CN105683734B - 检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种被布置成检测柔性管体内的缺陷的检测装置。检测装置包括电源和第一仪表。电源被布置成耦接在第一导电构件与第二导电构件之间，并且向第一导电构件和第二导电构件供应电流，第一导电构件和第二导电构件至少部分地沿着柔性管体延伸，并且除了在远离电源的一点处彼此电连接之外，第一导电构件与第二导电构件彼此电隔离。第一仪表被布置成检测每个导电构件中流动的电流的变化。所检测到的变化指示导致沿着导电构件之一出现接地故障的管体缺陷。还公开了相应的方法、包括检测装置的管线装置以及用于形成管线装置的方法。

Description

检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及方法。具体地，本发明涉及一种被布置成检测柔性管体内的缺陷的检测装置，以及一种用于检测柔性管体的缺陷的方法。特定的实施例涉及一种包括柔性管体和检测装置的管线装置以及用于形成这样的装置的方法。

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电线与管道的其他结构元件之间的空隙充满海水。防护层电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，能够对管体内的缺陷进行检测，而不需要进行周期地视觉检查。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：电源，该电源被布置成耦接在第一导电构件与第二导电构件之间，并且向第一导电构件和第二导电构件供应电流，第一导电构件和第二导电构件至少部分地沿着柔性管体的长度延伸，并且除了在远离电源的一点处彼此电连接之外，第一导电构件与第二导电构件彼此电隔离；以及第一仪表，该第一仪表被布置成检测每个导电构件中流动的电流的变化；其中，所检测到的变化指示导致沿着导电构件之一出现接地故障的管体缺陷。

每个导电构件中流动的电流的变化可以指示接地故障沿着导电构件之一的位置。

导电构件之一可以包括传感器构件，该传感器构件沿着柔性管体的至少一部分长度被暴露，并且每单位长度的传感器构件具有预定的电阻，并且，另一导电构件包括电绝缘的返回构件。

电源可以被布置成向传感器构件或返回构件供应恒定电流；其中，如果恒定电流被供应到所述传感器构件，则每个导电构件中流动的电流的变化指示沿着传感器构件从电源到接地故障之间的距离；以及，其中，如果恒定电流被供应到所述返回构件，则每个导电构件中流动的电流的变化指示沿着传感器构件从返回构件的连接点到接地故障之间的距离。

电源可以包括第一DC恒定电流源，第一DC恒定电流源具有第一端子和第二端子，第一端子被布置成向第一导电构件供应恒定电流，以及第二端子与第二导电构件耦接。

检测装置还可以包括第一电阻器，该第一电阻器被耦接在第一电流源的第二端子与第二导电构件之间；其中，第一仪表包括第一电压表，该第一电压表被布置成测量第一电阻器两端的电压并且检测表示接地故障的压降。

检测装置还可以包括第二电压表，该第二电压表被布置成测量第一电流源两端的电压；其中，导电构件之一包括传感器构件，传感器构件沿着柔性管体的至少一部分长度被暴露并且每单位长度的传感器构件具有预定的电阻，并且，另一导电构件包括电绝缘的返回构件；以及，其中，第一电流源两端的电压的变化指示沿着传感器构件从与第一电流源的第一端子耦接的端部到所接地故障之间的距离。

电源还包括：第二DC恒定电流源，该第二DC恒定电流源具有被布置成向第二导电构件供应恒定电流的第一端子以及与第一导电构件耦接的第二端子；第二电阻器，第二电阻器被耦接在第二电流源的第二端子与第一导电构件之间；以及第三电压表，第三电压表被布置成测量第二电阻器两端的电压并且检测表示接地故障的压降。

第一电流源和第二电流源被布置成使得每次只有第一电流源和第二电流源之一向导电构件供应电流；以及，其中，每个电流源彼此电隔离。

检测装置还包括第四电压表，该第四电压表被布置成测量第二电流源两端的电压；其中，第二电流源两端的电压的变化指示沿着传感器构件从与第二电流源的第一端子耦接的端部到接地故障之间的距离。

根据本发明的第二方面，还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：在第一导电构件与第二导电构件之间耦接电源，第一导电构件和第二导电构件至少部分地沿着柔性管体延伸，并且除了在远离电源的一点处彼此电连接之外，第一导电构件与第二导电构件彼此电隔离；从电源向第一导电构件和第二导电构件供应电流；以及检测每个导电构件中流动的电流的变化；其中，所检测到的变化指示导致沿着导电构件之一出现接地故障的管体缺陷。

根据本发明的第三方面，还提供了一种管线装置，该管线该装置包括：柔性管体，该柔性管体包括第一导电构件和第二导电构件，第一导电构件和第二导电构件至少部分地沿着柔性管体延伸，并且除了在远离柔性管体的第一端部的一点处彼此电连接之外，第一导电构件与第二导电构件彼此电隔离；端部接头，该端部接头被耦接至柔性管体的至少第一端部；以及上述检测装置，该检测装置与端部接头耦接；其中，电源被耦接在第一导电构件与第二导电构件之间，并且被布置成向第一导电构件和第二导电构件供应电流。

第一导电构件和第二导电构件可以位于最里层阻挡层与最外层阻挡层之间的管体环形内。

导电构件之一可以包括传感器构件，该传感器构件沿着柔性管体的至少一部分长度被暴露，并且每单位长度的传感器构件具有预定的电阻，并且，另一导电构件包括电绝缘的返回构件。

传感器构件和另一导电构件可以包括电线；其中，管体还包括至少一个接地的金属结构元件；以及，其中，传感器构件被布置成使得：如果管体缺陷使得流体进入管体环形内，则传感器构件与金属结构元件之间的流体导致出现接地故障。

根据本发明的第四方面，提供了一种形成管线装置的方法，该方法包括：提供柔性管体，柔性管体包括第一导电构件和第二导电构件，第一导电构件和第二导电构件至少部分地沿着柔性管体延伸，并且除了在远离柔性管体的第一端部的一点处彼此电连接之外，第一导电构件与第二导电构件彼此电隔离；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；以及将电源耦接在第一导电构件与第二导电构件之间。

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第一实施例的与柔性管体耦接的检测装置；

图4示出了图3中的检测装置和柔性管体，该柔性管体出现了导致其内部的阻挡层中发生破裂的缺陷；

图5示出了图3中的检测装置如何能够检测柔性管体内的中间水弯部(mid-waterarch)处的液体汇集；

图6是示出了根据本发明的实施例使用图3和图4的检测装置来检测并定位破裂的方法的流程图；以及

图7示出了根据本发明的第二实施例的与柔性管体耦接的检测装置。

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。抗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范围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)、在一定范围上受到限制(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。

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能够允许生产流体进入管体环形。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。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内的缺陷，该缺陷导致管体的外部耐海水层或最里层的阻挡层出现破裂。

图3示出了根据本发明的第一实施例的与柔性管体耦接的检测装置。该检测装置被布置成检测柔性管体的变化，该变化可以指示缺陷(并且特别是使得海水或其它流体能够进入管体环形的管道破裂)。该检测装置可以耦接至告警系统(未示出)，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。

该检测装置被布置成检测当暴露的电线与管道环形内的流体接触时电路对地的短路。具体地，如图3所示，柔性管体300被制造成使得其包括裸露的电线302，该裸露的电线302至少部分地沿着柔性管体300的长度在管体环形内延伸。电线302延伸至柔性管体300的第一端部304，在第一端部304处，电线302在穿过端部接头308内的孔之后可以被耦接至检测装置306。端部接头308可以是符合防爆认证(ATEX)的阻挡部(barrier)。应当理解的是，端部接头308可以更一般地包括隔离器，该隔离器具有被并入或应用于系统中的其他位置的、用于确保ATEX合规性的装置和/或电路。在这种情况下，该端部接头用作隔离器，该隔离器可以将管体环形中的检测装置与地隔离，从而使得通过引用电压表能够验证系统的完整性；如果有电流流动，则系统中存在短路，该短路指示出要么管道中有流体要么系统本身存在问题。此外，如下面将要描述的，关于所测量的电势的信息可以用于确定泄露的性质和位置。本专利说明书余下的部分所涉及的端部接头应当理解成可替代地为隔离器。电线302可以通过例如采用绝缘部件隔开的方式来与管体的金属结构部件电隔离，却被布置成使得进入管道环形的流体可以与电线302接触。电线302被布置成穿过端部接头308同时保持与端部接头308电隔离。在导致流体与管道环形内的电线302和金属结构元件接触的破裂的情况下，流过电线302的电流将短接至金属结构元件，而这些金属元件则被接地。如下面将要描述的，电流向地的这种泄漏(sinking)可以通过检测装置306进行检测。

应当理解的是，电线302可以更一般地指代为至少部分地沿着柔性管体延伸的导电构件。电线302可以是每米具有已知电阻的电阻线。优选地，电线302不是绝缘的(如下面所描述的，至少在检测区域内不是绝缘的)从而使得电线302能够与管体环形内的流体接触。可以通过如下方式对裸露的电线实现电隔离：将电线松弛地缠绕在螺旋式绝缘体中使得导线部分地沿着螺旋绝缘体暴露。可替代地，电线可以在沿着管体延伸的聚合物载体中的开口通道内移动。如上面所讨论的，柔性管体由多个金属结构元件构成，例如，由图1的层105、106中的张力防护电线构成。金属结构元件被设计成纯粹地满足管体的结构的机械性能。然而，倘若至少一个金属部件(例如，各个张力防护电线)通过绝缘介质(例如，图1中的带层104)被电隔离，则还可以使用所述金属部件来形成导电构件。

如图3所示，根据本发明的第一实施例，柔性管体还包括在管体环形内延伸的第二电线310。第一电线302和第二电线310在它们的最远点(或者，沿着它们的长度远离于检测装置306的某一点处)电耦接在一起。与第一电线302相比，第二电线是电隔离的，从而第二电线能够穿过端部接头308至检测装置306。一般来说，第一电线302和第二电线310形成电路环使得(至少在不存在破裂的情况下)电流能穿过一个电线并且沿着另一电线返回。第二电线310与第一电线302的不同之处在于：第二电线310通常沿着其整个长度(如绝缘层314所示)完全电绝缘。即使第二电线暴露于管道环形内的流体，电线310仍然能够通过其自身的绝缘层314与流体电隔离。

尽管图3中所示的电线302、310间隔较宽，但是，实际上所示电线302、310可以通过管体环形连在一起。在某些实施例中，第一电线302和第二电线310可以一起被缠绕在编织式绝缘体或者上述螺旋式绝缘体中，使得：在出现破裂的情况下，流体能够进入螺旋式绝缘体并且与第一电线302接触，同时保持第二电线310单独地绝缘。如下面将更具体描述的，第一电线302可以每米具有已知的电阻，从而使得能够定位待确定的破裂。相比之下，不对第二电线310做出任何这样的约束，第二电线310可以基本上由任意导电构件(包括，例如各个张力防护电线，只要所述张力防护电线可以沿着其长度完全地绝缘)形成。

检测装置306被设计成提供管道破裂的是/否指示。检测装置306被设计成不断地监测管体以检测破裂的存在。有利地，这仅需要监测单个参数。应当理解的是，本发明的某些实施例还可以包括控制器或处理器，所述控制器或处理器与检测装置306内的多个仪表耦接以监测所测量的参数。这些实施例还可以包括用于记录所测量的参数随着时间的变化的存储器。

再次参考图3，为了提供管道破裂的初始指示，检测装置包括与第一电线302耦接的第一恒定电流源CC1以向第一电线302供应电流。在不存在破裂的情况下，如图3所示，电流沿着绝缘的第二电线310返回并且通过第一电阻器R1。第一恒定电流源CC1被布置成向第一电线供应恒定电流，并且可以例如包括由电压源供电的恒定电流二极管。在不存在破裂的情况下，第一电压表V1所测量的第一电阻器R1两端的电压基本上是恒定的。该电压由第一恒定电流源CC1所供应的电流，以及由第一电线302和第二电线310所累积的电阻与第一电阻器R1所形成的分压器来确定。可以不断地对该电压进行监测以检测由所测量的电压的下降所表示的破裂。具体地，可以由超过预定量的压降或低于阈值的压降来表示破裂。这提供了失效保护(failsafe)监测，因为电源的损坏也将导致所检测到的电压下降，并且可以对其进行研究。优选地是实现这样的检测装置，该检测装置检测电流流动的中断，而不是一种电流开始流动可指示破裂的检测装置，因为通过后者无法检测到部件故障。

现在还参考图4，在出现破裂(例如，沿着电线302、310的、如破裂区域316所示的中间部分(partway))的情况下，第一恒定电流源所供应的电流将(通过经由破裂区域316中的流体而被耦接到金属结构元件或者耦接到周围海水的电线302)泄漏到接地端。这引起了所测量的第一电阻器R1两端的电压出现较大的下降。这可以用于引起警报，从而可能导致对管体进行视觉检查。在某些实施例中，当检测到破裂时，检测装置306可以被布置成检测破裂的大概位置。

如上所述，第一恒定电流源CC1被布置成即使在出现导致对接地端短路的破裂的情况下仍然供应恒定电流。通常，该恒定电流可以是2mA。第二电压表V2被布置成测量第一恒定电流源CC1两端的电压，在不存在破裂的情况下，该电压基本上是恒定的。在出现破裂的情况下，电压表V2所测量的电压将增大，因为第一恒定电流源CC1与接地端之间的电阻降低。应当理解的是，监测电压表V2所测量的电压的变化还可以用于最初监测破裂。作为另一替代方案，可以通过如下方式来检测破裂：直接地测量每个电线302、310在与检测装置306的连接点处流动的电流发现具有电流源的检测电路的电流发生变化。

在某些实施例中，还可以使用V2所测量的电压来计算沿着第一电线302到破裂区域的距离，该距离由图4中的线318表示。这是由于在某些实施例中第一电线每米具有已知电阻，例如，2Ω.m-1。第一电线在第一恒定电流源CC1与破裂区域之间的电阻等于第一恒定电流源CC1的内部电阻，所述内部电阻可以通过将电压表V2所测量的电压除以第一恒定电流源CC1的已知恒定电流来计算得到。于是，可以通过将所计算的电阻除以第一电线302的每米的电阻来计算得到至破裂区域的距离。

此外，当检测到破裂时，检测装置306被布置成计算由线320所表示的距离，线320始于点312，在该点312处第一电线302与第二电线310(如果电线302经过管体300的整个长度，则第二电线310可以是管体300的远端)耦接。为此，检测装置306还包括基本上相同的第二组部件，所述部件被布置成驱动来自第二恒定电流源CC2的恒定电流沿着第二电线310流动以(如果不存在破裂)经由第一电线302和第二电阻器R2返回。检测装置306还包括第一二极管D1和第二二极管D2，这两个二极管被布置成将检测装置的每一半彼此隔离。在本发明的可替代实施例中，还可以包括被设置成将电阻器R1与电阻器R2隔离的二极管。为了计算距离320，第一恒定电流源CC1被断开，而第二恒定电流源CC2被接通。也就是说，可交替地驱动恒定电流源。在出现破裂的情况下，来自第二恒定电流源CC2的电流泄漏到破裂区域316的远离于检测装置306的端部处的接地端。考虑到已知第一电线302的每米的电阻以及第二电线310的总电阻(如果这是个很大的量)，可以使用电压表V4所测量的电压来计算距离320。

可以看出，检测装置306包括用于测量第二电阻器R2两端的电压的电压表V3。在某些实施例中，在连续地监测破裂的同时，可以交替地驱动第一电流源CC1和第二电流源CC2，以便于降低电线302与电线310之间的电容充电。在相应的监测阶段，由电压表V1和电压表V3之一或者二者所测量到的电压的降低表示存在破裂。

可以看出，本发明有利地使得不仅能够检测到破裂的出现，而且可以检测破裂(沿着第一电线302从电线302的任一端部到破裂区域316的距离)的位置和范围。当评估重大破裂以及评估是否执行视觉检查时，该信息可能非常有益。本发明的某些实施例可以对超深水设施中的立管进行精度为1米或甚至更小的定位。

在某些实施例中，第一电线302的定位可以被精密地控制在管体环形内以便于防止因为少量压缩而导致出现管道破裂的错误指示。具体地，可以对第一电线302的位置进行定位使得其保持在沿着电线302的整个长度与最近的金属结构部件相距预定距离。这可以通过使用绝缘间隔器(例如，上述由绝缘材料制成的螺旋式绝缘体或编织式绝缘体)来实现，绝缘隔离器使得流体进入连续的螺旋之间的间隙并且使得通过绝缘材料的厚度将第一电线与周围的金属结构部件分隔开。本领域技术人员熟知用于将传感器电线路由穿过管体环形的其他适当的技术。此外，可以对第一电线302与第二电线310之间的相对间隔进行控制以减小电容充电。

有利地，相对于用于检测管道破裂的已知技术(诸如，基于光纤的分布式温度感测(DTS)和视觉检查)而言，检测装置306以及沿着管体300延伸的电线302、310确实是低成本部件。此外，只需要对较少的数据进行采集并监测以检测破裂然后确定破裂的位置和范围。为了检测破裂，仅需要监测单个电压或电流(R1、R2、CC1、CC2两端的电压或者返回至检测装置的电流)。在监测两个或更多个参数情况下，特别是如果使用交替的正激励或负激励，则考虑到冗余的情况。仅需要针对所检测的参数的预定变化进行监测或者执行与阈值的比较。有利地，与管体环形内可获得的空间相比，第一电线302和第二电线310可以相对薄使得第一电线302和第二电线310不会显著地妨碍管体结构。期待的是，检测装置306还可以相对紧凑，由此可以限制例如柔性立管的头部处的空间。

根据上面的讨论明显的是，检测装置306能够确定管体300的每个端部到破裂区域的距离。具体地，检测装置306能够确定电线302的每个端部到沿着电线对接地端短路的第一点的距离。有利地，这使得待检测的第二破裂带来的影响是使得电线302的一端部或另一端部到电线302对于接地端短路的第一点的距离减小。同理，可以检测到连续的破裂，只要这些破裂出现在相对于现有的破裂而言距离电线302的一端部或另一端部更近。显然，为了对一系列的破裂进行跟踪，需要维持CC1和CC2两端的电压随着时间变化的记录。这还允许随着时间对造成管体环形在破裂的位置处进行填充的显著破裂进行跟踪。

在某些应用中，以及在用于立管的特定应用中，可以在很长时间内或永久地对柔性管体内的悬垂段(sag bend)进行维护。有可能管体环形内存在的少量水分被采集在悬垂段中并且使得电线302相对于接地端短路。这不能表示管道破裂并且是可容许的。有利地，检测装置306能够检测远离于悬垂段的位置处发生的管道破裂。此外，当环形管体上具有少量的附加流体从而导致破裂区域沿着第一电线在至少一个方向上扩大时，在悬垂段处出现破裂是可检测的。图5示出了包括悬垂段的管体，在悬垂带中汇集有冷凝物。可以看出，所汇集的流体在区域322中由虚线所示的悬垂段中。所汇集的流体322足够多地覆盖了第一电线302的一部分，使得检测装置能够检测第一电线302的每个端部到所汇集的流体的边缘的距离318和320。

现在参考图6，图6以流程图的形式示出了根据本发明的实施例的使用图3所示的检测装置检测并定位破裂的方法。

在步骤S500处，第一恒定电流源CC1向第一电线302供应电流。在步骤S502处，确定通过监测R1两端的电压的变化是否检测到破裂。如果没有检测到破裂，则继续监测。

如果检测到破裂，在步骤S504处对CC1两端的电压进行测量，并且在步骤S506处对沿着第一电线302到破裂区域的距离(距离318)进行计算。

在步骤S508处，第一恒定电流源被断开并且由第二恒定电流源CC2供应电流。在步骤S510处，对CC2之间的电压进行测量，以及，在步骤S512处，对沿着第一电线312到破裂区域的距离(距离320)进行计算。

根据本发明的另一实施例，可以提供多个检测装置，每个这些检测装置与单个管体内的单独的电线线对连接。具体地，每个检测装置和电线线对可以被布置成对检测区域(管体的一部分)内的破裂进行检测，该检测区域可能与所监测的单独的检测区域重叠或者可能与所监测的单独的检测区域不重叠。通过提供多组部件可以在金属线故障的情况下提供冗余。此外，通过提供多组部件来监测单独的检测区域的方式，只要所检测的参数发生变化就可以快速地确定破裂大概的位置。为了仅监测包括管体的、远离于管体的安装了检测装置的位置处的端部的一部分的检测区域，需要将第一电线302与从所述端部到达到所期望的检测区域为止的部分绝缘。

根据本发明的另一实施例，可以省略第一电阻器R1和第二电阻器R2。在这种条件下，可以单独地通过监测恒定电流源CC1、CC2两端产生的电压或者通过测量电线302、310之一或两者中流动的电流来检测破裂。应当理解的是，以上每种方式表示：与向电线供应的电流相比，返回值检测装置的电流发生变化。具体地，对恒定电流源两端的电压的变化的监测检测出电流流动的增大，因为返回电流路径被向地面的流动路径所取代。

应当理解的是，还可以对检测装置306进一步进行简化用于通过提供仅一个恒定电流源(还可以允许省去二极管D1、D2)的方式检测破裂并且检测该破裂相对于管体的一个端部的位置。然而，这样的简化检测装置将不能检测破裂区域沿着管体的范围，并且如果破裂出现在第一破裂相对于检测装置的相对侧，则不能检测出该破裂。

上面所描述的本发明的实施例的重点在于对DC恒定电流源(或者一对DC恒定电流源)的使用，然而应当理解的是，本发明并非限制于此。在一种可替代实施例中，检测装置可以替换成在第一电线与第二电线之间耦接的AC电流源。AC电流源两端的电压的变化指示出现破裂。在出现破裂的情况下，每个半周期(each half cycle)内AC电流源两端的电压将表示从第一电线的任意端部到破裂区域的距离。应当理解的是，AC恒定电流源的使用涉及到更复杂的检测电路。可替代地，可以通过每隔一段时间切换监测电路的方式(即，通过交替地向第一电流源CC1和第二电流源CC2供给能量的方式)来实现图3和图4所示的检测装置以及AC检测装置。有利地，使用交流电流可以减小管体环形内的某些液体(例如，海水)的极化累积(polarisation build-up)。可替代地，向第一电流源CC1和第二电流源CC2供给能量将不再需要对图3和图4所示的检测装置的剩余部分进行修改。

参考图7，根据本发明的另一实施例，第三电线700可以被设置成沿着管体的长度延伸。除了现在将要进行描述的附加的电线700和检测装置702内的其他部件，图7大体上与图4相同。对第一电线302而言，第三电线700是不绝缘的，并且该第三电线700与周围的金属结构部件隔离。第一电线302和第三电线700可以被设置成彼此靠近使得在破裂区域316的管道破裂的情况下，第一电线302与第三电线700电耦接。

现在将对第三电线700的工作原理进行描述。在正常工作情况下，开关S1闭合并且系统结合图3如上所述进行操作。当发生较小的破裂情况或者水(诸如，海水珠或者感测电缆结构内的导电的水)开始冷凝并聚集到管体环形内时，感测电流进入第三电线700，该第三电线700通过端部接头308接地(与图3中的系统采用相同的方式，感测电流通过管体环形内的金属结构部件流向地)。V1检测到R1两端的电压的变化并且开关S1被切换而被连接至电压表V5。电压表V5的另一端被连接至电流源CC2的负极(接地)端子。电压表V5所检测的电压是水区域检测的位置的直接度量。电线302作为电位计并且进入电缆的海水作为电位计的滑动器(slider)。应当理解的是，这种用于检测破裂区域316的位置的方法可以作为结合图4的上述方法的补充，这还将有利地使得能够对破裂区域的尺寸进行检测。第三电缆700还可以用于通过简单地在沿着管体的长度的某一点处短接电线700和302来在安装之前对电缆进行校准。

通过使用上述装置，可以通过及时的方式对包括管体的外部耐海水层或最里层阻挡层的破裂进行检测，使得能够进行进一步检查，并且在必要时进行维修。

本领域技术人员将会清楚的是，结合上述实施例中的任一个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。

此外，还应当清楚的是，出于回弹能力或者减小对更大计算强度的检测装置的连续操作的需求的考虑，上述检测装置可以结合其他类型的检测装置一起使用。

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 (7)

1.一种管线装置，包括：

柔性管体(300)，所述柔性管体(300)包括传感器构件(302)和返回构件(310)，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)至少部分地沿着所述柔性管体(300)的长度延伸，并且除了在远离所述柔性管体(300)的第一端部(304)的一点处彼此电连接之外，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)彼此电隔离，其中，所述传感器构件(302)沿着所述柔性管体(300)的长度的至少一部分被暴露，并且每单位长度的所述传感器构件(302)具有预定的电阻，并且所述返回构件(310)是电绝缘的；

第一恒定电流源(CC1)，所述第一恒定电流源(CC1)具有第一端子和第二端子，所述第一端子被布置成向所述传感器构件(302)供应恒定电流，以及所述第二端子在所述柔性管体(300)的所述第一端部(304)处被耦接至所述返回构件(310)；以及

第一电压表(V2)，所述第一电压表(V2)被布置成测量所述第一恒定电流源(CC1)两端的电压，

其中，所述第一恒定电流源(CC1)两端的电压的变化指示沿着所述传感器构件(302)从耦接至所述第一恒定电流源(CC1)的所述第一端子的端部到导致所述传感器构件(302)被接地的管体缺陷之间的距离。

2.根据权利要求1所述的管线装置，其中，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)位于最里层阻挡层与最外层阻挡层之间的管体环形内。

3.根据权利要求2所述的管线装置，其中，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)包括电线；

其中，所述柔性管体(300)还包括接地的至少一个金属结构元件；以及

其中，所述传感器构件被布置成使得：如果管体缺陷使得流体进入所述管体环形内，则所述传感器构件(302)与所述金属结构元件之间的流体导致所述传感器构件(302)被接地。

4.根据权利要求1所述的管线装置，还包括：

第二恒定电流源(CC2)，所述第二恒定电流源(CC2)具有被布置成向所述返回构件(310)供应恒定电流的第一端子以及耦接至所述传感器构件(302)的第二端子；以及

第二电压表(V4)，所述第二电压表(V4)被布置成测量所述第二恒定电流源(CC2)两端的电压，

其中，所述第二恒定电流源(CC2)两端的电压的变化指示沿着所述传感器构件(302)从耦接至所述第二恒定电流源(CC2)的所述第一端子的端部到导致所述传感器构件(302)被接地的所述管体缺陷之间的距离。

5.根据权利要求4所述的管线装置，其中，所述第一恒定电流源和所述第二恒定电流源(CC1，CC2)被布置成使得每次只有所述第一恒定电流源和所述第二恒定电流源(CC1，CC2)之一向所述传感器构件(302)或所述返回构件(310)供应电流；并且

其中，所述第一恒定电流源和所述第二恒定电流源中的每个电流源(CC1，CC2)彼此电隔离。

6.一种用于检测柔性管体内的缺陷的方法，所述方法包括：

从第一恒定电流源(CC1)向传感器构件(302)和返回构件(310)供应电流，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)至少部分地沿着所述柔性管体(300)的长度延伸，并且除了在远离所述第一恒定电流源(CC1)的一点处彼此电连接之外，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)彼此电隔离，其中，所述传感器构件(302)沿着所述柔性管体(300)的长度的至少一部分被暴露，并且每单位长度的所述传感器构件(302)具有预定的电阻，并且所述返回构件(310)是电绝缘的，并且其中，所述第一恒定电流源(CC1)具有第一端子和第二端子，所述第一端子被布置成向所述传感器构件(302)供应恒定电流，以及所述第二端子在所述柔性管体(300)的第一端部(304)处被耦接至所述返回构件(310)；以及

测量所述第一恒定电流源(CC1)两端的电压，

其中，所述第一恒定电流源(CC1)两端的电压的变化指示沿着所述传感器构件(302)从耦接至所述第一恒定电流源(CC1)的所述第一端子的端部到管体缺陷之间的距离，所述管体缺陷导致所述传感器构件(302)被接地。

7.一种用于形成管线装置的方法，包括：

提供柔性管体(300)，所述柔性管体(300)包括传感器构件(302)和返回构件(310)，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)至少部分地沿着所述柔性管体(300)的长度延伸，并且除了在远离所述柔性管体(300)的第一端部(304)的一点处彼此电连接之外，所述传感器构件(302)和所述返回构件(310)彼此电隔离，其中，所述传感器构件(302)沿着所述柔性管体(300)的长度的至少一部分被暴露，并且每单位长度的所述传感器构件(302)具有预定的电阻，并且所述返回构件(310)是电绝缘的；

在所述柔性管体(300)的所述第一端部(304)处，将第一恒定电流源(CC1)的第一端子耦接至所述传感器构件(302)并且将第一恒定电流源的第二端子耦接至所述返回构件(310)，以使得所述第一恒定电流源(CC1)能够供应恒定电流至所述传感器构件(302)；以及

将第一电压表(V2)耦接至所述第一恒定电流源(CC1)，以使得所述第一电压表(V2)能够测量所述第一恒定电流源(CC1)两端的电压，

其中，所述第一恒定电流源(CC1)两端的电压的变化指示沿着所述传感器构件(302)从耦接至所述第一恒定电流源(CC1)的所述第一端子的端部到管体缺陷之间的距离，所述管体缺陷导致所述传感器构件(302)被接地。