NO334548B1 - Anordning med radialskillevegg, spesielt for å stoppe forplantning av en radialbule i et dobbeltveggsrør beregnet på store dyp - Google Patents

Abstract

Denne anordning for å stoppe forplantningen av en bule som opptrer på et ytre rør (3) av et stivt dobbeltveggsrør (1) beregnet på transport av hydrokarboner og bestående av to koaksiale rør (2, 3), hvor dette rør (1) er av den spolbare type og er beregnet for meget store dyp, består av en tykk og rigid ringformet tverrskillevegg (11) festet til det indre rør (2) og til det ytre rør (3). Skilleveggen (11) er føyd sammen med det ytre rør (3) og det indre rør (2) ved hjelp av en ytre (12) og en indre (14) hylse med samme diameter som nevnte ytre og indre rør og festet til sistnevnte.

Description

ANORDNING MED RADIALSKILLEVEGG, SPESIELT FOR Å STOPPE FORPLANTNING AV EN RADIALBULE I ET DOBBELTVEGGSRØR BEREGNET PÅ STORE DYP

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning med en radialskillevegg, spesielt for å stoppe forplantningen av en radialbule i et dobbeltveggsrør bestående av to, henholdsvis indre og ytre, koaksiale metallrør atskilt av et ringrom, idet dette rør er et stivt rør for transport av fluider som for eksempel hydrokarboner, og er beregnet på meget store dyp.

Et stivt rør legges normalt på sjøbunnen fra en såkalt rørleggingsmåler. Leggingen kalles S-legging når røret antar form av en S mellom rørleggingsmåleren og sjøbun-nen, og den kalles J-legging når røret antar form av en J. I sistnevnte tilfelle anordnes en føringsrampe på rørleggingsmåleren, hvilken rampe enkelte ganger kan være delvis neddykket i vannet.

Det stive rør som skal legges, oppbevares på rørleggingsmåleren, enten i rørseksjoner med en gitt, men relativt kort lengde, hvor rørseksjonene sammenføyes etter hvert

som rørleggingen finner sted, eller det vikles i stor lengde på en trommel, idet røret da vikles av nevnte trommel under leggeoperasjonen. Disse leggeoperasjoner beskrives i API(American Petroleum Institute)-dokumentet "Recommended Practice 17 A" ("Anbe-falt praksis 17A") fra 1987.

Når røret har forlatt måleren, og mens nevnte rør legges, er det viktig at sistnevnte ikke gjennomgår noen plastisk deformasjon ved bøying, noe som ville resultere i ovalisering av røret, idet nevnte ovalisering forårsaker et "svakt singulærpunkt" som vil kunne bidra til initiering av en kollaps. I tillegg kan det hydrostatiske trykk som utøves mot røret når røret er lagt på sjøbunnen ved store vanndybder (typisk større enn 300 m og eventuelt opp til 2000 m eller mer), være tilstrekkelig til å initiere en radialbule som har en tendens til å forplante seg som en bølge langs røret i begge retninger. Bulen vil selvsagt fortrinnsvis dannes ved et "svakt singulærpunkt" når et slikt eksiste-rer på røret. Når bulen oppstår, er det derfor nødvendig å skifte ut i det minste den seksjon eller del av røret som omfatter det deformerte eller sammenfalne område. Buleforplantingstrykket er gitt ved formelen:

hvor aoer stålets flytespenning, T er rørtykkelsen og D er rørets utvendige diameter. For å stå imot forplantningen av en bule, må det tilsvarende trykk være større enn det hydrostatiske trykk.

For å forhindre forplantning av en lokal bule eller lokale buler, er det foreslått å forsy-ne røret med visse anordninger eller innretninger kalt bulestoppere. API Recommended Practice lill gir ulike anbefalinger og formler som angir fra hvilke dybder sper-rene anbefales, er nødvendige eller helt uunnværlige.

Slike anordninger foreslås først og fremst i sammenheng med stive enkeltveggsrør.

Ifølge en første løsning plasseres en sylinder inne i røret. Således foreslås det i

US 3 747 356 å kople en sylinder til en kabel, å feste sylinderen inne i en rørseksjon og deretter samtidig vikle av røret og kabelen, slik at sylinderen holdes i rørseksjonen mens denne legges, til røret kommer i kontakt med sjøbunnen. Sylinderen bringes så opp igjen, slik at den kan anbringes i en ny rørseksjon som skal legges, hvilken føyes sammen med den foregående seksjon. Følgelig vil enhver bule som i all sannsynlighet under legging av røret ville kunne oppstå mellom rørleggingsmåleren og sjøbunnen, umiddelbart bli stoppet, og derfor ikke få lov til å forplante seg langs rørseksjonene. Et slikt arrangement fremskaffer imidlertid ingen løsning eller effektivitet når det gjelder å stoppe buler som det er rimelig å tro kan forplante seg etter at røret omsider er lagt på sjøbunnen.

Ifølge en andre løsning benyttes en innvendig, eller fortrinnsvis utvendig, forsterk - ningsmansjett (eventuelt i to deler, hvor den utgjør et "rørklammer"). Således foreslås det i US 3 768 269 at rørets stivhet økes lokalt ved å plassere forsterkningsmansjetter med jevne mellomrom, for eksempel med mellomrom på mellom 100 m og 500 m, hvor disse forsterkningsmansjetter har en lengde på mellom 1 m og 2,5 m. En slik løsning gjelder kun for rør som legges i seksjoner, siden forsterkningsmansjettene kan monteres og festes til rørseksjonen på fabrikken, og deretter transporteres til legge-stedet ved hjelp av rørleggingsmåleren. Når røret er langt og er viklet på en oppbeva-ringstrommel, blir det praktisk talt umulig å vikle røret med forsterkningsmansjetter på en trommel, siden disse ville medføre rette eller nesten rette partier som ikke kan deformeres når røret vikles på oppbevaringstrommelen. For å avhjelpe dette problem kan det tenkes at forsterkningsmansjettene kan monteres og festes under leggeopera sjonen. Da ville det imidlertid bli nødvendig å avbryte leggingen med jevne mellomrom for å montere og feste forsterkningsmansjettene. Ifølge en alternativ løsning som er kjent gjennom dette samme patent eller gjennom dokumenter GB 1 383 527 eller US 5 458 441, kan den lokale forsterkning være i form av en tykkere mellomliggende hylse sveiset til endene av røret.

Ifølge en tredje løsning benyttes en spiralstang på rørets yttervegg. For å gjøre det mulig å vikle røret på en trommel, foreslår derfor US 4 364 692 at en stang vikles tett rundt røret for å danne et visst antall vindinger som i sine ender kan sveises til stang-en og/eller til røret.

Ifølge en annen utførelse kan vindingene være enkeltvindinger ved å sveise endene av disse og anbringe dem med jevne mellomrom langs den del av røret som skal forster-kes. Så lenge røret er et enkeltveggsrør, kan økningen i diameteren av de forsterkede partier være akseptabel. Når røret er av den dobbelveggete type eller rør-i-rørtypen, det vil si at det omfatter et ytre rør eller foringsrør som er satt på utsiden av det indre rør, er imidlertid økningen i diameteren av foringsrøret uakseptabel ved transport og lagring av lange lengder av dobbeltveggsrør.

I tillegg egner ikke løsningene seg som anbefales i de ovennevnte dokumenter, når det stive rør som skal legges, fabrikkeres i lange lengder på land og deretter vikles på en trommel på rørleggingsmåleren, ettersom de gjør bruk enten av lange forsterkningsmansjetter med en lengde på omkring 1 til 2,5 m, som i US 3 768 209, eller vik-lingen av en forsterkningsstang rundt det stive rør, som i US 4 364 692.

Med det formål å løse disse problemer og å oppnå et dobbeltveggsrør som kan vikles trass i forplantningsstopperene, har nærværende søker allerede foreslått spesielle anordninger.

Ifølge søknad FR 99/08540 er en del av et fleksibelt rør sveiset til innerveggen av det ytre rør for å danne en fleksibel forplantningsstopper.

Ifølge søknad FR 99/15216 består forplantningsstopperen av et ringformet rom fylt med harpiks som injiseres før eller under leggingen, og som kun kan herdes etter leggingen dersom lengden av rommet for harpiksen er for stor til å muliggjøre vikling i herdet tilstand.

Innenfor området dobbeltveggede metallrør er det kjent ulike innretninger som plasseres mellom det indre og det ytre koaksiale rør, og som ikke er beregnet å skulle stoppe forplantningen av en bule, men heller danne rom, gjøre tjeneste som av- standsstykke eller føye flere rørseksjoner sammen. Det finnes for eksempel endesper-resystemer, eller skott, for stive dobbeltveggsrør, og disse beskrives spesielt i WO 96/36831 og WO 98/17940. Slike skott kan ikke sammenlignes med forplantningsstoppere, siden det elastiske materiale de lages av, ikke er i stand til å overføre spen-ningene som utøves mot det ytre rør på det indre rør.

Også kjent i et helt annet område, nemlig det som innbefatter dobbeltveggete termo-plastrørkonstruksjoner, for eksempel fra dokumenter US 5 141 260 og US 4 786 088, er avstandsstykker i form av radialskillevegger mellom de to vegger, hvilke gjør det mulig å forhindre problemene knyttet til differensialekspansjonen av de to vegger, noe som kan forårsake aksialvridninger som disse avstandsstykker kan inneholde. Disse rørkonstruksjoner er ikke beregnet å skulle være neddykket, ei heller å skulle utsettes for et omgivende trykk som det som forårsaker radialbulefenomener. Disse rørkon-struksjoner er heller ikke beregnet å skulle vikles.

Den fremgår av denne kjente teknikk at det, spesielt takket være nærværende søker, er kjent å ha forplantningsstopperanordninger på dobbelveggete metallrør som frem-deles kan vikles, men på bekostning av en grad av kompleksitet i strukturen, og derfor en økning i kostnaden.

Formålet med oppfinnelsen er å anordne en forplantningsstopperanordning for et dob-beltveggsrør som kan vikles, hvilken anordning er enkel å fremstille og å montere.

Formålet med oppfinnelsen oppnås innefor rammen av et dobbeltvegget metallrør som kan vikles, fordi stoppera nord ni ngen består av en tykk og rigid ringformet tverrskillevegg festet til det indre rør og til det ytre rør.

En løsning er desto mer overraskende, ettersom den er spesielt enkel, men aldri er blitt vurdert, trass i oljeindustriens stadige behov, hvor dette behov er enda mer pres-serende siden operasjoner på dypere og dypere vann gjør forplantningsstoppere helt uunnværlige.

En tykk og rigid ringformet tverrskillevegg har i seg selv allerede vært kjent i lang tid, for eksempel fra det tidligere nevnte dokument US 3 768 269, men denne dreide seg kun om en mansjett på utsiden av det enkle rør, og forhindrer derfor ikke at røret spo-les opp.

Tykkelsen av skilleveggen ifølge oppfinnelsen er typisk mindre enn 0,5 ganger rørets utvendige diameter, til forskjell fra de hittil kjente sperrer for et dobbeltveggsrør. Tykkelsen er til og med fortrinnsvis mindre enn 0,2 ganger nevnte utvendige diameter.

I én utførelse er skilleveggen sammenføyd med det ytre rør og/eller det indre rør ved hjelp av en hylse som har tilnærmet samme diameter som nevnte ytre og/eller indre rør og er festet til sistnevnte. Anordningen har fortrinnsvis et halvt tverrsnitt i form av en avlang H. For å unngå enkelte vanskeligheter ved inspeksjon av in s/tu-sveisene, kan den være laget av stål, for eksempel som en enkeltstøpning, og kan være sveiset til endene av rørene i røret.

Festingen av skilleveggen og/eller hylsen til rørene kan gjøres ved hjelp av sveising, liming eller til og med skruforbindelser.

Ved vikling på trommelen vil det indre rør utsettes for meget høye lokale spenninger ved skilleveggen. Dette fenomen, som eventuelt kan resultere i sprekkdannelse i det indre rør, kan bekjempes ved gradvis og lokalt å øke tykkelsen av det indre rør i området som er satt av for skilleveggen.

Røret ifølge oppfinnelsen kan benyttes ved store dyp, uten andre former for forplantningsstoppere enn de ovennevnte, og uten noen modifikasjon av røret (som for eksempel økning av tykkelsen av det ytre rør).

Et annet aspekt av oppfinnelsen fremskaffer en anordning med en radialskillevegg for et stivt dobbeltveggsrør for transport av hydrokarboner, idet nevnte rør består av to, henholdsvis indre og ytre koaksiale metallrør atskilt av et ringrom, hvor dette rør er beregnet for meget store dyp, og hvor anordningen består av en tykk og rigid ringformet tverrskillevegg som forbinder en ytre metallhylse med en indre metallhylse med henholdsvis samme diameter som nevnte ytre og nevnte indre rør, idet disse hylser er innrettet for å sveises til henholdsvis det indre og det ytre rør, hvor forbindelse mellom den indre hylse og den ytre hylse anordnes ved hjelp av skruforbindelser.

Den indre hylse er fortrinnsvis aksialforskjøvet i forhold til den ytre hylse (det vil si at den indre hylse strekker seg forbi den ytre hylse på én side og er trukket tilbake på den andre) for å lette leggingen ved sveising, ved å begrense antallet sveiser. Denne skillevegganordning er spesielt fordelaktig for stive rør som ikke vikles, og som sam-menstilles offshore, siden den reduserer produksjonstiden. Den omgår problemene med mellomstykker som er nødvendige for en skillevegganordning i form av et enkelt stykke eller i form av to stykker som er sveiset sammen, og den har også den fordel at den gjør det mulig på enkelt vis å justere plasseringen av det ytre rør i forhold til det indre rør, noe som unngår produksjonsklaringer.

Ytterligere fordeler og trekk vil fremgå tydeligere ved lesing av den etterfølgende be-skrivelse av oppfinnelsen, med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 er et langsgående tverrsnitt av en del av et stivt dobbeltveggsrør utstyrt med en forplantningsstopper ifølge oppfinnelsen; Figurer 2, 3 og 4 viser skjematisk og i tverrsnitt tre trinn for montering av anordningen ifølge oppfinnelsen under produksjon av røret; Figurer 5 og 6 viser langsgående tverrsnitt av to andre utførelser av forplantningsstopperen ifølge oppfinnelsen; og Figur 7 viser to langsgående halvtverrsnitt av to varianter av anordningen vist på

figur 1.

Det stive dobbeltveggsrør 1 med lengdeakse A, delvis vist på figur 1, omfatter en indre vegg eller rør 2 ("strømningsrøret"), hvis diameter og materialtype er valg i henhold til fluidet som strømmer i nevnte indre rør, spesielt i henhold til temperatur og trykk i nevnte fluid, og en ytre vegg eller rør 3 ("bærerøret") som er trædd på utsiden av det indre rør 2. Det ytre rør 3 har som regel en utvendig diameter D som er større av dimensjon enn det indre rør 2 for å gjøre det mulig å plassere varmeisolasjon i ring rom met 5, og har en tykkelse som gjør det mulig å motstå det hydrostatiske trykk som utøves mot nevnte ytre rør 3. Det stive rør 1 innbefatter vanligvis avstandsstykker (ikke vist) som er festet til ytterveggen 4 av det indre rør, og som er satt fast i ringrommet 5 anordnet mellom det ytre rør 3 og det indre rør 2.

Forplantningsstopperanordningen 10 omfatter i alt vesentlig en ringformet skillevegg 11 festet til rørene 2 og 3. Tykkelsen E på skilleveggen er ganske liten sammenlignet med diameteren D, for eksempel ca. én til to tiendedeler av D. I én utførelse er E = 30 mm og D = 270 mm.

Skilleveggen 11 er et stykke med en kort ytre hylse som har tilnærmet samme tykkelse og diameter som det ytre rør 3. Skilleveggen 11 er skrudd på utvendige gjenger 13 på en indre hylse 14 som har tilnærmet samme tykkelse og diameter som det indre rør 2. Gjengene 13 er imidlertid anbrakt midt i et område 15 av hylsen, hvis tykkelse gradvis øker mot utsiden og mot midten. Hylsene 12 og 14 er festet til det indre 2 og det ytre 3 rør ved hjelp av sveiser 16 og 17. Gjengene 13 er med fordel ACME-type gjenger (trapesgjenger), hvilke er mye brukt i oljebransjen for å sammenføye rørseks-joner, og gir god belastningsoverføring. Gjengene 13 kan være plassert på en hvilken som helst del av skilleveggen 11, ikke nødvendigvis på det punkt hvor den er festet til den ene eller den andre av hylsene.

Den indre hylse 14 og den ytre hylse 12 er fortrinnsvis aksialforskjøvet (for eksempel med 100 mm) for å lette montering, som nå vil bli forklart på figurer 2 til 4. Dobbelt-veggsrøret produseres på kjent vis ved å sammenføye en seksjon med en bestemt lengde (for eksempel 12 m). Når en stopper må settes inn, ved ca. hver 200 m av røret, starter prosessen med å sveise den gjengete indre hylse 14 til det indre rør 2 (figur 2) ved 16. Sammenstillingen som består av skilleveggen 11 og den ytre hylse 12, skrus på dette, og den ytre hylse 12 sveises på det ytre rør 3 ved 17.

Siden den ytre hylse 12 er forskjøvet i forhold til den indre hylse 14, er det ikke nød-vendig å bruke et mellomrør (to halvhylser) for å føye den ytre hylse 12 sammen med det ytre rør 3. Det vil forstås klart og tydelig at når anordningen består av et enkelt stykke eller av flere sveisede stykker, vil et mellomrør være nødvendig, idet den ytre hylse 12 er kortere enn den indre hylse 14 for å gjøre det mulig å sveise den indre hylse 14 til det indre rør 2. I tillegg muliggjør skruanordningen optimal justering av plasseringen av den ytre hylse 12 i forhold til det ytre rør, og den gjør det derfor mulig å oppta eventuelle produksjonsklaringer.

Skilleveggen kan også være sveiset ved gjengene for å sikre lekkasjetetthet, idet denne sveis ikke behøver å ta belastningene, og derfor er enkel å lage. Deretter trekkes det indre rør 2' i en ny rørseksjon ut, ved å løsgjøre det fra det ytre rør, i en lengde som er tilstrekkelig til å gjøre det mulig å sveise det ved 16 til den indre hylse 14 av stopperen som er montert (figur 4), idet det ytre rør 3' (vist med stiplede linjer) av den nye seksjon så trekkes tilbake over det indre rør 2' som akkurat er blitt sveiset, for så å sveise det ved 17' til den ytre hylse 12, og prosessen kan fortsette med vanlig produksjon av flere rørseksjoner til neste forplantningsstopper monteres.

Stopperen som beskrives ovenfor, er i sin helhet laget av stål (eventuelt i ulike kvali-teter for den indre hylse og den ytre hylse), og kan utgjøre en varmebro mellom dob-beltrørets utvendige miljø og det indre rør. Rett ved hver sperre kan denne varmebro skape en kuldeflekk som fører til dannelsen av parafinvoks. For å unngå dette problem kan det mellom de isolerte deler av dobbeltrøret dannes en varmeisolasjon basert på keramikk.

I denne hensikt kan skilleveggen 11 (figurer 5 og 6) lages av keramikk og hylsene 12 og 14 av stål. Skilleveggen kan limes til rørene med et anaerobt klebemiddel som sik-rer lekkasjetetthet. Utførelsen på figur 5 har beholdt stålgjenger 18 som går i inngrep med gjengene 13 på den indre hylse 14, mens stopperen 10 i utførelsen på figur 6 er laget i ett stykke ved direkte å binde skilleveggen 11 til hylsene 12 og 14. Det kera-miske materiales termiske ledningsevne må være mindre enn 0,5 W/(Km) og fortrinnsvis mindre enn 0,2 W/(Km).

Figur 7 viser to alternative former av utførelsen på figur 1. Øvre del av figuren viser tilfellet hvor skilleveggen 11 er sveiset direkte til hylsene, henholdsvis den ytre hylse 12 og den indre hylse 14 (eller t.o.m. til selve rørene), og nedre del av figuren viser tilfellet hvor hele anordningen 10 er produsert som en avstøpning som innbefatter hylsene 12, 14 og skilleveggen 11. Disse to utførelser muliggjør imidlertid ikke den fordelaktige montering som på figurer 2 til 4, og krever bruk av en mellomliggende forbindelsesdel som vanligvis består av to halvhylser, noe som vil innebære ekstra sveising, det vil si to langsgående sveiser og én rundsveis.

Claims (6)

1. Anordning (10) med en radial skillevegg (11) for et stivt dobbeltveggsrør (1) for å transportere hydrokarboner, hvor nevnte rør består av to koaksiale metallrør, henholdsvis et indre rør (2) og et ytre rør (3), som er atskilt av et ringrom (5), idet dette rør (1) er beregnet på meget store dyp,karakterisertv e d at anordningen består av en tykk, stiv, ringformet og tverrgående skillevegg (11) som sammenføyer en ytre metallhylse (12) med en indre metallhylse (14) av samme diameter som henholdsvis nevnte ytre rør (3) og nevnte indre rør (2), hvor disse hylser er utformet til å sveises til henholdsvis det indre rør (2) og det ytre rør (3), idet forbindelse mellom den indre hylse (14) og den ytre hylse (12) fremskaffes gjennom en skruforbindelse (13).

2. Anordning ifølge krav 1, hvor den indre hylse (14) er aksialforskjøvet i forhold til den ytre hylse (12).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, hvor tykkelsen E av skilleveggen (11) er mindre enn 0,5 ganger enn den utvendige diameter D av det ytre rør og fortrinnsvis mindre enn 0,2 ganger denne diameter.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor skilleveggen (11) er festet til det indre rør eller til den indre hylse i et område (15) av sistnevnte som har en tykkelse som gradvis øker mot utsiden.

5. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor skilleveggen (11) er festet til minst ett av det indre (2) eller det ytre (3) rør, eller til den indre (14) eller den ytre (12) hylse ved hjelp av sveising, ved hjelp av liming eller ved hjelp av skruing.

6. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor skilleveggen (11) er laget av et materiale som er mekanisk sterkt, og som er en dårlig var-meleder, slik som et keramisk materiale.