NO337271B1 - Fleksibel, rørformet ledning til transport av et fluid - Google Patents

Description

FLEKSIBEL, RØRFORMET LEDNING TIL TRANSPORT AV ET FLUID

Den herværende oppfinnelse vedrører en fleksibel, rørformet ledning, i det etterføl-gende for enkelthets skyld kalt "rør", av den type som brukes til utvinning og transport av fluider innenfor petroleumsindustrien til havs. Den vedrører nærmere bestemt rør som er beregnet til transport av såkalt flerfasede fluider eller av gass.

Rør som er beregnet til fluidtransport innenfor petroleumsindustrien til havs, er beskrevet i tallrike patenter tilhørende søker, slik som for eksempel patentet EP 0 937 932 or FR 2 663 401. De oppfyller bl.a. anbefalingene i API 17B (American Petroleum Institute Recommended Practice 17B). Disse rør er utformet av en sammenstilling av forskjellige lag som hvert er beregnet til å gjøre det mulig for det fleksible rør å tåle belastningene ved bruk eller vedlikehold slik som de spesielle belastninger som er knyttet til deres bruk til havs. Disse lag omfatter særlig polymeriske mantler og forsterkningslag som er dannet av viklinger av formtråd, av bånd eller av tråder av komposittmateriale, men de kan likeledes omfatte viklinger av forskjellige bånd mellom de ulike forsterkningslag. De omfatter nærmere bestemt minst én indre ugjennomtrengelig mantel eller trykkmantel som er beregnet til å føre det transporterte fluid. Nevnte ugjennomtrengelige mantel kan være det innerste element i røret (rø-ret blir da sagt å være av typen "smooth bore" (glatt boring)) eller den kan være anbrakt rundt et skrog utformet av for eksempel vikling med kort stigning av et sammenhektet bånd (røret sies da å være av typen "rough bore" (ikke-glatt boring)). Forsterkningslag utformet av vikling av metall- eller komposittråder er vanligvis anbrakt rundt trykkm ante len og kan omfatte for eksempel: • En trykkarmering utformet av en vikling med kort stigning av en sammenhektet metallformtråd, hvor nevnte trykkarmering er plassert direkte rundt den ugjennomtrengelige mantel for å oppta den radiale komponent av det innvendige trykk. • Eventuelt en hylse utformet av en vikling med kort stigning av en formtråd som ikke er hektet sammen, hvilken er plassert over trykkarmeringen for å bidra til å motstå det innvendige trykk; trykkarmeringen med eller uten nevnte hylse danner det som kalles rørets trykkhvelv.

Strekkarmeringslag utformet av viklinger med lang stigning av metall- eller komposittformtråder, hvor nevnte lag er beregnet til å oppta den aksiale komponent av det innvendige trykk så vel som langsgående påkjenninger som røret gjennomgår, som for eksempel belastninger ved legging.

Det er vanligvis tilveiebrakt en ytre polymerisk mantel eller beskyttelsesmantel over de forannevnte forsterkningslag. I visse tilfeller er det likeledes tilveiebrakt en polymerisk mellommantel. Denne mellommantel kan for eksempel være en såkalt anti-sammenklemmingsmantel (engelsk: "anti-collapse") anbrakt generelt omkring trykkhvelvet. Denne mellommantel har særlig som formål å hindre sammenklemming av den ugjennomtrengelige mantel og av det eventuelle skrog som den omgir, når ringrommet (rom beliggende mellom den ugjennomtrengelige mantel og den ytre mantel) blir utsatt for et overmåte stort trykk, som for eksempel når den ytre mantel er skadet og ikke lenger er tett. Den er vanligvis til stede i et "smooth bore"-tilfelle, fordi den ugjennomtrengelige mantel er desto mer følsom overfor sammenklemming.

I de fleksible produksjonsrør er det transporterte fluid ofte flerfaset, og det inneholder gasser slik som H2S, CO2eller metan, hvilke kan diffundere gjennom trykkmantelen. Den gass som diffunderer gjennom det fleksible rørs ugjennomtrengelige mantel, øker trykket i ringrommet etter hvert som diffunderingen foregår. Denne økning av trykket i ringrommet kan føre til problemer med sammenklemming av den indre mantel og dette særlig i tilfellet med en "smooth bore" hvor nevnte mantel ikke blir holdt tilbake av et skrog. Dette er for eksempel tilfellet når trykket i ringrommet blir mye høyere enn det trykk som råder i røret, slik som under en produksjonsstans eller under visse spesielle forhold under drift. Det er også sørget for å drenere de gasser som er til stede i ringrommet, for å begrense trykket i dette. Dreneringen av gasser utføres gjennom og langsetter strekkarmeringene mot en dreneringsventil som vanligvis er plassert i høyde med en endestuss av det fleksible rør.

I tilfellet med en "smooth bore" hindrer mellommantelen beliggende over trykkhvelvet dreneringen av gassen i strekkarmeringslaget. Dreneringen av gassen vil således måt-te gjennomføres innenfor trykkhvelvet, men en slik løsning er ikke tenkelig da det er meget vanskelig å drenere gassen effektivt i et lag slik som trykkhvelvet, hvis vikle-vinkel er nær 90°. Fleksible rør av typen "smooth bore" blir således ikke brukt til transport av flerfaset fluid eller gass og er utelukkende reservert for vanninjeksjonslin-jer, hvor gassdiffusjon ikke er noe problem. Således blir bare rør av typen "rough bo-re" benyttet til fremstilling av produksjonslinjer, men disse konstruksjoner er mer kostbare, særlig på grunn av nærværet av et tilleggslag av metall.

Det er således et reelt behov for en lavkostnadskonstruksjon av typen "smooth bore" som ville kunne brukes til transport av flerfasede fluider eller av gasser. For å forsøke å imøtekomme dette behov, er det blitt foreslått løsninger som består i å drenere gassen nærmest den indre trykkmantel. I patentsøknaden WO 01/33130 er det beskrevet et fleksibelt rør, hvis indre mantel oppviser riller på sin ytre flate, hvilke riller er beregnet til å drenere gassen mellom nevnte mantel og trykkhvelvet. I søkers patent-søknad FR 01 11135 som ennå ikke er offentliggjort, er den indre trykkmantel utført i to lag (dobbeltmantel), og gassen blir drenert mellom de to mantler i langsgående riller tilveiebrakt i denne hensikt. Disse løsninger er imidlertid meget kompliserte å iverksette, særlig på grunn av problemene med flyt i de termoplastiske materialer benyttet for å lage mantlene.

I en annen søknad som vedrører fleksible rør av typen "bonded", WO 99/66246, er det nevnt sirkulasjon av en væske eller en gass på oversiden av trykkhvelvet i et fritt eller delvis fritt rom. Det er imidlertid ikke på noen måte angitt i detalj eller antydet noen som helst løsning på problemet med overtrykk i ringrommet som skyldes et problem med at gass diffunderer gjennom trykkmantelen.

I et annet patent, EP 0 937 932, har søkeren beskrevet et rør med en konstruksjon som omfatter to par strekkarmeringer og en mellommantel plassert mellom det ytre armeringspar og det indre armeringspar, hvor nevnte konstruksjon kan være en "smooth bore". I en slik konstruksjon blir den gass som er til stede i det "indre" ringrom, drenert innenfor det indre par armeringslag som oppviser en armeringsvinkel i området 30 til 55°. Denne foreslåtte løsning gjør det imidlertid ikke mulig til lav kostnad å fremstille et rør av typen "smooth bore" som kan brukes i produksjon, og dette særlig på grunn av de fire strekkarmeringslag som forutses for røret.

Dessuten, uansett hvilken type rør ("smooth bore" eller "rough bore") som benyttes, innebærer problemet med gassdiffusjon at de metalliske elementer i konstruksjonen (trykkhvelv, strekkarmeringer) som befinner seg i ringrommet, særlig må være be-standige mot H2S. Dette innebærer en større kostnad som skyldes spesialbehandlinger som de gjennomgår, og de oppnådde mekaniske egenskaper vil fortsatt være middels.

Den herværende oppfinnelse har også som formål å avhjelpe de forannevnte ulemper med konstruksjoner ifølge kjent teknikk idet den foreslår et fleksibelt rør som kan brukes for å transportere flerfasede fluider eller gasser.

Ifølge dets hovedtrekk er det fleksible rørformede rør som er beregnet til fluidtransport innenfor området petroleumsutvinning til havs, av den type som innenfra og ut over omfatter i det minste en trykkmantel, et trykkhvelv, en mellommantel, i det minste ett strekkarmeringslag og en ytre beskyttelsesmantel, og erkarakterisert vedat det omfatter et spesielt dreneringslag som er utformet av vikling av i det minste ett langstrakt element og er plassert mellom trykkhvelvet og mellommantelen.

Ifølge et annet trekk er trykkmantelen det innerste element i det fleksible rør.

Ifølge et annet trekk er det eller de langstrakte elementer fordelaktig viklet omkring trykkhvelvet etter en armeringsvinkel i området mellom 55° og 80° og fortrinnsvis mellom 55° og 70°.

Det eller de langstrakte elementer som utgjør dreneringslaget, kan fordelaktig være utført i plastmateriale. De oppviser dessuten fordelaktig en tilstrekkelig motstand i radialretningen til å motstå, uten å bli klemt sammen, det hydrostatiske trykk som råder på det dyp hvor røret skal brukes, slik at de kan overføre dette trykk til det trykkhvelv som de er viklet på.

Ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen er det eller de langstrakte elementer som danner det spesielle dreneringslag, viklet slik at det tilveiebringes en minimumsklaring mellom spiralene for å tillate dreneringen av gassen inne i nevnte klaringer.

Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen oppviser det eller de langstrakte elementer langsgående furer eller riller som tillater drenering av gassen inne i furene langs elementet eller elementene.

Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den beskrivelse som følger, idet det henvises til de vedføyde tegninger som bare er gitt som ikke-begrensende eksempler.

Fig. 1 fremstiller skjematisk i perspektiv et fleksibel rør ifølge oppfinnelsen av

typen "smooth bore" og dets forskjellige lag.

Fig. 2 fremstiller i lengdesnitt en første utførelsesform av et fleksibelt rør av typen "smooth bore" ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 fremstiller i lengdesnitt en andre utførelsesform av et fleksibelt rør av typen "smooth bore" ifølge oppfinnelsen.

En fleksibel, rørformet ledning, heretter kalt rør, 1 ifølge oppfinnelsen er av typen beregnet til petroleumsutvinning til havs, slik som dem angitt gjennom anbefalingene i API 17B og API 17J. Det utgjøres av en sammenstilling av konstruksjonslag som ikke er forbundet med hverandre, og som omfatter polymeriske mantler og forsterkningslag eller armeringer, hvilke lag i påkommende tilfelle kan være atskilt av viklinger av forskjellige bånd som er beregnet til å forhindre flyt i mantlene eller er beregnet til å danne en varmeisolasjon for eksempel.

Ifølge den på fig. 1 til 3 illustrerte utførelsesform av oppfinnelsen er det fleksible rør, som er generelt angitt med henvisningstallet 1, av typen ikke-bundet (engelsk: "un-bonded") og av typen "smooth bore", idet det innerste element er dannet av en ugjennomtrengelig mantel eller trykkmantel 2. Den er vanligvis oppnådd ved ekstru-dering og har som funksjon å tilveiebringe tetthet i den ledning (engelsk: "bore") hvor fluidet sirkulerer, og, ved hjelp av et trykkhvelv 3 som dekker den, å motstå den radiale komponent av det innvendige trykk som øves av nevnte fluid.

Dette trykkhvelv 3 er for eksempel utformet av en vikling med kort stigning av en sammenhektet metallformtråd og er beregnet til å oppta det innvendige trykk sammen med den trykkmantel som det dekker. Røret omfatter likeledes lag 5, 6 av såkalt strekkarmering som er viklet med lang stigning og er beregnet til å oppta langsgående belastninger som røret kan bli utsatt for (langsgående komponent av trykket eller belastninger ved for eksempel legging). Det er innlysende at trykkhvelvet likeledes ville kunne omfatte en hylse som er beregnet til å forsterke hvelvets motstand overfor det innvendige trykk. Det fleksible rør 1 omfatter likeledes en ytre beskyttelsesmantel 7 beregnet til å beskytte forsterkningslagene 3, 5, 6 som er plassert i det ringformede rom den danner sammen med den indre mantel.

Det fleksible rør 1 omfatter en mellommantel 4 i form av en antisammenklemmings-eller antikollapsmantel. Denne mantel avgrenser to ringformede rom, et "indre" ringrom 30 beliggende mellom den og den ugjennomtrengelige mantel 2, og et "ytre" ringrom 20 mellom den og den ytre mantel 7. Denne mellommantel 4 er særlig beregnet til å redusere farene for sammenklemming av den ugjennomtrengelige mantel 2 når den ytre mantel er skadet og det "ytre" ringrom 20 er underlagt det hydrostatiske trykk for eksempel. Den er også beregnet til å tåle dette trykk ved hjelp av det lag som den støtter seg på, hvorved den hindrer det hydrostatiske trykk fra å komme til å virke direkte på den ugjennomtrengelige mantel 2.

Ifølge oppfinnelsen omfatter det fleksible rør 1 et spesielt dreneringslag 10 beregnet til å muliggjøre drenering av gasser som diffunderer gjennom trykkmantelen 2 inn i det indre ringrom. Dette spesielle lag er fordelaktig plassert mellom trykkhvelvet 3 og antisammenklemmingsmantelen 4. Det er utformet av en vikling av et langstrakt element 11, hvis profil og/eller hvor viklingens utforming (klaring, armeringsvinkel) be- gunstiger dreneringen av gasser langs elementene. Som fig. 2 viser, kan det langstrakte elements profil oppvise sidekanaler eller furer 12 som tillater gassen å sirkule-re langs elementene 11. En annen løsning, illustrert på fig. 3, består i å benytte egg-formede profiler som seg imellom tilveiebringer rom (13, 14) hvor gassen kan dreneres. Naturen til det materiale som benyttes til utforming av elementene 11 i det spesielle dreneringslag 10, kan være av hvilken som helst type. Det forutses særlig bruk av langstrakte profiler av metall eller av plastmateriale slik som polypropylen, polyetylen eller polyvinylidenfluorid (PVDF). Det materiale som benyttes til fremstilling av dette dreneringslag 10, må imidlertid være tilstrekkelig bestandig til å kunne over-føre til det trykkhvelv som det er viklet på, det potensielle hydrostatiske trykk som kan komme til å virke på mellommantelen 4, uten å bli klemt sammen. Dessuten kan profilene oppvise en selvhektende profil for eksempel.

Ifølge et alternativ som ikke er fremstilt, gjennomføres dreneringen av gassen i det spesielle dreneringslag 10 i de klaringer som finnes mellom de ulike elementer som utgjør dette. Laget er således oppbygd og viklet slik at det tilveiebringer en minimumsklaring mellom de langstrakte elementer for å oppnå en tilfredsstillende drenering av gassen inne i disse klaringer.

Ifølge de illustrerte utførelsesformer er det spesielle dreneringslag utformet av skrue-formet vikling med kort stigning av langstrakte elementer. Viklingen gjennomføres etter en armeringsvinkel i området mellom 55° og 80° og fortrinnsvis i området mellom 55° og 70°. Ifølge en foretrukket utførelsesform har dette spesielle lag 10 ikke annen funksjon enn å drenere den gass som befinner seg i det "indre" ringrom, den tilfører ikke noe mekanisk bidrag til konstruksjonens motstandsevne. Det kan bemer-kes at det spesielle dreneringslag 10 kan fremstilles ved vikling av ett eneste langstrakt element 11, i tilfelle med en forhøyet armeringsvinkel (nær 80°), men det kan likeledes være utformet av vikling av flere elementer og profiler mens viklevinkelen i nevnte lag blir mindre.

Ifølge de illustrerte, foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, er det fleksible rør av typen "smooth bore" og omfatter en ugjennomtrengelig mantel som det innerste element. Oppfinnelsen kan imidlertid likeledes finne anvendelse i et rør av typen "rough bore", hvor det innerste element er et skrog. I dette tilfelle tillater det spesielle dreneringslag å drenere den gass som diffunderer gjennom trykkmantelen, inne i et ringrom benevnt indre, hvor trykkhvelvet befinner seg, mens mellommantelen gjør det mulig å avgrense et "ytre" ringrom hvor strekkarmeringslagene er plassert, og til hvilket det ikke diffunderer noen gass som kommer fra det transporterte fluid. Denne spesielle foranstaltning gjør det fordelaktig mulig å fremstille et rør av typen "rough bore", hvor strekkarmeringene kan være fremstilles av et materiale uten å ta hensyn til NACE-kriterier for nevnte materiales korrosjonsbestandighet i H2S-miljø.

Claims (9)

1. Fleksibel, rørformet ledning (1) til fluidtransport innenfor området petroleumsutvinning til havs, av den type som innenfra og utover omfatter en trykkmantel (2), et trykkhvelv (3), en mellommantel (4), i det minste ett strekkarmeringslag (5, 6) og en ytre beskyttelsesmantel (7),karakterisert vedat det omfatter et spesielt dreneringslag (10) utformet av vikling av i det minste ett langstrakt element (11) og plassert mellom trykkhvelvet (3) og mellommantelen (4).

2. Fleksibel, rørformet ledning (1) ifølge krav 1,karakterisertved at trykkmantelen (2) er det innerste element i det fleksible rør.

3. Fleksibel, rørformet ledning (1) ifølge krav 1,karakterisertved at det innerste element i det fleksible rør består av et skrog.

4. Fleksibel, rørformet ledning ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det langstrakte element (11) er viklet rundt trykkhvelvet etter en armeringsvinkel i området mellom 55° og 80°.

5. Fleksibel, rørformet ledning (1) ifølge krav 4,karakterisertved at armeringsvinkelen er i området mellom 55° og 70°.

6. Fleksibel, rørformet ledning (1) ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det eller de langstrakte element (11) som danner dreneringslaget, er fremstilt av plastmateriale.

7. Fleksibel, rørformet ledning (1) ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det eller de langstrakte element (11) som danner dreneringslaget (10), oppviser en tilstrekkelig motstand i den radiale retning til å motstå, uten å bli klemt sammen, det hydrostatiske trykk som råder på det dyp hvor røret skal brukes, slik at de kan overføre dette trykk til det trykkhvelv (3) som de er viklet på.

8. Fleksibel, rørformet ledning (1) ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det eller de langstrakte element (11) som danner det spesielle dreneringslag (10), er viklet slik at det opprettes en minimumsklaring mellom spiralene for å muliggjøre drenering av gass inne i nevnte klaringer.

9. Fleksibel, rørformet ledning (1) ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det eller de langstrakte element (11) som danner dreneringslaget (10), oppviser langsgående furer eller riller (12) som muliggjør drenering av gassen inne i furene langsetter elementet eller elementene.