(12) PATENT (19) NO (11) 339227 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. E21B 36/00 (06.01) E21B 43/01 (06.01) F16L 3/00 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 1743 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 12.06.26 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 12.06.26 () Prioritet (41) Alm.tilgj 13.12.27 (4) Meddelt 16.11.21 (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Kjell Olav Stinessen, Vækerøveien 132 O, 0383 OSLO, Norge Bianca Maria Mita Nogueira, Jørgen Løvlands gate 7, 068 OSLO, Norge Thomas Førde, Hans Heyerdals vei 13, 3179 ÅSGÅRDSSTRAND, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Varmegjenvinning fra brønnstrøm (6) Anførte publikasjoner US 12/0298216 A1 US 06/17062 A1 US 803161 A US 09/0288 A1 US 03/00694 A1 US /0673 A1 (7) Sammendrag Kjølesystem kjøler ett eller flere havbunnselementer (HS1, HS2, HS3, HS4, HS,HS6) til et havbunns hydrokarbonanlegg (4, 6). Det omfatter en kjølemiddelførende kjøleledning (1) i tilknytning til nevnte havbunnselement. En pumpe (7) er innrettet til å pumpe kjølemiddelet gjennom kjøleledningen. Kjøleledningen strekker seg fra en overflateposisjon () til nevnte havbunnselement. Kjøleledningen (1) omfatter en kjølemiddeltilførselslinje (3) mellom overflateposisjonen () og havbunnselementet og en kjølemiddelreturledning. Kjølemiddelreturledningen er anordnet i tilknytning til en hydrokarbonstrømningsledning (1) som strekker seg fra hydrokarbonanlegget (3, 4, 6), og således varmer hydrokarbonstrømningsledningen (1).
- 1 - P4221NO00-KM Kjølesystem for havbunnselementer I samsvar med et første aspekt vedrører den foreliggende oppfinnelsen kjøling av havbunnselementer anvendt i havbunns hydrokarbonproduksjon. I samsvar med et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelsen gjelder den strømningssikring av hydrokarbon transportledninger på havbunnen, slik som et hydrokarbonrør som strekker seg fra en havbunnsbrønn til et sted på land eller overflaten og andre havbunnselementer som behøver strømningssikring. 1 Bakgrunn En brønnstrøm som strømmer ut av havbunnsbrønner kan ha en stor mengde termisk energi. Det er således kjent å kjøle brønnstrømmen for å beskytte rør og tilknyttet havbunnsutstyr. Én kjent måte å kjøle på er å anvende det omgivende sjøvannet, enten som et passivt kjølemiddel eller ved tvungen kjøling, hvorved sjøvannet blir tvunget forbi utstyret eller en tilknyttet varmeveksler. Bruken av omgivende sjøvann som kjølemiddel har en fordel ved at kjølemiddelet er alltid tilgjengelig og kaldt, slik som omtrent 4 C. En ulempe er imidlertid at sjøvann inneholder salter og organismer som kan føre til korrosjon på kjøleutstyret og avleiring og begroing. Mottiltak omfatter belegning av overflatene i kontakt med sjøvannet. Dette reduserer imidlertid varmeoverføringen mellom kjølemiddelet og det varme utstyret. 2 Videre, slike løsninger som bruker sjøvann som kjølemiddel vil ikke ta i bruk varme som trekkes ut av det varme havbunnsutstyret. I stedet blir varmen bare overført til sjøen. Forhindring av hydratdannelse er alltid et tema, og i noen tilfeller forhindring av voksdannelse. Både hydratdannelse og voksdannelse kan forhindres med kjemisk injeksjon. Kjemikaliene som injiseres for å forhindre hydrater er antifrysevæsker, av hvilke MEG (monoetylenglykol) er den mest vanlige. Typisk kan 70 %-vekt av fritt vann bli injisert. Forbruket av MEG ville representert et betydelig OPEX-element så vel som et miljøproblem. MEG blir derfor vanligvis regenerert i et MEG-
- 2 - P4221NO00-KM regenerasjonsanlegg som representerer et betydelig CAPEX-element, og noen miljøhensyn er fortsatt til stede. En annen fremgangsmåte for strømningssikring er direkte elektrisk oppvarming (DEH direct electric heating). Nåværende teknologi er imidlertid begrenset til et område på km utlegg, og betydelig utviklings- og kvalifiseringsarbeid gjenstår for utlegg i området på 0 til 0 km, dersom dette overhodet er teknisk mulig. Publikasjon US0617062 A1 angir en fremgangsmåte ved bruk av kaldt sjøvann for å kjøle en brønnstrøm, før transport gjennom havbunnsrør til et prosessanlegg. 1 Patentpublikasjon US803161 beskriver et havbunns strømningsrør omfattende radialt utragende kjølerør som blir kjølt av omgivende sjøvann. En arbeidsvæske i et ringrom mellom et indre og ytre rør fordamper ved føring av en varm strømning. Den fordampete arbeidsvæsken kondenserer i de utragende kjølerørene og renner tilbake i ringrommet. US090288 A1 beskriver en løsning hvor en strøm av produserte hydrokarboner blir kjølt i slik grad at det dannes faststoffer i strømningen. Avleiringer blir periodisk pigget ut og plassert i en blanding (slurry) som fraktes vekk og tas hånd om. 2 Oppfinnelsen I samsvar med et første aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt et kjølesystem som kjøler ett eller flere havbunnselementer til et havbunns hydrokarbonanlegg. Kjølesystemet har en kjølemiddelførende kjøleledning i tilknytning til nevnte havbunnselement, for å kjøle dette eller disse havbunnselementene. En pumpe er innrettet til å pumpe kjølemiddelet gjennom kjøleledningen. I samsvar med oppfinnelsen strekker kjøleledningen seg fra en overflateposisjon til nevnte havbunnselement. Kjøleledningen omfatter en
- 3 - P4221NO00-KM kjølemiddeltilførselslinje mellom overflateposisjonen og havbunnselementet, samt en kjølemiddelreturledning. Kjølemiddelreturledningen er anordnet i tilknytning til en hydrokarbonstrømningsledning som strekker seg fra hydrokarbonanlegget, og således varmer hydrokarbonstrømningsledningen. 1 På denne måten blir kjølemiddelet som blir varmet av de varme havbunnselementene anvendt for å varme hydrokarbonstrømningsledningen. Dette er i kontrast til kjente havbunns kjølesystemer som avgir varmeenergi fra det varme havbunnsutstyret til sjøvannet. Overflateposisjonen skal forstås som omfattende et hvilket som helst sted over vannoverflaten, slik som på land eller på en installasjon til havs. Det skal fortrinnsvis forstås som omfattende et sted i umiddelbar nærhet til land eller en offshorestruktur, slik som få meter under havoverflaten, i hvilket sted operatøren vil ha nytte av nærheten til land eller strukturen. Et havbunns hydrokarbonanlegg skal forstås som et hvilken som helst anlegg anordnet på havbunnen som behandler og/eller fører hydrokarboner som kommer fra én eller flere havbunnsbrønner. For eksempel, et havbunnsanlegg kan omfatte en samlestokk eller et havbunns hydrokarbonkompresjonsanlegg, eller et enkelt hydrokarbonførende rør. 2 I en foretrukket utførelsesform av det første aspektet til oppfinnelsen er kjølemiddelet ferskvann. Ferskvannet kan fordelaktig være ferskvann som er blitt renset ved hjelp av filtrering og/eller ionebytte. Ferskvannet kan også være destillert. Ved å anvende ferskvann som kjølemiddel vil rørene som fører kjølemiddelet være mindre utsatt for korrosjon og beleggdannelse. Kjølemiddelet kan omfatte et antifrysekjemikalie. Et slikt kjemikalie kan fordelaktig være MEG, som er godt kjent for fagmannen på området. I en annen utførelsesform er kjølemiddelet en olje. En olje vil også beskytte de kjølemiddelførende rørene mot korrosjon, avleiring og begroing.
- 4 - P4221NO00-KM Kjølemiddelreturledningen og hydrokarbonstrømningsledningen kan fordelaktig danne en rør-i-rør-konfigurasjon. Hydrokarbonfluid kan da strømme i det indre røret og kjølemiddelet kan strømme i ringrommet mellom det indre og ytre røret. Det er fordelaktig anordnet varmeisolasjon på det ytre røret for å redusere varmetapet til det omgivende sjøvannet. En slik konfigurasjon vil tilveiebringe effektiv varmeoverføring fra det oppvarmete kjølemiddelet til strømningen av hydrokarbonfluid i strømningsledningen. 1 Kjølemiddelreturledningen kan være anordnet i tilknytning til ett eller flere strømningsførende elementer til havbunnsanlegget. Dette er for å sikre strømning i de strømningsførende elementene. Det vil si, temperaturen i de forskjellige strømningsførende elementene blir holdt over en viss temperatur, under hvilken strømningssikringsproblemer er kjent å oppstå. Temperaturen til slike elementer blir typisk holdt over hydratformasjonstemperatur og/eller voksdannelsestemperatur. Én måte å holde slike strømningsførende elementer over en ønsket temperatur er å lukke dem inn i en innkapsling og å strømme oppvarmet kjølemiddel gjennom innkapslingen, fra et innløp til et utløp. Den anvendte varmeveksleren / tvungen kjøler kan være en hvilken som helst hensiktsmessig type. Det kan fordelaktig anvendes en skall-og-rør-type. Hydrokarbonstrømningen som skal kjøles kan fortrinnsvis være i røret og kjølemiddelet kan være i ringrommet eller rommet mellom røret og skallet. 2 I samsvar med en foretrukket utførelsesform er det i kjøleledningen anordnet en havbunnsbuffertank for oppvarmet kjølemiddel, ved en havbunnsposisjon. Havbunnsbuffertanken er fortrinnsvis anordnet nære eller i tilknytning til havbunns hydrokarbonanlegget. I en utførelsesform kan havbunnsbuffertanken være anordnet oppstrøms for havbunnselementene. I en annen utførelsesform kan havbunnstanken være anordnet nedstrøms for havbunnselementene. Havbunnsbuffertanken kan fortrinnsvis omfatte en elektrisk varmer anordnet for å varme kjølemiddelet i buffertanken.
- - P4221NO00-KM Man kan også forestille seg en utførelsesform med to havbunnsbuffertanker, hvorved én er anordnet oppstrøms for havbunnselementene og den andre er anordnet nedstrøms for havbunnselementene, imidlertid oppstrøms for hydrokarbonstrømningsledningen. Etter en nedstengning, i en situasjon hvor mye av havbunnsutstyret så vel som strømningsledningen er kald, kan havbunnsbuffertanker tilveiebringe oppvarmet kjølemiddel til det kalde utstyret for å tilveiebringe strømningssikring før oppstart. 1 Kjølemiddelreturledningen kan strekke seg mellom ett eller flere havbunnselementer og overflateposisjonen, og kjøleledningen kan være en lukket sløyfe til hvilken det er koblet en kjølemiddelpumpe. Eventuelle kjemikalier som er tilført kjølemiddelet behøver da ikke å bli etterfylt. Man vil heller ikke måtte rense eller destillere kjølemiddelet etter hver passering gjennom sløyfen. Kjølemiddelpumpen er fortrinnsvis anordnet ved overflaten, slik som på land eller på overstellet (på en plattform). Det er imidlertid også teknisk mulig å anordne kjølemiddelpumpen under havoverflaten. Kjølesystemet i samsvar med det første aspektet av oppfinnelsen kan også omfatte en overflatebuffertank som er innrettet til å tilveiebringe oppvarmet kjølemiddel. I en utførelsesform kan kjølemiddelpumpen og tilknyttete strømningsventiler da bli brukt for å strømme oppvarmet kjølemiddel fra overflateposisjonen og inn i kjølemiddelreturledningen. 2 Det oppvarmete kjølemiddelet kan da varme opp hydrokarbonstrømningsledningen. Som med havbunnsbuffertanken kan overflatebuffertanken, anordnet ved en overflateposisjon, fordelaktig omfatte en elektrisk varmer anordnet for å varme kjølemiddelet. På denne måten kan kjøleledningen, det vil si kjølemiddelreturledningen i denne utførelsesformen, bli anvendt som en varmeledning og bli brukt for strømningssikring i hydrokarbonstrømningsledningen også uten å gjenvinne varme fra havbunnselementet(-ene). Dette kan typisk skje under nedstengninger. Kjølemiddelet blir da varmet og ført i reversert strømning med et ventilopplegg ved pumpen eller ved å ha en separat dedikert reversstrømningspumpe. Kjølemiddelet vil da bli varmet opp tilstrekkelig for å oppnå strømnings-
- 6 - P4221NO00-KM sikring der det er behov. Denne utførelsesformen vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor, under henvisning til tegningene. 1 2 Havbunnselementene fra hvilke varme kan gjenvinnes med kjøleledningen, så vel som annet havbunnsutstyr, for eksempel strømningsførende elementer, kan fortrinnsvis være forsynt med temperatursensorer for å gjøre operatøren i stand til å overvåke temperaturen ved de respektive elementene til havbunnsanlegget. Videre, et flertall fjernaktuerte ventiler kan fortrinnsvis være anordnet til kjøleledningen, og særlig til de forskjellige avgreningene av kjøleledningen. I en utførelsesform kan ventilene bli styrt automatisk på grunnlag av temperatursensorene, slik som med en tilknyttet mikrokontroller eller lignende. Buypassledninger rundt havbunnselementene kan også være anordnet for justering av temperaturen til strømningen som skal kjøles og temperaturen til det oppvarmete kjølemiddelet. I samsvar med et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt et strømningssikringssystem anordnet i tilknytning til en hydrokarbonførende strømningsledning anordnet på havbunnen. Systemet omfatter en varmeledning som fører et varmemiddel, hvilken varmeledning strekker seg fra en overflate- eller landposisjon og langsmed strømningsledningen og med varmeoverførende kontakt med strømningsledningen. Varmeledningen omfatter en tilførselsledning som strekker seg fra overflateposisjonen til én eller flere havbunns varmekilder, og en returledning som strekker seg fra havbunns varmekilden(e) til overflate- eller landposisjonen. Returledningen er anordnet med varmeoverførende kontakt med strømningsledningen. Varmeoverføringskontakten tilveiebringer overføring av varme fra varmemiddelet til det hydrokarbonholdige fluidet i strømningsledningen når varmemiddelet er varmere enn nevnte fluid. Den varmemedieførende varmeledningen er en varmeledning som fører et varmemiddel. Varmemiddelet kan fordelaktig være ferskvann, slik som beskrevet ovenfor i tilknytning til det første aspektet av oppfinnelsen.
- 7 - P4221NO00-KM I en utførelsesform kan varmeledningen omfatte en tilførselsledning som strekker seg fra en overflatebuffertank ved overflateposisjonen og varmeledningen kan være anordnet med varmeoverførende kontakt med strømningsledningen. Forskjellige trekk som er beskrevet med henvisning til det første aspektet ved den foreliggende oppfinnelsen vil også gjelde for det andre aspektet ved oppfinnelsen. For eksempel kan varmemiddelet være ferskvann, systemet kan omfatte en overflatebuffertank og/eller en havbunnsbuffertank med elektrisk oppvarming. Systemet kan også omfatte hensiktsmessige ventiler, bypassledninger og temperatursensorer. 1 I et eksempel på utførelsesform av det første aspektet ved oppfinnelsen, for et havbunns kompresjonsanlegg med en 6 MW kompressor er det blitt beregnet at energien som gjenvinnes fra en korresponderende brønnstrøm kan typisk være 7 MW ved å kjøle den fra 0 til 3 C. Ved bruk av ferskvann tilført med rør fra overflaten som kjølemiddel kan disse 7 MW bli gjenvunnet som stor mengde varmtvann ved 80 C. Fra utløpskjøleren til kompressoren kan typisk MW bli gjenvunnet. Dette varme vannet kan så bli brukt for strømningssikring, det vil si forhindring av hydratdannelse og i noen tilfeller også voksdannelse og kanskje også hindring av dannelse av andre skadelige komponenter ved lav temperatur. 2 Kjølemiddelet som strømmer i kjølemiddeltilførselsledningen fra overflateposisjonen vil etter noen få kilometre bli kjølt ned til sjøvannstemperatur på grunn av fri konveksjonsvarmeveksling. Dersom avstanden fra overflateposisjonen til havbunnsanlegget skulle være kort, kan ytterligere kjøling av kjølemiddelet i kjølemiddeltilførselsledningen bli anordnet, for eksempel ved innføring av en passiv kjøler i tilførselsledningen eller en aktiv varmeveksler for økt varmeveksling med sjøvannet. Det skal bemerkes at når det ikke sirkuleres er trykket til kjølemiddelet nær likt sjøvannstrykket langsmed kjølesløyfen. Under drift vil kjølemiddelet ha overtrykk for å overvinne friksjonstap på grunn av sirkuleringen, og dette kan typisk
- 8 - P4221NO00-KM være i området noen hundre bar, for eksempel 0 bar ved innløpet til kjølemiddeltilførselsledningen. Trykkratingen må være tilsvarende. Foreløpige kostnadsestimater har vist at bruk av slik gjenvunnet varme vil være mye billigere enn bruk av MEG med eller uten et regenerasjonsanlegg. Bruk av varmt vann fra gjenvunnet varme vil også være mye lavere i CAPEX og OPEX enn direkte elektrisk oppvarming (DEH). Videre vil det være mer pålitelig (godt utprøvde vannledninger og tanker). Utviklingsinnsatsen for varmegjenvinning og varmesystem vil være meget kort med kanskje ingen TQP-er (technology qualification program), mens DEH har en lang, dyr og risikofylt utvikling foran seg. 1 Det er viktig å bemerke at oppfinnelsen kan anvendes for strømningsledninger uten trykkforsterkning, strømningsledninger med multifase trykkforsterkning og for strømningsledninger med gasstrykkforsterkning. Kostnadsberegninger som sammenligner strømningssikringskostnader i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen med kjemikalier, slik som med MEG, og DEH, er blitt foretatt og viser at systemene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er overlegen. Videre er påliteligheten til oppfinnelsen også antatt å være høy på grunn av at alle komponentene er enkle og for det meste godt utprøvd ved havbunnsapplikasjoner. 2 Detaljert eksempel på utførelsesform Idet aspektene ved den foreliggende oppfinnelsen er blitt presentert generelt ovenfor, er et mer detaljert eksempel på utførelsesform presentert nedenfor med henvisning til tegningene, i hvilke Fig. 1 viser en prinsipptegning av en hydrokarbonførende strømningsledning anordnet på havbunnen, som strekker seg mellom et havbunns produksjonsanlegg og en landposisjon; Fig. 2 viser en prinsipiell innretning av et havbunns hydrokarbonkompresjonsanlegg;
- 9 - P4221NO00-KM Fig. 3 viser en utførelsesform av et kjølesystem i samsvar med det første aspektet ved oppfinnelsen; Fig. 4 viser en rør-i-rør-konfigurasjon av en brønnstrøm og en kjølemiddelreturledning; Fig. viser en annen utførelsesform av et kjølesystem i samsvar med det første aspektet ved oppfinnelsen. Fig. 1 er en prinsipptegning av en strømningsledning 1 anordnet på havbunnen, som fører en strømning av hydrokarboner fra et havbunnsanlegg 3 til en landposisjon. Til havbunnsanlegget 3 er det tilknyttet et flertall havbunnsbrønner 7. Hydrokarbonstrømning fra brønnene 7 blir ført til havbunnsanlegget 3 til strømningsledningen 1 og til landposisjonen. I denne utførelsesformen omfatter havbunnsanlegget 3 et produksjonsanlegg 4 og et kompresjonsanlegg 6. 1 Det henvises nå til Fig. 2, som viser en prinsippkonfigurasjon av havbunns kompresjonsanlegget 6. Gass- og væskefasen blir sammenblandet etter kompressoren og pumpen, og blir transportert som brønnstrøm til landposisjonen gjennom strømningsledningen 1. En annen mulighet, som ikke er vist, er å transportere gass og væske i to forskjellige rør, til den samme eller til forskjellige destinasjoner dersom det er fordelaktig. 2 Brønnstrømmen som strømmer fra havbunnsbrønnene 7 er varm og behøver å bli kjølt. For å kjøle denne brønnstrømmen blir den strømmet gjennom en første varmeveksler gjennom hvilken et kjølemiddel blir strømmet, som vil bli forklart i ytterligere detalj senere. Denne første varmeveksleren henvises til som en første varmekilde, HS1. En annen signifikant varmekilde er kompressorutløpskjøleren, HS4. andre komponenter som behøver kjøling er også markert som varmekilder, HS2, HS3, HS og HS6, selv om de ikke bidrar positivt til produksjonen av varmt vann, de skal imidlertid fortrinnsvis bli kjølt. Oppfinnelsen tillater imidlertid disse å bli effektivt kjølt i kompakte, indirekte varmevekslere. Fig. 3 viser en utførelsesform av et kjølesystem 0 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. I denne utførelsesformen blir varmeveksleren HS1 brukt for å kjøle en varm brønnstrøm som kommer fra en havbunnsbrønn 7. Nevnte
- - P4221NO00-KM brønnstrøm blir ført ved hjelp av strømningsledningen 1, antydet skjematisk med den horisontale stiplete linjen. Et kjølemiddel er forsynt til varmeveksleren HS1 med en kjøleledning 1. Kjøleledningen 1 omfatter en kjølemiddeltilførselsledning 3 og en kjølemiddelreturledning. For å strømme kjølemiddelet gjennom kjøleledningen 1 er det anordnet en kjølemiddelpumpe 7 til kjølemiddeltilførselsledningen 3. I denne utførelsesformen er kjølemiddelpumpen 7 anordnet på land, som illustrert med den vertikale stiplete linjen som skjematisk representerer grensen mellom sjø og land. 1 Strømningsretningen til kjølemiddelet er antydet med de to pilene. Når kjølemiddelet når varmeveksleren HS1, er det blitt nedkjølt av det omgivende sjøvannet, som ved sjøbunnen typisk kan være omtrent 4 C og med en normal variasjon fra -2 C til C, avhengig av sted. En brønnstrøm som strømmer gjennom varmeveksleren HS1 vil følgelig bli nedkjølt, for eksempel fra 0 til 3 C, hvorved kjølemiddelet som strømmer gjennom strømningsledningen 1 vil bli varmet opp. Brønnstrømmen vil således ikke bli for varm for utstyret den strømmer gjennom, imidlertid vil den ikke bli så kald at det vil oppstå dannelse av voks og hydrater. 2 Når brønnstrømmen blir transportert til landposisjonen (se Fig. 1), vil den strømme gjennom et langt rør på havbunnen. For å hindre at brønnstrømmen skal bli for mye nedkjølt av det omgivende sjøvannet, blir det oppvarmete kjølemiddelet i kjøleledningen 1 brukt for å bibeholde en nødvendig temperatur i strømningsledningen 1. En fordelaktig løsning for å tilveiebringe denne temperaturen er å anordne en rør-i-rør-strømningsledning 1. Brønnstrømmen kan da fordelaktig strømme gjennom det indre røret, mens det oppvarmete kjølemiddelet strømmer gjennom rommet mellom det indre og ytre røret. For å forhindre utilbørlig varmetap til det omgivende sjøvannet er det ytre røret dekket med en nødvendig tykk isolasjon. Som vil bli forstått av en fagmann på området er andre konfigurasjoner av den sammenførte brønnstrømmen og kjølemiddel-
- 11 - P4221NO00-KM returledningen mulige i stedet for rør-i-rør-løsningen. For eksempel kan røret med varmt vann bli viklet rundt strømningsrøret 1, eller to rør kan anordnes parallelt med hverandre. Det er også mulig å strømme kjølemiddelet i det indre røret og brønnstrømmen i det ytre røret. Fig. 4 illustrerer rør-i-rør-konfigurasjonen til strømningsledningen 1 med et brønnstrømførende rør inne i et ytre rør som utgjør i det minste en del av kjølemiddelreturledningen. På det ytre røret er det anordnet isolasjon. Fig. illustrerer en mer kompleks utførelsesform av det første aspektet av den foreliggende oppfinnelsen. Den har hovedsakelig den samme konfigurasjonen som utførelsesformen vist i Fig. 3. Den fremviser imidlertid noen ytterligere trekk. 1 2 I denne utførelsesformen blir kjølesystemet 0 brukt til å kjøle de seks varmevekslerne eller varmekildene H1, H2, H3, H4, H og H6 vist i Fig. 2. Antallet varmekilder og hva de forskjellige varmekildene er vil bli valgt av operatøren i samsvar med den aktuelle løsningen. I tillegg omfatter kjølesystemet 0 en havbunnsbuffertank 9 som kan holde et volum av kjølemiddelet. Havbunnsbuffertanken 9 er fordelaktig isolert for å hindre urimelige varmetap til det omgivende sjøvannet. Den er anordnet i kjølemiddelreturledningen og er således innrettet til å holde oppvarmet kjølemiddel, som er blitt varmet i én eller flere av varmekildene H1 til H6. I en særlig foretrukket utførelsesform er havbunnsbuffertanken 9 forsynt med en elektrisk varmer 111 som er innrettet til å varme kjølemiddelet i havbunnsbuffertanken 9. Følgelig, dersom kjølemiddelet ikke er tilstrekkelig varmt for å varme brønnstrømmen eller annet havbunnsutstyr med behov for oppvarming, vil operatøren anvende den elektriske varmeren 111 for å tilveiebringe tilstrekkelig varmt kjølemiddel. Dette kan typisk skje etter eller under nedstengning. I utførelsesformen vist i Fig. er det anordnet en kjølemiddelreturledningsavgrening b som er innrettet til å varme forskjellige komponenter 113 til havbunnsanlegget 3, for eksempel en pumpegrenseventil eller rør med stillestående fluid ( dead legs ).
- 12 - P4221NO00-KM 1 Utførelsesformen i Fig. fremviser også en annet fordelaktig trekk. På landposisjonen, hvor kjølemiddelpumpen 7 er anordnet, er det anordnet en overflatebuffertank 11, korresponderende til havbunnsbuffertanken 9. Overflatebuffertanken 11 er også forsynt med en elektrisk varmer 117. Etter en nedstengning, eller dersom tilstrekkelig varme ikke kan gjenvinnes fra brønnstrømmen, kan overflatebuffertanken 11 anvendes til å forsyne oppvarmet kjølemiddel for å varme strømningsledningen 1 som inneholder hydrokarboner. For å gjøre dette må reversstrømningsventilene 119b (i svart) åpnes, mens fremoverstrømningsventilene 119a (i hvitt) må lukkes, for å reversere strømningsretningen til kjølemiddelet. Alternativt kan strømningsretningen til kjølemiddelpumpen 7 endres. Under normal strømning er fremoverstrømningsventilene 119a åpne og reversstrømningsventilene 119b er lukket. I stedet for konfigurasjonen vist i Fig., kan man også forestille seg andre konfigurasjoner for ventilene 119a, 119b og overflatebuffertanken 11. For eksempel kan overflatebuffertanken være anordnet i forgreningen som strekker seg vertikalt i figuren og med en reversstrømningsventil 119b. Kjølemiddelet kunne da ha strømmet gjennom buffertanken 11 kun ved reversstrømningsmodus, mens ikke i fremover-/ normalstrømningsmodus. Alternativt kan en separat dedikert reversstrømningspumpe med hensiktsmessige rør og ventiler installeres. 2 I Fig. indikerer de heltrukne pilene normalstrømningsretningen til kjølemiddelet og korresponderer til pilene i Fig. 3. De stiplete pilene indikerer reversstrømningsretningen til kjølemiddelet, som anvendt når overflatebuffertanken 11 blir anvendt for å varme kjølemiddel som blir tilveiebrakt for oppvarming av strømningsledningen 1. Utførelsesformene vist i Fig. 3 og Fig. fremviser en lukket sløyfe kjøleledning 1. Man kan imidlertid også forestille seg en kjøleledning som ikke er i form av en lukket sløyfe. Videre, utførelsesformene i Fig. 3 og Fig. viser en kjølemiddelpumpe 7 anordnet på land. Den kunne også vært anordnet på en offshorestruktur, enten flytende eller faststående. For å tilveiebringe for enklere vedlikehold og tilgang
- 13 - P4221NO00-KM er den fortrinnsvis anordnet over vannoverflaten. Det ville imidlertid også vært teknisk mulig å anordne den under vannoverflaten. Tegningene i Fig. 3 og Fig. viser også utførelsesformer for det andre aspektet av den foreliggende oppfinnelsen, nemlig et strømningssikringssystem. For det andre aspektet ved oppfinnelsen vil linjen henvist til som kjølemiddelreturledningen i beskrivelsen av det første aspektet ved oppfinnelsen, være varmeledningen. Varmeledningen fører et varmemiddel. 1 2 I en utførelsesform av det andre aspektet ved oppfinnelsen (det vil si et strømningssikringssystem), fører varmeledningen varmemiddelet til én eller flere havbunns varmekilder HS1, HS2, HS3, HS4, HS, HS6, hvorved varmemiddelet blir varmet opp. Varmemiddelet blir så ført til hydrokarbonførende linjer, slik som strømningslinjen 1, som skal varmes for å tilveiebringe strømningssikring. I en annen utførelsesform av det andre aspektet ved oppfinnelsen blir varmemiddelet varmet ved en overflateposisjon, og så ført til den hydrokarbonførende strømningsledningen 1. I en slik utførelsesform blir varme fra brønnen eller varmeavgivende havbunnsutstyr ikke gjenvunnet. Forskjellige trekk som er beskrevet i tilknytning til det første aspektet ved oppfinnelsen kan også gjelde for utførelsesformer ved det andre aspektet ved oppfinnelsen. For eksempel kan varmemiddelet fordelaktig være ferskvann og en pumpe for pumping av varmemiddelet kan fortrinnsvis være anordnet på overflateposisjonen. De viste utførelsesformene er følgelig systemer som både kan tilveiebringe kjøling av havbunnsutstyr som behøver kjøling så vel som varming av havbunnsutstyr som behøver varming. Videre, systemene anvender gjenvunnet varme fra det kjølte utstyret for å varme utstyr som behøver oppvarming. Effektiv kjøling av motorer tillater både høyere effekt på motorene og utvider deres levetid på grunn av lavere indre temperaturer som er fordelaktig for myke materialer.
- 14 - P4221NO00-KM I utførelsesformene av det første aspektet ved oppfinnelsen, hvor kjølemiddelledningen strekker seg fra land til et havbunns hydrokarbonanlegg, kan det siste i noen tilfeller være anordnet langt fra land, slik som mer enn 0 km eller til og med mer enn 0 km fra land. Det samme gjelder for varmeledningen ved det andre aspektet ved oppfinnelsen. Det kan også være tilfeller hvor gassfasen eller væskefasen blir re-injisert med injeksjonskompressor eller pumpe, henholdsvis. I alle indikerte tilfellene er strømningssikring et tema, og løsninger må anvendes avhengig av strømningssikringsproblemer fra tilfelle til tilfelle. 1 Som vil bli forstått av en fagmann på området, oppfinnelsen gjør det mulig med nøyaktig temperaturstyring av kjølemiddelet så vel som fluider som skal kjøles (hydrokarbonstrømning). Oppfinnelsen kan anvendes for alle typer havbunns produksjonssystemer og havbunns prosesseringssystemer dersom tilstrekkelig varme er tilgjengelig i brønnstrømmen og andre kilder, inkludert også buffertanken med elektrisk varming. 2 I tegningene er det inkludert komponenter som er til hjelp for å beskrive og å forstå oppfinnelsen. For eksempel er noen ventiler, temperaturgivere og bypassledninger for temperaturstyring av kjølemiddelet og fluider som må kjøles ikke inkludert. Et ekspansjonssystem for kjølemiddelet, som vil forandre volum med temperatur, er heller ikke inkludert idet dette er kjent for en fagmann. Som nevnt ovenfor kan effektytelsen i kw for motorer og pumper og kompressorer økes ved kjøling. Oppfinnelsen gjør det mulig å kjøle godt, for eksempel å holde motortemperaturer under for eksempel C sammenlignet med under 70 C med fri konveksjonskjølere (passive). Lav temperatur forlenger også levetiden til myke (polymeriske) materialer til motorer og øker således påliteligheten. De samme argumentene gjelder for VSD-en.
- 1 - P4221NO00-KM Tvungne kjølere (aktive kjølere) av noen typer, og fordelaktig skall-og-rørkjølere, vil være anvendt ved oppfinnelsen. Tvungne kjølere er meget effektive sammenlignet med fri konveksjonskjølere (passive kjølere). Den samlete varmeoverføringskoeffisienten (OHTC) for aktive kjølere kan typisk være 00-0 W/(m 3 *K) mens typisk -0 W/(m 3 *K) for passive kjølere. Dette resulterer i mye mindre kjølerareal, dimensjoner og vekt for aktive kjølere sammenlignet med passive. På grunn av at kjølemiddelet ved oppfinnelsen er ren og ikke-korroderende, vil korrosjonsstyring være enklere enn for passive kjølere som er eksponert for det salte sjøvannet. En annen viktig forskjell er at kjølere ved oppfinnelsen ikke er utsatt verken for temperaturindusert eller CP (katodisk beskyttelse) indusert karbonatavleiring og belegning, noe som reduserer OHTC betraktelig, er ikke nødvendig for kjølere ved oppfinnelsen.
- 16-1 Patentkrav 1. Kjølesystem som kjøler ett eller flere havbunnselementer (HS1, HS2, HS3, HS4, HS, HS6) til et havbunns hydrokarbonanlegg (4, 6), der kjølesystemet (0) omfatter en kjølemiddelførende kjøleledning (1) i tilknytning med nevnte havbunnselement (HS1, HS2, HS3, HS4, HS, HS6), hvorved en pumpe (7) er innrettet til å pumpe kjølemiddelet gjennom kjøleledningen (1), karakterisert ved at kjøleledningen (1) strekker seg fra en overflateposisjon () til nevnte havbunnselement (HS1, HS2, HS3, HS4, HS, HS6); at kjøleledningen (1) omfatter - en kjølemiddeltilførselslinje (3) mellom overflateposisjonen () og havbunnselementet (HS1, HS2, HS3, HS4, HS, HS6); og - en kjølemiddelreturledning (); og at kjølemiddelreturledningen () er anordnet i tilknytning til en hydrokarbonstrømningsledning (1) som strekker seg fra hydrokarbonanlegget (3, 4, 6), og således varmer hydrokarbonstrømningsledningen (1). 2. Kjølesystem i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at kjølemiddelet er ferskvann. 3. Kjølesystem i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert ved at kjølemiddel- et omfatter et antifrysekjemikalie. 4. Kjølesystem i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at kjølemiddelet er en olje. 2. Kjølesystem i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at kjølemiddelreturledningen () og hydrokarbonstrømningsledningen (1) danner en rør-i-rørkonfigurasjon, hvorved hydrokarbon strømmer i det indre røret og kjølemiddelet strømmer i ringrommet mellom det indre og ytre røret. 6. Kjølesystem i samsvar med et av patentkravene 1 eller, karakterisert ved at kjølemiddelreturledningen () er anordnet i tilknytning til strømningsførende elementer (113) til havbunnsanlegget (1, 4, 6) for strømningssikring i de strømningsførende elementene (113).
- 17-7. Kjølesystem i samsvar med et av patentkravene 1, eller 6, karakterisert ved at i kjøleledningen (1) er det anordnet en havbunnsbuffertank (9) for varmet kjølemiddel, ved en havbunnsposisjon. 8. Kjølesystem i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at buffertanken (9) omfatter en elektrisk varmer (111). 9. Kjølesystem i samsvar med hvilket som helst av de foregående patentkravene, karakterisert ved at kjølemiddelreturledningen () strekker seg mellom havbunnselementet (HS1, HS2, HS3, HS4, HS, HS6) og overflateposisjonen (), og at kjøleledningen (1) er en lukket sløyfe til hvilken det er koblet en kjølemiddelpumpe (7). 1 2. Kjølesystem i samsvar med patentkrav 9, karakterisert ved at den omfatter en overflatebuffertank (11) innrettet til å tilveiebringe varmet kjølemiddel, og at kjølemiddelpumpen (7) og tilknyttete strømningsventiler (119a, 119b) kan betjenes for å strømme varmet kjølemiddel fra overflateposisjonen () og inn i kjølemiddelreturledningen (), og slik varme opp nevnte hydrokarbonstrømningsledning (1). 11. Strømningssikringssystem anordnet i tilknytning til en hydrokarbonførende strømningsledning (1) anordnet på havbunnen, hvor det omfatter en varmemiddelførende varmeledning (1) som strekker seg fra en overflateposisjon () og langs strømningsledningen (1) og med varmeoverførende kontakt med strømningsledningen (1), karakterisert ved at varmeledningen (1) omfatter en tilførselsledning (3) som strekker seg fra overflateposisjonen () til en havbunns varmekilde (HS1, HS2, HS3, HS4, HS, HS6), og en returledning () som strekker seg fra havbunns varmekilden til overflateposisjonen, hvorved returledningen () er anordnet med varmeoverførende kontakt med strømningsledningen (1). 12. Strømningssikringssystem i samsvar med patentkrav 11, karakterisert ved at varmeledningen (1) omfatter en forsyningsledning () som strekker seg fra en overflatebuffertank (11) ved overflateposisjonen () og at varmeledningen () er anordnet med varmeoverførende kontakt med strømningsledningen (1).