NO335979B1

NO335979B1 - Kaldstrøms undervannshydrokarbonproduksjonssystem

Info

Publication number: NO335979B1
Application number: NO20073539A
Authority: NO
Inventors: Iii Moye Wicks; Jose Oscar Esparza; George John Zabaras; Szabolcs Roland Balkanyi; James George Broze; Gregory John Hatton; Ajay Praful Mehta; Chien Kuei Tsai
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2015-04-07
Also published as: US7530398B2; GB0710203D0; AU2005319451B2; GB2435582A; AU2005319451A1; NO20073539L; US20090020288A1; BRPI0519128A2; US20060175063A1; BRPI0519128B1; MY140095A; WO2006068929A1; US7918283B2; GB2435582B

Description

Oppfinnelsen en undersjøisk fremgangsmåte og et system for å behandle en undersjøisk produksjonsstrøm.

Hydrokarbonproduksjon i et undervannsmiljø er kapitalkrevende, tidkrevende og utfordrende. Kostnadene forbundet til nærliggende dyptvannsstrukturer eller verter for å støtte utvinning og produksjon er stadig økende, især på dypt vann (over 3000 fot). Produsentene har blitt tvunget til å undersøke de økonomiske og tekniske muligheter for undersjøiske produksjonssystemer som er knyttet til eksisterende offshorestrukturer som kan være mange mil borte. Mens produksjonsstrømmen kan etterlate brønnhodet ved en høy temperatur, blir den raskt nedkjølt etter hvert som den vandrer mange kilometer i et dyptvannsmiljø hvor temperaturen kan være i størrelsesorden 5 °C.

En undersjøisk produksjonsstrøm kan omfatte vann eller salt, gass, olje sammen med oppløste partikler, f.eks. voks, asfalten, organiske og uorganiske salter. Ved høye temperaturer og trykk vil de oppløste faste bestanddeler forbli i løsningen. Etter at produksjonsstrømmen forlater brønnhodet, begynner den imidlertid å avkjøles og trykket blir redusert sammenlignet med brønnhodetrykket. Disse endringer i temperatur og trykk fører til at de oppløste partiklene presipiterer og at det frembringes nye partikler. Uorganiske salter kan presipitere som skal på rørledningen og de oppløste asfaltener og voks vil danne partikler som kan feste seg til rørledningens innervegger. Videre kan gass og vann reagere til faste hydrater som likeledes kan feste seg til rørledningens vegg. Etter hvert som partiklene presipiterer og danner faste hydrater, kan de over tid redusere rørledningens og produksjonens kapasitet fra brønnen. Disse mekanismene for presipitering av partikler og frembringelse av faste hydrater er kjent og har blitt gjenstand for undersøkelser. Det tekniske området av undersjøisk produksjon som behandler opprettholdelse av ønsket produksjonsstrøm kalles generelt strømningssikring.

Enkelte undersøkelser har blitt rettet mot å bestemme om den innvendige glatthet av strømningsledningen eller rørledningen kan forbedres for å hindre voks fester seg til rørledningsveggen. Likeledes har belegg, enten innvendig påførte eller strømningstilført, blitt undersøkt for å bestemme om disse kan hindre at partikler fester seg til rørledningsveggen. Se US patentskrift 5 254 366 og 5 020 561 som det henvises til her i sin helhet. Til dato har det ikke blitt foretatt noen vellykket feltimplementering av disse teknikkene.

Andre strømningssikringsanordninger har vært rettet mot å modifisere selve rørledningsmiljøet. Isolerte rør, f.eks. som i US patentskrift 6 079 452 eller rør-i-rør-systemer som i US patentskrift 6 145 547, har blitt vanlig. Imidlertid forsøker disse systemene bare å lindre effektene av undersjøisk kulde og driftstrykk. Over større avstander vil selv et isolert rør ikke være effektivt for å hindre avsetning og rørledningstilstopning. En variasjon av temaet med å forsøke å regulere rørledningsmiljøet er bruk av elektrisk oppvarmet rør eller elektrisk varmet rør-i-rør. Se US patentskrift 6 278 095 og 6 292 627. Disse systemene kan være effektive men krever vesentlig dyrere rørlednings- og varmestøttesystemer. For ytterst lange transportavstander, kan disse kostnadene i forbindelse med disse typer systemer være uoverkommelig.

En annen anordning for strømningssikring er injisering av kjemikalier som hindrer blokkering av produksjonsstrømmen. Vanlig blant disse er termodynamiske inhibitorer, f.eks. metanol og glykol. I denne type system blir inhibitoren pumpet gjennom umbilikalstrømningsledninger fra offshore strukturen som produksjons-strømmen strømmer til, til et punkt nær det undersjøiske produksjonsbrønnhodet og injisert i produksjonsstrømmen tidlig i dens transport. Disse typer system krever legging og kontrollering av lange umbilikalsystemer samt pumpeanordning for å pumpe inhibitoren ut til injeksjonspunktet eller punktene. Hvis inhibitoren blir separert fra produksjonsstrømmen ved verten, må den enten kastes eller resirkuleres for fortsatt bruk av strømningssikringen. Utstyret for å støtte separering og resirkulering eller kasting opptar dekkplass på offshorestrukturen som ellers kan brukes for andre produksjonsrelaterte aktiviteter. Som sådan blir en kjemisk strømningssikring kostbar for å løse problemet, selv om den er effektiv.

En annen mekanisk fremgangsmåte for å løse enkelte strømningssikrings-problemer, er bruk av rørledningsrenseinnretninger, kjent som "pigger". Det fins tallrike piggkonfigurasjoner som alle har samme grunnleggende ide ved at piggdiameteren nøye passer til innerdiameteren av strømningsledningen eller rø-rledningen. En pigg blir innført i strømmen og skraper voksavsetninger og skall fra rørledningens innervegg. En pigghåndterer brukes for å føre en pigg gjennom en strømningsledning, motta piggen i enden av løpet og gjenlaste piggen etter behov for å opprettholde en ren strømningsledning. Det fins et antall pigghåndteringssystemer som brukes i forskjellige industrier, som beskrevet i US patentskrift 2 801 824, 4 079 782, 4 124 065; 4 283 807; 4 350 202; 4 420 038, 4 556 102; 4 566 533; 5 284 581; 5 286 376; 5 427 680; 5 676 848; 5 888 407; 6 070 417; 6 336 238; 6 409 843; 6 409 843; 6 412 135; og 6 569 255. I forbindelse med offshore rørledninger og strømnings-ledninger, kan piggutplasserings/mottakersystemer være basert under sjøen som vist i US patentskrift 6 336 238 eller de kan støttes på en offshore struktur som beskrevet i US patentskrift 5 842 816.

Bruk av vertsbaserte pigger og piggsystemer har i noen grad vært effektiv på dypt vann. Imidlertid har de også enkelte ulemper. Under utplassering i lange undersjøiske løp, vil materialet som skrapes av innsiden av rørledningsveggen typisk gjerne danne en plugg som krever økt trykk for å skyve piggen gjennom strømnings-ledningen og ytterligere minsket produksjon.

En senere teknikk som utforskes, er ideen med kaldstrømningssikring. Denne teknikk bruker det kalde undervannsmiljøet for å presipitere partikler fra produksjonsstrømmen ved å bruke en egen varmeveksler eller kjølesløyfe. Produksjonsstrømmen forlater brønnhodet og føres inn i kjølesløyfen. Geometrien og lengden av kjølesløyfen er en funksjon av dyptvannstemperaturen og produksjons-temperaturen, trykk og sammensetning og temperaturer og trykk ved hvilke de faste bestanddelene dannes. Etter presipiteringen føres produksjonsstrømmen inn i strømningsledningen eller rørledningen. I erkjennelse av at faste bestanddeler vil bygges opp i kjølesløyfen, blir denne forsynt med sitt eget piggesystem. Piggen blir periodisk frigjort for å rense ut kjølesløyfen. Eksempler på denne type system er vist i US patentskrift 6 656 366 og 6 070 417.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et system og en fremgangsmåte, som angitt i kravene 1 og 21, for å vedlikeholde produksjonsstrømmen i en undersjøisk rørledning.

I et aspekt tilveiebringes en fremgangsmåte og et apparat for et undervanns-kaldstrømssikringssystem. Kaldstrømsprosessen kan tenkes å deles i flere trinn. Det første trinnet behandler kjøleaspektet ved systemet. Dette omfatter å identifisere sammensetningen av de produserte hydrokarboner samt brønnhodetemperaturen og trykket. Denne informasjon blir brukt for å bestemme størrelsen og geometrien av kjølesløyfen med termodynamiske modeller som forutsier den produserte hydrokarbonstrøms respons til kjøleforholdene. Ideelt blir kjølesløyfen modellert og utformet for å få produksjonsstrømtemperaturen til å nærme seg den omgivende sjøvannstemperatur. Produksjonsstrømmen føres deretter inn i produksjonsstrømnings-ledningen eller rørledningen. Mens hovedstrømsledningen eller rørledningen også kan omfatte en strømningssikring, vil dens krav bli vesentlig redusert.

Det andre trinn er rettet mot å behandle de faste partikler som avsettes i kjølesløyfen og forberede de piggede returer for transport til offshore strukturen. Som nevnt ovenfor omfatter dette et håndteringssystem for en undervannspigg for å skrape avsetningen ut av kjølesløyfen. Formålet med pigging av kjølesløyfen er å frembringe et ikke-agglomerert slam av avsatte materialer som er blandet med produksjons-strømmen. Slammet blir så båret gjennom rørledningen med minimal anbringelse på denne eller rørledningsveggen. Den andre modul kan videre omfatte en kjemisk behandlingsanordning ved kjølesløyfen for ytterligere å behandle slammet for transport i strømningsledningen. Videre kan den omfatte behandlingssystemer som er utformet for å rense og rekondisjonere piggene for fortsatt bruk i kjølesløyfen.

Det tredje trinn behandler slammodelleringen for å sikre at de produserte faste bestanddeler ikke plugger strømningsledningen. Dette vil omfatte anordning for å overvåke strømledningens ytelse og kan omfatte en undersjøisk overvåknings-anordning for å avgjøre om behandlingssystemet for faste bestanddeler virker skikkelig for å frembringe et slam i motsetning til å frembringe en plugg som kan hindre strømningslednings kapasitet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende, der:

Fig. 1 viser en motstrøms varmeveksler for et rør-i-rør,

fig. 2-4 viser varmevekslerlengder og den totale varmeoverføring for et nakent rør og motstrøms rør-i-rør-varmevekslere under varierende undersjøiske strømforhold,

fig. 5 viser en undersjøisk installasjon hvor flere brønner er matet til en manifold tilkoplet et nakent varmevekslersystem for en enkelt sløyfe,

fig. 6 er et eksternt riss av en utførelse av en pigghåndterer,

fig. 7 er et riss av pigghåndtereren på fig. 6,

fig. 8 er en strømningsbane av en alternativ utførelse av pigghåndtereren på fig. 6,

fig. 9 er et forenklet riss av piggmagasinsystemet brukt ifølge oppfinnelsen, fig. 10 er et eksternt riss av en pigghåndterer med dreiende kuler,

fig. 11 er en strømningsbane av pigghåndtereren med kuler som vist på fig. 10, fig. 12 er et riss av en pigghåndterer av revolvertypen,

fig. 13 er en strømningsbane av en dobbel revolver pigghåndterer,

fig. 14 er et eksternt riss av en glideblokk pigghåndterer, og fig. 15 er en strømningsbane av en glideblokk pigghåndterer.

I en utførelse er det beskrevet et system for å opprettholde produksjons-strømmen i en undersjøisk rørledning med en nærliggende og bortre ende, idet rørledningen er i fluidkommunikasjon med en vert i en distal ende og hvor systemet omfatter en pigghåndterer med et innløpssystem i fluidkommunikasjon med minst en undervannsbrønn for å motta hydrokarbonproduksjonsstrømmen og et utløpssystem i fluidkommunikasjon med den nærliggende ende av rørledningen, en undersjøisk varmeveksler med et innløp i fluidkommunikasjon med pigghåndtererens innløps-system og et utløp i fluidkommunikasjon med pigghåndtererens utløpssystem hvor temperaturen av hydrokarbonfluidstrømmen blir redusert tilstrekkelig for å forme faste bestanddeler, et piggutplasseringssystem hvorved en pigg selektivt kan plasseres i hydrokarbonproduksjonsstrømmen gjennom pigghåndtererens innløpssystem og plassere piggen i varmeveksleren for å fjerne avsatte faste bestanddeler fra varmeveksleren, et piggmottakssystem hvorved en pigg kan fjernes fra hydrokarbon-produksjonsstrømmen gjennom pigghåndtererens utløpssystem før produksjons-strømmen føres inn i undervannsrørledningen og en indekseringsanordning for en pigghåndterer hvor en pigg som har blitt ført inn i piggmottakssystemet kan anbringes i piggutplasseringssystemet for gjenbruk. I enkelte utførelser omfatter systemet også en undervannsmanifold i fluid kommunikasjon med flere undersjøiske brønner og pigghåndtereren. I enkelte utførelser omfatter pigghåndteringssystemet et ytre, vanntett hus, et innerlegeme med minst to passasjer derigjennom som kan indekseres for å tilveiebringe en fluidbane i tett fluidkommunikasjon med pigghåndtererens innløpssystem og varmevekslerinnløpet, en fluidbane i tett, fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp og pigghåndtererens utløpssystem, en piggoppbevaringsposisjon tilkoplet huset, anordning for å laste en pigg inn i en passasje fra piggoppbevaringsposisjonen og for å tømme en pigg fra passasjen inn i piggoppbevaringsposisjonen og anordning for å indeksere innerlegemet i det utvendige hus for å utplassere en pigg oppbevart i passasjen ved å bringe den i fluidkommunikasjon med hydrokarbonproduksjonsstrømmen eller indeksere innerlegemet for å bringe passasjen i fluidkommunikasjon med piggoppbevaringsposisjonen. I enkelte utførelser er piggutplasseringssystemet og piggmottakssystemet termisk isolert. I enkelte utførelser omfatter systemet også et leveringsmagasin for en pigg for lagring av pigger og et tømmemagasin for en pigg for lagring av brukte pigger, anordning for selektivt å forflytte en pigg fra leveringsmagasinet til en passasje for et innerlegeme og anordning for selektivt å forflytte en brukt pigg i utløpsmagasinet fra en passasje for et innerlegeme. I enkelte utførelser kan pigghåndtereren, piggutplasseringssystemet, piggmottakssystemet og pigghåndtererens indeksanordning gjenvinnes. I enkelte utførelser omfatter anordningen for selektivt å forflytte piggene et hydraulisk eller mekanisk system. I enkelte utførelser omfatter systemet også et overføringsfluid-ledningsrør mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp. I enkelte utførelser omfatter systemet også et overføringsfluidledningsrør mellom utløpet av varmeveksleren og den nærliggende ende av rørledningen. I enkelte utførelser kan produksjonsstrømmen gjennom omføringene selektivt reguleres. I enkelte utførelser er varmevekseleren et rør i undervannsmiljøet. I enkelte utførelser er varmeveksleren et tvunget kjølerør-i-rør-system med inner- og ytterrør, hvor produksjonsstrømmen gjennom innerrøret og kjølemiddelet strømmer gjennom ringrommet anordnet mellom inner- og ytterrøret i en retning mot produksjonsstrømsretningen. I enkelte utførelser er kjølemiddelet sjøvann. I enkelte utførelser omfatter systemet også en pumpeanordning for å tvinge kjølemiddelet gjennom ringrommet.

I en utførelse er det beskrevet et system for å opprettholde flerfase hydrokarbonproduksjonsstrøm i en undersjøisk rørledning med en nærliggende og en distal ende, idet rørledningen står i fluidforbindelse med minst en undersjøisk brønn i den nærliggende ende og en vert i den distale ende og systemet omfatter en undersjøisk varmeveksler med et innløp og et utløp og hvor temperaturen av hydrokarbon-produksjonsstrømmen blir tilstrekkelig redusert for å danne faste bestanddeler, en pigghåndterer med et innløpssystem i fluidkommunikasjon med minst en undersjøisk brønn og et utløpssystem i fluidkommunikasjon med rørledningens proksimale ende, idet pigghåndtereren videre står i kommunikasjon med varmevekslerens innløp og utløp og videre omfatter et piggutplasseringssystem hvorved en pigg selektivt kan utplasseres i varmevekslerens innløp for å fjerne avsatte faste bestanddeler i varmeveksleren og et piggjenvinningssystem hvorved piggen kan fjernes fra hydrokarbonproduksjonsstrømmen gjennom pigghåndteringens utløpssystem før produksjonsstrømmen føres inn i den undersjøiske rørledning, og et innløpssystems omføringsfluidledningsrør mellom den undersjøiske brønn og innløpet av varmeveksleren. I enkelte utførelser omfatter systemet også et omføringsfluid ledningsrør mellom utløpet av varmeveksleren og den proksimale ende av rørledningen. I enkelte utførelser kan hydrokarbonproduksjonsstrømmen gjennom minst en omføring selektivt reguleres. I enkelte utførelser omfatter systemet også et tettet, ytre hus med innløp i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn og varmeveksleren utløp og utløpene i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp og den proksimale ende av rørledningen, et tettende innerlegeme i det ytre hus som har minst en passasje derigjennom og en stoppanordning i den ene av passasjen, idet passasjen er tilpasset for å motta en pigg og hvor innerlegemet er indeksert for å plassere stoppanordningen nær ytterlegemets innløp i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn, idet passasjen bærer en pigg i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp, idet hydrokarbonproduksjonsstrømmen utplasserer piggen i passasjen til varmevekseleren og innerlegemet blir indeksert for å plassere stoppanordningen nær pigghåndtererens utløp til den proksimale ende av rørledningen, idet passasjen står i fluidforbindelse med varmevekslerens utløp og rørledningen, idet stoppanordningen derved fanger piggen. I enkelte utførelser omfatter systemet også et piggoppbevaringssted forbundet til det ytre hus, idet innerlegemet kan indekseres for å tillate fluidkommunikasjon mellom piggoppbevaringsstedet og en passasje for et innerlegeme. I enkelte utførelser omfatter systemet også et piggmagasin og et piggtømme-magasin og anordning for å laste en pigg fra piggtilførselsmagasinet inn i passasjen og tømme en pigg fra en passasje til piggtømmemagasinet. I enkelte utførelser omfatter anordningen for å laste og tømme pigger en hydraulisk eller mekanisk anordning. I enkelte utførelser er varmveksleren et rør i undervannsmiljøet. I enkelte utførelser er varmeveksleren et rør-i-rør-systemet for tvunget kjølemiddel med inner- og ytterrør hvor produksjonen strømmer gjennom innerrøret og kjølemiddelet strømmer gjennom ringrommet anordnet mellom inner- og ytterrøret i retningen mot produksjons-strømningsretningen. I enkelte utførelser er kjølemiddelet sjøvann. I enkelte utførelser omfatter systemet også en pumpeanordning for å tvinge kjølemiddelet gjennom ringrommet. I enkelte utførelser omfatter systemet også en undersjøisk manifold i fluidkommunikasjon med flere undervannsbrønner og pigghåndtereren.

I en utførelse er det beskrevet et system for å opprettholde produksjons-strømmen i en undervannsrørledning med en proksimal og distal ende, idet rørledningen er forbundet til minst en undervannsbrønn ved den proksimale ende og en vert på den distale ende, idet systemet omfatter en undersjøisk varmeveksler med et innløp og et utløp og hvor temperaturen av hydrokarbonproduksjonsstrømmen blir redusert tilstrekkelig for å danne faste bestanddeler, idet varmevekslerens innløp er i fluid kommunikasjon med minst en undersjøisk brønn, en pigghåndterer som omfatter et utvendig tettet hus, et innerlegeme med minst en passasje derigjennom, et piggoppbevaringssted, anordning for selektivt å plassere passasjen i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp, piggoppbevaringsstedet og varmevekslerens utløp og den proksimale ende av rørledningen, et fluidomføringsledningsrør mellom undervanns-brønnen og varmevekslerens innløp, anordning for å forflytte en pigg inn eller ut av et innerlegemets passasje fra eller til piggoppbevaringsstedet og anordning for å forflytte piggen til varmevekslerens innløp. I enkelte utførelser omfatter systemet også anordninger som brukes i et hydraulisk eller mekanisk system. I enkelte utførelser er varmeveksleren et rør i undervannsmiljøet. I enkelte utførelser er varmeveksleren et tvunget rør-i-rør-system for kjølemiddel med inner- og ytterrør hvor produksjon strømmer gjennom innerrøret og kjølemiddelet strømmer gjennom ringrommet anordnet mellom inner- og ytterrøret i en retning mot produksjonsstrømsretningen. I enkelte utførelser er kjølemiddelet sjøvann. I enkelte utførelser omfatter systemet også pumpeanordning for å tvinge kjølemiddelet gjennom ringrommet. I enkelte utførelser omfatter systemet også en undervannsmanifold i fluidkommunikasjon med flere undersjøiske brønner og varmevekslerens innløp.

I en utførelse er det beskrevet et system for å opprettholde produksjons-strømmen i en undersjøisk rørledning med en proksimal og en distal ende, idet rørledningen er forbundet til minst en undersjøisk brønn ved den proksimale ende og en vert ved den distale ende, idet systemet omfatter en undersjøisk varmeveksler med et innløp og et utløp hvor temperaturen av produksjonsstrømmen blir redusert tilstrekkelig for å frembringe faste bestanddeler, idet varmevekslerens innløp står i fluidforbindelse med minst en undersjøisk brønn, en pigghåndterer som omfatter et ytre, tett hus som tilveiebringer en bane fra minst en undersjøisk brønn til varmevekslerens innløp og en bane fra varmevekslerens utløp til den proksimale ende av rørledningen, et indekseringsinnerlegeme i det utvendige hus som har minst to passasjer derigjennom, et piggoppbevaringssted, anordning for å indeksere innerlegemets passasjer for å tilveiebringe fluidbaner mellom (i) den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp i fluidkommunikasjon, (ii) varmevekslerens utløp og den proksimale ende av rørledningen eller (iii) piggoppbevaringsstedet, anordning for å forflytte en pigg inn eller ut av en innvendig legemepassasje fra eller til piggoppbevaringsstedet og anordning for å forflytte piggen til varmevekslerens innløp. I enkelte utførelser omfatter anordningen et hydraulisk aktivert mekanisk system. I enkelte utførelser er varmeveksleren et rør i undervannsmiljøet. I enkelte utførelser er varmeveksleren et rør-i-rør-system for tvunget kjølemiddel med inner- og ytterrør hvor produksjonen strømmer gjennom innerrøret og kjølemiddelet strømmer gjennom ringrommet anordnet mellom inner- og ytterrøret i en retning mot produksjons- strømningsretningen. I enkelte utførelser er kjølemiddelet sjøvann. I enkelte utførelser omfatter systemet også en pumpeanordning for å tvinge kjølemiddelet gjennom ringrommet. I enkelte utførelser omfatter systemet også en undervannsmanifold i fluidkommunikasjon med flere undersjøiske brønner og varmevekslerens innløp.

I en utførelse er det beskrevet et system for å opprettholde produksjons-strømmen i en undersjøisk rørledning med en proksimal og en distal ende, idet rørledningen er forbundet til minst en undersjøisk brønn i den proksimale ende og en vert i den distale ende, idet systemet omfatter en undersjøisk varmeveksler med et innløp og et utløp hvor temperaturen av hydrokarbonfluidstrømmen blir redusert tilstrekkelig for å frembringe faste bestanddeler, en pigghåndterer som omfatter et utvendig tettet hus, idet huset har et innløp i fluidkommunikasjon med minst en undersjøisk brønn, idet innløpet videre omfatter en selektivt regulert ventil med en åpnet og en lukket posisjon, idet huset har et utløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp, idet utløpet videre omfatter en selektivt regulert ventil med en åpnet og en lukket posisjon, idet huset videre har et innløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp, og videre omfatter en selektivt regulert ventil med en åpnet og en lukket posisjon, idet huset videre har et utløp i fluidkommunikasjon med rørledningen og videre omfatter en selektivt regulert ventil med en åpnet og en lukket posisjon, et innerlegeme i huset, idet legemet har minst en passasje derigjennom som kan motta en pigg, husventilene i kommunikasjon med minst en undersjøisk brønn og varmevekslerens innløp i en åpen posisjon, vil plassere en pigg fra en piggbærende passasje til varmeveksleren når passasjen er i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn og varmevekselerens innløp og husventiler i fluidkommunikasjon med rørledningen og varmevekslerens utløp i en åpen posisjon, motta piggen fra varmevekslerens utløp når passasjen er i fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp og den proksimale ende av rørledningen og et omføringsledningsrør mellom minst en undersjøisk brønn og varmevekslerens innløp gjennom hvilket strømmen blir begrenset eller kan begrenses med en selektivt regulert ventil. I en enkelte utførelser er ytterhuset videre forbundet til et piggoppbevaringssted hvor pigghåndtererens innerlegeme kan indekseres for å tillate bevegelse av en pigg mellom et innerlegemets passasje og oppbevaringsstedet. I enkelte utførelser omfatter oppbevaringsstedet et piggforsyningsmagasin, et piggtømmemagasin og anordning for å bevege en pigg fra piggforsyningsmagasinet til passasjen eller støte ut fra en passasje til piggutløps-magasinet. I enkelte utførelser blir piggene lastet eller støtt ut ved å bruke hydrauliske eller mekaniske systemer.

I en utførelse er det beskrevet et system for å opprettholde produksjons-strømmen i en undersjøisk rørledning med en proksimal og en distal ende, idet rørledningen er forbundet til minst en undersjøisk brønn i den proksimale ende og en vert o den distale ende, idet systemet omfatter en undersjøisk varmeveksler med et innløp og et utløp og hvor temperaturen av hydrokarbonproduksjonsstrømmen er tilstrekkelig redusert for å danne faste bestanddeler, minst to indekseringslegemer hver i et utvendig tettet hus og minst en passasje derigjennom, et av husene er forbundet til minst en undersjøisk brønn og varmevekslerens innløp, idet det andre hus er forbundet til varmevekslerens utløp og rørledningens proksimale ende, idet et legeme er indeksert for å plassere en piggbærende passasje i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp for å utplassere piggen til varmeveksleren for å fjerne avsatte faste bestanddeler og det andre legemet har en passasje indeksert for å være i fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp og rørlednings proksimale ende og tilpasset for å motta piggen og fjerne den fra strømmen til rørledningen, idet minst to legemer er forbundet av et ledningsrør for å overføre en pigg fra et legeme til det andre. I enkelte utførelser har legemene minst to passasjer derigjennom. I enkelte utførelser omfatter systemet også et omføringslegeme mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp og/eller et omføringsledningsrør mellom varmevekslerens utløp og rørledningen, idet hver omføring har begrenset strøm eller en selektivt regulert ventil for å begrense strømmen, idet det første omføringsledningsrør tilveiebringer fluidbane mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp når ingen passasje for innerlegemet er indeksert for å tilveiebringe en fluidbane mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp, og begrense strømmen for å utplassere en pigg og det andre omføringsledningsrør tilveiebringer fluidbane mellom varmevekslerens utløp og rørlednings proksimale ende når ingen passasje for innerlegemet er indeksert for å tilveiebringe en fluidbane mellom varmevekslerens utløp og rørledningens proksimale ende som begrenser strøm for riktig plassering av en mottatt pigg. I enkelte utførelser er minst to indekseringslegemer inneholdt i et enkelt hus, idet det ene hus har et innløp i fluidkommunikasjon med minst en undersjøisk brønn og et utløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp og har videre et innløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp og et utløp i fluidkommunikasjon med rørledningens proksimale ende. I enkelte utførelser omfatter systemet også minst et av husene forbundet til et piggoppbevaringssted hvor innerlegemet i huset kan indekseres for å motta eller tømme en pigg fra eller til piggoppbevaringsstedet. I enkelte utførelser omfatter systemet også et piggforsyningsmagasin og et pigguttømningsmagasin og anordning for å forflytte en pigg fra piggforsyningsmagasinet til innerlegemets passasje og tømme en pigg fra innerlegemets passasje til piggtømmemagasinet. I enkelte utførelser blir piggene lastet eller støtt ut ved å bruke hydrauliske eller mekaniske systemer. I enkelte utførelser omfatter systemet også en undersjøisk manifold i fluidkommunikasjon med flere undersjøiske brønner og pigghåndtereren. I enkelte utførelser er varmeveksleren et rør i undervannsmiljøet. I enkelte utførelser er varmeveksleren et rør-i-rør-system for tvunget kjølemiddel med inner- og ytterrør hvor produksjonsstrømmen er gjennom innerrøret og kjølemiddelstrømmen er gjennom et ringrom anordnet mellom inner- og ytterrøret i en retning mot produksjonsstrømningsretningen. I enkelte utførelser er kjølemiddelet sjøvann. I enkelte utførelser omfatter systemet også en pumpeanordning for å tvinge kjølemiddelet gjennom ringrommet.

I en utførelse er det beskrevet et system for å opprettholde produksjons-strømmen i en undersjøisk rørledning med en proksimal og en distal ende, idet rørledningen er forbundet til minst en undersjøisk strøm i den proksimale ende og en vert i den distale ende, idet systemet omfatter en undersjøisk varmeveksler med et innløp og et utløp og hvor temperaturen av produksjonsfluidstrømmen blir redusert tilstrekkelig for å danne faste bestanddeler, en pigghåndterer som omfatter et utvendig tettet hus, idet huset har et innløp i fluidkommunikasjon med minst en undersjøisk brønn, og et utløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp, idet huset videre har et innløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp, og et utløp i fluidkommunikasjon med rørledningens proksimale ende og et translaterbart legeme i huset som er tilpasset for å motta en pigg og utplassere piggen ved å etablere en fluidbane mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp eller motta piggen ved å etablere en fluidbane mellom varmevekslerens utløp og rørledningens proksimale ende. I enkelte utførelser omfatter systemet også et translaterbart legeme med minst en passasje derigjennom og et omføringsledningsrør enten mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp eller varmevekslerens utløp og rørledningens proksimale ende. I enkelte utførelser omfatter systemet også det translaterbare legemet med minst to passasjer derigjennom idet passasjene kan selektivt plasseres i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønns innløp og varmevekslerens innløp og varmevekslerens utløp og rørledningens proksimale ende. I enkelte utførelser er strømmen gjennom omføringsledningsrøret begrenset eller kan begrenses av en selektivt regulert ventil. I enkelte utførelser omfatter systemet også en omføring mellom den undersjøiske brønn og varmevekselerens innløp og en andre omføring mellom varmevekslerens utløp og rørledningens proksimale ende. I enkelte utførelser omfatter systemet også huset forbundet til et piggoppbevaringssted, idet legemet kan translateres for å motta en pigg fra piggoppbevaringsstedet eller tømme en pigg til piggoppbevaringsstedet. I enkelte utførelser omfatter systemet også et piggforsyningsmagasin og et piggtømmemagasin og anordning for å forflytte en pigg fra piggtilførselsesmagasinet til innerlegemets passasje og tømme en pigg fra innerlegemets passasje til piggtømmemagasinet. I enkelte utførelser omfatter anordningen for å forflytte og tømme en pigg et fluid- eller mekanisk system. I enkelte utførelser omfatter systemet også en undersjøisk manifold i fluidkommunikasjon med flere undersjøiske brønner og pigghåndtereren. I enkelte utførelser er varmevekseleren et rør i undervannsmiljøet. I enkelte utførelser er varmeveksleren et rør-i-rør-system for tvunget kjølemiddel med konsentriske inner- og ytterrør, idet produksjonsstrømmen skjer gjennom innerrøret og kjølemiddelstrømmen skjer gjennom ringrommet anordnet mellom inner- og ytterrøret i en retning mot produksjonsstrømsretningen. I enkelte utførelser er kjølemiddelet sjøvann. I enkelte utførelser omfatter systemet også en pumpeanordning for å tvinge kjølemiddelet gjennom ringrommet.

I en utførelse er oppfinnelsen rettet mot et system for et undervanns-produksjonssystem for kald strøm. Ved konstruksjon av et produksjonssystem for kald strøm, vil en operatør først måtte bestemme sammensetningen av produksjons-strømmen samt trykk og temperatur for denne. Dette kan oppnås ved å utføre kjente formasjonsprøver og sampling av wireledningen under borefasen eller gjennom borestammeprøving. Samtidig blir undervannstemperaturen og strømforhold for det planlagte undervannsstedet bestemt ved å bruke temperatur- og strømfølere. Forutsatt miljøfaktorer og sammensetning, temperatur og trykk av produksjonsstrømmen, kan en modell frembringes for å beregne trykk- og temperaturendringer som kreves for å utfelle faste bestanddeler og danne hydrater.

Utformingen av kaldstrømssystemer er konsentrert om hvordan det er mulig å oppnå den nødvendige raske kjøling og suspendering av faste bestanddeler i et slam og hvordan de faste bestanddeler kan føres til mottaksplattformen eller på land. Kjøling ved hjelp av varmeoverføring, typisk ved bruk av kaldt sjøvann kan brukes for å oppnå rask kjøling. Varmeoverføringen kan oppstå ved naturlig konveksjonskjøling av rørledningen på grunn av sjøvannsstrømmer eller ved tvungen konveksjon. Ved naturlig konveksjon kreves ingen drivende kraft ettersom den gjør bruk av sjøvannsstrømmer for å fjerne varme fra varmrørsoverflaten. Varmeoverførings-koeffisienten for tvungen konveksjon til en sylinder er omtrent gitt ved ligning (1)

hvor konstantene b og n er gitt av tabell 1, (W.H. Adams, Heat Transmission, 3rd Ed., p. 260, McGraw-Hill, New York, New York (1954)). Varmefjerningsraten forbedres ved tvungen sirkulering av kaldt sjøvann i en kappe rundt varmevekslerrøret, motstrøms av produksjonsstrømmen. Dette krever en rør-i-rør-geometri og bruk av en sjøvannspumpe. Varmeoverføringskoeffisentene for varmefjerning fra strømningsledningens ytterdiameter er gitt av ligning (2)

hvor Deq er innerdiameteren av ytterrøret D2minus ytterdiameteren av innerrøret D^ Ligning (2) gjelder bare for turbulent strøm som er normen for å bruke motstrømsvarmeveksler. Ligning (2) er knyttet til Wiegand som kan ses ved Bird, R., Stewart, W. og Lightfoot, E., Transport Phenomenon, på side 389, John Wiley and Sons, New York, N.Y. (1960).

Bruk av ligning (1) for vannstrømmer i størrelsesorden 1 fot/s for en 10,75" ytterdiameterstrømningsledning gir en h lik 202 Btu/(hr ft2 F). Bruk av ligning (2) for en total kjølerate på 10.000 BPD gi en kappe med et ringformet gap på 0,5" rundt strømningsledningen på 10,75", gir en h lik 1257 Btu/(hr ft2 F) som er~6,2 høyere enn verdien som oppnås på grunn av konveksjon av sjøstrømmer. Dette antyder at motstrøms tvunget varmekonveksjon generelt gir høyere overføringsrater enn naturlig konveksjon av sjøvannsstrømmer. Imidlertid er sammenligningen av disse to varmevekslermuligheter ikke likefrem siden den er avhengig av andre system-parametere, f.eks. vokslagets tykkelse som forurenser innerrørets vegg og forskjellige konvektive koeffisienter, veggtykkelse og tilsvarende termiske konduktivitetsverdier, sjøvannsstrømmer osv.

I begge varmevekslervalg er det nødvendig med en anordning for å skrape oljesideflaten for å fjerne hydrokarbonavsetninger fra innerveggen. Også i begge tilfeller forutsettes en endelig produsert fluidtemperatur på 45 °F (i motsetning til 39 °F omgivelsessjøvannstemperatur). Etter en lengre systemnedkopling vil kjøling av innholdet til sjøvannstemperatur være uunngåelig. Det antas at under en kontinuerlig strøm vil bare små mengder voks avsettes i den lange strømningsledningen nedstrøms av varmeveksleren ettersom de produserte fluider uunngåelig vil kjøle fra 45 °F til 39 °F ved et punkt i strømningsledningen.

For både naturlig og tvungen konveksjonstilfelle må innsiden av røret/varmeveksleren renses regelmessig for å fjerne avsetninger og opprettholde strømmen ved rimelig trykkfall. Imidlertid fins det momentbegrensninger i det automatiske, dreiende skrapesystem ved konvensjonelle varmevekslere f.eks. slike som brukes ved preparering av matprodukter. Disse begrensningene innebærer at tilpasning av konvensjonelt rør og skalltypen med kontinuerlig skrapning med en kommersiell varmeveksler til kaldstrømsysternet blir nesten umulig. En varmevekslerprodusent WSA Engineered Systems of Milwaukee, Wisconsin, USA har lang erfaring med vannskalarensende vekslere hvor renseelementene drives av selve strømmen istedenfor å bruke lineært bevegelige mekaniske stempler eller dreiende utstyr for å rense rørene. Jo større antall rør, jo større blir problemet for pålitelig mekanisk rensing. Imidlertid har flere parallelle baner fordel med en kontinuerlig strøm i tilfellet en eller flere av banene blir plugget. På grunn av mekaniske problemer (dvs. momentbegrensninger for mekaniske skrapere med konvensjonelle, flere parallelle rørvekslere) og ønsket om mekanisk enkelhet og pålitelighet, blir et enkelt rør med et kapperør ansett først å være den foretrukne konfigurasjon av varmeveksleren for kaldstrømssystemer selv om muligheten med å bruke nakent varmeveksler/rør direkte kjølt av sjøvannsstrømmer kan være det mest økonomisk passende valg, spesielt for enkelte feltforhold, som f.eks. lave produksjonsrater og marginal reservoar lønnsomhet. En skraperpigg vil bli brukt for å fjerne avsetninger.

Fig. 1 viser grafisk valget med tvungen konveksjonsvarmeveksler. Den generelle varmeoverføringskoeffisient varierer langsetter varmeveksleren på grunn av den kontinuerlige endring av fluidenes temperatur og således deres fysiske egenskaper langsetter varmeveksleren. Forutsatt at det fins et ensartet avsetningslag med en tykkelse w anbrakt på innerveggen, vil den generelle varmeoverføringskoeffisient Ui fra mengden av produserte fluider til mengden av kjølemiddel i kappen bestemmes av følgende varmeoverføringsmekanismer: 1. Flerfasestrømningskonveksjon fra massen av produserte fluider til avsetnings/fluidgrensesnittet,

2. Ledning gjennom et avsetningslag med tykkelse w,

3. Ledning gjennom rørveggen, og

4. Konveksjon fra rørets yttervegg til massen av kjølemiddelet.

Ovennevnte varmeoverføringsmekanismer blir matematisk uttrykt av følgende ligning:

1di I dt)dt[daIdt

— + ——ln —— +—'-—ln — +——

hf 2kdeP\ 2$„) 2kpiPe{ dj dahw

som gir Ui-faktoren for rørets innerdiameter som vist i ligning (3):

Parametrene hf og hwer konvektive varmeoverføringskoeffisienter fra massen av den produserte flerfasefluidblanding til kanten av avsetningen og fra utsiden av innerrøret til massen av vannet i vanninnkapslingen. Mengdene kdep og kpipeer voksen og rørmaterialets termiske ledningsevner mens d0og dj er innerrørets inner- og ytterdiameter. Parameteren hwkan beregnes fra ligning (2) basert på geometrien av kappen og injeksjonsraten og egenskapen av sjøvannskjølemiddelet. Konvektiv koeffisienten hf kan avledes fra de forskjellige publiserte korreleringer for tofase konvektiv varmeoverføring i rør eller ved bruk av en tofase homogen modell i forbindelse med Chilton-Colburn-forholdet for varme- og momentoverføring, nemlig

hvor W er den totale masserate av væske og gass.

Parameteren f er Fanning-friksjonsfaktoren for enkeltfasestrøm i rør knyttet til friksjonstrykkfallet fra ligning (5). Friksjonsfaktoren f blir lett beregnet fra Serghidis-eksplisitt korrelering (T.K. Serghidis, Estimate Friction Factor Accurately, Chem. Eng., March 5, 1984, pp. 63-64) som funksjon av Reynolds-tallet NReog rørdimensjonsløs grovhet e/D (se ligning (6-9)).

Den totale varmeoverføringskoeffisient Ui bestemmer den totale varmerate qT som går tapt av de produserte fluider. Denne varmerate qT blir delvis lagt til kjølemiddelet (qi) og løfte kjølemiddeltemperaturen fra Twat_intil Twat.out og tapes delvis til omgivelsene (q2) via konveksjon til innerflaten av kapperøret etterfulgt av ledningen gjennom veggen av kapperøret og endelig ved konveksjon fra ytterflaten av kapperøret til sjøvann. Den totale varmerate qT gis av ligning (10) hvor q! og q2er gitt av ligningene (11) og (12). hvor Wwater vannkjølemiddelets masserate Cpw, sjøvannsspesifikk varme og U2er den totale varmeoverføringskoeffisient som bestemmer varmeraten q2som tapes til omgivelsene og beregnes fra ligning (13)

Den konvektive koeffisient-hw-kappe kan beregnes av Chilton-Colburn-forholdet (ligning (3)) med den ekvivalente diameter (di.jacket-do) som erstatning for diameteren d som anbefalt i C. Bennet og J. Myers, Momentum, Heat and Mass Transfer, p. 389, McGraw Hill Book Co., New York, NY (1982). Koeffisienten houtbestemmes av ligning (1) ved å bruke et Reynolds-tall bestemt av sjøvanns-strømhastighet, tetthet og viskositet og kappens utvendige diameter.

Den totale varmerate qT er kjent siden den kan bestemmes fra masseraten av den produserte olje og gass og vann og den ønskede utløpstemperatur av produksjons-strømmen ifølge ligning (14)

Ligningene (11) og (12) erstattet i ligning (10), gir ligning (15).

Den totale varmerate qT tapt av de produserte fluider er også knyttet til den totale varmeoverføringskoeffisient Ui av ligning (16)

Ligningene (15) og (16) representerer et system med to ligninger med to ukjente (A og Twat.out) og kan løses via et dataprogram med en rekke automatiske gjentagelser.

Den totale varmeoverføringskoeffisient for denne konfigurasjon er gitt av ligning (3) hvor varmeoverføringskonvektivkoeffisienten hwrepresenterer konveksjon fra ytterveggen av røret til omgivende sjøvann. Ligning (1) i forbindelse med tabell (1) skal brukes for å beregne hw.

Et dataprogram, f.eks. MS Excel regneark kan brukes for å beregne det nød-vendige varmevekslingsområdet og således lengden av varmeveksleren. Kommentarer om forskjellige inngangs- og utgangsceller hjelper til å bruke dette beregnings-programmet. Beregningstrinnene er: 1. Bruke HYSYS-programmet med fluidreservoarsammensetning, utvikle tabeller av de produserte fluidfysiske egenskaper som dekker området av trykk og temperatur som møtes i varmeveksleren. Disse egenskapene omfatter olje-volumfraksjon, olje- og gasstetthet, viskositet, termisk ledingsevne og varme-kapasitet. HYSYS er et kommersielt tilgjengelig modellprogram markedsført av Hyprotech, en avdeling av Aspen Technologies, Inc.

2. Angi innløpsoljerate, trykk og temperatur

3. Angi antall rør, rør-ID, YD og grovhet

4. Angi kapperørs-ID og grovhet

5. Angi ønsket produksjonsstrømsutløpstemperatur (dvs. 44 F, 5 F høyere enn omgivende sjøvann)

6. Angi sjøvannsinjeksjonsrate og innløpstemperatur (dvs. 39 F)

7. Beregne totale varmeoverføringskoeffisienter U2, U2 fra ligningene (3) og (13) ved å bruke fysiske egenskaper ved innløpstilstanden P & T 8. Beregne ønsket varmeoverføringsutvekslingsareal A og kjølemiddelets utløps-temperatur Twat.outved samtidig å løse ligning (15) og (16) 9. Gjenta trinnene 7 og 8 ved å bruke predikterte utløpstrykk og temperaturforhold 10. Gjenta trinnene 7, 8 og 9 inntil det beregnede varmeoverføringsareal konvergerer til en grense innenfor en toleranse på 1 %.

For varmevekslerkonstruksj onen i ovennevnte trinn, kan den termiske ledningsevne av avsetningene kdep approksimeres av den termiske ledningsevne av en rørledningsvoksavsetning.

Hvor

Inngangsparametrene er:

P Innløpstemperatur til varmeveksler, psia

T Innløpstemperatur, °F

Qo Oljestrømningsrate gjennom varmeveksler, bpd N Antall rør i det generelle skall og rør motstrøms

varmevekslervalg

Uo Total varmeoverføringskoeffisient for

motstrømsvarmevekslervalget, Btu/(hr ft °F)

Tout Ønsket strømningsutløpstemperatur for produksjonsstrømmen, °F Trise W Tillat sjøvannstemperaturstigning for motstrøms

varmevekslervalg, °F

IdTube Innvendig diameter av varmevekslerrør, inn

OdTube Utvendig diameter av varmevekslerrør, inn

EpsTube Grovhet av rørets innervegg, inn

IdShell Innvendig diameter av skall, inn

EpsShell Grovhet av skallets innervegg, inn

og

Beregnede parametere er:

Oq Oljevolummetrisk strømningsrate, Ft<A>3/Sek ved P & T

Qg Gassvolumetrisk strømningsrate ved P & T, Ft<A>3/Sek

wo Oljemassestrømningsrate, Lb/Hr

wg Gassmassestrømningsrate, Lb/Hr

wF Total fluidmassestrømningsrate, Lb/Hr

q Total produsert fluidvarmemengde, BTU/Hr DT1 Delta t drivkraft for varmeoverføring ved produsert fluidinnløp,

°F

DT2 Delta t drivkraft for varmeoverføring ved produsert fluidutløp, °F Lmtd Logaritmisk gjennomsnittstemperaturs drivkraft, °F

Ao Snittrørs strømningsrate, ft<2>

Vtube Gjennomsnittlig strømningshastighet i rør, ft/sek NreF Produsert fluid Reynolds-tall, dimensjonsløs

FmF Produsert fluid Moody friksjonsfaktor

NprF Produsert fluid Prandtl-tall (et forhold mellom

momentdiffusitet/termisk diffusitet)

NstF Produsert fluid Stanton-tall

hF Produsert fluidside varmeoverføringskoeffisient, BTU/(HrFt °F) DeltaP Tb Prosessfluidtrykkfall i røret, Psi

Pig Time RT Tid for en returkjøring av en pigg beveget uten slipp, minutter

Max Vax Maksimums voksvolum som kan presipitere i ovennevnte vandringstid, forutsatt at all voks i den produserte olje

presipiteres og avsettes, Bbl

Max Vax Thick Maksimalt vokslag tykkelse (se ovennevnte kommentar),

millimeter

Qw Sjøvannsstrømningsrate for å kjøle de produserte fluider, gpm Vshell Gjennomsnittlig strømningshastighet i ringrommet, Ft/Sec AvgTW Gjennomsnittlig sjøvannstemperatur °F

NreW Sjøvanns Reynolds-tall basert på ekvivalent diameter av ringrom,

FmW Sjøvanns modi-friksjonsfaktor

NprW Sjøvanns Prandtl-tall

NstW Sjøvanns Stanton-tall, forholdet mellom den totale varmetransport til veggen og de konvektive effekter i

hovedstrømmen

hW Sjøvannsside varmeoverføringskoeffisient, BTU/(Hr Ft °F) DeltaP Sh Trykktap til friksjonen i ringrommet, Psi

HpW Sjøvannspumpehydraulikkkraft, Hp

Ucalc2_BarePipe Varmeoverføringskoeffisient for direkte varmekonveksjon til

omgivelsessjøvannstemperatur for bare nakent rør

Ucalc Total varmeoverføringskoeffisient for motstrømsvarmeveksler,

Btu/(hr ft<A>2 F)

NreSeaW bare Reynolds-tall for sjøvann rundt det nakne rør NreSeaWJacket Reynolds-tall for sjøvann i kappen

NprSeaW Prandtl-tall av sjøvann

hWSeaW bare Varmekonvektiv koeffisient fra utsiden av nakent rør til sjøvann hwSeaW jacket Konvektiv varmekoeffisient fra utsiden av innerrøret til massen

av sjøvann i ringrommet, Btu/(hr ft<2>°F)

Tw-out Utløpssjøvannstemperatur for motstrøms varmevekslervalg, F U2 Konvektiv varmeoverføringskoeffisient fra massen av sjøvann i

kappen til omgivelsene, Btu/(hr ft °F)

hw ldtube Konvektiv varmeoverføringskoeffisient fra utsiden av innerrøret

til massen av sjøvann i ringrommet, Btu/(hr ft °F)

Eksempel

Eksempler på beregninger har blitt utført ved å bruke typiske basistilfeller for et kjent reservoar som produserer 60.000 BPD med null vannskjæring, herunder oljetrykk, volum, temperatur (PVT)-egenskaper, innløpstrykk og temperatur på 4.000 psig og 150 °F, en varmeveksler-ID og YD på 7,001" og 8,625", et kapperør YD på 9,75" og en vokstermisk ledningsevne på 0,1 Btu/(hr ft F). Figurene 2-4 viser de predikterte varmevekslerlengder for begge varmevekslervalg (dvs. mot motstrøm av sjøvann og direkte konveksjon på grunn av sjøvannsstrømmer). Motstrømsvarmeveksleren har en betydelig fordel over det nakne rør bare for svært små (nær null) sjøvannsstrømmer. For vannstrømmer i størrelsesorden 2 ft/s (vanlig i Mexicogulfen), vil det ikke være noe større forskjell mellom de to varmevekslervalg. For en maksimal avsetningstykkelse på 0,01 tommer, er den nødvendige lengde av hver varmeveksler type typisk~10.000 ft. På grunn av delvis selvnedgravning av et rør og resulterende minskning i den totale varmeoverføringskoeffisient, anbefales det at nakent rør varmeveksler kan løftes av sjøbunnen med minst 5 ft. Forutsatt at avsetningene på innerveggen av varmevekslerrøret effektivt kan skrapes ned til en tykkelse på 0,010", vil en nakent rørvarmevekslerlengde på~16.400 være tilstrekkelig for å kjøle ned 60.000 BPD av olje og tilhørende gass (kjent produserende reservoarfluid) fra 150 °F til 44 °F under den pessimistiske forutsetning med bare 1/3 ft/s sjøvannsstrøm. Tilsvarende lengde av motstrømsvarmeveksleren ble beregnet til å være 10.400 ft. Motstrømmen tilveiebringer en mer pålitelig varmeoverføring men med tilhørende økt kompleksitet og kostnad. Bruk av Low Dosage Hydrate Inhibitors (LDHI) er tenkt ved praktiseringen av oppfinnelsen. Enkelte LD HI hindrer dannelse av hydrater. Andre LDHI tillater konvertering av vann til en fin dispergering av hydratkrystaller som lett suspenderes i oljefasen og transporteres som slam gjennom den nakne strømningsledning.

Et nylig konsept for kaldstrømssystemet er presentert på fig. 5 nedenfor. Den viser to brønner, en manifold, en varmeveksler, en bøye, en enkelt rørledning og ankomstplattform. Et helt system kan omfatte også to flerfasepumper og annet undervannsutstyr. I stedet for en enkelt varmeveksler for produksjonssystemet, kan en varmeveksler brukes for hvert brønnhode og installert oppstrøms av undervanns-manifolden.

En hovedkomponent i den tenkte "kaldstrømmen" er en selvrensende varmeveksler (dvs. kjøler) anbrakt på sjøbunnen for raskt å kjøle olje-vann-gass-produksjonsstrømmen og produsere et slam av hydrat- og vokskrystaller som kan transporteres til mottakningsanlegget. Den selvrensende egenskap ved varmeveksleren må være på plass for å sikre at avsetningene ikke forårsaker forurensning av varmevekslerområdet. Gjeldende varmevekslervalg er nakent rør- og motstrømstypen. Nakent rør-valget ser ut til å være mest attraktivt ut fra kostnader, enkelthet ved bruk og undervannspålitelighet.

For tiden er bare en undervannskjøler med en omføring og skraperpiggutstyr tenkt. Hvis større vannskjæringer må håndteres, fins det mulighet for å separere det produserte vann og gjeninjisere det til formasjonen. Etter kjøling av hydrokarbon- fluider og pigging fra varmeveksleren, kan avsetningene deles opp til fine partikler om nødvendig med en mekanisk oppdelingsinnretning og gjeninnblandes med fluidene.

Når varmeveksleren er et enkelt rør som er konstruert i form av en horisontal, rundsløyfe omtrent 15.000 fot lang og 7,0" innvendig diameter løftet 5 ft av sjøbunnen. En rør-i-rør-konfigurasjon med motstrøms kjølemiddel i ringrommet er et systemvalg i tilfelle utilstrekkelig sjøvannsstrøm (mindre enn 0,1 ft/s). Skraperen er en sylindrisk pigg som beveges sammen med fluidet. En sjøvannsinjeksjonspumpe på 60 hp og tilhørende kraftfordeling og ventilering vil være nødvendig for motstrømsvarme-veksleren og bruk av et kapperør med innvendig diameter 9,75". For dette valg vil det være nødvendig med en vekslerlengde på bare 10.000 ft.

Fig. 5 er et forenklet skjema av kaldstrømsystemet med en enkelt sløyfe, nakent rør. På fig. 5 er en offshore plattform 10 vist som terminal for en undersjøisk rørledning 20. Det vil fremgå at rørledningen 20 kan avsluttes ved en offshore installasjon eller en onshore-installasjon. To produksjonsundervannstrær 30 og 32 er vist på fig. 5. Produksjon fra begge undervannstrær 30 og 32 blir matet til en manifold 40 via strømningsledninger 38 og 34. Videre er undervannstrærne 30 og 32 koplet sammen av strømningsledningen 36. Det vil fremgå at det forenklede produksjonssystem på fig. 5 ikke er ment å vise alle elementene som normalt er omfattet i et undersjøisk produksjonssystem, f.eks. strømningsledningsjumpere, rørledningsskinner og annet nødvendig utstyr. Fig. 5 er bare ment å tilveiebringe en sammenheng for oppfinnelsen. Den kombinerte produksjonsstrøm fra brønnene 30 og 32 blir transportert fra manifolden 40 til kaldstrømsmodulen 42 gjennom strømningsledningen 41. Kaldstrømsmodulen 42 er forbundet til en kjølesløyfe/varmeveksler 44 som går tilbake til kaldstrømsmodulen 42. Varmeveksleren 44 er vist som en enkel, åpen sløyfe på fig. 5. Imidlertid vil det fremgå at geometrien, størrelsen og konfigurasjonen av varmeveksleren 44 kan ha forskjellig form basert på den utførte modellering. På fig. 5 er en forankringsbøye 46 med kraft, styresystemer, kjemikalielagrings- og kommunikasjonsanlegg forbundet via styreumbilikaler 48 til brønner 30, 32, manifold 40 og kaldstrømsmodulen 42. Forankringsbøyen 46 kan brukes for å overvåke undervannselementene, sende kraft og styresignaler for aktivering av de undersjøiske systemer samt kommunisere med offshore plattformen 10 eller annet støtteanlegg. Umbilikaler 48 er typisk flerledersysterner som kan levere effekt, kommunikasjon og kjemikalier til de forskjellige undervannssystemer. Forankringsbøyen 46 er videre forbundet via umbilikalen 48 til en rørledning 20 sin strømningssikringsmodul 50. Modulen 50 vil typisk omfatte overvåknings- og kommunikasjonssystemer. Den kan også brukes for å romme andre strømningssikringssystemer, f.eks. kjemisk injeksjons-eller andre piggingssystemer. Selv om det er tenkt at umbilikalene 48 vil levere effekt og kontroll til kaldstrømningssystemet, vil systemet og dets komponenter typisk omfatte ROV-grensesnitt for å gjøre det mulig å regulere de forskjellige aspekter ved operasjonen av trær, manifold og pigghåndtereren, av en ROV. Videre vil systemet videre omfatte ROV varmstabbingsgrensesnitt for at ROV kan injisere hydraulikkfluid i systemet for kontrollformål.

Pigghåndteringssystemene ifølge oppfinnelsen er konstruert for å kunne koples til varmeveksleren 44 for å feie faste bestanddeler og hydrater fra siden av røret og plassere dem i et slam. Et antall avvikende piggutplasseringssystemer har blitt vurdert for bruk ifølge oppfinnelsen. Det er tenkt at hvert av piggutplasseringssystemene kan brukes med varmeveksleren 44.

Fig. 6 og 7 viser en kulepigghåndterer 42. På fig. 6 er pigghåndtererlegemet 100 vist generelt av sfærisk form med innløpsporter 110 og 112 i fluidkommunikasjon med strømningsledningen 41 fra manifolden 40 med varmevekslerens utløp 44. Retningen av produksjonsstrømmen er vist ved bruk av piler på fig. 7. Legemet 100 har videre et sett av utløpsporter 124 og 126 i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp 44 og den proksimale ende av rørledningen 20.1 legemet 100 er det en dreiende, sylindrisk kule 102 (fig. 7) som selektivt kan dreies rundt aksen 104. Kulen 102 er en segmentert sylinder eller kule med en varmebarriere 106 konstruert for å isolere termisk de to sidene av kulen 102. Kulen 102 omfatter flere passasjer 108 som kan dreies for å plassere passasjene 108 i fluidkommunikasjon med et sett innløps/utløps-porter, dvs. 110 og 124 (fra strømningsledningen 41 til varmevekslerens 44 innløp) eller 112 og 126 (fra varmevekslerens 44 utløp til den proksimale ende av rørledningen). Legemet 102 kan også dreies for å plassere en valgt passasje 108 i fluidkommunikasjon med et piggforsyningsmagasin 120 som inneholder flere pigger 130. Likeledes kan legemet dreies for å plassere passasjen i fluidkommunikasjon med et piggtømningsmagasin 122 eller en annen parkeringsposisjon (ikke vist) for oppbevaring av brukte pigger. Piggforsyningsmagasinet 120 og tømningsmagasinet 122 er konstruert slik at de kan erstattes f.eks. av en ROV etter hvert som piggene blir slitt og effektiviteten avtar. Piggen vist på fig. 6 er en flersveiperpigg med redusert diameter. Det vil fremgå at forskjellige piggkonstruksjoner kan velges for effektiv behandling med varierende produksjon og de forskjellige faste bestanddeler som avsettes og hydratene som formes i varmeveksleren. Beslutningen om å utplassere en pigg 130 kan baseres på et innstilt intervall eller som svar på rørledningens strømningsegenskaper som overvåkes ved strømningssikkerhetsmodulen 50 (fig. 5) eller på offshoreplatteformen 10. Ved bruk blir en pigg 130 forflyttet til passasjen 108 mekanisk ved å bruke fluidassistert system eller produksjonsstrømningspassasjen 108 inntil den butter mot en stoppstange 116 (fig. 7). På fig. 7 blir kulen 102 deretter dreiet og plasserer den piggbærende passasje 108 i fluidkommunikasjon med produksjons-strømmen som føres inn i innløpsporten 110 fra strømningsledningen 41 og forlater legemet 100 gjennom utløpsporten 124 og inn i varmevekslerens innløp 44. Produksjonsstrømmen utplasserer piggen 130 i varmeveksleren 44. Kulen 102 kan dreies ved hjelp av hydraulikkraft eller elektrisk kraft levert gjennom umbilikalen 48 (ikke vist). Piggen 130 kjører gjennom varmevekslerne 44 og skraper avsetninger og hydrater fra veggene av varmeveksleren 44 og frembringer et slam. Det vil fremgå at kjemiske behandlinger kan i tillegg brukes gjennom injeksjonsportene (ikke vist) mens piggen 130 kjører gjennom varmeveksleren 44 for å forbedre evnen til de skrapte faste bestanddeler å bli igjen i et slam og ikke avsettes ytterligere. Ved å forlate varmeveksleren 44, vil piggen 130 fanges av en stoppstang 116 i en passasje 108 som står i fluidforbindelse med innløpet 112 fra varmevekslerens 44 utløp og utløpet 160 i fluidkommunikasjon med den proksimale ende. Etter fangning av piggen 130 blir legemet dreiet og fjerner passasjen 108 som bærer piggen 130 fra hydrokarbon-produksjonsstrømmen. Det vil fremgå at bruken av piggutplasseringen av konstruksjonen på fig. 6 og 7 kan bruke piggene flere ganger. En pigg 130 kan oppbevares og renses i en passasje 108 og ikke i produksjonsstrømmen av varme generert av produksjonsstrømmen som propagerer gjennom legemet 102. Når en pigg 130 ikke lenger er effektiv, kan den alternativt flyttes til tømmemagasinet 122 av fluid eller på mekanisk måte.

Selv om kulen 102 er vist på fig. 6 og 7 med flere enn to passasjer 108 derigjennom, vil det fremgå at kulen 102 kan ha så få som to passasjer 108. En pigg 130 kan være lastet fra et enkelt magasin eller oppbevaringsområde til en passasje. Under dette korte tidsrom vil verken passasjen 108 være i fluidkommunikasjon med hydrokarbonstrømmen fra den undersjøiske brønn 40 til varmeveksleren 44 eller fra varmeveksleren 44 til rørledningen 20. På grunn av den sammentrykkende natur av hydrokarbonene, vil systemintegriteten opprettholdes. Passasjen 108 som holder piggen 130 blir dreiet til hydrokarbonstrømmen fra den undersjøiske brønn gjennom innløpsporten 110 og utplasseres gjennom utløpsporten 124 til varmeveksleren 44. Etter å ha blitt mottatt i passasjen 108 som er i fluidkommunikasjon med innløpsporten 112 fra varmevekslerens 44 utløp, blir piggen 130 stoppet av tømmepassasjens stoppstang 116 etter hvert som produksjonen fortsetter å strømme inn i rørledningen 20. Kulen 102 blir igjen dreiet for å avbryte hydrokarbonstrømmen. Piggen 130 blir så tømt i tømmemagasinet 122 eller et oppbevaringsområde. Deretter blir kulen 102 igjen dreiet for å plassere passasjen 108 i fluidkommunikasjon med innløps/utløpsportsettene slik at hydrokarbonproduksjonen kan strømme gjennom systemet.

Det skal erkjennes at, ved dreining av legemet 102, vil strømmen avbrytes og føre til trykktopper og fall som vist i strømningsledningen 41, rørledningen 20 og varmeveksleren 44. For å løse dette problem kan pigghåndtereren 42 på fig. 6 og 7 ytterligere modifiseres som vist på fig. 8. På fig. 8 er en produksjonsomføring 136 i fluidkommunikasjon med strømningsledningen 41 og varmeveksleren 44. Under dreining av legemet 102, blir en ventil 132 åpnet for at produksjonsstrømmen kan strømme til omføringspigghåndtereren 42 mens legemet 102 blir dreiet. Mens legemet 102 er vist på fig. 8 sylindrisk, kan den også ha form av kulen som vist på fig. 6 og 7. Ventilen 122 blir så stengt og sender all produksjon gjennom pigghåndtereren. Alternativt kan omføringen 136 konstrueres for å tilveiebringe en begrenset strøm som f.eks. som resultat av en redusert diameter, slik at det meste av hydrokarbonstrømmen blir ført til innløpet. Når legemets 102 passasjer ikke er i fluidkommunikasjon med hydrokarbonstrømmen, vil omføringen 136 fortsette å tilveiebringe forstrøm til varmeveksleren 44. En tilsvarende omføring 138 fra den kalde siden av varmeveksleren 44 til rørledningen 20 blir regulert av ventilen 134. Ventilen 134 blir åpnet under dreining av legemet 102 og lukket etter at den passende passasje står overfor varmeveksleren 44 og rørledningen 102. Det vil fremgå at en enkelt innløpsomføring er alt som faktisk kreves i slike situasjoner på grunn av den sammentrykkende natur av fluidet i varmeveksleren 44. Legemet 102 kan ha ekstra porter for rengjøring eller mottak av brukte pigger. Videre er det en fordel å bruke en pigg og rense den og gjenbruke den flere ganger.

Fig. 9 er et forenklet riss av grensesnittet mellom piggforsyningsmagasinet 120, piggtømmemagasinet 122 og pigghåndtereren ifølge oppfinnelsen. For beskrivelsen er den vist i kombinasjon med pigghåndtereren på fig. 6 og 7. Pigghåndteringssystemet vil sannsynligvis bli utplassert under vann med piggforsyningsmagasinet 120 og piggtømmemagasinet 122 allerede installert. Under prosjektets levetid kan det imidlertid være nødvendig å utplassere flere pigger. Fig. 9 viser piggforsyningsmagasinet 120 i kommunikasjon med passasjen 108 for kulesystemet på fig. 6 og 7. Magasinet er koplet til en vanntett forbindelse 560 av en kragetilkopling eller på annen passende måte som gjør det mulig å kople den til og fra under sjøen. Det vil fremgå at posisjonering og tilkoplingen kan foretas av en ROV. Under tilkoplingen må det tas hensyn til ikke å innføre sjøvann i pigghåndteringssystemet. Følgelig er forsyningsmagasinet 120 og passasjen 108 beskyttet ved hjelp av avstengningsventiler 500 og 502. Dette tetter magasinet 120 og passasjen 108 mot sjøvannsforurensning. Etter at forbindelsen er foretatt, vil mellomrommet mellom ventilene 500 og 502 mest sannsynlig inneholde sjøvann og vil måtte renses fra systemet. Når piggforsynings- og tømmemagasinene 120 og 122 blir utplassert, blir også en kilde med trykknitrogen 550 eller annen inert gass også utplassert. Nitrogenkilden 550 er forbundet grensesnittet mellom magasinet 120 og passasjen 108. Gassen blir innført i grensesnittet og vannet blir flyttet gjennom ventilåpningen 552. Ventilen 500 blir åpnet og ventilen 502 blir gradvis åpnet for å utjevne trykket i systemet. Etter at trykket har blitt utjevnet, vil ventilene 500 og 502 forbli åpne under normal drift. Det vil fremgå at ventilene 500 og 502 også kan settes til å stenge hvis det oppstår tap av kontroll eller hydraulikkraft til pigghåndteringssystemet. Piggmagasinsystemet vist på fig. 9 bruker et hydraulisk

"sparkefluid"-system for å flytte piggene 130 fra magasinet 120 til passasjen 108 og fra mottakerpassasjen 112 til piggtømmemagasinet 122.

En hydraulikkpumpe og et fluidreservoar generelt kalt den hydrauliske kilde 530 står i fluidkommunikasjon med forsyningsmagasinet gjennom ledningen 520, treveisventilen 522 og ledningen 524 som mater en rekke individuelle ledninger 528 gjennom ventilene 526. For å flytte en pigg 130 fra forsyningsmagasinet 120 til passasjen 108, blir ventilen 522 anbrakt for å plassere hydraulikkilden 530 i kommunikasjon med piggmagasinet 120. Hydraulikktrykket blir tilført ledningene 524 og 528. Den første ventil 526 blir åpnet og trykk bygges opp bak den første pigg 130 og flytter den til passasjen 108. En returledning 532 blir levert for retur av hydraulikkfluid fra passasjen 108 tilbake til hydraulikkilden 530. Den første ventil 526 blir så stengt. Etterfølgende pigger 130 kan flyttes til passasjen 108 ved å åpne etterfølgende ventiler 528.

Likeledes kan pigghåndteringssystemet ifølge oppfinnelsen bevege brukte pigger til et piggtømmemagasin 122. Tilkoplingssysternet for piggtømmemagasinet 122 er likt forsyningsmagasinet 120. For å flytte en brukt pigg 130 fra mottakerpassasjen 112 til tømmemagasinet, blir ventilen 522 plassert for å plassere hydraulikkilden 530 i fluidkommunikasjon med ledningen 540. Hydraulikktrykk blir tilført gjennom ledningen 540 og gjennom ventilen 542 for å flytte piggen 130 til tømmemagasinet 122. En hydraulikkreturledning 544 er tilveiebrakt fra piggtømme-magasinet 122 gjennom ventilen 546 og tilbake til hydraulikkilden 530. Piggforsynings- og tømmesystemet vist på fig. 9 er eksempler på type piggforsynings-og tømmesystem som kan brukes. Det vil fremgå at alternative fluidregulerte eller mekaniske systemer kan brukes i forbindelse med pigghåndteringssystemet ifølge oppfinnelsen.

Fig. 10 er et forenklet riss av pigghåndtereren 42 som kan brukes i sammenheng med oppfinnelsen. Pigghåndtereren 42 omfatter et flatt, sylindrisk legeme 148 koplet til en strømningsledning 41 fra manifolden 40 og et utløp til strømningsledningen 20. Tilkoplet til legemet 148, er også et piggforsyningsmagasin 120 som inneholder en forsyning av pigger 130. Også tilkoplet legemet 148 er en piggtømmebærer 122. Som med konstruksjonen på fig. 6, kan piggforsyningsmagasinet 120 og piggtømmebæreren 122 betjenes av ROV for derved å gjøre det mulig å levere rene pigger 130. Kuleventillegemet 150 har en passasje 152 derigjennom. Den omfatter videre en enkelt stoppstang (ikke vist) i passasjen 152. En pigg (ikke vist) er anbrakt med stoppstangen nedstrøms av piggen for derved å hindre den i å føres inn i varmeveksleren 44. Etter å ha utplassert piggen, blir kuleventillegemet dreiet 180°, slik at stoppstangen nå befinner seg oppstrøms av piggen for derved å gjøre det mulig for denne å føres inn i varmeveksleren 44. Mens piggen er i varmeveksleren 44, blir ventillegemet 150 igjen dreiet 180° slik at når piggen føres inn i ventillegemet 150 igjen, blir stoppstangen i en posisjon for å motta og holde piggen.

Pigghåndtereren 42 på fig. 10 er videre vist på fig. 11 med eventuelle omføringsledninger 60 og 62 med regulerbare strømningsventiler henholdsvis 64 og 66. Dette gjør at pigghåndterings 42 system og/eller trykkreguleringen kan omføres. Som nevnt ovenfor, et enkelt omføringsledningsrør er alt som faktisk kreves på grunn av den sammentrykkende natur av hydrokarbon i varmeveksleren 44. En alternativ fremgangsmåte for å regulere strømmen vil ganske enkelt være å installere en omføring med redusert diameter for å rette det meste av strømmen til legemet 148. Selv om fig. 10 viser en enkelt passasje 152, vil det fremgå at også flere radiale porter som ikke er koplet til strømningsbanen, kan installeres i legemet for å motta rene pigger fra piggforsyningsmagasinet 120 og tømme brukte pigger i piggtømmebæreren 122 på mekanisk eller fluidassistert måte.

En annen utførelse av pigghåndtereren brukt ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 12 som er en revolverkonstruksjon med ekstra trykkisolering. Et revolverlegeme 300 er rommet i et tett ytterlegeme (ikke vist). Revolverlegemet 300 har flere passasjer 302 som hver har en stoppstang 304. En fluidbane 312 fra strømningsledningen 41 til en passasje 302 er tilveiebrakt for å isolere passasjen ved hjelp av en reguleringsventil 314. Revolverlegemet 300 er videre isolert fra varmeveksleren 44 ved hjelp av en andre isoleringsventil 316 i ledningen 322. En returledning 324 er tilveiebrakt fra den kalde side av varmeveksleren 44 og står i fluidforbindelse med rørledningen 20 gjennom passasjen 302 og returledningen 308. Trykkisoleringsventiler 318 i ledningen 324 og 310 i ledningen 308 kan stenges for effektivt å isolere revolverlegemet 300 fra produksjonsstrømmen. Denne konstruksjon gjør det mulig å gjenvinne og reparere eller skifte ut revolversystemet. En omføringsledning 60 med reguleringsventilen 62 er tilveiebrakt mellom strømningsledningen 41 og den varme side av varmeveksleren 44. Et tilsvarende omføringsarrangement 64 og ventil 66 er tilveiebrakt mellom den kalde side av varmeveksleren 44 og rørledningen. Det vil fremgå at revolverlegemene 342 og 344 kan rommes i separate, utvendige legemer. Videre kan systemet minimeres, slik at legemene 342 og 344 hver kan forsynes med en enkelt passasje.

Ved bruk blir en pigg (ikke vist) lastet inn i en tom passasje 302 og ikke i fluidstrømningsbanen med varmeveksleren 44 fra et piggforsyningsmagasin (ikke vist) ved å bruke et mekanisk eller fluidhjelpemiddel. Piggen butter mot stoppstangen 304. Revolverlegemet 300 dreier rundt aksen 320 for å bringe piggen til strømningsbanen. En fordel med pigghåndtereren 42 på fig. 12, er at det ikke er nødvendig å opprettholde en dreiende trykktetning mellom innløpsrøret 312, revolverlegemet 300 og utløpsrøret 322 når passasjen 302 som inneholder piggen blir brakt til utplasseringsposisjonen, dvs. i strømningskommunikasjon mellom strømningsledningen 41, innløpet 312, passasjen 302, utløpet 322 og varmeveksleren 44. Konstruksjonen tillater stengning av ventilene 314 og 316 under åpning av ventilen 62. Etter at piggen er i utplasseringsposisjonen, blir ventilene 314 og 316 gjenåpnet og ventilen 62 lukket. Piggj en vinningen er tilsvarende piggen som mottas i en passasje 302 som er tilpasset strømningsbanen fra den kalde side av varmeveksleren 44 gjennom innløpet 324 gjennom passasjen 302, gjennom utløpet 308 og inn i rørledningen 20. Ventilen 66 blir åpnet og ventilene 318 og 310 blir stengt når revolverlegemet 300 dreies for å tømme piggen til et piggmottaksmagasin (ikke vist). Alternativt kan den primære strømningsbane skje gjennom omføringene 60 og 64 hvor revolverlegemet 300 blir plassert i fluidkommunikasjon med varmeveksleren 44 bare under piggings-operasjonene.

Det vil fremgå at pigghåndtereren på fig. 12 ytterligere kan reduseres slik at revolverlegemet 300 får minimum to passasjer 302 og kommuniserer med et enkelt piggoppbevaringsmagasin (ikke vist). Piggen 130 blir lastet til en av passasjene 302 og begge passasjene 302 står ikke i fluidforbindelse med hydrokarbonstrømmen. En enkelt innløpsomføring 60 med en begrenset strøm eller en selektivt regulert ventil er tilveiebrakt for å sikre kontinuerlig strøm til varmeveksleren mens en pigg 130 blir lastet eller avlastet. Den sammentrykkende natur av hydrokarbonstrømmer tilveiebringer kontinuerlig operasjon. Revolverlegemet 300 blir så dreiet for å plassere piggen 130 med den bærende passasje 302 i fluidkommunikasjon med hydrokarbon-produksjonsstrømmen fra undervannsbrønnen 40 og utplassere piggen til varmeveksleren 44. Piggen 130 blir mottatt og stoppet i passasjen 302 og stoppet av stoppstangen i fluidkommunikasjon med utløpet av varmeveksleren og den proksimale ende av rørledningen. Revolverlegemet 300 blir så dreiet til parkeringsposisjonen og piggen 130 blir støtt ut til oppbevaringsmagasinet. Revolverlegemet 300 blir så dreiet igjen for å plassere begge passasjene i kommunikasjon med hydrokarbonstrømmen.

Piggutplassereren 42 på fig. 12 kan også forenkles i en grad ved å eliminere innløpet 312 og ventilen 314. Den bevegende kraft for å plassere piggen i strømmen (gjennom utløpet 322 og ventilen 316) kan være tilveiebrakt av fluid eller en mekanisk anordning som virker på passasjen 302 hvorav en er tilpasset strømningsbanen.

Et andre revolversystem er vist på fig. 13. Her er de to revolverlegemene 342, 344 montert i et legeme 340. Revolverlegemene 342 og 344 kan eventuelt være forsynt med piggforsyningsmagasiner og piggtømmemagasiner. I motsetning til piggutplassereren 42 på fig. 12, krever denne piggutplassereren 42 tetningsmekanisme mellom innløpet 312, revolverlegemet 342 og utløpet 322 for å tette fluidstrømmen når revolverlegemet 342 dreier. En tilsvarende tetningsmekanisme vil ellers være tilveiebrakt for strømningsbanen mellom innløpet 324, revolverlegemet 340 og utløpet 308. Som med andre piggutplasseringssystemer, omfatter piggutplassereren 42 på fig.

13 en utplasseringsomføring 60 med reguleringsventil 62 og mottakende omføring 64 med reguleringsventil 66. Et sammenkoplingsrør 346 er tilveiebrakt mellom revolverne 342 og 344 med isoleringsventiler 348 og 350 i strømningsbanen. Således kan en pigg 130 sendes fra den mottakende revolver 344 til utplasseringsrevolveren 342 ved hjelp av fluid eller på mekanisk måte gjennom ventil 348, sammenkoplingsrøret 346 og ventilen 350 ved hjelp av fluid eller på mekanisk måte. Posisjonering av piggen 130 i revolverlegemet 342 vil rense voks og andre faste bestanddeler fra piggen 130 ved hjelp av varme overført fra produksjonsstrømmen gjennom revolverlegemet 342.

En redusert utgave av det doble revolversystemet på fig. 13 kan også brukes, hvor revolverlegemene 342 og 344 hver er forsynt med minst en passasje 302, en utplasseringsomføring 60 og et eller flere oppbevaringsmagasiner (ikke vist) for piggen 130 i kommunikasjon med et eller begge revolverlegemer 342 og 344. En pigg 130 kan lastes i revolverlegemet 344 ved hjelp av "sparkefluid" eller på annen mekanisk måte. Under denne periode er passasjen 302 ikke i fluidkommunikasjon med hydrokarbon-produksjonsstrømmen. Hydrokarbonstrømmen fortsetter å føres inn i varmeveksleren 44 gjennom omføringen 60 hvor den blir komprimert etter hvert som hydrokarbon-produksjonsstrømmen til rørledningen 20 blir avbrutt. Revolverlegemet 342 blir dreiet slik at begge revolverlegemene 342 og 344 blir i fluidkommunikasjon med sammenkoplingsrøret 346. Ventiler 348 og 350 blir åpnet og piggen blir overført til revolverlegemets 342 passasje 302. Under denne operasjon vil hydrokarbonstrømmen føres inn i varmeveksleren 44 gjennom omføringsledningsrøret 60. Ledningsrøret 60 kan ytterligere forenkles ved å fjerne ventilen 62 og tilveiebringe en begrenset strøm ved redusert diameter eller på annen måte. Revolverlegemene 342 og 344 blir så dreiet for å plassere deres respektive passasjer 302 i fluidkommunikasjon med hydrokarbon-strømmen, og utplassere piggen 130 til varmeveksleren 44. Etter å ha fullført dens vandring til varmeveksleren 44, blir piggen 130 fanget i revolverlegemets 344 passasje 302. Revolverlegemet 344 blir så dreiet for å stå i forbindelse med piggoppbevaringsmagasinet hvor den blir tømt som beskrevet under henvisning til fig. 9. Revolverlegemet 344 blir så dreiet for å plassere dens passasje 302 i fluidkommunikasjon med hydrokarbonstrømmen. Det vil fremgå at en tilsvarende prosess blir fulgt hvis piggoppbevaringsmagasinet kommuniserer med revolverlegemet 342.

Et alternativ til revolvertypen av piggutplassereren er vist på fig. 14 og 15. Her er det vist en pigghåndterer 42 som en glideblokk. Fig. 14 er et forenklet riss av glidblokken med minst en passasje. Den omfatter et legeme 400 med en innvendig glideventilblokk 402 (fig. 15). Glideventilblokken 402 er tettet innvendig i legemet 400, slik at når blokken 402 endrer posisjon i legemet 400, blir fluidstrømmen fra innløpet 312 avbrutt. Glideventilblokken 402 kan beveges i legemet 400 på passende hydraulisk, elektrisk eller mekanisk måte (ikke vist). Legemet 400 på fig. 14 er vist med et sirkulært tverrsnitt. Imidlertid kan legemet 400 og tilsvarende glideblokkventil 402 også ha andre tverrsnittsformer. Fig. 14 viser legemet med et utskiftningsbart piggforsyningsmagasin 120 og piggtømmerør 122 for å levere nye og lagre brukte pigger 130. Legemet er videre forbundet til varmeveksleren 44. Piggutplassereren 42 på fig. 14 er vist i detalj på fig. 15. Legemet 24 har innenfor en glideventilblokk 402 med minst en passasje 404 deri. Hver av passasjene 404 har en stoppstang (ikke vist deri). Som vist på fig. 15 er produksjonsstrømmen fra 41 tenkt å strømme til innløpet 312 gjennom passasjen 404 og til den varme side av varmeveksleren 44. Det fins også en utplasseringsomføring 60 med en strømningsreguleringsventil 62 deri. Likeledes blir produksjonen fra den kalde side av varmeveksleren 44 ført til ventilblokken 402 og passerer gjennom passasjen 404 gjennom utløpet 308 og til rørledningen 20. I blokken 402 på fig. 15 er det vist to utplasseringskamre nærliggende hverandre og to mottakende kamre nærliggende hverandre. Prosessen begynner hvor den øvre utplasseringspassasje 404 er anbrakt slik at den står i kommunikasjon med piggforsyningsmagasinet 120. En pigg 130 blir flyttet til passasjen 404 på mekanisk eller hydraulisk måte inntil den kommer i kontakt med stoppstangen i passasjen 404. Under denne periode står den øvre del av den mottakende passasje 404 i fluidkommunikasjon med den kalde side av varmeveksleren 44 og utløpet 308. Glideventilblokken 402 blir translatert inntil passasjen 404 som bærer piggen 130 står i fluidforbindelse med innløpet 312 og den varme side av varmeveksleren 44 og derved utplasserer piggen 130. Som nevnt tidligere, kan omføringene 60 og 64 åpnes ved å åpne ventilene 62 og 66 for å hindre trykktopper i systemet når ventilblokken 402 blir beveget fra åpen til stengt posisjon. Ventilblokken 402 blir så translatert inntil den nedre av den mottakende passasje 404 står i fluidforbindelse med den kalde side av varmeveksleren 44 og utløpet 308. Piggen 130 fullfører sin vandring gjennom varmeveksleren 44 og blir mottatt i den nedre av de mottakende passasjer 404 hvor den kommer i kontakt med passasjens 404 stoppstang. Glideblokken 402 blir så translatert inntil den nedre mottakende passasje 404 står overfor piggdeponeringsrøret 122. Ved dette kommer den tomme, øvre utplasseringspassasje og den øvre, mottakende fluidpassasje 404 i fluidforbindelse med varmeveksleren 44. Den smussige pigg 130 kan så støtes ut til piggdeponeringsrøret 122 på passende mekanisk eller fluidmåte. Således tilveiebringer pigghåndtereren 42 på fig. 14 og 15 en enkelt anordning for å laste, utplassere og motta og kaste pigger 130 som brukes ifølge oppfinnelsen.

Piggutplassereren på fig. 14 og 15 kan forenkles ved å tilveiebringe en enkelt passasje 404 i blokken 402, en enkelt innløpspassasje 60 og minst et piggoppbevaringsmagasin 120 eller 122. Under normal bruk, står passasjen 404 i fluidforbindelse med varmevekslerens 44 utløp og rørledningens 20 approksimale ende og hydrokarbonproduksjonsstrømmen føres til varmeveksleren 44 gjennom overføringen 60. Under pigging blir blokken 402 translatert til magasinet 120 eller 122 og en pigg 130 blir lastet til passasjen 404. Under denne periode blir fluidet komprimert i varmeveksleren 44. Blokken 402 translaterer deretter for å komme i fluidforbindelse med hydrokarbonstrømmen gjennom innløpet 312, og utplasserer piggen 130 til varmeveksleren. Blokken 402 blir så translatert for å plassere passasjen 404 i fluidforbindelse med varmevekslerens 44 utløp. Piggen 130 blir fanget i passasjen 404 og blokken 402 blir translatert til magasinet 120 eller 122 for å tømme piggen. Blokken 402 blir så translatert tilbake for å plassere passasjen 404 i fluidkommunikasjon med varmevekslerens 44 utløp.

En variasjon som kan brukes i sammenheng med oppfinnelsen er at pigghåndtereren utløser piggen gjennom varmeveksleren og gjenvinner den ved terminus, enten den befinner seg på en offshoreplattform eller på land. Dette vil eliminere behovet for en mottakende seksjon eller en mottakende omføringsmulighet. En annen variasjon vil bruke en annen mottakende passasje uten stoppstang deri (en "passering gjennom kammer"). Det vil fremgå at slike ekstra kamre kan konstrueres i de beskrevne pigghåndterere. Dette vil gjøre en operatør i stand til å utplassere en pigg og indeksere eller translatere den mottakende seksjon slik at passeringen gjennom passasjen står i fluidforbindelse med den kalde side av varmeveksleren 44 og utløpet 308. Piggen vil så vandre gjennom rørledningen bare når operatøren ønsker dette. Videre vil det fremgå at selv om de ovennevnte utførelser har vært i sammenheng med en varmeveksler for et nakent rør med åpen sløyfe, kan de ovennevnte utførelser lett praktiseres ved å bruke et kjølesystem med motstrøms kapsling for varmeveksling eller en annen konfigurasjon enn en åpen sløyfe.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet i forskjellige utførelser, kan modifikasjoner av apparatet og teknikkene beskrevet her utføres uten at oppfinnelsens omfang fravikes. Det vil fremgå at utførelsene og teknikkene beskrevet her ikke er ment å begrense oppfinnelsens omfang.

Claims

1. System for å vedlikeholde produksjonsstrømmen i en undersjøisk rørledning med en proksimal og en distal ende, idet rørledningen er i fluidkommunikasjon med en vert på en distal ende, idet systemet erkarakterisert ved: en pigghåndterer med et innløpssystem i fluidkommunikasjon med minst en undersjøisk brønn tilpasset for å motta en hydrokarbonproduksjonsstrøm og et utløpssystem i fluidkommunikasjon med den proksimale ende av rørledningen, en undersjøisk varmeveksler med et innløp i fluidforbindelse med pigghåndtererens innløpssystem og et utløp i fluidforbindelse med pigghåndtererens utløpssystem, tilpasset slik at temperaturen av hydrokarbonproduksjonsstrømmen kan reduseres tilstrekkelig for å danne faste bestanddeler, et piggutplasseringssystem tilpasset slik at en pigg selektivt kan plasseres i hydrokarbonproduksjonsstrømmen gjennom pigghåndtererens innløpssystem og utplassere piggen inn i varmeveksleren for å fjerne avsatte faste bestanddeler fra varmeveksleren, og et piggmottakssystem tilpasset slik at piggen kan fjernes fra hydrokarbon-produksjonsstrømmen gjennom pigghåndtererens utløpssystem før produksjons-strømmens innføring i den undersjøiske rørledning, hvor varmeveksleren er et rør-i-rør-system med tvunget kjølemiddel med inner- og ytterrør tilpasset slik at produksjonen strømmer gjennom innerrøret og kjølemiddelet strømmer gjennom ringrommet anordnet mellom inner- og ytterrøret i en retning motsatt produksjonsstrømsretningen.

2. System ifølge krav 1,karakterisert vedat det videre omfatter et indekseringsapparat for pigghåndtereren tilpasset slik at piggen som har blitt ført inn i piggmottakssystemet kan anbringes i piggutplasseringssystemet for gjenbruk.

3. System ifølge ett av kravene 1-2,karakterisert vedat pigghåndtereren omfatter: et utvendig, vanntett hus, et innerlegeme med minst to passasjer derigjennom som kan indekseres for å tilveiebringe en fluidbane i tett fluidkommunikasjon med pigghåndtererens innløps-system og varmevekslerens innløp, en fluidbane i tett fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp og pigghåndtererens utløpssystem, en piggoppbevaringsposisjon tilkoplet huset, apparat for å laste en pigg i en passasje fra en piggoppbevaringsposisjon og for å tømme en pigg fra en passasje til piggoppbevaringsposisjonen, og apparat for å indeksere innerlegemet i ytterhuset for å utplassere en pigg lagret i en passasje ved å bringe den i fluidkommunikasjon med hydrokarbonproduksjons-strømmen eller indeksere innerlegemet for å bringe en passasje til fluidkommunikasjon med piggoppbevaringsposisjonen.

4. System ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat piggutplasseringssystemet og piggmottakssystemet er termisk isolert.

5. System ifølge ett av kravene 3-4,karakterisert vedat piggoppbevaringsposisjonen videre omfatter: et piggforsyningsmagasin for oppbevaring av pigger og et piggtømmemagasin for oppbevaring av brukte pigger, apparat for selektivt å flytte en pigg fra forsyningsmagasinet til en indre legemspassasje og apparat for selektivt å flytte en brukt pigg til tømmemagasinet fra en indre legemspassasje.

6. System ifølge ett av kravene 1-5,karakterisert vedat minst enten pigghåndtereren, piggutplasseringssystemet, piggmottakssystemet og pigghåndterings-indeksapparatet kan gjenvinnes.

7. System ifølge ett av kravene 5-6,karakterisert vedat apparat for selektivt å flytte piggene omfatter et hydraulisk eller mekanisk system.

8. System ifølge ett av kravene 1-7,karakterisert vedat det videre omfatter et omføringsfluidledningsrør mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp.

9. System ifølge ett av kravene 1-8,karakterisert vedat det videre omfatter et omføringsfluidledningsrør mellom utløpet av varmeveksleren og den proksimale ende av rørledningen.

10. System ifølge ett av kravene 8-9,karakterisert vedat produksjons-strømmen gjennom omføringene kan selektivt reguleres.

11. System ifølge ett av kravene 1-10,karakterisert vedat varmeveksleren er et rør i undervannsmiljøet.

12. System ifølge krav 11,karakterisert vedat kjølemiddelet er sjøvann.

13. System ifølge ett av kravene 11-12,karakterisert vedat det omfatter en pumpe for å tvinge kjølemiddelet gjennom ringrommet.

14. System ifølge ett av kravene 1-13,karakterisert vedat det videre omfatter en undersjøisk manifold i fluidkommunikasjon med flere undersjøiske brønner og pigghåndtereren.

15. System ifølge ett av kravene 1-14,karakterisert vedat pigghåndtereren videre omfatter: et tett ytterhus med innløp i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn og varmevekslerens utløp og utløpene i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp og den proksimale ende av rørledningen, et tett innerlegeme i det ytre hus, idet innerlegemet har minst en passasje derigjennom med en stopper i den ene ende av passasjen, idet passasjen er tilpasset for å motta en pigg, idet innerlegemet kan indekseres for å plassere stopperen nær ytterlegemets innløp i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn, idet passasjen bærer en pigg i fluidkommunikasjon med den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp, idet hydrokarbonproduksjonsstrømmen utplasserer piggen i passasjen til varmeveksleren og innerlegemet er tilpasset for å indekseres for å plassere stopperen nær pigghåndtererens utløp til den nærliggende ende av rørledningen, idet passasjen er i fluidforbindelse med varmevekslerens utløp og rørledningen, idet stopperen derved fanger piggen.

16. System ifølge ett av kravene 1-15,karakterisert vedat pigghåndtereren videre omfatter: (a) et piggmagasin og et piggtømmemagasin, og (b) apparat for å laste en pigg fra piggforsyningsmagasinet til en passasje og tømme en pigg fra passasjen til piggtømmemagasinet.

17. System ifølge ett eller flere av kravene 1-16,karakterisert vedat det videre omfatter minst to indekseringslegemer hver med et ytre, tett hus og med minst en passasje derigjennom, idet et av husene er forbundet til minst en undersjøisk brønn og varmevekslerens innløp, idet det andre hus er forbundet til varmevekslerens utløp og rørledningens nærliggende ende.

18. System ifølge krav 17,karakterisert vedat legemene har minst to passasjer derigjennom.

19. System ifølge ett av kravene 17-18,karakterisert vedat minst to indekseringslegemer er innholdt i et enkelt hus, idet det ene hus har et innløp i fluidkommunikasjon med minst en undersjøisk brønn og et utløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens innløp og videre har et innløp i fluidkommunikasjon med varmevekslerens utløp og et utløp i fluidforbindelse med rørledningens nærliggende ende.

20. System ifølge ett av kravene 1-18,karakterisert vedat pigghåndtereren videre omfatter: et hus, og et translaterbart legeme i huset, idet legemet er tilpasset for å motta en pigg og utplassere piggen ved å etablere en fluidbane mellom den undersjøiske brønn og varmevekslerens innløp eller motta piggen ved å etablere en fluidbane mellom varmevekslerens utløp og rørledningens nærliggende ende.

21. Fremgangsmåte for å vedlikeholde produksjonsstrømmen i en undersjøisk rørledning,karakterisert ved: å produsere en hydrokarbonstrøm fra minst en undersjøisk brønn, å transportere hydrokarbonet fra minst en undersjøisk brønn til en varmeveksler, å føre hydrokarbonet gjennom varmeveksleren for å kjøle hydrokarbonet og utfelle minst en fast bestanddel som velges fra voks, parafiner, asfaltener og/hydrater, å føre hydrokarbonet gjennom en rørledning fra varmeveksleren til en vert og å pigge varmeveksleren med en pigg for å produsere et slam av de faste bestanddelene i hydrokarbonet, hvor føringen av hydrokarbonet gjennom varmeveksleren omfatter å føre hydrokarbonet gjennom et innerrør i en første retning og føre sjøvannskjølemiddel gjennom et ringrom som omslutter innerrøret i en andre retning, idet den andre retning er motsatt den første retning.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21,karakterisert vedat temperaturen av hydrokarbonet blir senket minst 20 grader fra et innløp til et utløp av varmeveksleren.

23. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 21-22,karakterisert vedat piggen blir gjenvunnet fra et utløp av varmeveksleren og resirkulert til et innløp av varmeveksleren.