NO313971B1 - Roterende rörledningspigg - Google Patents

Description

Roterende rørledningspigg

Anvendelsesområde:

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.

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.

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.

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.

Lignende oppfinnelser:

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.

Forklaring på oppfinnelsen:

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (6)

1. Rørledningspigg, omfattende en hoveddel med fast monterte turbinblader, skovler eller lignende for generering av rotasjonsenergi fra strømningsenergien og videre drivanordninger, f.eks drivhjul, for kontakt med rørveggen, karakterisert ved at de tillater rotasjon av piggen og samtidig konvertering av rotasjonsenergi og rotasjonsbevegelse til aksiell energi og aksiell bevegelse.

2. Rørledningspigg ifølge krav 1, karakterisert ved styringsanordninger for endring av utvekslingsforholdet mellom rotasjonsbevegelse og aksiell bevegelse og endring av aksiell bevegelsesretning.

3. Rørledningspigg i følge krav 1 eller 2, karakterisert ved instrumentering for inspeksjon av rørledninger.

4. Rørledningspigg i følge krav 1 eller 2, karakterisert ved utstyr for rensing av indre rørvegg.

5. Rørledningspigg i følge krav 1 eller 2, karakterisert ved utstyr for å dreie drivhjul parallelt med strømningsretningen dersom piggen påtreffer en uoverstigelig hindring.

6. Rørledningspigg i følge krav 1 eller 2, karakterisert ved utstyr for å tette de aksielle passasjer i piggen enten dersom piggen påtreffer en uoverstigelig hindring eller for å pigge rørledningen nedstrøms.