NO333405B1

NO333405B1 - varmeisolasjonmateriale for en hydrokarbonproduksjonsutstyr-komponent, varmeisolering av et hydrokarbonfluid, og undervanns ventiltre.

Info

Publication number: NO333405B1
Application number: NO20035838A
Authority: NO
Inventors: Dwight D Janoff
Original assignee: Fmc Technologies
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2013-05-27
Also published as: US20040214727A1; US6746761B2; US20030012967A1; US6892817B2; EP1402213A1; BR0211319A; NO20035838L; WO2003004927A1; EP1402213B1; BR0211319B1

Abstract

Oppfinnelsen er et isolasjonsmateriale som omfatter en silikonbasert grunnmasse og flere ikke-metalliske partikler som bæres i grunnmassen. I en utførelse av oppfinnelsen omfatter grunnmassen et platinaherdet, tilsetningsherdet silikonmateriale og partiklene har en midlere diameter på mindre enn omtrent 60 pm og en isostatisk styrke på i det minste omtrent 68,9 MPa. Isolasjonsmaterialet kan benyttes i forbindelse med undervanns olje- og gassproduksjonsutstyr, slik som rørledninger, brønnhoder og ventiltrær.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse vedrører et varmeisolasjonsmateriale for en hydrokarbonproduksjonsutstyr-komponent, en fremgangsmåte for varmeisolering av et hydrokarbonfluid, og et undervanns ventiltre.

Når undervanns olje- og gassbrønner befinner seg på dybder på 1500 m eller mer, utsettes rørledningene og brønnhodeutstyret for sjøvann som bare er noen få grader over frysepunktet. Den samme temperaturen kan opptre på grunt vann på ekstreme breddegrader, slik som i Nordsjøen. Under en midlertidig stans av brønndriften blir varme produserte fluider inne i produksjonsutstyret stående i ro og avkjøles av det omgivende sjøvannet. Dersom fluidene som er i ro nærmer seg sjøvannstemperaturen, kan hydrater dannes i utstyret og blokkere for strømmen av fluidet.

Varmeisolasjon monteres noen ganger rundt undervanns rørledninger og brønnhodeutstyr for å sinke avkjølingsprosessen og forsinke hydratdannelsen inntil strømning kan gjenopprettes. For å virke godt i slike omgivelser må et varmeisolerende materiale ha lav varmeledningsevne, oppvise akseptable mekaniske egenskaper slik som fleksibilitet og motstandsevne mot støt og være økonomisk å montere.

I mange undervanns brønner, særlig på dypt vann, er kravene til isolasjon ytterligere komplisert av de ekstreme temperaturer i hydrokarbonfluider som kommer opp av brønnen. I noen tilfeller kan temperaturen i fluidene som kommer opp komme opp i 150°C eller mer, og fluidene vil følgelig oppvarme både det omgivende utstyret og isolasjonen. Derfor må ethvert isolasjonsmateriale som benyttes på slike brønner være i stand til å tåle disse ekstreme temperaturer uten at dette skader de termiske eller mekaniske egenskaper.

Selv om det finnes isolasjonsmaterialer som kan tåle disse relativt høye temperaturer, er de sprø. Derfor er disse materialer ikke i stand til å oppfylle kravene til fleksibilitet og motstandsevne mot støt ved mange anvendelser. Eksempler på disse typer tidligere kjente isolasjonsmaterialer omfatter syntaktisk fenolskum og høytemperaturepoksyharpikser. Videre, på grunn av den sprø naturen og de eksoterme herdeegenskaper er disse materialer vanskelige og kostbare å montere og reparere.

Derimot er eksisterende isolasjonsmaterialer som oppviser akseptable egenskaper med hensyn til fleksibilitet og motstandsevne mot støt ikke i stand til å tåle de relativt høye strømningstemperaturer i mange brønner på dypt vann. Eksempler på disse typer kjente materialer omfatter aminherdede epoksyer, uretaner og polypropylener.

EP 1070906 A1 vedrører et isolasjonsmateriale som er anvendbart for dypvanns brønnboringsanvendelser. EP 0189720 A1 vedrører et varmeisolasjonsmateriale av syntaktisk type, særlig elastomert materiale, som er delvis eller fullstendig brannbestandig. GB 2009181 A vedrører et varmeisolasjonsmateriale, og et rør omgitt av et slikt varmeisolasjonsmateriale.

Sammenfatning av oppfinnelsen

I henhold til den foreliggende oppfinnelse overvinnes disse og andre ulemper ved kjent teknikk med et varmeisolerende materiale som omfatter en silikonmatriks og flere ikke-metalliske partikler som bæres i matriksen.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et varmeisolasjonsmateriale for en hydrokarbonproduksjonsutstyr-komponent som under bruk er neddykket i sjøvann og gjennom hvilken et hydrokarbonfluid kan strømme, idet forbedringen omfatter et varmeisolasjonsmateriale som omfatter:

en silikonmatriks; og

flere ikke-metalliske mikropartikler som er suspendert direkte i matriksen;

hvori isolasjonsmaterialet er anbrakt utenpå komponenten for å varmeisolere hydrokarbonfluidet fra sjøvannet; og

hvori matriksen omfatter en RTV silikongummi.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for varmeisolering av et hydrokarbonfluid som strømmer gjennom en produksjonsutstyr-komponent som under bruk er neddykket i sjøvann, idet fremgangsmåten omfatter: anordning av et isolasjonsmateriale som omfatter en RTV silikongummimatriks og flere ikke-metalliske mikropartikler som er suspendert direkte i matriksen; og montering av isolasjonsmaterialet på i det minste et parti av komponenten; hvori isolasjonsmaterialet vil varmeisolere hydrokarbonfluidet fra sjøvannet når komponenten er neddykket i sjøvannet.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et undervanns ventiltre som omfatter: en produksjonsboring;

et produksjonsutløp forbundet med produksjonsboringen;

en strømningssløyfe i kommunikasjon med produksjonsutløpet; og et varmeisolasjonsmateriale som omgir i det minste et parti av strømningssløyfen;

idet varmeisolasjonsmaterialet omfatter en silikonmatriks og flere ikke-metalliske mikropartikler som er suspendert direkte i matriksen.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter matriksen Silastic E RTV silikongummi, som er et platinaherdet, tilsetningsherdet silikonmateriale. Dessuten omfatter de ikke-metalliske partikler hule glasspartikler som har en midlere diameter på mindre enn omtrent 60 pm og en isostatisk styrke på i det minste omtrent 68,9 MPa.

Det varmeisolerende materiale i henhold til den foreliggende oppfinnelse oppviser mange fordelaktige egenskaper som gjør det særlig egnet til bruk på undervanns olje- og gassproduksjonsutstyr. Matriksmaterialet er meget fleksibelt, hvilket gjør isolasjonsmaterialet motstandsdyktig mot krakking under termiske og mekaniske påkjenninger. Dessuten, ettersom matriksmaterialet ikke bevirker noen biprodukter eller eksoterme virkninger under herding, kan isolasjonsmaterialet støpes på plass i tykke seksjoner. Dessuten, på grunn av den relativt lave varmeledningsevnen, er isolasjonsmaterialet en utmerket isolator. Videre kan isolasjonsmaterialet tåle ekstreme temperaturer over 150°C uten at dette skader de termiske eller mekaniske egenskaper.

Disse og andre gjenstander og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende, detaljerte beskrivelsen, med henvisning til de vedføyde tegninger.

Ytterlige utførelsesformer av varmeisolasjonsmaterialet, fremgangsmåten og det undervanns ventiltreet i henhold til den foreliggende fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Kortfattet forklaring av tegningene

Fig. 1 er en tverrsnittsavbildning av det varmeisolerende materiale i henhold til

oppfinnelsen.

Fig. 2 er et snitt gjennom et eksempel på et undervanns ventiltre som er påført

varmeisolasjonsmateriale i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelser

Den foreliggende oppfinnelsen er et isolasjonsmateriale som er egnet for undervanns olje- og gassproduksjonsutstyr. Med henvisning til fig. 1 omfatter isolasjonsmaterialet, som er angitt generelt med henvisningstallet 10, en matriks 12 og flere mikropartikler 14 som bæres av matriksen. Ideelt omfatter matriksen 12 et egnet silikonmateriale. Mer foretrukket omfatter matriksen 12 et tilsetningsherdet silikonmateriale. I henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse omfatter matriksen 12 et platinaherdet, tilsetningsherdet silikonmateriale, slik som Silastic E RTV silikongummiprodukt som kan leveres av Dow Corning Corporation.

Innen rammen av den foreliggende oppfinnelsen foretrekkes tilsetningsherdede silikoner fremfor kondensasjonsherdede silikoner, fordi de ikke bevirker noen biprodukter eller eksoterme virkninger under herding og derfor er bedre egnet for å støpes i tykke seksjoner. Derimot krever kondensasjonsherdede silikoner fuktighet fra luften for korrekt herding og bevirker biprodukter under herding, hvilket gjør dem uegnet for å støpes i tykke seksjoner. Imidlertid kan matriksen 12 omfatte ethvert egnet silikonmateriale, omfattende ethvert annet tilsetningsherdet silikonmateriale. Dessuten kan matriksen 12 omfatte et kondensasjonsherdet silikonmateriale dersom materialet støpes i relativt tynne seksjoner.

Tilsetningen av mikropartikler 14 til matriksen 12 minsker densiteten og varmeledningsevnen til isolasjonsmaterialet 10. Mikropartiklene 14 er fortrinnsvis hule, fortrinnsvis glasspartikler som har en midlere diameter på opptil omtrent 60 pm. For å tåle det hydrostatiske trykket i omgivelsene på dypt vann har partiklene fortrinnsvis en isostatisk styrke på i det minste omtrent 68,9 MPa.

Egnede mikropartikler til bruk i den foreliggende oppfinnelsen omfatter Scotchlite ™ H50/10.000 EPX Floated Series Glass Bubbles, som leveres av 3M Corporation. Disse mikropartikler omfatter en epoksysilan-overflatebehandling som bidrar til at partiklene fester seg til silikonmatriksen 12. Mens mikropartikler 14 av glass foretrekkes, kan mikropartiklene være av hvilket som helst egnet materiale, slik som keramikk eller polymer. Dessuten kan på grunnere vann benyttes mindre kostbare partikler med en mindre isostatisk styrke.

Isolasjonsmaterialet 10 bør inneholde en så stor mengde av mikropartiklene 14 som mulig for å gi effektiv varmeisolasjon, mens sprøheten til isolasjonsmaterialet holdes under maksimalt akseptable nivåer. Isolasjonsmaterialet 10 bør således inneholde omtrent 50-95 volum% av matriksen 12 og omtrent 5-50 volum% av mikropartiklene 14. Fortrinnsvis inneholder isolasjonsmaterialet 10 omtrent 65-95 volum% av matriksen 12 og omtrent 5-35 volum% av mikropartiklene 14. Mer foretrukket omfatter isolasjonsmaterialet omtrent 75-85 volum% av matriksen 12 og omtrent 15-25 volum% av mikropartiklene 14.1 en utførelse av oppfinnelsen ble et akseptabelt isolasjonsmateriale 10 oppnådd ved å blande 80 volum% av matriksen 12 med 20 volum% av mikropartiklene 14. Det skal påpekes at mikropartikler 14 med to eller flere midlere diametere kan kombineres for å oppnå en høyere konsentrasjon av mikropartiklene i isolasjonsmaterialet 10.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan et eksempel på et isolasjonsmateriale 10 oppnås ved å blande de følgende substanser i hvilken som helst rekkefølge: 4 volumdeler Silastic E RTV silikongummi og en volumdel Scotchlite ™ H50/10.000 EPX Floated Series Glass Bubbles.

I det følgende er opplistet relevante termiske og mekaniske egenskaper for dette isolasjonsmaterialet 10. Alle disse egenskaper ligger innen akseptable grenser for de tiltenkte anvendelser av den foreliggende oppfinnelse.

Isolasjonsmaterialet 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan benyttes for å varmeisolere enhver gjenstand fra et omgivende fluid. I henhold til en utførelse av oppfinnelsen benyttes isolasjonsmaterialet 10 for å isolere undervanns rørledninger og brønnhodeutstyr fra sjøvann.

Med henvisning til fig. 2 er for eksempel isolasjonsmaterialet 10 vist påført på visse partier av et undervanns ventiltre 16. Det undervanns ventiltreet som den foreliggende oppfinnelsen kan benyttes sammen med kan være enhver kjent type undervanns ventiltre, omfattende de såkalte horisontale og konvensjonelle ventiltrær. Slike ventiltrær omfatter typisk en aksial produksjonsboring 28 i kommunikasjon med brønnboringen, et produksjonsutløp 30 forbundet med produksjonsboringen, en eller flere produksjonsventiler 32 for å regulere strømmen gjennom produksjonsutløpet 30, en struper 20 forbundet med produksjonsutløpet 30 via en strømningssløyfe 24, et ringromsutløp 34 forbundet med ringrommet som omgir produksjonsrøret (ikke vist), en eller flere ringromsventiler 36 for å regulere strømning gjennom ringromsutløpet 34 og en produksjonsstrømningssløyfe 26 for å forbinde produksjonsutløpet med et undervanns rør (ikke vist).

Ideelt er isolasjonsmaterialet 10 påført på de partier av ventiltreet 16 som er mest utsatt for det omgivende sjøvannet og som de produserte fluider vil strømme gjennom. I fig. 2 er for eksempel isolasjonsmaterialet 10 vist påført på produksjonsventilblokken 18 som inneholderen eller flere av produksjonsventilene 32, struperen 20, ringromsventilblokken 22 som inneholder en eller flere av ringromsventilene 36 og strømningssløyfene 24 og 26. Naturligvis kan isolasjonsmaterialet 10 være påført på flere eller færre komponenter av det undervanns ventiltreet 16 etter ønske eller slik det kreves under særskilte omstendigheter.

Tykkelsen til isolasjonsmaterialet 10 i retning av varmeoverføringen er fortrinnsvis mellom omtrent 1,27 og 12,7 cm, og mer foretrukket mellom omtrent 5 og 10 cm.

Tykkelsen av isolasjonsmaterialet 10 kan imidlertid variere i avhengighet av omgivelsene og geometrien til overflaten som skal isoleres.

Isolasjonsmaterialet 10 kan monteres ved bruk av forskjellige metoder. Ved den foretrukne metoden bygges en form rundt gjenstanden som skal isoleres. Deretter støpes materialet mellom gjenstanden og formen og tillates å herde. Etter at materialet er herdet fjernes formen. Alternativt kan isolasjonsmaterialet forhåndsstøpes i seksjoner som er utformet komplementært med gjenstanden som skal isoleres.

Etter at de forhåndsstøpte seksjoner er herdet kan de fastgjøres til gjenstanden ved bruk av klebemidler, mekaniske festemidler eller hvilke som helst andre passende midler. Isolasjonsmaterialet kan også sprøytes på gjenstanden ved bruk av en sprøytedyse eller en lignende anordning.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen omfatter isolasjonsmaterialet et basislag og et ytre belegg som dekker basislaget. Basislaget er fortrinnsvis det isolerende materiale 10 som er beskrevet ovenfor. Det ytre belegget oppviser fortrinnsvis en høyere hardhet og densitet enn isolasjonsmaterialet 10, og danner således et beskyttende lag for basislaget.

Det vil forstås at mens den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i forbindelse med de foretrukne utførelser, kan fagfolk på området utvikle mange forskjellige konstruktive og bruksmessige detaljer uten å avvike fra prinsippene ved oppfinnelsen.

Claims

1. Varmeisolasjonsmateriale for en hydrokarbonproduksjonsutstyr-komponent som under bruk er neddykket i sjøvann og gjennom hvilken et hydrokarbonfluid kan strømme, idet forbedringen omfatter et varmeisolasjonsmateriale som omfatter: en silikonmatriks; og flere ikke-metalliske mikropartikler som er suspendert direkte i matriksen; hvori isolasjonsmaterialet er anbrakt utenpå komponenten for å varmeisolere hydrokarbonfluidet fra sjøvannet; og hvori matriksen omfatter en RTV silikongummi.

2. Kombinasjon som angitt i krav 1, hvori matriksen omfatter et tilsetningsherdet silikonmateriale.

3. Kombinasjon som angitt i krav 1, hvori matriksen omfatter et platinaherdet, tilsetningsherdet silikonmateriale.

4. Kombinasjon som angitt i krav 1, hvori partiklene omfatter hule glasspartikler.

5. Kombinasjon som angitt i krav 4, hvori partiklene har en midlere diameter på mindre enn omtrent 60 um og en isostatisk styrke på i det minste omtrent 68,9 MPa.

6. Kombinasjon som angitt i krav 4, hvori partiklene omfatter en epoksysilan-overflatebehandling.

7. Kombinasjon som angitt i krav 1, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 50-95 volum% av matriksen og omtrent 5-50 volum% av partiklene.

8. Kombinasjon som angitt i krav 7, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 65-95 volum% av matriksen og omtrent 5-35 volum% av partiklene.

9. Kombinasjon som angitt i krav 8, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 75-85 volum% av matriksen og omtrent 15-25 volum% av partiklene.

10. Kombinasjon som angitt i krav 9, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 80 volum% av matriksen og omtrent 20 volum% av partiklene.

11. Kombinasjon som angitt i krav 1, hvori isolasjonsmaterialet omfatter: et basislag som inkluderer matriksen og partiklene; og et ytre belegg som er anbrakt utenpå basislaget; hvori det ytre belegget har en større hardhet enn basislaget.

12. Kombinasjon som angitt i krav 11, hvori det ytre belegget har høyere densitet enn basislaget.

13. Fremgangsmåte for varmeisolering av et hydrokarbonfluid som strømmer gjennom en produksjonsutstyr-komponent som under bruk er neddykket i sjøvann, idet fremgangsmåten omfatter: anordning av et isolasjonsmateriale som omfatter en RTV silikongummimatriks og flere ikke-metalliske mikropartikler som er suspendert direkte i matriksen; og montering av isolasjonsmaterialet på i det minste et parti av komponenten; hvori isolasjonsmaterialet vil varmeisolere hydrokarbonfluidet fra sjøvannet når komponenten er neddykket i sjøvannet.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori monteringstrinnet omfatter: bygging av en form rundt komponenten; og støping av isolasjonsmaterialet mellom komponenten og formen.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori monteringstrinnet omfatter: forhåndsstøping av isolasjonsmaterialet i det minste i én seksjon som utformes komplementært med formen til i det minste et parti av komponenten; og fastgjøring av den forhåndsstøpte seksjonen til komponenten.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori monteringstrinnet omfatter sprøyting av isolasjonsmaterialet på i det minste et parti av komponenten.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori matriksen omfatter et tilsetningsherdet silikonmateriale.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori matriksen omfatter et platinaherdet, tilsetningsherdet silikonmateriale.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori partiklene omfatter hule glasspartikler.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, hvori partiklene har en midlere diameter på mindre enn omtrent 60 um og en isostatisk styrke på i det minste omtrent 68,9 MPa.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, hvori partiklene omfatter en epoksysilan-overflatebehandling.

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 50-95 volum% av matriksen og omtrent 5-50 volum% av partiklene.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 65-95 volum% av matriksen og omtrent 5-35 volum% av partiklene.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 75-85 volum% av matriksen og omtrent 15-25 volum% av partiklene.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, hvori isolasjonsmaterialet omfatter omtrent 80 volum% av matriksen og omtrent 20 volum% av partiklene.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, som videre omfatter montering av et ytre belegg utenpå isolasjonsmaterialet.

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, hvori det ytre belegget har en større hardhet enn isolasjonsmaterialet.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, hvori det ytre belegget har en høyere densitet enn basislaget.

29. Undervanns ventiltre som omfatter: en produksjonsboring; et produksjonsutløp forbundet med produksjonsboringen; en strømningssløyfe i kommunikasjon med produksjonsutløpet; og et varmeisolasjonsmateriale som omgir i det minste et parti av strømningssløyfen; idet varmeisolasjonsmaterialet omfatter en silikonmatriks og flere ikke-metalliske mikropartikler som er suspendert direkte i matriksen.

30. Undervanns ventiltre som angitt i krav 29, hvori matriksen omfatter et tilsetningsherdet silikonmateriale.

31. Undervanns ventiltre som angitt i krav 29, hvori matriksen omfatter et platinaherdet, tilsetningsherdet silikonmateriale.

32. Undervanns ventiltre som angitt i krav 29, hvori matriksen omfatter en RTV silikongummi.

33. Undervanns ventiltre som angitt i krav 29, hvori partiklene omfatter hule glasspartikler.

34. Undervanns ventiltre som angitt i krav 33, hvori partiklene har en midlere diameter på mindre enn omtrent 60 um og en isostatisk styrke på i det minste omtrent 68,9 MPa.

35. Undervanns ventiltre som angitt i krav 33, hvori partiklene omfatter en epoksysilan-overflatebehandling.