NO333510B1 - Anordning og fremgangsmåter ved produksjons-/injeksjonsrørledning - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved

produksjonsrørledning, omfattende et produksjonsrør og oppvarmingsmidlerfor aktiv oppvarming av røret og en fremgangsmåte for å tilføre varme til en produksjonsrørledning i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å fremstille produksjonsrørledning i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 14.

Slike rørledninger anvendes for transport av olje og/eller gass mellom undersjøiske installasjoner og mellom undersjøiske installasjoner og en plattform eller skip på havoverflaten.

Parallelt med slike produksjonsrørledninger legges det som regel også en eller flere kontrollkabler, som som regel er sammenfattet til en kontrollkabelbunt eller en såkalt "umbilical".

En slik umbilical er kjent fra for eksempel NO 174.940 av samme søker, der et kjerneelement, for transport av kjemikalier for injeksjon i en brønn, er omgitt av kontrollkabler for overføring av hydraulisk fluid, elektriske og optiske signaler, elektrisk kraft m.m.

Det er kjent å bunte sammen produksjonsrørledningen og kontrollkablene slik at disse løper inntil hverandre over hele eller deler av strekningen. På denne måten reduseres risikoen for brudd og annen skade på kablene samtidig som det blir lettere å legge disse ut og eventuelt ta de opp igjen. Imidlertid vil kablene måtte tilkobles utstyret på havbunnen eller ved overflaten separat, og det er derfor behov både for en konnektor for produksjonsrørledningen og en konnektor for kontrollkablene. Denne oppkoblingen tar betydelig tid og involverer betydelige kostnader, foruten at den tar forholdsvis stor plass.

Det er fra GB 1.210.206 kjent å integrere kontrollkablene med produksjonsrørledningen ved at kontrollkablene vikles rundt produksjonsrørledningen. På denne måten sikres det at

produksjonsrørledningen og kontrollkablene alltid følger hverandre.

Videre er det ønskelig å holde temperaturen på produksjonsfluidet (olje og/eller gass) i produksjonsrørledningen så høy som praktisk mulig, hvilket vil si ved en temperatur på 50 - 100°C. Dette fordi lavere temperatur vil kunne medføre at produksjonsfluidet får høyere viskositet og derved får redusert strømningshastighet. Dessuten kan det dannes voks, som legger seg på rørveggen og innsnevrer rørtverrsnittet.

Dette problemet er søkt unngått ved rørledningen ifølge EP 521.582, der det er anordnet elektriske varmekabler inntil rørledningen. Det er også anordnet et isolasjonssjikt rundt rørledningen. I NO 170.695 benyttes tapsvarme fra elektriske transmisjonselementer til å varme opp rørledningen.

Fra US 3548158 er det beskrevet et rør med to utenforliggende varmekabler.

Varmekablene holdes fast ved en omvinkling. Et varmeisolerende lag befinner seg mellom omviklingen og et ytterlag. Rørsammenstillingen er bygget opp ved at det utenpå transportrøret stroppes fast varmekabler, så omvikles det hele av en metallfoliestrimmel, deretter legges halve skall av et isolasjonsmateriale (glassfiber er eksemplifisert) rundt sammenstillingen. Hvordan disse halvskallene festes fremgår ikke klart.

Dette er en meget omstendelig måte å bygge opp en rørsammenstilling og vil ikke kunne benyttes effektivt for å forhåndsfremstille lange sammenhengende rørsammenstillinger. Sannsynligvis vil metoden kun være egnet for bruk på installasjonsstedet og ikke til fabrikkfremstilling av rørsammenstillingen for etterfølgende utskiping.

Ulempen med de kjente løsningene for oppvarming av en rørledning er at det ikke er mulig å prefabrikkere disse sammenstillingene på en effektiv måte.

Den foreliggende oppfinnelse søker å løse dette problemet samtidig som det oppnås en effektiv oppvarming av rørledningen uten for stort varmetap. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i den kjennetegnende delen av krav 1.

Fremgangsmåten for å tilføre varme til produksjonsrørledningen kjennetegnes ved at kjølefluid eller spillfluid fra en prosess på en installasjon føres i transportkanaler langs et produksjonsrør/injeksjonsrør.

Oppvarmingsmidlene består i en variant av oppfinnelsen av et rør eller en slange for transport av oppvarmingsfluid. Røret eller slangen kan være viklet rundt rørledningen og eventuelt ligge i det samme isolasjonssjiktet som kontrollkablene. Oppvarmingsfluidet kan for eksempel være kjølevæske eller spillvann som benyttes for å kjøle ned motorer og annet utstyr om bord på en plattform eller et skip. Dette vannet kan føres inn i varmerøret eller slangen og bidra til å holde temperaturen på oljen eller gassen oppe. Selv om kjølevæsken ikke skulle holde en temperatur på 50 - 100°C vil den likevel kunne benyttes for oppvarming av produksjons-/injeksjonsrørledningen og sørge for at isolasjonssjiktet ikke kjøles ned av det kalde omkringliggende sjøvannet.

Ytterligere foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det etterfølgende ved hjelp av utførelseseksempler under henvisning til de medfølgende figurer, der: Figur 1 viser et tverrsnitt gjennom en produksjonsrørledning ifølge oppfinnelsen i en første utførelsesform, Figur 2 viser et tverrsnitt gjennom en produksjonsrørledning ifølge oppfinnelsen i en andre utførelsesform, Figur 3 viser et tverrsnitt gjennom en produksjonsrørledning ifølge oppfinnelsen i en andre utførelsesform, Figur 4 viser et blokkdiagram som illustrerer en fremgangsmåte for fremstilling av en produksjons- /injeksjonsrørledning og

Figur 5 viser et fabrikkasjonsanlegg for fremstilling av en rørledning.

I en første utførelsesform vist i figur 1 omfatter produksjonsrørledningen et produksjonsrør 1 med en sentralt gjennomgående boring 2 for transport av et produksjonsfluid. På utsiden av produksjonsrøret 1 er det viklet kontrollkabler 3 og varmerør 4.1 figuren er det vist fem elektriske kontrollkabler, fem kontrollkabler for kontrollfluid (for eksempel hydraulikkolje) og fem varmerør, men antallet av slike og forholdet mellom disse kan selvsagt varieres etter behov.

Et antall indre kanalelementer 5 er anordnet rundt produksjonsrøret 1. I de indre kanaleelementene 5 er det utformet kanaler 6, som kontrollkablene og varmerørene kan plasseres i. Ytre kanalelementer 7 er anordnet utenfor de indre kanalelementene 5. De ytre kanaleelementene 7 er også utstyrt med kanaler 8, som respektivt sammen med en kanal 6 danner et lukket tverrsnitt, i hvilket en kontrollkabel 3 eller et varmerør 4 er plassert. Utenfor de ytre kanaleelementene 7 er det anordnet en ytre omhylning 9 som tjener til å holde kanalelementene 5 og 7 på plass, samt gi en beskyttelse mot sjøvannet.

Kanalelementene 5 og 7 er fortrinnsvis av plast, for eksempel PVC-skum, som har gode termiske isolasjonsegenskaper. Samtidig har kanalelementene 5, 7 en viss slagfasthet og tjener derfor til å beskytte kontrollkablene og produksjonsrøret mot påkjenninger. Kontrollkablene og varmerørene ligger med et visst spillerom inne i kanalelementene 5 og 7 og kan derved bevege seg noe i forhold til hverandre og i forhold til produksjonsrøret 1. Kanalelementene 5, 7 kan være utformet slik at de har en lavere varmeovergangskoeffisient på den siden som vender mot produksjonsrøret 1, for eksempel ved at de indre kanalelementene 5 er tynnere eller består av et materiale med bedre varmeledningsegenskaper.

Varmerørene/slangene kan være utformet som rør for transport av et oppvarmingsfluid, foreksempel vann, olje eller gass. Fortrinnsvis benyttes kjølevæske fra prosesser om bord i en plattform eller et produksjonsskip til oppvarming av produksjonsrørledningen.

En andre utførelsesform ifølge oppfinnelsen er vist i figur 2. Her er det også anordnet et sentralt produksjonsrør 10. Rundt produksjonsrøret 1 er det anordnet et lag 11 av et materiale med god termisk ledeevne. Utenfor det ledende laget 11 er det anordnet indre profilelementer eller kanalelementer 12. Disse elementene 12 er laget av et materiale med god termisk isolasjonsevne, for eksempel PVC-skum eller massiv PVC. Sammen med ytre profilelementer eller kanalelementer 13, som også er laget av et materiale med god termisk isolasjonsevne, definerer de indre kanalelementene 12 kanaler 14,15,16 og 17.1 kanalene 14 er det anordnet varmerør 18, som står i god termisk kontakt med det ledende laget 11. Fortrinnsvis er det utformet utsparinger 19 i det ledende laget 11 tilpasset varmerørenes 18 omkrets.

I kanalene 15 er det anordnet fluidrør 20 for overføring av for eksempel hydraulikkolje. I kanalene 16 er det anordnet elektriske signalkabler 21 eller fluidrør 22. I kanalene 17 er det anordnet elektriske kraftkabler 23, fortrinnsvis for overføring av høy spenning.

Utenfor kanalelementene 13 er det anordnet et reflekterende lag 24, som er innrettet til å reflektere varmestråling inn mot produksjonsrøret 10. Helt ytterst er det anordnet en ytre omhylning 25, som har til hensikt å holde komponentene innenfor på plass og beskytte disse mot ytre påkjenninger, slik som sjøvann og støt/slag.

Alternativt til eller i tillegg til varmerørene 18 kan det være utformet varmekanaler 26 i de indre kanalelementene 12. Disse varmekanalene kan godt ha et halvsirkelformet tverrsnitt, slik at de oppviser en stor overflate mote det ledende laget 11. Kanalene 26 er innrettet til å føre et varmetransportfluid, for eksempel spillvann fra en prosess på en installasjon. De kan godt være helt lekkasjetette, men en moderat lekkasje kan godt tolereres.

Det ledende laget kan også være av et materiale som gir katodisk beskyttelse for produksjonsrøret. Laget trenger ikke å omslutte produksjonsrøret fullstendig, men bestå av et antall segmenter.

I en tredje utførelsesform, vist i figur 3, omfatter produksjons-/injeksjonsrørledningen et produksjonsrør 30. Utenfor dette er det anordnet en varmekappe 31, hvori det er utformet et antall varmekanaler 32. Varmekappen er laget av et materiale med god termisk ledeevne. Utenfor varmekappen 31 er det anordnet indre profilelementer eller kanalelementer 32. Disse elementene 32 er laget av et materiale med god termisk isolasjonsevne, for eksempel PVC-skum eller massiv PVC. Sammen med ytre profilelementer eller kanalelementer 33, som også er laget av et materiale med god termisk isolasjonsevne, definerer de indre kanalelementene 32 kanaler 34, 35, 36 og 37.1 kanalene 34 kan det være anordnet varmerør 38, som virker i tillegg til varmekappen 31. Alternativt kan varmekappen fungere alene som oppvarmingsanordning.

I kanalene 35 er det anordnet fluidrør 40 for overføring av for eksempel hydraulikkolje. I kanalene 36 er det anordnet elektriske signalkabler41 eller fluidrør 42. I kanalene 37 er det anordnet elektriske kraftkabler 43, fortrinnsvis for overføring av høy spenning.

Utenfor kanalelementene 33 er det anordnet et reflekterende lag 44, som er innrettet til å reflektere varmestråling inn mot produksjonsrøret 30. Helt ytterst er det anordnet en ytre omhylning 45, som har til hensikt å holde komponentene innenfor på plass og beskytte disse mot ytre påkjenninger, slik som sjøvann og støt/slag.

Varmekappen kan være fremstilt av et materiale som gir katodisk beskyttelse for produksjonsrøret. Laget trenger ikke å omslutte produksjonsrøret fullstendig, men bestå av et antall segmenter.

I stedet for varmerør som transporterer varmefluid, kan det også benyttes elektriske varmekabler eller elektriske ledere som overfører varme ved hjelp av induksjon. I sistnevnte tilfelle kan det ledende laget 11 eller varmekappen 31 være laget av et materiale som lett lar seg oppvarme ved induksjon fra utenforliggende elektriske ledere. Eventuelt kan tapsenergi fra elektriske høyspenningsledere 23, 43 anvendes for induksjon av varme i det ledende laget 11 eller varmekappen 31.

Det kan være anordnet temperaturfølere kontinuerlig langsetter produksjons-/injeksjonsrørledningen eller på bestemte steder, for å overvåke temperaturen på varmefluidet og/eller produksjonsrørstrømmen. Overvåkningen kan være enten kontinuerlig eller intermittisk. Temperaturfølerne kan sende signaler til en installasjon enten via egne ledninger eller via en av de øvrige elektriske kabler.

Temperaturfølerne er fortrinnsvis av fiberoptisk type. Et eksempel på slike optiske temperaturfølere er slike som er utviklet av I.D. FOS Research. Dette er fiberoptiske sensorer som baserer seg på såkalte Bragg gittere. Dette er et gitter som omfatter et filter som slipper igjennom bestemte bølgelengder og et speil som reflekterer lys med bestemte bølgelengder. Utgangsavstanden mellom filteret og speilet er kjent. En temperaturendring vil medføre at avstanden mellom filteret og speilet endres, denne endringen av avstanden vil i sin tur medføre en endring av bølgelengden, som kan detekteres. Ved å plassere gittere som slipper igjennom og reflekterer lys av ulik bølgelengde på ulike steder i den optiske fiberen, kan temperaturen måles på disse stedene. Med dagens teknologi kan 30 målepunkter innlemmes i en og samme fiber, fordelt over en avstand på 2 km.

Ved å anordne sensoren i ulike typerfiksturer og tilordne ulike ytterligere komponenter til denne, kan samme type teknologi også benyttes for å måle strekk, trykk og andre parametere som kan være viktige for produksjonsrørledningen, for eksempel for å overvåke mot lekkasjer eller skader.

I og med at de optiske fiberne er svært tynne, og sensorene ikke har så svært mye større diameter enn selve fiberen, er det svært enkelt å innlemme disse i produksjons-/injeksjonsrørledningen og sensorene kan derfor plasseres på eller tett inntil det stedet hvor det er mest ønskelig å foreta målingen.

Fiber optiske sensorer er upåvirket av for eksempel nærliggende elektriske ledere og vil derfor gi pålitelige målinger under ekstreme forhold.

Kanalelementene 12, 13, 22, 23 og rørene/kablene er hensiktsmessig viklet rundt produksjonsrøret i en vikleprosess lignende den som er beskrevet i norsk patent 174940 av samme søker.

En fremgangsmåte for å fremstille produksjons-/injeksjonsrørledningen skal nå beskrives under henvisning til figurene 4 og 5.

I figur 4 er det vist et blokkdiagram som illustrerer fremgangsmåtens trinn. Ved 50 tilveiebringes det på forhånd fremstilte isolasjonsmateriale, som for eksempel kan foreligge i store lengder på rull. Ved 51 tilveiebringes prefabrikkerte rør, som også kan foreligge i store lengder på rull, der én rull tilveiebringes for hvert rør som skal anordnes i rørledningen. Ved 52 tilveiebringes de ulike kablene og andre ledere, som også foreligger i store lengder på rull og én rull for hver kabel, etc.

Ved 53 slås isolasjonsmaterialet, rørene, kablene etc. rundt senterrøret i en kontinuerlig prosess, som skal forklares nærmere under henvisning til figur 5.

Ved 54 påføres den ytre omhylningen, ved 55 spoles rørledningen opp for lagring i stor lengde og ved 56 transporteres rørledningen til et transportfartøy for installasjon.

Figur 5 viser et fabrikkasjonsanlegg for kontinuerlig fremstilling av en rørledning i trinn 53 ifølge figur 4. Anlegget omfatter et antall stasjoner, vist stasjon I - VII, der antallet stasjoner er avhengig av hvor mange lag eller elementer rørledningen som skal fremstilles består av.

Et kjerneelement 105, som kan være produksjonsrøret 10, 30, eventuelt utstyrt med et ledende lag 11 eller en varmekappe 31, trekkes i rett linje inn i anlegget ved hjelp av en trekkanordning 115 i stasjon I.

I stasjon II er det vist en dreieskive 121, som er dreibar om en akse 122 sammenfallende med kjerneelementets 115 senterakse. På dreieskiven 121 er det montert et antall spoler 103, som er dreibare om sine lengdeakser 114. Hver spole 103 kan være utstyrt med en brems, dersom det er behov for dette. Spolene 103 inneholder oppkveilede indre kanalelementer 5, 32. Kanalelementene 5, 32 legges på kjerneelementet inntil hverandre i helisk konfigurasjon. En traktanordning 130 sørger for riktig pålegging av kjerneelementene.

I stasjon III er det anordnet en dreieskive 122, som er tilsvarende dreieskiven 121, men der spolene 104 inneholder rør, kabler etc. som skal anordnes rundt kjerneelementet. Hver av spolene 104 er anordnet dreibare på dreieskiven, slik at spolenes 104 rotasjonsakser alltid holdes i samme retning, slik at ikke rørene og kablene vris om sine egne akser.

Stasjon IV er i bunn og grunn lik stasjon III, men inneholder ytterligere rør og kabler opptatt på spoler 104 på en dreieskive 122. Det har ingen betydning i og for seg om det er opptatt rør eller kabler på spoler 103 i stasjon II i tillegg til kanalelementer, eller hvilke rør eller kabler som er opptatt på spoler 104 i stasjon III eller IV. Hvor mange stasjoner som behøves er avhengig av hvor mange rør eller kabler som skal legges inn i rørledningen.

I stasjon V er det anordnet en lineær trekkinnretning 116, for eksempel en lineærvinsj, som trekker i rørene, kablene og de indre kanalelementene, slik at disse trekkes av sine respektive spoler. En traktanordning 125 etter hver av stasjonene III og IV sørger for riktig pålegging av rørene og kablene i de indre kanalelementenes 5, 32 kanaler 6, 34, 35, 36, 37

I stasjon VI er det anordnet en dreieskive 110 med spoler 113 for ytre kanalelementer 7, 33. Disse kanalelementene legges utenpå rørene og kablene på en måte som gjør at de ytre kanalelementene blir liggende på motsatt side av rørene og kablene i forhold til de indre kanalelementene. En traktanordning 131 sørger for at de ytre kanalelementene legges riktig på. For øvrig fungerer stasjon VI på samme måte som stasjon II.

I stasjon VII vikles et bånd og/eller en ytre omhylning rundt rørledningen.

Ved den ovenfor nevnte fremgangsmåten kan det fremstilles komplette produksjonsrørledninger i en kontinuerlig lengde som langt overskrider det som hittil har vært gjort. Inntil nå har det ikke vært mulig å fremstille rørlengder med en diameter større enn ca. 3" i kontinuerlige lengder. Med den beskrevne fremgangsmåten er det mulig å fremstille rørledninger med senterrør opp til 15".

Det sentrale røret bør være fremstilt av et materiale som tillater en kalddeformasjon på minimum 5 -15%, slik at rørledningen kan kveiles opp en eller flere ganger på store spoler.

Claims (1)

1. Produksjonsrørledningssammenstilling, for undersjøisk transport av hydrokarboner, omfattende et produksjonsrør (1, 11, 31) og oppvarmingsmidler (4, 18, 26, 32) for aktiv oppvarming av røret (1, 11, 31), og langs produksjonsrørledningen, over minst 100 m, kontinuerlige termiske isolasjonsmidler (11, 12, 13, 32, 33) for å styre varmeoverføringen fra oppvarmingsmidlene (4, 18, 26, 32) inn mot produksjonsrøret (1, 11, 30) der isolasjonsmidlene omfatter prefabrikkerte indre kanalelementer (5, 12, 32) som har langsgående kanaler, hvilke indre kanalelementer er lagt rundt produksjonsrøret (1,11, 30) i en kontinuerlig produksjonslinje der de indre kanalelementenes kanaler vender utover, og prefabrikkerte ytre kanalelementer (7, 13, 32) som har langsgående kanaler, hvilke ytre kanalelementer er lagt fluktende med kanalene til de indre kanalelementene i en kontinuerlig produksjonslinje, og at oppvarmingsmidlene (4, 18, 26, 32) er lagt i de langsgående kanalene til de indre kanalelementene og er omsluttet av de ytre kanalelementene, hvorved kanalelementene (5, 7,12, 13, 31, 32) gir rom for oppvarmingsmidlene (4, 18, 26, 32),karakterisertved at de indre kanalelementene (5, 12, 32) har en høyere varmeledningsevne enn de ytre kanalelementene (7, 13, 32), slik at det sørges for varmeoverføring innover mot produsjonsrøret og hindres varmeoverføring utover fra produksjonsrørsledningsammenstillingen.

2. Sammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat produksjonsrørledningen også omfatter varmeledemidler (24, 31, 44).

3. Sammenstilling ifølge krav 1 eller 2,karakterisertv e d at oppvarmingsmidlene omfatter et eller flere varmerør/slanger (4, 18, 26, 32) for transport av et varmefluid.

4. Sammenstilling ifølge krav 1,karakterisertv e d at oppvarmingsmidlene omfatter en eller flere elektriske varmekabler eller elektriske induksjonskabler.

5. Sammenstilling ifølge krav 2,karakterisertv e d at varmeledemidlene (24, 31, 44) omfatter et termisk ledende lag (11, 31) anordnet mellom oppvarmingsmidlene (4, 18, 26, 32) og produksjonsrøret (1,11,31).

6. Sammenstilling ifølge krav 5,karakterisertv e d at det er utformet utsparinger (19) i det ledende laget (11), hvilke utsparinger er tilpasset oppvarmingsmiddelets (18) omkrets.

7. Sammenstilling ifølge krav 6,karakterisert vedat varmeledemidlene omfatter en eller flere kanaler (26) for transport av varmefluid, utformet i isolasjonslaget, hvilke kanaler (26) er i termisk kontakt med produksjonsrøret (1,11,31).

8. Sammenstilling ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat de indre kanalelementene (5, 12, 32) har en åpning inn i kanalelementets (5, 12, 32) kanal, idet åpningen vender mot produksjonsrøret (1,11, 30).

9. Sammenstilling ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat varmeledemidlene omfatter et termisk reflekterende lag (24, 44) anordnet utenfor oppvarmingsmidlene (4, 18,26,32).

10. Sammenstilling ifølge et hvilket som helst av kravene 5-9,karakterisert vedat det termisk ledende laget (11, 31) er fremstilt av et materiale som gir katodisk beskyttelse for produksjonsrøret (1,11,31).

11. Sammenstilling ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det er anordnet en kontinuerlig eller intermittisk temperaturføler langs produksjonsrøret (1,11,31).

12. Sammenstilling ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det er anordnet en kontinuerlig eller intermittisk trykk-, strekk- og/eller lekkasjeføler langs produksjonsrøret (1,11, 31).

13. Sammenstilling ifølge krav 11,karakterisert vedat føleren er en optisk sensor, fortrinnsvis av Bragg-typen.

14. Fremgangsmåte for å tilføre varme til en produksjonsrørledning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisertv e d at kjølefluid eller spillfluid fra en prosess på en installasjon føres i transportkanaler (4, 18, 26, 32) langs et produksjonsrør (1, 11, 31).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15,karakterisert vedat kjølefluidet er spillvann.