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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR HEATING A PIPELINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/052134
Kind Code:
A2
Abstract:
Electrically heating pipelines is known from the prior art, for which purpose resistive heaters, for example, are used. The skin effect, with which the surface of a metallic construction can be heated, is also possibly utilized. According to the invention, the heating occurs inductively, for which purpose an inductor is associated with the pipeline. This occurs in practical implementation as a result of either the feed conductor or the return conductor of an inductor circuit (loop) is fastened directly to the pipeline, while the other conductor, in other words, the return conductor or feed conductor, is guided at a distance. Thus two pipelines can also possibly be supplied, wherein the feed conductor of the inductor loop is guided on the one pipeline and the return conductor of the inductor loop is guided on the other pipeline. Such an arrangement of the inductor lines is connected to a medium-frequency generator (6) on the oil drilling platform (1). In order to achieve adequate effectiveness, the series inductance of the double line is compensated, which can be realized by series capacitances or distributed transverse capacitances.

Inventors:
WACKER BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/063901
Publication Date:
May 14, 2010
Filing Date:
October 22, 2009
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
WACKER BERND (DE)
International Classes:
F16L9/02; F16L53/34; F16L1/16
Foreign References:
US5241147A1993-08-31
US6617556B12003-09-09
DE102007040605B32008-10-30
DE102004009896A12005-09-15
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Beheizung einer Rohrleitung, insbesondere im On- und Offshore-Bereich von Öl- und Gasförderanlagen, mit folgenden Maßnahmen:

- die Beheizung wenigstens einer der Rohrleitungen erfolgt induktiv,

- wozu eine Induktorleitung aus Hin- und Rückleiter verwendet wird und - mindestens eine der Induktorleitungen parallel und nahe zur Rohrleitung geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hin- und Rückleiter der Induktorleitung an einen Mittelfre- quenzgenerator angeschlossen werden, wobei die sekundäre Last die elektrisch leitfähige Rohrleitung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hin- und Rückleiter des Induktors an der zu beheizenden Rohr- leitung entlang geführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei Hin- und Rückleiter der Induktorleitung parallel gegenüberliegend, insbesondere diametral beabstandet durch den Durchmesser der Rohrleitung längs an der zu beheizenden Rohrleitung entlang geführt werden .

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinleiter oder der Rückleiter der Induktorleitung an ei- ner Seite der Rohrleitung befestigt und längs der Rohrleitung geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückleiter der Induktorleitung beabstandet zum Hinleiter geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohrleitungen mit einer Induktorleitung beheizt werden, wobei der Induktor in einer Schleife geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinleiter längs einer ersten Rohrleitung und der Rückleitung längs einer zweiten Rohrleitung geführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rohrleitungen ein für die elektromagnetische Induktion geeignetes Material gewählt wird, und zwar zumindest ein elektrisch leitfähiges Material, vorzugsweise ein ferromagne- tisches Material oder eine Kombination daraus.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung thermisch isoliert ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem der Induktor in- nerhalb der Rohrleitungsisolation untergebracht ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem der Induktor außerhalb der Rohrleitungsisolation angebracht ist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Verbundes aus Rohrleitung und Induktorleitung abschnittsweise gemessen wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsinduktivität der Induktorleitung abschnittsweise kompensiert wird.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch eine Induktorleitung mit Hin- und Rückleiter (7a, 7b), die beide als Teil einer Induktorleitung (7) einen geschlossenen Loop bilden, wobei wenigstens einer der Leiter (7a oder 7b) an der Wandung der Rohrleitung (5) befestigt ist und wobei die Enden von Hin- und Rückleiter (7a, 7b) an einen Mittelfrequenzgenerator (6, 60) angeschlossen sind, der wenigstens einige 10OkW bis zu einigen Megawatt (MW) elektrische Leistung bei einer Frequenz zwischen 0,5 bis 300 kHz liefert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (5) wenigstens teilweise aus einem fer- romagnetischen Werkstoff besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (5) aus einem Verbundwerkstoff bestehend aus zumindest einem ferromagnetischen Werkstoff und einem weiteren elektrisch leitfähigen oder nicht elektrisch leitfä- higen Werkstoff besteht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Hinleiter (7a) oder der Rückleiter (7b) der Induktorleitung (7) bereichsweise mechanisch am Umfang der Rohrleitung (5) angebunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Induktorleitung (7) und Rohrleitung (5) thermisch gegenüber der Umgebung isoliert ist, beispielsweise durch Isolationsmatten, Schaummaterial od. dgl .

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, wobei die Induktorleitung (7) kompensiert ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine abschnittsweise Kompensation der Leitungsinduktivitäten (L1) durch Serienkapazitäten (C1) erfolgt .

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, wobei die Induktorleitung (7) kompensiert ausgebildet ist, da- durch gekennzeichnet, dass eine abschnittsweise Kompensation der Leitungsinduktivitäten (L1) durch verteilte Querkapazitäten (C1) erfolgt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des kompensierten Induktors (7) der Frequenzgenerator ein Parallel-Resonanz-Fre- quenzumrichter (-) ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des kompensierten Induktors (7) der Frequenzgenerator ein Reihen-Resonanz-Frequenzumrichter (-) ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei welchem der Induktor bei einer Resonanzfrequenz zwischen 0,5 kHz und 30OkHz betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Resonanzfrequenzumrichter vorhanden ist, mit welchem die als Induktor ausgebildete kompensierte Leiterschleife mit der Resonanzfrequenz (fr) entsprechend der Umrichterausgangsfrequenz abgestimmt ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung ein Chopperkreis (80) vorhanden ist, der den Wechselrichter versorgt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Chopperkreis durch einen Gleichrichter versorgt wird.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter durch einen Transformator (65) mit Dreh- oder Wechselspannung versorgt wird.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung der Transformator (65) mit Anzapfungen (61) und Stufenschalter (62) vorhanden ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtungen (6, 60) zur Bereitstellung der Resonanzfrequenz auf einer Plattform (1) über Wasser angeordnet sind.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Versorgungseinrichtungen (6, 60) zur Bereitstellung der Resonanzfrequenz unter Wasser angeordnet ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Beheizung einer Rohrleitung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beheizung einer Rohrleitung, insbesondere im On- und Offshore-Bereich von Öl- und Gasförderanlagen. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Insbesondere Offshore-Plattformen erweitern ständig ihren Radius in Richtung sogenannter Satellitenölfeider, welche bis zu einige 10 km, heutzutage 10 bis 15 km, von der Plattform entfernt sind und separate Bohrlöcher anzapfen. Die Ölproduk- tionsrohre zu diesen entfernten Förderstellen verlaufen vom Bohrloch entlang auf dem Meeresgrund. Das geförderte Medium, d.h. Rohöl in Form normaler Viskositäten (von etwa 40 API) oder Schweröle bis API 20 bzw. Gemische aus vorgenannten Rohölen mit mitgefördertem Wasser oder Gas, wird dabei in Rohr- leitungen aus Metall mit einem typischen Durchmesser von 6" (ca. 152 mm) bis 12" (ca. 305 mm) zur Plattform gefördert. Auf der Länge der Rohrleitung kühlt das Medium ab und unter den am Meeresgrund herrschenden Temperaturverhältnissen kann es zum Zuwachsen der Rohre durch Ablagerungen von Paraffinen oder zur Vereisung von Methanhydraten kommen, wodurch der Durchfluss behindert wird.

Bei Letzterem wird für typische Ölqualitäten wie sog. Brent oder WTI (West T_exas I_ntermediate) unterschieden zwischen - Normalbetrieb, wobei am Bohrloch Temperaturen bis 150 0 C vorgefunden werden. Durch den Rohrleitungstransport kühlt das Medium auf z. B. 5 0 C ab, was nahezu der umgebenden Meerwassertemperatur entspricht.

- Wiederanfahren nach Förderstopp, wobei die gesamte Länge der Rohrleitung mit dem Fördermedium gefüllt ist und sich auf Meerwassertemperaturniveau befindet. In der Regel sollen nicht mehr als 48 h vergehen, um das Medium auf 20 bis 25°C aufzuwärmen, so dass wieder ein ausreichender Durch- fluss zustande kommt.

Für Schweröle sind höhere Transporttemperaturen als 25°C; z. B. 50 bis 70 0 C wünschenswert.

Insbesondere für letzteren Zweck werden entweder am Bohrloch Chemikalien zudosiert und dann auf der Plattform rückgewonnen oder es werden die Rohrleitungen beheizt. Das Beheizen erfolgt resistiv mit elektrischen Heizmatten, die um die Rohrleitungen umgelegt und isoliert werden oder es wird ein Strom durch die Rohrleitung geschickt, wobei die Rohrleitung der elektrische Widerstand ist.

Kürzere Längen werden in der Praxis eher mittels Dampf oder heißem Wasser beheizt, wozu eine konzentrisch angeordnete Rohrleitung oder eine sog. Rohrbegleitheizung vorhanden ist. Bei Längen von vielen km unter Wasser ist das resistive Beheizen und auch das Beheizen mit warmen Wasser oder Dampf nicht mehr praktikabel.

Davon abgesehen wird in der Praxis eine elektrische Skinef- fektheizung für metallische Rohre mit Längen von 1 bis 25 km angehoben .

Aus der Patentliteratur sind Beheizungsanlagen für Rohrleitungen, beispielsweise aus der CN 201081071, der CN 201045530-Y, der CN 201028222-Y, der RU 2300043-C1 und der CN 010012657 bekannt.

Den bekannten elektrischen Verfahren haften u. a. folgende Nachteile an, welche für eine Anwendung in Meerwasser erhöhte Hürden aufbauen:

- Hohe Anzahl von Installationspunkten entlang der Rohrleitung, da die Spannungsabfälle der speisenden Leitung zu hoch werden. - Je nach Verfahren ist direkter thermischer oder direkter elektrischer Kontakt zur Rohrleitung notwendig.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbesser- tes Verfahren zur Beheizung von Rohrleitungen vorzuschlagen. Dazu soll eine zugehörige Vorrichtung geschaffen werden.

Die Aufgabe ist bezüglich des Verfahrens durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 15 gekennzeichnet. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Mit der Erfindung wird ein induktives Heizverfahren vorge- schlagen. Die dafür benötigte Leistung bewegt sich in der

Größenordnung bis 150 W/m Rohrleitung. Bei 10 km Leitungslänge werden folglich 1,5 MW Leistung benötigt.

Da die Heizung induktiv erfolgen soll, wird ein Induktor in der Nähe der Rohrleitung angeordnet, vorzugsweise längs der Rohrleitung angebunden. Hin- und Rückleitung müssen an einen Mittelfrequenzgenerator angeschlossen werden, um einen geschlossenen Kreislauf zu bilden. Die sekundäre Last ist die Rohrleitung, welche vorteilhafterweise aus ferromagnetischen Werkstoff besteht, damit beide Mechanismen, Wirbelstromverluste als auch der Hystereseverluste, wirken können. Da die Induktorleitung mit Hin- und Rückleiter an einem MF-Generator angeschlossen werden muss, wird der Induktor in einen geschlossenen Kreislauf (Loop) gelegt. Würden Hin- und Rücklei- ter koaxial oder direkt aneinander gelegt werden, würden sich die Wechselfelder zum großen Teil aus löschen, was dort ausgenutzt werden kann, wo nicht geheizt werden soll. Steht keine zweite Rohrleitung parallel zur ersten Rohrleitung zur Verfügung, wird der Induktorrückleiter beabstandet zum Hin- leiter gelegt. So kann der Hin- und Rückleiter an der Rohrleitung diametral gegenüber liegen, wo zumindest an einer Stelle eine Schlaufe gelegt werden muss, um den Kreislauf sicherzustellen. Entlang des Induktors wird an den Stellen, welche keine sekundäre Last findet, keine oder weniger Leistung - wenn es sich um geringfügige el. Leitfähigkeiten wie Meersalzwasser handelt - abgenommen. Hin- und Rückleiter kön- nen bis zu einige Duzend Meter, z. B. 30 bis 100 m oder auch mehr von einander entfernt hin- und rückgeführt werden.

Entscheidend ist die Anwendung eines Induktors, der sich selbst kompensiert, da es sich um km-Längen handelt. Dies wird erreicht, indem ein Induktor gemäß der älteren, nicht vorveröffentlichten Siemens-Patentanmeldung PCT/EP2008/060927/DE 10 2007 040 605.5 (2007P17188 WO/DE) verwendet wird. Dieser Induktor wird durch einen Serielloder Parallel-Resonanz-Frequenzumrichter angesteuert. Die Frequenz ist bei einer einmal installierten Anordnung konstant. Die Leistungsregelung erfolgt durch Anpassung der Spannung von Umrichterseite her, entweder durch einen Chop- perkreis der die Wechselrichter versorgt oder durch einen Transformator mit Anzapfungen und Stufenschalter, vorzugshal- ber auf der den Gleichrichter speisenden 50 Hz- bzw. 60 Hz- Seite.

Beim Induktiven Heizen werden je nach gewünschter Eindringtiefe in Metalle Frequenzen von 500 Hz bis 300 kHz einge- setzt.

Induktive Heizverfahren sind aus der verarbeitenden Industrie zum Beispiel zum Härten von Metallen bekannt. Bei vorliegender Anmeldung wird für den erfindungsgemäßen Zweck ein Hoch- frequenzgenerator ähnlicher Bauart eingesetzt, welcher oberirdisch installiert wird. Dabei liegen typisch einsetzbare Bauleistungen im Bereich von bis zu 5 MW, Beispiele liegen bei 2500 kW bei 3 kHz oder 440 kW bei 50 kHz.

Beim neu vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung erfolgt erstmals eine Offshore-Anwendung eines reso- nant abgestimmten Schwingkreises zur induktiven Erwärmung, bei welchem mittels beschriebener Apparatur das Aufheizen von Rohöl oder schweren Rohöl mit Viskositäten von z. 15°API bis 40 0 API von Temperaturen von 5 0 C Umgebungstemperatur auf ca. 25°C oder mehr je nach Basisumgebungstemperatur erfolgt. Dabei wird die gesamte Rohrleitung erwärmt, ohne dass eine auf- wendige Installation notwendig ist oder dass man punktuell im Meerwasser Steckverbinder benötigt. Punktuelle Unterwassereinspeisungen entfallen also. Bei der Erfindung können die Signale von Temperatursensoren in bzw. an der Rohrleitung als Regelgröße für die Leistung verwendet werden. Der Induktor kann vorteilhafterweise mittels Bindern (Straps) direkt an die Rohrleitung angebunden werden. Im Falle, dass es von einem Satellitenölfeld nur eine Rohrleitung gibt, liegt der Rückleiter diametral an der Rohrleitung gegenüber dem Hinleiter oder beabstandet am Meeresgrund.

Stehen mehr Rohrleitungen zur Verfügung, so wird die Induktorschleife vorteilhafterweise so gelegt, dass der Rückleiter weitgehend an der zweiten Rohrleitung zurückgeführt wird.

In einem eigenerfinderischen Verfahrensschritt kann aus dem mittelfrequent betriebenen Induktor Energie über einen Übertrager gewonnen werden, der einen entfernt gelegenen nichtmetallischen Temperatursensor nebst Übertragungseinheit speist. Die ist Gegenstand eigener Patentanmeldungen der An- melderin mit gleichem Zeitrang und den Bezeichnungen „Verfahren zur Messung des Zustandes an einer Rohrleitung, insbesondere im Offshore-Bereich von Öl- und Gasförderanlagen, und zugehörige Vorrichtung sowie Verwendung dieser Vorrichtung" und „Verfahren zur Messung von Temperatur und/oder Druck an einer Rohrleitung, insbesondere im Offshore-Bereich von 01- und Gasförderanlagen".

Bei der Erfindung ist kein Kontakt zwischen den Rohrleitungen und den Induktoren notwendig. Aus diesem Grunde kann die thermische Isolation direkt auf der Rohrleitung sitzen und der Induktor außen angebunden werden. Der isolierte Induktor wird vom Meerwasser gekühlt. Um die Leistung zu regeln, kann man zusätzliche Thermofühler verwenden. Unabhängig davon ist die Temperatur innerhalb der Rohrleitung mittels thermischen Abbildes abschätzbar für jeden Ort, da die Temperatur an der Herkunftsseite am Bohrloch und die Temperatur auf der Ankunftsseite auf der Plattform bekannt ist.

Um Potentialunterschiede entlang der metallischen - ggf. fer- romagnetischen - Rohrleitung zu minimieren, kann die metallische Rohrleitung abschnittsweise durch nichtleitende Flanschverbindungen zusammengefügt werden.

Die Anwendung der beschriebenen induktiven Rohrleitungsheizung ist nicht beschränkt auf den Offshore-Bereich, sondern ist für alle industriellen Rohrbegleitheizungen anwendbar.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung einer im Meer befindlichen Ölförder-Plattform mit einem davon am Meeresgrund entfernt liegenden Bohrloch,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Rohrleitung mit den zugehörigen Mitteln zur induktiven Beheizung,

Figur 3 und 4 zwei Alternativen für den Querschnitt durch die Bohrleitung mit dem zugehörigen Induktor und alternativer thermischer Isolierung, die

Figur 5 eine Anordnung gemäß Figur 1 mit einem Bohrloch und zugehöriger erfindungsgemäßer Verlegung der Induktorleitung,

Figur 6 eine Anordnung gemäß Figur 4 mit zwei Bohrlöchern und diesbezüglicher Verlegung der Induktoren mit Induktorhinleiter und Induktorrückleiter, Figur 7 einen für letzteren Zweck verwendbaren Leistungsgenerator sowie

Figur 8 und 9 Alternativen für eine Kompensation der Längsinduktivität einer Doppelleitung. Gleiche Einheiten sind in den Figuren mit gleichen bzw. sich entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben.

In der Schemazeichnung gemäß Figur 1 ist eine Ölplattform 1 dargestellt, die über Schwimmer und entsprechende Verankerungen an der Meeresoberfläche positioniert werden kann. Mit 2 ist die Meeresoberfläche angedeutet, 3 bedeuten der Meeres- grund und 4 ein Bohrloch zur Ölerschließung, das sich lateral in entfernter Position von der eigentlichen Plattform 1 befinden kann. Einer Plattform 1 können auch mehrere Bohrlöcher 4, 4', ... zugeordnet sein.

Ist eine Bohrung fündig, werden am Bohrlochausgang Fördermittel 4a angebracht, die in der Fachwelt als so genannte „Well- pad" bezeichnet werden. Über das Wellpad 4a ist eine Pipeline 5 angeschlossen, mittels der das durch Eigendruck oder Fremddruck geförderte Öl vom Ausgang des Bohrloches 4 zur Ölplatt- form 1 transportiert wird. Da die Wassertemperatur am Meeresgrund vergleichsweise niedrig ist und insbesondere im Bereich von ca. 4°C liegt, wird das zunächst mit höheren Temperaturen geförderte Öl bei einem Transport am Meeresgrund über mehrere Kilometer abgekühlt und erreicht bei Abkühlung auf 4 0 C solche Viskositätswerte, die für die Förderung ungeeignet sind. Aus diesem Grund ist es ratsam, die Viskosität des Öls zu verringern und auf höhere Temperaturen zu bringen, das heißt insbesondere, die Pipeline zu beheizen. Hierzu sind eingangs bekannte Problemlösungen dargestellt worden.

Bei der Anlage gemäß Figur 1 erfolgt eine induktive Beheizung der Pipeline 5. Dazu ist der eigentlichen Pipeline 5, d.h. der Rohrleitung, ein Induktor aus Induktorleitung 7 mit Hinleiter 7a und Rückleiter 7b längs zugeordnet. In der Praxis bedeutet dies, entweder der Hinleiter 7a oder der Rückleiter 7b, die zusammen einen geschlossenen Loop bilden, unmittelbar längs der Rohrleitung 5 geführt ist, während der jeweils andere Leiter im vorgegebenen Abstand, beispielsweise in einem diametralen Abstand zur Rohrleitung größer als der Rohrleitungsdurchmesser geführt wird.

Der Induktor 7 mit Hinleiter 7a und Rückleiter 7b ist auf der Ölplattform 1 an einen Mittelfrequenzgenerator 6 angeschlossen, der die zur induktiven Heizung benötigte elektrische Leistung liefert. Alternative kann der Mittelfrequenzgenerator unter Wasser angeordnet sein, nebst einem zugeordneten Transformator, der den Mittelfrequenzgenerator mit niederer Spannung versorgt und von der Plattform mit höherer Spannung gespeist wird.

Aus der perspektivischen Darstellung der Figur 5 ergibt sich, dass eine Ölpipeline 5, in der beispielsweise Öl vorgegebener Viskosität gefördert wird, mit einem Induktor 7 versehen ist. Dazu ist insbesondere der Hinleiter 7a verwendet, der sich am Umfang der im Wesentlichen rohrförmigen Leitung 5 befindet und mit einem Binder 9 (Strap) abschnittsweise mechanisch angebunden ist.

In Figur 2 sind weiterhin Flanschverbindungen 11 eingezeichnet, die einzelne Abschnitte der Rohrleitung miteinander dicht verbinden. Die Flanschverbindungen 11 können elektrisch isolierend ausgeführt sein.

Die Rohrleitung 5 besteht vorzugshalber aus elektrisch leitfähigem, ferromagnetischem Material, um einen hinreichenden Effekt der elektromagnetischen Induktion und damit verursachter Heizwirkung zu erreichen.

In den Figuren 3 und 4 sind jeweils Querschnitte durch die Leitung gemäß Figur 3 in unterschiedlicher Alternative dargestellt. Ersichtlich ist wiederum die Rohrleitung 5 mit rundem Querschnitt, in der das Medium, insbesondere das Rohöl, bzw. ein mehrphasiges Gemisch aus Rohöl, Wasser und Gas, strömt, und der am Umfang der Rohrleitung 5 befindliche Induktor 7. Der Binder aus Figur 2 ist als Schlaufe um die Rohrleitung 5 und den Induktor 7 erkennbar. In der ersten Alternative gemäß Figur 3a ist um die Anordnung aus Rohrleitung, Induktor und Binder eine thermische Isolierung außen angebracht. In der zweiten Alternative gemäß Figur 3b ist nur die Rohrleitung 5 thermisch mittels einer Isolationsmatte 10 isoliert und darauf der Induktor 7 mittels der Binder befestigt. In beiden Fällen liegt aber der Induktor so, dass die elektromagnetischen Felder auf das Rohr einwirken können.

In Figur 5 ist gezeigt, dass bei einem einzigen Bohrloch 4 am Meeresgrund und der zugehörigen Bohrplattform 1 die Rohrleitung 5 so geführt ist, dass zumindest teilweise der Hinleiter 7a oder der Rückleiter 7b längs der Rohrleitung geführt ist. Jeweils der andere Leiter, d.h. Rückleiter 7b oder Hinleiter 7a, sind in einem vorgegebenen Abstand zurückgeführt. Der Rückleiter 7b kann auch an der Rohrleitung, jedoch diametral gegenüberliegend zum Hinleiter 7a, geführt und mit Bindern angebunden werden. Wesentlich ist, dass ein geschlossener elektromagnetischer Kreis („Loop") realisiert ist und dass die beiden Leiter 7a und 7b einen hinreichenden Abstand haben. Wenn der Hinleiter 7a und der Rückleiter 7b elektrisch gegeneinander isoliert eng geführt ist, heben sich dagegen die elektromagnetischen Felder teilweise auf und es entsteht ein sehr geringer Induktionseffekt.

Bei einer Anordnung gemäß Figur 6 sind zwei Bohrlöcher 4 und 4' vorhanden, die jeweils durch ein Wellpad 4a und 4a' abgeschlossen sind. In diesem Fall lassen sich durch die Induk- torleitung 7 zwei Rohrleitungen 5 und 5' elektromagnetisch versorgen, wobei an der Rohrleitung 5 der Hinleiter 7a und an der Rohrleitung 5' der Rückleiter des Induktorloops geführt sind.

Auf der Bohrplattform 1 befindet sich in allen Fällen ein

Mittelfrequenz-Generator 6, mit dem eine entsprechende elektrische Leistung bereitgestellt wird. Am Hochfrequenzausgang des Generators 6 wird eine Leiterschleife, ausgebildet als Induktor, angeschlossen, welche re- sonant mit der Umrichterausgangsfrequenz des Generators 6 abgestimmt ist. Da ein normales Kabel eine hohe Eigeninduktivi- tat hat, ist eine serielle Kompensation durch kapazitive Anordnungen notwendig, damit nicht mit Hochspannung gearbeitet werden muss.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2007 040 605.5 sind geeignete MF-Generatoren beschrieben, die zur Versorgung der Induktoren dienen können. Dort ist auch die Kompensation der Längsinduktivität der Doppelleitung verdeutlicht, die entweder durch Serienkapazitäten oder aber auch mittels verteilter Querkapazitäten erfolgen kann. Hierzu wird im Einzelnen auf die Figuren 3 ff mit der in den älteren Anmeldungen vorbeschriebenen Problemlösung verwiesen .

Figur 7 zeigt den schaltungsmäßigen Aufbau eines kommerziell verfügbaren, stromeinprägenden HF-Generators. Eine Last 80 entsprechend den vorhandenen Ausführungen ersetzt hier den komplexen Widerstand, während die anderen Komponenten, insbesondere Kapazität und Induktivität, dann diskret dargestellt sind.

Im Einzelnen kennzeichnen in Figur 7 Bezugszeichen 65 einen Transformator mit primärseitig über abgesicherte Zuleitungen 61, 61', 61'' und Schalter 62, 62', 62'' anschaltbaren Stromzweigen und einem sekundärseitigen Gleichspannungszwischen- kreis 70 mit nachfolgendem Ausgangsstromkreis 60. Der Gleichspannungszwischenkreis 70 ist als ein regelbarer Zwischenkreis, so genannter Chopper-Kreis, mit Dioden 71 ausgebildet. Weitere Dioden 71, Kondensatoren 72, ein Leistungstransistor 73 und eine Induktivität 74 sind nachgeschaltet. Es folgen Leistungsteile 75 und 75', die aus Leistungstransistoren 76, sog. IGBT' s, und Dioden 71 aufgebaut sind, zur Ansteuerung der Last 80. Wesentlich ist, dass der Ausgangsstromkreis 80 eine Wechselstromlast dargestellt. Für die Wechselstromlast 80 muss eine geeignete elektrische Leistung bis zu 2500 kW bei 0,5 bis 300 kHz bereitgestellt werden.

Für einen Betrieb im Resonanzfall muss eine Kompensation der Last, die durch die Induktorleitung realisiert wird, erreicht werden .

Es ist also möglich, an den HF-Ausgang des Generators die Induktorleitung als Leiterschleife anzuschließen, welche reso- nant mit der Umrichterausgangsfrequenz des Generators 6 abgestimmt ist. Wegen der hohen Eigeninduktivität eines normalen Kabels ist eine serielle Kompensation durch kapazitive Anord- nungen notwendig, damit nicht mit Hochspannung gearbeitet werden muss. Dies kann entweder durch zusätzliche Serienkapazitäten oder mittels verteilter Querkapazitäten erfolgen, was nachfolgend beschrieben wird.

Bei einer Doppelleitung soll eine Kompensation der Längsinduktivität erfolgen: Eine Doppelleitung bestehend aus den Hin- und Rückleitern mit den oben genannten typischen Abmessungen weist einen Längsinduktivitätsbelag von 1,5 bis 2,5 μH/m auf. Der Querkapazitätsbelag liegt bei den genannten Abmessungen bei nur 10 bis 20 pF/m, so dass die kapazitiven Querströme zunächst vernachlässigt werden können. Dabei sind Welleneffekte zu vermeiden. Die Wellengeschwindigkeit ist durch kapazitäts- und Induktivitätsbelag der Leiteranordnung gegeben. Die charakteristische Frequenz der Anordnung ist be- dingt durch die Schleifenlänge und die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit entlang der Leiteranordnung. Die Schleifenlänge ist daher so kurz zu wählen, dass sich hier keine störenden Welleneffekte ergeben. Für eine induktiv eingebrachte Heizleistung von 100 W pro Meter Doppelleitung, wird bei 5OkHz eine Stromamplitude von etwa 35 A benötigt. Die erforderliche Stromamplitude quadratisch mit der Anregungsfrequenz, d.h. bei 100 kHz fallen die Stromamplituden auf 1/4 der obigen Werte.

Um die Anwendung von Hochspannung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Leitungsinduktivität L abschnittsweise durch Serienkapazitäten C wie in Abb. 5.3 schematisch dargestellt zu kompensieren. Diese Art der Kompensation ist prinzipiell Stand der Technik bei kommerziell verfügbaren Systemen der induktiven Energieübertragung auf translatorisch bewegte Systeme .

Aus Figur 8 ist die Kompensation der Leitungslängsinduktivitäten durch Serienkapazitäten ersichtlich. Nachteilig bei der in die Leitung integrierten Kompensation ist, dass die Frequenz des HF-Generators dann auf die Resonanzfrequenz der Stromschleife abgestimmt werden muss und die Leitung sinn- voll, d.h. mit hohen Stromamplituden, nur bei dieser Frequenz betrieben werden kann. Der entscheidende Vorteil jedoch ist, dass die Addition der induktiven Spannungen entlang der Leitung verhindert wird und es kann der Betrieb bei 50 kHz reso- nant erfolgen. Damit sind die auftretenden induktiven und entsprechend kapazitiven Summenspannungen begrenzt.

Wird der Abstand zwischen benachbarten Kondensatoren verringert, müssen die Kapazitätswerte umgekehrt proportional zum Abstand steigen bei proportional zu Abstand verringerte An- forderung an die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren, um dieselbe Resonanzfrequenz zu erhalten. Die Kompensation der Längsinduktivität kann auch mittels verteilter Querkapazitäten erfolgen, wozu auf Figur 9 verwiesen wird. Anstelle mehr oder weniger kurzer Kondensatoren als konzentrierte Elemente in die Leitung einzubringen, kann auch der Kapazitätsbelag den eine Zwei- (oder Mehr-) Drahtleitung wie z. B. eine Koaxialleitung ohnehin bereitstellt zu Kompensation der Längsinduktivitäten verwendet werden. Dazu wird in gleichen Abständen abwechselnd der Innen- und Außenleiter unterbrochen und so der Stromfluss über die Querkapazitäten er- zwungen wird.

Letzteres Vorgehen ist in der DE 10 2004 009 896 Al im Einzelnen beschrieben. Dabei wird die Resonanzfrequenz durch die Abstände zwischen die Leitungsunterbrechungen eingestellt.

Im vorliegenden Zusammenhang kann dieses Konzept gemäß Figur 9 auch vorteilhaft für die Leiter zur induktiven Rohrleitungs-Heizung eingesetzt werden, wenn die Leitungen - wie bereits oben beschrieben - mit einer zusätzlichen Außenisolati- on versehen werden, um resistive Querströme zu unterbinden. Im Einzelnen sind dabei zwei Teilleiter 92, 92a dargestellt, die zusammen den kompensierten Leiter 90 bilden. Wesentlich ist dabei ein Einspeisepunkt 95 am ersten Leiter und ein Auskoppelpunkt 95a am zweiten Leiter. Die Innenleiter 93 und 93a sind über das Leitungsstück 95 verbunden. 94 kennzeichnet die Ersatzkapazitäten, welche durch Kapazitätsbelag realisiert sind.

Der Vorteil der verteilten Kapazitäten liegt in einer verrin- gerten Anforderung an die Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums .