CN104455727B - 双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法及密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法及密封装置，该方法包括1)设置一套密封装置；2)将卷轴端密封器穿入；3)卷轴端密封器密封；4)启动初始端高压气源，转动卷轴，将复合管卷入；5)将下一复合管穿过焊接端密封器与一复合管焊接；6)焊接端密封器密封；7)卷轴端密封器启封后移；8)卷轴端密封器密封，焊接端密封器启封；9)转动卷轴，将已完成焊接的复合管卷入；10)重复步骤5)～步骤9)，直至剩下最后一根复合管；11)重复步骤5)～步骤8)后转动卷轴，当焊接端密封器处于最后一根复合管末端时停止；12)焊接端密封器密封；卷轴端密封器启封后移；13)卷轴端密封器密封；焊接端密封器启封；14)将长柱塞杆的球阀关闭，拆除长柱塞杆的后段杆身；直到所有上卷的复合管出海铺入海床。

Description

双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法及密封装置

技术领域

本发明涉及一种双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法以及该方法实施过程所需的密封装置。

背景技术

在海洋强腐蚀性油气田的开采中，相对于添加缓蚀剂输送与铺设耐蚀合金管道，选用双金属复合管具有明显的经济性。双金属复合管是由外层碳钢管和内层抗腐蚀合金管(厚度一般为2～3mm)通过机械的方式复合而成的，充分利用外层碳钢管的承载力与内层合金管的抗腐蚀能力。但由于双金属复合管焊接难度较大，焊接速率低，应用传统的S形铺管法铺设双金属复合管的海上作业时间明显增加，因而制约了该种类型管材的选用。业界认为双金属复合管道最高效的海上安装方法为卷轴铺管法，即在陆上实现管道的焊接上卷，再到预定海域退卷安装。

然而，在现有技术下，卷轴铺管法的实施也受到关键因素的制约，即：双金属复合管在上卷过程中可能发生的衬管层分离和皱屈(detaching和wrinkling)。当卷轴的直径偏小，双金属复合管两金属管层之间的结合应力不足时，衬管层的分离和皱屈在上卷过程中很容易发生，上述情况一旦发生，退卷铺设后管道内衬管层的变形将严重阻碍流体的输送。针对上述制约因素,业界尚没有较好的途径实施双金属复合管道的卷轴安装。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法及该方法实施过程所需的密封装置,从而实现双金属复合管卷入卷轴而不发生衬管层的分离和皱屈。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法，包括以下步骤：1)设置一套包括卷轴端密封器、焊接端密封器和长柱塞杆在内的密封装置；卷轴端密封器和焊接端密封器上分别设置有连接压力气源密封用胶筒，长柱塞杆为具有中心孔的前后两段，二者之间设置有一常开的球阀；将长柱塞杆的头部与卷轴端密封器尾部连接，将长柱塞杆的尾部穿过焊接端密封器，焊接端密封器的尾部连接有牵引索；2)在待上卷的双金属复合管的初始端连接一高压气源，并将卷轴端密封器穿入该双金属复合管；3)从长柱塞杆尾部充入压力气体，使卷轴端密封器的胶筒膨胀，将待上卷的双金属复合管密封；4)启动初始端高压气源，转动卷轴，将处于高压状态的双金属复合管卷入卷轴；5)将至少一根待焊接的双金属复合管穿过牵引索和焊接端密封器，与已上卷的双金属复合管3的尾部对齐，并与其焊接成一体，同时将牵引索拉紧，连接在固定桩上；6)向焊接端密封器的进气通道充入压力气体，使焊接端密封器的胶筒膨胀，将已完成焊接的双金属复合管密封；7)卸去长柱塞杆内的压力气体，使卷轴端密封器启封，并在气压差的作用下连同长柱塞杆一起向焊接端密封器移动，此时处于密封状态的焊接端密封器不动，继续维持双金属复合管内的高压状态；8)当卷轴端密封器与焊接端密封器靠近后，再次向长柱塞杆通入压力气体，使卷轴端密封器的胶筒重新处于密封状态；然后卸去焊接端密封器进气通道的压力气体，将其启封；9)转动卷轴，将已完成焊接的双金属复合管卷入卷轴；此时，卷轴端密封器连同长柱塞杆会跟随双金属复合管向卷轴的方向运动，而焊接端密封器则在牵引索的牵引下停留在原来的位置，最后将牵引索与固定桩分离；10)循环实施步骤5)～步骤9)，直至剩下待焊接的最后一根双金属复合管，进入步骤11)；11)重复实施一次步骤5)～步骤8)后，转动卷轴使最后一根双金属复合管连同卷轴端密封器和长柱塞杆向卷轴方向移动，当焊接端密封器处于最后一根双金属复合管末端时，停止转动卷轴；12)向焊接端密封器的进气通道充入压力气体，使焊接端密封器的胶筒膨胀，将最后一根双金属复合管密封；再卸去长柱塞杆内的气体压力，使卷轴端密封器启封，并在气压差的作用下向焊接端密封器移动靠近；13)从长柱塞杆尾部充入压力气体，使卷轴端密封器处于密封状态；然后卸去焊接端密封器进气通道的压力气体，将其启封；14)将长柱塞杆的球阀关闭后，拆除长柱塞杆的后段杆身，移走焊接端密封器；此时，卷轴端密封器仍然对已上卷的双金属复合管保持密封作用，初始端的高压气源保持气体压力，直到所有上卷的双金属复合管出海铺入海床后，再卸压。

所述步骤5)中，穿过牵引索和焊接端密封器待焊接的双金属复合管为多根，且依序焊接成一体。

在进行所述步骤7)和步骤12)之前，通过连通所述卷轴端密封器和焊接端密封器的气压通道向二者之间注入气体，气体的阻尼压力小于已上卷的双金属复合管内的压力。

一种双金属复合管卷轴安装的密封装置，其特征在于：它包括一卷轴端密封器、一焊接端密封器和一长柱塞杆；所述卷轴端密封器和所述焊接端密封器均包括：一中心管；一密封连接在所述中心管一端的端盖；依次套设在所述中心管上的若干胶筒、一肩套、一滑阀和一柱塞；一密封连接在所述中心管另一端的尾套；一密封连接在所述尾套内侧且穿套在所述滑阀和柱塞外壁上的缸套；所述柱塞与所述尾套之间留设有环形空隙；与所述卷轴端密封器的环状空隙对应的所述中心管管壁径向设置有至少一个通孔；与所述焊接端密封器的环状空隙对应的所述中心管管壁径向设置有一盲孔，且所述盲孔连通一沿所述焊接端密封器的中心管管壁设置的气压通道，所述气压通道的后端部设置有一用于连接压力气体的进气口；所述焊接端密封器的所述尾套的端部紧固连接一吊装套，所述吊装套的端部设置有两个用于连接牵引索的牵引环；所述长柱塞杆包括可拆分为前、后两段杆身，两段所述杆身均设置有一中心孔，且前段所述杆身的中心孔的末端设置有一球阀；所述长柱塞杆的头部与所述卷轴端密封器的所述尾套密封连接成一体，所述长柱塞杆的尾部穿过所述焊接端密封器的所述中心管后连接一高压气源。

所述卷轴端密封器和焊接端密封器的所述滑阀内壁与所述中心管外壁上均对应设置有一相互配合的凹缘和凸缘。

在所述卷轴端密封器和焊接端密封器的每两个所述胶筒之间均设置有一隔环。

与所述焊接端密封器的中心管管壁上设置的气压通道位置对应的另一侧管壁上设置有一前、后通长的气压通道，且所述通长的气压通道前端位置对应的端盖上径向设置有一通孔，所述通长的气压通道后端部设置有一用于连接压力气体的进气口。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提出了一种充压焊接上卷方法，该方法在对双金属复合管的焊接上卷操作过程中，通过高压气源使双金属复合管内处于高压状态，并利用密封装置始终维持双金属复合管内的高压状态，从而确保上卷管道的衬管层不因弯曲而发生分离和皱屈。2、本发明提出了一种包括两个密封器的密封装置，两密封器之间通过长柱塞杆连接，其中卷轴端密封器与长柱塞杆用螺纹连接，焊接端密封器中心管套在长柱塞杆上，既可相对滑动，又利用密封圈确保两个界面之间的密封，此外两密封器均可独立地控制各自的密封或者启封状态，因此能够实现交替密封，在焊接上卷管道期间始终维持卷轴上管道内的压力。3、本发明中的焊接端密封器的一端开设有一气压通道，该气压通道在中心管管壁内延伸至环状凸台的表面，这样可以通过该气压通道向由两密封器、长柱塞杆和双金属复合管形成环状空间内注入气体，当卷轴端密封器启封后，其在高压的作用下会向焊接端密封器移动，此时由于环状空间内的气体阻尼作用，卷轴端密封器在移动过程中就能够避免剧烈碰撞焊接端密封器。4、为提高效率，亦可以增加长柱塞杆到若干个管道单根的长度，这就可以在几个焊缝的位置同时焊接，在两个密封器的一次密封启封循环中完成多个单根长度管道的上卷。完成设计长度的双金属复合管道上卷后，可带压关闭长柱塞上球阀，卸下长柱塞杆后半段和焊接端密封器，利用卷轴端的密封器封堵管道末端，确保卷轴上的复合管始终处于内部承压状态，直到出海铺入海床后再卸压。本发明可广泛应用于卷轴铺管法的实施过程中。

附图说明

图1是本发明卷轴端密封器的结构示意图；

图2是本发明焊接端密封器的结构示意图；

图3是本发明卷轴端密封器在密封状态下的结构示意图；

图4是本发明焊接端密封器在密封状态下的结构示意图；

图5是本发明长柱塞杆的结构示意图；

图6是本发明所述方法中双金属复合管焊接状态的布置示意图；

图7是本发明所述方法中双金属复合管单根焊接完毕后卷轴端密封器启封示意图；

图8是本发明所述方法中卷轴端密封器再次密封上卷复合管道并接入新的焊接单根的示意图；

图9是焊接完全部管道单根后卸下焊接端密封器，利用卷轴端密封器和带有球阀的半截长柱塞杆封堵管道末端的示意图；

其中，图6～图9中双金属复合管的直管部分为放大显示效果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法，其原理是基于：若在弯曲上卷过程中对管道施加一定的内压，那么衬管层在气体压力的支撑下，就不容易发生分离和皱屈。本发明方法就是利用上述原理，在双金属复合管的焊接上卷过程中，位于管道初始端的气源始终工作，维持上卷管道内的高压，并确保上卷管道的衬管层不因弯曲而发生分离和皱屈。为实现本发明方法，本发明特意设置了一套卷轴安装的充压上卷密封装置。

如图1、图2所示，本发明的密封装置包括一卷轴端密封器10、一焊接端密封器30和一长柱塞杆60。

如图1、图3所示，本发明的卷轴端密封器10包括一中心管11，中心管11的一端通过螺纹密封连接一端盖12，在端盖12内侧的中心管11上依次套设有若干胶筒13、一肩套14、一滑阀15和一柱塞16，滑阀15上的凹缘17与中心管11上的凸缘18配合，用于限制柱塞16的推压行程。将一尾套19通过螺纹密封连接一缸套20，并将二者中的缸套20端穿套在滑阀15和柱塞16的外壁上，同时将二者中的尾套19端通过螺纹密封连接在中心管11上。在柱塞16与尾套19之间留有一环状空隙21，与环状空隙21对应的中心管11径向设置有至少一个通孔22。

如图2、图4所示，本发明的焊接端密封器30包括一中心管31，中心管31的一端通过螺纹密封连接一中部设有通孔的端盖32。在端盖32内侧的中心管31上依次套设有若干胶筒33、一肩套34、一滑阀35和一柱塞36，滑阀35上的凹缘37与中心管31上的凸缘38配合，用于限制柱塞36的推压行程。将一尾套39通过螺纹密封连接一缸套40，并将二者中的缸套40端穿套在滑阀35和柱塞36的外壁上，同时将二者中的尾套39端通过螺纹密封连接在中心管31上。在柱塞36与尾套39之间留有一环状空隙41，与环状空隙41对应的中心管31径向设置有一盲孔42。在尾套39端的中心管31管壁上设置有一连通盲孔42的气压通道43，在气压通道43的端部焊接一个进气连接口44，以用于连接一高压气源(图中未示出)。在尾套39的端部螺纹连接或焊接一吊装套45，在吊装套45上焊接有两牵引环46。

如图5所示，本发明的长柱塞杆60分为前、后两段杆身61、62，两段杆身61、62通过螺纹连接，两段杆身61、62均设置有一中心孔63、64，在前段杆身61的中心孔末端设置有一用于密封的球阀65。球阀65打开时，两段杆身61、62的中心孔63、64连通；球阀65关闭时，前段杆身61的中心孔63被密封，一旦将后段杆身62从前段杆身61上拆卸下来时，不影响前段杆身61内气体的密封效果。长柱塞杆60的前端螺纹与卷轴端密封器10末端的尾套19紧固密封连接，后端贯穿焊接端密封器30的中心管31后连接另一高压气源(图中未示出)。

在上述实施例中，可以在与气压通道43相对的中心管31另一侧管壁上设置一通长的气压通道47，在端盖32的管壁上开设一通孔48，用于将气压通道47中的高压气体引到卷轴端密封器10与焊接端密封器30之间。在气压通道47的端部焊接一个进气连接口49，以用于连接一高压气源(图中未示出)。

上述实施例中，可以在卷轴端密封器10的每两个胶筒13之间设置一隔环23(如图1、图3所示)；类似地，也可以在焊接端密封器30的每两个胶筒33之间设置一隔环50(如图2、图4所示)。

本发明双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法，可以归纳为以下步骤(如图6所示)：

1)设置一套包括卷轴端密封器10、焊接端密封器30和长柱塞杆60在内的密封装置1；卷轴端密封器10和焊接端密封器30上分别设置有连接压力气源密封用胶筒13、33，长柱塞杆60为具有中心孔的前后两段，二者之间设置有一常开的球阀65；将长柱塞杆60的头部与卷轴端密封器10尾部连接，将长柱塞杆60的尾部穿过焊接端密封器30，焊接端密封器30的尾部连接有牵引索2(如图9所示)；

2)如图6所示，在待上卷的双金属复合管3的初始端连接一高压气源4，并将卷轴端密封器10穿入该双金属复合管3；

3)从长柱塞杆60尾部充入压力气体，使卷轴端密封器10的胶筒13膨胀，将待上卷的双金属复合管3密封；

4)启动初始端高压气源4，转动卷轴5，将处于高压状态的双金属复合管3卷入卷轴5；

5)将至少一根待焊接的双金属复合管3穿过牵引索2和焊接端密封器30，与已上卷的双金属复合管3的尾部对齐，并与其焊接成一体，同时将牵引索2拉紧，连接在固定桩(图中未示出)上；

6)向焊接端密封器30的进气通道充入压力气体，使焊接端密封器30的胶筒33膨胀，将已完成焊接的双金属复合管3密封；

7)卸去长柱塞杆60内的压力气体，使卷轴端密封器10启封，并在气压差的作用下连同长柱塞杆60一起向焊接端密封器30移动(如图7所示)，此时处于密封状态的焊接端密封器30不动，继续维持双金属复合管3内的高压状态；

8)如图8所示，当卷轴端密封器10与焊接端密封器30靠近后，再次向长柱塞杆60通入压力气体，使卷轴端密封器10的胶筒13重新处于密封状态；然后卸去焊接端密封器30进气通道的压力气体，将其启封；

9)转动卷轴5，将已完成焊接的双金属复合管3卷入卷轴5；此时，卷轴端密封器10连同长柱塞杆60会跟随双金属复合管3向卷轴5的方向运动，而焊接端密封器30则在牵引索2的牵引下停留在原来的位置，最后将牵引索2与固定桩分离；

10)循环实施步骤5)～步骤9)，直至剩下待焊接的最后一根双金属复合管3，进入步骤11)；

11)重复实施一次步骤5)～步骤8)后，转动卷轴5，使最后一根双金属复合管3连同卷轴端密封器10和长柱塞杆60向卷轴5方向移动，当焊接端密封器30处于最后一根双金属复合管3末端时，停止转动卷轴5；

12)向焊接端密封器30的进气通道充入压力气体，使焊接端密封器30的胶筒33膨胀，将最后一根双金属复合管3密封；再卸去长柱塞杆60内的气体压力，使卷轴端密封器10启封，并在气压差的作用下向焊接端密封器30移动靠近；

13)从长柱塞杆60尾部充入压力气体，使卷轴端密封器10处于密封状态；然后卸去焊接端密封器30进气通道的压力气体，将其启封；

14)将长柱塞杆60的球阀65关闭后，拆除长柱塞杆60的后段杆身62，移走焊接端密封器30；此时，卷轴端密封器10仍然对已上卷的双金属复合管3保持密封作用，初始端的高压气源始终保持气体压力，直到所有上卷的双金属复合管3出海铺入海床后，再卸压。

上述实施例的步骤7)、步骤12)中，为了防止卷轴端密封器10启封时，高压气体推动卷轴端密封器10剧烈碰撞焊接端密封器30，可以在焊接端密封器30进入密封状态后，通过连通两密封器10、30的气压通道47和通孔48向二者之间注入气体，气体的阻尼压力要小于已上卷的双金属复合管3内的压力，然后再控制卷轴端密封器10进入启封状态。

上述实施例中，为提高效率，亦可以增加长柱塞杆60长度，与此相应地，步骤5)为：从牵引索2、焊接端密封器30和长柱塞杆60穿入多个待焊接的双金属复合管3，使多个待焊接的双金属复合管3与已上卷的双金属复合管3，依序焊接成一体。这样就可以在一次密封启封循环中完成多个单根长度管道的上卷，有利于提高整体操作效率。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中密封结构的设置和连接，以及充压上卷方法的步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法，包括以下步骤：

1)设置一套包括卷轴端密封器、焊接端密封器和长柱塞杆在内的密封装置；卷轴端密封器和焊接端密封器上分别设置有连接压力气源密封用胶筒，长柱塞杆为具有中心孔的前后两段，二者之间设置有一常开的球阀；将长柱塞杆的头部与卷轴端密封器尾部连接，将长柱塞杆的尾部穿过焊接端密封器，焊接端密封器的尾部连接有牵引索；

2)在待上卷的双金属复合管的初始端连接一高压气源，并将卷轴端密封器穿入该双金属复合管；

3)从长柱塞杆尾部充入压力气体，使卷轴端密封器的胶筒膨胀，将待上卷的双金属复合管密封；

4)启动初始端高压气源，转动卷轴，将处于高压状态的双金属复合管卷入卷轴；

5)将至少一根待焊接的双金属复合管穿过牵引索和焊接端密封器，与已上卷的双金属复合管的尾部对齐，并与其焊接成一体，同时将牵引索拉紧，连接在固定桩上；

6)向焊接端密封器的进气通道充入压力气体，使焊接端密封器的胶筒膨胀，将已完成焊接的双金属复合管密封；

7)卸去长柱塞杆内的压力气体，使卷轴端密封器启封，并在气压差的作用下连同长柱塞杆一起向焊接端密封器移动，此时处于密封状态的焊接端密封器不动，继续维持双金属复合管内的高压状态；

8)当卷轴端密封器与焊接端密封器靠近后，再次向长柱塞杆通入压力气体，使卷轴端密封器的胶筒重新处于密封状态；然后卸去焊接端密封器进气通道的压力气体，将其启封；

9)转动卷轴，将已完成焊接的双金属复合管卷入卷轴；此时，卷轴端密封器连同长柱塞杆会跟随双金属复合管向卷轴的方向运动，而焊接端密封器则在牵引索的牵引下停留在原来的位置，最后将牵引索与固定桩分离；

10)循环实施步骤5)～步骤9)，直至剩下待焊接的最后一根双金属复合管，进入步骤11)；

11)重复实施一次步骤5)～步骤8)后，转动卷轴使最后一根双金属复合管连同卷轴端密封器和长柱塞杆向卷轴方向移动，当焊接端密封器处于最后一根双金属复合管末端时，停止转动卷轴；

12)向焊接端密封器的进气通道充入压力气体，使焊接端密封器的胶筒膨胀，将最后一根双金属复合管密封；再卸去长柱塞杆内的气体压力，使卷轴端密封器启封，并在气压差的作用下向焊接端密封器移动靠近；

13)从长柱塞杆尾部充入压力气体，使卷轴端密封器处于密封状态；然后卸去焊接端密封器进气通道的压力气体，将其启封；

14)将长柱塞杆的球阀关闭后，拆除长柱塞杆的后段杆身，移走焊接端密封器；此时，卷轴端密封器仍然对已上卷的双金属复合管保持密封作用，初始端的高压气源保持气体压力，直到所有上卷的双金属复合管出海铺入海床后，再卸压。

2.如权利要求1所述的双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法，其特征在于：所述步骤5)中，穿过牵引索和焊接端密封器待焊接的双金属复合管为多根，且依序焊接成一体。

3.如权利要求1或2所述的双金属复合管卷轴安装的充压上卷方法，其特征在于：在进行所述步骤7)和步骤12)之前，通过连通所述卷轴端密封器和焊接端密封器的气压通道向二者之间注入气体，气体的阻尼压力小于已上卷的双金属复合管内的压力。

4.一种实现如权利要求1或2所述方法的双金属复合管卷轴安装的密封装置，其特征在于：它包括一卷轴端密封器、一焊接端密封器和一长柱塞杆；

所述卷轴端密封器和所述焊接端密封器均包括：一中心管；一密封连接在所述中心管一端的端盖；依次套设在所述中心管上的若干胶筒、一肩套、一滑阀和一柱塞；一密封连接在所述中心管另一端的尾套；一密封连接在所述尾套内侧且穿套在所述滑阀和柱塞外壁上的缸套；所述柱塞与所述尾套之间留设有环形空隙；

与所述卷轴端密封器的环状空隙对应的所述中心管管壁径向设置有至少一个通孔；与所述焊接端密封器的环状空隙对应的所述中心管管壁径向设置有一盲孔，且所述盲孔连通一沿所述焊接端密封器的中心管管壁设置的气压通道，所述气压通道的后端部设置有一用于连接压力气体的进气口；所述焊接端密封器的所述尾套的端部紧固连接一吊装套，所述吊装套的端部设置有两个用于连接牵引索的牵引环；

所述长柱塞杆包括可拆分为前、后两段杆身，两段所述杆身均设置有一中心孔，且前段所述杆身的中心孔的末端设置有一球阀；所述长柱塞杆的头部与所述卷轴端密封器的所述尾套密封连接成一体，所述长柱塞杆的尾部穿过所述焊接端密封器的所述中心管后连接一高压气源。

5.如权利要求4所述的双金属复合管卷轴安装的密封装置，其特征在于：所述卷轴端密封器和焊接端密封器的所述滑阀内壁与所述中心管外壁上均对应设置有一相互配合的凹缘和凸缘。

6.如权利要求4所述的双金属复合管卷轴安装的密封装置，其特征在于：在所述卷轴端密封器和焊接端密封器的每两个所述胶筒之间均设置有一隔环。

7.如权利要求5所述的双金属复合管卷轴安装的密封装置，其特征在于，在所述卷轴端密封器和焊接端密封器的每两个所述胶筒之间均设置有一隔环。

8.如权利要求4或5或6或7所述的双金属复合管卷轴安装的密封装置，其特征在于：与所述焊接端密封器的中心管管壁上设置的气压通道位置对应的另一侧管壁上设置有一前、后通长的气压通道，且所述通长的气压通道前端位置对应的端盖上径向设置有一通孔，所述通长的气压通道后端部设置有一用于连接压力气体的进气口。