用于在柔性立管的環空內循環流體的方法、系統和設備的制作方法
【專利摘要】本申請披露了使流體在海上采烴設施的柔性立管的環空內循環的方法、系統和設備。通過將諸如防腐劑這樣的流體從位于平臺或船舶上的儲存柜泵送入位于環空內的導管內而將該流體導入所述環空內。使用所述系統將流體引入所述環空內可防止或減少環空內的鋼制部件腐蝕的發生且增大立管的疲勞使用壽命。
【專利說明】用于在柔性立管的環空內循環流體的方法、系統和設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于操縱海上采烴設施的海底立管的方法和系統，該立管由具有中心孔的柔性管和包含多個功能層的環空形成。更特別地，本發明涉及用于在柔性立管的環空中循環流體的方法和系統。本發明還涉及用于在柔性立管的環空中循環流體的設備。
【背景技術】
[0002]工程用柔性管經常用于海上采烴設施的立管應用中，海上采烴設施將烴類產品從海底井輸送到頂側采油平臺或船舶。這種柔性管是由多個層形成，每個層設計成用于一特定功能。一般來說，多個層中的最內層是由耐腐蝕材料制成的構架層(carcass layer),該構架層設計成阻止柔性管的皺縮。圍繞構架的是聚合密封劑層或壓力鞘，其擠壓在構架周圍，并在柔性管端接頭上密封以在孔內容納流體。圍繞聚合密封劑層的是包含若干金屬鎧裝層的環空，所述金屬鎧裝層設計成賦予抗拉伸荷載(例如鎧裝線)和內部壓力載荷(例如壓力鎧裝)的強度。圍繞這些層的是另一聚合密封劑層或外部鞘，其設計成避免外部海水進入柔性管的內層，充當外保護層。兩個聚合密封劑層之間的空間稱為"環空"。通常，環空包含一層或兩層周向鋼部件(稱為壓力鎧裝層)，其設計成提供徑向強度和對內部壓力引起的破裂的抵抗力。圍繞壓力鎧裝層的是兩層或四層螺旋纏繞的鎧裝線(稱為鎧裝線層)，其設計成提供軸向拉伸強度。
[0003]柔性管在每端以一端接頭為終止，所述端接頭結合用于與其他凸緣相匹配的凸緣。使用時，柔性立管懸掛于海上采烴平臺或主設施，從而使鎧裝線層承受高拉伸載荷。由于環境狀況以及與立管相連的平臺或主設施的相關運動的影響，沿著立管的載荷增強。
[0004]在柔性管的孔內，除了烴類產品之外，還存在其他組分，包括硫化氫、二氧化碳和水。這些其他組成可以通過第一聚合密封劑層(壓力鞘)擴散到環空中。這些組分，尤其是硫化氫，以及水蒸汽，可能聚集在環空內，最終導致其中的鋼絞線經由包括氫致開裂和硫化物應力開裂的機理而腐蝕。另外，由于最外層的損壞，可能導致環空充滿海水，導致鎧裝線腐蝕。正如所述的，尤其是柔性立管中的鎧裝線承受動態周期性載荷，這可能導致環空中金屬鎧裝線的腐蝕疲勞。該區域中金屬線的腐蝕使這些線尤其易受腐蝕疲勞和破壞機理的潛在加快而損壞。
[0005]因而希望提供一種方法來防止或減少立管中以及其他動態應用中使用的柔性管的環空內的鎧裝線及其他鋼制元件的腐蝕。
【發明內容】
[0006]本發明的一個方面，提供了 一種用于在海上采烴設施的柔性立管的環空內循環流體的方法。該方法包括:將流體泵送到至少一個導管中，所述至少一個導管具有位于柔性立管的環空內的至少一個開口，柔性立管的一端終止于與所述至少一個導管流體連通的立管頂側端接頭，另一端終止于立管海底端接頭。流體從所述至少一個導管的開口排出到環空內，使得流體在環空中流動，返回到立管頂側端接頭。[0007]本發明的另一個方面提供了一種用于在海上采烴設施的立管系統的柔性管設備。該設備包括:管狀構架層，其中限定一用于輸送開采的井流體的孔；圍繞構架層的壓力鞘；圍繞壓力鞘并在其間限定一環空的外部鞘；環空內的至少兩層鎧裝線；和環空內的至少一個導管，所述導管具有用于將流體引導到環空內的至少一個開口。
[0008]本發明的又一個方面提供了一種在海上采烴設施中使用的系統。該系統包括一端終止于頂側部位、另一端終止于海底部位的至少一個柔性立管，其中該柔性立管包括具有至少兩層鎧裝線的環空和具有用于將流體引導到環空內的至少一個開口的至少一個導管。一頂側端接頭附著于柔性立管的頂側端，并具有與環空內的所述至少一個導管流體連通的入口和與環空流體連通的出口。一海底端接頭附著于柔性立管處于海底的端部。該系統還包括位于頂側部位的泵，所述泵與所述出口和入口相聯而在二者之間實現流體連通，用于將流體泵送到所述入口。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]參照下文的描述、附帶的權利要求以及附圖，本發明的這些及其他目標、特征和優點將變得更加透徹，其中:
[0010]圖1A-1E示出了依照一個實施例的用于使流體在海上采烴設施的柔性立管的環空內循環的系統和設備。
[0011]圖2A-2D示出了用于在柔性立管的環空內循環流體的設備的可能實施例。
[0012]圖3示出了依照一個實施例的用于在柔性立管的環空內循環流體的設備。
[0013]圖4A-4D示出了用于在柔性立管的環空內循環流體的設備的可能實施例。
[0014]圖5A-5C示出了依照一個實施例的柔性立管。
[0015]圖6A-6C示出了依照一個實施例的與頂側端接頭成匹配關系的柔性立管。
【具體實施方式】
[0016]依照本發明的方法和系統，能夠降低柔性管的環空內的鎧裝線及其他鋼元件(例如壓力鎧裝層)隨著時間的流逝而發生腐蝕的可能性，所述柔性管例如為海上采烴設施中的柔性立管。
[0017]通過使防腐蝕流體或含有表面鈍化劑或其他添加劑的流體在環空內循環，從而使該流體在鎧裝線及其他鋼元件之間的間隙中流動，這樣能夠降低鎧裝線腐蝕及諸如腐蝕疲勞的相關問題的發生。可以使用氣沖式流體而從環空沖洗H2SXO2、水蒸氣等。該流體在此可換一種稱謂而稱作“緩沖流體”、“沖洗流體”或簡單地稱作“流體”。該流體可以連續地或間歇地循環。該流體接觸并圍繞鎧裝線及其他鋼元件，保護它們免受腐蝕。在本發明的另一個實施例中，代替或除緩沖流體之外，圖像敏感材料也可以在柔性立管的環空內循環，從而允許利用已知技術對環空照相。
[0018]緩沖流體在一閉環中循環，所述閉環包括所述柔性立管的環空以及至少一個緩沖流體導管。依照本發明，緩沖流體通過柔性立管的環空中的至少一個導管上的至少一個開口被引入到所述環空中，所述至少一個導管在此也被稱為“緩沖流體導管”。參照圖1A，示出了依照一個實施例的系統，其中，柔性立管10的一端連接于采油平臺I上的頂側端接頭
12。柔性立管10的另一端終止在觸地點處的海床3上，在該觸地點，海底端接頭14擱置在海床3上。海底端接頭14連接于流動管路60的端接頭15。緩沖流體存儲在采油平臺I上的流體儲存柜30中。流體從儲存柜30通過管道36放出，由泵32泵送至柔性立管10的環空中的至少一個緩沖流體導管中(下文將更詳細地描述)。一旦被引入到所述環空中，流體就在環空的間隙中流動。流體壓力驅動環空內的流體通過該環空上升，返回到平臺I上的頂側端接頭12。在返回到頂側端接頭12時，流體被導向經由管道31而與儲存柜30流體連通的頂側端接頭上的端口。流體返回到儲存柜中，在那里可以去除流體中的污染物，流體通過泵32的作用而可以在包括所述至少一個緩沖流體導管和所述環空的回路中進行再循環。流體可以連續地或間歇地再循環。
[0019]圖1B是柔性立管10的縱向截面，示出了圍繞孔16的環空40的側視圖，其中含有烴38的井產流體在所述孔16中流動。環空內的鎧裝線及其他鋼元件用附圖標記50表示。從緩沖流體導管引入環空內并在環空的間隙中流動的緩沖流體用附圖標記34表示。
[0020]在一個實施例中，環空內的至少一個鎧裝線層包括至少一個緩沖流體導管。在這種情況下，緩沖流體導管嵌入鎧裝線層內。緩沖流體導管在尺寸和形狀上基本上類似于單獨的鎧裝線。圖1C是柔性立管10的分解圖，顯示了柔性管的每一個層。最內部的是構架52內的孔16，該孔由構架限定。構架52由壓力鞘54圍繞，壓力鞘則由環空40圍繞。環空40包括多個層50，所述多個層包括壓力鎧裝層56、內拉伸鎧裝線層60’和外拉伸鎧裝線層62’。在所示的實施例中，位于內拉伸鎧裝線層60’內的是拉伸鎧裝線61和緩沖流體導管61’。緩沖流體導管61’具有穿孔65，緩沖流體通過該穿孔65引入到環空內。同樣，位于外拉伸鎧裝線層62’內的是拉伸鎧裝線63和具有穿孔65的緩沖流體導管63’，緩沖流體34通過穿孔65引入到環空內。圍繞外拉伸鎧裝線層的是外部鞘11。在圖1D中顯示了柔性管的橫截面。圖1E是柔性管的壁的透視圖，顯示了之前所述的每一個層以及其間的間隙空間90。緩沖流體34在這些空間內流動。
[0021 ] 圖2A-2D和圖3示出了其中具有用于將流體弓I入到環空內的至少一個開口的緩沖流體導管61’或63’的示例性實施例。圖2A-2C示出了沿著其長度具有一個或更多個穿孔65的緩沖流體導管。圖2D示出了具有實心壁、即沒有穿孔的緩沖流體導管。這樣的實心緩沖流體導管在其一端具有開口 65，流體通過所述開口 65引入到環空內。圖3示出了依照另一實施例的沿著其長度具有多個小穿孔65的緩沖流體導管70，緩沖流體通過小穿孔引入到環空內，使之從導管緩慢地流過(we印)立管的整個長度。
[0022]在替換實施例中，緩沖流體可以通過其中具有至少一個緩沖流體導管的帶子供給到環空。在一個實施例中，帶子可包括并排布置的多個緩沖流體導管。參考圖4A，帶子80具有多個緩沖流體導管82，緩沖流體導管82在其端部具有開口 84。導管82并排布置在大體上條帶狀帶子中。圖4C是帶子80的截面。如圖所示，帶子內的導管82的數量是可以變化的。導管82的數量可以在兩個和η個導管之間變化，其中η是任何適當的數量。例如，圖4Α示出了帶有9個導管82的帶子。參照圖4Β，帶子80’具有多個并排布置的緩沖流體導管82，緩沖流體導管82在管端部具有開口 84以及沿著其長度具有穿孔86。圖4D是帶子80’的截面圖。雖然在所示的截面視圖中所有導管排成一直列，但是它們也可以具有變形配置。例如，導管可以彼此交錯。
[0023]圖5Α是環空40內結合帶子80或80’(由80/80’表示)的立管10的分解圖。如圖所示，帶子80/80’螺旋纏繞在鎧裝線層60和62之間。圖5Β是立管10的截面圖，圖5C是立管10的壁的詳圖。雖然所示的帶子80/80’在鎧裝線層60和62之間，但是帶子也可以設置在環空內的任何兩個層之間，即，可以設置在壓力鞘54和壓力鎧裝層56之間、壓力鎧裝層56和拉伸鎧裝層60之間、鎧裝線層60和62之間、鎧裝線層62和外部鞘11之間、和/或環空可能包含的任何其他附加層與相鄰層之間。
[0024]再次參照圖1A，柔性立管10附著于頂側端接頭12。圖6A是依照一個實施例的與頂側端接頭12成匹配關系的柔性立管10的分解圖。在該視圖中，已描述過的并如圖1C顯示的柔性立管10與頂側端接頭12匹配，使得端接頭的孔116與柔性立管10的孔16流體連通。端接頭12包括與柔性立管10的環空中的至少一個緩沖流體導管流體連通的開口 99和通道98，使得流體可以經由該開口 99和通道98泵送到緩沖流體導管61’和63’中。在所示的特定實施例中，隔離壁106將環空的入口部分102 (與開口 99流體連通)和與開口101流體連通的環空的出口部分104隔離。隔離壁106有助于引導流體流到緩沖流體導管的開口端67中。開口 101和通道100與環空的出口部分104流體連通。本領域普通技術人員應當理解，也可以采用許多其他的用于引導流體進入緩沖流體導管61’和63’的特定實施例。
[0025]圖6B顯示了依照一個實施例的圖6A的設備，流體34通過入口 94和通道98引入，進入環空的入口部分102和鎧裝線層內的穿孔的緩沖流體導管61’和63’的開口端67。在一個實施例中，入口 94與之前所述的泵流體連通。流體34’沿著柔性立管10的長度流過環空，回到頂側端接頭12，通過環空的出口部分104、通道100以及出口 96排出。排出的流體34’由此可以回到儲存柜。圖6C示出了依照另一個實施例的類似設備，其中，緩沖流體導管61和63具有實心壁。
[0026]只要容許，本申請中援引的所有公開、專利和專利申請的整個內容在此引入作為參考，這樣的披露與本發明一致。
[0027]除非另作說明，元件、材料或其它部件的種類列舉旨在包括所有可能的所列部件及其混合的一般組合，可以從中選擇單個部件或部件的混合。并且，“包括”、“包含”及其變形旨在非限制性的，列表中項目的列舉不排除其他類似的可用于本發明的材料、組成、方法和系統的項目。
[0028]本領域技術人員從上面的說明書將領會到改進、改變和修改，這些都由所附的權利要求書覆蓋。
【權利要求】
1.一種用于使流體在海上采烴設施的柔性立管的環空內循環的方法，其包括: 將流體泵送到至少一個導管中，所述至少一個導管具有位于柔性立管的環空內的至少一個開口，該柔性立管的一端終止于與所述至少一個導管流體連通的立管頂側端接頭，另一端終止于立管海底端接頭；和 將所述流體從所述至少一個導管的開口排出到所述環空內，使得流體在環空中流動，返回到立管頂側端接頭。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個導管位于環空內的至少一層鎧裝線內。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個導管位于環空內的至少一個帶子內。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述至少一個帶子包括多個導管。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個導管具有實心壁，流體從海底部位處的所述至少一個導管的端部的開口排出。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個導管具有穿孔壁，流體沿著所述至少一個導管的長度從所述穿孔排出。
7.—種在海 上采烴設施中的立管系統中使用的柔性管設備，其包括: a)管狀構架層，該管狀構架層中限定一用于輸送井產流體的孔； b)圍繞構架層的壓力鞘； c)圍繞壓力鞘的外部鞘，在所述壓力鞘和所述外部鞘之間限定一環空； d)環空內的至少兩層鎧裝線；和 e)環空內的至少一個導管，所述導管具有用于引導流體到環空內的至少一個開口。
8.如權利要求7所述的柔性管設備，還包括: f)附著于柔性管設備的頂側端的頂側端接頭，所述頂側端接頭具有與環空內的所述至少一個導管流體連通的入口和與環空流體連通的出口 ；和 g)附著于柔性管設備的海底端的海底端接頭。
9.如權利要求7所述的柔性管設備，其中，所述至少一個導管位于鎧裝線層中的至少一個內。
10.如權利要求7所述的柔性管設備，其中，所述至少一個導管位于環空內的至少一個帶子內。
11.如權利要求10所述的柔性管設備，其中，所述至少一個帶子螺旋纏繞在環空內的至少一層上。
12.如權利要求7所述的柔性管設備，其中，所述至少一個導管具有實心壁。
13.如權利要求7所述的柔性管設備，其中，所述至少一個導管具有穿孔壁。
14.一種在海上采烴設施中使用的系統，其包括: a)一端終止于頂側部位、另一端終止于海底部位的至少一個柔性立管，其中，所述柔性立管包括具有至少兩層鎧裝線的環空和具有用于引導流體到環空內的至少一個開口的至少一個導管； b)附著于柔性立管的頂側端的頂側端接頭，該頂側端具有與環空內的所述至少一個導管流體連通的入口和與所述環空流體連通的出口； c)附著于柔性立管的海底端的海底端接頭；和d)位于頂側部位的泵，所述泵設置在所述出口和入口之間而與所述出口和入口流體連通，且用于將流體泵送到入口。
15.如權利要求14所述的系統，還包括位于頂側部位、用于存儲流體的流體儲存柜，該流體儲存柜設置在所述出口和泵之間`并與所述出口和泵進行流體連通。
【文檔編號】E21B21/12GK103797210SQ201280044752
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年6月8日 優先權日:2011年9月16日
【發明者】A·C·F·克里特辛尼利斯, C·A·克斯納, F·帕辛尼杰德, A·奧馬爾 申請人:雪佛龍美國公司