that we can get axial movement of the spike. In the spike shown in Figure 1, this is done by the wheels being axled in rotatable discs which are embedded in the main part of the spike. This is shown in more detail in figure 2. Here, the cylindrical main part (2 a), the rotatable disc which is embedded in the cylinder (2 b) and the wheel which is the axle in the rotatable disc (2 c) are shown. In the figure, a stopper (2 d) is indicated, which limits the rotation of the disc to a certain angle on both sides around the neutral position where the wheels stand normally in the direction of flow.

Hvis vi nå dreier alle hjulene i en viss vinkel, vil piggen fremdeles rotere hvis vinkelen ikke er altfor stor. Piggen vil nå beskrive en spiraliserende skruebevegelse, enten oppover eller nedover strømningsretningen avhengig av hvilken vei vi vrir hjulene bort fra nøytralstillingen. Piggen virker som en enkel strømningsmaskin der momentet og rotasjonen som genereres av den faste turbinen konverteres til aksiell kraft og bevegelse ved hjelp av hjulenes kontakt med rørveggen. Hjulvinkelen vil virke som et kontinuerlig gear. Liten vinkel gir stor aksiell kraft og liten aksiell hastighet, mens større vinkel gir mindre aksiell kraft men større aksiell hastighet. Den maksimale aksielle kraften er begrenset av den kraften som får hjulene til å skli sidelengs. Den maksimale angrepsvinkelen som piggen tåler uten å stoppe, er gitt av forholdet mellom den aksielle kraften og momentet som genereres av strømningen. Strømningsmessig er dette drivprinsippet helt analogt med en seilbåt som krysser opp mot vinden. If we now turn all the wheels at a certain angle, the spike will still rotate if the angle is not too great. The spike will now describe a spiraling screw movement, either up or down the direction of flow depending on which way we turn the wheels away from the neutral position. The spike acts as a simple flow machine where the torque and rotation generated by the fixed turbine is converted into axial force and movement by means of the wheels' contact with the pipe wall. The wheel angle will act as a continuous gear. A small angle gives a large axial force and a small axial speed, while a larger angle gives a smaller axial force but a higher axial speed. The maximum axial force is limited by the force that causes the wheels to slip sideways. The maximum angle of attack that the spike can withstand without stopping is given by the ratio of the axial force to the torque generated by the flow. In terms of flow, this drive principle is completely analogous to a sailboat cruising upwind.

I Figur 2 er det ikke indikert hvordan hjulvinkelen styres. Den enkleste utformingen vil være at hjulene har en fast, forhåndsinnstilt angrepsvinkel. Dette betyr at piggen bare kan bevege seg en vei. Det nest enkleste er at vinkelen kan endre seg mellom de to stopperstillingene (Figur 2) ved manifolden vha. et mekanisk, akustisk eller elektrisk signal slik at piggen kan rotere tilbake til topside installasjonen. Angrepsvinkelen kan også reguleres kontinuerlig. En turtallsregulering vil sannsynligvis være gunstig ved rensing av røret. Dette vil føre til at piggen vil sette ned angrepsvinkelen i områder med hardt eller tykt belegg, slik at den vil gå gjennom slike områder med samme turtall men med lavere hastighet. Man må også her ha en reversering av angrepsvinkel ved manifolden, enten ved hjelp av en signalgiver, eller ved at piggen selv holder rede på posisjonen ved hjelp av turtall og angrepsvinkel. In Figure 2, it is not indicated how the wheel angle is controlled. The simplest design would be for the wheels to have a fixed, preset angle of attack. This means that the spike can only move one way. The second easiest is that the angle can change between the two stop positions (Figure 2) at the manifold using a mechanical, acoustic or electrical signal so that the spike can rotate back to the topside installation. The angle of attack can also be adjusted continuously. A speed control will probably be beneficial when cleaning the pipe. This will cause the spike to lower its angle of attack in areas with hard or thick pavement, so that it will pass through such areas at the same rpm but at a lower speed. You must also here have a reversal of the angle of attack at the manifold, either with the help of a signal transmitter, or by the spike itself keeping track of the position with the help of rpm and angle of attack.

Det er ikke nødvendig at alle hjulene er drivhjul. Piggen trenger minst tre hjul både foran og bak for å sentrere piggen i røret. Noen av disse hjulene kan være såkalte støttehjul, som bare skal holde piggen i en kontrollert avstand fra rørveggen uten å overføre krefter. Disse kan f.eks. i prinsippet være utformet som hjul på vanlige trillevogner. Piggen vil kreve minst ett drivhjul, som har en gitt eller styrt vinkel i forhold til rotasjonen og som konverterer rotasjonsbevegelse til aksiell bevegelse. En annen løsning kan være to diametralt plasserte drivhjul som er mekanisk koblet og der angrepsvinkelen til hjulene kan kontrolleres. It is not necessary that all the wheels are drive wheels. The spike needs at least three wheels both front and back to center the spike in the tube. Some of these wheels can be so-called support wheels, which should only keep the spike at a controlled distance from the pipe wall without transferring forces. These can e.g. in principle be designed like wheels on normal trolleys. The spike will require at least one drive wheel, which has a given or controlled angle to the rotation and which converts rotational motion into axial motion. Another solution could be two diametrically positioned drive wheels that are mechanically connected and where the angle of attack of the wheels can be controlled.

I Figur 1 er hoveddelen vist som en sylinder med turbinskovler plassert inne i hoveddelen. Andre utforminger er også tenkbare. Hoveddelen kan f.eks. utformes som et sentralt dråpeformet legeme i røret med turbinblader mellom hoveddelen og rørveggen. Dette vil øke det tilgjengelige moment for å drive piggen både fordi det dråpeformede legemet øker hastigheten til stømningen (på bekostning av øket trykkfall) og fordi reaksjonskreftene på turbinbladene er så langt fra sentrum av strømningen som mulig. I tillegg vil turbinbladene i denne utformingen kunne gi en sterk vaskeeffekt på rørveggen, f.eks. ved fjerning av voks. In Figure 1, the main part is shown as a cylinder with turbine blades placed inside the main part. Other designs are also conceivable. The main part can e.g. is designed as a central drop-shaped body in the pipe with turbine blades between the main part and the pipe wall. This will increase the torque available to drive the spike both because the drop-shaped body increases the speed of the flow (at the expense of increased pressure drop) and because the reaction forces on the turbine blades are as far from the center of the flow as possible. In addition, the turbine blades in this design will be able to produce a strong washing effect on the pipe wall, e.g. when removing wax.

Claims

1. Pipeline spike, comprising a main part with permanently mounted turbine blades, vanes or the like for generating rotational energy from the flow energy and further drive devices, e.g. drive wheels, for contact with the pipe wall, characterized in that they allow rotation of the spike and simultaneous conversion of rotational energy and rotational motion to axial energy and axial motion.

2. Pipeline spike according to claim 1, characterized by control devices for changing the exchange ratio between rotational movement and axial movement and changing the direction of axial movement.

3. Pipeline spike according to claim 1 or 2, characterized by instrumentation for inspection of pipelines.

4. Pipeline spike according to claim 1 or 2, characterized by equipment for cleaning the inner pipe wall.

5. Pipeline spike according to claim 1 or 2, characterized by equipment for turning drive wheels parallel to the direction of flow if the spike encounters an insurmountable obstacle.

6. Pipeline spike according to claim 1 or 2, characterized by equipment to seal the axial passages in the spike either if the spike encounters an insurmountable obstacle or to spike the pipeline downstream.