NO319041B1 - Isolerte roroppleggsystemer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører isolerte røropplegg-systemer.

Slike systemer blir brukt for transport av olje og/eller gass fra offshore olje-brønner. De består av en ledning utformet av et tovegget rør omfattende en innvendig forbindelsesledning med en utvendig hylse. Ledningene er hovedsakelig koaksia-le, og ringrommet mellom de to rørene inneholder et isolasjonsmateriale. Olje eller gass ekstrahert fra undergrunnsreservoarene er normalt ved en forhøyet temperatur og isolasjonen tjener til å opprettholde denne tilstanden. Mvis oljen skulle tillates å kjøles ville fraksjonene med høyere smeltepunkt krystalliseres og kunne potensielt sett blokkere forbindelsesledningen. Det er derfor nødvendig ved konstruksjon av slike rørstrukturer å sikre at isoleringsmaterialet fremskaffer tilstrekkelig isolasjon for å opprettholde en adekvat temperatur langs hele lengden av forbindelsesledningen.

Fig. 1 viser en kjent tovegget rørstruktur omfattende et innvendig strømnings-rør 10 som holdes konsentrisk inne i et utvendig hylserør 12. Råolje 14 strømmer inne i strømningsrøret 10. Et isolasjonsmateriale 16 er plassert i det ringformede om-råde mellom strømningsrøret 10 og hylserøret 12. Hele sammenstillingen er vist hvilende på sjøbunnen 18.

Et uunngåelig resultat av å opprettholde råoljen ved en forhøyet temperatur, er at i hvert fall strømningsrøret 10 vil bli utsatt for termisk ekspansjon. Dette vil blant annet resultere enten i en forlengelse av ledningens langsgående lengde, eller i en økning av den langsgående spenningen i ledningen.

Slike spenninger som kan være et resultat av en økning til 190°C kan forårsake plastisk deformasjon i en stålledning. Det finnes to hovedsakelig aksepterte måter å absorbere disse termiske ekspansjonsproblemene; det første er å grave ned ledningen under havbunnen og følgelig fastgjøre den i en posisjon og forhindre deformasjon. Den andre er å tillate den i utgangspunktet rette ledningen vist på fig. 2a å tilpasse seg en buktende retning som vist i fig. 2b og følgelig ta opp sin økning i lengde. Det er viktig at den langsgående forlengelsen opprettholdes innenfor akseptable grenseverdier, hvis ikke kan det dannes en knekk. Slike knekker, eller områder med overdrevet stor kurving, kan gjøre at ledningskonstruksjonen går utover sine konst-ruksjonsmessige begrensninger.

Toveggede rørstrukturer er virkningsfulle for å begrense den totale langsgående forlengelsen, som vist i fig. 3a. Ved fravær av langsgående forlengelse, vil strøm-ningsrøret 10 være med en forhøyet spenning vist ved punkt 22, mens hylserøret 12 ved de omgivende temperaturene vil være ved null spenning, vist ved punkt 24. Hvis begge rørene tillates å strekke seg i langsgående retning vil komposittstrukturen innta en stilling der kompresjonsspenningen i strømningsrøret 10 balanserer strekkspen-ning i hylserøret 12, d.v.s. ved punkt 26. Dette er en kompromiss-situasjon der spenningen TR i begge rørene er lavere enn i en begrenset uforlenget ledning, og den re-sulterende forlengelsen er mindre enn i en ubegrenset enkeltvegget ledning.

For at denne oppførselen skal være forutsigbar, er det viktig at strømnings- og hylserørene 10 og 12 forblir i overensstemmelse med hverandre i langsgående retning, d.v.s. at individuelle elementer av rør ikke blir separert i langsgående retning. Grunnen til dette er vist skjematisk på fig. 3b, der det er blitt antatt at delen av hylse-røret 12 er holdt på plass, f.eks. ved samvirke med sjøbunnen, og at den korrespon-derende delen av strømningsrøret 10 fritt kan bevege seg i langsgående retning med hensyn til denne delen av hylserøret 12. Dette betyr at forlengelsen av hylserøret 12 i virkeligheten finner sted langs en kortere lengde identifisert som 28, mens forlengelsen av strømningsrøret finner sted langs hele lengden. Resultatet av dette er at en mindre forlengelse av hylserøret 12 vil forårsake den samme økningen i spenning, og balanseringspunktet 26' er ved en betydelig høyere spenning i begge rørene. Denne spenningen er større enn den opprinnelige konstruksjonsspenningen som fremkom-mer i fig. 3a og må derfor unngås.

Opprettholdelse av begge ledningene i overensstemmelse med hverandre i langsgående retning er vanligvis henvist til som langsgående overensstemmelse. Det vil være klart at langsgående overensstemmelse oppnås ved å sikre tilstrekkelig overføring av langsgående krefter mellom de to rørene.

I eksisterende ledninger, har langsgående overensstemmelse blitt oppnådd ved massive stålforbindelser mellom de to rørene ved regelmessige intervaller. Problemet med dette er at forbindelsene er en integrert del av forbindelsesledning 10 som er ment å transportere et fluid ved en forhøyet temperatur og trykk. Dette betyr at hele konstruksjonen derfor må imøtekomme de foreskrevne konstruksjonsstandarde-ne for innerrøret, som foreskriver nøyaktig styring av produksjonsforholdene. Dette problemet gir nødvendigvis økning i kostnadene.

I systemet beskrevet i vår tidligere søknad og publisert som WO 96/36831, var slike foringer omgått og spantene eller skottene vedlagt heri ble brukt for å tette på plass hule aluminiums-silikatmikrosfærer som isolasjonsmedium 16. Slike mikrosfærer kan, når de blir komprimert, fremskaffe en betydelig skjærkraftsoverføring mellom de to rørene 10,12. Følgelig, var en slik komprimert isolator i stand til å sikre langsgående overensstemmelse. Systemet vedlagt i WO 96/36831 baserte seg på denne virkningen.

Andre faste isolasjonsmaterialer er hovedsakelig av en polymer og er ikke i stand til å motstå de forhøyede temperaturene som er involvert uten å bryte ned innenfor rørets levetid. Fibrøse isolasjonsmaterialer eksempelvis mineraler har i hoved-sak ingen styrke i forbindelse med skjærkraft i det hele tatt og kan derfor ikke bidra til langsgående overensstemmelse. Et fast isolasjonsmateriale som er i stand til å motstå forhøyede temperaturer er vanligvis henvist til som «silica block». Det finnes isolasjonsmaterialer i form av faste klosser som ikke kan bli komprimert på plass inne i ringrommet. Følgelig kan det ikke bli brukt for å overføre skjærspenningene eller ra-dielle belastninger på en pålitelig måte.

Følgelig fremskaffer bruk av mikrosfærer en betydelig fordel i konstruksjon av ledningen. Imidlertid, tilbyr mikrosfærer kun moderat termisk isolasjon sammenlignet med andre isolasjonsmaterialer. Tilnærmede tall for koeffisienter for termisk konduktivitet er et alternativt isolasjonsmateriale som følger.

Følgelig, tilbyr toveggede rørsystemer basert på silikablokk, polyuretanskum og mine-ralull den fordelen at det utvendige hylserøret til det toveggede systemet kan bli re-dusert i diameter i lys av den nødvendigvis mindre tykkelsen av isolasjonsmateriale som er nødvendig.

Der det er behov for svært høye nivåer ved isolasjon, kan den foreskrevne tykkelsen av microsfæreisolasjonslager bli så stort at den toveggede rørkonstruksjonen blir upraktiske. Under disse forholdene, er derfor alternative isolasjonsmaterialer av-gjørende hvis mindre praktiske og effektive hylserør skal brukes.

Den foreliggende oppfinnelsen fremskaffer derfor isolert rørverksystem omfattende en utvendig hylse, et innvendig strømningsrør og et isolasjonsmateriale inne i rommet derimellom, kjennetegnet ved at isolasjonslaget omfatter minst en enkelt blokk av et første isolasjonsmateriale hovedsakelig omgitt av et andre isolasjonsmateriale i avdelt form.

Dette gjør det mulig for den atskilte blokken av det første isolasjonsmateriale og fremskaffe majoriteten av all den nødvendige isolasjonen, mens det partikulære andre isolasjonsmateriale kan pakkes rundt det første materialet for å fremskaffe den nødvendige overføringen av skjærkrefter.

Det er foretrukket hvis det første isolasjonsmaterialet har en lavere termisk konduktivitet enn det andre, mer fortrinnsvis en termisk konduktivitet på mindre enn halvparten enn den andre. Det er enda mer foretrukket hvis den termiske konduktiviteten av det første materiale er mindre enn 35% av det andre, og enda mer fordelaktig mindre enn 25%.

Det er selvfølgelig foretrukket hvis det andre isolasjonsmaterialet er alumi-niumsilikamikrosfærer.

Det er også foretrukket hvis det første isolasjonsmateriale er silikablokker.

Fortrinnsvis er den gjennomsnittlige diameteren av det andre isolasjonsmateriale mellom 30 og 300 um.

En passende tykkelse for det første isolasjonsmateriale er mellom 10 og

50 mm, mer fortrinnsvis mellom 15 og 25 mm.

Den gjennomsnittlige partikkeldiameteren til det andre isolasjonsmateriale er fortrinnsvis mindre enn 105 del av den gjennomsnittlige blokkstørrelsen av det første materialet. Mer fortrinnsvis, er partikkeldiameteren mindre enn 400 del av den gjennomsnittlige flokkstørrelsen.

Utførelsesformene av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler, med henvisning til de vedlagte figurene der: Fig. 1 er et tverrsnitt av en vanlig tovegget ledning; Fig. 2a, 2b og 2c viser absorpsjon av termisk ekspansjon ved avvik av røret; Fig. 3a og 3b illustrerer kraften som balanserer i toveggede rørkonstruksjoner; Fig. 4 er et tverrsnitt av en tovegget ledning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 til 3 har allerede blitt beskrevet, og ingen videre beskrivelse vil bli gitt her. Fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom en ledning i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Et innvendig strømningsrør 10 er omgitt av en utvendig hylse 12. Olje eller gass 14 strømmer inne i det innvendige strømningsrøret 10. Hele strukturen hviler på en sjøbunn 18. Isolasjonslaget ligger i ringrommet mellom det konsentriske innvendige strøm-ningsrøret 10 og den utvendige hylsen 12. Det omfatter et første lag 20 av Microtherm(RTM) silikablokk som pakkes rundt det innvendige strømningsrøret 10. Blokken er 24 mm tykk og er laget av tre påhverandre anbragte lag som hvert er 8 mm tykk. Et større eller mindre antall lag kunne bli brukt, avhengig av isolasjonen nødvendig. F.eks. kunne det bli brukt 2 lag eller 4 lag. Et andre isolasjonsmateriale 22 omfatter aluminium-silikamicrosfærer mellom 30 og 300 |im i diameter og pakkes inn i området med ringrommet som ikke er tatt opp av det første isolasjonsmaterialet 20. Dette tar opp en tykkelse på omtrent 10 til 80 mm. Dette andre isolasjonsmaterialet blir så komprimert, slik at det kan fremskaffe en overføring av skjærkraft mellom det innvendige strømningsrøret 10 og det utvendige hylserøret 12.

Det skal anerkjennes at mange variasjoner kan gjøres til de ovenfor gitte utfø-relsesformer, f.eks. er det ikke avgjørende at det første isolasjonsmaterialet 20 er i form av et enkelt ark pakket rundt strømningsrøret 10. Det kunne eksempelvis være i form av flere blokker fordelt inne i ringrommet med det andre isolasjonsmaterialet 22 pakket derimellom.

Claims (13)

1. Isolert røropplegg-system omfattende en utvendig hylse (12), et innvendig strømningsrør (10) og et isolasjonslag i rommet derimellom, karakterisert ved at isolasjonsmaterialet omfatter minst en atskilt blokk av et første isolasjonsmateriale hovedsakelig omgitt av et andre isolasjonsmateriale i partikulær form.

2. Isolert røropplegg-system i henhold til krav 1, karakterisert ved at de atskilte blokkene av det første isolasjonsmaterialet fremskaffer majoriteten eller all den nødvendige isolasjonen .

3. isolert røropplegg-system i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at det første isolasjonsmaterialet har en lavere termisk konduktivitet enn det andre.

4. Isolert røropplegg-system i henhold til krav 3, karakterisert ved at det første isolasjonsmaterialet har en termisk konduktivitet på mindre enn halvparten av det andre.

5. Isolert røropplegg-system i henhold til krav 3, karakterisert ved at det første isolasjonsmaterialet har en termisk konduktivitet på mindre enn 35% av det til det andre.

6. Isolert røropplegg-system i henhold til krav 3, karakterisert ved at det første isolasjonsmaterialet har en termisk konduktivitet på mindre enn 25% av det andre.

7. Isolert røropplegg-system i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at andre isolasjonsmaterialer er aluminium-silikamikrosfærer.

8. Isolert røropplegg-system i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at det første isolasjonsmaterialet er silikablokk.

9. Isolert røropplegg-system i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at det andre isolasjonsmaterialets gjennomsnittlige diameter er mellom 30 og 300(im.

10. Isolert røropplegg-system i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at det første isolasjonsmaterialet er mellom 10 og 50 mm i tykkelse.

11. Isolert røropplegg-system i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at det første isolasjonsmaterialet har en tykkelse på mellom 15 og 25 mm.

12. Isolert røropplegg-system i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at det andre isolasjonsmaterialets gjennomsnittlige partikkeldiameter er mindre enn 150 del til det første materialets gjennomsnittlige blokk-diameter.

13. Isolert røropplegg-system i henhold til ett av de foregående krav, der det andre isolasjonsmaterialets gjennomsnittlige partikkeldiameter er mindre enn en 400 del av det første materialets gjennomsnittlige blokkstørrelse.