NO321601B1 - System og fremgangsmate beregnet for termisk isolasjon av et ror med vegetabilsk skum - Google Patents

Description

Oppfinnelsens fagområde

Foreliggende oppfinnelse omhandler en installasjon og en fremgangsmåte for termisk isolering, spesielt for et rør, ved anvendelse av vegetabilsk skum. Oppfinnelsen omhandler også disse vegetabilske skummene som innehar bestemte egenskaper spesifikke for den foreliggende søknad og deres fremstillingsprosess.

Et egnet område for anvendelse av foreliggende oppfinnelse er for transport av hydrokarboner produsert i oljebrønner boret i grunnen. Generelt er en borebrønn foret i dens totale lengde ved anvendelse av stålrør og foringsrør. Denne strengen blir sementert, og gjenopprettelse av kommunikasjon med reservoarfjellet blir utført under boring elter perforering. De utstrømmende fluidene produsert av reservoarfjellet blir brakt til overflaten ved hjelp av en annen rørstreng eller produksjonsrør plassert i brønnen. Denne utformingen danner dermed et ringformet rom mellom produksjonsrøret og innsiden av foringsrøret. Det er åpenbart at trykk og temperaturforholdene til de utstrømmende fluidene endres ettersom de strømmer gjennom produksjonsstrengen. Det er velkjent at trykk og/eller tempera-turvariasjoner kan være skadelige for en hensiktmessig strøm, f.eks. på grunn av parafinavsetninger, dannelse av hydratkrystaller eller av andre mineraler eller organiske avsetninger som et resultat av bunnfall. Videre kan variasjonene av temperatur og/eller trykk under produksjon av viskøs råolje lede til en høy visko sistetsforhøyelse som gjør pumping og transport vanskelig. En løsning for å over-vinne disse problemene består av termisk isolasjon av produksjonsstrengen for dermed å styre temperaturen til de utstrømmende fluidene.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Flere termiske isolasjonsteknikker er for tiden kjente. Strengen kan bli isolert ved anvendelse av rør som består av et isolerende materiale påført eller festet til utsiden til røret. Denne fremgangsmåten er svært kostbar og rørene blir vanskelige å håndtere. Ringrommet kan også fylles med mer eller mindre isolerende fluid, gelatinert gassolje eller fast skum produsert på stedet. Væsker er ikke særlig gode isolatorer, geleer er vanskelige å bruke i drift og ikke særlig temperatursta-bile, produksjon av faste skum er vanskelig å kontrollere og å sette dem inn i ringrommet tetter rørstrengen i brønnen, og forhindrer dermed fullstendig tilbake-trekking av strengen. Faktisk er det normalt å måtte trekke hele strenger av pro-duksjonsstrenger under produksjonen av en brønn, f.eks. som et resultat av skade, tetting eller for vedlikehotdsformål på nedihullsutstyr etler installasjoner. I tilfeller hvor faste legemer er til stede i ringrommet, må fjerning eller eliminering av disse fortsatt være mulig.

Publikasjon US 5 569 513 beskriver et isolerende materiale laget ved agitering av en vandig blanding av aerogel og gelatin. Isolering oppnådd med slike fremgangsmåter er ikke-giftig, miljøvennlig, brannhemmende og tilveiebringer gode isolerende egenskaper.

Publikasjon FR 2 536 386 beskriver et nytt materiale tiltenkt termisk isolasjon av en produksjonsbrønn, bestående av et alkalisk metallsilikatskum som teo-retisk tilbyr dobbel fordel: det kan produseres på stedet og det kan oppløses i vann. I praksis derimot, som et resultat av kontrollproblemer, gjøres det oppmerksom på at i forhold til de kjemiske reaksjoner på bunnen av brønnen, er skummet i stor grad heterogent og det tar en lang stund å løse det opp.

Publikasjon FR 2 741 420 beskriver et termisk isolasjonssystem fra en aerogel. Dette produktet er kostbart og relativt vanskelig å bruke.

Publikasjon EP 087 847 beskriver en prosess for fremstilling av skum fra stivelse gelatiner! ved tilstedeværelse av 10 til 30% vann og et ekspanderende middel slik som C02 (hovedkarakteristika med dette skummet). Dette skummet har likevel to store ulemper, den forberedende prosesseringen av stivelsen (gelatinert stivelse) og det høye vanninnholdet, hvilket gjør at anvendelse i brønner som en termisk isolator ikke tillates. Videre er anvendelse på området transport av hydrokarboner produsert i brønner boret i grunnen ikke nevnt.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse omhandler en metode for termisk isolasjon hvor et volum definert i rommet innesluttet mellom et første omsluttende indre og et andre indre er fylt opp med vegetabilske skumpartikler.

Volumet som dermed er definert kan være et ringformet rom definert av utsiden av et rør plassert i en annet rør.

Volumet av det vegetabilske skummet kan bli oppløst ved bruk av et vannholdig fluid for å tillate fri trekking av det indre røret.

Det vannholdige fluidet kan være 1N lut.

Skumpartiktene har en gjennomsnittlig størrelse på 5 mm.

Det vegetabilske skummet kan innbefatte i det minste: et mel og/eller ikke-gelatinisert stivelse, en plastiseringsmiddel, muligens et annet tilsetningsstoff, et vanninnhold under 10% og fortrinnsvis under 5%.

Oppfinnelsen omhandler også en installasjon bestående av et første kammer plassert i et andre kammer. Rommet avgrenset mellom de to kamrene innbefatter et volum med vegetabilske skumpartikler benyttet som en termisk isolator.

Kamrene kan inneholde en streng av produksjonsrør tiltenkt transport av en petroleumsstrømning plassert i et annet rør, for eksempel en brønn.

De vegetabilske skumpartiklene kan inneha de følgende egenskapene: termisk konduktivitet som spenner mellom 0.03 og 0.06 W/m°K og i det minste delvis oppløselig i et vannholdig fluid.

De vegetabilske skumpartiklene kan innbefatte i det minste: et mel og/eller et ikke-gelatinert stivelse, et plastiseringsmiddel muligens et annet tilsetningsstoff, et vanninnhold under 10% og fortrinnsvis under 5%.

Rommet mellom de to kamrene kan også innbefatte i det minste et av de følgende isolatorer; silikatskumpartikler, aerogel skumpartikler, tørre pulver.

Oppfinnelsen omhandler også vegetabilsk skum bestående av i det minste et mel og/eller et ikke-gelatinert stivelse, et eller flere plastiseringsmiddel muligens et eller flere tilsetningsstoffer, og hvilket vanninnhold under 10% og fortrinnsvis i området 5%.

Et vegetabilsk skum ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved de følgende egenskapene:

- termisk konduktivitet som spenner fra 0.03 til 0.06W/m°K.

- og oppløselighet i et vannaktig fluid.

En prosess for fremstilling av et vegetabilsk skum, kan omfatte:

- blanding av et mel og/eller med en eller flere plastiseringsmiddel, og muligens et eller flere tilsetningsstoffer,

- oppvarming av blandingen,

ekspansjon av blandingen for på denne måten å oppnå et skum hvis vanninnhold er under 10% og fortrinnsvis under 5%.

Fremstillingsparametrene i forhold til bakeekstrudering på BC45 kan være som følger:

- strømningshastighet for materialet (kg/h): 1 til 200,

- % vis tilsatt vann : 0 til 10,

- temperatur(°C): 20 til 300,

- skruehastighet (rpm): 5 til 600.

Plastiseirngsmiddel benyttet kan være glyserol hvilket innblandingsforhold kan spenne fra 1 til 60% ved vekt, fortrinnsvis fra 10 til 40%.

Tilsetningsstoffene kan være pigmenter, soppdrepende middel, sukker, festemiddel, skumdannende middel, cellulosefiber, alkoholer, hvilket innblandingsforhold kan spenne fra 0 til 99%, fortrinnsvis fra 0 til 30% ved vekt.

Sammenblanding, oppvarming og ekspansjon består av dobbelskruebaking og enkeltskrue ekstrudering ved en temperatur som spenner fra 10 til 300 grader C, fortrinnsvis mellom 20 og 250 grader.

"Vegetabilsk skum" type partikler benyttet innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse er definert som følger: - type I bestående av i det minste et kornmel med i det minste et plastiseringsmiddel og muligens et eller flere tillatte tilsetningsmiddel - type II bestående av i det minste en ikke-gelatinert kornstivelse med i det minste et plastiseringsmiddel og muligens ett eller flere tillatte tilsetningsmiddel.

Det skal minnes på at terminologien "kornmel" benyttet for oppfinnelsen beskriver vegetabilske substanser som kommer fra kornsorter hvis sammenset-ning, ifølge de forskjellige basisingrediensene, er som følger (prosent av vekten): vanninnhold under 20%, fortrinnsvis i et område mellom 10 og 15%, karbohydrerte bestanddeler er under 80 %, fortrinnsvis i et område mellom 60 og 75%,

- proteininnhold under 30 %, fortrinnsvis i et område mellom 5 og 15%,

- fettsyreinnhold under 10 %, fortrinnsvis i et område mellom 0.5 og 5%,

- mineralinnhold under 5 %, fortrinnsvis i et område mellom 0.5 og 2%,

- fiberinnhold under 20 %, fortrinnsvis i et område mellom 5 og 10%.

Termen karbohydrerte bestanddeler, protein, fettsyrer, mineraler og fiber angir de mange produktene og molekylene som normalt er beskrevet hos mange refererte forfattere på fagområdet som omhandler substansbestanddeler. Den følgende publikasjonen kan nevnes som et eksempel: "La composition des aliments. Tableux des valeurs nutritives", Souci/Fachmann/Kraut femte utgave CRC Press.

Tabellen heretter angir, angitt ved eksempel, kornmel som kan anvendes i oppfinnelsen: hvetemel (type T55), maismel og sammalt hvetemel.

Når det gjelder stivelse som er en viktig bestanddel i mel, er den bestående av en blanding av to glykosepolymerer: amylose og amylopectin. Forholdet mellom disse to molekylene er forskjellig ifølge kornsortene og deres variasjoner som det kan leses av tabellen heretter for naturlig hvete og mais og to typer av korn-variasjoner.

Det skal gjøres oppmerksom på at amylose/amylopectin forholdet kan bli modifisert ved modifikasjon på grunn av naturlig eksponering.

For vegetabilske skum ifølge oppfinnelsen, en eller flere velutvalgte kornsorter kan bli utvalgt slik at f.eks. amylose/amylopectin forholdet er det mest gunstige for å fremskaffe sluttproduktet med hensyn på anvendelsen.

Hvetekorn eller stivelsen benyttet i oppfinnelsen kan gjennomgå forskjellige operasjoner før det blir blandet sammen med andre skumbestanddeler (plastiseringsmiddel og tilsetningsstoffer). Disse operasjonene kan f.eks. være : - tørking med en endelig prosentandel under 15 %, og fortrinnsvis i et område mellom 1 og 3 %, og/eller - knusing med en endelig finhetsgrad som spenner mellom 0.1 og 2000//m og/eller siling, og/eller

- turboseparering.

Prosentandelen i vekt av mel og/eller stivelse inkludert i det vegetabilske skummet kan spenne fra 1 til 99 %, fortrinnvis mellom 40 % og 75 %.

Hovedhensikten med anvendelsen av plastiseringsmiddel i oppfinnelsen er å fremheve plastisering av stivelsen tilstede i den valgte vegetabilske massen. Disse plastiseringsmidlene kan f.eks. være urea, vann eller glykol. Prosentandelen ved vekten av plastiseringsmiddel innlemmet kan spenne fra 1 til 60 %, fortrinnsvis fra 10 til 40%.

Tilsetningsstoffene som benyttes for å oppnå skum kan være av forskjellig beskaffenhet. De følgende kan nevnes som eksempler:

- pigmenter,

- soppdrepende stoff,

- sukker,

- festende stoff, f.eks. melamin,

- skumdannende middel,

- cellulose fiber: cellulose, kli med kornopphav, trær, osv.,

- alkoholer.

Prosentandelen i vekt av tilsetningsmidler inkludert kan spenne fra 1 til 60%, fortrinnvis mellom 1% og 30%.

Det vegetabilske skummet ifølge oppfinnelsen har fordelen med at det er fremstilt ved hjelp av en fortløpende prosess. Denne prosessen tillater å blande, å varme opp og ekspandere ingrediensene for på denne måten fremstille skum som kan være fordelsaktig å benytte ifølge oppfinnelsen. Temperaturene spenner fra 10 grader C til 300 grader C, fortrinnsvis mellom rundt 20 grader til 250 grader. Med fordel vil blanding, oppvarming og ekspansjon av de vegetabilske produktene bestå av dobbelskruebaking eller enkel ekstrudering. Denne operasjonen kan være utført i en BC 45 type koke-ekstruder som blir markedsført av et firma med navn CLEXTRAL.

Parametrene i forhold tit bakeekstrudering med en BC 45 anordning er gitt i følgende tabell.

Med fordel blir skummet etter utvidelse kjølt ned og skåret ut ved bruk av hvilken som helst egnet teknikk for på denne måten frembringe partikler av en lengde og/eller størrelse for er tilpasset for optimal bruk. For anvendelser i ringrom mellom rør har partiklene fortrinnsvis en gjennomsnittlig størrelse under 5 mm, f.eks. formet som en plate, en sylinder, eller en kube.

Tester vedrørende karakteristika har blitt utførte på utskåret skum for er fremstilt ifølge ovenstående spesifikasjon. Den kommer i form av en liten sylinder, for eksempel hvilken høyde er hovedsaklig lik diameteren.

Målinger av konduktiviteten ble først utført med hjelp av Rapid K konduktivi-tetsmeter. Tabellen under viser at konduktivrteten på 0.038 W/m°K på vegetabilske skumpartikler er sammenlignbar med konduktiviteten til polysilikat-skum, og mye lavere enn det til gassoljegele, en oppløsning som for øyeblikket blir benyttet i brønner.

Tester for oppløsningsevnen har blitt utførte med 1 g av skum frigitt under røring i 100 ml væske. Det kan observeres at skummet er fullstendig oppløst i 1N lut, som underbygger dennes overlegenhet sett i forhold til polysilikat-skum som bare er delvis oppløsbare i 4N lut. Disse skummene har derfor fordelen med å kunne tillate fri opptrekking av røret.

Tester for termisk stabilitet som ble utførte i en tørkeovn viser at vekttapet til disse skummene er henholdsvis 8 % ved 70*C og 27% ved 100°C etter at de har blitt varmet opp i 670 timer (28 dager). For disse to temperaturene og etter 28 dager er den termiske konduktiviteten henholdsvis 0.049 og 0.050 W/m°K som må opprettholdes under verdien for konduktivitet til industrielle isolatorer slik som gassolje. Vekttapet kan bli redusert med skumkvaliteter som tillater lavt vanninnhold, f.eks. under 5%.

Kort beskrivelse av tegningene

Andre egenskaper og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil tydelig fremkomme etter å ha lest beskrivelsen som nå kommer med ikke begrensende eksempler som illustrerer i sin helhet diagrammessig en oljebrønn utstyrt med en produksjonsstreng isolert i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

En figur viser diagrammessig, i tverrsnitt, en oljebrønn 1 tiltenkt for produksjon av hydrokarboner innesluttet i reservoarfjellet 2. Brønnhullet er foret med en streng av rør 3. En serie av perforeringer 4 gjenoppretter lag/hull kommunikasjon-en slik at hydrokarbonene kan strømme som vist med pilene på figuren. En produksjonsstreng 5 består generelt sett av en sammenstilling med omlag 10 meter lange rørelementer, er senket ned i brønnen slik at enden på denne er stengt for den perforerte sonen 4 til foringen 3. Den øvre enden til produksjonsstrengen 5 er konvensjonelt fjernet fra elementene til brønnhodet 6. En rekke med ventiler 7 kontrollerer strømningshastigheten til strømmen ved oppsamlingsrøret på overflaten.

Midler for forsegling eller pakning 9 isolerer ringrommet 10 til rommet 11 som er fylt med hydrokarboner. Ringrommet 10 er helt eller delvis fylt med vegetabilske skumpartikler som beskrevet for å danne en isolerende hinne i en gitt dybde og over en viss gitt høyde.

Produksjonsstrengen 5 innbefatter fortrinnsvis en sirkulasjonsventil 12 som når den er åpen, generelt med midler i form av en glidende muffe, tillater sirkula-sjon av fluid gjennom det indre rommet til produksjonsrøret til overflaten gjennom ringrommet 10, eller i den motsatte retningen. Denne sirkulasjonsventilen kan benyttes for å drive de isolerende skumpartiklene ut av brønnen eller for å løse opp nevnte partikler ved å dyppe dem i et egnet fluid.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til oljebrønner, det skal være klart at den også kan anvendes til et hvilket som helst ekvivalent system, f.eks. dobbelveggede rørledninger (rør-i-rør) eller dobbelveggede reservoarsokter.

Videre kan også en blanding bestående av en eller flere termiske isolatorer og det vegetabilske skummet ifølge oppfinnelsen også være egnet til for termisk isolasjon ifølge oppfinnelsen. Eksempler på termisk isolasjon er aerogelpartikler, polysislikate skumpartikler, tørre pulver, vermiculite f.eks., flyveaske, sot.

En prosess som tillater å fremskaffe en type I skum er heretter beskrevet ved bruk av eksempler.

Kommelet bruk i dette eksemplet er T55 type hvetemel som er tørket tit omlag 2 % vann.

Plastiseringsmidlet brukt er glyserol med 99.9 % renhet.

Tabellen under gir hovedparametrene bruk under bakeekstrudering for å fremstille det vegetabilske skummet ifølge oppfinnelsen.

De fremstilte skummene er direkte ekspandert ettersom de forlater koke-ekstruderen. Partiklene er omlag 1 til 2 mm lange og 1 til 2 mm i diameter.

Disse skummene kan eventuelt inneholde 65% tørr kornmasse, 30% glyserol (% av vekt) og 5% vann.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for termisk isolering, der et volum, definert av rommet innelukket mellom et første indre hylster og et andre hylster, fylles av partikler av vegetabilsk skum med de følgende egenskaper: termisk konduktivitet i området mellom 0,03 og 0,06 W/m°K og i det minste delvis løsbarhet i et vannholdig fluid.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, der volumet er et ringrom (10) definert av det ytre av en kanal plassert i en annen kanal.

3. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav, der volumet av vegetabilsk skum er gjort løsbart av et vannholdig fluid for å tillate fri tilbaketrek-ning av det indre hylsteret.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, der fluidet er omtrent 1 N natrium-karbonat.

5. Fremgangsmåte i henhold til et de foregående krav, der partiklene har en gjennomsnittlig størrelse på mindre enn 5 mm.

6. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav, der det vegetabilske skummet omfatter i det minste: et mel og/eller en ikke-gelatinert stivelse, et plastiseringsmiddel, muligens et annet tilsetningsstoff, et vanninnhold på under 10% og fortrinnsvis på under 5%.

7. Installasjon omfattende et første hylster plassert i et annet hylster, karakterisert ved at rommet innelukket mellom hylstrene omfatter et volum av partikler av vegetabilsk skum som termisk isolator, idet partiklene har de følgende egenskaper: termisk konduktivitet i området fra 0,03 og 0,06 W7m°K og i det minste delvis løsbarhet i et vannholdig fluid.

8. Installasjon i henhold til krav 7, der hylstrene omfatter en streng av rør (3) for utstrømmende olje plassert i en annen kanal, foreksempel en brønn (1).

9. Installasjon i henhold til et av kravene 7 til 8, der partiklene av vegetabilsk skum omfatter i det minste: et mel og/eller en ikke-gelatinert stivelse, et plastiseringsmiddel, muligens et annet tilsetningsstoff, et vanninnhold på under 10% og fortrinnsvis på under 5%.

10. Installasjon i henhold til et av kravene 7 til 9, der rommet i tillegg omfatter minst én av de følgende isolatorene: partikler av silikatskum, partikler av aerogel-skum, tørre pulvere.