JPH0579593A - 輸送管路を電気的に加熱する方法 - Google Patents

輸送管路を電気的に加熱する方法

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JPH0579593A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 有機残留物に富む粘性の流体を運搬するパイ
プライン即ち輸送管路、特に海底に配置されるそれ、の
内部を電気的現象を通じて発生される熱を利用して清掃
する。 【構成】 本発明の加熱方法は、基本的には輸送管路の
特定点間に差込まれる連結スプール７を通じて輸送管路
の内部に加熱要素１を導入し、次いで加熱要素に電流を
供給し、加熱要素によって発生される熱が輸送管路内の
粘性の流体に、または、固く内側管壁に付着した有機残
留物の密集体に伝達され、それにより輸送管路の内壁か
らの残留物の分離が生じて、流体の流れを維持するため
の条件が再び確立されるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は粘性を有し且つ／または
有機残留物に富む流体を運搬するパイプライン即ち運搬
回路を、流体射出及び／または蒸気発生と組合わせて、
または、組合わせることなしに、電気的現象による熱の
発生を利用して清掃する方法に関する。
【０００２】本発明は、また、例えば陸上または海底石
油生産油田に既に設定された輸送管路の内部への加熱要
素の導入を可能にする機械的装置に係る。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】沖合生
産油田において、油井からの生産物をプラットホームへ
運搬する流体管路は、原油の特性と流体管路が設置され
る場所、普通は水温が約５℃に達し得る大きな深度にい
ちされる、における優勢な低温度とによって、原油中に
溶解して存在する残留物、即ちパラフィン、アスファル
ト、樹脂、ワックス、シリカなど、によって深刻な閉塞
問題に直面する。
【０００４】前記残留物は、それらの組成はむしろ前の
位置において生起した可能性があるが、管路内に蓄積す
る傾向があることが証明されている。流体の流量に依存
して、これら残留物は水温が低下するとき直ちに堆積し
ない。流体の流れはいわゆる流動点、即ち流体の流れが
それ自体の重量によって生じる最低温度、より低い温度
において生じ得ることは知られている（スタンダードＡ
ＳＴＭ−Ｄ９７）。これはもし圧力が流体のその流動点
より低い温度で与えられるならば、それは流れることを
意味する。
【０００５】しかし、実際においては、輸送管路内にお
ける圧力の供給は、装備の馬力及び寸法に関して厳しい
制限に直面する。輸送管路がより長くなるにつれて、閉
塞の問題は悪化し、そして数kmの長さに達し得る。
【０００６】パラフィン系残留物によって生じる閉塞
は、輸送管路を通じて輸送されつつある流体が十分に加
熱されるときは、減じられ得るまたは無くされ得ること
はよく知られており、それにより輸送管路壁からの残留
物の剥離が可能にされ、従ってその変位がより容易にさ
れる。
【０００７】米国特許第４５３８６８２号には水切りテ
ーブル（water table)によって切られる態勢(formatio
n) に位置される油井の生産ストリングの低温区域に堆
積するパラフィン系の残留物を除去する方法が説明され
る。この方法は油井内において、生産ストリングとケー
シングとの間に形成される環を通らせて、堆積物が生じ
る区域のレベルまで下方へ、ストリングの閉塞された間
隔と関連するコイルまたはコイルのセットを走行させる
ことから構成される。コイルの末端はコイルを加熱する
目的を以て電力供給装置に結合され、コイルは熱を生産
ストリングとその内部の流体とに伝達する。
【０００８】この方法の主たる欠点は、熱が一特定区域
へ供給され、ストリングのその他の点に残留物が堆積す
るのを阻止せず、そこにおいて新しい温度差が生じ、そ
れが堆積物の組成を許すことである。従って、コイルは
一区域から他の一区域へ常に変位されなくてはならな
い。
【０００９】この同じ出願人によるブラジル特許願Ｐ１
−８６０２２７８号には油井の脱パラフィンの方法であ
って電流が油井の生産ストリングへ供給されそれにより
ストリング内の流体への熱の消散を促進するとともにス
トリングとポンピング棒とにおけるパラフィン堆積物の
発生を防止するものが開示される。この場合において、
流体はストリングに沿って加熱状態に維持され、従って
新しい堆積を防止する。
【００１０】油井が海底に位置されるときは、上に説明
された方法は適用困難になる。油井に対し直接に干渉す
る方式は、すべて、面倒な作業を示唆し、極めて費用が
かかることに加えて、相当時間を消費しそして大きなリ
スクを伴うからである。それは海中において大きな深度
に配置される数kmに及ぶ配管を加熱するケースであるこ
とが想起されなくてはならない。
【００１１】これらの欠点に加えて、沖合施設の場合、
油井とプラットホームとの間の結合は取扱い上の便宜性
により可撓輸送管路によって達成される。これら可撓輸
送管路は基本的にはエラストマ、通常はポリアミド系の
一つ、の層を間に挿入された鋼螺旋の交互の層によって
形成される。内鋼層は相互ロックされるが、外層はより
強い構造補強材を有する輸送管路を提供するように設計
された交差シールドによって構成される。
【００１２】前記構造に鑑みて、これら輸送管路は加熱
された流体の運搬のためのそれらの適用に関して特定の
制限に直面する。
【００１３】本発明の目的は、有機残留物に富む粘性の
流体を運搬するパイプライン即ち輸送管路、特に海底に
配置される輸送管路、を特別の流体の使用と組合せてま
たは組合せることなしに、加熱要素を使用して、例えば
電気的現象から発生される熱の適用によって清掃する方
法を提供することである。
【００１４】本発明の他の一目的は、本発明の方法にお
いて使用される加熱要素を提供することである。
【００１５】本発明のさらに他の一目的は、既に海底に
設置された、有機残留物に富む粘性の流体を運搬するパ
イプライン即ち輸送管路内に加熱要素を導入する手段を
提供することである。
【００１６】これら及びその他の目的は本発明がより詳
細に説明されるに従ってより明らかになるであろう。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的である加熱
手段は、有機残留物に富む粘性の流体を運搬するパイプ
ライン即ち輸送管路の内部に、前記輸送管路の特定点に
据付けられる連結スプールを通じて加熱要素をそれが前
記有機残留物によって閉塞された区域と交差するように
導入することと、これら残留物を輸送管路の壁から離脱
させるのに十分な熱を前記残留物に伝達するとともに流
体が流れるのに必要な条件を再び確立することから構成
される。
【００１８】前記方法において使用される加熱要素は、
電気的に絶縁された１個または複数個の強磁性体から成
る導体のセットによって形成される加熱管から構成さ
れ、前記導体はやはり強磁性体の外層によって螺旋状に
巻かれ、そして導体のセットの末端は相互にまたは前記
外層に接続される。
【００１９】流体を運搬するパイプライン即ち輸送管路
内に前記加熱要素を導入するため、特にこの目的のため
に設計された連結スプールが使用される。連結スプール
はその末端を流体を運搬する輸送管路と結合することを
可能にするため末端にアダプタを設けた円筒形の本体を
有しそして案内チャンネルが差し込まれる横開口を設け
られ、前記案内チャンネルは前記流体を運搬する輸送管
路の内部への加熱要素の貫入を特定方向に指向させ且つ
中心に位置決めするように連結スプールの円筒形の本体
に部分的に貫入する。
【００２０】本発明の理解を容易にする目的を以て、本
明細書に包含される図面を同時に参照しつつ、以下詳細
に本発明を説明する。
【００２１】本発明は導体への電流の供給を通じて得ら
れる電気的現象から発生される熱に基づくものである。
【００２２】電流が導体を通じて供給されるに従って、
エネルギの特定量は熱に変換される。このことは等式Ｑ
＝ＲＩ2 によって表される。ここで、Ｑは発生される熱
を表し、Ｒは導体を構成する材料の抵抗を表し、そして
Ｉは導体を通って流れる電流の強さを表す。
【００２３】電流の抵抗効果に基づく前記現象はジュー
ル効果として知られる。
【００２４】電流によって熱を得る他の一方法は誘導効
果に基づく。絶縁材料のコーティングによって被覆され
た内部導体と強磁性体の外部カーカスとによって形成さ
れたダクトの場合を検討すると、ダクトの内部導体を通
る交流電流の循環は、ダクトのコーティング内に様々の
磁気流れを誘導してそこに電圧を生じさせ、それにより
コーティング内の電流の循環が促進される。前記電圧は
ファラデーの法則に従う：
【００２５】
【数１】ｅ＝Ｎｄφ／ｄｔ
【００２６】上式で、ｅは電圧を表し、φは磁気流れを
表し、そしてｔは時間を表す。前記電流の循環から生じ
るエネルギはコーティング自体内で熱の形式で消散され
る。
【００２７】生じるもう一つの現象はいわゆる表皮効果
である。表皮効果は電流の分配を電気導体の横断面で均
一でなくさせる。これは導体の中心で誘導される起電力
が周辺で生じる起電力より大きく、循環する電流を導体
の周辺へ移動するように強制する事実によるものであ
る。かくして、電流の通過のための有効区域はより小さ
くなり、回路の有効抵抗が増大され、循環する電流の毎
単位につきより大きい量の熱を発生させることを可能に
する。この区域の厚さは、循環する電流の値が導体の周
辺における電流の値の１／ｅと等しくなるように限定さ
れ、そして下式によって計算され得る：
【００２８】
【数２】δ＝１／〔πσμｆ〕1/2
【００２９】上式において、δは表皮効果の厚さまたは
深さであり、σは導電率を表し、μは導体の透磁率であ
り、そしてｆは電流の周波数である。
【００３０】それを通って電流が循環する層の厚さの減
少によって、周波数が高いほど、表皮効果が大きいこと
が認められる。
【００３１】本発明は、環境に対し熱を発生させるため
上に説明された諸効果の組合せに基づき、本発明の目的
である、粘性を有し且つ／または有機残留物に富む流体
を運搬するパイプライン即ち輸送管路を清掃する方法に
使用するため発生される前記熱を利用する。
【００３２】
【実施例】図１に示されるように、本発明の方法におい
て使用される加熱要素１は加熱管２を有し、該加熱管は
セラミック材、テフロンまたは任意のその他の適当な材
料５によってその外コーティング４から電気的に絶縁さ
れた、鉄、鋼または合金のうちから選択された少なくと
も一つの強磁性体から成る導体３によって形成される。
前記導体３は、図１の（Ａ）に示されるように、外コー
ティング４に結合され、または、複数の導体が使用され
る場合は図１の（Ｂ）に示されるように、それら自体間
で結合される。外コーティング４は波型またはインター
ロック型である（やはり強磁性体から作られる）。これ
ら型は引張強さ及び可撓性を外コーティングに付与し、
後に説明されるように、流体を運搬するパイプライン即
ち輸送管路内にそれが導入されるときにおける取扱いの
容易性に配慮している。
【００３３】複数の内部導体はいくつかの方式でそして
所望の数量を以て連結され得そして円形、楕円形または
任意のその他の適切な断面を有し得る。図１の（Ｃ）〜
（Ｆ）はこれら可能性の若干を示すが本発明を制限しな
い。
【００３４】図１の（Ｆ）に示される他の一代替形式
は、前記電気導体の一つが流体運搬管６と置き換えられ
ることによって構成される。前記流体運搬管６は残留物
の分解を助けるため、水または任意の特殊流体、例えば
溶剤、の導入のために使用さえれ得る。
【００３５】加熱要素１の終端部（図面には示されな
い）は輸送管路の末端に対し調整される一部材であって
電気的接続部を保護するとともに、粘性を有し且つ／ま
たは有機残留物に富む流体を運搬する輸送管路の内部に
固着した残留物の密集体に容易に貫入するように形づく
られたものを有する。溶剤運搬管の使用が予想される一
修正型としてそれが使用される場合は、前記終端部は溶
剤の出口として配慮される１個または複数個のオリフィ
スを設けられる。
【００３６】ここに図示または説明されないが当業者に
よって容易に考え付かれるその他の可能形式は本発明の
範囲に包含されることが指摘されなくてはならない。
【００３７】図２は輸送管路のための連結スプールであ
って本発明の方法の良好な実施のため基本的重要性を有
する一部材を構成するものをその縦断面で示す。
【００３８】前記連結スプール７はそれと連結さるべき
輸送管路の直径と同等の直径を有する円筒形の本体８で
あって輸送管路間における容易な結合のためにその末端
に位置されるアダプタ９，９Ａと、その横壁に位置され
る開口１０とを設けられたものを有する。この開口１０
を通じて案内チャンネル１１が導入される。案内チャン
ネル１１は連結スプール７の円筒形の本体８の内部に貫
入しそして前記開口１０に結合されて、流体が環境に流
出するのを防止するために完全に密閉される。案内チャ
ンネル１１は閉塞された輸送管路の内部に加熱要素１を
中心に位置決めして導入するように配慮されそしてその
傾斜度は前記加熱要素１の連結スプール７内への摺動
と、それからの閉塞輸送管路へのその摺動を可能にする
ように計算されそしてその変位を特定方向に指向する。
【００３９】連結スプール７の円筒形の本体８の外側に
延びるチャンネル部分１１Ａは輸送管路内への加熱要素
１の摺動作業を助ける機械的手段、例えば軸受及び／ま
たは歯車、を設けられる。このチャンネル部分１１Ａに
おいて、案内チャンネル１１の内部はセットの耐密性を
保証するために動的密閉のための手段（図示されない）
を設けられる。
【００４０】沖合石油生産の場合、生産システムの選択
は、生産油井の個数、油田規模及び特性、使用さるべき
回収方法、水深などのごときパラメータを考慮にいれて
行われる。
【００４１】図３は油井からの生産物が海底に設置され
る海中生産マニホルド１３へ個々の管路（Ａ，Ｂ，……
Ｚ）によって運搬されそしてそれから大径の単一管路１
５を通じてプラットホーム１４へ運搬される生産システ
ムを相当簡単化された様式で概略的に図示する。代替的
に、生産油井の個数に依って、前記個々の管路は直接に
プラットホーム１４に結合され得る。
【００４２】本発明の方法はプラットホーム１４に結合
される個々の管路に、または単一管路に、１個または複
数個の連結スプール７を間に差込みそしてそれらを通じ
て加熱要素を前記管路内に導入する可能性を有する。加
熱要素によって発生される熱が流体を運搬する輸送管路
即ちパイプライン内の流体に伝達されるにつれて、前記
流体の粘度は変化させられ、従って加熱要素、即ち前に
説明された加熱管２、が輸送管路の内側に堆積した残留
物の密集体中に貫入しそして変位するのを容易にする。
【００４３】本発明の目的である電気的輸送管路加熱方
法は、予決定された点において、流体を運搬する閉塞さ
れた輸送管路（１５，Ａ，Ｂ，……Ｚ）−または生産管
路−を分離することと、横開口１０を設けられた連結ス
プール７を前記点において輸送管路間に差込むことと、
前記横開口１０を通じて加熱管２によって構成された加
熱要素１を導入することと、前記加熱要素を前記流体運
搬パイプライン即ち輸送管路の内部に貫入させそして管
路を通じて変位させることとから構成され、前記連結ス
プール７内への加熱要素の導入と同時に、電流が地表に
配置された発電源から発生し、従って前記加熱要素から
発生された熱が輸送管路の内側の粘性の流体または固く
付着した残留物密集体へ伝達されそして少なくとも残留
物密集体が輸送管路の内面から分離しそして流体の流れ
のための条件を再確立するようにされる。ひとたび、流
体の流れが再確立されるならば、流体の温度は電流の通
路を定期的に遮断することによって制御され得る。
【００４４】加熱管の終端部の形状は、本方法の開始時
において、即ち、温度差が依然として大きくそして残留
物密集体が固化状態のとき、残留物密集体中への加熱管
の貫入に有意義的に貢献する。
【００４５】本発明の方法の一利点は、加熱要素が輸送
管路の既に通過された全区域において流体を被加熱状態
に維持し、加熱要素の通過後に流体が固化するのを防止
し、かくして輸送管路における流れの定常化のための条
件を保証する。
【００４６】本発明の他の一利点は、既に言及されたよ
うに、その構造が過度の温度によって損傷され得る可撓
管から構成される流体運搬パイプライン即ち輸送管路の
材料に影響を及ぼさないように流体温度が制御され得る
ことである。
【００４７】さらにもう一つの利点は、加熱要素は管の
形を有するからそれが標準セグメントを以て製造され得
ることである。前記標準セグメントは、本発明の明細事
項に従えば、必要な長さが得られるまでそれら自体間で
相互連結され得る。従って、その取扱いのために追加費
用は必要とされない。何故ならば、ブランチ（ｂｒａｎ
ｃｈ）において使用されそして作業サイトにおいて通常
入手可能である在来の装備が使用され得るからである。
【００４８】清掃さるべき輸送管路の長さが例えば予決
定点から過度に大きい場合においては、少なくとも２個
の加熱要素を互いに反対の方向に導入することが可能で
あり、そのためには案内チャンネルを反対方向に指向し
て２個の連結スプールを使用すれば十分である。
【００４９】輸送管路内の固化された残留物密集体の性
質に依っては、加熱要素の貫入を容易にするため、また
は残留物密集体を分解するため、特殊な流体、例えば蒸
気または溶剤を使用することが必要とされる。これら場
合においては、図１（Ｆ）に示される代替形式であって
前記特殊流体を直接所望点に対し射出し得る流体運搬管
６を有するものが使用され得る。
【００５０】水射出が使用される場合において、加熱管
２によって発生される温度は蒸気を発生させるのに十分
であり、該蒸気は残留物密集体中への加熱管の貫入を容
易にするとともに既に分解された残留物密集体を運搬す
るための作用物として使用され得る。
【００５１】固有空気対流及び２２℃の周囲温度の条件
における予備実験室試験は、０４７cm（３／１６''）の
直径を有する内部鉄導体であって内部セラミック絶縁体
と、２５４cm（１''）の直径を有する波型外コーティン
グとを有するものによって形成される加熱管に４０Ａ，
６０Ｈｚの電流を概ね６０分間供給することによって加
熱管の外コーティングに約５４℃の温度を得ることが可
能であることを示した。
【００５２】この方法は陸上の輸送管路、例えば油パイ
プライン、または陸上油井にも同様に適用されることは
当業者に明らかになるであろう。
【００５３】油田が前に説明された特徴を呈することが
知られている区域における生産システムの新規設置の場
合、加熱要素は前記新システムの設置時に前以て据付け
られ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の加熱要素の一実施例であって
単一の強磁性導体を有するものの側面図、（Ｂ）は
（Ａ）の加熱要素の断面図、（Ｃ）は（Ａ）の加熱要素
の第１の修正形式であって２個の強磁性導体を有するも
のの側面図、（Ｄ）は（Ｃ）の加熱要素の断面図、
（Ｅ）は（Ａ）の加熱要素の第２の修正形式の断面図、
（Ｆ）は（Ａ）の加熱要素の第３の修正形式の断面図。
【図２】輸送管路のための連結スプールの縦断面であ
り、輸送管路内への加熱要素の導入の方法を示す図面。
【図３】沖合石油生産システムの一部を示す概略図。
【符号の説明】
１ 加熱要素 ２ 加熱管 ３ 導体 ４ 外コーティング ５ テフロンその他材料 ６ 流体運搬管 ７ 連結スプール ８ 円筒形本体 １０ 横開口 １１ 案内チャンネル １２ 軸受

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粘性を有し且つ／または有機残留物に富
    む流体を運搬する輸送管路を電気的に加熱する方法にお
    いて、閉塞された流体を運搬する輸送管路（１５，Ａ，
    Ｂ，……Ｚ）を予決定された点において分離すること
    と、横開口（１０）を設けられた輸送管路連結スプール
    （７）を前記点において間に差込むことと、前記横開口
    （１０）を通じて加熱要素（１）を導入することと、前
    記加熱要素（１）を前記流体を運搬する輸送管路内に貫
    入させそして輸送管路を通じて変位させることと、前記
    加熱要素（１）に、前記連結スプール（７）内への加熱
    要素（１）の導入と同時に、地表に位置される発電源か
    ら発する電流を供給することとから構成され、従って前
    記加熱要素（１）によって発生される熱が前記流体を運
    搬する輸送管路内の粘性の流体または固く結びついた残
    留物密集体に伝達されて少なくとも残留物密集体が前記
    流体を運搬する輸送管路の内面からそれ自体を引き離す
    とともに流体が流れる条件を再確立するに至るまでその
    物理的特徴を修正し得ることを特徴とする輸送管路を電
    気的に加熱する方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載される輸送管路を電気的
    に加熱する方法において、加熱要素を通る電流の間欠的
    通過を通じて前記流体を運搬する輸送管路内の流体温度
    を制御することを特徴とする輸送管路を電気的に加熱す
    る方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載される輸送管路を電気的
    に加熱する方法において、前記加熱要素（１）が、強磁
    性体から作られたその外コーティング（４）によって電
    気的に絶縁された少なくとも１個の強磁性体から成る導
    体（３）によって形成された加熱管（２）を有し、前記
    導体（３）の末端が相互間でまたは外コーティング
    （４）に結合されることを特徴とする輸送管路を電気的
    に加熱する方法。
  4. 【請求項４】 請求項１または請求項３に記載される輸
    送管路を電気的に加熱する方法において、前記加熱要素
    （１）がその導体（３）の少なくとも１個に代えて特殊
    流体を運搬する管を有することを特徴とする輸送管路を
    電気的に加熱する方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載される輸送管路を電気的
    に加熱する方法において、連結スプール（７）が粘性を
    有し且つ／または有機残留物に富む流体を運搬する輸送
    管路の直径と同等の直径を有し、その末端に輸送管路間
    に結合するためのアダプタ（９，９Ａ）を設けられ、そ
    してその横壁に開口（１０）を有する円筒形の本体
    （８）を有し、さらに前記連結スプール（７）が前記円
    筒形の本体（８）の内部に貫入する案内チャンネル（１
    １）を有し、前記案内チャンネルが前記横開口（１０）
    に結合されてそれを完全に密閉しそして前記円筒形本体
    （８）の外部に部分的に突出し、前記外部に部分的に突
    出する案内チャンネル（１１）の部分（１１Ａ）が動的
    密閉手段と機械的手段（１２）、例えば軸受及び／また
    は歯車、とを設けられ、流体を運搬する輸送管路内への
    前記加熱要素（１）の導入を特定方向に指向し、中心に
    位置決めしそして補助することを特徴とする輸送管路を
    電気的に加熱する方法。
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