CN105683733B - 管线装置及方法 - Google Patents

Abstract

管线装置包括柔性管体和检测装置。柔性管体包括至少部分地沿着柔性管体的长度延伸的光纤，光纤被封装在金属管中。检测装置包括光学传感器和电传感器。光学传感器与光纤的第一端部耦接并且被布置成将光脉冲注入到光纤中并且对所散射或反射的光进行检测。电传感器与所述金属管的第一端部耦接并且用于检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化。所散射或反射的光的变化或阻抗变化指示潜在管体缺陷。

Description

管线装置及方法

技术领域

本发明涉及一种管线装置及方法。具体地，本发明涉及一种包括柔性管体和检测装置的管线装置，以及一种用于检测柔性管体内的潜在缺陷的方法。一些具体实施例涉及用于形成这样的管线装置的方法。

背景技术

通常，柔性管道被用于将诸如石油和/或天然气和/或水的产品流体从一个位置运输到另一位置。柔性管道对于将水下位置(水下位置可以是较深的水下位置，比如水下1000米或更深)连接至海平面位置是特别实用的。管道可以具有通常高达大约0.6米的内径。柔性管道一般被形成为柔性管体与一个或多个端部接头的组件。柔性管体通常被形成为形成管状承压管道的分层材料的组合。管道结构允许发生较大挠曲而(在管的使用寿命期间)并不产生损害管道的功能性的弯曲应力。管体一般被组装成包括金属层和聚合层的组合结构。

在很多已知的柔性管道设计中，管体包括一个或多个压力防护层。这些层上的主要载荷由径向力形成。压力防护层通常具有特定的横截面轮廓以便互锁，从而能够维持和吸收由管道上的外部压力或内部压力造成的径向力。因此而防止管道由于压力而被压溃或爆裂的绕丝横截面轮廓有时也被称为抗压轮廓。当压力防护层由形成环圈部件的螺旋缠绕丝线形成时，源于管道上的外部压力和内部压力的径向力导致环圈部件膨胀或收缩，将张力载荷施加在丝线上。

在很多已知的柔性管道设计中，管体包括一个或多个张力防护层。这样的张力防护层上的主要载荷是张力。在高压应用中(诸如，深水环境或超深水环境)，张力防护层经受高的张力载荷，所述高的张力载荷源自内部压力端盖载荷与柔性管体自身支撑的重量的组合。因为旷日持久地经历这种条件，这可以引起柔性管道的失效。

非粘结的柔性管道已经被用于深水(小于3300英尺(1005.84米))和超深水(大于3300英尺)开采中。对石油日益增长的需求导致了在环境因素更为极端的越来越深的水域中进行开采。例如，在这种深水和超深水环境中，海底温度增大了产品流体被冷却到导致管道阻塞的温度的风险。增加的深度还增大了与柔性管道所必须工作的环境相关联的压力。因此，对柔性管体的压力防护层和张力防护层的高的性能水平的需求日益增加。柔性管道也可以用于浅水应用(例如小于大约500米的深度)或甚至用于海岸(陆上)应用。

一种改进载荷响应并且借此改进防护层的性能的方法是：使用更厚且强度更大并且因此更强健的材料来制造这些层。例如对于压力防护层，其中这些层经常由缠绕丝线与互锁的层中的相邻缠绕物形成，由更厚的材料制造这些丝线使得强度适当地增加。然而，更多的材料的使用导致柔性管道的重量增加。最后，柔性管道的重量可以成为使用柔性管道中的限制因素。附加地，使用更厚的材料制造柔性管道显著地增加了材料成本，这是一个缺点。

尽管采取了改进管体内的防护层性能的措施，但是仍然存在柔性管道内出现缺陷的风险。缺陷可以包括对柔性管体的外壁的损坏而导致海水进入管体内的环形使得防护层金属线与管道的其他结构元件之间的空隙充满海水。防护层金属线和其他结构元件通常由钢或其他金属材料制成，这些材料一旦与海水接触很容易加速对其的腐蚀。如果不能迅速地检测到这样的缺陷，则管体的结构完整性会受到危害。缺陷检测先前通常需要对管体进行视觉检查，这是非常危险的，特别是对深水和超深水装置进行视觉检查。

发明内容

本发明的某些实施例的优点是，能够对管体内的潜在缺陷进行检测，而不需要周期地进行视觉检查。如果存在缺陷，则可以对管体进行修理或更换。可检测的缺陷包括柔性管道的外壁发生破裂以及海水进入管体环形。

根据本发明的第一方面，提供了一种管线装置，该管线装置包括：柔性管体，该柔性管体包括至少部分地沿着柔性管体的长度延伸的光纤，所述光纤被封装在金属管中；以及检测装置，该检测装置包括：耦接至所述光纤的第一端部的光学传感器，该光学传感器被布置成将光脉冲注入到光纤中并且对所散射或反射的光进行检测；以及电传感器，该电传感器耦接至金属管的第一端部并且用于检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；其中，所散射或反射的光的变化或阻抗变化指示潜在管体缺陷。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测柔性管体内的缺陷的方法，该方法包括：将光脉冲注入沿着柔性管体的长度延伸的光纤的第一端部，光纤被封装在金属管中；检测所散射或反射的光；检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；其中，所述所散射或反射的光的变化或阻抗变化指示潜在的管体缺陷。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于形成管线装置的方法，该方法包括：提供柔性管体，该柔性管体包括至少部分地沿着柔性管体的长度延伸的光纤，光纤被封装在金属管中；将光学传感器耦接至光纤的第一端部；以及将电传感器耦接至金属管的第一端部；其中，光学传感器被布置成将光脉冲注入到光纤中并且对所散射或反射的光进行检测，以及电传感器被布置成检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；以及其中，所散射或反射的光的变化或阻抗变化指示潜在的管体缺陷。

还公开了一种被布置成检测柔性管体内的缺陷的检测装置，该检测装置包括：光学传感器和电传感器，光学传感器被布置成与至少部分地沿着柔性管体延伸的光纤的第一端部耦接，光纤被封装在金属管中，光学传感器被布置成将光脉冲注入到光纤中并且对所散射或反射的光进行检测；以及电传感器被布置成检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化，其中，所散射或反射的光的变化或阻抗变化指示潜在的管体缺陷。

所散射或反射的光的变化可以指示沿着光纤的至少一部分长度的温度变化。

检测装置还包括第一处理器，该第一处理器与光学传感器耦接并且被布置成对所散射或反射的光进行处理以计算沿着所述光纤的所述长度的温度曲线。

第一处理器被布置成确定温度变化沿光纤的长度的位置。

阻抗变化可以指示沿金属管的接地故障。

还公开了一种管线装置，该管线装置包括：柔性管体，该柔性管体包括至少部分地沿着柔性管体的长度延伸的光纤，光纤被封装在金属管中；端部接头，该端接接头与管体的至少一个端部耦接；以及如上所述的检测装置，该检测装置与所述端部接头耦接；其中，光学传感器与光纤的第一端部耦接，以及电传感器与金属管的第一端部耦接。

金属管可以位于所述柔性管体的最里层阻挡层与最外层阻挡层之间的环形内。

金属管可以与环形内的金属管体结构部件电隔离，并且端部接头被构造成使得金属管能够在保持电隔离的同时穿过该端部接头。

该端部接头或金属管体结构部件的一部分可以包括耦接至电测量计的独立端子。

金属管可以容纳在壳层装置中，所述壳层装置沿着柔性管体的至少一部分延伸从而使得金属管电隔离，该壳层装置包括细长主体部分，该细长主体部分包括外表面和用于容纳金属管的通道，并且还包括至少一个用于连接通道和外表面的开口。

管线装置包括两个或更多个柔性管体，两个或更多个柔性管体中的每个柔性管体具有被封装在金属管中、至少部分地沿着该每个柔性管体的长度延伸的光纤。其中，管线装置还包括光学多路转换器，并且光学传感器通过所述光学多路转换器与每个光纤耦接使得所述光学多路转换器被布置成每一次对单个光纤内所散射或反射的光加以检测；以及，其中，电传感器被布置成与每个金属管的第一端部耦接以检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化，或者，管线装置还包括两个或更多个电测量计，所述两个或更多个电测量计被布置成与各个金属管的第一端部耦接以检测各个金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化。

还公开了一种用于检测柔性管体内的缺陷的方法，该方法包括：将光脉冲注入到至少部分地沿着柔性管体的长度延伸的光纤的第一端部中，光纤被封装在金属管中；检测所散射或反射的光；检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；其中，所散射或反射的光的变化或阻抗变化指示潜在的管体缺陷。

还公开了一种用于形成管线装置的方法，该方法包括：提供柔性管体，该柔性管体包括至少部分地沿着柔性管体的长度延伸的光纤，光纤被封装在金属管中；将端部接头耦接至管体的至少一个端部；以及将上述检测装置耦接至端部接头；其中，该方法还包括：使用光学传感器将光脉冲注入到光纤的第一端部中；检测所散射或反射的光；以及使用电传感器检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；以及，其中，所散射或反射的光的变化或阻抗变化指示潜在的管体缺陷。

该管道可以用于高压下进行石油和天然气的提取。

附图说明

将在下文中参照附图对本发明的实施例进行进一步地描述，在附图中：

图1示出了柔性管体；

图2示出了包括柔性管体的立管组件；

图3示出了根据本发明的实施例的与柔性管体耦接的检测装置，该柔性管体端接于经防爆认证的(ATEX approved)的端部接头；

图4示出了根据本发明的实施例的压盖装置，该压盖装置使得管体环形内的金属管中的纤维(FIMT)能够穿过经防爆认证的管体端部接头从而使得该金属管保持电气隔离；

图5示出了根据本发明的实施例的由聚合物挤压件支撑的FIMT；

图6示出了根据本发明的实施例的用于监测多个柔性管体的系统；以及

图7是示出了根据本发明的实施例的用于检测潜在管体缺陷的方法的流程图。

在这些附图中，相同的附图标记表示相似的部分。

具体实施方式

在整个说明书都将以柔性管道作为参考。应当理解的是，柔性管道是一段管体和一个或更多个端部接头的组件，其中，管体的相应端部终止于各个端部接头。图1示出了管体100是如何根据本发明的实施例由形成了管状承压管道的分层材料的组合形成的。尽管在图1中示出了多个特定层，但应当理解的是，本发明广泛适用于可以包括两个或更多个由各种可能的材料制造而成的层的同轴管体结构。还应当注意的是，层厚度仅以示例性的目的示出。

如图1所示，管体包括可选的最里层骨架层101。骨架提供了能够用作最里层的互锁结构，以整体地或局部地防止内部压力壳层102由于管失压(decompression)、外部压力、以及抗张力防护压力和机械压毁负载而导致的压毁。应当理解的是，特定的实施例可被应用到“光滑孔”工作中(即，不具有骨架)和“粗糙孔”工作中(具有骨架)。

内部压力壳层102用作流体保持层并且包括确保内部流体整体性的聚合物层。应当理解的是，该层自身可以包括多个子层。应当理解的是，当可选的骨架层被使用时，内部压力壳层通常被本领域技术人员称作阻挡层。在没有这样的骨架的操作(所谓的光滑孔操作)中，内部压力壳层可以被称作内衬。

可选的压力防护层103为具有接近90°的捻角(lay angle)的结构层，该层增大了柔性管对外部和内部压力以及机械压毁负载的耐受性。该层还结构性地支撑内部压力壳层，并且通常由互锁结构组成。

柔性管体还包括可选的第一张力防护层105和可选的第二张力防护层106。每个张力防护层是具有通常介于10°至55°之间的捻角的结构层。每层都被用于承受张力负载和内部压力。张力防护层通常成对地对向缠绕。

所示出的柔性管体还包括可选的带层104，带层104有助于包含下面的层并且在一定程度上防止相邻层之间的磨损。

柔性管体通常还包括可选的隔离层107和外壳层108，外壳层108包括聚合物层，该聚合物层用于保护管以防止海水的和其它外部环境的渗透而造成腐蚀、磨损和机械损坏。

每个柔性管道包括至少一段(有时称作一节或一部分)柔性管体100以及位于柔性管道一个端部或两个端部处的端部接头。端部接头提供了一种形成柔性管体与连接器之间的过渡部的机械装置。例如在图1中示出的不同的管层终止于端部接头，这样来传递柔性管道与连接器之间的负载。

图2示出了适于将诸如石油和/或天然气和/或水之类的产品流体从水下位置201输送到飘浮设施202的立管组件200。例如，在图2中，水下位置201包括水下流送管线205。柔性流送管线205包括柔性管道，该柔性管道整体地或局部地靠置在海底204上或埋置在海底下方并且在静态应用中被使用。飘浮设施可以通过平台或浮体或如图2中示出的船只提供。立管组件200被布置为柔性立管，也就是将船只连接到海底设施的柔性管道203。柔性管道可以为具有连接端部接头的成段的柔性管体。图2还示出了柔性管的一部分如何可以用作流送管线205或跨接管线206。应当理解的是，如本领域技术人员所公知的，存在有不同类型的立管。本发明的实施例可以与任何类型的立管一起使用，例如自由悬挂的(自由的、悬链立管)、在一定程度上受到限制(浮体、链条)的立管、完全受限的立管或包封在管(I型或J型管)中。

越来越希望对柔性管的多个参数(诸如，应力、温度以及声学特征)进行连续监测从而帮助检测管道内的结构故障。这样的结构故障可以是管道出现泄露、布线断裂、过度弯曲(即，超过了最大容许量的弯曲，将面临的是出现损坏)，管道与外部环境相互作用(例如，与其他物体发生碰撞)。

一种已经建议对与这样的结构相关联的参数进行监测的方法是使用光纤系统。作为用于监测柔性管道中的应力、温度以及声学特征的方法，保护性管道内裸露的纤维和/或金属管中的纤维(FIMT)已经沿着管道结构的长度被结合并且连接至管道外部的询问装置。该纤维作为光纤用于传输光并且通常由玻璃制成。例如，光纤可以用作应力仪、温度计以及温度指示器。可以进行温度或应力测量，这些温度或应力测量可以是集中式的、分布式的或半分布式的，这取决于光纤被询问的方式以及光纤中的区域/传感器的布置方式。纤维可以包括布拉格光栅(Bragg Gratings)，该布拉格光栅处沿着纤维传播的光差分衍射被用于测量必要的参数。可以对所输出的读数进行分析以确定一个时间段内管道的状况，并且可以相应地采取修整动作。WO2009/068907公开了一种方法，通过该方法可以将光纤包裹在柔性管道周围并且可以进行某些测量，根据这些测量可确定与管道相关联的参数。

可以通过包括粘合至到管道的FIMT来监测应力。可以通过包括未粘合到导管内侧的FIMT来监测温度，并且因此能够独立于应力来记录温度。光纤可以以类似的方式被配置成监测声学状况。

如上所述，柔性管体中的缺陷会影响(compromise)柔性管体的结构完整性。具体地，外部的耐海水层的破裂或断裂使得海水能够进入最里层的阻挡层与外部的耐海水层之间的管体环形。可替代地，最里层的阻挡层的破裂使得生产流体能够进入管体环形。参考图1，外部的耐海水层可以包括聚合物外壳层108，并且最里层的阻挡层可以包括内部压力壳层102。管体环形被金属结构部件(诸如，图1中的张力防护层105、106)占据。这样的部件经常由钢或其他金属形成并且在存在海水的情况下容易受到腐蚀。

流体(不论是海水还是生产流体)的进入会导致管体环形的温度发生变化。已知的是，对柔性管体进行监测以检测温度的变化，温度的变化可以表示需要进一步调查的缺陷。一种这样的使用上述类型的光纤系统的已知方法称为分布式温度感测(DTS)。有利地，DTS使得能够通过监测沿着柔性管体延伸的光纤来检测沿着柔性管体的温度变化。在某些形式的DTS中，可以建立沿着光纤(因此，沿着柔性管体)的绝对温度曲线，并且能够检测温度瞬时变化。DTS的使用对于应用于石油和天然气工业使用特别有吸引力，因为它不需要在柔性管体内使用电子器件或不需要使电信号从中通过。实际上，仅有的电子器件包括与光纤的端部耦接的检测仪表，并且该检测仪表可以位于柔性管体的、位于管体环形外侧的一端。

DTS的工作原理是沿着光纤传输光的短持续时间光脉冲并且对所反射的光的返回进行监测。光脉冲与玻璃纤维的晶格相互作用，并且背向散射光的频移由玻璃的温度决定。相对于传输脉冲的时刻，所返回的光的各个部分到达的时刻可以用于确定沿着纤维、光发生散射的位置。可以建立沿着纤维的长度的温度曲线。假定本领域技术人员将熟悉传统DTS的细节。

用于测量和监测沿着光纤的温度曲线的DTS系统是市售的并且良好地用于石油和天然气工业。通常情况下，DTS系统所进行的温度测量可以达到1m的空间分辨率以及1℃的精度。单个DTS系统可以对沿着长达30km的管线延伸的光纤进行监测。然而，目前的DTS系统的缺点是它们非常昂贵并且通常在任一时刻只能监测单个光纤。DTS系统包括与光纤耦合的光学反射计，以及相关联的电源和监测设备。这可以包括光时域反射仪(OTDR)或光频域反射仪(OFDR)。

已知对于DTS系统，为了保护光纤，将光纤设置为金属管中的纤维(FIMT)。光纤被封装在密封的金属管中，该金属管有利地保护光纤以免遭受物理损坏、压力的变化、由于非常高的温度以及腐蚀性环境的影响造成的损坏，当DTS被用于检测柔性管体环形内的温度变化时，所有上述损害或变化都可以发生。通常地，金属管由不锈钢形成，其外径小于7毫米，并且，恰当地，外径大约等于柔性管体层中的金属线的厚度，金属管被装配在柔性管体层中。恰当地，金属管的外径可以小于装配该金属管的柔性管体层中的金属线的厚度使得该金属管可以被安装在壳层装置或载带中。可以在单个金属管内布置多个光纤，这在某些部署场景是可取的，尽管对于DTS而言，单个纤维经常就足够了。例如，可以通过泵送流体经过金属管的方式将纤维插入到金属管中以拉着纤维通过该金属管。金属管内纤维周围的空间可以由保护材料(例如，凝胶)填充以进一步保护纤维(包括保护纤维免受弯曲的影响)，并且减小FIMT的制造和部署期间被传递至纤维的力。此外，被插入到金属管中纤维的长度可以超过该金属管的长度从而防止纤维在金属管的热膨胀和收缩过程中发生损坏。

尽管DTS是一项已经为石油和天然气工业所接受的用于通过相关联的温度变化来检测管道缺陷的成熟的技术，但是相关联的光学反射仪设备的成本使得针对大量管道组件使用DTS是非常不经济的。此外，事实上，某些只能检测温度瞬时变化的DTS系统是不可取的，因为如果错过了管道破裂开始时的初始温度变化，DTS系统可能不会提供正在破裂的指示。

现在将对本发明的实施例进行描述，本发明的实施例能够检测柔性管体的外耐久层或内耐久层的破裂。图3示出了与柔性管体302耦接的、根据本发明的第一实施例的检测装置300，该柔性管体302可以是图1所示的类型。该检测装置300被布置成检测柔性管体302的变化，该变化可以指示缺陷(并且特别地为使得海水或其它流体能够进入管体环形的破裂)。该检测装置300可以耦接至告警系统，该告警系统被布置成向柔性管道的操作者提供输出信号从而使操作者注意到管道的潜在损坏。例如，输出信号可以是视觉或听觉警报。

该检测装置300包括光学传感器304，该光学传感器304被布置成与光纤306(由至少部分地沿着柔性管体302的长度延伸的虚线表示)的第一端部耦接。光学传感器304可以包括上述类型的DTS单元。光学传感器304可以包括光学反射计。图3示出了通过多路转换器305耦合至光纤306的光学传感器。可替代地，多路转换器305可以认为是光学传感器304的一部分。如以下将结合图6进行描述的，多路转换器使得单个光学传感器能够与多个光纤306耦接。

光纤306延伸穿过柔性管体302的至少一部分，光纤306在柔性管体302内期望检测潜在的管体缺陷。光纤306被封装在金属管308中以形成用于传统的DTS系统、上面所讨论的类型的金属管中的纤维(FIMT)。优选地，金属管308沿着光纤306的整个长度延伸，至少沿着光纤306在柔性管体302内的一部分延伸。金属管308与周围的位于管体环形内的金属结构部件电隔离。下面结合图5描述了一种可以实现电隔离的机制。FIMT可以位于管体环形内(例如，图1所示的层101与10之间)。图3示出了端接于端部接头312的柔性管体302。端部接头312可以是经防爆认证(ATEX)的端部接头，该端部接头312与管体环形内的金属结构部件电耦接，并且将这些部件接地。通过下面将结合图4进行描述的压盖装置将FIMT穿过端部接头312使得金属管308在管体环形内沿着该金属管308的整体长度保持电隔离。

光学传感器304被布置成将光脉冲注入到光纤306中并且检测所散射或反射的光。图3示出了根据本领域的技术人员所熟悉的一种实施例的光学传感器304的细节。具体地，光学传感器304包括激光器316，该激光器316被布置成生成用于注入光纤306的光脉冲。该光脉冲穿过部分反射镜318并且穿过多路转换器305以到达光纤306。所返回的散射或反射光在部分反射镜318使得其偏离原始光路径之前就穿过多路转换器305。然后，所返回的光通过第二镜320朝向分析器322反射。分析器322被布置成将所发射的光脉冲与所返回的光进行比较以提供上面结合传统的DTS技术所描述的、沿着光纤306的长度的温度曲线。处理器324被布置成在如下情况下提供警报输出：如果检测到沿着光纤306的长度出现温度变化，该温度变化可以表示由于流体进入管体环形而引起的温度变化。

检测装置300还包括电传感器314，该电传感器314被布置成与金属管308的第一端部耦接。电传感器314被布置成检测金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化。恰当地，通过使用间隔器或图5所示的挤压件将金属管308与周围的钢结构电隔离。例如，金属管308可以与管体环形内的其他金属部件电隔离，并且具体地与上面结合图1所描述的类型的金属结构部件电隔离。如下面将结合图4进行描述的，当FIMT穿过端部接头主体312时金属管308仍然能够保持电隔离。

图3的实施例中的电传感器314包括阻抗计326，该阻抗计326被布置成测量金属管308与管体302的金属结构部件之间的阻抗。恰当地，如所示出的，阻抗计326可以被耦接在金属管308与端部接头312之间。如上所述，端部接头312与管体环形内的金属结构部件电耦接，并且在某些实施例中，可以接地。在不存在破裂的情况下，阻抗计326所测量的金属管308与端部接头312之间的阻抗比较大。如果破裂使得流体进入管体环形，则流体可以将金属管308电耦接至金属部件从而造成电短路。然后，阻抗计326将测量到阻抗下降。电传感器314还包括低阻抗检测电路328，该低阻抗检测电路328与阻抗计326耦接并且被布置成检测所测量的阻抗的下降，并且例如可以被布置成检测超过预设阈值的阻抗的变化。在某些实施例中，如果低阻抗检测电路328检测到阻抗的下降，则信号被发送到处理器324，处理器324可以触发警报输出。在某些实施例中，如下面的结合图6更为详细地讨论的，如果检测到阻抗的下降，则可以将信号发送至多路转换器305，从而将光学传感器304与显示了所述阻抗的下降的特定管道耦接。这使得光学传感器能够确认存在阻抗的下降所指示的潜在管体缺陷。

在其他实施例中，独立端子可以折中为海水端子使得阻抗测量是金属管308与海底柔性管道组件周围的海水之间的阻抗测量。在存在海水破裂的情况下，管体环形内的海水可以将金属管与海水电极电耦接。

对于图3中的检测装置300，所散射或反射的光的变化或阻抗的变化指示潜在管体缺陷。具体地，如果检测到所测量的阻抗出现下降，则这表示存在潜在管体缺陷，该潜在管体缺陷使得流体进入管体环形沿着FIMT的长度的某些地方。光学传感器304能够确定温度变化(指示潜在管体缺陷)沿光纤的长度的位置。

有利地，检测装置300连同FIMT 306、308形成了双传感器系统以检测潜在管体缺陷从而进一步沿着柔性管体的长度进行调查。这种双传感器系统的布置可以增大管道缺陷检测的可靠性，因为检测机制和装置彼此独立并且相互补充。电传感器能够提供管道破裂事件的快速指示，该管道破裂事件使得生产流体的海水能够进入管体环形，从而触发电测量计314可检测的电短路。所述管道破裂事件的快速指示可以用于触发对管道进行早期检查从而确定缺陷的位置。可替代地，可以提供不同形式的电传感器，在该电传感器中金属管是其中的一个部件并且能够独立地提供缺陷的位置的指示。应当理解的是，可能需要提供穿过管体环形延伸的其他电部件，除了表明金属管308可形成电路的一个部件之外，在本文中没有对此进行进一步描述。作为另一种可替代方案，在电子系统检测到管道破裂事件的情况下，可以询问光学传感器以确定管道破裂的位置。也就是说，当检测到破裂时，传感器可以优先考虑温度感测(如果所使用的DTS系统大多数时间用于检测柔性管体的其他参数)。这种询问可以包括检查当前沿着光纤的长度的温度曲线以确定温度异常的位置。可替代地，该询问可以包括对先前测量的检查以确定表示管体缺陷的瞬时温度变化事件的位置。本领域技术人员将理解的是，存在各种市售的DTS系统，并且询问形式根据DTS系统所执行的测量的类型而异。

可替代地或另外地，光学传感器可以独立地提供表示管道破裂事件的温度变化事件的指示。应当理解的是，光传感器还可以检测其它形式的管体变化，诸如，弯曲或破碎，这些变化尚未造成电子系统可检测到的管体破裂的出现。

现在参考图4，图4示出了绝缘压盖组件400，该绝缘压盖组件400被布置成允许FIMT 306、308穿过端部接头主体312。图4示出了管体端部接头护套402和端部接头主体312，在管体端部接头护套402与端部接头主体312之间固定有张力防护金属线(未示出)。端部接头护套402形成了环形圈，该环形圈的一部分在图4中的横截面中被示出。端部接头主体312在柔性管道组件的头端部处(以横截面的方式部分示出)通过多个螺栓404(以横截面的方式示出了其中之一)固定至护套402。端部接头护套402结合端部接头主体312被布置成电连接管体内的所有的金属结构部件。

如下面进一步所描述的，FIMT 306、308在管体环形内电隔离。应当理解的是，当其穿过端部接头主体312时必须进行电隔离。FIMT 306、308穿过孔406到端部接头主体312内。在孔405的一端处，布置有由电绝缘材料形成的第一压盖410，该第一压盖410用于将FIMT306、308与端部接头主体312隔开。类似地，孔406的另一端处可以布置有由电绝缘材料形成的第二压盖(未示出)。第一压盖410包括电隔离高压海底连接器。

在本发明的某些实施例中，绝缘压盖组件可以安置除了FIMT 306、308以外的一个或更多个传感器或电缆以允许进入柔性管体环形。

为了在管体环形内电绝缘FIMT 306、308，FIMT可以在相邻的张力防护金属线之间延伸并且通过聚合物材料的压盖或其他形式的电隔离器与相邻的金属线绝缘。与相邻的防护金属线绝缘可以通过每层之间的带条进行布置。可替代地，可以如图5所示布置壳层装置500。

图5示出了用于安置FIMT 306、308的壳层装置500。在本实施例中，壳层装置500是由挤压或注射成形聚合物(例如，HDPE)形成的细长构件。更具体地，壳层500包括具有外表面506的主体部分504。主体部分504的横截面为近似矩形，通过下述的一些特定修改，主体部分504具有大体上相同的横截面(即，棱柱)。该主体部分可以由聚合物或复合材料形成。

壳层500的整体尺寸(宽度、长度、深度)与柔性管体的张力防护金属线的整体尺寸大体上相似或相等。然后，用于安置金属管或电缆的壳层500在形成柔性管体时可以用于代替张力防护金属线。可替代地，壳层装置可以引入在柔性管体的相邻防护金属线之间的空间中。

主体部分504包括用于将FIMT 306、308容纳在主体部分内的通道508。通道508连续地沿着主体部分延伸并且限定主体部分的内表面510(横截面为近似半圆形或者在一定程度上为比半圆形更大，即，介于圆形与半圆形之间)以接触FIMT并且将FMIT保持在适当的位置。FIMT和壳层装置500可以被制造在一起称为一个单元，或者壳层可以被单独地制造成FIMT,并且FIMT插入到通道508内。

通道508没有完全被主体部分504所包围。而是，在本实施例中，通道508通过开口312暴露出来，该开口312将通道与外表面506连接。开口确保管体环形内的流体能够与金属管308接触。开口也连续地沿着细长主体部分延伸。开口508的横截面形状为近似三角形，接近通道的横截面较窄，延伸的开口随着靠近外表面506变得越来越宽。这种布置可以辅助FIMT在生产期间能够稳定地插入到通道内。

通过布置通道508和开口512，主体部分504实际上所具有的横截面形状具有：基底部分514、从基底部分514延伸的第一突出部516和第二突出部518以及基底部分的、介于第一突出部与第二突出部之间的中央部分520，其中，中央部分延伸小于所述突出部。应当理解的是，出于与本发明无关的监测或控制的目的，可以在突出部516、518内布置孔以便于容纳其他电缆或FIMT。

图3所示的检测系统300目的在于监测单个柔性管体或管道组件以检测潜在缺陷(在这种情况下可以省略多路转换器305)。在需要监测多个管道组件以检测潜在缺陷的情况下，根据本发明的一种实施例，多组检测装置可以布置有一个分配给各个检测装置的管道组件。然而，至少与电传感器314相比，光学传感器304(例如，DTS单元)的成本相对较高。因此，根据图5所示的本发明的另一种实施例，可以只有单个光学传感器304和单个电传感器314，包括一个或更多个阻抗仪326用于监测多个柔性管体302(图6中示出了四个柔性管体)。如上面结合图6所描述的，单独的FIMT306、308被布置在每个管体302的管体环形内。

每个金属管308被直接耦接至电传感器314。电传感器314可以包括单独的阻抗仪326，该阻抗仪326被布置成监测每个金属管308与独立端子之间的阻抗的变化，或者可以存在被布置成监测旋转系统上的每个管体的单个阻抗仪326。每个管体的阻抗可以在相应的金属管308与每个管体唯一的独立端子(例如，管体的金属结构)之间进行测量或者可以对所有的管体布置公共的独立端子。相反地，每个光纤306经由多路转换器305耦接至单个光学传感器304，该光学传感器304能够在任一时刻仅对单个光纤306进行监测。电传感器314被布置成针对破裂事件连续地监测每个管体。在监测到破裂的情况下，控制信号被发送至光学传感器304和多路转换器305，从而指导对哪个光纤进行检测以通过例如检测沿该光纤的温度曲线的异常来定位破裂的位置。在不存在破裂的情况下，光学传感器304可以用于执行其他监测，例如，监测沿着光纤的应力，其自身可以提供可能的即将到来的破裂事件的早期指示。

有利地，电传感器314对温度不敏感。这意味着，例如，当用于对于注水管道而言温度差较低或由于飞溅或潮汐区而不可预测的应用中时，如果过于形成是否已经存在破裂的初始判定，相对于使用光学传感器304，则可以降低破裂的假阳性检测的风险，此外，如果光学传感器304仅能够检测温度的变化而不能测量沿着光纤的长度的绝对温度曲线，则，如果光学传感器304错过了初始破裂事件，一旦管体环形内的温度变得稳定，将不再能够检测到曾发生过破裂事件。

现在参考图7，图7以流程图的形式示出了使用图6的系统检测潜在管体缺陷的方法。在步骤S700处，电传感器314监测所有的管体的阻抗的变化。如果每个管体布置有单独的阻抗仪326，则所述监测是连续的，而如果单个阻抗仪326连接至每个管体，则所述监测是非连续的。在步骤S702处，低阻抗检测电路328确定对于管体之一是否检测到阻抗的变化。如果阻抗没有变化，则流程返回至步骤S700。如果检测到阻抗的变化，则过程进行到步骤S704，在该时刻，通过控制多路转换器305将光学传感器304连接至合适的管道。光学传感器304被配置成对表示潜在管体缺陷的温度变化的存在加以检测，并且可选地确定温度变化的位置。在步骤S706处，处理器324确定是否已经确定了潜在管体缺陷，并且如果确定了潜在管体缺陷则在步骤S708处输出警报。否则，过程返回值步骤S700。

使用上述装置，可以以及时地检测包括管体的外部的耐海水层的破裂的上述装置缺陷，并且在必要时采取维护。

本领域技术人员将会清楚的是，与上述实施例中的任一个相关地进行描述的特征能够在不同的实施例之间可互换地应用。上述实施例为用于表明本发明的各种特征的示例。

在本文的整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”和“包含(contain)”以及其变型意味着“包括但不限于”，并且这些术语并非意在(并且不)排除其它组分、添加物、部件、整体或步骤。在本文的整个说明书和权利要求书中，单数包含复数，除非在上下文中另外有要求。具体地，在使用不定冠词时，本文应当被理解为考虑了复数以及单数，除非在上下文中另外有要求。

除非是与其不相容的，结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学组分或组应当被理解为适用于本文中描述的任何其它方面、实施例或示例。本文中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)，和/或本文中公开的任何方法或过程的步骤可以以任意组合方式组合，除了这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明延伸至本文中(包括任何所附权利要求、摘要和附图)公开的特征的任何新颖的特征或任何新颖的组合，或延伸至本文中公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的步骤或任何新颖的组合。

读者可以将注意力放到与本申请的说明书同时提交或者在前提交的并且利用该说明书对于公众查阅是开放的所有论文和文献，并且所有这些论文和文献的内容都通过参考结合到本文中。

Claims (10)

1.一种管线装置，包括：

柔性管体，所述柔性管体包括至少部分地沿着所述柔性管体的长度延伸的金属管光纤FIMT，所述FIMT位于所述柔性管体的最里层阻挡层与最外层阻挡层之间的环形内；以及

检测装置，所述检测装置包括：

耦接至所述光纤的第一端部的光学传感器，所述光学传感器被布置成将光脉冲注入到所述光纤中并且对所散射或反射的光进行检测；以及

电传感器，所述电传感器耦接至所述FIMT的金属管的第一端部并且被布置成检测所述FIMT的金属管的所述第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；

其中，阻抗变化指示沿所述FIMT的金属管的接地故障；

其中，所散射或反射的光的变化指示沿着所述光纤的至少一部分长度的温度变化。

2.根据权利要求1所述的管线装置，还包括第一处理器，所述第一处理器耦接至所述光学传感器并且被布置成对所散射或反射的光进行处理以计算沿着所述光纤的长度的温度曲线。

3.根据权利要求2所述的管线装置，其中，所述第一处理器被布置成确定温度变化沿所述光纤的长度的位置。

4.根据权利要求1所述的管线装置，还包括耦接至所述柔性管体的端部的端部接头；

其中，所述FIMT的金属管与所述环形内的金属管体结构部件电隔离，并且所述端部接头被构造成使得所述FIMT的金属管能够在保持电隔离的同时穿过所述端部接头。

5.根据权利要求4所述的管线装置，其中，所述金属管体结构部件的一部分或所述端部接头包括耦接至所述电传感器的所述独立端子。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的管线装置，其中，所述FIMT的金属管被容纳在壳层装置中，所述壳层装置沿着所述柔性管体的至少一部分延伸以电隔离所述FIMT的金属管，所述壳层装置包括细长主体部分，该细长主体部分包括外表面和用于容纳所述FIMT的金属管的通道并且还包括至少一个用于连接所述通道与所述外表面的开口。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的管线装置，其中，所述管线装置包括两个或更多个柔性管体，所述两个或更多个柔性管体中的每个柔性管体具有至少部分地沿着该每个柔性管体的长度延伸的金属管光纤FIMT；

其中，所述管线装置还包括光学多路转换器，并且所述光学传感器通过所述光学多路转换器耦接至每个光纤使得所述光学多路转换器被布置成每一次对单个光纤内所散射或发射的光加以检测；以及

其中，所述电传感器被布置成耦接至每个FIMT的金属管的第一端部以检测该FIMT的金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的管线装置，其中，所述管线装置包括两个或更多个柔性管体，所述两个或更多个柔性管体中的每个柔性管体具有至少部分地沿着该每个柔性管体的长度延伸的金属管光纤FIMT；

其中，所述管线装置还包括光学多路转换器，并且所述光学传感器通过所述光学多路转换器耦接至每个光纤使得所述光学多路转换器被布置成每一次对单个光纤内所散射或发射的光加以检测；以及

其中，所述管线装置还包括两个或更多个电测量计，所述两个或更多个电测量计被布置成耦接至各个FIMT的金属管的第一端部以检测各个FIMT的金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化。

9.一种用于检测柔性管体内的缺陷的方法，所述方法包括：

将光脉冲注入到至少部分地沿着柔性管体的长度延伸的金属管光纤FIMT的第一端部中，所述FIMT位于所述柔性管体的最里层阻挡层与最外层阻挡层之间的环形内；

检测所散射或反射的光；以及

检测所述FIMT的金属管的第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；

其中，阻抗变化指示沿所述FIMT的金属管的接地故障；以及

其中，所散射或反射的光的变化指示沿着所述光纤的至少一部分长度的温度变化。

10.一种用于形成管线装置的方法，所述方法包括：

提供柔性管体，所述柔性管体包括至少部分地沿着所述柔性管体的长度延伸的金属管光纤FIMT，所述FIMT位于所述柔性管体的最里层阻挡层与最外层阻挡层之间的环形内；以及

将光学传感器耦接至所述光纤的第一端部；以及

将电传感器耦接至所述FIMT的金属管的第一端部；

其中，所述光学传感器被布置成将光脉冲注入到所述光纤中并且对所散射或反射的光进行检测，并且所述电传感器被布置成检测所述FIMT的金属管的所述第一端部与独立端子之间的电阻抗的变化；以及

其中，阻抗变化指示沿所述FIMT的金属管的接地故障；以及

其中，所散射或反射的光的变化指示沿着所述光纤的至少一部分长度的温度变化。