CN103797210A - 用于在柔性立管的环空内循环流体的方法、系统和设备 - Google Patents

Abstract

本申请披露了使流体在海上采烃设施的柔性立管的环空内循环的方法、系统和设备。通过将诸如防腐剂这样的流体从位于平台或船舶上的储存柜泵送入位于环空内的导管内而将该流体导入所述环空内。使用所述系统将流体引入所述环空内可防止或减少环空内的钢制部件腐蚀的发生且增大立管的疲劳使用寿命。

Description

用于在柔性立管的环空内循环流体的方法、系统和设备

技术领域

本发明涉及用于操纵海上采烃设施的海底立管的方法和系统，该立管由具有中心孔的柔性管和包含多个功能层的环空形成。更特别地，本发明涉及用于在柔性立管的环空中循环流体的方法和系统。本发明还涉及用于在柔性立管的环空中循环流体的设备。

背景技术

工程用柔性管经常用于海上采烃设施的立管应用中，海上采烃设施将烃类产品从海底井输送到顶侧采油平台或船舶。这种柔性管是由多个层形成，每个层设计成用于一特定功能。一般来说，多个层中的最内层是由耐腐蚀材料制成的构架层（carcass layer），该构架层设计成阻止柔性管的皱缩。围绕构架的是聚合密封剂层或压力鞘，其挤压在构架周围，并在柔性管端接头上密封以在孔内容纳流体。围绕聚合密封剂层的是包含若干金属铠装层的环空，所述金属铠装层设计成赋予抗拉伸荷载（例如铠装线）和内部压力载荷（例如压力铠装）的强度。围绕这些层的是另一聚合密封剂层或外部鞘，其设计成避免外部海水进入柔性管的内层，充当外保护层。两个聚合密封剂层之间的空间称为"环空"。通常，环空包含一层或两层周向钢部件（称为压力铠装层），其设计成提供径向强度和对内部压力引起的破裂的抵抗力。围绕压力铠装层的是两层或四层螺旋缠绕的铠装线（称为铠装线层），其设计成提供轴向拉伸强度。

柔性管在每端以一端接头为终止，所述端接头结合用于与其他凸缘相匹配的凸缘。使用时，柔性立管悬挂于海上采烃平台或主设施，从而使铠装线层承受高拉伸载荷。由于环境状况以及与立管相连的平台或主设施的相关运动的影响，沿着立管的载荷增强。

在柔性管的孔内，除了烃类产品之外，还存在其他组分，包括硫化氢、二氧化碳和水。这些其他组成可以通过第一聚合密封剂层（压力鞘）扩散到环空中。这些组分，尤其是硫化氢，以及水蒸汽，可能聚集在环空内，最终导致其中的钢绞线经由包括氢致开裂和硫化物应力开裂的机理而腐蚀。另外，由于最外层的损坏，可能导致环空充满海水，导致铠装线腐蚀。正如所述的，尤其是柔性立管中的铠装线承受动态周期性载荷，这可能导致环空中金属铠装线的腐蚀疲劳。该区域中金属线的腐蚀使这些线尤其易受腐蚀疲劳和破坏机理的潜在加快而损坏。

因而希望提供一种方法来防止或减少立管中以及其他动态应用中使用的柔性管的环空内的铠装线及其他钢制元件的腐蚀。

发明内容

本发明的一个方面，提供了一种用于在海上采烃设施的柔性立管的环空内循环流体的方法。该方法包括：将流体泵送到至少一个导管中，所述至少一个导管具有位于柔性立管的环空内的至少一个开口，柔性立管的一端终止于与所述至少一个导管流体连通的立管顶侧端接头，另一端终止于立管海底端接头。流体从所述至少一个导管的开口排出到环空内，使得流体在环空中流动，返回到立管顶侧端接头。

本发明的另一个方面提供了一种用于在海上采烃设施的立管系统的柔性管设备。该设备包括：管状构架层，其中限定一用于输送开采的井流体的孔；围绕构架层的压力鞘；围绕压力鞘并在其间限定一环空的外部鞘；环空内的至少两层铠装线；和环空内的至少一个导管，所述导管具有用于将流体引导到环空内的至少一个开口。

本发明的又一个方面提供了一种在海上采烃设施中使用的系统。该系统包括一端终止于顶侧部位、另一端终止于海底部位的至少一个柔性立管，其中该柔性立管包括具有至少两层铠装线的环空和具有用于将流体引导到环空内的至少一个开口的至少一个导管。一顶侧端接头附着于柔性立管的顶侧端，并具有与环空内的所述至少一个导管流体连通的入口和与环空流体连通的出口。一海底端接头附着于柔性立管处于海底的端部。该系统还包括位于顶侧部位的泵，所述泵与所述出口和入口相联而在二者之间实现流体连通，用于将流体泵送到所述入口。

附图说明

参照下文的描述、附带的权利要求以及附图，本发明的这些及其他目标、特征和优点将变得更加透彻，其中：

图1A-1E示出了依照一个实施例的用于使流体在海上采烃设施的柔性立管的环空内循环的系统和设备。

图2A-2D示出了用于在柔性立管的环空内循环流体的设备的可能实施例。

图3示出了依照一个实施例的用于在柔性立管的环空内循环流体的设备。

图4A-4D示出了用于在柔性立管的环空内循环流体的设备的可能实施例。

图5A-5C示出了依照一个实施例的柔性立管。

图6A-6C示出了依照一个实施例的与顶侧端接头成匹配关系的柔性立管。

具体实施方式

依照本发明的方法和系统，能够降低柔性管的环空内的铠装线及其他钢元件（例如压力铠装层）随着时间的流逝而发生腐蚀的可能性，所述柔性管例如为海上采烃设施中的柔性立管。

通过使防腐蚀流体或含有表面钝化剂或其他添加剂的流体在环空内循环，从而使该流体在铠装线及其他钢元件之间的间隙中流动，这样能够降低铠装线腐蚀及诸如腐蚀疲劳的相关问题的发生。可以使用气冲式流体而从环空冲洗H₂S、CO₂、水蒸气等。该流体在此可换一种称谓而称作“缓冲流体”、“冲洗流体”或简单地称作“流体”。该流体可以连续地或间歇地循环。该流体接触并围绕铠装线及其他钢元件，保护它们免受腐蚀。在本发明的另一个实施例中，代替或除缓冲流体之外，图像敏感材料也可以在柔性立管的环空内循环，从而允许利用已知技术对环空照相。

缓冲流体在一闭环中循环，所述闭环包括所述柔性立管的环空以及至少一个缓冲流体导管。依照本发明，缓冲流体通过柔性立管的环空中的至少一个导管上的至少一个开口被引入到所述环空中，所述至少一个导管在此也被称为“缓冲流体导管”。参照图1A，示出了依照一个实施例的系统，其中，柔性立管10的一端连接于采油平台1上的顶侧端接头12。柔性立管10的另一端终止在触地点处的海床3上，在该触地点，海底端接头14搁置在海床3上。海底端接头14连接于流动管路60的端接头15。缓冲流体存储在采油平台1上的流体储存柜30中。流体从储存柜30通过管道36放出，由泵32泵送至柔性立管10的环空中的至少一个缓冲流体导管中（下文将更详细地描述）。一旦被引入到所述环空中，流体就在环空的间隙中流动。流体压力驱动环空内的流体通过该环空上升，返回到平台1上的顶侧端接头12。在返回到顶侧端接头12时，流体被导向经由管道31而与储存柜30流体连通的顶侧端接头上的端口。流体返回到储存柜中，在那里可以去除流体中的污染物，流体通过泵32的作用而可以在包括所述至少一个缓冲流体导管和所述环空的回路中进行再循环。流体可以连续地或间歇地再循环。

图1B是柔性立管10的纵向截面，示出了围绕孔16的环空40的侧视图，其中含有烃38的井产流体在所述孔16中流动。环空内的铠装线及其他钢元件用附图标记50表示。从缓冲流体导管引入环空内并在环空的间隙中流动的缓冲流体用附图标记34表示。

在一个实施例中，环空内的至少一个铠装线层包括至少一个缓冲流体导管。在这种情况下，缓冲流体导管嵌入铠装线层内。缓冲流体导管在尺寸和形状上基本上类似于单独的铠装线。图1C是柔性立管10的分解图，显示了柔性管的每一个层。最内部的是构架52内的孔16，该孔由构架限定。构架52由压力鞘54围绕，压力鞘则由环空40围绕。环空40包括多个层50，所述多个层包括压力铠装层56、内拉伸铠装线层60’和外拉伸铠装线层62’。在所示的实施例中，位于内拉伸铠装线层60’内的是拉伸铠装线61和缓冲流体导管61’。缓冲流体导管61’具有穿孔65，缓冲流体通过该穿孔65引入到环空内。同样，位于外拉伸铠装线层62’内的是拉伸铠装线63和具有穿孔65的缓冲流体导管63’，缓冲流体34通过穿孔65引入到环空内。围绕外拉伸铠装线层的是外部鞘11。在图1D中显示了柔性管的横截面。图1E是柔性管的壁的透视图，显示了之前所述的每一个层以及其间的间隙空间90。缓冲流体34在这些空间内流动。

图2A-2D和图3示出了其中具有用于将流体引入到环空内的至少一个开口的缓冲流体导管61’或63’的示例性实施例。图2A-2C示出了沿着其长度具有一个或更多个穿孔65的缓冲流体导管。图2D示出了具有实心壁、即没有穿孔的缓冲流体导管。这样的实心缓冲流体导管在其一端具有开口65，流体通过所述开口65引入到环空内。图3示出了依照另一实施例的沿着其长度具有多个小穿孔65的缓冲流体导管70，缓冲流体通过小穿孔引入到环空内，使之从导管缓慢地流过（weep）立管的整个长度。

在替换实施例中，缓冲流体可以通过其中具有至少一个缓冲流体导管的带子供给到环空。在一个实施例中，带子可包括并排布置的多个缓冲流体导管。参考图4A，带子80具有多个缓冲流体导管82，缓冲流体导管82在其端部具有开口84。导管82并排布置在大体上条带状带子中。图4C是带子80的截面。如图所示，带子内的导管82的数量是可以变化的。导管82的数量可以在两个和n个导管之间变化，其中n是任何适当的数量。例如，图4A示出了带有9个导管82的带子。参照图4B，带子80’具有多个并排布置的缓冲流体导管82，缓冲流体导管82在管端部具有开口84以及沿着其长度具有穿孔86。图4D是带子80’的截面图。虽然在所示的截面视图中所有导管排成一直列，但是它们也可以具有变形配置。例如，导管可以彼此交错。

图5A是环空40内结合带子80或80’（由80/80’表示）的立管10的分解图。如图所示，带子80/80’螺旋缠绕在铠装线层60和62之间。图5B是立管10的截面图，图5C是立管10的壁的详图。虽然所示的带子80/80’在铠装线层60和62之间，但是带子也可以设置在环空内的任何两个层之间，即，可以设置在压力鞘54和压力铠装层56之间、压力铠装层56和拉伸铠装层60之间、铠装线层60和62之间、铠装线层62和外部鞘11之间、和/或环空可能包含的任何其他附加层与相邻层之间。

再次参照图1A，柔性立管10附着于顶侧端接头12。图6A是依照一个实施例的与顶侧端接头12成匹配关系的柔性立管10的分解图。在该视图中，已描述过的并如图1C显示的柔性立管10与顶侧端接头12匹配，使得端接头的孔116与柔性立管10的孔16流体连通。端接头12包括与柔性立管10的环空中的至少一个缓冲流体导管流体连通的开口99和通道98，使得流体可以经由该开口99和通道98泵送到缓冲流体导管61’和63’中。在所示的特定实施例中，隔离壁106将环空的入口部分102（与开口99流体连通）和与开口101流体连通的环空的出口部分104隔离。隔离壁106有助于引导流体流到缓冲流体导管的开口端67中。开口101和通道100与环空的出口部分104流体连通。本领域普通技术人员应当理解，也可以采用许多其他的用于引导流体进入缓冲流体导管61’和63’的特定实施例。

图6B显示了依照一个实施例的图6A的设备，流体34通过入口94和通道98引入，进入环空的入口部分102和铠装线层内的穿孔的缓冲流体导管61’和63’的开口端67。在一个实施例中，入口94与之前所述的泵流体连通。流体34’沿着柔性立管10的长度流过环空，回到顶侧端接头12，通过环空的出口部分104、通道100以及出口96排出。排出的流体34’由此可以回到储存柜。图6C示出了依照另一个实施例的类似设备，其中，缓冲流体导管61和63具有实心壁。

只要容许，本申请中援引的所有公开、专利和专利申请的整个内容在此引入作为参考，这样的披露与本发明一致。

除非另作说明，元件、材料或其它部件的种类列举旨在包括所有可能的所列部件及其混合的一般组合，可以从中选择单个部件或部件的混合。并且，“包括”、“包含”及其变形旨在非限制性的，列表中项目的列举不排除其他类似的可用于本发明的材料、组成、方法和系统的项目。

本领域技术人员从上面的说明书将领会到改进、改变和修改，这些都由所附的权利要求书覆盖。

Claims (15)

1.一种用于使流体在海上采烃设施的柔性立管的环空内循环的方法，其包括：

将流体泵送到至少一个导管中，所述至少一个导管具有位于柔性立管的环空内的至少一个开口，该柔性立管的一端终止于与所述至少一个导管流体连通的立管顶侧端接头，另一端终止于立管海底端接头；和

将所述流体从所述至少一个导管的开口排出到所述环空内，使得流体在环空中流动，返回到立管顶侧端接头。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个导管位于环空内的至少一层铠装线内。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个导管位于环空内的至少一个带子内。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个带子包括多个导管。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个导管具有实心壁，流体从海底部位处的所述至少一个导管的端部的开口排出。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个导管具有穿孔壁，流体沿着所述至少一个导管的长度从所述穿孔排出。

7.一种在海上采烃设施中的立管系统中使用的柔性管设备，其包括：

a）管状构架层，该管状构架层中限定一用于输送井产流体的孔；

b）围绕构架层的压力鞘；

c）围绕压力鞘的外部鞘，在所述压力鞘和所述外部鞘之间限定一环空；

d）环空内的至少两层铠装线；和

e）环空内的至少一个导管，所述导管具有用于引导流体到环空内的至少一个开口。

8.如权利要求7所述的柔性管设备，还包括：

f）附着于柔性管设备的顶侧端的顶侧端接头，所述顶侧端接头具有与环空内的所述至少一个导管流体连通的入口和与环空流体连通的出口；和

g）附着于柔性管设备的海底端的海底端接头。

9.如权利要求7所述的柔性管设备，其中，所述至少一个导管位于铠装线层中的至少一个内。

10.如权利要求7所述的柔性管设备，其中，所述至少一个导管位于环空内的至少一个带子内。

11.如权利要求10所述的柔性管设备，其中，所述至少一个带子螺旋缠绕在环空内的至少一层上。

12.如权利要求7所述的柔性管设备，其中，所述至少一个导管具有实心壁。

13.如权利要求7所述的柔性管设备，其中，所述至少一个导管具有穿孔壁。

14.一种在海上采烃设施中使用的系统，其包括：

a）一端终止于顶侧部位、另一端终止于海底部位的至少一个柔性立管，其中，所述柔性立管包括具有至少两层铠装线的环空和具有用于引导流体到环空内的至少一个开口的至少一个导管；

b）附着于柔性立管的顶侧端的顶侧端接头，该顶侧端具有与环空内的所述至少一个导管流体连通的入口和与所述环空流体连通的出口；

c）附着于柔性立管的海底端的海底端接头；和

d）位于顶侧部位的泵，所述泵设置在所述出口和入口之间而与所述出口和入口流体连通，且用于将流体泵送到入口。

15.如权利要求14所述的系统，还包括位于顶侧部位、用于存储流体的流体储存柜，该流体储存柜设置在所述出口和泵之间并与所述出口和泵进行流体连通。

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