NO336372B1 - Fremgangsmåte og anordning for fjerning av hydratplugger - Google Patents

Abstract

En ny måte å løse hydratplugger som har dannet seg i en rørledning som rør, borerør osv. er beskrevet. For dette formålet blir en spydformet oppvarmingsenhet (4) tvunget inn i hydratpluggen (1) med en sterk skyveenhet (3). Dette gir en stor oppvarmet overflate i kontakt med hydratpluggen, som deretter raskt smelter. Arrangementet kan omfatte temperaturfølere i topp og bunn av verktøyet for å ha kontroll med temperaturen i området rundt topp og bunn av verktøyet. Det kan også inkluderes en sensor for hydratinhibitor/vann konsentrasjon for å indikere når injisert hydratinhibitor har blitt fortynnet og må fornyes. Det kan være installert en agitator (18) i innretningen som blander fritt vann og hydratinhibitor.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse gjelder et arrangement, anordning og fremgangsmåte for å løse hydratplugger i oljebrønner og andre rørledninger for transport av olje og gass, slik som rør, foringsrør, borerør, bore eller produksjons stigerør.

Bakgrunn

Hydratplugger dannes av og til i oljebrønner og rørledninger som transporterer olje og gass. Pluggene er tilbøyelig til å dannes i rør hvor trykket er høyt og temperaturen lav. Dette kan særlig oppstå i offshore brønner.

For at hydratplugger skal kunne dannes i brønner, må følgende vilkår være tilstede: • Tilgang til fritt vann (fritt vann betyr vann i flytende form som en separat fase eller dispergert form i hydrokarbon fase).

• Tilgang til lette gassmolekyler, (Ci, C2, C3, iC4, C02, N2, H2S).

• Relativt høyt trykk.

• Relativt lav temperatur.

Hydrater er blandinger av vann (som is) og metangass. Metangassen opptrer i hulrom i isen, og endrer de fysiske egenskapene til isen. Tilstedeværelsen av metan vil blant annet gi lavere smeltepunkt, men den viktigste effekten er utskilling av metangass når hydrat smelter. Smelting av isen vil senke volumet, men den frigitte metangassen vil gi trykkøkning (1 m<3>av is kan frigi opp til 180 Sm<3>gass).

Det finnes flere metoder for å hemme dannelsen av hydratplugger, men likevel dannes hydratplugger noen ganger, som nevnt ovenfor. Hydrat kan skape problemer i brønner, prosessanlegg og transportrørledninger. Massive hydrater som stenger strømtverrsnittet kan føre til alvorlige driftsproblemer. Mindre hydratdannelse kan sette ventiler ut av funksjon eller hindre brønnoperasjoner. Disse problemene kan få alvorlige sikkerhetsmessige og økonomiske konsekvenser.

Hydratplugger kan forventes å bli dannet i flere typer operasjoner som: Kabeloperasjoner, kveilerørs-operasjoner, hydrauliske rørtrykk-operasjoner, pumpe-operasjoner, lekkasjetesting, pumping av brønnvæsker, inn/utkjøring av utstyr/verktøy, stenging av strømningsrør/gassløft-linjer, perforering av rør, strømnings-operasjoner, opprensking i brønner og skifting av brønnhodeventiler (X-mas tree).

En standard metode for å fjerne hydratplugger er å injisere metanol (MeOH), mono etylenglykol (MEG), tri etylenglykol (TEG) eller saltlake (KCI, NaCI, CaCI2) samtidig som en holder overtrykk på toppen av brønnen. Når det injiseres hydrat inhibitor, er det viktig å merke seg at det kan være vanskelig (det er tidkrevende og operasjonen kan ta, dager, uker eller måneder) å få inhibitor ned til hydratpluggen, på grunn av den lange avstanden fra toppen av brønnen der hydratet / pluggen er dannet.

For å øke effektiviteten av kjemikalier og redusere væskekravene, kan kjemikalier leveres direkte på pluggen gjennom et kveilerør. Det tar imidlertid normalt lang tid å mobilisere kveilerørsutstyr. Tungt kveilerørsutstyr må løftes opp på riggen som tung last. Dette er en kritisk operasjon mht. vær begrensninger for tunge løft til plattformer, spesielt til halvt nedsenkbare rigger og TLP. I tillegg må det brukes mye tid på å rigge opp kveilerørsutstyret på riggen. Det er også nødvendig med et relativt stort mannskap for å operere kveilerørsutstyret.

En annen metode er å bore seg gjennom hydratpluggen ved bruk av kveilerør. Men igjen tar det lang tid å mobilisere kveilerørsutstyret og igjen er det kritiske værbegrensninger for tunge løft til plattformer, spesielt til halvt nedsenkbare rigger og TLP.

Fra amerikanske patenter US 5.619.611 og US 6.343.652 er det kjent en metode for å åpne rør ved å senke en elektrisk varmeenhet ned til pluggen. Varmeenheten er montert inne i en innkapsling med en butt endeflate. Den oppvarmede endeflaten vil hvile mot hydratpluggen og smelte den. På grunn av det lille kontaktområdet mellom verktøy og hydratpluggen, vil varmeoverføringen bli treg. Bruk av wire line traktorer til transport av verktøyet i avviksbrønner er også beskrevet. Traktorene beskrevet er godt kjent i markedet, men er for små til å gi noen merkbar kraft mellom varmeelementet og hydratpluggen. Det er også fare for at hydratpluggen utilsiktet løsner pga høyere trykk under hydratpluggen og skyter ut av brønnen. Så vidt vi vet, er denne metoden for øyeblikket ikke i kommersiell bruk.

Andre aktuelle metoder for dette bruk er kjent fra UA 14970 U, US 6651744 og US 2005/0284504.

Oppsummering av oppfinnelsen.

Formålet med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny metode for å fjerne hydratplugger som er mer effektivt og kostnadsbesparende, og også mer forutsigbar enn de ovenfor nevnte metodene.

Dette er oppnådd i en oppfinnelse i henhold til de vedlagte patentkrav.

Nærmere bestemt består oppfinnelsen av et arrangement for å fjerne hydratplugger i en rørledning. Arrangementet omfatter en oppvarmingsenhet montert på en skyveenhet, der oppvarmingsenheten er avlang og spydformet og skyveenheten er innrettet for å gi en skyvkraft med tilstrekkelig styrke til å tvinge den spydformede oppvarmingsenheten inn i hydratpluggen. Varmeenheten inkluderer en første del som er sylindrisk og litt skrå, en midtre del som er kjegleformet, en sylindrisk sluttdel og minst ett varmeelement inne i minst ett av nevnte deler. Samtidig vil hydrat inhibitor væske bli pumpet inn fra overflaten.

Skyveenheten er utstyrt med ankere som vil forhindre at verktøyet skyves ut av brønnen når/hvis hydratpluggen skulle løsne fra rør, foringsrør, borerør eller bore - produksjon stigerør på grunn av høyt trykk under pluggen. Det kan være betydelig trykk under hydratplugger.

Verktøyet kan også være utstyrt med to temperatursensorer, en plassert i øvre del av verktøyet og en plassert i nedre del av verktøyet, som lar oss ha kontroll med temperaturen rundt varmeenheten og bak verktøyet slik at vi kan iverksette tiltak før miljøet kommer tilbake til den kritiske fasen når det gjelder temperatur.

Verktøyet kan også utstyres med en hydrat inhibitor/vann (tetthet) sensor til å ha kontroll med konsentrasjonen av hydrat inhibitor/vann, slik at vi kan iverksette tiltak før miljøet kommer tilbake til den kritiske fasen når det gjelder konsentrasjon av hydrat inhibitor/vann.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for å løse hydratplugger i en rørledning, hvor en spydformet oppvarmingsenhet tvinges inn i hydratpluggen og hydratpluggen blir oppvarmet.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å blande hydratinhibitor og fritt vann fra hyd roka rbonfasen, hvor en agitator plasseres mellom en sentreringsenhet og oppvarmingsenheten. Fritt vann betyr vann i flytende form som en separat fase eller i dispergert form i hydrokarbonfasen.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj med henvisning til vedlagte tegninger, hvor

Fig 1 viser den samlede utformingen av oppfinnelsen,

Fig. 2 viser varmeenheten i detalj,

Fig. 3 a - e viser operasjonssekvenser ved bruk av oppfinnelsen ved smelting av hydratplugg i en rørledning.

Detaljert beskrivelse

Fig. 1 viser en verktøysammensetning ifølge oppfinnelsen brukt i et rør 2 hvor det har dannet seg hydratplugg 1. Verktøyet består av en spydformet elektrisk oppvarmingsenhet 4 som er montert på en skyveenhet eller stroker. Verktøyet er koblet til overflaten gjennom en elektrisk wire linje 5. Den elektriske wire linjen 5 inneholder en elektrisk kabel som leverer strøm til enheten 4, samt signalkabler som trengs for å kontrollere verktøyet. Skyveenheten vist i figuren omfatter første og andre seksjoner, 3a, b med ankere 6 slik at hver del kan forankres til røret. Skyveenheten inkluderer et hydraulisk sylinder/stempel arrangement 7. Når den første delen 3a er forankret til røret, kan sylinderen 7 kjøres ut og tvinge oppvarmingsenheten 4 inn i hydratpluggen. Deretter settes det strøm på varmeenheten for å smelte hydratpluggen. Når den spydformede anordningen blir tvunget inn i hydratpluggen oppnås det en stor overflate for å overføre varme. Enheten skal utformes slik at varme ledes til hele kroppen, ikke bare i spissen som i tidligere kjente arrangementer.

Verktøyet kan inkludere en agitator 18. I figuren er agitatoren plassert nær varmeelementet, men den kan monteres på et hvilket som helst sted på verktøyet. Agitatoren 18 inkluderer en liten propell som kan kjøres i begge retninger, hvilket betyr at den kan reverseres hvis agitatoren skulle bli tilstoppet av restmateriale

(debris) til stede i rørledningen. Agitatoren kan også kjøres periodisk i alternerende retninger. Agitatoren tjener til å blande hydratinhibitor og fritt vann og til å homogenisere temperaturen i væskeblandingen.

Verktøyet kan også være utstyrt med en hydratinhibitor/vann sensor 15 som måler hydratinhibitor/vann konsentrasjon. Dette for å indikere når den injiserte hydratinhibitor har blitt uttynnet for mye og må erstattes av ny hydratinhibitor.

Verktøyet kan også være utstyrt med to temperatursensorer 13, 14, en 13 plassert i toppen av verktøyet og en 14 plassert i bunnen av verktøyet, som lar oss ha kontroll med temperaturen i området til varmeenheten og i bakkant av verktøyet, slik at vi kan iverksette tiltak før miljøet kommer tilbake til kritisk fase når det gjelder temperatur.

Spesielt for avviksbrønner, kan verktøyet også inkludere en wire line traktor. Traktoren vil lette transporten langs brønnbanen.

Det er viktig for oppfinnelsen å ha en stor kontaktflate mellom varmeenheten og hydratpluggen. Skyveenheten må derfor kunne yte betydelige kraft på den spydformede varmeenheten for å tvinge den inn i pluggen. En skyveenhet som Well Stroker (OD 2 1 / 8 "- 3 3 / 8") som markedsføres av selskapet Welltec A/S kan endres for dette formål, selv om en skyveenhet fra andre leverandører også kan brukes. Skyveenheten må nødvendigvis ikke være som vist i Fig. 1.

Imidlertid må skyveenheten kunne levere et tilstrekkelig skyv på varmeenheten, 1 - 10 tonn eller mer. Samtidig må sky ve verktøyet være forankret til røret ved hjelp av ankerene. Et stort skyv vil gi et noe lavere smeltepunktet av hydratpluggen, men enda viktigere er det at det kan tillate enheten å bryte gjennom pluggen, og derfor gi en enda hurtigere fjerning av pluggen. Skyveenheten bør hele tiden være sikkert forankret i røret i tilfelle det har bygget seg opp et høyt trykk bak pluggen.

Kabelen til overflaten må være dimensjonert til å levere nok strøm til varmeenheten, fortrinnsvis i området fra 1,5 kW eller mer.

Fig. 2a viser varmeenheten i detalj. Enheten inneholderen litt konisk sylindrisk fremre del 8, med en avrundet spiss 8a. Denne formen gjør at varmeenheten vil trenge inn i hydratpluggen, samtidig som det er en tilstrekkelig kontaktflate mot pluggen. Når den presses inn i hydratpluggen, vil denne fremre delen utstråle varme radielt inn pluggen. Den fremre delen er koblet til en mer bratt konisk midtre del 9. Dette igjen er koblet til en sylindrisk endedel 10. Alle deler kan være oppvarmet. Delene er hule og fortrinnsvis bør alle delene inneholde varmeelement. For å gi god termisk ledning fra elementet eller elementene inn i hydratpluggen, kan elementene være fylt med en varmeledende væske. Enheten kan være laget av metall av tilstrekkelig styrke til det tiltenkte formålet, som rustfritt stål, men bør helst være laget av et metall som leder varme godt, for eksempel kobber. Den sylindriske enden 10 omfatter en rekke stabilisatorblader 11. Disse vil også tilføre varme til hydratpluggen, og kan også kutte de resterende delene av pluggen i mindre biter. Endedelen 10 inneholder også midler 12 for å kobles til skyveenheten, for eksempel en gjenget kontakt.

Fig. 3 a - e illustrerer sekvensen av operasjoner når du fjerner en plugg.

Sekvensen innebærer et første skritt da området 16 ved siden av plugg 1 blir fylt med hydratinhibitor, fra overflaten eller levert fra en beholder (retainer) 17, eller helst begge deler, fig. 3a. Plasseringen av hydratinhibitor vil erstatte oljefasen over pluggen på grunn av at hydratinhibitor har en egenvekt som er tyngre enn oljefasen. Beholderen er en beholder med egnet ejektor mekanisme, for eksempel en ventil ved utløpet og et stempel. Beholderen kan senkes til pluggen på en elektrisk wire line 18, og blir fjernstyrt fra overflaten.

Metoden kan beskrives i teknisk detalj som følger:

1. Start injeksjon av hydratinhibitor fra overflaten mens de venter på at wire line utstyr ankommer riggen.

( Sub trinn 1, injiserer og trykk opp hydratinhibitor til 50- 30 bar over trykket på brønnhodet.

Sub trinn 2; vent til hydratinhibitor synker gjennom oljefasen.

Sub trinn 3; blø av oljefasen til innestengt trykk ( 5- 30 bar)

Sub trinn 4, gjenta trinn 1 til 3 til opprigging er fullført.)

2. Rigg opp wire line og sett inn en beholder (Fig. 3a) fylt med hydratinhibitor (30-100 liter) til verktøystrengen. 3. Kjør i hullet med beholderen ned til hydratpluggen, plasser hydratinhibitor på toppen av hydratpluggen. 4. Trykk opp brønnen med hydratinhibitor fra toppen av brønnen, dette vil bidra til å presse hydratinhibitor mot/inn i hydratpluggen. Dette trykket vil vi opprettholde i brønnen under resten av operasjonen. 5. Trekk beholderen ut av hullet og bytt ut beholderen med den oppfinneriske innretningen.

6. Kjør den oppfinneriske innretningen ned til hydratpluggen.

7. Aktiver det bakerste ankeret på skyveenheten slik at den er forankret i rørveggen., fig. 3b. 8. Aktiver varmeenheten og agitatorenheten, la det fungere for et antall minutter. Observer temperaturen i topp og bunn av verktøyområdet under hele operasjonen. Regulere den elektriske strømmen til varmeenheten ved behov. Observer hydratinhibitor/vann forholdet til enhver tid, helt til hydratpluggen er smeltet. 9. Aktiver og ekspander skyveenheten, fig. 3c, start med å sette liten kraft på varmeenheten og press varmeenheten inn i hydratpluggen. Observer temperaturen. 10. Når skyveenheten er kjørt helt ut, aktiver frontankeret til rørveggen, fig. 3d.

11. Deaktiver deretter bakre anker.

12. Trekk så skyveenheten tilbake, fig. 3e.

13. Når skyveenheten er sammentrukket, aktiver bakre anker til rørveggen.

14. Deaktiver frontanker.

15. Gå tilbake til trinn 4, utfører trinn 9-14 til hydratpluggen er fjernet.

16. Hvis hydratinhibitor har blitt fortynnet og må etterfylles, går du tilbake til trinn 2-14.

Claims (12)

1. Et arrangement for å løse en hydratplugg (1) i en rørledning (2), slik som rør, borerør, foringsrør etc, idet arrangementet består av en oppvarmingsenhet (4) som kjøres på wire line, karakterisert vedat varmeenheten (4) er langstrakt og spydformet og er montert på en skyveenhet (3), idet skyveenheten (3) er innrettet til å gi en skyvekraft med tilstrekkelig styrke for å tvinge den spydformede oppvarmingsenheten inn i hydratpluggen (1), idet varmeenheten (4) har en første del (8) som er sylindrisk og lett avtagende, en midtre del (9) som er kjegleformet, en sylindrisk sluttdel (10), hvor det minst er et varmeelement inne i minst en av nevnte deler (8, 9 10).

2. Arrangement ifølge krav 1, hvor skyveenheten (3) inneholder en første del (3a) og en andre del (3b) og et sylinder/stempel arrangement (7) som forbinder de to delene, idet begge deler (3a, b) omfatter forankringsenheter (6) slik at delen kan forankres til røret (2).

3. Arrangement ifølge krav 1, hvor skyveenheten (3) er innrettet til å gi en tilstrekkelig skyvekraft på varmeenheten (4) i størrelsesorden 1-10 tonn eller mer.

4. Arrangement ifølge krav 1, idet arrangementet videre omfatter en traktor for transport av arrangementet langs røret.

5. Arrangement ifølge krav 1, idet arrangementet videre omfatter en første temperatursensor på varmeelementet og en andre temperatursensor innrettet for å måle temperaturen i et område rett bak arrangementet.

6. Arrangement ifølge krav 1, hvor arrangementet videre omfatter en sensor som måler hydratinhibitor/vann konsentrasjon for å indikere når injisert hydratinhibitor har blitt fortynnet og må fornyes.

7. Arrangement ifølge krav 1, hvor arrangementet videre omfatter en agitatorenhet (18).

8. Arrangement ifølge krav 1, hvor varmeenheten (4) omfatter en rekke varmeførende stabilisatorer som (11) som er montert på endedelen (10).

9. Arrangement ifølge krav 1, hvor varmeenheten (4) er laget av en passende varmeledende metallsammensetning.

10. En fremgangsmåte for å løse en hydratplugg (1) i et rør (2),karakterisert vedtrinnene: transport av en varmeenhet med et spydformet oppvarmingsenhet (4) og en skyveenhet (3) til pluggen, forankring av skyveenheten til røret, utkjøring av skyveenheten for å presse oppvarmingsenheten inn i hydratpluggen og oppvarming av hydratpluggen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10 inkludert et ytterligere trinn for injisering av en mengde frysepunktnedsettende væske ved pluggen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor hydratinhibitor og fritt vann fra hyd roka rbonfase blir agitert.