CN102829281A - 水下烃输送管道和温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种专为浸置于提炼井口(2)设计的烃输送装置(1)，包括布置在外部保护壳内的第一管道(3)，在其中流动的，来自提炼井(2)的第一流体，还包括用于控制在第一管道中流动的液体温度的调节系统(9、10、11、12、54)，该系统控制调节系统中的一个启动元件以调节第一管道(3)和充满保护壳的液体介质间的热交换，所述调节系统包括至少一个布置在第一管道(3)周围的第二管道(5)，所述第二管道用于界定包围至少一种调节流体的环形空间，该调节液通过调节系统的启动元件注入或排出环形空间。

Description

水下烃输送管道和温度控制装置

技术领域

本发明涉及可调节烃的温度的烃输送管道技术领域。

背景技术

为防止中低温(即120℃以下)海底油田枯竭，石油生产商只能开采深层地质储藏的海底石油，例如约4000或6000米、甚至更深处。由于平均地热梯度为每公里30℃，因此碳氢化合物的出井温度可超过150℃。测定井口处的温度可能为，例如：210℃甚至是240℃。

因此，其中一个技术难题在于：提供能适应这些温度的装置，以通过抗压或规定和控制应力的方式来承受热膨胀的作用，并选择能适应这些温度的材料。例如，一些机械结构，如盘形管膨胀补偿器，可大幅膨胀以减少烃管道的弯曲变形。专利申请案GB-2188394公开了另一种解决方案，即提供一种使管道膨胀的螺旋结构。对于长几公里或几十公里的管道及管中材料每公里可自由膨胀几米的情况，这些方法在经济上不可行。

除了受尺寸变化的限制外，管道的金属构成材料具有与最大允许应力对应并随温度的升高而减小的最大屈服强度。例如，最大允许应力会随之降低，如碳钢在200℃下可减小75MPa，而最大弹性约为400或450Mpa的双炼钢在环境温度下预计可减小140MPa。

若热膨胀完全受到限制，温度变化使应力增大超过2MPa/℃，且据测定，高温可使管壁厚度大幅增加以抵抗内压。抑制热膨胀会使管道承受额外的力。

因此，必须降低烃输送管道的温度。对温度最高的井口进行冷却更为重要。

甚至在井口下游处，部分热量消散后，温度可能还是很高，而进一步造成技术问题。即，注入井内液气流的化学产品工作温度最高。因此，例如，抗腐蚀产品在100℃以上的温度下不起作用。电子元件在超过其最高工作温度的条件下也可能被损坏或彻底被破坏。

因而，从机械学的角度看，降温不仅能使设备更加高效地工作，也能使化学添加剂或电子设备可在最接近井出口处使用。

有时会采用的一种方法是，在井出口处安装一段非绝缘管以帮助降温。管子的长度基本不超过几十米，石油井产量最大时只能进行10到20℃的小幅降温。此外，中止生产存在非绝缘部分形成烃堵塞物的风险，该方案对此不适用。其实，废水的温度不可能降低至海水的环境温度(通常为4℃)，因为这可能导致气体水合物和其它固体的形成，进而堵塞烃管道。

另一个问题是开采储油层时，井口压力和温度的变化。开始时，井口处于高温高压下。这要求开采开始时需要大幅降温，开采结束时进行较小幅降温甚或不降温。

因此，需要调节烃输送管道中的温度。

此外，海底设备必须满足结构简单、坚固耐用的要求。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种专为浸置于提炼井口设计的，能适应生产初期的高温并能在生产后期，或生产减小或终止时降温的烃输送装置，以克服现有技术的不足。

为实现这一目的，本发明提供一种专为浸置于提炼井口设计的烃输送设备，其包括第一管道，流过所述第一管道的，来自提炼井的第一流体，所述第一管道布置在外部保护壳内，且当烃输送设备浸装于井口时，保护壳内充满液体介质；还包括调节系统，用于控制在第一管道中流动的烃的温度，该系统控制调节系统中的至少一个启动元件，以调节第一管道和充满保护壳的液体介质间的热交换，所述调节系统包括至少一个布置在第一管道周围的第二管道，所述第二管道用于界定包围至少一种调节流体的环形空间，该调节液通过调节系统的启动元件注入或排出环形空间。

依据本发明的另一特征，运送装置包括用于加热第一管道的加热系统，所述加热系统由所述调节系统控制、启动或关闭。

依据本发明的另一特征，调节系统控制加热系统的启动，而调节系统控制热交换的减少，即从第一管道流至充满保护壳的介质再至保护壳周围介质的热流的减少。

依据本发明的另一特征，调节系统控制加热系统的启动，而调节系统控制热交换的增加。

依据本发明的另一特征，输送装置包括：至少一个温度传感器，其中所述传感器通过通信线路将从提炼井流出的流体的温度信号代表值传送至调节系统；所述调节系统的计算器，其中所述计算器将收到的信号代表值与记录的临界值进行至少一次比较；然后所述调节系统根据比较结果发出加热或冷却的命令。

依据本发明的另一特征，温度传感器包括至少一个设置于环形空间内的光纤，所述环形空间沿着第一管道位于第一管道和第二管道之间。

依据本发明的另一特征，绝缘材料置于第一管道和第二管道之间的环形空间内；所述调节流体为气态；所述调节系统包括气体输送管道，所述管道通至第一管道和第二管道之间的封闭环形空间的孔，气体吸进或抽出环形空间由所述启动元件来启动；绝缘材料的绝缘性能根据环形空间内的压力而变化；绝缘材料的导热性用W/(m.K)表示，能发生至少3倍(10mbar和1bar之间)及至少4倍的变化(10mbar和1bar之间)。

依据本发明的另一特征，调节系统另外还包括一个控制供应选择阀的控制模块，所述供应选择阀用来选择注入气体的类型。

依据本发明的另一特征，选择阀控制输送第一气体(如空气或氙气)的供应管道对所述启动元件的气体供应，或控制输送第二气体(例如氦气)的供应管道对所述启动元件的气体供应。

依据本发明的另一特征，所述启动元件包括一个用于通过抽吸产生真空的泵；或者所述启动元件包括一个通过产生真空的与真空罐相通的阀门。

依据本发明的另一特征，调节系统包括一个设置于地面服务设备上的控制界面；还包括一个由控制界面遥控和动力驱动的浸没式小车，所述小车包括移动定位装置并配有将其连接至与第一管道和第二管道间界定的封闭环形空间相通的接通元件，所述浸没式小车还配有定位外部保护壳的定位元件。依据本发明的另一特征，所述调节系统的启动元件嵌入在小车内，该小车包括至少一个通过所述启动元件与连接元件相通的气罐。

依据本发明的另一特征，调节系统包括一个设置于地面服务设备上的控制界面；还包括一个整合到输送装置进口/出口处的末端结构的嵌入式模块，所述嵌入式模块由控制界面遥控并需供能，且所述嵌入模块包括一个将其连接至与第一管道和第二管道间界定的封闭环形空间相通的接通元件上，并配有调节系统的所述启动元件，包括至少一个通过所述启动元件与连接元件相通的气罐。

依据本发明的另一特征，所述启动元件为泵，调节流体以冷却液的形式存在，该冷却液在抽吸泵的作用下在环形空间内流动，并从进口孔流至出口孔再流进充满外部保护壳的介质中。

依据本发明的另一特征，所述调节系统包括一个闭合回路，所述闭合回路由至少一个穿过保护壳内部的管道构成，所述出口孔通过所述至少一个管道与进口孔相通。

依据本发明的另一特征，所述调节系统包括设置在第二管道周围的绝热材料。

依据本发明的另一特征，所述输送装置包括第三管道，所述第三管道设置于第二管道周围并与之有一定距离，形成另一个环形空间，所述绝热材料置于所述环形空间中，调节系统通过吸入或排出该封闭环形空间的气体控制第二管道和第三管道之间的环形空间内的压力，所述环形空间设置一个与注入(排出)气体的装置相通的相通孔。

依据本发明的另一特征，所述输送装置在陆上安装，形成一个几公里长的单个组装件，便于在安装过程中，在被浸没前将其拖至海里。这种组装件也叫做“捆”。

本发明的第一个优点在于所述烃输送装置能大幅降低废水温度，即能够降低30、50或100℃，因此，该装置能安装在井口和设计为输送低温流体传统管道之间。

本发明的另一个优点在于约1MW到50MW的高热能能够通过简易坚固的装置消散掉。

本发明的另一个优点在于在生产停工期间，置于井口的烃输送装置能够保持在能使生产重新启动的温度下。

本发明的另一个优点在于位于井出口的输送装置构成一个散热系统，尤其能有效抵挡交换表面的任何污垢，因为其利用了大面积管道进行热交换。以单个组装件形式制成的的输送装置，称作“捆”，安装时能够拖至海里，可长达几公里(通常为8公里)，甚至几十公里。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明输送装置与井连接及与生产设备连接的示意图。

图2是石油储层开采过程中井的产能下降的示意图。

图3是本发明输送装置的剖视图。

图4是本发明输送装置的纵断面图。

图5是温度调节系统的示意图。

图6是温度调节的控制示意图。

图7和图8是温度调节系统控制元件的布局示意图。

图9是用于根据待控制的温度对环形空间内气体压力进行控制的遥控小车的示意图。

图10和图11是本发明输送装置实施例的各纵断面图。

图12是传统管道中经某种液体冷却的废水的温度曲线示意图。

图13、图14和图15是本发明输送装置的各种变型实施例。

具体实施方式

图1展示了一个布置在提炼井口2的浸没式烃输送装置。图中用一个小袋28表示很深的烃池，用钻头29在烃池上开一个入口。钻头29在水下与井口2相连。烃池位于4000至8000米或更深处(P50)。井出口管道83将钻头29连接至输送装置1。该管道83为传统管道，其本身不会引起大幅温度变化。

本发明的输送装置1包括第一管道3，流体从提炼井口2流入其中。第二管道5布置在第三管道周围并与之有一定距离。第一管道3和第二管道5通过装配元件相互支撑连接，形成管中管。所述第一管道3和第二管道5之间设置一个环形空间7。

管中管设置在外部保护壳4中。如图1所示，图示元件6相对第二管道5固定住保护外壳4。固定元件6包括，例如，垫片和金属圈，或其他紧固或钩住元件，用于使各待装配元件在各自相应位置处。外部保护壳4上设置开口18，这样当外部保护壳4浸置于井出口的最终位置时能够充满介质。

实际运用本发明的输送装置1时，应将其安装在陆地上，然后用船拖动，这样在所述管壳4内部容积提供的浮力的控制下，装置1浮于水面52或在水下，所述管壳4内充满空气或氮气。欲安装于井口2的装置1到达安装位置时，水会注满外部保护壳4，使装置1浸没。通过打开开口18进行注水，然后能够将输送装置1设置在所述井口2位置，并平放于海床53上。

开口18能够保持敞开，允许水在壳内自由循环，也能够关闭，此时水不会循环流动，同时保护壳4内部仍能够与其周围外部环境进行热交换。外部的保护壳4不绝热。保护壳4，例如由金属制成，能够自然导热。

由第一管道3和第二管道5构成的环形空间7是封闭的，并与孔8相通，以注入或排出流体，例如气体。因此，环形空间7内的气压能够升高或降低。被注入或排出环形空间的温度调节流体是气体(如前所述)或液体(将在下文说明)。

调节系统增加或减少第一管道3和充满外部保护壳的介质61间的热交换，所述介质为，例如，海水。

吸入或排出由控制环形空间7内气压升降的温度调节系统控制。所述温度调节系统也能够将环形空间7内的压力控制在预定值。

所述温度调节系统控制所述调节系统的启动元件，所述启动元件为，例如，泵10，并包括电气模块11和电子控制模块12。所述泵由，例如，电源模块11控制。电源模块11接收电子控制模块12的指令。所述电子控制模块12由，例如，管理模块54控制，所述模块将在下文详细说明。

所述调节系统的启动元件可为泵或阀，将在下文说明。

使用配有热力发动机或电力发动机的泵10。

所述调节系统的启动元件也能够手动控制。

所述温度调节系统包括压力传感器78，根据该传感器对调节环形空间7中的气压进行调节。所述压力传感器78，例如，能够整合到泵中或布置在本发明输送装置1的供气管道中。

能够选用根据环形空间7的容积以一定的抽吸量吸入或抽出气体的抽吸泵10，所述气体注入至环形空间7或从中排出。在这种情况下，为达到最大排放量或最大抽吸量，根据测量的温度打开或关闭抽吸泵10。操作人员也能够设定不同的抽吸或排放水平。低压能够设为，例如，48mbar甚至2mbar，高压设为1bar甚至100bar。能够自动设置或手动设置。

压力传感器78，例如，向管理指示器度盘的管理模块提供环形空间7中气压的信号代表值。然后，用户能够边检查指示器度盘边手动启动抽吸泵。度盘显示的读数为，例如，压力值或为管中管冷却速度的读数。

所述调节系统的启动元件也可设置为自动控制。

随着管中管热量向保护壳4的内部和保护壳4的外部消散的升高，环形空间7中气压升高。随着位于保护壳4的内部的管中管热量消耗的降低，环形空间7中气压也随之降低。

因此，能够根据需要调节热量的消散。来自井的流体的热量取决于储油层的深度P50。通常，储油层内的温度每公里升高约30℃。

位于井口2的烃输送装置1的预定长度为L51。该长度L51在一定程度上决定了它的冷却能力。烃输送装置1的长度L51为，例如，0.5km至20km。

当所述温度调节系统将热量消散能力设为最大时，足够长的长度能够实现最大程度的热量消散，从而能尽可能冷却从井2中提取的流体。

绝缘材料17，例如，布置在环形空间7中，将在下文结合图3说明。应选择绝缘能力根据环形空间7中的气压能够发生变化的材料。这种材料为，例如，微孔材料。

如图1所示，所述环形空间也能够是空的。

环形空间7也能够注满气凝胶、纳米凝胶、石棉、

品牌销售的材料或开孔聚氨酯或适用于最高温度的其它任何材料或开孔材料化合物。当所述温度调节流体为气体时，所选材料的绝缘能力应能根据环形空间内容许的压力变化做出最大的改变，例如，当压力从10mbr变至100bar时，导热率变化比例应为1/10，甚至为1/30。

从地下提取的流体，经过本发明的输送装置1后，由位于海床上的管道14输送，再由管道38输送至生产设备16。管道14能够为传统管道，这种管道无须符合针对“必须耐高温”管道规定的生产要求。海床上的管道14长度为，例如，几十公里。经过布置在井口2处的装置1的流体1，也能够由管道38直接输送至生产设备16.

注入输送装置1环形空间的温度调节流体也可通过抽吸泵储存在输送装置1的末端结构112或113中的储存箱内，此时，抽吸泵也将安装在末端结构112或113中。

输送装置1包括端头112，所述端头12置于输送装置1的入口处；并包括末端结构113，所述末端结构113置于输送装置1的出口处，管道14与该出口连接。末端结构112和113如图4所示，但为清楚起见，该末端结构并未显示在所有附图中。

生产设备16，例如，布置在平台15上，该平台海面之上并由支撑结构13支撑。支撑结构13置于，例如，海床53上，但未来有望将其设计成漂浮结构。

本发明所述装置1的管道14和管道38的下游能够根据安装要求设计成任何类型例如，单管或管中管、弹性管或其它类型的管道。

图2是开采油井时，提取的烃的压力和温度随着开采时间E49而降低的函数示意图。因此，就产生了不同程度的散热Q48需要。开采两年E49后，需要的散热量Q48降低，例如，一半。烃温度越高，例如，要求的散热量Q48越大。相同温度下，烃压力越大，例如，要求的热量Q48也越大。

因此，若开采暂停规定的一段时间，生产停工时需要通过加热，和需要将散热量最小化(即通过降低环形空间7的气压)来维持温度。

生产重新开始时，加热，例如，停止，热消散增加，例如，通过升高环形空间的气压。

因而可能需要冷却或加热。

如图3所示，温度传感器19布置于环形空间内。温度传感器19包括，例如，沿第一管道3布置的光纤。所述环形空间被形状与之一样的固体绝缘材料17填满。传感器19的外罩位于，例如，填满环形空间的绝缘材料17中。所述环形空间还包括绝缘电热丝55，绝缘电热丝55顶着第一管道3。所述温度调节系统包括为电热丝55供电的控制模块。例如，在绝缘材料17中留有安装绝缘电热丝55的空间。

提供的绝缘材料的柔韧性应能足以将电线和光纤嵌入所述绝缘材料内。

如图3所示为，以不限定方式，外部保护壳4中增设的管道或线缆56。这些增设的管道或线缆56能有为本领域技术人员所知的各种功能，以控制安装在输送装置1进口处末端结构112中的各元件的不同的液压元件和电池。外部保护壳4的优点是将设备的各种补充元件带到船上。

支撑元件6呈放射状布置，管中管位于外部保护壳4的中心。水将外部保护壳4中与管中管相连的未满空间61填满，使热量从管中管，甚至从三面环壁的管道中以一种可控、易模型化的方式传导出去。这一优点将在下文详细说明。三面环壁的管道实例将在下文说明。

如图3所示，海床53的可活动元件57平放在外部保护壳4的两侧。有利的是，外部保护壳4的直径足够长，无需开沟。其直径为，例如，100到200cm。尽管保护壳4的两侧上可能会产生沉淀物57和污垢，但外部保护壳4这一确定的长度也能维持足够大的热交换表面。

与现有技术下的装置相反，本发明的输送装置由于其自身长度较长，因此能够承受内部和外部沉淀物的影响。

依据现有技术，对极少部分井出口处的非绝缘管道的定位方法对内部或外部沉淀物十分敏感，沉淀物极大地限制了定位效率，因此，进行热交换时，这种方法有很大的不确定性。此外，由于该解决方法以go-no-go方式起作用，因此不能适应管道中流动物的任何改变。

依据现有技术，若对管道开沟，则热交换不能得到精确调节。

在本发明中，外部保护壳4的较大直径，例如，100cm，总能通过海底环境维持热交换表面。因此，管中管环境及其热交换特性是确定的，因为管中管周围的几何构造是受控制的。通过对热交换进行的计算估计，人们能确定管道直径为100cm的本发明构造，能够在外部保护壳4内外温差为10℃的情况下获得1kW/m以上的散热率。这种几公里长的输送装置因而能够散掉几百万瓦热量。

例如，尺寸的确定根据外部保护壳4中的热交换量来进行。

图4是装置1实施例的剖视图，包括沿第一管道3布置的光纤19。电热丝55，例如，也沿第一管道布置。因此，可沿第一管道3的全长对其进行加热。绝缘材料17填满环形空间。因此，第一管道3组件的温度可以得到控制。

所示的是外部保护壳4的纵断面。未显示出保护壳4两端的钢板58A和58B的焊接点。

管中管插入到外部保护壳4内，然后另外使用末端钢板58A和58B关闭保护壳4。外部保护壳4的圆形截面，例如，以管中管为中心。外部保护壳4的开口18使输送装置1被井出口2上方的船拖入中水后能被浸没。然后外部保护壳4中未被占据的空间61被水填满。

布置在第一钢板58B中的管道59与井2出口处的管道83相通。该管道59与，例如，井出口处的连接元件60相通。进口处的末端结构112可，例如，布置连接元件。

第一管道3的内部与，例如，布置在第二钢板58A中的管道79相通，钢板58A与出口管道14相连。例如，输送装置1出口处的末端结构113中设置连接元件和安装元件。

布置在第二钢板58A中的管道62通过孔8与环形空间7相通。管道62，呈放射状向外部保护壳4敞开。输送装置1外部设置管道62的连接元件63。

例如，抽吸泵10、电源41和气罐31均布置在出口处的末端结构113中。通过管道33与抽吸泵10相通的气罐31，例如，通过抽吸将其充满或把气体注入环形空间7将其抽空。抽吸泵10由执行元件11自动控制，元件本身由电子界面12控制。管理模块54，例如，按照由该模块执行的计算机记录程序把控制信号发送至界面12。抽吸泵10与连接元件115相连，连接元件115与连接元件63相连，连接元件63与环形空间7相连。

为清楚起见，未显示出与管理模块54相通的其它相通连接。

由元件65封闭的通道64与装置1的纵轴平行，以便与光纤19连接。与光纤19相连的连接元件65位于钢板58A的外表面，并布置在，例如，末端结构113中。

由元件67封闭的通道66与装置1的纵轴平行，以便与电热丝55连接。与电热丝55相连的连接元件67位于钢板58A的外表面，并布置在，例如，末端结构113中。为清楚起见，未显示出模块86控制执行模块39、与管理模块54的连接以及电源41。

光纤19和电热丝56也可通过调节气压的管道62相连接。

可布置其它管道以便引入其它控制或检查方式。位于井口处的输送装置1的其它实施例将在下文说明。

图5是所述调节系统的详细示意图，图中温度传感器19通过通信线路20和连接元件65将离开井2的流体的温度信号代表值传送至管理系统54。

管理系统54包括通过控制总线控制内存元件22的计算器21。数据总线，例如，便于数据在计算器21、存储器22和不同元件之间交换。管理系统54由，例如机器人、计算机或嵌入式电子系统构成。

计算器21和存储器22，例如，通过输入输出端口25进行通信，而输入输出端口25与执行器控制模块12、84、37和86之间进行通信。

计算器21和内存22通过例如，输入/输出端口24进行通信，而输入/输出端口24与控制监控界面之间进行通信。控制监控界面包括，例如，键盘27和控制监视器26，但该控制监控界面也可以是遥控界面。

发电机41与(例如计算器21或内存22)电子元件(如计算器21或存储器22)的电源管理模块42连接。发电机41与电源组件11和39及执行器85和36连接。发电机41是，例如，燃料电流发电机。发电机41能够产生单相或三相交流电压或直流电压。

依据传感器19传送的信号和记录的程序数据调节模块12、84、37和86。临界值43、44、45存储在，例如，存储器里和计算器21，例如，该计算机对获取的值与临界值做对比。

图6是散热/加热简化控制的实例示意图。当温度高于确定温度45时，最大散热控制46启动。如果测量温度低于确定温度44，则最小散热控制启动。由于临界温度44低于临界温度45，所以要下达滞后温度控制命令。也显示了确定温度43，即低于温度44，低于该温度加热控制装置68触发。

基于go-no-go方式运作的该控制方案，也能够由存储于存储器22中的程序进行并由计算器21执行。然而，根据需要开发更复杂的逐级控制程序。散热或加热控制能够由反馈回路执行。

图7展示了调节系统启动元件周围的布置以及，例如，为抽吸阀，抽吸阀提供一个连接至阀35的出口管道，该阀门用于关闭或打开管道9，该管道9连接至与环形空间7相通的孔8。阀门35关闭时，环形空间内的气体压力保持不变；阀35打开时，气压在泵10的作用下升高或降低。有利的是，通过关闭阀35，无需额外的能量来维持温度调节气体的气压。阀35将环形空间7密封关闭时，给环形空间施压的抽吸泵10事实上被切断。

受控制模块37调节的执行器36将切断阀35置于断开或闭合位置模块37通过输入(出)端口25接收控制信号。本领域的技术人员会认识到经常要为海底设备增加阀和控制元件以保证尽可能高的可靠性并防止意外渗水。为清楚起见，该复合设备未在附图中显示。

抽吸泵10可配有用于选择注入气体的选择阀30。选择阀30由受控制模块84调节的执行器85定位，模块84通过输入(出)端口25接收控制信号。选择阀30的第一位置对应于与氦气罐32(传导性很强的气体)相连的管道34的供应。选择阀30的第二位置对应于连接至空气罐31(传导性较弱的气体)或与传导性微弱的气体，例如氙气，的管道33的供应。

例如，当启动抽吸过程以降低环形空间的气压时，所述抽吸泵也与释放管道70相连。以释放到空气中或水下，例如，在使用遥控小车的情况下。也能够排放到专门为此配备的箱中。

释放管道和抽吸管道也能够在未来设计成露天式的。

以不限定方式，气罐31和32，执行模块11、执行器85和36能够置于水面平台或服务船上，也能够位于捆扎末端结构112和113中。服务船能够是水面上的船，也能够是能在水下活动的船，例如遥控车，也叫做ROV(遥控潜水器)。ROV将在下文进一步说明。

环形空间7(部分空间填充微孔材料)内的控制气压，例如，当注入的气体为空气时，使热导率在3和10mW/(m.K)的初始值(压力为10mbar时)和能够达80mW/(m.K)的较高值(压力为60bar时)之间变化；与环境之间的热交换(热流动)表示单位时间内通过热绝缘体的热能的一定数量，与高温侧和低温侧间的温差成正比，与绝缘体的厚度成反比。

当绝缘体为由热解硅和金红石微粒压缩而成的微孔绝缘材料时，用氦气替代空气可使热导率在6至20mW/(m.K)(压力为10mbar时)到150至200mW/(m.K)(压力为60bar时)。这种材料由Microtherm公司生产，商标为

如图8所示，电热丝55的加热过程由，例如，控制模块86控制，该模块包括执行模块39，环状空间7中的电热丝55通过导体电缆40用其电力连接。导体电缆40为与电热丝55相连的部分提供接通元件67。执行模块39，例如，通过电源41接收电能。

图9是远程操作浸水式小车71的示意图，该小车通过调节环状空间7的气压控制热消散。水面维护船72包括界面26和27，以控制远程操作小车71，该船本身也包括控制界面24。在不限制方式的情况下，远程操作船71可自带电源或由水面维护船72供电。通讯线路位于水面维护船72和远程操作小车71之间，但也能够使用电磁波通讯方式。

为简化附图，只显示一个提供抽吸泵10的压缩氧气罐31。为简化附图，不示出不同传感器(例如压力传感器)和某些执行器。

远程操作小车71包括舱室76，活动定位元件73置于其上。

远程操作小车71包括用于连接环状空间的、突出舱室76的接通元件75。该接通元件75与位于井口的输送装置1的接通元件63相连，以通过开口8与环状空间7相连。

远程操作的小车71包括突出舱室76的挂钩和定位元件77。挂钩定位元件77专为钩住外部保护壳4而设计。通过布置于确定位置的吊钩82执行挂钩动作，以正确为远程操作小车71定位。吊钩82也能够将远程操作小车71与布置于井口的输送装置1相连。

一旦用于连接环形空间的接通元件75与连通于环形空间7的元件63相连，气体即可被抽气孔8在抽吸泵10的作用下吸入或抽出。用于连接环形空间的接通元件75与连通于环形空间7的元件63的连接和断开均在密封条件下进行。也能够在连接与环形空间7相通的元件63前，给所述泵的排放管道9加压。由管理模块54控制的闭锁/开锁执行器可集成设置于用于连接环形空间的接通元件75上，以执行连接或断开动作。

现在结合图10、11、12、13和14对变型实施例做具体说明，图中，第一管道3和第二管道5之间的环形空间7中的调节流体为液体。在环形空间的一端注入液体，在另一端排出或抽出液体的操作，有助于使温度控制液循环运行，这样液体可带走需消散的额外热量。

图10是布置于井口的输送装置1的实施例示意图，其中位于第一管道3和第二管道5之间的环形空间7包括温度控制液。该液体可能是流动的，以通过流动传输热量的方式增加第一管道3与充满外部保护壳4的介质61之间的热交换。由布置于保护壳4外部的控制界面101控制的抽吸泵100用于控制环形空间7中温度调节流体的流动或停止。抽吸泵100安装于，例如，末端结构112中。

抽吸泵100在环形空间7的一端与钢板中的管道102连接。环形空间7的另一端与钢板中的管道105连接，钢板布置在外部保护壳4的一端。

如图10、11和14所示，温度调节流体在闭合回路中循环。

用于温度调节流体循环的闭合回路包括，例如，通过充满外部保护壳4的介质61的金属管道109。管道109通过外部管道128与连接环形空间7的管道127相连。管道109还与用于使调节流体循环的连接抽吸泵100的管道103相连。

由界面101启动的抽吸泵100可使调节流体在闭合回路中循环。由界面101关闭的抽吸泵100，可用于使调节流体停止循环。

温度调节流体经过用于输送充满保护壳4的介质61的管道109时被冷却。

例如，当进入将环形空间7与连接于抽吸泵100的管道109相连通的管道128时，所述流体也可被加热，如图10所示。加热过程可由缠绕在管道128上的线圈106执行。线圈106由界面元件108所控制的电源元件107加热，即设置一个连接于温度控制液回路的膨胀箱114。因此，启动所述泵可进行冷却，或者，所述泵可与独立的加热元件相结合。

界面元件108和101由，例如，管理模块54通过通信线路控制。

如图11所示，电热丝55也可能沿第二管道5配置。在这种情况下，也设置一个连接于温度控制液回路的膨胀箱114。

第二管道5能够为非绝缘(如图1所示)材料，也可为绝缘(如图11所示)材料。

绝缘材料17可由金属带或保护膜116固定在第二管道5周围，该实施例如图14所示。

绝缘材料也可置于第二管道5周围的第三管道110，以形成环形空间111。如图11所示，第二环形空间111中的气压可控以增加或减少第二管道与充满外部保护壳4的介质61之间的热交换。该压力控制，如前所述，通过与第二环形空间111相通的管道88执行。第二环形空间111的接通元件89布置于外部保护壳4的外部。

在图10中的一个变型实施例中，也不可设置管道109。该实施例如图13所示，液体通过环形空间7，然后通过外部保护壳4的空间61再回到环形空间7，以此方式循环。在这种变型中，缺口18可能，例如，在介质61充满海水后被关闭。

温度控制液的循环提高了热交换率，而停止该液体的循环提高了绝热性。

图12是液体冷却管出水温度曲线示意图，以说明顺流或逆流冷却的效果。

在不限定方式的情况下，如图10、11、13和14所示，温度控制液的循环流动为顺流。温度控制液可根据需要顺流或逆流循环。

如图12所示，1000米以下管道顺流循环的水温117低于石油温度118，并在输送装置1的整个剩余长度中保持逐步降低的温度。

管道最后1000米的逆流循环的水温119低于石油温度120。不过，水温很快就会适应对应于井出口的石油温度的温度值。

如图12所示，总共6000m的长度不受限，这只用于说明利用顺流或逆流循环的冷却液使冷却回路的温度稳定下来。

根据需要，本发明可采用温度控制液的任何流通方向。

本发明中，热量可优选沿输送装置1的第二管道5散去，借助散热介质61，可冷却温度控制液。

现在说明另一个变型实施例。如图15所示，专为浸置于提炼井口2设计的烃输送管道1包括，如前所述，第一管道3，来自提炼井2的第一流体在其中流动。装置1浸装于井口时，外部保护壳4充满液体介质，所述第一管道布置在外部保护壳4中。所述调节系统包括布置在第一管道3周围并界定包围温度调节流体和绝缘材料17的环形空间7的第二管道5。不同环形空间压力下，绝缘材料17的绝缘性能不同。在该实施例中，所述温度调节系统的启动元件为阀123，所述温度调节流体为气体。注入或抽出环形空间7的气体取决于所述调节系统启动阀123的位置。

所述第一管道中的烃温度调节系统包括增压氧气罐121和真空罐122。可通过抽气的方式达到真空状态。罐122的容积将是确定的，容积内为真空状态。这样通过使真空罐122与环形空间7相通，气体可从环形空间7抽出。

启动元件123是一个布置在不同位置的阀，包括真空罐122与环形空间7相通的的位置，环形空间7与增压气罐121相通的位置和环形空间7关闭的位置。在不限定方式的情况下，可使用空气而非其它气体阀123由接通元件126连接到与环形空间7相连的接通元件63上。

阀123由，例如，由电子控制界面125控制，电动机124带动，电动机124由电源41供电。电子控制界面125接收管理模块54的控制信号。罐121和125以及执行器、温度调节系统的启动元件和管理模块54可以任何方式布置在末端结构中。

沿管道3的热交换效率能使所述调节流体与烃之间的热平衡在安装输送装置1后在第一位置最多持续几公里。有效的解决方案是可安装更长的输送装置1，通过进行更远距离的热交换解决内(外)部沉淀物产生的内(外)部污垢的问题。

对本领域的技术人员来说，本发明还可采用各种不同的实施例。因此，现有实施例仅可视为对所附权利要求书规定的本发明的示例说明。

Claims (18)

1.一种专为浸置于提炼井口(2)设计的烃输送设备(1)，包括布置在外部保护壳内的第一管道(3)，流过所述第一管道的，来自提炼井的第一流体，且当烃输送设备浸装于井口时，保护壳内充满液体介质；还包括用于控制在第一管道中流动的烃的温度的调节系统，该系统控制调节系统中的至少一个启动元件以调节第一管道和充满保护壳的液体介质间的热交换，所述调节系统包括至少一个布置在第一管道周围的第二管道，所述第二管道用于界定包围至少一种调节流体的环形空间，该调节液通过调节系统的启动元件注入或排出环形空间。

2.根据权利要求1所述的输送设备(1)，进一步包括用于加热第一管道(3)的加热系统，所述加热系统由调节系统控制、启动或关闭。

3.根据权利要求2所述的输送设备(1)，其特征在于，所述调节系统控制加热系统的启动，而调节系统控制热交换的减少。

4.根据权利要求2或3所述的输送设备(1)，其特征在于，所述调节系统控制加热系统的关闭，而调节系统控制热交换的增加。

5.根据权利要求2至4所述的输送设备(1)，进一步包括至少一个温度传感器，其中所述传感器通过通信线路将从提炼井流出的流体的温度信号代表值传送至调节系统(9、10、11、12、54)；所述调节系统的计算器，其中所述计算器将收到的信号代表值与记录的临界值(44、45)进行至少一次比较；然后所述调节系统根据比较结果发出加热或冷却的命令。

6.根据权利要求5所述的输送设备，其特征在于，温度传感器(19)包括至少一个布置于环形空间(7)内的光纤，所述环形空间界定在第一管道和第二管道之间及沿着第一管道(3)。

7.根据以上任一权利要求所述的输送设备，绝缘材料(17)置于第一管道(3)和第二管道(5)之间的环形空间内；所述调节流体为气态；所述调节系统包括气体输送管道，所述管道通至第一管道和第二管道之间的封闭环形空间的孔，气体吸进或抽出环形空间(7)由所述启动元件来启动；绝缘材料(17)的绝缘性能根据环形空间内的压力而变化；绝缘材料的导热性用W/(m.K)表示，能发生至少3倍(10mbar和1bar之间)及至少4倍的变化(10mbar和1bar之间)。

8.根据权利要求7所述的输送设备(1)，其特征在于，所述调节系统另外还包括一个控制供应选择阀的控制模块(84、85)，所述供应选择阀用来选择注入气体的类型。

9.根据权利要求8所述的输送设备(1)，其特征在于，选择阀(30)控制输送第一气体(如空气或氙气)的供应管道(33)对所述启动元件的气体供应，或控制输送第二气体(例如氦气)的第二供应管道(34)对所述启动元件的气体供应。

10.根据以上任一权利要求所述的输送设备(1)，其特征在于，所述启动元件包括一个用于通过抽吸产生真空的泵；或者所述启动元件包括一个通过产生真空的与真空罐相通的阀门(123)。

11.根据以上任一权利要求所述的输送设备(1)，其特征在于，调节系统包括一个布置于地面服务设备(72)上的控制界面(26、27)；还包括一个由控制界面(26、27)遥控和动力驱动的浸没式小车(71)，所述小车包括移动定位装置并配有将其连接至与第一管道和第二管道间界定的封闭环形空间相通的接通元件(75)的连接元件(71)，所述浸没式小车(71)还配有定位外部保护壳(4)的定位元件(77)。

12.根据权利要求11所述的输送设备，所述调节系统的启动元件嵌入在小车内，该小车包括至少一个通过所述启动元件与连接元件(75)相通的气罐(31)。

13.根据权利要求1至10所述的输送设备，其特征在于，调节系统包括一个布置于地面服务设备(72)上的控制界面(26、27)；还包括一个整合到输送装置进口/出口处的末端结构(112、113)的嵌入式模块，所述嵌入式模块可由控制界面(26、27)遥控并需供能，且所述嵌入模块包括一个将其连接至与第一管道和第二管道(3、5)间界定的封闭环形空间相通的接通元件上的连接元件(75)，并配有调节系统的所述启动元件，包括至少一个通过所述启动元件与连接元件相通的气罐(31)。

14.根据权利要求1至6其中之一所述的输送设备，所述启动元件为泵，调节流体以冷却液的形式存在，该冷却液在抽吸泵的作用下在环形空间(7)内流动，并从进口孔流至出口孔再流进充满外部保护壳(4)的介质中。

15.根据权利要求14所述的输送设备(1)，其特征在于，所述调节系统包括一个闭合回路，所述闭合回路由至少一个穿过外部保护壳(4)内部的管道(109)构成，所述出口孔通过所述至少一个管道与进口孔相通。

16.根据权利要求14或15所述的输送设备(1)，其特征在于调节系统包括布置在第二管道周围的绝热材料(17)。

17.根据权利要求16所述的输送设备(1)，其特征在于，进一步包括第三管道(110)，所述第三管道布置于第二管道周围并与之有一定距离，形成另一个环形空间(111)，所述绝热材料(17)置于所述环形空间中，调节系统通过吸入或排出该封闭环形空间的气体控制第二管道和第三管道之间的环形空间(111)内的压力，所述环形空间(111)设置一个与注入(排出)气体的装置相通的相通孔。

18.根据以上任一权利要求所述的输送设备(1)，其特征在于，输送装置(1)在陆上安装，形成一个几公里长的单个组装件，便于在安装过程中，在被浸没前将其拖至海里。

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