NO331389B1

NO331389B1 - Beskyttelsesopplegg for rorledning.

Info

Publication number: NO331389B1
Application number: NO20041699A
Authority: NO
Inventors: David Webster
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2011-12-12
Also published as: GB0309687D0; GB2401164B; NO20041699L; BRPI0401674A; GB2401164A; US7044156B2; DE102004020755A1; US20040261857A1

Abstract

Et beskyttelsessystem for en rørledning omfatter en hydraulisk aktivert ventil som kan omstilles for å hindre en strøm av fluid fra en første seksjon av rørledningen til en andre seksjon av rørledningen, et forråd av hydraulisk fluid for å tilføre hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen for å muliggjøre aktivering av denne, et utløp for utslipp av hydraulisk fluid fra den hydraulisk aktiverte ventilen, idet den hydraulisk aktiverte ventilen er forbundet med utløpet via en differansetrykkventil for å styre utslipp fra den hydraulisk aktiverte ventilen, en trykkoverføringsbarriere med en første åpning forbundet med den første seksjonen av rørledningen og en andre åpning forbundet med differansetrykkventilen, idet differansetrykkventilen tilføres hydraulisk trykk ved et referansetrykk. Dersom trykket i fluidet i den første seksjonen av rørledningen overstiger referansetrykket i det hydrauliske fluidet som tilføres til differansetrykkventilen, bringes differansetrykkventilen til å være i åpen tilstand og derved bevirke at det hydrauliske trykket i den hydraulisk aktiverte ventilen avlastes via utløpet. Beskyttelsessystemet kan særlig anvendes i undervanns hydrokarbonutvinningsbrønner.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et beskyttelsessystem for en rørledning, f.eks. for å beskytte produksjonsfluidrørledninger i undervanns fluidutvinningsbrønner, slik som hydrokarbonutvinningsbrønner.

Produksjonsfluidrørledninger fra brønner er generelt tynnvegget for å minske kostnadene for rørledningen. Det er således vesentlig at de er beskyttet mot for høyt trykk som kan bevirke sammenbrudd i rørledningen, som ville være meget kostbar å erstatte og bevirke miljøforurensning. Et konvensjonelt system som benyttes for å beskytte rørledninger mot overtrykk er høy-integritet-rørlednings-beskyttelses-systemet (HIRBS). Konvensjonelt er dette et elektrohydraulisk system som benytter trykkfølere for å måle trykket i rørene som benyttes, via elektronikken i en styremodul, for å styre lukningen av en produksjons-rørventil i HIRBS. Dette holder det høye trykket inne i en kort seksjon av en rørledning mellom produksjons-"treet" og HIRBS-ventilen som er i stand til å motstå trykket. Dette hindrer at den mere tynnveggede hovedseksjonen av røret utsettes for trykk som kan overstige konstruksjonstrykket.

Et tidligere kjent HIRBS for en undervanns hydrokarbonutvinningsbrønn er vist skjematisk i fig. 1. Den forholdsvis tynnveggede produksjonsrørledningen 1, som når det gjelder en undervannsbrønn kan være flere kilometer lang, er forbundet med en tykkvegget produksjonsrørledning 2 som fører produksjonsfluid fra et brønntre. De to rørledninger er forbundet via en hydraulisk aktivert ventil som omfatter HIRBS-ventilen 3 og en hydraulisk aktuator 4. Under normal drift holdes HIRBS-ventilen 3 i åpen tilstand av den feilsikre hydrauliske aktuatoren 4, som tilføres trykksatt hydraulisk fluid via en styreventil 5 som befinner seg inne i en undervanns styremodul 6 fra en hydraulisk drivenhet 7, som typisk befinner seg på vannoverflaten via en kabelstreng 8. Den hydrauliske drivenheten 7 tilfører generelt trykksatt hydraulisk fluid forflere hydraulisk aktiverte funksjoner på brønnen. Trykket i fluidet inne i rørledningene 1 og 2 måles av trykkfølere 9 og 10. Disse følere er forbundet med en elektronisk enhet 11, i hvilken det innstilles en trykkgrense, og utgangen gir signal til styreventilen 5. Når trykket i rørledningen 2 overstiger den innstilte grensen, aktiverer den elektroniske enheten 11 styreventilen 5 for å avbryte den hydraulisk tilførselen til aktuatoren 4 og å avlaste det hydrauliske trykket i aktuatoren 4 fra styreventilen. Dette muliggjør at den feilsikre mekanismen, typisk en fjær, kan stenge HIRBS-ventilen 3 og således beskytte rørledningen 1. Åpning av HIRBS-ventilen 3 for å gjeninnta fluidproduksjon utføres bare når trykket i det utgående fluidet fra brønnen er regulert, typisk av en struper, for å minste trykket til et trygt nivå. Det konvensjonelle HIRBS som er vist medfører den ulempen at det er basert på elektroniske trykkfølere. Disse har vært kjent for å svikte, hvilket kunne medføre tap av HIRBS og utsetter rørledningen for fare for skade.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å komme frem til et pålitelig beskyttelsessystem for en rørledning. Dette er oppnådd ved å anvende et fullstendig hydraulisk system, slik at det unngås å måtte stole på elektroniske trykkfølere.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til et beskyttelsessystem for en rørledning, omfattende en hydraulisk aktivert ventil som kan omstilles for å hindre en strøm av fluid fra en første seksjon av rørledningen til en andre seksjon av rørledningen, et forråd av hydraulisk fluid for å tilføre hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen for å muliggjøre aktivering av denne, et utløp for utslipp av hydraulisk fluid fra den hydraulisk aktiverte ventilen, idet den hydraulisk aktiverte ventilen er forbundet med utløpet via en differansetrykkventil for å styre utslipp fra den hydraulisk aktiverte ventilen, en trykkoverføringsbarriere med en første åpning forbundet med den første seksjonen av rørledningen og en andre åpning forbundet med differansetrykkventilen, idet differansetrykkventilen tilføres hydraulisk trykk ved et referansetrykk, slik at dersom trykket i fluidet i den første seksjonen av rørledningen overstiger referansetrykket i det hydrauliske fluidet som tilføres til differansetrykkventilen, bringes differansetrykkventilen til å være i åpen tilstand og derved bevirke at det hydrauliske trykket i den hydraulisk aktiverte ventilen avlastes via utløpet.

Den hydraulisk aktiverte ventilen er fortrinnsvis anordnet slik at når det hydrauliske trykket i ventilen avlastes, stenger den og hindrer strøm av fluid fra den første seksjonen av rørledningen til den andre seksjonen av rørledningen.

Fortrinnsvis, når trykket i fluidet i den første seksjonen av rørledningen er lavere enn referansetrykket i det hydrauliske fluidet som tilføres til den første differansetrykkventilen, bevirkes det at ventilen er i en stengt tilstand og deretter hindrer utslipp fra den hydraulisk aktiverte ventilen.

Tilførselen av hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen kan styres av en andre differansetrykkventil som er forbundet med den første differansetrykkventilen, slik at når den første differansetrykkventilen bringes til å være i åpen tilstand, bringes den andre differansetrykkventilen til å være i stengt tilstand og hindrer strøm av hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen.

Denne andre differansetrykkventilen kan tilføres hydraulisk fluid ved referansetrykket, og kan være forbundet med trykkoverføringsbarrieren.

Eventuelt kan en styreventil anvendes for å styre tilførselen av hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen.

Trykkoverføringsbarrieren kan omfatte et bevegelig stempel med tetning inne i en sylinder.

I en særskilt utførelse kan beskyttelsessystemet benyttes i et anlegg forfluidutvinning.

Anlegget for fluidutvinning kan videre omfatte et elektrohydraulisk rørlednings-beskyttelsessystem, slik som det konvensjonelle HIRBS.

Oppfinnelsen skal nå beskrives med henvisning til de vedføyde figurer.

Fig. 1 viser et skjematisk diagram for et konvensjonelt HIRBS.

Fig. 2viser et skjematisk diagram for en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen.

Med henvisning til fig. 2 er det vist en utførelse av den foreliggende oppfinnelse slik den benyttes i et anlegg for fluidutvinning, i dette tilfelle en hydrokarbonutvinningsbrønn. Som i det ovenfor beskrevne arrangementet er en tynnvegget rørledningsseksjon 1 forbundet med en tykkvegget rørledningsseksjon 2 via en hydraulisk aktivert ventil som omfatter HIRBS-ventilen 3 og en feilsikker hydraulisk aktuator 4. Som tidligere benyttes en styreventil 5 som befinner seg i en undervanns styremodul 6 for å muliggjøre styring av HIRBS-ventilen for andre formål enn trykkbeskyttelse, slik som avstengning av produksjonen. Den hydrauliske aktuatoren 4 tilføres hydraulisk fluid, typisk vann og glykol i stedet for olje, via styreventilen 5 og kabelstrengen 8 fra den hydrauliske drivenheten 7, beliggende over vannoverflaten. Rørledningen 2 fra brønntreet er forbundet med en trykkoverføringsbarriere 12. Denne anordningen er vist i snitt, og omfatter en lukket sylinder med et forskyvbart stempel 13 innvendig som er tettet mot veggen i sylinderen. Den andre siden av trykkoverføringsbarrieren 12 er fylt med hydraulisk fluid og er forbundet med en reguleringsåpning i et styringsløst, dobbelt, vekslende, trykkforskjelloperert ventilsystem 14. Ventilsystemet 14 omfatter to differansetrykk-ventiler 16 og 17, koblet sammen slik at når en ventil bringes til å være i stengt tilstand bringes den andre til å være i åpen tilstand, og vise versa. Den andre regulerings-åpningen i ventilsystemet 14 gis tilførsel ved et hydraulisk referansetrykk, idet trykket er innstilt slik det bestemmes av en regulator 15, fra den hydrauliske drivenheten 7 og gjennom kabelstrengen 8. Ventilen 17 er forbundet mellom aktuatoren 4 og et utløp via hydrauliske tilførsler 18. Ventilen 16 er forbundet mellom aktuatoren 4 og styreventilen 5 via hydrauliske tilførsler 19.

Ventilsystemet 14 arbeider ved hjelp av trykkforskjellen mellom det øvre kammeret (vist i fig. 2) i trykkoverføringsbarrieren og referansetrykket fra den hydrauliske drivenheten 7, slik at når trykket i trykkoverføringsbarrieren overstiger referansetrykket fra den hydrauliske drivenheten 7, vil ventilen veksle. Trykket i det øvre kammeret i trykk-overføringsbarrieren 12 tilpasses produksjonsfluidtrykket i den nedre seksjonen på grunn av bevegelsen til stempelet 13, slik at ventilsystemet 14 veksler når trykket i rørledningen 2 stiger over (eller faller under) referansetrykket fra den hydrauliske drivenheten 7.

Under normale, rolige tilstander er ventilen 16 åpen, og tillater at hydraulisk fluid driver aktuatoren 4 som holder HIRBS-ventilen 3 åpen, mens ventilen 17 er stengt. Når ventilsystemet 14 er aktivt eller veksler, stenger ventilen 16 og avbryter den hydrauliske tilførselen til aktuatoren 4, mens ventilen 17 åpner og tillater avlastning av det hydrauliske trykket i aktuatoren 4 til et utløp. Dette muliggjør at fjæren i aktuatoren 4 returnerer HIRBS-ventilen 3 til stengt stilling, for således å beskytte den tynnveggede rørledningen 1 mot skade. Motsatt, når trykket i produksjonsrøret 2 faller under referansetrykket fra den hydrauliske drivenheten 7, veksler ventilsystemet 14 tilbake til sin opprinnelige stilling og muliggjør åpning av HIRBS-ventilen 3 av aktuatoren 4.

Den ovenfor beskrevne utførelsen er bare et eksempel, og forskjellige andre måter å utføre oppfinnelsen innen rammen av patentkravene vil fremgå. Det er f.eks. mulig å oppnå formålet med oppfinnelsen ved å utelate differansetrykkventilen 16. I den ovenfor beskrevne utførelsen virker ventilen 16 til å stenge den hydrauliske tilførselen til den hydraulisk aktiverte HIRBS-ventilen mens utslipp fra aktuatoren 4 inntreffer. Boringene i de hydrauliske tilførsler 18 fra aktuatoren 4 til ventilen 17 og utslippet, og boringen i selve ventilen 17, kan alle være større enn boringen i tilførselen 19 fra styreventilen 5 til aktuatoren 4, for å tilpasses strømmen fra aktuatoren. Så lenge ventilen 17 er åpen vil det derfor være en minskning av det hydrauliske trykket i aktuatoren 4 som bevirker at denne aktiveres. Utelatelsen av ventilen 16 gjør derfor ikke at systemet ikke virker, selv om det foretrekkes at denne inngår ettersom det forenkler styringen av tap av hydraulisk fluid fra systemet, men alternative metoder kan benyttes for å stenge den hydrauliske tilførselen, slik som stengning av styreventilen 5, f.eks. ved manuell regulering.

Beskyttelsessystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelsen medfører de fordeler at det både er billigere og mere pålitelig enn det konvensjonelle HIRBS som er basert på elektronisk trykkføler. Beskyttelsen av produksjonsrørledningen 1 er imidlertid så viktig forfluidutvinningsoperatørene at oppfinnelsen kan benyttes i tillegg til et konvensjonelt elektrohydraulisk HIRBS, enten i parallell eller som et reservesystem. Begge systemer kan monteres på rørledningen med små tilleggsomkostninger.

Claims

1. Beskyttelsessystem for en rørledning, omfattende en hydraulisk aktivert ventil som kan omstilles for å hindre en strøm av fluid fra en første seksjon av rørledningen til en andre seksjon av rørledningen, et forråd av hydraulisk fluid for å tilføre hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen for å muliggjøre aktivering av denne, et utløp for utslipp av hydraulisk fluid fra den hydraulisk aktiverte ventilen, idet den hydraulisk aktiverte ventilen er forbundet med utløpet via en differansetrykkventil for å styre utslipp fra den hydraulisk aktiverte ventilen, en trykkoverføringsbarriere med en første åpning forbundet med den første seksjonen av rørledningen og en andre åpning forbundet med differansetrykkventilen, idet differansetrykkventilen tilføres hydraulisk trykk ved et referansetrykk, slik at dersom trykket i fluidet i den første seksjonen av rørledningen overstiger referansetrykket i det hydrauliske fluidet som tilføres til differansetrykkventilen, bringes differansetrykkventilen til å være i åpen tilstand og derved bevirke at det hydrauliske trykket i den hydraulisk aktiverte ventilen avlastes via utløpet.

2. Beskyttelsessystem ifølge krav 1, i hvilket en hydraulisk aktiverte ventilen er anordnet slik at når det hydrauliske trykket i ventilen avlastes, stenger den og hindrer strøm av fluid fra den første seksjonen av rørledningen til den andre seksjonen av rørledningen.

3. Beskyttelsessystem ifølge krav 1 eller 2, slik anordnet at når trykket i fluidet i den første seksjonen av rørledningen er lavere enn referansetrykket i det hydrauliske fluidet som tilføres til den første differansetrykkventilen, bevirkes det at ventilen er i en stengt tilstand og deretter hindrer utslipp fra den hydraulisk aktiverte ventilen.

4. Beskyttelsessystem ifølge hvilket som helst av de foregående krav, i hvilket tilførselen av hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen kan styres av en andre differansetrykkventil som er forbundet med den første differansetrykkventilen, slik at når den første differansetrykkventilen bringes til å være i åpen tilstand, bringes den andre differansetrykkventilen til å være i stengt tilstand og hindrer strøm av hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen.

5. Beskyttelsessystem ifølge krav 4, i hvilket den andre differansetrykkventilen tilføres hydraulisk fluid ved referansetrykket.

6. Beskyttelsessystem ifølge krav 4 eller 5, i hvilket den andre differansetrykkventilen er forbundet med trykkoverføringsbarrieren.

7. Beskyttelsessystem ifølge hvilket som helst av de foregående krav, omfattende en styreventil for å styre tilførselen av hydraulisk fluid til den hydraulisk aktiverte ventilen.

8. Beskyttelsessystem ifølge hvilket som helst av de foregående krav, i hvilket trykkoverføringsbarrieren omfatter et bevegelig stempel med tetning inne i en sylinder.

9. Anlegg for fluidutvinning, omfattende beskyttelsessystemet ifølge hvilket som helst av de foregående krav.

10. Anlegg for fluidutvinning ifølge krav 9, omfattende et elektrohydraulisk rørlednings-beskyttelsessystem.