CN103890310A - 用于使流体在柔性管立管的环带内循环的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种用于使得流体在用在海上碳氢化合物生产设施中的立管中的柔性管的环带内循环的方法和系统。流体例如阻蚀剂能够在闭合回路中循环流动，该闭合回路包括终止在平台或浮动钻井装置处的立管的环带、位于平台或钻井装置上的流体存储容器和终止在平台或钻井装置以及海底位置处的控制管缆管。采用该系统来使得流体流动穿过环带能够防止或减少在环带内的钢构件的腐蚀，并且提高立管的疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于操作在海上碳氢化合物生产设施中的立管的方法和系统，所述立管由具有中央孔道和包含多个功能层的环带的柔性管形成。更具体地说，本发明涉及用于使流体在柔性管立管的环带内循环的方法和系统。
背景技术
在海上碳氢化合物生产设施中的立管用途中往往采用工程柔性管，用来从海底油井将碳氢化合物产品输送到水线上面的生产平台或钻井装置。这种柔性管由多层形成，每一层设计用于特定功能。通常，多层的最内层为由耐腐蚀材料制成的胎体层，设计用于防止柔性管塌陷。围绕着胎体层为聚合物密封层或压力护套，它围绕着胎体层挤出成型并且密封在柔性管端部接头处以将流体装在孔道内。围绕着聚合物密封层为环带，它包含有多个金属装甲层，设计用于给予抵抗拉伸负载(例如铠装线)和内部压力负载(例如压力铠装)的强度。围绕着这些层为另一层聚合物密封层或外部护套，设计用于避免外部海水侵入到柔性管的内层中，这用作外部保护层。在两层聚合物密封层之间的空间被称为“环带”。通常，该环带包含有一层或两层圆周取向的钢构件(被称为压力铠装层)，设计用于提供径向强度和防止由于内部压力爆裂的性能。包围着这些压力铠装层为两层或四层螺旋缠绕的铠装线(被称为铠装线层)，设计用于提供在轴向上的拉伸强度。
柔性管在每个端部处设有端部接头，它们结合有用于与其它凸缘配合的凸缘。在使用中，柔性管立管悬挂在海上产油平台或主设施上，因此在铠装线层上施加较高的拉伸负载。沿着立管的这些负载由于环境条件以及与立管连接的平台或主设施的相关运动的作用而放大。
在柔性管的孔道内，除了碳氢化合物产品之外，也会存在包括硫化氢、二氧化碳和水在内的其它组分。这些其它组分能够通过第一聚合物密封层(压力护套)扩散到环带。这些组分尤其是硫化氢以及水蒸汽能够积累在环带内并且最终由于包括氢诱发破裂和硫化物应力破裂在内的机理而导致其中的钢丝腐蚀。另外，环带由于最外层受损而会充满海水，从而导致铠装线腐蚀。如所指出的一样，在柔性立管中的铠装线尤其经受动态周期性负载，这导致在环带中的金属铠装线腐蚀疲劳。在该区域中的金属线的腐蚀使得这些线特别容易出现腐蚀疲劳以及疲劳机理的可能加速。
最好提供防止或降低在用在立管和其它动态用途中的柔性管的环带内的铠装线和其它金属元件腐蚀的方法。
发明内容
根据一个实施方案，提供了一种用于使得流体在海上碳氢化合物生产设施中的柔性管立管的环带内循环的方法。该方法包括以足够的压力将流体泵送到闭合回路中以使得流体循环穿过所述回路。所述回路包括柔性管立管的环带，其终止在位于生产平台或海上钻井装置的水线以上的立管端部接头处以及位于海底位置处的海底立管端部接头处，并且还包括在海底控制管缆内的至少一个控制管缆管，它们与海底立管端部接头流体连通并且终止在位于平台或钻井装置处的与所述环带流体连通的控制管缆端部接头处。
在另一个实施方案中，提供了一种用在海上碳氢化合物生产设施中的系统。该系统包括：至少一个海底控制管缆管，其终止在生产平台或海上钻井装置处以及海底位置处用于输送流体；至少一个柔性管立管，其终止在生产年个或海上钻井装置以及海底位置处，其中所述柔性管立管包括：与所述至少一个控制管缆管流体连通的环带；在所述柔性管立管的每个端部位置处的端部接头，其中每个端部接头包括与所述环带流体连通的端口；连接器，用于在所述海底位置处使得所述至少一个控制管缆管与所述端部接头的端口流体连通；以及泵，用于泵送流体以使得所述流体在包括所述环带和所述至少一个控制管缆管的闭合回路内循环。
在另一个实施方案中，提供了一种用于改进在现有海上碳氢化合物生产设施中的立管系统的方法。该方法包括使得包括环带的柔性管立管的现有的水线以上端部接头的端口与水线以上通风系统断开，其中所述柔性管立管具有水线以上的端部接头和具有与所述环带流体连通的通风端口止回阀的海底端部接头；以及从海底端部接头移除通风端口止回阀。该方法还包括在所述生产平台或海上钻井装置上提供再循环套件，所述再循环套件包括具有容器入口和容器出口的流体存储容器；具有与所述容器出口流体连通的泵入口和泵出口的泵；以及用于在所述容器出口和所述泵入口之间流体连通的管道。所述柔性管立管的水线以上端部接头的端口与所述再循环套件连接。控制管缆管的海底端与在所述柔性管立管的所述海底端部接头中的端口连接。最后，将所述控制管缆管的水线以上端部连接至所述再循环套件上，由此建立了包括所述环带、所述控制管缆管和所述再循环套件的闭合回路。
附图说明
参照下面的说明书、所附的权利要求书和附图将更好的理解本发明的这些和其它目的、特征和优点。
图1A-1I显示出用于使得流体在海上碳氢化合物生产设施中的柔性管立管的环带内循环的系统。
图2显示出用于改进在现有海上碳氢化合物生产设施中的立管系统的方法。
具体实施方式
根据本发明的方法和系统，能够降低在柔性管(例如用在海上碳氢化合物生产设施中的柔性管立管中的那些管)的环带内的铠装线和其它钢元件(例如压力铠装层)随着时间发生的腐蚀。
通过使得抗蚀剂或包含表面钝化剂或其它添加剂的流体在环带内流动，使得流体在铠装线和其它钢元件之间的空隙中流动，从而能够降低铠装线发生腐蚀和相关的问题例如腐蚀疲劳。也可以使用将H2S、CO2、水蒸气等从环带中清洗掉的气体清洗流体。该流体在这里可互换地被称为“缓冲流体”、“清洗流体”或简称为“流体”。该流体可以连续地或间歇地循环。该流体接触并且环绕着铠装线和其它金属元件，从而防止它们腐蚀。在本发明的另一个实施方案中，除了缓冲流体之外，可以使得图像敏感材料在柔性管立管的环带内循环流动，因此能够采用已知的技术拍摄环带的图像。
缓冲流体在闭合回路中循环流动，该闭合回路包括柔性管立管的环带和在海底控制管缆内的至少一个控制管缆管。参照图1A，显示出根据一个实施方案的系统，其中生产平台1(在水线以上的端部接头12处)连接至柔性管立管10。柔性管立管10在触地位置处终止在海床3上，在那里端部接头14搁置在海床3上。端部接头14连接至流送管线60的端部接头15上。缓冲流体34存储在位于生产平台1上的流体存储容器30中。流体34从容器30流出，穿过管道36并且由泵32泵送到柔性管立管10的环带中。海底控制管缆70在端口72处连接至柔性管立管端部接头14上。流体压力驱动流体34上升穿过控制管缆70，以便返回到在平台1上的容器30。箭头34a表示缓冲流体在闭合回路内的流动方向。
图1E为柔性管立管10的纵向剖面，显示出环带40的侧视图，该环带包围着具有包含有从中流过的碳氢化合物38的生产油井流体的孔道16。在环带内的铠装线和其它钢元件由50表示。图1F为柔性管立管10的分解视图，显示出柔性管的多个层的每一层。最里面的是在胎体层52内的孔道16。胎体层52由压力护套54包围，该压力护套又由环带40包围。环带40包括多个层50，包括压力铠装层56、内部拉伸铠装线层60和外部拉伸铠装线层62。在外部拉伸铠装线层周围为外部护套11。在图1G中显示出柔性管的横截面。图1H为柔性管壁的放大图，显示出前面所述的每一层和在它们之间的空隙空间90。缓冲流体34在这些空间内流动。
图1I显示出根据一个实施方案的柔性管立管10的海底端部接头14。如在该实施方案中所示一样，柔性管立管10通过螺栓84安装在端部接头14上。在其中包括有孔道86的端部接头14设计成牢固安装在柔性管的端部上，并且允许安装在相邻的接头上。端部接头14还包括与柔性管立管10的环带40流体连通的端口72。控制管缆70可以与端口72连接，该端口可以在典型端部接头中的通风阀的位置，由此在控制管缆70和环带40之间形成流体连通。虽然该附图将70显示出为单个控制管缆管，但是应该理解的是，流体34能够流经在多部件海底控制管缆内的一个或多个单独的控制管缆管。
图1B显示出与图1A的类似的可选实施方案，其中如由34b所示一样在闭合回路中的缓冲流体流的方向相反。在该实施方案中，从存储容器30将流体34泵送出，穿过管路36和泵32进入到在海底控制管缆70内的至少一个控制管缆管。如上所述，控制管缆70通过端口72连接至柔性管立管端部接头14，从而流体34从控制管缆70流向柔性管10的环带40。流体压力驱动流体34通过环带40上升以便返回到在平台1上的容器30。
图1显示出与图1A的类似的可选实施方案，其中流体34流动穿过在多部件海底控制管缆70内的一个或多个单独控制管缆管。图1D剖面显示出多部件海底控制管缆70。在控制管缆70内的这些部件之中，各个控制管缆管71让流体34从中流动穿过。如图1C所示，通过各个控制管缆管71将流体34泵送到控制管缆70中。控制管缆70终止在分配单元76处，该分配单元可以为任意合适的歧管结构例如控制管缆终端组件(UTA)。从分配单元76开始，第二控制管缆70’可以将控制信号传输给在碳氢化合物生产设施中的各种系统或设备。可以采用一个或多个浮动导管74来将流体34传送给柔性管立管端部接头14(未显示出其它柔性管立管端部接头)。这样，缓冲流体34能够循环穿过在单个碳氢化合物生产设施内的多个立管。图2显示出根据一个实施方案的用于改进现有立管系统的方法。在现有的海上碳氢化合物生产设施100中，安装在平台上的水线以上结构106接收来自连接在108处的柔性管立管10的生产出的油井流体，并且传送这些油井流体以便进行由生产102表示的进一步处理。在立管10的水线以上的端部接头上的端口120通常连接至通风系统(未示出)，以便将气体从柔性管立管10的环带排出。在海底位置处，立管10终止在海底立管端部接头110处，在那里与流送管线60建立连接。凸缘114和116将海底立管端部接头110连接至海底流送管线端部接头118。海底立管端部接头110通常具有一个或多个通风端口止回阀113，它们与柔性管10的环带流体连通。
为了改进现有的系统，从海底立管端部接头110中去除其中一个通风端口止回阀113，并且将控制管缆70连接至该通风端口上就位。在立管10的水线以上的端部接头上的端口120与通风系统(未示出)断开。容纳流体存储容器的再循环套件112和泵设置在平台处。该套件连接至通风端口120(通过如所示的管线122)，并且连接至控制管缆70，因此形成包括用来使得流体通过它们能够循环流动的柔性管立管10的环带、控制管缆70和再循环套件112的闭合回路。该套件被连接使得柔性管立管的水线以上端部接头的端口连接至泵出口，并且控制管缆管的水线以上端部连接至容器入口。可选的是，该套件可以连接使得柔性管立管的水线以上端部接头的端口连接至容器入口，并且控制管缆管的水线以上端部连接至泵出口。
在允许的情况下，在本申请中所引证的所有文献、专利和专利申请其全文在这里被引用作为参考，从而这种公开内容不会与本发明矛盾。
除非另有说明，可以从中选择出单个部件或多个部件的组合的一组元件、材料或其它部件的表述用来包括所列出的部件及其组合的所有可能的子类的组合。还有，“包括”、“包含”及其变型打算是非限定性的，从而在列表中的各个项目的表述不是排除其它类似项目，它们也可以用在本发明的材料、组分、方法和系统中。
从上面的说明书和附图中，本领域技术人员将很容易想到打算由所附权利要求书覆盖的许多改进、变化和变型。
Claims (14)
1.一种用于使得流体在海上碳氢化合物生产设施中的柔性管立管的环带内循环的方法，包括：
以充足压力将流体泵送到闭合回路中以使得流体循环穿过所述闭合回路，其中所述闭合回路包括：柔性管立管的环带，所述环带终止在位于生产平台或海上钻井装置的水线以上的立管端部接头处以及在海底位置处的海底立管端部接头处；以及在海底控制管缆内的至少一个控制管缆管，所述至少一个控制管缆管与所述海底立管端部接头流体连通并且终止在位于平台或钻井装置上的与所述环带流体连通的控制管缆端部接头处。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述闭合回路还包括用于存储所述流体的流体存储容器，所述流体存储容器位于所述平台或钻井装置上并与所述环带和所述至少一个控制管缆管流体连通。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个控制管缆管连接至所述海底立管端部接头。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述流体通过与所述环带流体连通的端口被泵送到所述水线以上的立管端部接头，并且通过所述至少一个控制管缆管回到所述生产平台或海上钻井装置。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述闭合回路还包括在所述至少一个控制管缆管和在所述海底立管端部接头中的端口之间并且与所述至少一个控制管缆管和在所述海底立管端部接头中的端口流体连通的浮动导管。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述闭合回路还包括分配单元，所述分配单元在海底位置处与所述至少一个控制管缆管连接并且与所述浮动导管连接，所述分配单元包括用于连接多个浮动导管的多个连接接头。
7.如权利要求6所述的方法，其中多个浮动导管连接至所述分配单元的所述多个连接接头，并且每个浮动导管在海底位置处连接至所述海底立管端部接头。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述流体被泵送到与在所述海底立管端部接头中的端口流体连通的至少一个控制管缆管中，并且通过所述环带回到所述生产平台或海上钻井装置。
9.一种用在海上碳氢化合物生产设施中的系统，包括：
a.至少一个海底控制管缆管，其终止在生产平台或海上钻井装置处以及用于输送流体的海底位置处；
b.至少一个柔性管立管，其终止在生产平台或海上钻井装置以及海底位置处，其中所述柔性管立管包括与所述至少一个控制管缆管流体连通的环带；
c.在所述柔性管立管的每个端部位置处的端部接头，其中每个端部接头包括与所述环带流体连通的端口；
d.连接器，用于将所述至少一个控制管缆管布置成在所述海底位置处与所述端部接头的端口流体连通；以及
e.泵，用于泵送流体以使得所述流体在包括所述环带和所述至少一个控制管缆管的闭合回路内循环。
10.如权利要求9所述的系统，还包括用于存储所述流体的流体存储容器，所述流体存储容器位于所述平台或钻井装置上并与所述环带和所述至少一个控制管缆管流体连通。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述连接器从泄流阀、浮动导管、液压连接器和热对扣中选择。
12.一种用于改进在现有海上碳氢化合物生产设施中的立管系统的方法，包括：
a.使得包括环带的柔性管立管的现有的水线以上端部接头的端口与水线以上的通风系统断开，其中所述柔性管立管具有水线以上的端部接头和具有与所述环带流体连通的通风端口止回阀的海底端部接头；
b.从所述海底端部接头中移除所述通风端口止回阀；
c.在所述生产平台或海上钻井装置上设置再循环套件，所述再循环套件包括：
i.具有容器入口和容器出口的流体存储容器；
ii.具有泵出口和与所述容器出口流体连通的泵入口的泵；以及
iii.用于在所述容器出口和所述泵入口之间流体连通的管道；
d.将所述柔性管立管的水线以上的端部接头的端口与所述再循环套件连接；
e.将控制管缆管的海底端与在所述柔性管立管的所述海底端部接头中的端口连接；以及
f.将所述控制管缆管的水线以上端部连接至所述再循环套件上，由此建立包括所述环带、所述控制管缆管和所述再循环套件的闭合回路。
13.如权利要求12所述的方法，其中在步骤(d)中，将所述柔性管立管的水线以上端部接头的所述端口连接至所述泵出口，并且在步骤(f)中，将所述控制管缆管的水线以上端部连接至所述容器入口。
14.如权利要求12所述的方法，其中在步骤(d)中将所述柔性管立管的水线以上接头的所述端口连接至所述容器入口，在步骤(f)中将所述控制管缆管的水线以上的端部连接至所述泵出口。
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