NO335479B1

NO335479B1 - Apparatus and method of reduction of deposition in a deadwater zone in a fluid conduit

Info

Publication number: NO335479B1
Application number: NO20130164A
Authority: NO
Inventors: Ole Magnar Drønen
Original assignee: Scale Prot As
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-12-15
Also published as: NO20130164A1

Abstract

Det beskrives en avleiringsdempende eller -hindrende anordning ved en radiell innsnevring (12) i en rørledning (1), hvor minst én spiralformet strømningsstyring (2) er anordnet i et rørledningsparti (1a) oppstrøms innsnevringen (12), idet strømningsstyringen (2) rager radielt innover fra en rørvegg (11) og med en lengderetning skråstilt relativt rørledningens (1) senterakse (S). Det beskrives også en framgangsmåte for å dempe eller å hindre avleiring i en dødsone (31) i en fluidstrøm (3) nedstrøms en innsnevring (12) i en rørledning (1).A deposition-reducing or obstructing device is described by a radial constriction (12) in a pipeline (1), wherein at least one helical flow guide (2) is arranged in a pipeline portion (1a) upstream of the constriction (12), with the flow controller (2) projecting radially inward from a pipe wall (11) and longitudinally inclined relative to the center axis (S) of the pipeline (1). A method is also described for attenuating or preventing deposition in a dead zone (31) in a fluid stream (3) downstream of a constriction (12) in a pipeline (1).

Description

ANORDNING OG FRAMGANGSMÅTE FOR REDUKSJON I AVLEIRING I EN DØDVANNS-SONE I EN FLUIDLEDNING DEVICE AND METHOD FOR REDUCTION IN DEPOSIT IN A DEADWATER ZONE IN A FLUID LINE

Det beskrives en avleiringsdempende eller -hindrende anordning ved en radiell innsnevring i en rørledning. A deposit dampening or -preventing device is described at a radial constriction in a pipeline.

Det beskrives også en framgangsmåte for å dempe eller å hindre avleiring i en død-sone i en fluidstrøm nedstrøms en innsnevring i en rørledning. It also describes a procedure for reducing or preventing deposits in a dead zone in a fluid flow downstream of a constriction in a pipeline.

Innen olje- og gassproduksjon skaper avleiringer (scaling) i produksjonsvæskestrøm-men til dels store problemer og krever kostbare tiltak for at rørledningenes transportkapasitet skal opprettholdes. Avleiringen dannes ved at krystalliserte stoffer som føl-ger produksjonsvæska, for eksempel karbonater, avsettes på flater i rørledningen. Det er allment kjent at avleiringene særlig oppstår i turbulente områder og i dødvannsso-ner, dvs. i områder der geometrien medfører at strømningshastigheten er redusert. Dette skyldes at avleiringsintensiteten styres av to prosesser som motvirker hverand-re, nemlig a) elektrokjemiske krefter som trekker krystallene mot rørledningsflatene, og b) væskestrømmen som trekker på krystallene. I soner med sterk væskestrøm har de strømningsinduserte kreftene overtaket slik at avleiring hindres, mens de elektrokjemiske kreftene har overtaket der væskestrømmen er redusert, noe som kan resul-tere i avleiring. In oil and gas production, deposits (scaling) in the production fluid flow sometimes create major problems and require costly measures to maintain the pipelines' transport capacity. The deposit is formed when crystallized substances that follow the production fluid, for example carbonates, are deposited on surfaces in the pipeline. It is widely known that the deposits particularly occur in turbulent areas and in stagnant water zones, i.e. in areas where the geometry means that the flow rate is reduced. This is because the deposition intensity is controlled by two processes that counteract each other, namely a) electrochemical forces that pull the crystals towards the pipeline surfaces, and b) the liquid flow that pulls on the crystals. In zones with strong liquid flow, the flow-induced forces have the upper hand so that deposition is prevented, while the electrochemical forces have the upper hand where the liquid flow is reduced, which can result in deposition.

Det er derfor en fordel om en rørledning i så liten grad som mulig tildanner dødvanns-soner, for eksempel ved at det i minst mulig grad forekommer skarpe innsnevringer som skaper turbulent strømning med tilgrensende stillestående væske. Selv om dette er kjent for en fagperson, vil rørledninger ofte være forsynt med slike kritiske innsnevringer, særlig i tilknytning til ventiler. I tillegg til at avleiringer ved en ventil virker inn på rørledningens transportkapasitet, kan avleiringer ved en ventil dessuten påvirke ventilens evne til å kunne stenge for væskestrømmen, og i verste fall kan avleiring i ventilen føre til at ventilen slutter å virke. Dette kan særlig være gjeldende for ventiler som svært sjelden stilles om. En dødvannssone opptrer særlig nedstrøms innsnevringen, dvs. på lesiden. Figur 1 illustrerer en simulering av strømningshastighet omkring lesiden av en innsnevring, dvs. nedstrøms innsnevringen. It is therefore an advantage if a pipeline creates stagnant water zones as little as possible, for example by having as few sharp narrowings as possible which create turbulent flow with adjacent stagnant liquid. Although this is known to a person skilled in the art, pipelines will often be provided with such critical narrowings, particularly in connection with valves. In addition to the fact that deposits at a valve affect the pipeline's transport capacity, deposits at a valve can also affect the valve's ability to shut off the flow of liquid, and in the worst case, deposits in the valve can cause the valve to stop working. This may particularly apply to valves that are very rarely changed. A dead water zone occurs particularly downstream of the constriction, i.e. on the leeward side. Figure 1 illustrates a simulation of flow velocity around the leeward side of a constriction, i.e. downstream of the constriction.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or to reduce at least one of the disadvantages of known technology, or at least to provide a useful alternative to known technology.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved by features that are stated in the description below and in subsequent patent claims.

Begrepet "rørledning" benyttes i det vesentlige om enhver komponent som omslutter et parti av en strømningsbane for et fluid, idet begrepet ikke er begrenset til det som vanligvis faller inn under betegnelsen "rør", "rørledning" og lignende. The term "pipeline" is essentially used for any component that encloses a part of a flow path for a fluid, the term not being limited to what usually falls under the term "pipe", "pipeline" and the like.

Oppfinnelsen tilveiebringer avleiringsdempende eller -hindrende midler anordnet ved et innsnevret parti av en rørledning, nærmere bestemt ved at nevnte midler tilveiebringer en periferistrømningshastighetskomponent for det fluidet som strømmer i rør-ledningen. Periferistrømningshastighetskomponenten sammen med en aktuell aksial-strømningshastighetskomponent tildanner en aktuell strømningshastighet for en gitt lokasjon. Den aktuelle strømningshastigheten tilveiebrakt i en typisk dødsone kan være 10-100 ganger strømningshastigheten i dødsonen når det innsnevrede partiet ikke er forsynt med avleiringsdempende eller -hindrende midler. Hvilken strømnings-hastighet som er nødvendig for å forhindre avleiring vil være avhengig av flere fakto-rer, for eksempel krystallenes kjemiske tiltrekningskraftpotensiale, fluidets viskositet og kjemiske sammensetning. The invention provides deposit dampening or -preventing means arranged at a narrowed part of a pipeline, more specifically in that said means provides a peripheral flow velocity component for the fluid flowing in the pipeline. The peripheral flow velocity component together with an actual axial flow velocity component forms an actual flow velocity for a given location. The actual flow rate provided in a typical dead zone can be 10-100 times the flow rate in the dead zone when the constricted portion is not provided with deposit suppressing or preventing agents. Which flow rate is necessary to prevent deposition will depend on several factors, for example the chemical attraction potential of the crystals, the fluid's viscosity and chemical composition.

De avleiringsdempende eller -hindrende midlene må være anordnet oppstrøms det innsnevrede partiet av rørledningen, eksempelvis en ventil som skal beskyttes, og midlene kan være tildannet som ett eller flere spiralformet, langstrakt element som med sin lengderetning er anordnet i rørledningens aksielle retning og rager fra rørled-ningens vegg i radiell retning innover mot rørledningens senter. Det spiralformede, langstrakte elementet kan tildanne en vegg som deler rørledningen i flere løp. Rørled-ningspartiet vil dermed tildanne to strømningsløp som snor seg i rørledningspartiets aksielle retning. Alternativt kan de avleiringsdempende eller -hindrende midlene være tildannet som radielle forhøyninger som rager i radiell retning innover fra rørledning-ens vegg, idet et sentrumsparti av rørledningen har et gjennomgående fritt løp. The deposit dampening or -preventing means must be arranged upstream of the narrowed part of the pipeline, for example a valve to be protected, and the means can be formed as one or more spiral-shaped, elongated elements which, with their longitudinal direction, are arranged in the axial direction of the pipeline and project from the pipe joint -the wall in a radial direction inwards towards the center of the pipeline. The helical, elongated element can form a wall that divides the pipeline into several runs. The pipeline section will thus form two flow paths that wind in the axial direction of the pipeline section. Alternatively, the deposit dampening or -preventing means can be formed as radial elevations that project radially inwards from the pipeline's wall, with a central part of the pipeline having a continuous free run.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en avleiringsdempende eller -hindrende anordning ved en radiell innsnevring i en rørledning, kjennetegnet ved at minst én spiralformet strømningsstyring er anordnet i et rørledningsparti oppstrøms innsnevringen, idet strømningsstyringen rager radielt innover fra en rørvegg og med en lengderetning skråstilt relativt rørledningens senterakse. In a first aspect, the invention relates more specifically to a deposit dampening or -preventing device at a radial constriction in a pipeline, characterized by at least one spiral-shaped flow control being arranged in a pipeline section upstream of the constriction, the flow control projecting radially inward from a pipe wall and inclined in a longitudinal direction relative to the central axis of the pipeline.

Strømningsstyringen kan tildanne en vegg som tilveiebringer to adskilte strømningsløp i rørledningspartiet. The flow control can form a wall which provides two separate flow paths in the pipeline section.

Alternativt kan strømningsstyringens minste diameter maksimalt være lik den radielle innsnevringens diameter. Alternatively, the smallest diameter of the flow control can be at most equal to the diameter of the radial constriction.

Strømningsstyringen(e)s stigning kan være avtakende i retning mot innsnevringen. The rise of the flow control(s) may be decreasing in the direction towards the constriction.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en framgangsmåte for å dempe eller å hindre avleiring i en dødsone i en fluidstrøm nedstrøms en innsnevring i en rør-ledning, hvor fluidstrømmen oppviseren aksialstrømningshastighet, kjennetegnet ved at framgangsmåten omfatter følgende trinn: ved hjelp av minst én strømningsstyring å tilveiebringe en periferistrømnings-hastighet i det minste på en leside av innsnevringen. In a second aspect, the invention relates more specifically to a method for reducing or preventing deposits in a dead zone in a fluid flow downstream of a constriction in a pipeline, where the fluid flow exhibits axial flow velocity, characterized in that the method comprises the following steps: by means of at least one flow control to provide a peripheral flow rate at least on a leeward side of the constriction.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en grafisk framstilling av en fluidstrøms simulerte, resulterende strømningshastighet ved en innsnevring i en rørledning, idet nedre del a) viser den resulterende strømningshastigheten uten avleiringsdempende eller -hindrende tiltak, og øvre del b) viser effekten av å tilveiebringe avleiringsdempende eller -hindrende midler ifølge oppfinnelsen oppstrøms innsnevringen; Fig. 2 viser i perspektiv og delvis gjennomskåret et parti av en rørledning forsynt med en første utførelse av oppfinnelsen, idet en diametral, spiralformet vegg strekker seg i aksial retning i et parti av rørledningen; og Fig. 3 viser i perspektiv og delvis gjennomskåret et parti av en rørledning forsynt med en andre utførelse av oppfinnelsen, idet flere radielle forhøy-ninger som rager innover fra en rørvegg, strekker seg i aksial retning i et parti av rørledningen. In the following, an example of a preferred embodiment is described which is visualized in the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a graphical representation of a fluid stream's simulated, resulting flow rate at a constriction in a pipeline, the lower part a) showing the resulting flow rate without scale-reducing or -preventing measures, and upper part b) shows the effect of providing scale-reducing or -preventing agents according to the invention upstream of the constriction; Fig. 2 shows in perspective and partially cut through a part of a pipeline provided with a first embodiment of the invention, a diametrical, spiral-shaped wall extending in the axial direction in a part of the pipeline; and Fig. 3 shows in perspective and partially cut through a part of a pipeline provided with a second embodiment of the invention, several radial elevations projecting inwards from a pipe wall, extending in an axial direction in a part of the pipeline.

På tegningene angir henvisningstallet 1 en rørledning omfattende en innsnevring 12 i et strømningsløp 13 for en fluidstrøm 3. På en leside 121 av innsnevringen 12, dvs. nedstrøms innsnevringen 12, er det tilveiebrakt en dødsone 31 i fluidstrømmen, dvs. en sone hvor en strømningshastighet VTer tilnærmet lik null ifølge kjent teknikk (se figur la). In the drawings, the reference number 1 denotes a pipeline comprising a constriction 12 in a flow path 13 for a fluid stream 3. On a leeward side 121 of the constriction 12, i.e. downstream of the constriction 12, a dead zone 31 is provided in the fluid stream, i.e. a zone where a flow rate VTer is approximately equal to zero according to known techniques (see figure la).

I en første utførelse av oppfinnelsen (se figur 2) er det tilveiebrakt et avleiringsdem pende eller -hindrende middel i form av en spiralformet strømningsstyring 2 som ti I— danner en diametral vegg som snor seg i aksial retning i et rørledningsparti la opp-strøms innsnevringen 12. Den strømningsstyrende veggen 2 og en rørvegg 11 avgren-ser to atskilte strømningsløp 13, 13' som på grunn av strømningsstyringens 2 spiralform tilveiebringer en strømningshastighetskomponent VPi rørledningens 1 peri-feriretning. Nedstrøms strømningsstyringen 2 avtar periferistrømningshastigheten VPgradvis, og strømningsstyringen 2 anordnes derfor i umiddelbar nærhet av innsnevringen 12. Vektorsummen av periferihastigheten VPog en aksialstrømningshastighet VA utgjør i enhver lokasjon i rørledningen 1 en resulterende strømningshastighet VT. In a first embodiment of the invention (see figure 2), a deposit damping or -preventing means is provided in the form of a spiral flow control 2 which forms a diametral wall which twists in an axial direction in a pipeline section upstream of the constriction 12. The flow-controlling wall 2 and a pipe wall 11 delimit two separate flow courses 13, 13' which, due to the spiral shape of the flow control 2, provide a flow velocity component VPi in the peripheral direction of the pipeline 1. Downstream of the flow control 2, the peripheral flow velocity VP decreases gradually, and the flow control 2 is therefore arranged in the immediate vicinity of the constriction 12. The vector sum of the peripheral velocity VP and an axial flow velocity VA at any location in the pipeline 1 constitutes a resulting flow velocity VT.

I en andre utførelse av oppfinnelsen (se figur 3) er det tilveiebrakt flere avleiringsdempende eller -hindrende midler i form av spiralformede strømningsstyringer 2, 2' som rager innover fra rørveggen 11 og er i det vesentlige jevnt fordelt i et strøm-ningsløps 13 periferi. Strømningsstyringene 2, 2' oppviser en høyde, dvs. en innvendig diameter DMin, som er maksimalt lik innsnevringens innvendige diameter DFR. På figur 3 rager strømningsstyringene 2, 2' lenger inn i strømningsløpet 13 enn innsnevringen 12. In a second embodiment of the invention (see Figure 3), several deposit dampening or -preventing agents are provided in the form of spiral flow guides 2, 2' which project inwards from the pipe wall 11 and are essentially evenly distributed in the periphery of a flow path 13. The flow controls 2, 2' have a height, i.e. an internal diameter DMin, which is maximally equal to the constriction's internal diameter DFR. In Figure 3, the flow guides 2, 2' project further into the flow course 13 than the constriction 12.

Når det tilveiebringes en fluidstrøm 3 i rørledningen 1, påfører strømningsstyringen(e) 2, 2' fluidstrømmen 3 en periferihastighetskomponent VP. Dette fører til at det på innsnevringens 12 leside 121 tilveiebringes en resulterende strømningshastighet VTsom er langt høyere enn på en innsnevrings 12 leside 121 hvor rørledningen 1 ikke er forsynt med strømningsstyring(er) 2, 2', se figur la i sammenligning med figur lb. When a fluid flow 3 is provided in the pipeline 1, the flow controller(s) 2, 2' apply to the fluid flow 3 a peripheral velocity component VP. This leads to a resulting flow velocity VT being provided on the downstream side 121 of the narrowing 12 which is far higher than on the downstream side 121 of a narrowing 12 where the pipeline 1 is not provided with flow control(s) 2, 2', see figure la in comparison with figure lb.

Periferistrømningshastigheten VPpå innsnevringens 12 leside 121 påvirkes blant annet av fluidets 3 strømningshastighet ved inngangen til rørledningsparti la som er forsynt med strømningsstyring(er) 2, 2', avstanden mellom strømningsstyringen(e) 2, 2' og innsnevringens 12 leside 121, differansen mellom innsnevringens 12 og strømnings-styringen(e)s 2, 2' innvendige diametre, strømningsstyringen(e)s 2, 2' stigning P, særlig stigningen P ved strømningsstyringen(e)s 2, 2'nedstrøms ende, og fluidets 3 viskositet. The peripheral flow velocity VP on the inlet side 121 of the constriction 12 is influenced, among other things, by the flow velocity of the fluid 3 at the entrance to pipeline section la which is provided with flow control(s) 2, 2', the distance between the flow control(s) 2, 2' and the inlet side 121 of the constriction 12, the difference between the 12 and the internal diameters of the flow control(s) 2, 2', the pitch P of the flow control(s) 2, 2', in particular the pitch P at the downstream end of the flow control(s) 2, 2', and the viscosity of the fluid 3.

De strømningshastigheter som er indikert i figurene er eksempler på hvordan strøm-ningsstyringen^) 2, 2' gir en positiv effekt på strømningshastigheten nedstrøms innsnevringen 12. Den strømningshastigheten som er nødvendig for å hindre avleiring tilveiebringes fra forsøk og erfaring med brønnfluider med forskjellige kjemiske sam-mensetninger, og strømningsstyringen(e)s 2, 2' utforming, for eksempel stigningsgrad P, velges ut fra hvilken radiell strømningshastighetskomponent PR en vil oppnå ved en spesifikk fluidstrømning. The flow rates indicated in the figures are examples of how the flow control 2, 2' gives a positive effect on the flow rate downstream of the constriction 12. The flow rate that is necessary to prevent deposits is obtained from trials and experience with well fluids with different chemical compositions -mensets, and the design of the flow control(s) 2, 2', for example degree of rise P, is selected based on which radial flow velocity component PR one will achieve with a specific fluid flow.

Claims

1. Deposit dampening or -preventing device at a radial constriction (12) in a pipeline (1), characterized in that at least one spiral-shaped flow control (2) is arranged in a pipeline section (la) upstream of the constriction (12), the flow control (2 ) project radially inwards from a pipe wall (11) and with a longitudinal direction inclined relative to the central axis (S) of the pipeline (1).

2. Deposit dampening or -preventing device according to claim 1, where the flow control (2) forms a wall which provides two separate flow courses (13, 13') in the pipeline section (1a).

3. Deposit dampening or -preventing device according to claim 1, where the minimum diameter (DMin) of the flow control (2<1>) is maximally equal to the diameter (DFR) of the radial constriction (12).

4. Deposit dampening or -preventing device according to any one of claims 1-3, where the flow control(s)'s (2, 2') pitch is decreasing in the direction towards the constriction (12).

5. Method for reducing or preventing deposits in a dead zone (31) in a fluid flow (3) downstream of a constriction (12) in a pipeline (1), where the fluid flow (3) exhibits an axial flow velocity (VA), characterized wherein the method comprises the following steps: by means of at least one helical flow control (2) to provide a peripheral flow velocity (VP) at least on a reading side (121) of the constriction (12).