СИСТЕМА ДЛЯ РАЗБЛОКИРОВАНИЯ ИЛИ ОЧИСТКИ ТРУБОПРОВОДОВ ПОСРЕДСТВОМ УПРАВЛЯЕМОЙ ЛОКАЛЬНОЙ РЕАКЦИИ Российский патент 2024 года по МПК B08B3/04 B08B9/02 B08B9/27 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к инструменту, связанному с локомоционным устройством, таким как, например, робот, обеспеченному кабелем жизнеобеспечения, предназначенным для осуществления управляемой реакции вблизи засорения с целью его удаления. Для проведения управляемой реакции используется система нагнетания и управления, которая может представлять собой систему управления с обратной связью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Добыча нефти из морских скважин почти всегда включает бурение скважин и их соединение со стационарной производственной установкой (Stationary Production Unit, SPU). Такое соединение выполняют посредством жестких или гибких трубопроводов. Кроме этого, эти установки могут быть соединены с другими установками или наземными станциями, также посредством жестких или гибких трубопроводов. Со временем трубопроводы могут сужаться или блокироваться, например, из-за присутствия гидратов или парафинов. Гидраты представляют собой твердые соединения, в которых большое количество метана заключено в кристаллической структуре молекул воды. В результате образуется твердая фаза, консистенция которой подобна льду. Это происходит, когда имеется смесь метана и воды в условиях высокого давления и низкой температуры. Однако, засорение, вызванное парафинами, связано с одноименной фракцией нефти, то есть, алканами с длиной цели от 20 до 40 атомов углерода. Эти компоненты при низкой температуре склонны осаждаться на стенках труб, вызывая сужение и, в конце концов, блокировку. Блокировка препятствует продолжению добычи. В некоторых ситуациях возможно разблокировать линию посредством устройств, известных как гибкая труба или колтюбинг, представляющих собой гибкие трубы, изготовленные из стали, свернутые в форме катушки, которые проталкивают внутри линии. Однако, это оборудование нельзя эффективным образом продвинуть на большое расстояние внутри трубопровода со сложной геометрией или в восходящем направлении. Кроме этого, на многих платформах нет возможности проводить работы с колтюбингом из-за их веса.

[0003] В настоящее время широко используют решение, заключающееся в том, чтобы попытаться разблокировать трубопроводы с SPU. Для этого используют различныеспособы, такие как снижение давления и нагнетание растворителей. Эти способы могут быть осуществлены с SPU, с бурового судна или другой установки, соединенной с трубопроводом. В засорения, вызванные гидратами, гибкая труба может быть введена с SPU. Это возможно в тех случаях, когда конфигурация стояка представляет собой свободно подвешенную линию, и когда засорение, вызванное гидратами, находится вблизи вертикальной секции. Это неприменимо в стояках с плавной волнистой, плавной S-образной или эквивалентной им конфигурацией. Это также неприменимо в ситуациях, когда гидраты образовались вдоль вертикальной секции, что происходит в большинстве случаев. В тех случаях, когда это применимо, гибкая труба может быть спущена с SPU, и давление в линии снижено для разрушения гидратов.

[0004] Помимо ограничений, связанных с конфигурацией и расстоянием, снижение давления является способом, сопряженным с рисками. Эти риски связаны с большим перепадом давления, который возникает между концами гидратной пробки. Перепад давления способствует перемещению гидратов с высокой скоростью в сторону SPU, что может причинить ущерб при столкновении.

[0005] В тех случаях, когда гикая труба не может быть применена с SPU, используют другое решение. В скважину спускают зонд, обеспечивающий доступ для использования гибкой трубы для снижения давления в трубопроводе со стороны ANM, после чего гидраты разрушаются. Однако, это занимает месяцы и является очень дорогостоящим.

[0006] В случае засорения, вызванного парафинами, обычный подход состоит в использовании очистного скребка до того, как трубопровод будет полностью блокирован парафинами. При некоторых условиях скребок застревает во время работы. Для тех случаев, когда скребок застревает, или имеет место полное засорение парафинами, общего решения нет. В этих случаях можно попытаться применить экспериментальные решения, либо заменить всю гибкую линию, либо, если это жесткая линия, поднять ее и произвести ремонт. Все это длительные и дорогостоящие мероприятия. Кроме того, в период со времени, когда образовалось засорение, до его полного удаления из-за прерывистой добычи снижается доход.

[0007] Документы US 2005217855 А1, US 6415722 В1 и US 2007151475 А1 относятся к различным типам оборудования и способам разблокирования трубопроводов, описанным ниже.

[0008] В US 2005217855А1 описан инструмент типа очистного скребка, предназначенный для разблокирования трубопровода с использованием химическихреагентов в жидкой форме, растворяющих гидраты и парафины, блокирующие нормальное прохождение текучих сред по трубопроводу. В нем также описан способ и устройство для удаления гидратного засорения из трубы, в соответствии с которым скребок, соединенный с кабелем жизнеобеспечения, выходящим на поверхность, перемещают внутри трубопровода до тех пор, пока он не достигнет гидратного засорения, после чего по кабелю жизнеобеспечения закачивают текучую среду, растворяющую гидраты. Отметим, что в соответствии с этим документом используют обычный скребок, перемещаемый внутри трубопровода, и единственный реагент в форме текучей среды, поступающий непосредственно с поверхности. В нем не предусматривается возможность того, что в скребок поступает две текучих среды, которые смешиваются, вызывая экзотермическую реакцию, и смесь выпускается с целью растворения засорений, вызванных гидратами. Следовательно, этот документ отличен от предмета, являющегося целью настоящего изобретения.

[0009] В US 2005217855 А1 не описано регулируемое нагнетание множества реагентов в независимые каналы и управление реакцией очистки. В соответствии с настоящим изобретением, раствор А подают по одной линии, раствор В - по другой, их регулируемым образом нагнетают в реактор непосредственно в области, подлежащей разблокировке. В соответствии с настоящим изобретением используют робот, который, независимо от наличия потока для перемещения в подлежащем разблокировке трубопроводе, благодаря регулировочным клапанам и диффузору для управления реакцией, позволяет воздействовать непосредственно на засорение.

[0010] В US 6415722 В1 описано оборудование с дистанционным управлением, обладающее способностью перемещаться внутри трубопровода или другого узкого цилиндрического резервуара, протягивать кабель жизнеобеспечения и транспортировать аксессуары. В принципе, оно состоит из корпуса и проходной штанги, оборудованной головками. Головки могут быть попеременно присоединены или отсоединены от внутренней стенки трубопровода посредством команд, подаваемых вручную или автоматически. Устройство обеспечено различными средствами безопасности, предотвращающими его застревание внутри трубопровода в нештатных ситуациях. Благодаря этому изобретению становится возможным доставлять инструменты или материалы в удаленную точку внутри трубопровода с целью выполнения различных операций. В документе показано локомоционное устройство с дистанционным управлением, способное транспортировать аксессуары и осуществлять различныеоперации. В документе не описана возможность использования независимых реагентов, их смешивания и, в результате, проведения реакции непосредственно у засорения с целью его разблокирования. Задача, решение которой является предметом US 6415722 В1, также отлична от предмета настоящего изобретения.

[0011] В US 2007151475 А1 описано средство передвижения внутри трубопровода, включающее переднее швартовное устройство и заднее швартовное устройство, при этом, каждое устройство обеспечено швартовным механизмом для селективного прикрепления к стенке трубопровода и удерживания соответствующего элемента в стационарном положении внутри трубопровода. Раздвижные элементы типа гидравлического цилиндра соединяют переднее и заднее устройства, вызывая их движение друг относительно друга, которое, в сочетании со швартовными устройствами, обеспечивает перемещение этой системы. Каждый швартовный механизм на стенке включает множество стержней, продолжающихся за пределами соответствующего устройства. Каждый стержень имеет поверхность, которая может прикрепляться к стенке, и независимый привод для каждого стержня, активирующий каждый из стержней с целью координированного вытягивания в трубопроводе. Одной из функций, продемонстрированных в документе, является использование вращающегося ножа, установленного на передней части устройства и предназначенного для очистки трубопровода от засорений. В документе также показано использование этого локомоционного устройства для выполнения множества других операций.

[0012] Локомоционное устройство, показанное в US 2007151475 А1, по своей конструкции отличается от предмета настоящего изобретения, не обладает возможностью приема химических реагентов и их смешивания с целью проведения управляемой химической реакции, при этом, химическая реакция используется для растворения засорений, вызванных гидратами и парафинами. Задача, решение которой является предметом US 2007151475 А1, отлична от предмета настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Настоящее изобретение далее описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые никоим образом не ограничивают объем изобретения, и на которых представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения. Соответственно:

Фиг. 1 представляет собой общий вид систем морской добычи и системы, предлагаемой настоящим изобретением;

На фиг. 2 представлен общий вид системы разблокирования, предлагаемой настоящим изобретением;

На фиг. 3 представлены различные конфигурации реактора настоящего изобретения;

На фиг. 4 представлены различные конфигурации диффузора настоящего изобретения; и

На фиг. 5 представлена одна из возможных конфигураций системы настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] В контексте настоящего изобретения морские скважины (01) соединены со стационарными производственными установками (SPU) жесткими или гибкими трубопроводами (02). Кроме этого, установки (03) могут быть соединены с другими установками или наземными станциями также жесткими или гибкими трубопроводами (02). Эти трубопроводы со временем могут сужаться или блокироваться (04), что препятствует нормальной добыче или транспортировке текучих сред. Эта система подробно показана на фиг.1.

[0015] Для удаления засорения в контролируемом режиме используют систему, исходящую из SPU (11), проходящую по кабелю (12) жизнеобеспечения и доходящую до инструмента (13). На SPU (11) имеется, по меньшей мере, один резервуар (14) для раствора А, возможны другие резервуары для других растворов, например, резервуар (15) для раствора В. Такая возможная конфигурация с двумя текучими средами представляет собой решение, подробно показанное на фиг. 2.

[0016] Кроме этого, имеется насос (16) для раствора А и насос (17) для раствора В. Эти насосы позволяют нагнетать текучие среды в управляемом режиме. В кабеле жизнеобеспечения каждый раствор подают по гидравлической линии, раствор А по одной линии (18), раствор В по другой линии (19) в том же кабеле жизнеобеспечения. Установленные на роботе регулировочные клапаны позволяют нагнетать раствор А (20) и раствор В (21), либо растворы доходят только до закрытых клапанов. Выпущенный раствор или растворы поступают в реактор (22), где вступают в реакцию. Затем они проходят через обратный клапан (23), который препятствует поступлению в реактор текучей среды из подлежащего разблокированию трубопровода. Затем они проходят через диффузор (53), обеспечивающий выход текучих сред в трубопровод.

[0017] Реактор (22), соответствующий настоящему изобретению, может иметь различные конфигурации, например, неупорядоченную конфигурацию (31), лабиринт (32) или конфигурацию с перегородками (33), как показано на фиг. 3.

[0018] Диффузор (53), соответствующий настоящему изобретению, также может иметь различные конфигурации, например, концентрированный диффузор (41) и гомогенный диффузор (42), как показано на фиг. 4.

[0019] На фиг. 5 показана возможная конфигурация системы с линиями, соединенными с реактором (51) лабиринтного типа. Из реактора система проходит через обратный клапан (52) и выходит через диффузор (53). На фиг. 5 также показаны датчики (54) давления и температуры и датчик (56)Холла, предназначенный для идентификации контакта с засорением.

[0020] Отметим, что в соответствии с настоящим изобретением предлагается применение инструмента (13), соединенного с локомоционным устройством, например, роботом, кабелем (06) жизнеобеспечения. Этот инструмент обеспечивает управляемую реакцию вблизи засорения с целью его удаления посредством системы нагнетания и управления, вызывающей управляемую реакцию.

[0021] Растворы А и В, используемые в соответствии с настоящим изобретением, могут представлять собой два компонента которые, взаимодействуя, вызывают сильно экзотермическую реакцию, например, нитрит натрия и хлорид аммония в кислой среде. При этом условии в результате реакции между компонентами выделяется тепло, обеспечивающее растворение гидрата после его извлечения из стабильной оболочки. Также возможно растворение парафина, если температура превышает температуру начала появления кристаллов (TIAC). Поскольку для независимого управления подачей компонентов имеется два насоса (16 и 17) и два клапана (20 и 21), процессом можно управлять посредством датчиков, установленных вблизи системы подачи, благодаря чему исключается потеря контроля за реакциями и возможное повреждении подлежащего разблокировке трубопровода. Таким образом предотвращается, например, разрушение полимерных слоев гибкого трубопровода (02).

[0022] Настоящее изобретение также может быть использовано для управляемого проведения других реакций в трубопроводе. Такие реакции, помимо операций очистки, могут быть использованы для управляемого нагнетания ингибиторов коррозии, пенообразователей, противовспенивателей и т.д.

[0023] Реактор (22) может иметь различные конфигурации, например, конфигурацию (31) с неупорядоченной насадкой, конфигурацию (32) с перегородками или лабиринт (33). В последнем случае для повышения эффективности смешивания исокращения времени реакции могут быть использованы последовательные лабиринты. Диффузор (24) также может иметь различные конфигурации, например, концентрированный диффузор (41) и гомогенный диффузор (42). Система возможно может иметь ассоциированную систему, предназначенную для выявления засорения, например, посредством пружины, которая изменяет положение датчика (56)Холла. Изменение положения датчика Холла приводит к изменению магнитного потока через него и указывает на наличие засорения. Система возможно также может иметь буферную систему (55), смягчающую удары вследствие сброса давления, запертого засорением.

[0024] Отметим, что описанная выше система была испытана в лаборатории. Испытание состояло в непрерывном нагнетании двух растворов - нитрита натрия и хлорида калия - в трубу, охлажденную до 4°С. Во время испытания компоненты вступали в реакцию, происходило управляемое нагревание заданной области, обеспечивающее значительное увеличение температуры.

[0025] Следует отметить, что несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, специалисты в данной области могут осуществить модификации и адаптацию в зависимости от конкретной ситуации, однако при условии, что они не выходят за рамки объема изобретения, определенного в настоящем документе.

Изобретение относится к системам очистки трубопроводов. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции, представляющая собой систему управления с обратной связью, состоящую из инструмента, выполненного с возможностью проведения управляемой реакции вблизи засорения с использованием для этой цели роботизированного оборудования, содержащего регулировочные клапаны для очистки или удаления засорений внутри трубопроводов, вызванных гидратами или парафинами, посредством управляемого нагнетания раствора А и раствора В, направляемых в реактор, причем растворы А и В, взаимодействуя при смешивании, вызывают экзотермическую реакцию, обеспечивающую возможность растворения гидратов и парафинов. Технический результат - повышение степени очистки трубопроводов от гидратов и парафинов. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции, представляющая собой систему управления с обратной связью, состоящую из инструмента, выполненного с возможностью проведения управляемой реакции вблизи засорения с использованием для этой цели роботизированного оборудования, содержащего регулировочные клапаны для очистки или удаления засорений внутри трубопроводов, вызванных гидратами или парафинами, посредством управляемого нагнетания раствора А и раствора В, направляемых в реактор, причем растворы А и В, взаимодействуя при смешивании, вызывают экзотермическую реакцию, обеспечивающую возможность растворения гидратов и парафинов.

2. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции по п. 1, содержащая регулировочные клапаны, установленные на роботизированном оборудовании, которые прекращают выпуск растворов А и В, когда реакция выходит из-под контроля.

3. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции по п. 1, включающая в себя датчик или датчики температуры, находящиеся вблизи системы разблокирования.

4. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции по п. 1, в которой инструмент осуществляет управление температурой с обратной связью, при котором величина температуры, полученная датчиком температуры, направляется контроллеру, который регулирует выпуск насосов.

5. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции по п. 1, в которой конфигурация реактора выбрана из группы, состоящей из неупорядоченной конфигурации, конфигурации лабиринта или конфигурации с перегородками.

6. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции по п. 1, содержащая диффузор для выпуска текучих сред в трубопровод.

7. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции по п. 6, в которой конфигурация указанного диффузора выбрана из группы, состоящей из концентрированного диффузора и гомогенного диффузора.

8. Система для разблокирования или очистки трубопроводов посредством управляемой локальной реакции по п. 7, отличающаяся тем, что содержит датчики давления и температуры и датчик Холла, выполненный с возможностью идентификации контакта с засорением.