NO332832B1 - Fremgangsmate for a male tykkelsen av avsetninger - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for å måle tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av en struktur som leder en fluidstrøm av hydrokarboner, fremgangsmåten omfatter trinnene av å: (a) påføre en første varmepuls eller kontinuerlig oppvarming på minst en første seksjon av strukturen som fjerner avsetninger på den indre veggen av den første seksjonen av strukturen; (b) påføre en andre varmepuls til både den første seksjonen av strukturen og minst en andre seksjon av strukturen, den første og andre seksjonen er spredt fra hverandre, hvilken varmepuls ikke løsner noen materialavsetning i den andre seksjonen; (c) måle temperaturen av veggen av strukturen eller fluidet under den andre varmepulsen ved både den første og andre seksjonen; og (d) bestemme tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av strukturen ved den andre seksjonen basert på de målte temperaturene. Foreliggende oppfinnelse vedrører også en tilsvarende anordning og arrangement.

Description

Fremgangsmåte for å måle tykkelsen av avsetninger

Område for oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å overvåke og måle tykkelsen av enhver avsetning av materiale, spesielt vokslag og oppbygging av voks fra en strøm av hydrokarboner, på en indre vegg av en struktur, slik som rørledninger og prosessutstyr for olje og gass.

Bakgrunn

Voksavsetninger på innside veggen av oljerør er et alvorlig problem i infrastrukturen av dagens oljeproduksjon. Når varm olje strømmer gjennom rørledning med kalde vegger, vil voks felles ut og hefte til veggene. Dette vil i sin tur redusere rørledningens tverrsnittsareal som uten ordentlig mottiltak vil føre til tap av trykk, og til slutt en fullstendig blokkering av rørledningen.

Eksisterende teknologier som håndterer problemet med å fjerne avsetningene inkluderer: Pluggkjøring (pigging): mekanisk avskraping av voks fra rørveggen ved

regelmessige intervaller.

Kjemisk inhibering: tilsetning av kjemikalier som hindrer voksavsetning. Direkte Elektrisk Oppvarming (Direct Electrical Heating) (DEH): elektrisk oppvarming holder rørledningen varm (over temperaturen for vokstilsynekomst (wax appearance temperature)).

Pluggkjøring er en kompleks og kostbar operasjon. Dersom ingen sløyfe er tilgjengelig må en plugg innsettes under vann anvendende fjernkontrollerte redskaper. Dersom mer voks avsettes enn det pluggdiameteren er designet for kan pluggen bli sittende fast i rørledningen, som resulterer i kostbare operasjoner og stopp i produksjon for å fjerne pluggen.

Kjemisk inhibering er også kostbart og der er nåværende ingen kjemikalier tilgjengelig som fullstendig reduserer voksavsetning. Resultatene av slik inhibering er usikre og intervallene og mengdene av kjemikalier anvendt er derfor ofte unødig høy. Videre er kjemikaliene som benyttes klassifisert som meget problematiske miljømessig og doseringen av slike kjemikalier bør holdes til et minimum.

Elektrisk oppvarming over temperaturen for vokstilsynekomst er meget kostbart grunnet både høye installasjons- og driftskostnader. Følgelig er elektrisk oppvarming ikke gjennomførbart for langdistansetransport.

Hastigheten av avsetning på innsideoverflaten av en rørledning som leder en flerfase-strøm av hydrokarboner varierer ifølge flere parametere, slik som den omgivende temperaturen (underjordisk, luft, sjøvann), strømtemperaturen, trykket på innsiden av rørledningen, sammensetningen av strømmen og fordelingen av faser i strømmen. Uten muligheten til å måle tykkelsen av avsetningene i rørledningen eller utstyret, anvendes tiltakene over relativt ofte for å være på den sikre siden, for å unngå problematiske oppbygninger avsetninger. Dette resulterer i økte kostnader og risiko i produksjon samt en negativ påvirkning på miljøet.

Intervallene av tiltakene anvendt er kun basert på erfaringsdata av oppbygning i test-strømmer som ikke nødvendigvis opptrer likt de virkelige strømmene. I tillegg til det faktum at forskjellige strømmer ved forskjellige produksjonssteder opptrer forskjellig, grunnet forskjeller i fluidparametrene nevnt over, (temperatur, trykk, sammensetning, fasefordeling), vil disse parametrene også endre i tid innen én enkel strøm. Dette kan være grunnet endringer av egenskapene av den produserte oljen og gassen som varierer i et reservoar avhengig av graden av utnyttelse og fra reservoar til reservoar. I tillegg, kan profilen eller formen på rørledningen eller ethvert prosessutstyr ha en påvirkning på hastigheten av avsetningsoppbygging, som ikke er mulig å simulere på korrekt måte i et laboratorium.

For å vite når behandlingsteknikker (for eksempel pluggkjøring, oppvarming, etc.) må anvendes, er det derfor essensielt å kjenne den aktuelle tykkelsen av vokslaget.

Kjente teknikker for å bestemme eller måle det aktuelle vokslagets tykkelse inkluderer anvendelsen av rørledningskontrollverktøy (plugger), trykkpulsteknikker, og trykkfalls-målinger (over den fullstendige rørledningen).

Imidlertid har hver av disse kjente teknikkene flere ulemper. For eksempel gir plugger og trykkpulsteknikker ingen kontinuerlig måling, og de kan forstyrre driftsprosedyrer, samt være kostbare. Videre gir trykkfallmålinger kun en integralmåling over hele rørlengden, ikke for spesifikke problematiske områder, og det målte trykkfallet blir påvirket av et antall andre parametere enn vokstykkelse (for eksempel ruheten på innsiden av rørledningen), slik at det er egentlig ikke noe direkte sammenheng med vokstykkelse.

US 6,886,393 beskriver en fremgangsmåte for å detektere avsetninger på innsiden av et fluidtransporterende rør ved anvendelse av en varmekilde og en sensor, begge montert på et rør og spredt fra hverandre. Varmekilden tilveiebringer en termisk gradient og sensoren måler den resulterende varmefluksen som påvirkes av tilstedeværelsen av avsetninger i røret ettersom varme diffunderer inn i fluidet når ingen avsetning er til stede, eller overført av røret når en avsetning er til stede og virker som termisk isolasjon. En grense for den målte varmefluksen anvendes for å indikere tilstedeværelsen av avsetninger. US 6,886,393 indikerer også at tykkelsen av avsetningen kan bestemmes ved å sammenligne den målet varmefluksen med en varmefluks målt under et kalibreringstrinn, imidlertid er ingen detaljer på slik kalibrering gitt.

Imidlertid vil varmefluksen påvirkes av fluidparameterne nevnt over, (temperatur, trykk, sammensetning, fasefordeling), som endres konstant. Fremgangsmåten beskrevet i US 6,886,393 har ingen måter å kalibrere deretter, ved å ta disse parameterne inn i beregning når et avsetningslag er til stede, og vil derfor ikke tilveiebringe nødvendig nøyaktighet i tykkelsesberegning.

Derved er det et behov for en fremgangsmåte for å bestemme tykkelsen av prosesside-veggavsetningene i rørledninger eller produksjonsutstyr som leder flerfasestrøm som kan utføre kalibreringsmålinger samtidig som sanntidsmåling av avsetningstykkelse.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å i det minste delvis overvinne de ovennevnte problemene, og å tilveiebringe en forbedret metode for måling av vokstykkelse. Dette formålet og andre formål som vil bli åpenbare fra den følgende beskrivelsen, oppnås ved en fremgangsmåte og anordning ifølge de vedføyde uavhengige kravene. Fordelaktige utførelser er fremsatt i de vedføyde avhengige kravene.

Ifølge et første aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å måle tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av en struktur som leder en fluidstrøm av hydrokarboner, fremgangsmåten omfatter trinnene av å: a) påføre en første varmepuls eller kontinuerlig oppvarming til minst en første seksjon av strukturen som fjerner avsetninger på den indre veggen av den første seksjonen av strukturen; b) påføre en andre varmepuls til både den første seksjonen av strukturen og minst én andre seksjon av strukturen, den første og andre seksjonen er spredt fra hverandre, hvilken varmepuls ikke løsner noen materialavsetning i den andre seksjonen; c) måle temperaturen av veggen av strukturen eller fluidet under den andre varmepulsen ved både den første og andre seksjonen; og d) bestemme tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av strukturen ved den andre seksjonen basert på de målte temperaturene.

Foreliggende oppfinnelse er basert på ligningene som beskriver transient varme-overføring ved kombinert ledning og konveksjon, basert på informasjon oppnådd fra en indusert transient temperaturrespons. Ligningene for varmeoverføringen (for plan parallell geometri) er:

der

Q = varmeledningstall (W)

A - varmeoverføringsareal (m<2>)

U = total varmeoverføringskoeffisient (W/(m<2->K))

AT = forskjell i temperatur

Tsmsor = temperatur ved sensorplassering på utvendig rørradius

TproSess= temperatur av prosessfiuid som strømmer i røret

I et rent rør uten avsetninger er den totale varmeoverføringskoeffisienten: mens i et rør med avsetninger er ligningen:

der

Svegg = tykkelse av rørvegg

kVegg = termisk ledningsevne av rørmaterialet (W/mK)

Avsetning = tykkelse av avsetningen

kavsetning = termisk ledningsevne av avsetningen (W/mK)

h = intern varmeoverføringskoeffisient (W/(m -K))

Det antas at den interne varmeoverføringskoeffisienten h (som beskriver varme-strømmen fra hovedprosessfluidet til veggen) er det samme enten en avsetning er til stede eller ikke. Avsetningen ansees som en del av veggstrukturen der varmeoverføring skjer kun ved ledning. Ettersom røret er effektivt isolert på utsiden, er den eksterne varmekoeffisienten ikke tatt i betraktning.

Ved å måle responsen på en ren seksjon av en rørledning der både veggtykkelsen av røret & egg, og den termiske ledningsevnen av rørmaterialet kvegg er kjent, kan varme-overføringskoeffisienten h, beregnes ved ligning (II).

Videre er det antatt at den termiske ledningsevnen av kavSetmng av det avsatte materialet er konstant og kan være basert på laboratoriemålinger av lignende avsetninger for alle praktiske anvendelser.

Den totale varmeoverføringskoeffisienten U, kan beregnes basert på den transiente temperaturresponsen på en temperaturøkning forårsaket ved et varmelement lokalisert på den eksterne siden av strukturveggen ifølge ligning (III). Den totale varmeover-føringskoeffisienten U, er ømfintlig for belegg eller avsetninger på veggen, for eksempel voks, avleiring, hydrater, etc.

Det er derfor mulig å bestemme avsetningstykkelsen SaVsetmng på ethvert vegglag, dersom den termiske ledningsevnen kavse„ i„ g av materialet, er kjent og den interne varmeover-føringskoeffisienten h for den rene strukturen, er kjent.

Den interne varmeoverføringskoeffisienten h, påvirkes ikke av avsetningen, men er følsom for fluidegenskapene og regimet av fluidet som strømmer i røret. Derved er en konstant kalibrering nødvendig for å ta i betraktning den konstante endringen i prosess-fluidsammensetning og faser over tid.

Den interne varmeoverføringskoeffisienten h for den rene strukturen, kan derved bestemmes ved å fjerne avsetningen. Fjerning utføres ved å bringe temperaturen av den indre veggen av strukturen over temperaturen for avsetningstilsynekomst, i tilfellet av voks over temperaturen for vokstilsynekomst (WAT), og for hydrater over temperaturen for hydrattilsynekomst.

I én utførelse av oppfinnelsen, omfatter derved en varmepuls minst én oppvarmingssyklus etterfulgt av en avkjølingssyklus.

I en ytterligere utførelse av oppfinnelsen bringer den første varmepulsen eller den kontinuerlige oppvarmingen temperaturen av den indre veggen av strukturen av den første seksjonen over temperaturen for avsetningstilsynekomst, slik som over omtrent 30 °C.

I en annen utførelse, bringer den andre varmepulsen temperaturene av de indre veggene av strukturen av den første og andre seksjonen over deres driftstemperaturer, men ved den andre seksjonen under temperaturen for vokstilsynekomst, slik som i størrelses-orden av omtrent 10 °C over deres respektive driftstemperaturer.

I en annen utførelse, bestemmes tykkelsen av avsetningene på den indre veggen ved den andre seksjonen av strukturen ved å korrelere temperaturene målt ved de første og andre seksjonene ved en forhåndsbestemt tid etter den andre varmepulsen.

Temperaturmålingene i trinn (c) kan utføres innen strukturveggen ved en bestemt avstand fra strukturens ytre og/eller indre overflater eller på den ytre overflaten av strukturen.

I en ytterligere utførelse kan fremgangsmåten omfatte ytterligere andre seksjoner på strukturen for å utføre trinnene (b)-(d) for å bestemme avsetningstykkelser på den indre veggen ved andre steder av strukturen og/eller ytterligere første seksjoner på strukturen for å utføre trinnene (a)-(d) for å overvåke funksjonaliteten av avsetningsfjerning av andre første seksjoner. Alternativt kan fremgangsmåten omfatte å forutsi tykkelsen av enhver avsetning av materiale ved én eller flere deler av strukturen fjernt fra andre seksjoner ved å legg inn den bestemte tykkelsen i en materialavsetningsmodell av strukturen.

Ifølge et andre aspekt av oppfinnelsen, er det tilveiebrakt en anordning tilpasset til å utføre den ovennevnte beskrevne metoden. Derfor vedrører oppfinnelsen også en anordning for å måle tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av en struktur som bærer en hydrokarbonfluid, anordningen omfatter: - minst én første enhet, omfattende en første sensoranordning som kan plasseres på strukturen eller i fluidet, for å detektere temperaturer av struktur eller fluid, og en første oppvarmingsanordning som kan plasseres på utsideveggen av strukturen i nærheten av sensoranordningene for oppvarming av strukturen. - minst én andre enhet, omfattende en andre sensoranordning som kan plasseres på strukturen av fluidet, for å detektere temperaturer av strukturen eller fluidet, og en andre oppvarmingsanordning som kan plasseres på utsideveggen av

strukturen i nærheten av sensoranordningen for å varme opp strukturen,

der den andre enheten er posisjonert ved en avstand fra den første enheten, og der den første enheten og andre enheten er koblet til en første anordning for å bestemme tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av strukturen basert på varmefluksen målt av den første og andre enheten.

I én utførelse av oppfinnelsen er den første og andre sensoranordningen av den første og andre enheten posisjonert i veggen av strukturen ved en bestemt avstand fra strukturens ytre og/eller indre overflater eller ved den ytre overflaten av strukturen, valgfritt under den tilsvarende oppvarmingsanordningen.

I en ytterligere utførelse kan den første og andre enheten spennes fast på den ytre overflaten av strukturen, og strukturen og den første og andre enheten dekkes av et isolasjonslag.

I én utførelse er den første anordningen en sentral behandlingsenhet, slik som en datamaskinanordning, som kontrollerer oppvarmings- og avkjølingssyklusene av første og andre anordning ifølge fremgangsmåten over, mens temperaturene fra den første og andre enheten registreres, fortrinnsvis ved en forhåndsbestemt tid i avkjølingssyklusen, og enda mer foretrukket beregner tykkelsen av avsetningene i strukturen basert på registrerte temperaturer.

I et tredje aspekt, vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å fjerne avsetninger på de indre veggene av en struktur som transporterer hydrokarbonfluid, når en grense for avsetningstykkelse har blitt nådd, omfattende å måle avsetningstykkelsen ifølge fremgangsmåtene over, ved forhåndsbestemte intervaller og automatisk initiere fjerning av avsetninger ved en forhåndsbestemt tykkelsesverdi.

Fremgangsmåten kontrolleres fortrinnsvis ved en automatisert kontroll, slik som en datamaskin.

Foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet i ytterligere detalj ved hjelp av utførelseseksempler og med referanse til de vedføyde tegninger, ingen av hvilke bør tolkes som begrensende for omfanget av oppfinnelsen.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser en måleenhet ifølge en utførelse av oppfinnelsen.

Figur 2 viser en måleanordning ifølge en utførelse av oppfinnelsen.

Figur 3 viser et eksempel x-y diagram, som viser Tid mot Rørledning veggtemperaturer. Figur 4 viser et eksempel x-y diagram, som viser Avsetningstykkelse mot Rørledning veggtemperaturer. Figur 5 viser en alternativ måleanordning ifølge en utførelse av oppfinnelsen.

Definisjoner

Fluidstrømmen som foreliggende oppfinnelse kan anvendes på kan være en enkelfase-eller flerfasestrøm omfattende hydrokarboner og valgfritt H2O og/eller gasser slik som CO2, H2S etc. og/eller salter og/eller additiver slik som forskjellige inhibitorer. Fordelaktig kan foreliggende oppfinnelse anvendes på ethvert utstyr som transporterer hydrokarboner.

Utstyret kan være enhver type prosessutstyr som anvendes for å transportere hydrokarboner slik som brønnen i seg selv, brønnhodet og enhver rørledning og toppside utstyr anvendt i utviklingen eller behandlingen av hydrokarboner.

Det "utfellende materialet" her referert til som "voks" som anvendt innen dette dokumentet refererer til faststoffer som felles ut fra fluider grunnet termodynamiske endringer. Disse faststoffene inkluderer faststoff typisk oppløst i råolje ved brønnhode- betingelser slik som asfaltener, høyere parafiner, hydrater, og uorganiske og organiske salter. Sammensetningen av voksen vil avhenge av opphavet til fluidstrømmen.

"Temperaturen for avsetningstilsynekomst" (desposit appearance temperature) og "temperaturen for avsetningsdannelse" (desposit formation temperature) er den samme og er å ment å forstås som den høyeste temperaturen ved hvilken en avsetningsutfelling observeres, for voks "temperaturen for vokstilsynekomst" (wax appearance temperature) (WAT) og for hydrater "temperaturen for hydrtattilsynekomst" (hydrate appearance temperauture). Den eksakte temperaturen vil avhenge av fluidsammensetningen og trykket. Imidlertid kan en fagpersonen enkelt oppnå denne verdien for eksempel gjennom enkel eksperimentering.

"Hovedstrøm temperaturen" (bulk flow temperature) er temperaturen av prosess-fluidstrømmen.

Betegnelsen "oppvarmingsanordning" kan omfatte enhver type oppvarmingsanordning anvendbar for de spesifikke behov, slik som et elektrisk oppvarmingselement, Direkte Elektrisk Oppvarming (Direct Electrical Heating) (DEH), indusert oppvarming eller anvendelsen av en varmeveksler, slik som et vannringrom rundt en seksjon av rør eller enhver utstyrsdel.

Detaljert beskrivelse

Foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i mer detalj med referanse til den vedlagte

Fig. 1, som viser et detaljert skjematisk overblikk av en enhet for å måle tykkelsen av enhver avsetning av materiale på en indre vegg av en struktur ifølge en utførelse av foreliggende oppfinnelse.

En måleenhet 10 i Fig. 1 er i denne utførelsen anvendt på en rørledning 100 som fører en hydrokarbonfluidstrøm 200, rørledningen 100 omfatter en rørvegg 1, normalt laget at stål. Rørveggen omfatter en innvendig overflate 2 mot hovedfluidet som transporteres av rørledningen og en ytre vegg 3, som i dette tilfellet er dekket av et isolerende lag 4. Et avsetningslag 201 er vist til stede på den indre overflaten 2 av rørveggen 1.

Måleenheten 10 kan installeres ved først å fjerne noe av isolasjonen 4 fra stålrøret, slik som ved innsnitt 6 kuttet inn i isolasjonen, fjerne isolasjonen og feste måleneheten 10 på røret og deretter erstatte den utkuttete isolasjonen på toppen av måleneheten, som derved også beskytter enheten fra skade. Måleenheten 10 omfatter en varmesensor 11, fortrinnsvis av punktstørrelse, som kan plasseres direkte på utsideoverflaten 3 av stål-veggen 1, og en varmeanordning 12 i formen av et varmelement som dekker varmesensoren 11, varmeanordningen 12 er fortrinnsvis relativt flat. Varmeanordningen 12 kan fortrinnsvis være fullstendig eller delvis viklet rundt røret 1. Alternativt er varmesensoren 11 og varmeanordningen 12 integrert som én enhet for enkelhet ved installasjon.

Fig. 2 viser en måleanordning 500 ifølge oppfinnelsen som omfatter en første og andre (måle-)enhet, henholdsvis 20 og 30, plassert på henholdsvis første og andre seksjoner av røret, og spredt en avstand D fra hverandre. Både den første 20 og andre 30 enheten kan konstrueres som den ovennevnte måleenheten 10, omfattende en varmesone med varmeanordninger i formen av varemelementer 22 og 32 og en utløpstemperaturmåling i formen av en varmesensoranordning 21 og 32. Temperaturmålingen utføres på rør-veggen, og begge måleenhetene 20 og 30 kan være av påklemmingstypen for enkelhet ved installasjon.

Den første enheten 20 er i denne utførelsen posisjonert nedstrøms fra den andre enheten 30, men den motsatte posisjoneringen er også mulig. I tillegg, kan temperaturmålingene alternativt utføres direkte i fluidet eller innen rørveggen ved visse bestemte avstander fra rørets ytre og/eller indre overflater, men dette ville kreve forhåndsinstallasjon av enhetene, slik som under produksjon av røret, eller mer ekstensivt installasjonsarbeid, det sistnevnte er mer kostbart enn en "påklemmingsløsning".

Den første enheten 20 av måleanordningen 500 ifølge oppfinnelsen anvendes for referanse/kalibreringsmålinger av flerfasestrømmen ved en rørseksjon uten avsetning, fortrinnsvis i sanntid.

Den første måleenheten 20 drives derfor enten mellom vokstykkelsesmålingene ved å påføre en forberedende høytemperaturpuls i en rengjøringssyklus, eller ved en konstant høy temperatur, begge utførelser tilveiebringer nok varme til å fjerne enhver voks- eller hydratavsetning på den interne veggen 2 av dens rørseksjon. Dette er indikert i figur 2 der intet avsetningsmateriale 201 er til stede på innsideveggen 2 av en første rørseksjon dekket av den første oppvarmingsanordningen 22 av den første måleenheten 20. Det bør også noteres at begge oppvarmingsanordningene av de to seksjonene i figur 2 omgir rørledningen 1, indikert ved at hver varmeanordning er til stede på både topp- og bunn- delene av rørledningen 1, mens i figur 1 omgir varmeanordningene 12 kun delvis rørledningen 1. Avhengig av mengden av varme levert av den første varmeanordningen 22, må avsetningsmaterialet direkte under den tilsvarende varmesensoren 21 minst fjernes, fortrinnsvis også avsetningene direkte under varmeanordningen 22, og alternativt også tilstøtende avsetninger i noen utstrekning. Dersom noen indre over-flatearealer av røret tilstøtende arealet direkte under varmeanordningene rengjøres ved de første varmeanordningene, kan den tilsvarende varmesensoren alternativt posisjoneres på enhver side av oppvarmingsanordningen under hvilken den indre veggoverflaten av røret er rent. Dette kan for eksempel være tilfellet ved det umiddelbare nedstrømsområdet av varmeanordningene.

Høy temperatur i denne sammenheng betyr en temperatur over temperaturen for avsetningstilsynekomst; over temperaturen for vokstilsynekomst (WAT) for vokser og over temperaturen for hydrattilsynekomst for hydrater.

Det har blitt oppdaget at det er mulig å løsne allerede avsatt voks fra en rørvegg ved å raskt øke veggtemperaturen over WAT som en begrenset puls som ikke oppløser voksen men kun løsner den, som derved muliggjør transport av voksen som partikler. Voksen rives av veggen ved fluidprosesstrømmen som faste partikler og kan transporteres nedstrøms og har ingen eller meget liten tendens for å avsettes på vegger eller andre overflater av strukturer.

Voksen i den første seksjonen kan derved løsnes enten som faste deler ved en slik begrenset varmepuls eller ved å smelte voksen ved en lenger varmepuls fra oppvarmingsanordningen 22 for å rengjøre seksjonen før en målesyklus. Alternativt kan kontinuerlig oppvarming ved oppvarmingsanordningen 22 holde den første seksjonen ren hele tiden. Å smelte voks gjenoppløser voksen i strømmen, som transporterer den nedstrøms der den kan avsettes igjen på rørveggen, eller enhver annen overflate av utstyr som håndterer strømmen, som er uønsket. Spesielt kan slik gjenavsetning oppstå ved sårbare posisjoner, der lokal oppbygging av voks kan oppstå. Derfor kan det å holde rørveggen ved driftstemperatur, som tillater avsetninger å bygges, og deretter tilveiebringe en kort varmepuls for å fjerne avsetningene som partikler før en måleskylus være fordelaktig.

Rengjøringssyklusen er viktig for å oppnå en referanse/kalibreringsverdi for varmeover-føringskoeffisientene ettersom varmeoverføringskoeffisientene av flerfasestrøm ikke er kjent som sådan. Derved, under denne rengjøringssyklusen kan den første enheten 20 måle varmeoverføringen fra rørveggen (stålet) til flerfasestrømmen.

Etter rengjøringssyklusen, eller under den kontinuerlige rengjøringen, er innsideveggen 2 av rørseksjonen av den første enheten 20 ren og fri for alle avsetninger og klar for anvendelse som referanse/kalibrering under målesyklusen av vokstykkelsen, ved posisjonen av den andre enheten 3. Den indre veggoverflaten 2 av rørledningen under den første enheten 20 ansees å forbli ren for formålet av målesyklusen, ettersom avsetningsoppbygging er ubetydelig i den korte varigheten av målesyklusen. I prinsippet, blir den første måleenheten 20 derfor betraktet som å måle på en ren rørseksjon.

For å utføre målesyklusen for måling av vokstykkelsen, kjører både den første 20 og andre 30 enheten den samme oppvarmings/kjølesyklusen av varmelementene 22 og 32 og for begge enhetene blir temperaturendringen under oppvarming/avkjølingssyklusen registrert av henholdsvis varmesensorene 21 og 3log blir fortrinnsvis overført til en første anordning 400, som fortrinnsvis er en kontroll- og registreringsenhet, slik som en datamaskin. Utløsing av rengjørings- og oppvarmingssyklusene kontrolleres også fortrinnsvis av den føreste anordningen.

De første 20 og andre 30 enhetene kan være identiske for enkel produksjon og levering, samt installasjon, men varmekraften av minst den første enheten må være stor nok for å ikke bare tilveiebringe en målepuls, men også tilveiebringe en rengjøringspuls for å fjerne avsetninger som nevnt over.

Ved å generere en kort og konstant krafttilføring fra varmelementene 22 og 32, vil henholdsvis temperatursensorene 21 og 31, under nevnte elementer, registrere en temperaturstigning mot tid som vist i grafen ifølge figur 3. Så snart oppvarmingselementene er skrudd av, vil temperaturen av rørveggen synke, som registrert av den første og andre sensoren 21 og 31.

Figur 3 viser et x-y-diagram, der Rørledningsveggtemperaturer er plottet mot Tid. Ved omtrent null tid er rørveggen for eksempel ved en driftstemperatur, slik som omtrent 19,5<*>C, uten noe varme tilført av varmeelementene. En målesyklus startes ved det konstante effektutslippet av oppvarmingselementene som påføres i en forhåndsbestemt periode, som sees av den jevne temperaturøkningen målt av varmesensorene. Denne stigning i temperatur av den ytre rørledningsveggen 3 er praktisk talt identisk både med og uten avsetning.

Ved en maksimal tilført temperatur, eller i dette tilfellet ved en forhåndsbestemt tid, blir kraften av varmeelementene skrudd av, og temperaturfallet i rørledningen registreres. Resultatene i figur 3 viser klart at hastigheten ved hvilken temperaturen faller er en funksjon av avsetningslagtykkelsen. Veggavsetningen 201 virker som et isolerende lag som reduserer veggvarmefluksen og sakner ned kjølehastigheten av rørveggen. Desto tykkere avsetning, jo lenger tid tar det for rørveggen å avkjøles ned til den andre seksjonen. Bunntemperaturkurven i diagrammet av figur 3 vil tilsvare målingen av den første måleenheten 20 som måler temperaturutviklingen på en ren indre rørvegg.

Det bør noteres at den maksimale anvendte temperaturen er relativt lav, i dette tilfellet under 30°C, slik som omtrent 29,5<>C, ettersom varmepulsen som genereres under målesyklusen ikke må bringe den indre rørveggtemperaturen av den andre rørseksjonen over tilsynekomsttemperaturen for avsetningen, som for voks kan være omtrent 30°C. Dersom temperaturen av den andre rørseksjonen bringes over denne grensen, eller dersom oppvarmingen påføres for lenge, kan voks og/eller hydratavsetningen løsne og bli revet av den indre rørveggen av fluidstrømmen, og målingene av avsetningstykkelsen ville blitt kompromittert ettersom tykkelsen under den andre enheten ikke ville tilsvart den totale avsetningstykkelsen i rørledning/utstyr, men være mindre viktig, som kan forårsake feilvurdering av når tiltak for å utføre avsetningsfjerning skal gjøres.

I tilfellet av en kontinuerlig oppvarming av den første seksjonen, blir det første varme-lementet 22 forsynt med en ytterligere effekt under målesyklusen lik effekten levert til den andre seksjonen, ved den andre varmeanordningen 32. Således registrerer den første temperatursensoren 21 i en slik utførelse temperaturkurven fra en annen baselinje-temperatur, slik som ved en temperatur over 30°C, og de registrerte temperaturene korrigeres og korreleres til registreringene av den andre sensoren. Dersom for eksempel den normale veggtemperaturen uten oppvarming er 20°C og målevarmepulsen ved den andre seksjonen stiger til 30°C under varmepulsen, så kan den første referansesensoren 21 av den første enheten 20, drives permanent ved 50°C (dvs. over WAT) med den første varmeanordningen 22 som tilveiebringer en varmepuls opptil 60°C. En nødvendighet vil være at materialegenskapene ikke er naturavhengige.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er i en foretrukket utførelse ikke-forstyrrende og kan være av påklemmingstypen, som gjør den rask og enkel å installere både på eksisterende og nytt utstyr, og til og med å flytte til forskjellige steder eller erstatte i tilfelle av skade er funksjonsfeil. Anordningen kan også integreres i rør og utstyr, fortrinnsvis under produksjonen av slike deler.

Eksempel 1

Det følgende eksempelet viser en fremgangsmåte for å utføre en måling med forskjellige avsetningstykkelser, med referanse til figur 3 og figur 4: Etter en rengjøringssyklus ved den første enheten 20, omfattende aktivering av det første varmeelementet 22, som varmer innsideveggen 2 av en rørledning over temperaturen for vokstilsynekomst, og avkjøling av rørveggen 1 i den første seksjonen til den samme temperaturen som det av den andre seksjonen, slås varmelementene 22 og 23 på fra t=10s til t=40s med en konstant elektrisk effekt på 400W.

Denne oppvarmingen genererer en lineær stigning i den målte temperaturen ved posisjonen av varmesensorene som det kan sees i figur 3. Når varmelementene slås av, vil den genererte varmen spre seg. Grunnet den isolerende effekten av avsetningen vil dette ta lenger tid med økende avsetningstykkelse. En viss måletid t(måling) er definert, fortrinnsvis ved en tid der spredningen mellom temperaturkurvene for minimum og maksimum avsetningstykkelse er størst, for å oppnå den beste oppløsningen og nøyaktighet av målingene. Minimumsavsetningskurven, dvs. den nedre kurven i figur 3 vil være kurven av den første temperatursensoren 21, (og også den andre sensoren 31 i tilfellet ingen avsetninger er til stede, hvilket resultat vil tolkes som et rent rør). Den maksimale avsetningskurven vil være den av den andre temperatursensoren 31 og posisjonen og profilen av kurven vil avhenge av avsetningstykkelsen.

I dette eksempelet oppstår den største spredningen mellom minimumskurven og maksimumskurvene ved t=400s. Ved dette tidspunktet registreres en måling av verdien T(måling) og korreleres til avsetningstykkelsen. Temperaturene ved den valgte tiden etter at varmeelementet er slått av anvendes for beregningen av veggtykkelsen som vist i figur 4.

Diagrammet i figur 4 viser kurven av den beregnete avsetningstykkelsen med de målte temperaturverdiene av T(måling), tatt ved tiden t(måling), i dette eksempelet ved t=400. For eksempelet vist her generer en avsetningstykkelse på kun 0,1 mm en temperaturforskjell på nesten 1°C, vist som den andre punktverdien fra venstre på kurven, en temperaturforskjell som er uproblematisk å detektere med nåværende tilgjengelige temperatursensorer. Således kan fremgangsmåten tilveiebringe målinger av høy nøyaktighet, spesielt i forhold til de store diameterne av oljerørledninger som for eksempel kan være i størrelsesorden fra 10 til 1400 cm, og normalt mellom 50 og 120 cm.

Eksempel 2

I et alternativt arrangement av foreliggende oppfinnelse som illustrert i figur 5, er flere måleenheter 20, 30,40 og 50 av typen beskrevet over arrangert ved forskjellige steder langs rørledningen. Videre er en sentral behandlingsenhet 400 (for eksempel en datamaskin) tilveiebrakt, hvilken sentrale behandlingsenhet er tilpasset til å motta lokale vokstykkelsesdata fra alle måleanordningene.

Ved å inkludere ytterligere enheter av den andre typen 30, slik som anordning 50, kan lokale avsetningstykkelser måles ved forskjellige steder, basert på en sentral kalibrering av én enhet av den første typen 20. Ved å inkludere ytterligere enheter av den første typen 20, slik som enhet 40, kan referansedataene og kalibreringen av andre typer enheter, slik som enhet 20 overvåkes og kontrolleres mot feilfunksjon, som kan får alvorlige virkninger. I tillegg, kan slike ytterligere første type enheter alternativt også anvendes som andre type enheter etter en rengjøring av rørledningen om ønskelig.

De mottatte data kan også anvendes av behandlingsenheten 400 for å forutsi tykkelsen av vokslaget ved steder fjernt fra der måleenhetene er lokalisert, anvendende en voksavsetningsmodell av rørledningen, samt å oppdatere voksavsetningsmodellen av rørledningen.

Det er opplagt at arrangementet i figur 5 også kan anvendes uten voksavsetningsmodellen. I en slikt tilfelle er resultatet flere punktmålinger, én ved posisjonen av hvert par med måleenheter som utgjør separate måleenheter, slik som paret med enheter 20 og 30 og paret med enhetene 40 og 50, der hvert par med enheter minst omfatter en enhet for både rengjørings- og målesyklus, og én enhet for målesyklus. Dette arrangementet vil være spesielt anvendbart ved måling på steder med forskjellige materialegenskaper og typer strukturer, slik som forskjellige typer rørledninger med forskjellig tykkelse, materiale etc, eller forskjellige typer utstyr koblet til rørledningen eller hverandre.

Konklusjon

Løsningene for det transiente systemet er matematisk godt definerte, og det er mulig å utføre beregningene som gir temperaturresponsen for en gitt avsetningstykkelse (for eksempel figur 3). Det er også mulig å gjøre beregningene i motsatt rekkefølge; fra en transient temperaturrespons er det mulig å beregne avsetningstykkelsen.

Oppfinnelsen anvender de varmeisolerende egenskapene av en avsetning for å måle dens tykkelse ved analysen av en transient respons. En transient analyse resulterer i en betydelig høyere nøyaktighet enn en stabil-tilstandsanalyse. En referanseføler (slik som den første måleenheten 20) anvendes for å eliminere påvirkningen av flerfasestrøm-oppførsel på varmeoverføring som sikrer anvendbarhet for alle typer flerfasestrøm-regimer.

Fremgangsmåten tilveiebringer ikke-forstyrrende, relativt rimelig, nøyaktig og hyppig brukbar måling av oppbygning av voksavsetning. Videre er fremgangsmåten ikke forstyrrende ved anvendelse av en "påklemming" design og kan festes til røret etter konstruksjon uten å forstyrre driften.

Oppbygningen av voksavsetning kan måles uten noe utstyr i hovedstrømmen og derved beholde en klar pluggbane for avsetningsfjerning når nødvendig. Videre kan målinger utføres ofte, for eksempel daglig som derved tilveiebringer klar kontroll av voks-tykkelsesvekst, og indikerer det riktige tidspunktet for mottiltak.

Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er kostnadseffektivt dersom det samme prosessutstyret, slik som et vannringvolum, til stedet for voksfjerning, kan brukes igjen for måleformålet.

Som notert i eksempel 2, kan systemet drives med avstandavhengighet for lange rørsegmenter ved å måle temperaturene ved mellompunkter.

Fagpersonen vil forstå at foreliggende oppfinnelse på ingen måter er begrenset til de(n) foretrukne utførelsen(e) beskrevet over. Tvert imot er mange modifikasjoner og variasjoner mulige innen omfanget av de vedføyde krav.

For eksempel er foreliggende oppfinnelse anvendbar for alle typer strukturer eller beholdere som håndterer hydrokarbonstrømmer omfattende komponenter som mulig avsettes på beholderveggen, for eksempel voks, avleiringer, hydrater etc.

Claims (31)

1. En fremgangsmåte for å måle tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av en struktur som leder en fluidstrøm av hydrokarboner,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter trinnene av å: a) påføre en første varmepuls eller kontinuerlig oppvarming til minst en første seksjon av strukturen som fjerner avsetninger på den indre veggen av den første seksjonen av strukturen; b) påføre en andre varmepuls til både den første seksjonen av strukturen og minst én andre seksjon av strukturen, den første og andre seksjonen er spredt fra hverandre, hvilken varmepuls ikke løsner noen materialavsetning i den andre seksjonen; c) måle temperaturen av veggen av strukturen eller fluidet under den andre varmepulsen ved både den første og andre seksjonen; og d) bestemme tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av strukturen ved den andre seksjonen basert på de målte temperaturene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der en varmepuls omfatter minst én oppvarmingssyklus etterfulgt av en avkjølingssyklus.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der den første varmepulsen eller den kontinuerlige oppvarmingen bringer temperaturen av den indre veggen av strukturen av den første seksjonen over temperaturen for avsetningstilsynekomst, i tilfellet av voks over temperaturen for vokstilsynekomst (WAT), for hydrater over temperaturen for hydratdannelse.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-3, der den andre varmepulsen bringer temperaturen av de indre veggene av strukturen av den første og andre seksjonen over deres driftstemperaturer, men ved den andre seksjonen under temperaturen for avsetningstilsynekomst, i tilfellet av voks under temperaturen for vokstilsynekomst (WAT), og for hydrater under temperaturen for hydratdannelse.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, der temperaturen for avsetningstilsynekomst er omtrent 30°C.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-5, der den andre varmepulsen forårsaker en temperaturforskjell av de indre veggene av strukturen i både den første og andre seksjonen i størrelsesorden av omtrent 10°C over deres respektive driftstemperaturer.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-6, der tykkelsen av avsetningene på den indre veggen ved den andre seksjonen bestemmes av strukturen ved å korrelere temperaturene målt ved den første og andre seksjonen ved en forhåndsbestemt tid etter den andre varmepulsen.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-7, der temperaturmålingene i trinn (c) utføres innen strukturveggen (1) ved en bestemt avstand fra strukturens ytre og/eller indre overflater.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 -7, der temperaturmålingene i trinn (c) utføres på den ytre overflaten av strukturen.

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-9, som ytterligere omfatter andre seksjoner på strukturen for å utføre trinnene (b)-(d) for å bestemme avsetningstykkelser på den indre veggen ved andre steder av strukturen.

11. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-10, som ytterligere omfatter første seksjoner på strukturen for å utføre trinnene (a)-(d) for å overvåke avsetningsfjerningsfunksjonaliteten av andre første seksjoner.

12. Fremgangsmåte ifølge kravene 10 eller 11, ytterligere omfattende å forutsi tykkelsen av enhver avsetning av materiale ved én eller flere deler av strukturen fjernt fra andre seksjoner ved å legge inn den bestemte tykkelsen inn i en materialavsetningsmodell av strukturen.

13. En anordning (500) for å måle tykkelsen av enhver avsetning (201) av materiale på den indre veggen (2) av en struktur (1) som bærer en hydrokarbonfluid (200),karakterisert vedat anordningen omfatter: - minst en første enhet (20), omfattende en første sensoranordning (21) som kan plasseres på strukturen (1) eller i fluidet (200), for å detektere temperaturer av struktur (1) eller fluid (100), og en første oppvarmingsanordning (22) som kan plasseres på utsideveggen (3) av strukturen i nærheten av sensoranordningene (22) for oppvarming av strukturen (1). - minst en andre enhet (30), omfattende en andre sensoranordning (31) som kan plasseres på strukturen (1) eller i fluidet (200), for å detektere temperaturer av strukturen (1) eller fluidet (100), og en andre oppvarmingsanordning (32) som kan plasseres på utsideveggen (3) av strukturen i nærheten av sensoranordningen (31) for å varme opp strukturen (1), der den andre enheten (30) er posisjonert ved en avstand fra den første enheten (20), og der den første enheten (20) og andre enheten (30) er koblet til en første anordning (400) for å bestemme tykkelsen av enhver avsetning av materiale (201) på den indre veggen (2) av strukturen (1) basert på varmefluksen målt av den første og andre enheten.

14. Anordning ifølge krav 13, der den første og andre sensoranordningen (21) og (31) av den første og andre enheten er posisjonert i veggen av strukturen ved en bestemt avstand fra strukturens ytre og/eller indre overflater.

15. Anordning ifølge krav 10, der den første og andre sensoranordningen (21) og (31) av den første og andre enheten er posisjoner på den ytre overflaten av strukturen (1).

16. Anordning ifølge ethvert av kravene 10-12, der den første og andre sensoranordningen (21) og (31) av den første og andre enheten er posisjonert under den tilsvarende oppvarmingsanordningen (22) og (32).

17. Anordning ifølge ethvert av kravene 13-16, der den første og andre enheten kan klemmes på den ytre overflaten av en struktur (1).

18. Anordning ifølge ethvert av kravene 13-17, der strukturen og den første og andre enheten er dekket av et isolasjonslag (4).

19. Anordning ifølge ethvert av kravene 13-18, der den første anordningen er en sentral behandlingsenhet (400), slik som en datamaskinanordning, som kontrollerer oppvarmings- og avkjølingssyklusene av første og andre anordning ifølge fremgangsmåten i kravene 1-9, mens temperaturene fra den første og andre enheten registreres, fortrinnsvis ved en forhåndsbestemt tid i avkjølingssyklusen, og enda mer foretrukket beregner tykkelsen av avsetningene i strukturen basert på de registrerte temperaturer.

20. Fremgangsmåte for å fjerne avsetninger på de indre veggene av en struktur som transporterer hydrokarbonfluid,karakterisert vedat den omfatter å måle avsetningstykkelsen ved trinnene av å a) påføre en første varmepuls eller kontinuerlig oppvarming til minst en første seksjon av strukturen som fjerner avsetninger på den indre veggen av den første seksjonen av strukturen; b) påføre en andre varmepuls til både den første seksjonen av strukturen og minst én andre seksjon av strukturen, den første og andre seksjonen er spredt fra hverandre, hvilken varmepuls ikke løsner noen materialavsetning i den andre seksjonen; c) måle temperaturen av veggen av strukturen eller fluidet under den andre varmepulsen ved både den første og andre seksjonen; og d) bestemme tykkelsen av enhver avsetning av materiale på den indre veggen av strukturen ved den andre seksjonen basert på de målte temperaturene; ved forhåndsbestemte intervaller og automatisk initiere fjerning av avsetninger ved en forhåndsbestemt tykkelsesverdi.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, der en varmepuls omfatter minst én oppvarmingssyklus etterfulgt av en avkjølingssyklus.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 20 eller 21, der den første varmepulsen eller den kontinuerlige oppvarmingen bringer temperaturen av den indre veggen av strukturen av den første seksjonen over temperaturen for avsetningstilsynekomst, i tilfellet av voks over temperaturen for vokstilsynekomst (WAT), for hydrater over temperaturen for hydratdannelse.

23. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 20-22, der den andre varmepulsen bringer temperaturen av de indre veggene av strukturen av den første og andre seksjonen over deres driftstemperaturer, men ved den andre seksjonen under temperaturen for avsetningstilsynekomst, i tilfellet av voks under temperaturen for vokstilsynekomst (WAT), og for hydrater under temperaturen for hydratdannelse.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 22 eller 13, der temperaturen for avsetningstilsynekomst er omtrent 30°C.

25. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 20-24, der den andre varmepulsen forårsaker en temperaturforskjell av de indre veggene av strukturen i både den første og andre seksjonen i størrelsesorden av omtrent 10°C over deres respektive driftstemperaturer.

26. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 20-25, der tykkelsen av avsetningene på den indre veggen ved den andre seksjonen bestemmes av strukturen ved å korrelere temperaturene målt ved den første og andre seksjonen ved en forhåndsbestemt tid etter den andre varmepulsen.

27. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 20-26, der temperaturmålingene i trinn (c) utføres innen strukturveggen (1) ved en bestemt avstand fra strukturens ytre og/eller indre overflater.

28. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 20-26, der temperaturmålingene i trinn (c) utføres på den ytre overflaten av strukturen.

29. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 20-28, som ytterligere omfatter andre seksjoner på strukturen for å utføre trinnene (b)-(d) for å bestemme avsetningstykkelser på den indre veggen ved andre steder av strukturen.

30. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 20-29, som ytterligere omfatter første seksjoner på strukturen for å utføre trinnene (a)-(d) for å overvåke avsetningsfjemingsfunksjonaliteten av andre første seksjoner.

31. Fremgangsmåte ifølge kravene 29 eller 30, ytterligere omfattende å forutsi tykkelsen av enhver avsetning av materiale ved én eller flere deler av strukturen fjernt fra andre seksjoner ved å legge inn den bestemte tykkelsen inn i en materialavsetningsmodell av strukturen.