NO327224B1 - Fremgangsmate for pavisning av hydratdannelse i rorledninger - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for å oppdage hydratformasjoner eller dannelse av isplugger i en rørledning ved å emittere akustiske bølger, og innsamling og analyse av reflekterte akustiske bølger. Akustiske bølger med en bølgelengde i et område mellom 0,5 mm og 150 mm blir sendt ut fra et sendeapparat i en viss avstand fra rørledningen. Reflekterte bølger blir samtidig registrert av en mottaker, som er plassert i en viss avstand fra rørledningen, og deretter analysert.

Description

Foreliggende oppfinnelsen tar for seg en metode for å oppdage hydratformasjoner eller dannelse av isplugger i en rørledning ved bruk av transmisjon av akustiske bølger, og registrering og analyse av de reflekterte akustiske bølgene.

Bakgrunn

I en industri involvert i gjenervervelse/produksjon av olje og gass, spesielt offshore, oppstår det mange utfordringer i prosessen med å bringe olje eller gass i land på en tilfredsstillende måte. En vanlig teknikk er å benytte seg av olje- og/eller gassrørledninger av betydelige dimensjoner som er installert på sjøbunnen.

Denne teknologien er vel utprøvd, men er ikke fri for problemer. Omgivelsestemperaturen rundt rørledningen vil i noen regioner være svært lav, spesielt i løpet av vinteren, og vil typisk ligge mellom 4 - 7 °C. Temperaturer helt ned til -2 °C har også blitt observert. Produktet som transporteres gjennom rørledningen er aldri homogent, men består av flere komponenter delt i to eller flere faser. Som regel er strømningen en trefasestrømning bestående av en hydrokarbonfase i væskeform, en hydrokarbonfase i gassform og en varierende mengde vann.

I en slik strømning under rett trykk- og temperaturforhold, hvis ikke virkningsfulle mottiltak blir satt i verk, vil vannet reagere med forskjellige komponenter av hydrokarbonfasene og danne hydrater. Dette er uheldig da hydratene har en tendens til å bli dannet på den innvendige rørveggen og vokse til en plugg inne i rørledningen. Dette vil redusere kapasiteten til rørledningen, eller tette den helt igjen.

Det har blitt gjort mange forsøk på å forhindre dannelsen av hydrater og den påfølgende pluggingen som kan oppstå. De fleste av disse involverer tilsetning av hydratreduserende kjemikalier i produktstrømningen. Dette kan være en effektiv løsning, men har den ulempen at den er svært dyr, og at det finnes en mulighet for svikt under drift. Strømningen av kjemikalier kan bli avbrutt, spesielt under opphør og oppstart av driften.

Noen metoder for overvåkning har vært utprøvd, for eksempel kontinuerlig måling av trykket ved forskjellige posisjoner i rørledningen. Et trykkfall kan gi en indikasjon på hydratformasjoner i rørledningen, men kan ikke gi noen informasjon om posisjonen, lengden eller størrelsen på formasjonen som har oppstått.

Ved temperaturer under 0 °C kan det oppstå isplugger når hydratene oppløses, for eksempel ved bruk av trykkavlastning i rørledningen. I slike tilfeller vil ispluggen blokkere strømningen inne i rørledningen på liknende måte som observert for en hydratplugg. Fjerning av hydratplugger ved bruk av trykkavlastning eller direkte, elektrisk oppvarming (DEH - Direct Electrical Heating) av hele rørledningen er tidkrevende og kostbare metoder. Ved store vanndyp er det ikke alltid mulig å senke trykket til lav nok verdi, og trykkavlastning vil dermed ikke være en hensiktsmessig metode. Er det gasslommer mellom to is- eller hydratplugger kan det økende trykket i disse gasslommene ved oppvarming av røret føre til sprekkdannelse eller rikosjetterende effekter i rørledningen.

Formål

Det er et mål for denne oppfinnelsen å tilby en metode fortidlig å kunne oppdage hydratformasjoner og isplugger i en rørledning, spesielt for en undervannsrørledning.

Det er videre et mål for oppfinnelsen å kunne tilby en forholdsvis rimelig metode, som kan oppdage hydratformasjoner over en betydelig lengde av rørledningen.

Det er videre et mål for oppfinnelsen å kunne fastslå både den eksakte posisjonen og størrelsen/lengden til en eller flere hydrat- og isplugger inne i rørledningen.

Det er videre et mål for oppfinnelsen å tilby en metode som har liten negativ effekt på miljøet.

Det er videre et mål for oppfinnelsen å kunne redusere faren for overtrykk i gasslommer som kan opptre ved fjerning av hydrater ved hjelp av direkte elektrisk oppvarming. Gjør oppfinnelsen det mulig å bestemme posisjonen/størrelsen til alle is- og hydratpluggene inne i rørledningen er det mulig å unngå overtrykk i gasslommene ved å benytte andre metoder enn oppvarming av hele rørledningen, slik som lokal oppvarming av røret.

Det er videre et mål for oppfinnelsen å være i stand til å avgjøre om en lokalisert plugg består av et hydrat/is eller bare vann. Dette vil gjøre det mulig å bestemme det mest effektive botemiddelet på problemet.

Oppfinnelsen

De overnevnte målene er oppfylt av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse, som definert i patentkrav 1.

I følge foreliggende oppfinnelse vil akustiske bølger (lydbølger) bli emittert fra en akustisk kilde, som ikke er i fysisk kontakt med rørledningen. De akustiske bølgene som reflekteres fra rørledningen blir registrert av en mottaker, som også er plassert i en viss avstand fra selve rørledningen.

For å redusere uønskede signaler kan de mottatte akustiske bølgene filtreres, for så å bli analysert. Tilstedeværelsen av hydratplugger, is eller vann i det området av rørledningen hvor de akustiske bølgene reflekteres, kan fastslås ved hjelp av denne analysen.

For å oppfylle hensikten med foreliggende oppfinnelse skal de emitterte lydbølgene ha en bølgelengde mellom 0,5 mm til 150 mm.

Det henvises til figur 2. Dess mer lik mediene inni røret og selve rørveggen er, dess mer av lydimpulsen vil fortsette gjennom grenseflaten mellom de to mediene. Er mediene mindre like, vil mer av lydimpulsen bli reflektert. En hydratplugg er "akustisk" nokså lik stålet i veggen til rørledningen, og lydimpulsen vil derfor fortsette rett gjennom grenseflaten stål/hydrat og bli absorbert av hydratpluggen. Dermed vil ikke noe signifikant "ekko" eller P4 puls nå bort til RX-mottakeren. Gassen er mindre lik stålet i rørveggen, og mer av lydimpulsen vil derfor reflekteres. Lydimpulsen som blir reflektert vil forplante seg i et sikksakkmønster hele veien til RX-mottakeren, både i første og andre omgang (P1 og P4).

Med andre ord: Hydratplugger og is har høyere akustisk gjennomtrengningsevne enn gass, og stål har høyere akustisk gjennomtrengningsevne enn både hydratplugger, is og gass. Dette betyr at ved tilstedeværelsen av en hydratplugg vil en mindre del av den akustiske energien bli reflektert fra stålveggen.

Spesifikk utforming av oppfinnelsen.

Ved bruk av metoden i henhold til oppfinnelsen på en undervannsrørledning, er det å foretrekke at både bølgekilden og mottakeren er plassert på et undervannsfartøy. Dette undervannsfartøyet kan typisk være et fjernstyrt undervannsfartøy (ROV - Remotely Operated Vehicle) eller et autonomt fjernstyrt undervannsfartøy (AUV - Autonomous Underwater Vehicle). Andre utforminger kan være å plassere sendeapparatet, mottakeren eller begge på et kjøretøy konstruert for å bevege seg langs havbunnen.

Akustiske bølger sendt mot rørledningen kan bli reflektert på flere måter. Dette er forklart i større detalj med referanse til figurene. Bevegelsesmønsteret til de reflekterte bølgene, som er grunnlaget for analysen, kan velges slik at evnen til å oppdage hydrater optimaliseres.

Det er å foretrekke at prøvetakingen utføres som et antall sveip over rørledningen, slik at hver distinkte lokasjon langs målingslinjen blir målt periodisk. Dette tilsier at emisjon, registrering og analyser blir utført suksessivt, og helst kontinuerlig, ved forskjellige lokasjoner langs rørledningen.

På grunn av plass- og nyttelastbegrensninger kan det hende at analysene må gjøres en annen plass enn ombord i fartøyet. Målingene vil i så tilfelle bli sendt til et analyseverktøy, eller lagret ombord for senere analyser ved tilbakebringning av fartøyet.

Sendeapparatet og mottakeren som blir brukt til emisjon og måling av akustiske bølger, enten festet til et undervannsfartøy eller ikke, er foretrukket mindre enn 10 meter fra rørledningen når målingene tar plass. Det er enda mer å foretrekke om målingene skjer i en avstand mindre enn 5 meter fra røret, men typisk må det være en avstand mellom 0,1

til 10 meter.

Rørledningen bør helst være laget av stål, muligens dekt av et eller flere lag av polymer og/eller betong for å beskytte røret mot korrosjon eller mekanisk skade.

En ytterligere diskusjon av oppfinnelsen med referanser til de vedlagte figurene følger under. Figur 1. fremstiller et skjematisk profilbilde av en seksjon av rørledningen som et akustisk sendeapparat, i henhold til oppfinnelsen, beveger seg langs.

Figur 2. fremstiller tverrsnittet til en rørledning oppfinnelsen blir brukt på.

Figur 3. viser et plott (utskift) over målinger av de mottatte signalene for fire forskjellige tilfeller: luft i røret, vann i røret, is i røret og skum i røret. Et hydrat forventes å gi en lignende respons som responsen for vanlig is. I virkeligheten vil den øverste kurven indikere kun gass inne i den gjeldende rørseksjonen (alt er som det skal være), mens en kurve lik den tredje kurven fra toppen, ville indikert tilstedeværelsen av en hydrat- eller isplugg. Den andre kurven fra toppen ville indikert tilstedeværelse av vann. Figur 1 viser et forenklet sidetverrsnitt av (deler av) et stålrør delvis fylt med hydrater (eller is), og hvordan målingene er gjort ved å bevege en akustisk sonde langs stålrøret. Mottakeren er ikke vist i figuren. Figur 2 viser et tverrsnitt av røret som er fremstilt i Figur 1.1 denne figuren er både sendeapparatet, TX, og mottakeren, RX, vist. Alternative bevegelsesmønster for de emitterte lydbølgene er indikert. Bølgene P1 og P4 blir reflektert mellom den indre og ytre veggen av stålrøret, og vil på denne måten forplante seg gjennom så godt som hele omkretsen av rørtverrsnittet mellom avsenderen og mottakeren. Oppfinnerne har funnet at disse to bølgene er av spesiell interesse for registrering av innledende dannelse av hydrater i rørledningen. Mottakeren og analyseverktøyet kan dermed være utviklet til å utføre analyser på kun disse signalene, og muligens overse signalene P2 og P3 som vil forplante seg gjennom den indre delen av røret. P2 og P3 kan derimot registreres/analyseres for å fastslå om pluggen består av en hydraWisplugg. Ref. P3 og P4 ekkoet i den andre vs. den tredje kurven i Figur 3. For en foretrukket utforming av metoden er det prioritert å analysere bølger som gjentatte ganger har blitt reflektert mellom den indre og ytre rørveggen, helt til bølgene har forplantet seg mer enn halvparten av omkretsen til rørledningen.

Jo mer lik mediene er (på henholdsvis utsiden og innsiden av rørledningen), jo mer av lydimpulsen vil fortsette rett gjennom grenseflaten. Har mediene mindre like egenskaper, vil derimot mer av lydimpulsen bli reflektert.

En hydratplugg er "akustisk" ganske lik stålet i rørveggen, lydimpulsen vil derfor fortsette rett gjennom grenseflaten stål/hydrat og bli absorbert av hydratpluggen. Dermed vil ikke noe "ekko" eller P4 impuls nå mottakeren, RX. Gassen er derimot mindre lik rørveggen, mer av lydimpulsen blir reflektert og vil dermed forplante seg i et sikksakkmønster frem til mottakeren, RX, både i første og andre omgang (P1 og P4)

Utstyret kan gjerne registrere lydimpulser gjennom flere typer og tykkelser av jordlag over rørledningen.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for registrering av hydratformasjoner eller isplugger i en rørledning ved bruk av emisjon av akustiske bølger, og innsamling og analyse av reflekterte akustiske bølger, karakterisert ved at akustiske bølger blir sendt ut av et sendeapparat i en viss avstand fra rørledningen, og at de reflekterte, akustiske bølgene blir målt av en mottaker i en viss avstand fra rørledningen og deretter analysert.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at rørledningen er en undervannsrørledning.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert ved at de emitterte akustiske bølgene har en bølgelengde i området 0,5 mm og 150 mm, fortrinnsvis mellom 2 mm og 40 mm.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav krav 2, karakterisert ved at både sendeapparatet og mottakeren er plassert på et undervannsfartøy.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4, karakterisert ved at fartøyet er et fjernstyrt fartøy (ROV - Remotely Operated Vehicle) eller et autonomt undervannsfartøy (AUV - Autonomous Underwater Vehicle).

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4, karakterisert ved at undervannsfartøyet er fjernstyrt og konstruert for å bevege seg langs sjøbunnen.

7. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at innsamling og analyse av de reflekterte akustiske bølgene blir utført på lydbølger som har blitt sendt gjennom et tverrsnitt av røret. Hver bølge har blitt reflektert på den indre og ytre overflaten av rørveggen til den har tilbakelagt mer enn en halvpart av omkretsen til rørledningen innad i rørveggen på sin vei fra sendeapparatet til mottakeren.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at slike emisjoner, innsamlinger og analyser er gjort suksessivt ved forskjellige lokasjoner langs rørledningen.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 8, karakterisert ved at emisjon, innsamling og analyser blir gjort kontinuerlig langs rørledningen.

10. Fremgangsmåte i samsvar et hvilket som helst av de overstående patentkrav, karakterisert ved at avstanden fra bølgekilden til rørledningen ligger i et område fra 0,1 meter til 10 meter.

11. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at sendeapparatet og mottakeren er en enkeltstående kombinert enhet.

12. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at den er gjennomført uten å forstyrre produksjonen i rørledningen.

13. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at den er gjennomført når produksjonen i rørledningen er midlertidig stanset.

14. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at utstyret kan gjøre målinger gjennom forskjellige typer og tykkelser av jordlag.

15. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at målingene blir samlet og sendt til en lokasjon for analyse, som ikke er ombord fartøyet der sendeapparat/mottakere er plassert.

16. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at målingene blir lagret ombord i samme fartøy som sendeapparatet/mottakeren for senere gjenhenting og analyse.