Система для удаления отложений внутри трубы или трубопровода и соответствующий способ - RU2661174C2
Код документа: RU2661174C2
Чертежи
Описание
Область техники
Изобретение относится к устройству и способу для удаления отложений на внутренних и/или наружных стенках труб согласно преамбулам независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники
Функционирование трубопроводов, используемых для транспортировки продуктов, в частности, нефти, газа или иных текучих сред, может быть прекращено или нарушено вследствие нарастания отложений на стенках труб. Отложения могут представлять собой инородные материалы, продукты износа или натуральные отходы, в частности, например, парафин, кальций, воск, гидраты, накипь, нафтенат и асфальтены. Для удаления этих нежелательных отложений, по существу, требуется очистка, тестирование или калибровка труб и трубопроводов. Хорошо известный способ удаления таких отложений заключается в использовании так называемого «снаряда» (внутритрубного инспекционного поршня). Снаряд выполняют таким образом, чтобы он плотно прилегал к внутренним стенкам трубы, и приводят в движение вдоль трубы, подавая текучую среду под давлением в область позади снаряда. Движущийся снаряд соскабливает или счищает отложения с внутренних поверхностей или просто проталкивает их вперед до точки, в которой снаряд можно будет извлечь вместе с отделенными отложениями. Такие однонаправленные снаряды, транспортируемые вместе с потоком среды, могут застревать при встрече с объемными отложениями на стенках труб, что приведет к образовании постоянной пробки в трубопроводе. Примеры традиционных однонаправленных снарядов приведены в патентных заявках в GB 2141201 А или FR 2630934 А1. Недавно были продемонстрированы двунаправленные снаряды, пригодные для удаления отложений в подводных эксплуатационных трубопроводах для транспортировки углеводородов, см. WO 2012/093079 А2.
Удаление отложений особенно важно в нефтегазовой промышленности. Серьезные проблемы часто возникают при транспортировке углеводородов по длинным подводным трубопроводам на больших глубинах в холодных водах. К их числу относится образование препятствий в трубопроводе в виде гидратов или других отложений, в частности, льда, парафина и мусора (например, асфальтенов, песка). Первоначально теплая жидкость быстро охлаждается холодной морской водой, вызывая конденсацию, выпадение осадка, образование гидратов и парафина/кристаллизацию. Ниже приведен не являющийся исчерпывающим список известных способов, часто используемых для удаления нежелательного парафина и гидратов или предотвращения их образования:
Добавление химических веществ (в частности, ингибиторов коррозии и накипи, ингибиторов отложения парафинов, метанола или моноэтиленгликоля (МЭГ)) в скважинную текучую среду.
Использование прямого электрического нагрева, то есть расположение электрических кабелей вдоль трубопровода с целью поддержания температуры скважинной текучей среды на уровне, превышающем температуру отложения парафинов («температуру начала кристаллизации парафина»). Обычно дополнительный кабель мощностью в несколько мегаватт (обычно 30-40 МВт) устанавливают дополнительно на производственный трубопровод.
Теплоизоляция, выполненная путем устройства теплоизолирующей рубашки трубопровода и/или погружения трубопровода в морское дно. Альтернативой может служить конфигурация типа «труба в трубе» или толстый слой твердой полипропиленовой пены/пенопласта/полиуретана, напрессованный на наружную поверхность труб.
Устройство каменной наброски и заглубление трубопроводов, выполненные преимущественно для дополнительной изоляции труб и, тем самым, сохранения температуры потока.
Использование вышеуказанного снаряда.
Использование снарядов имеет ряд недостатков. Система внутренней очистки трубопровода обычно содержит станцию запуска снаряда и станцию извлечения снаряда, в состав каждой из которых входит узел запорной арматуры, улавливающая емкость, входной люк и перепускной клапан. Это позволяет оператору безопасно запустить снаряд (с помощью судна) в трубопровод и извлечь его на другом конце трубопровода. Улавливающие емкости, как правило, закрыты с одного конца и расположены вне основного трубопровода. Как правило, такие системы отличаются большим объемом и массой. Снаряды запускают с верхнего комплекса (платформы или берега), поэтому требуется два дорогостоящих производственных трубопровода (петля снаряда) вместо одного. Кроме того, подачу среды из скважины в большинстве случаев приходится уменьшать, чтобы не прилагать слишком высокое давление к снаряду. Как уже говорилось, недавно было предложено двунаправленное диагностическое очистное устройство, лишенное этих недостатков. Это снарядное устройство, раскрытое в патентном документе WO 2012/093079 А2, содержит снаряд, предназначенный для перемещения внутри трубы и имеющий трубчатый корпус с продольной осью, совпадающей с центральной осью трубы, и сквозным отверстием, позволяющим текучей среде в трубе протекать через корпус. Снарядное устройство также содержит движущие средства, выполненные и предназначенные для придания снаряду движущей силы, позволяющей ему перемещаться внутри участка трубы независимо от потока текучей среды. Тем не менее, эта система по-прежнему нуждается в наличии подвижного снаряда внутри трубы и движительного блока, обеспечивающего необходимое перемещение снаряда. Такой уровень сложности может сделать систему дорогостоящей и громоздкой. Даже инновационный двунаправленный режим эксплуатации снаряда в случае забивания трубы связан с риском нарушения режима эксплуатации, в частности, с риском застревания снаряда при контакте с массивными отложениями.
За исключением диагностического очистного устройства, раскрытого в патентном документе WO 2012/093079 А2, меры по предотвращению отложений гидратов и парафиновых отложений в настоящее время ограничены расстоянием транспортировки. Чем длиннее труба, тем выше стоимость.
Простая и надежная система обеспечения подводной транспортировки углеводородов на большие расстояния заключается в формировании, так называемого, «холодного потока». Если скважинная текучая среда, стенки трубопровода и окружающая морская вода будут иметь одинаковую или схожую температуру, то парафиновые отложения не будут оседать на внутренних поверхностях трубопровода, но будут без проблем транспортироваться вместе со скважинной средой. Холодный поток обычно реализуют путем охлаждения скважинной среды до температуры окружающей морской воды за счет простого теплообмена через стенки трубопровода. Тем не менее, на участке трубопровода, на котором происходит охлаждение, будут образовываться значительные отложения гидратов и парафинов. Следовательно, на этом сравнительно коротком охлаждающем участке, как правило, длиной 1000 м и менее, требуется чаще удалять отложения, например, с помощью вышеуказанных снарядов, раскрытых в патентном документе WO 2012/093079 А2, или статического нагревания соответствующего участка в течение короткого периода времени, как раскрыто в патентном документе WO 2009/051495.
Таким образом, существует потребность в устройстве и способе удаления отложений, в частности на внутренних стенках участков труб, в областях с избыточным количеством отложений, например, вокруг охлаждающих секций в случае процесса «холодного потока», которые будут лишены недостатков, присущих уровню техники, и будут иметь дополнительные преимущества.
Сущность изобретения
Изобретение изложено и раскрыто в независимых пунктах формулы изобретения, в то время как зависимые пункты формулы описывают дополнительные признаки изобретения.
В частности, изобретение относится к установке для обработки текучей среды и способу удаления парафиновых и гидратных отложений без помощи внутритрубных снарядов в эксплуатационных трубопроводах для транспортировки углеводородов. Установка содержит по меньшей мере один охлаждающий трубопровод и средства охлаждения, предназначенные для охлаждения текучей среды в охлаждающем трубопроводе (трубопроводах) на участке охлаждения до температуры, равной или близкой к температуре среды вокруг охлаждающего трубопровода, в результате чего значительно уменьшается или исключается возможность оседания отложений на внутренних стенках трубопроводов. Кроме того, установка содержит по меньшей мере одну тележку, расположенную, по меньшей мере, в одном охлаждающем трубопроводе, причем каждая тележка или некоторые тележки содержат, по меньшей мере один рукав/сегмент, выполненный с возможностью, по меньшей мере, частичного окружения внешнего периметра охлаждающего трубопровода, средства для удаления отложений, расположенные на внешнем периметре охлаждающего трубопровода или вблизи него и предназначенные для удаления отложений с внутренней стенки охлаждающего трубопровода, и движительный блок, выполненный с возможностью перемещения тележки в обоих направлениях по охлаждающему трубопроводу. Участок охлаждения определяется как область охлаждающего трубопровода или трубопроводов, в которой проходящая текучая среда охлаждается под действием установленного охлаждающего механизма, который будет подробно рассмотрен ниже.
Заявленная установка должна быть пригодна для подводной добычи углеводородов, а также, предпочтительно, для эксплуатации на морских платформах или на берегу.
По меньшей мере одна тележка, предпочтительно, может быть выполнена с возможностью отсоединения, например, при помощи аппарата с дистанционным управлением (ROV) в случае подводной добычи, например, за счет соединения соответствующей тележки с внешним периметром соответствующего охлаждающего трубопровода посредством шарнирного зажима, магнитов и т.п.
Кроме того, средства для удаления отложений могут содержать нагревательные средства, выполненные с возможностью нагрева внутренних стенок охлаждающего трубопровода, что позволяет удалять отложения под действием тепла. Предпочтительно, нагревательные средства могут быть выполнены с возможностью нагрева внутренней стенки тепловыми импульсами конечной длительности, что позволяет избежать расплавления удаляемых отложений. Предпочтительно, продолжительность тепловых импульсов должна быть достаточно большой для удаления основной части отложений с внутренней стенки участка охлаждения. В то же время, предпочтительно, продолжительность должна быть достаточно малой, и/или интенсивность должна быть достаточно низкой для предотвращения сколько-нибудь существенного расплавления основной части отложений на участке охлаждения. В качестве альтернативы или дополнения к нагревательным средствам, средства для удаления отложений могут содержать вибрационные средства, предназначенные вызывать вибрацию внутренней стенки охлаждающего трубопровода и, тем самым, отделение отложений под действием вибрации. В последнем случае частоты большей части вибраций, вызываемых вибрационным устройством, предпочтительно, относятся к ультразвуковому диапазону. Под «большей частью» в данном случае понимают часть, превышающую 50% от общего диапазона частот.
Принудительное отделение отложений можно также реализовать путем перемещения по меньшей мере одной тележки по соответствующему участку (участкам) охлаждающего трубопровода с заданной скоростью и заданными настройками нагрева и/или вибрации. Например, для достижения предпочтительного теплового воздействия тележку (тележки) настраивают на непрерывный нагрев и постоянную скорость или непрерывный нагрев и переменную скорость. Последний параметр может заменять или дополнять любую настройку/регулировку длительности теплового импульса в рамках процедуры оптимизации.
В альтернативном варианте осуществления изобретения движительный блок является самоподдерживающимся, например, за счет одной или более специализированных аккумуляторных батарей, соединенных с механическими системами, на основе зубчатых реек между трубопроводами, лебедок, специальных колес на тележках и т.п. Движительная система также может работать на магнитной силе, генерируемой специальной магнитной системой в тележке. Такая движущая система может включать в себя управляющие двигатели, например, управляющие двигатели, обычно используемые в аппаратах с дистанционным управлением (ROV).
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения установка дополнительно содержит специальное зарядное устройство для тележки (тележек), выполненное, например, в виде гибкого кабеля и/или отдельной станции (станций), расположенной (расположенных) вблизи охлаждающих трубопроводов или на них и позволяющей (позволяющих) обеспечить, в том числе, передачу силовых и коммуникационных сигналов.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения установка содержит несколько тележек на каждом из по меньшей мере одного охлаждающего трубопровода, каждая из которых работает на специальном участке (участках) соответствующего охлаждающего трубопровода.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения установка дополнительно содержит питающий трубопровод, выполненный с возможностью соединения по текучей среде с резервуаром текучей среды и магистральным трубопроводом, причем по меньшей мере один охлаждающий трубопровод соединяет питающий трубопровод с магистральным трубопроводом с возможностью передачи текучей среды.
Охлаждающий трубопровод (трубопроводы), образующий (образующие) участок охлаждения, может (могут) иметь различную конфигурацию, в частности, с параллельными, винтовыми/спиральными, поднимающимися участками или комбинацией таких участков. В предпочтительном варианте осуществления изобретения установка содержит несколько охлаждающих трубопроводов, расположенных, например, по существу параллельно друг другу и/или на нескольких уровнях по вертикали. Несколько охлаждающих трубопроводов могут быть соединены с питающим трубопроводом и магистральным трубопроводом через впускной и выпускной коллектор, соответственно, причем каждый из нескольких охлаждающих трубопроводов содержит одну или несколько тележек.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения заявленная установка при эксплуатации может опираться на морское дно под массой воды и может быть соединена по текучей среде с одним или более подземными резервуарами текучей среды, продуцируя поток с содержанием углеводородов, температура которого превышает температуру окружающей морской воды. Установка может быть расположена непосредственно на морском дне, может быть поднята над морским дном с помощью рамной конструкции, или может быть размещена комбинированным способом.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения установка дополнительно содержит возвратный трубопровод, используемый, например, для повышения производительности и/или подачи через него затравочных частиц. В этом варианте возвратный трубопровод подсоединен с возможностью передачи текучей среды к магистральному трубопроводу и питающему трубопроводу вблизи входа охлаждающего трубопровода (трубопроводов). Предпочтительно, возвратный трубопровод может содержать насосные средства и клапанные средства, что позволяет подавать часть потока в магистральном трубопроводе в поток выше по меньшей мере одного охлаждающего трубопровода. Таким образом, более холодная текучая среда в магистральном трубопроводе, выходящем из охлаждающего трубопровода (трубопроводов), будет служить охлаждающим агентом для более теплой текучей среды в питающем трубопроводе, входящем в охлаждающий трубопровод (трубопроводы). Полезный эффект от введения фракции охлажденной текучей среды в теплую скважинную текучую среду в питающем трубопроводе перед поступлением в охлаждающий трубопровод (трубопроводы) достигается за счет введения в поток сравнительно сухих гидратных затравочных частиц. Эти сухие частицы служат центрами конденсации газовых гидратов и образуют ядра для дальнейшего роста частиц. Таким образом, инертные и сухие гидратные частицы суспендируют в жидкой фазе, когда скважинная текучая среда поступает на участок охлаждения, что значительно уменьшает количество отложений в охлаждающем трубопроводе (трубопроводах). Сухие гидраты не доставляют таких проблем, как клейкая гидратная суспензия или влажные гидраты, образованные на молекулах воды. Возвратный трубопровод может быть дополнительно оснащен внутренним очищающим снарядом, известным из уровня техники, например, раскрытым в патентном документе WO 2012/093079. В случае подводной добычи углеводородов идеальная температура текучей среды внутри охлаждающего трубопровода (трубопроводов) (то есть, позволяющая получить вышеуказанный положительный эффект) на 1-3°C превышает температуру окружающей среды, причем последняя, как правило, составляет 4°C (стандартная температура на морском дне). Тем не менее, следует понимать, что в некоторых областях температура может быть выше или ниже 4°C.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна из вышеуказанных тележек используется для управления/запуска одного или более насосов на участке охлаждения и/или в возвратном трубопроводе.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения тележка (тележки) дополнительно содержит (содержат) одно или более устройств для очистки стенок, соприкасающихся с внешним периметром соответствующего охлаждающего трубопровода (трубопроводов).
Как уже говорилось, изобретение также относится к способу удаления парафиновых и гидратных отложений без помощи внутритрубных снарядов в подводных трубопроводах для транспортировки углеводородов. Способ содержит следующие этапы:
охлаждение текучей среды в охлаждающем трубопроводе на участке охлаждения до температуры, соответствующей или приближенной к температуре среды вокруг охлаждающего трубопровода,
приведение тележки, по меньшей мере, частично окружающей внешний периметр охлаждающего трубопровода, в движение по участку охлаждения или вблизи него,
запуск устройства для удаления отложений, находящегося в съемной тележке, причем устройство для удаления отложений выполнено с возможностью удаления отложений, расположенных на внутренней стенке охлаждающего трубопровода,
многократное перемещение тележки, по меньшей мере, по части охлаждающего трубопровода с целью отделения отложений с поверхности внутренней стенки, и, возможно,
измерение толщины отложений по меньшей мере в одном охлаждающем трубопроводе при помощи известных средств, в частности, датчиков температуры, вибрации и т.п., предпочтительно, установленных на соответствующей тележке.
Перемещение тележки может быть осуществлено с помощью встроенного движительного блока, движительного блока с внешним управлением или их комбинации. Предпочтительно, тележка выполнена с возможностью съема, а устройство для удаления отложений может содержать нагревательные средства, обеспечивающие возможность нагрева внутренних стенок охлаждающего трубопровода, и/или вибрационные средства, обеспечивающие возможность вызывать вибрацию внутренних стенок охлаждающего трубопровода. В последнем случае частоты большей части вибраций, вызываемых вибрационным устройством, предпочтительно, относятся к ультразвуковому диапазону. Кроме того, любой нагрев внутренней стенки при помощи по меньшей мере одного нагревательного средства может быть осуществлен, предпочтительно, при помощи тепловых импульсов конечной длительности, что позволяет избежать расплавления отделяемых отложений. Следует отметить, что нагревательным средством считают любое устройство, способное нагревать близлежащий объект, например, с помощью резистивного или индукционного нагрева.
Способ может использовать любые иные признаки и комбинации признаков, связанные с вышеописанной установкой.
Настоящее изобретение позволяет эффективно удалять парафиновые и гидратные отложения и т.п. в трубопроводах для транспортировки углеводородов, в частности, применяемых в подводной добыче. Установка использует быстрое охлаждение потока на участке охлаждения с целью транспортировки углеводородов на большие расстояния при температуре ниже температуры начала кристаллизации парафинов, а также гарантирует непрерывное или периодическое удаление отложений на участках охлаждения.
Изобретение может быть применено к любому потоку углеводородов, в частности, многофазному потоку, потоку нефти, газа и конденсата, при транспортировке которого возможно образование отложений, в частности, парафиновых и гидратных, а также к потокам или производственным трубопроводам других типов, на внутренних стенках которых могут оседать отложения, мусор или транспортируемый материал. В качестве примера других потоков текучих сред можно указать воду, охлаждающие жидкости, топливо или сточные воды. По существу, отложения могут представлять собой любые сухие или жирные твердые частицы, которые могут быть отделены с помощью нагрева или вибрации. В качестве примера альтернативных отложений можно назвать гранулы кормов для рыбы в распределительных трубах.
Охлаждение на участке охлаждения может быть усилено путем активной подачи воды (или воздуха в случае наземной установки) на охлаждающие трубы, например, при помощи винтов, вентиляторов и т.п. Циркуляция вокруг охлаждающих труб усиливается естественной конвекцией, кроме того, охлаждающие трубы могут быть установлены наклонно для дополнительного использования этого эффекта. Природные морские течения также могут быть использованы для охлаждения, например, путем расположения трубы поперек течения. Трубы на участке охлаждения могут быть выполнены по схеме «труба в трубе», причем скважинная текучая среда протекает по внутренней трубе, а охлаждающие жидкости протекают по кольцевому пространству между внутренней и внешней трубой, предпочтительно, в направлении, противоположном движению скважинной текучей среды. Длина участка охлаждения зависит от объема производства и расхода, а также типа и температуры текучей среды. Чем больше количество параллельных промежуточных труб, тем меньше может быть длина участка охлаждения.
Если тележка является съемной, ее можно легко заменить в случае возникновения неисправности. Тележка (тележки) может (могут) содержать движущие системы любого рода, проводные и/или беспроводные. На тележке могут быть использованы электромагниты для индукционного нагрева в целях обеспечения требуемой степени расплавления гидратных или парафиновых отложений, образовавшихся на внутренних стенках трубы. Кроме того, можно расплавлять засоры, полностью забивающие трубу, в случае их возникновения. В случае проводного соединения питание можно подавать по гибкому кабелю/тросу от соседнего блока, с помощью кабелей по дну моря или на катушках, или с помощью электричества, пропускаемого по трубам или направляющим на трубах. Тележку (тележки) можно подзаряжать на док-станциях/зарядных станциях, находящихся на одном или обоих концах участка охлаждения или распределенных вдоль труб, или же можно прямо или опосредованно питать с помощью подходящих гибких кабелей или тросов.
Тележку можно использовать в качестве платформы для проверки трубопроводов и расположенных рядом конструкций. На тележку можно установить такие устройства, как камеры, ультразвуковые датчики, акустические микрофоны, вихретоковые датчики, измерители температуры, расстояния, тока и напряжения. Кроме того, можно установить фонари, лазеры, позиционные ответчики и/или любые системы связи. Можно установить один или несколько манипуляторов с дистанционным управлением для улучшения качества осмотра и/или ремонта. Небольшой механизм с дистанционным управлением, предназначенный преимущественно для дефектоскопии, можно добавить для расширения диапазона контроля. Ультразвуковые датчики (или любые другие вибрационные или оптические датчики) можно использовать, например, для измерения толщины стенок и других характеристик слоев отложений.
Кроме того, тележку можно использовать для протягивания по меньшей мере одного внутреннего объекта внутри трубы путем магнитного захвата внутреннего объекта. Магнитную силу можно обеспечить с помощью индукционных катушек или постоянных магнитов, закрепленных на внешней поверхности или вблизи к внешней поверхности трубы. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, один внутренний объект представляет собой поршень насоса, который можно использовать для увеличения производства и/или подачи частиц через вышеуказанный возвратный трубопровод. В более предпочтительном варианте осуществления установка содержит, по меньшей мере, два внутренних объекта, в частности, два насосных насоса. Последняя конфигурация позволяет обеспечить более равномерный/устойчивый поток, так как два или более объекта/поршня позволяют обеспечить практически непрерывную работу, по меньшей мере, одного из поршней. В системах с одним насосным объектом/поршнем текучая среда будет двигаться, скорее, порывами. Объект (объекты)/поршень (поршни), предпочтительно, выполнен полым, что позволяет ему пропускать поток текучей среды. Кроме того, для обеспечения движения потока только в одном направлении можно установить, по меньшей мере, один обратный клапан, в частности, откидной, шаровой или иной подобный клапан, на одном или обоих концах каждого объекта/насоса, что позволит улучшить производство за счет откачивания/проталкивания при перемещении объекта (объектов)/поршня (поршней) в направлении потока, предпочтительно, со скоростью, значительно превышающей скорость потока. При необходимости, клапан (клапаны) можно заблокировать в открытом или закрытом положении. В варианте осуществления с несколькими внутренними объектами с обратными клапанами объекты могут использоваться для перекачивания последовательно, то есть во время перекачки одного объекта/насоса другие «заряжаются» путем возврата в свое (прежнее или новое) исходное откачивающее положение с помощью бобин или постоянных магнитов (см. выше). Внутренний объект (объекты) можно перевести в парковочное положение вне охлаждающего трубопровода (трубопроводов), позволяя выполнить техническое обслуживание и/или прием/запуск других внутренних объектов. Тележку можно использовать в качестве съемной магнитной катушки/фиксатора для размещения на трубе или рядом с трубой в любой точке. Такой магнитный фиксатор может служить индуктивным нагревателем трубы или (как указано выше) генератором магнитного поля, перемещающим (магнитный) внутренний объект внутри трубы. Несколько магнитных зажимов или тележек можно установить последовательно на немагнитной трубе с целью перемещения внутреннего объекта на большее расстояние внутри трубы. Если внутренний объект представляет собой насосный поршень, съемные магнитные катушки/фиксаторы будут работать модульным линейным приводом или насосом, действующим через стенку трубы. Ход насоса может быть длинным или коротким. Кроме того, как было указано выше, два или более поршня насоса можно перемещать в одной системе с целью усиления действия насоса. Тем не менее, постоянные индуктивные катушки, установленные на трубе, могут работать аналогично вышеописанным магнитным фиксаторам. В обоих случаях одна или несколько магнитных катушек могут быть размещены вокруг трубы, параллельно трубе, в ряд, в радиальном или осевом направлении трубы. Таким образом, тележка/фиксатор может представлять собой стационарную, но выполненную с возможностью извлечения катушку, содержащую нагревательное устройство и/или электромагнитное устройство для перемещения, по меньшей мере, одного внутреннего объекта.
Изобретение предоставляет эффективный инструмент для удаления льда из трубы, как с внутренней стенки (например, при помощи нагрева), так и, возможно, с наружной стенки (с помощью каких-либо чистящих устройств на тележке). При нормальной эксплуатации тележка, используемая в установке согласно изобретению, имеет ограниченную поддержку или не имеет никакой поддержки со стороны внешних источников, в частности, вспомогательного судна или устройства с дистанционным управлением. Кроме того, тележка может работать в полностью автоматическом режиме с помощью собственного движительного блока, причем последний может иметь самостоятельный привод, дистанционное управление или комбинацию этих вариантов. Кроме того, эксплуатация может быть периодической или непрерывной.
Краткое описание чертежей
Эти и другие характеристики изобретения раскрыты в нижеследующем описании предпочтительных вариантов осуществления, не имеющих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, на которых изображено:
на фиг. 1: схема, демонстрирующая принцип удаления парафиновых и иных отложений с использованием возвратного трубопровода в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 2: вид в аксонометрии подводной установки для обработки текучей среды в соответствии с изобретением, с участком охлаждения и возвратным трубопроводом;
на фиг. 3: вид сверху на часть подводной установки для обработки текучей среды, изображенной на фиг. 2, на котором видны отложения в одном из охлаждающих трубопроводов;
на фиг. 4а и 4b: вид в радиальном и осевом направлении на часть охлаждающего трубопровода и тележку, используемую в подводной установке для обработки текучей среды, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 5: вид в осевом направлении на часть охлаждающего трубопровода и вторую тележку, используемую в подводной установке для обработки текучей среды, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 6а и 6b: вид в радиальном и осевом направлении на часть охлаждающего трубопровода и тележку, показанные на фиг. 4а и 4b, включая изображение отложений в охлаждаемом трубопроводе;
на фиг. 7: вид в радиальном направлении на часть охлаждающего трубопровода, третью тележку и два последовательно расположенных внутренних поршня насоса.
Подробное раскрытие предпочтительных вариантов изобретения
На фиг. 1 показан принцип удаления парафиновых и иных отложений с использованием возвратного трубопровода 3 со специальным насосом 5. Питающий трубопровод 16, расположенный в окружающей среде 18, например, в морской воде при температуре Тмор, направляет теплую углеводородную скважинную текучую среду 19, имеющую температуру Тскв, от устья скважины. Трубопровод 3, в частности, возвратный трубопровод 3, добавляет более холодную текучую среду 20, имеющую температуру Тдоб, к скважинному потоку 19. Добавочная текучая среда 20 может соответствовать скважинной текучей среде 19 или может содержать добавки или затравочные частицы 21. Смесь добавочной текучей среды 20 и скважинной текучей чреды 19 образует дающий осадок поток 22, имеющий температуру Тсмес. Добавки 21 к добавочной текучей среде 20 могут способствовать осаждению или кристаллизации частиц 23 в скважинном потоке, которые в отсутствие добавочного потока 20 склонны к оседанию на внутренней стенке 2b трубопровода 2. В дальнейшем, ниже по течению в трубопроводе 2, смешанная текучая среда 22 приобретает температуру, равную или близкую к температуре Тмор окружающей среды, и осаждение прекращается, в результате чего получается охлажденный магистральный поток 24. Тем не менее, во время охлаждения дающего осадок потока некоторые отложения 12 осаждающегося материала 23 в потоке 22 отложатся на внутренних стенках 2b трубопровода 2. Следовательно, необходимы средства 11 для удаления таких отложений 12, расположенных внутри участка 8 охлаждения соответствующего трубопровода 2, то есть участка трубопровода 2, на внутренних стенках которого образовались отложения 12 вследствие преимущественно преднамеренного охлаждения.
На фиг. 2 и 3, соответственно в аксонометрии и сверху, изображена, по меньшей мере, часть установки 1 для обработки текучей среды в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Установка 1 содержит раму 26 для поддержки трубопровода, опирающуюся на морское дно, питающий трубопровод 16, магистральный трубопровод 17, несколько охлаждающих трубопроводов 2, расположенных между питающим трубопроводом 16 и магистральным трубопроводом 17, возвратный трубопровод 3, направляющий часть текучей среды в магистральном трубопроводе 17 обратно в питающий трубопровод 16, и, так называемый, коллектор 25 подводного трубопровода (только на фиг. 2), в который поступает скважинная текучая среда 19, например, из устьев скважин, спутников и т.п. (не показанных на чертежах).
Возвратный трубопровод 3 оснащен клапаном 4 и насосом 5, предназначенными для управления частью потока текучей среды. Переход от питающего трубопровода 16 к нескольким охлаждающим трубопроводам 2 и переход от нескольких охлаждающих трубопроводов 2 к магистральному трубопроводу 17 регулируется, соответственно, впускным коллектором 6 и выпускным коллектором 7. Сравнительно теплая скважинная текучая среда 19 поступает из подземных резервуаров в охлаждающие трубопроводы 2. Здесь происходит теплообмен с окружающей морской водой 18 за счет тепловой конвекции через стенки трубопроводов. Когда текучая среда достигает выпускного коллектора 7, ее температура в идеальном случае будет равна температуре морской воды (Тмор), и охлажденная скважинная текучая среда 24 будет подаваться в магистральный трубопровод 17. Эффективность теплообмена возрастает с увеличением количества охлаждающих трубопроводов 2 и их индивидуальных размеров. Охлаждающие трубопроводы 2 изображены на фиг. 2 и 3 в параллельной конфигурации. Тем не менее, возможны и другие конфигурации, в частности, многоуровневые, взаимно и/или отдельно спиральные, взаимно и/или отдельно приподнятые, а также комбинации этих конфигураций. Во время работы обрабатывающей установки 1 специальная тележка 9 перемещается вперед и назад по внешнем периметре 2а охлаждающего трубопровода 2 с целью удаления внутренних отложений 12 (только на фиг. 3) в охлаждающих трубах 2 с помощью встроенных в тележку или присоединенных средств 11 для удаления отложений (см фиг. 4а и 4b), например, нагревательных средств 11 и/или ультразвуковых преобразователей 11. Как было раскрыто выше в связи с фиг. 1, изображенный возвратный трубопровод 3 с насосом 5 и клапаном 4 способствует охлаждению теплой скважинной текучей среды 19, повторно подавая охлажденную текучую среду 24, выходящую из охлаждающего трубопровода 2, обратно в скважинную текучую среду 19, возможно, с добавлением соответствующих добавок или затравочных частиц 21.
Пример тележки 9, которую можно использовать в установке 1 согласно изобретению, изображен на фиг. 4а и 4b в радиальном и осевом направлении, соответственно, по отношению к направлению охлаждающего трубопровода 2. Тележка 9 устроена таким образом, чтобы она, по меньшей мере, частично окружала наружную стенку 2а охлаждающего трубопровода 2 соответствующей выемкой в форме полуцилиндра. Тележка опирается на трубу 2 двумя роликами или колесами 13, расположенными на диагонально противоположных сторонах трубы 2, что позволяет тележке двигаться в любом направлении вдоль трубы 2 (показано двойной стрелкой М на фиг. 4а). Внешние очищающие средства (скребки, щетки или щетина) могут быть удобно расположены на обоих концах тележки 9 и предназначены для удаления с наружной стороны трубы 2 мусора, отложений и/или льда, которые в противном случае могли бы помешать движению тележки 9 вдоль трубы 2. Подобная очистка наружных поверхностей трубы 2а также улучшает теплообмен между текучими средами 22 в трубе 2 и окружающей средой 18 (то есть воздухом на суше или морской водой в море). Внешние очищающие средства могут быть расширены в окружном и/или продольном направлении для обработки большей площади поверхности наружной стенки 2а трубы. Отложения 12, подлежащие удалению, изображены (фиг. 4b) в виде слоя, покрывающего внутреннюю стенку 2b трубы 2. Кроме того, нагревательные средства и/или ультразвуковые преобразователи 11, предназначенные для удаления отложений 12, изображены в виде четырех стержней, расположенных в тележке вдоль оси трубы 2.
Колеса 13 в показанном варианте осуществления приводятся во вращение электрическим двигателем, который может питаться от встроенных аккумуляторов или от внешнего источника через гибкий кабель 15. Колеса 13 могут представлять собой резиновые колеса, катящиеся непосредственно по наружной стенке трубы. Колеса 13 могут также представлять собой зубчатые колеса, катящиеся по зубчатой рейке 14 в реечно-шестереночной конфигурации. Другие движущие узлы могут быть реализованы, например, с помощью различных лебедок и/или управляющих двигателей.
На фиг. 5 изображен второй вариант осуществления со второй тележкой 9, охватывающей большую часть наружной стенки 2а трубы. Вторая тележка в данном случае содержит две части, соединенные шарниром 6. Кроме того, четыре колеса 13 расположены симметрично или почти симметрично по периметру трубы 2, что позволяет повысить стабильность движения тележки при работе. Тем не менее, изобретение допускает любое распределение колес, способное обеспечить требуемое продольное перемещение тележки.
Схематичное изображение вышеуказанной первой или второй тележки 9 во время работы приведено на фиг. 6а (вид сверху, сечение) и 6b (радиальный вид), иллюстрирующих процесса съема отложений с внутренней стенки трубы/охлаждающего трубопровода 2 с образованием осажденных частиц, вымываемых потоком смешанной текучей среды 22.
На фиг. 7 представлен вид сверху на другой вариант осуществления изобретения, в котором по меньшей мере одна из тележек 9, в данном случае - третья тележка, образует фиксирующую систему, содержащую одну или несколько магнитных катушек/фиксаторов 9', расположенных с возможностью снятия вдоль трубы и соединенных друг с другом специальными звеньями 32. Необходимые сигналы мощности и связи могут передаваться по всей фиксирующей системе 9,9' с помощью специальных кабелей 15, входящих в состав указанных звеньев 32 или расположенных рядом с ними. Кроме того, два насосных поршня 30 в этом варианте расположены внутри трубы 2 и могут перемещаться в продольном направлении за счет магнитного притяжения к наружной фиксирующей системе 9,9', то есть съемные фиксаторы 9' работают в качестве модульного линейного привода или насоса, действуя через стенку 2 трубы. Магнитная сила может быть обеспечена индукционными катушками или постоянными магнитами. Шарнирный обратный клапан 31 расположен на одном продольном конце двух насосных поршней 30 и выполнен таким образом, чтобы он оставался закрытым, когда поршни 30 движутся быстрее потока 22 относительно направления потока, и открытым, когда поршни 30 движутся медленнее потока 22 относительно направления потока или в противоположном направлении. Следовательно, поршни 30 могут улучшить производительность путем откачивания/проталкивания текучей среды 22, предпочтительно, со скоростью, значительно превышающей скорость потока. При необходимости поток 22 может быть пропущен через поршни 30 при помощи клапана 31. Как было сказано выше, улучшение достигается в том случае, если два (или более) поршня насоса выполнены с возможностью возвратно-поступательного перекачивания. В данном варианте осуществления стенки трубы не имеют или почти не имеют магнитных свойств. Насосные поршни 30 могут быть перемещены в парковочное положение вне участка 8 охлаждения, что позволяет выполнить техническое обслуживание и/или установку/запуск других поршней насоса. Магнитный фиксатор (фиксаторы) может также служить индуктивным нагревателем трубы. Фиксирующая система 9,9' в целом может быть стационарной и/или масштабируемой в отношении расположения на трубе.
Другие варианты осуществления тележки 9 раскрыты в публикации WO 2012/093079, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.
В вышеприведенном описании различные аспекты устройства согласно изобретению были рассмотрены со ссылкой на примерный вариант осуществления. В целях разъяснения были приведены конкретные числа, системы и конфигурации, призванные проиллюстрировать структуру устройства и принцип его функционирования. Тем не менее, это описание не имеет ограничительного характера. Различные возможные модификации и вариации представленного варианта осуществления, а также другие варианты осуществления устройства, очевидные специалистам в области техники, к которой имеет отношение раскрытый предмет изобретения, относятся к объему охраны настоящего изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к удалению отложений на внутренних и наружных стенках труб. Установка (1) для обработки текучей среды содержит по меньшей мере один охлаждающий трубопровод (2), средства охлаждения, предназначенные для охлаждения текучей среды по меньшей мере в одном охлаждающем трубопроводе (2) на участке охлаждения до температуры, равной или близкой к температуре (Т) среды вокруг охлаждающего трубопровода (2), и по меньшей мере одну тележку (9), расположенную на внешнем периметре по меньшей мере одного охлаждающего трубопровода (2) или вблизи него. Каждая тележка (9) содержит по меньшей мере один рукав (10), выполненный с возможностью, по меньшей мере, частичного охвата внешнего периметра (2а) охлаждающего трубопровода (2), устройство (11) для удаления отложений (12), находящихся на внутренней стенке (2b) охлаждающего трубопровода (2), и движительный блок (13-15), выполненный с возможностью перемещения тележки (9) в обоих направлениях по охлаждающему трубопроводу (2). Повышается эффективность удаления отложений. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
