NO334368B1

NO334368B1 - Temperaturregulerende anordning, fremgangsmåte, samt undersjøisk ventiltre

Info

Publication number: NO334368B1
Application number: NO20030803A
Authority: NO
Inventors: John C Vicic; Dwight D Janoff
Original assignee: Fmc Technologies
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2014-02-17
Also published as: NO20030803L; GB0304910D0; US6415868B1; AU2001285073A1; GB2383815A; WO2002016733A1; GB2383815B; WO2002016733B1; NO20030803D0

Abstract

En temperaturregulerende anordning (10) for å forebygge dannelse av alkanhydrater i en undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent(12) har i det minste en strømningsbane (14) som et brønnfiuid tillates å strømme igjennom. Brønnfiuidet har en strømningstemperatur og en lavere, hydratdannende temperatur hvor hydrater vil dannes i fluidet. Den temperaturregulerende anordning (10) omfatter et hus (18) plassert i varmevekslende forhold med hensyn til strømningsbanen, mens et fase- endrende material (16) er anordnet i huset. Det fase-endrende material har et smeltepunkt som ligger under strømningstemperaturen, men over den hydratdannende temperatur, slik at når temperaturen i det fase-endrende material faller til dets smeltepunkt, vil det fase-endrende material størkne og dets latente varme bli overført til brønnfiuidet for å holde temperaturen i brønnfiuidet i strømningsbanen over dets hydratdannende temperatur.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte og anordning for forebyggelse av dannelse av alkanhydrater i undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyr. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en sådan metode og anordning som baserer seg på bruk av et fase-endrende material for å holde det utvunnede brønnfluid over en forutbestemt temperatur under hvilken det vil dannes alkanhydrater.

Undersjøiske olje- og gassbrønner som befinner seg på dybder større enn ca. 1.500 m (5.000 fot) eller på ekstreme breddegrader utsettes for vann som typisk er bare noen få grader over frysepunktet. Skjønt brønnfiuidet er forholdsvis varmt når det strømmer igjennom det undersjøiske produksjonsutstyr vil det omgivende vann raskt avkjøle fluidet når strømningen avbrytes over en viss tid, slik som ved en midlertidig stengning av brønnen. Dersom brønnfiuidet tillates å bli avkjølt til under fluidets hydratdannende temperatur, som gjennomsnittlig er omtrent 21° C for typiske hydrokarboner, kan det dannes alkanhydrater i fluidet, som kan blokkere strømningsbanene gjennom produksjonsutstyret.

Med tidligere kjent teknikk er varmeisolerende materialer blitt brukt på undersjøisk utstyr

for å bremse avkjølingen av fluidet inntil strømningen kan bli gjenopprettet eller en hydra-tinhibitor kan injiseres i fluidet. Vanligvis fordres det imidlertid flere tommer med isolasjon for å frembringe den nødvendige varmebarriere og dette påvirker konstruksjonen og frem-stillingen av det undersjøiske utstyr og øker i vesentlig grad utstyrets pris. I tillegg er hydratinhibitoren og det utstyr som fordres for å injisere den i fluidet, forholdsvis kostbare.

Som kjent teknikk nevnes US 6000438 A og WO 0040886 A1.

De ovennevnte og andre ulemper ved tidligere kjent teknikk overvinnes med anordningen, fremgangsmåten og ventiltreet ifølge oppfinnelsen som beskrevet ved de i kravene anførte trekk.

I et aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for forebyggelse av dannelse av alkanhydrater i en undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent som har i det minste en strømningsbane som et brønnfluid tillates å strømme igjennom. Fremgangsmåten innebærer trinn hvor det frembringes et fase-endrende material (PCM) som har smeltepunkt under brønnfluidets normale strømningstemperatur, men over brønnfluidets hydratdannende temperatur, og hvor det fase-endrende material plasseres i et varmevekslende forhold med hensyn til strømningsbanen. Når brønnfiuidet avkjøles og det fase-endrende materials temperatur faller til dets smeltepunkt, vil således det fase-endrende material størkne og dets latente varme bli overført til brønnfiuidet for å holde brønnfluidets temperatur over den hydratdannende temperatur. Foreliggende oppfinnelse kan derfor sees å fremskaffe en passiv metode for å holde temperaturen i brønnfiuidet over dets hydratdannende temperatur uten behov for omfangsrik isolasjon eller dyre inhibitorer mot dannelse av hydrat.

I henhold til et annet aspekt av foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en temperaturregulerende anordning for å forebygge dannelse av alkanhydrater i en undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent som har i det minste en strømningsbane som et brønnfluid tillates å strømme igjennom. Den temperaturregulerende anordning omfatter et hus som er plassert i varmevekslende forhold med hensyn til strømningsbanen og et fase-endrende material som er anordnet inne i huset. Det fase-endrende material har smeltepunkt som ligger under brønnfluidets normale strømningstemperatur, men over brønn-fluidets hydratdannende temperatur. Når brønnfiuidet avkjøles og det fase-endrende materials temperaturfaller til dets smeltepunkt, vil det fase-endrende material således størkne og dets latente varme bli overført til brønnfiuidet for å holde brønnfluidets temperatur over den hydratdannende temperatur.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter huset et fleksibelt termoplastmaterial, mens den temperaturregulerende anordning videre omfatter utstyr for å feste huset i et varmevekslende forhold med hensyn til strømningsbanen. I en annen utførelse av oppfinnelsen avgrenses strømningsbanen av en første kanal, idet huset har en andre, konsentrisk kanal med større diameter enn den første kanal, og hvor det fase-endrende material anordnes mellom den første og andre kanal. I henhold til nok en annen utførelse av oppfinnelsen omfatter den temperaturregulerende anordning også et varmeisolerende material anordnet omkring huset. Følgelig holder den temperaturregulerende anordning på effektiv måte brønnfluidets temperatur over dets hydratdannende temperatur uten behov for omfangsrik isolasjon eller dyre inhibitorer mot dannelse av hydrat.

Disse og andre formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil komme klarere frem av den etterfølgende detaljerte beskrivelse gitt med henvisning til de vedføyde tegninger. På tegningene er de samme henvisningstall benyttet for å betegne samsvarende komponenter i de forskjellige utførelser.

Det er vedføyd tegninger, på hvilke:

Fig. 1 er en perspektivskisse av en del av en utførelse av en temperaturregulerende anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse vist installert på en undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrsenhet, idet et parti av anordningens hus er fjernet

for å vise det fase-endrende material som er anordnet i det,

fig. 2 viser et snitt langs en del av en annen utførelse av en temperaturregulerende anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse vist installert på en undersjøisk

olje- og gassproduksjonsutstyrsenhet,

fig. 3 viser et snitt på tvers gjennom en annen utførelse av en temperaturregulerende anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse vist installert på en undersjøisk

olje- og gassproduksjonsutstyrsenhet, og

fig. 4 viser et snitt gjennom et undersjøisk ventiltre med flere komponenter som den temperaturregulerende anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse er installert på.

I henhold til foreliggende oppfinnelse brukes det et fase-endrende material i sammenheng med en undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent for å hindre temperaturen i et brønnfluid som strømmer gjennom komponenten fra å falle under dets hydratdannende temperatur, dvs. den temperatur under hvilken det vil begynne å danne seg alkanhydrater i fluidet. Den gjennomsnittlige hydratdannende temperatur for vanlige hydrokarboner som utvinnes gjennom typiske undersjøiske brønner, er omtrent 21°C. Denne temperaturen ligger flere titalls grader under brønnfluidets normale strømningstemperatur, dvs. fluidets temperatur når det strømmer gjennom produksjonsutstyret. Slik det brukes i denne beskrivelse, er uttrykket undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent ment å innbefatte alt typisk utstyr som brukes for å utvinne eller produsere olje eller gass og som sådanne brønnfluider bringes til å strømme igjennom under en hvilken som helst av utstyrets driftsfaser. Som et eksempel kan sådanne produksjonsutstyrskomponenter innbefatte brønnhoder, ventiltrær, ventiler, strømningsregulerende komponenter, strøm-ningssløyfer, strømningsledninger, rør, krysskoblinger, manifolder, rørledninger og stige-rør. I sammenheng med foreliggende oppfinnelse skal dessuten uttrykket "forebyggelse av dannelse av alkanhydrater" og lignende uttrykk som brukes her, tolkes til å bety hindre eller hemme dannelse av alkanhydrater over en tid som er lengre enn den tid som normalt ville gå før alkanhydrater ville begynne å dannes i fravær av foreliggende oppfinnelse.

Det henvises nå til fig. 1 hvor en temperaturregulerende anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse, som generelt er angitt ved henvisningstallet 10, er vist installert på en generelt rørformet, undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent 12 som har en strømningsbane 14 som et brønnfluid (ikke vist) tillates å strømme igjennom. I sam-svar med definisjonen ovenfor kan komponenten 12 vist i fig. 1 f.eks. være en strømnings-sløyfe, en strømningsledning, et rør, en krysskobling, et stigerør eller en rørledning. I denne utførelse av oppfinnelsen er den temperaturregulerende anordning 10 vist til å omfatte et fase-endrende material 16 som er anordnet i et hus 18 og er plassert i varmevekslende forhold med hensyn til komponenten 12. Derfor blir den latente varme som genereres av det fase-endrende material når det går over fra flytende til fast tilstand, lett ledet gjennom huset 18 til komponenten 12 og inn i brønnfiuidet i strømningsbanen 14.

Det fase-endrende material velges slik at det har et smeltepunkt som ligger under brønn-fluidets strømningstemperatur, men over fluidets hydratdannende temperatur. Fortrinnsvis ligger det fase-endrende materials smeltepunkt omtrent 5° over brønnfluidets hydratdannende temperatur. Under normale strømningsbetingelser i produksjonsutstyret overføres varme fra brønnfiuidet til det fase-endrende material og det fase-endrende materials temperatur holdes derfor nær brønnfluidets strømningstemperatur. Følgelig befinner det fase-endrende material seg i flytende tilstand under normale strømnings-betingelser. I det tilfelle brønnfluidets strømning avbrytes, f.eks. ved midlertidig stengning av brønnen, vil det omgivende vanns temperatur avkjøle både det fase-endrende material og det stillestående brønnfluid i strømningsbanen 14. Dersom den omgivende vann-temperatur er tilstrekkelig lav til å avkjøle det fase-endrende material til dets smeltepunkt, vil det fase-endrende material størkne. Den latente varme som genereres av det fase-endrende material under denne tilstandsendring vil bli overført til brønnfiuidet i komponenten 12 og denne varme vil over en viss tid holde fluidets temperatur over dets hydratdannende temperatur. Den omtrentlige mengde fase-endrende material som er nødvendig for å generere tilstrekkelig varme til å holde brønnfluidets temperatur over dets hydratdannende temperatur over en ønsket tid, f.eks. den antatte varighet av brønnens stengning, kan bestemmes på grunnlag av det omgivende vanns temperatur, brønnfluid-ets strømningstemperatur, volumet av brønnfiuidet i komponenten 12, geometrien av komponenten 12, varmeledningsevnen for huset 18 og mengden latent varme generert av det fase-endrende material 16. Egnede fase-endrende materialer for bruk sammen med foreliggende oppfinnelse innbefatter hydrerte salter, eutektiske salter og paraffiner. Disse og andre fase-endrende materialer er tilgjengelige fra mange forskjellige kilder, innbefattet Phase Change Laboratories, Inc., San Diego, California, U.S.A.

Huset 18 er fortrinnsvis konstruert av et material som har gode varmeoverføringsegen-skaper og er tilstrekkelig til å motstå de barske betingelser i et undersjøisk miljø. I det utførelseseksempel på en temperaturregulerende anordning 10, som er vist i fig. 1, er huset 18 fremstilt fra et termoplast-platematerial som før det monteres har en generelt plan, rektangulær fasong. Under installasjonen av den temperaturregulerende anordning 10 blir huset 18 og det fase-endrende material 16 som fortrinnsvis inneholdes i huset, anbragt omkring komponenten 12 og sikret til denne med stropper 20, et passende binde-middel eller et hvilket som helst annet egnet middel. Huset 18 er fortrinnsvis tilstrekkelig stort til å dekke over nær sagt hele komponenten 12. Imidlertid kan flere enkelthus plasseres over komponenten 12 og sikres til denne i det tilfelle ett eneste hus er upraktisk for en gitt utførelse av komponenten 12. For eksempel tilbyr flere selskaper fase-endrende materialer som er forhåndspakket i fleksible poser eller sekker som har standarddimensjoner, og det kan være mer bekvemt å kombinere flere sådanne forpak-ninger enn å fremstille et eneste hus med spesiell utforming for komponenten 12. Alternativt kan huset 18 fremstilles fra et stivt material som er konstruert for å samsvare med fasongen av komponenten 12 som det skal installeres på og om nødvendig seg-menteres i to eller flere seksjoner for å lette monteringen på komponenten. I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen kan huset 18 omfatte flere forholdsvis små beholdere som forbindes med et nett av fleksibelt material.

En annen utførelse av foreliggende oppfinnelse er anskueliggjort i fig. 2. Den temperaturregulerende anordning som generelt er angitt ved henvisningstallet 100, er i denne utførelse i mange henseender lik den tidligere drøftede temperaturregulerende anordning 10. I foreliggende utførelse omfatter imidlertid den temperaturregulerende anordning 100 også en kappe 22 som ligger over huset 18. Kappen 22 er fortrinnsvis fremstilt fra et vanntett, varmeisolerende material som kan støpes eller mures på huset 18, slik som den type som er beskrevet i US-patentsøknad nr. 60/197 319 i søkerens navn og som tas med her som referanse. Alternativt kan kappen 22 være fremstilt fra et fleksibelt platematerial som anbringes omkring huset 18 og festes til dette ved hjelp av passende midler. Kappen 22 tjener til å forsegle og isolere det fase-endrende material 16 og huset 18 fra det omgivende miljø og sinke avkjølingen av det fase-endrende material og brønnfiuidet i komponenten 12 i det tilfelle strømningen avbrytes.

En ytterligere utførelse er vist i fig. 3. I denne utførelse av den temperaturregulerende anordning som generelt er angitt ved henvisningstallet 200, er produksjonsutstyrskom-ponenten 12 en rørformet kanal, mens det fase-endrende material 16 er anordnet som en ring mellom kanalen 12 og en større konsentrisk kanal 24. Huset som rommer det fase-endrende material blir da faktisk de to kanaler 12, 24. Følgelig kommer det fase-endrende material 16 i direkte kontakt med komponenten 12 og dette bidrar til varme-overføring fra det fase-endrende material til brønnfiuidet i strømningsbanen 14. Om ønskelig kan den temperaturregulerende anordning også omfatte en isolerende kappe 22 som ligger over den store kanal 24.

Den temperaturregulerende anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse kan utnyttes for å forebygge dannelse av alkanhydrater i mange forskjellige komponenter i en under-sjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrsenhet. Med henvisning til fig. 4 er det vist flere temperaturregulerende anordninger, slik som den temperaturregulerende anordning 10, montert på diverse komponenter i et undersjøisk ventiltre 26. Det undersjøiske ventiltre har typisk en aksial produksjonsboring 30 som står i forbindelse med brønnhullet, et produksjonsutløp 32 forbundet med produksjonsboringen, en eller flere produksjons-ventiler 34 for å regulere strømningen gjennom produksjonsutløpet 32, en struper eller et spjeld 36 forbundet med produksjonsutløpet 32 via en strømningssløyfe 38, et ringformet utløp 40 forbundet med rørringen som omgir produksjonsrøret (ikke vist), en eller flere ringformede ventiler 42 for å regulere strømningen gjennom det ringformede utløp 40 og en produksjonsstrømsløyfe 44 for å forbinde produksjonsutløpet med en undersjøisk strømningsledning (ikke vist). Ideelt anvendes den temperaturregulerende anordning 10 på de partier av ventiltreet 26 som er mest utsatt for det omgivende sjøvann og som brønnfiuidet vil strømme igjennom. I fig. 4 er f.eks. den temperaturregulerende anordning 10 vist anvendt på produksjonsventilblokken 46 som rommer en eller flere produksjons-ventiler 34, struperen 36, den ringformede ventilblokk 48 som rommer en eller flere av de ringformede ventiler 42 og strømningssløyfene 38 og 44. Selvsagt kan den temperaturregulerende anordning 10 anvendes på enda flere eller færre komponenter i det under-sjøiske ventiltre 26 ettersom det ønskes eller fordres under spesielle omstendigheter.

Slik som utførelseseksemplene på anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse viser, innebærer fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse at et fase-endrende material anbringes i varmevekslende forhold med hensyn til en undersjøisk olje-og gassproduksjonsutstyrskomponent som har en strømningsbane som et brønnfluid tillates å strømme igjennom. Det fase-endrende material velges slik at det har et smeltepunkt under brønnfluidets strømningstemperatur, men over fluidets hydratdannende temperatur. Under normal drift av produksjonsutstyret vil temperaturen i det fase-endrende material bli holdt nær strømningstemperaturen. Dersom strømningen av brønn- fluid gjennom komponenten avbrytes, vil det fase-endrende material og det stillestående brønnfluid i komponenten bli avkjølt av det omgivende vann. Dersom temperaturen i det fase-endrende material reduseres til dets smeltetemperatur, vil det fase-endrende material størkne og latent varme generert av det fase-endrende material under denne tilstandsendring vil bli overført til brønnfiuidet for å opprettholde temperaturen i brønn-fiuidet over dets hydratdannende temperatur. Det blir fortrinnsvis anvendt en passende mengde fase-endrende material til å generere tilstrekkelig varme til å holde temperaturen i brønnfiuidet over dets hydratdannende temperatur over en ønsket tid.

Claims

1. Temperaturregulerende anordning (10) for å forebygge dannelse av alkanhydrater i en undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent (12) som har i det minste en strømningsbane (14) som et brønnfluid tillates å strømme igjennom, idet brønnfiuidet har en strømningstemperatur og en nedre hydratdannende temperatur hvor hydrater vil bli dannet i brønnfiuidet, karakterisert vedat den temperaturregulerende anordning (10) omfatter: -et hus (18) plassert i varmevekslende forhold med hensyn til komponenten (12), og -et fase-endrende material (16) anordnet i huset (18) på en slik måte at det er adskilt fra komponenten (12) av huset (18), idet det fase-endrende material (16) har et smeltepunkt som ligger under strømningstemperaturen, men over den hydratdannende temperatur, slik at når temperaturen i det fase-endrende material (16) faller til dets smeltepunkt, vil det fase-endrende material (16) størkne og dets latente varme bli overført til brønnfiuidet for å holde temperaturen i brønnfiuidet i strømningsbanen (14) over dets hydratdannende temperatur.

2. Temperaturregulerende anordning (10) som angitt i krav 1, og som videre omfatter en isolerende kappe (22) som ligger over huset (18).

3. Temperaturregulerende anordning (10) som angitt i krav 1, og hvor huset (18) er fremstilt fra et fleksibelt termoplast-platematerial.

4. Temperaturregulerende anordning (10) som angitt i krav 1, og som videre omfatter utstyr (20) for å feste huset (18) til komponenten (12).

5. Fremgangsmåte for å forebygge dannelse av alkanhydrater i en undersjøisk olje- og gassproduksjonsutstyrskomponent (12) som har i det minste en strømningsbane (14) som et brønnfluid tillates å strømme igjennom, idet brønnfiuidet har en strømningstemperatur og en nedre hydratdannende temperatur hvor hydrater vil dannes i fluidet,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter trinn hvor: -det frembringes et fase-endrende material (16) som har smeltepunkt under strømnings-temperaturen, men over den hydratdannende temperatur, og -det fase-endrende material (16) plasseres i et hus (18) som er anordnet i varmevekslende forhold med hensyn til komponenten (12) og som adskiller det fas-endrende material (16) fra komponenten (12), slik at når temperaturen i det fase-endrende material (16) faller til dets smeltepunkt, vil det fase-endrende material (16) størkne og dets latente varme bli overført til brønnfiuidet for å holde temperaturen i brønnfiuidet i strømningsbanen (14) over den hydratdannende temperatur.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, og som også omfatter et trinn hvor det fase-endrende material (16) isoleres fra det omgivende miljø.

7. Undersjøisk ventiltre (26) for utvinning av et brønnfluid fra et brønnhull, idet brønnfiuidet har en strømningstemperatur og en nedre hydratdannende temperatur hvor hydrater vil dannes i strømfluidet, idet ventiltreet (26) omfatter: -en produksjonsboring (30) som står i forbindelse med brønnhullet, -et produksjonsutløp (32) som er forbundet med produksjonsboringen (30), -i det minste en produksjonsutstyrskomponent (12) som har i det minste en strømnings-bane (14) som står i forbindelse med produksjonsutløpet (32) og som brønnfiuidet tillates å strømme igjennom, -et hus (18) plassert i varmevekslende forhold med hensyn til komponenten (12), og -et fase-endrende material (16) anordnet i huset (18), idet det fase-endrende material (16) har et smeltepunkt som ligger under strømningstemperaturen, men over den hydratdannende temperatur, slik at når temperaturen i det fase-endrende material (16) faller til dets smeltepunkt, vil det fase-endrende material (16) størkne og dets latente varme bli overført til brønnfiuidet for å holde temperaturen i brønnfiuidet i strømningsbanen (14) over dets hydratdannende temperatur.

8. Undersjøisk ventiltre (26) som angitt i krav 7, og som videre omfatter en isolerende kappe (22) som ligger over huset (18).

9. Undersjøisk ventiltre (26) som angitt i krav 7, og hvor huset (18) er fremstilt fra et fleksibelt termoplast-platematerial.

10. Undersjøisk ventiltre (26) som angitt i krav 7, og som videre omfatter utstyr (20) for å feste huset (18) til komponenten (12).