CN106164558B - 用于在管壁上作业的工具以及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过利用工具(1)在流体管线的壁上作用的介入方法，所述工具(1)包括管节段(100)和至少用于产生密封的第一装置(130，135)和用于产生密封的第二装置(120，125)，该方法包括：在所述管线内移动所述工具(1)直到所述管节段(100)面向所述管线的所述壁的区域(210)定位的步骤，该方法还包括：通过利用用于产生密封的所述第一和第二装置(120，125，130，135)分别从所述区域的上游和下游产生密封从而封闭所述管线的围绕所述区域(210)的节段的外部(320)的步骤；以及接着，在所述壁的所述区域(210)上作用的步骤。

Description

用于在管壁上作业的工具以及相关方法

技术领域

本发明涉及用于在用于输送流体的管线(诸如用于呈液体或者气体形式的碳氢化合物的管线或者实际上用于输送水的管线)的壁上作用的工具和方法的领域。通常，在管线形成其一部分的网络在使用时，流体(液体或者气体)处于压力下。更具体地，这样的作用的目的是修理管线或者实际上是向管线焊接装配件。

背景技术

所涉及的管线可以处于户外，或者它们可以是埋设管线，或者它们可以是海下管线。在它们被使用时(其可能持续多年)，它们的壁由于腐蚀或者机械冲击的现象而可能存在缺损，因此需要修理。

作为总的原则，修理需要通过在待被修理的缺损的任一侧从所述管线的节段移除压力同时仍允许流体穿过来执行，这是因为任何中断对于管线或者网络的操作者来说都可能具有严重的经济后果。修理优选地在缺损的任一侧从节段移除流体(例如，移除气体或者移除水)之后来执行。

以相同的方式，当希望对管线的外壁进行焊接时，有时需要中断所涉及的节段中流体的流动，尤其是以避免过分的材料冷却，过分的材料冷却对于焊接的质量以及其耐久性是有害的。

存在昂贵且使用复杂的、适于移除压力和排出流体的系统，如负载下的止动件以及它们的相关联的附件(塞子、增强鞍座、热压塞、气球)。还存在涉及用于保持输送的临时跨接软管的系统，给定其在操作者安全性方面的意义，该系统结构复杂并且操纵复杂。

还已知文献WO2007/141554，其公开了一种设备，尤其用于通过将内管(内管面向缺损定位)引入管线中并且通过引入绕管布置并且被致动以膨胀从而从内部塞住缺损的可伸展部件来修复缺损。设备的变型还用于将阀在管线中放置就位。

该设备意味着将大的工具在管线中放置就位，并且因为管线在已进行作用之后仍部分阻塞，因此其非常不令人满意。

还已知文献WO/03/067134，其公开了一种用于中断(关闭)高压管线中的流体流动的设备。该设备的使用需要流体流动被中断或者需要形成分支连接，但这是不令人满意的。

发明内容

在该上下文中，本发明提出一种用于在流体管线的壁上进行作用的介入工具，所述工具包括用于在所述管线内面向所述壁的区域定位的管节段和用于在所述管线的所述壁和所述管节段之间产生密封的一个或多个第一或上游装置。

根据总体特性，该工具还包括一个或多个第二或下游装置，该一个或多个第二或下游装置用于在所述管线的所述壁和所述管节段之间产生密封以将所述管线的节段的外部与用于产生密封的所述两个装置之间的流动流体隔离开，并且用于产生密封的至少所述第一或所述第二装置处于两个部分中，从而在用于产生密封的所述第一或第二装置的所述两个部分之间限定密封锁定件。

通过这样的工具，可以在所述管线的面向所述壁的期望在其上进行作用的区域(或者表面)并且与该区域(或者表面)接触的节段中产生密封的周缘区域(或者体)。

该密封区域与流动流体隔离开，在于壁上进行焊接型作用的情况下，这在热方面而言会是有利的。然而，密封区域在必要时还可以进行减压或者实际上变空，以在无压力的情况下或者实际上无流体存在的情况下即使流体继续流动通过管节段也在壁上进行作用。因此，工具使得能够在不中断网络的操作的情况下修理管线(或者在其上进行一些其它作用)，并且其还使得可以减少进行作用所需要的时间。与上述现有技术的系统相比，其应用的便利性和可靠性使得该工具尤其有利。尤其应注意到不具有外部旁通系统，这是因为这样的系统因工具内管节段的存在而变得毫无意义。

尤其对于压力高的应用来说，由所述两个部分限定的锁定件用于改善安全性。这尤其适用于其中压力可以大至67巴的气体输送网络。由该工具提供的安全性进而被增强，介入过程的可靠性也得到增强。

在一具体实施例中，用于产生密封的所述第一或所述第二装置包括可伸展且可缩回的密封衬垫，例如利用油/氮蓄能器通过油来膨胀或者利用移动板的系统通过压缩可伸展。

在一有利实施例中，该工具还包括用于在管线中推进该工具的可调整推进装置。这些装置可以是可控制的，并且它们还可以被布置成利用流体的运动从而利用夹带现象来驱动工具。该推进装置可以包括安装在管节段中的至少一个可调整翼。该推进装置例如可以通过由油/氮蓄能器提供动力的液压系统、通过由电池供电的电磁系统或者实际上通过这样的系统的结合被致动以进行调整和控制。

在某些实施例中，该工具还可以包括在所述管线内引导所述工具的引导系统。该引导系统具体地可以包括位于所述管节段的各端处的至少一个轮或者可变形盘。

以可选且有利的方式，还提出所述管节段包括一定长度的波纹管以能够使其在弯曲管线中行进。

有利地，该工具可以包括制动系统和/或用于通过与所述管线的所述内壁接触来将所述工具保持就位的系统。该制动和/或位置保持系统可以通过抵靠所述管线的内壁的摩擦、与内壁接触或者通过制动引导轮来操作。

在一实施例中，该工具还可包括减速器系统，该减速器系统适于减慢工具的运动而不能够停止工具的运动。举例来说，该系统可以是电磁类型的系统。

有利地，该工具还可以包括通讯系统，该通讯系统例如通过利用电磁波或声波而能够使工具被从管线的外部远程地定位和控制。

以有利但可选的方式，该密封系统可以被配置成通过抵靠所述管线的内壁进行摩擦而制动所述工具的运动和/或通过与所述管线的内壁接触而将所述工具保持就位。

本发明还提供一种用于通过利用本发明的工具在流体管线的壁上作用的方法，该方法包括以下步骤：在所述管线内移动所述工具直到所述管节段在所述管线内面向所述管线的所述壁的区域定位；通过利用用于产生密封的第一和第二装置分别从所述区域的上游和下游产生密封从而封闭所述管线的围绕所述壁的所述区域的节段的外部(或者从而封闭由所述工具和所述管线限定的体)；然后如果需要，使所述部分(或者所述体)减压。最后，该方法包括在所述壁的所述区域上进行作用的步骤。

用于产生密封的至少所述第一或所述第二装置处于两个部分中，从而在用于产生密封的所述第一或第二装置的所述两个部分之间限定密封锁定件。

所述作用优选地通过操作人员或者设备从所述管的外部进行。

在所述第一或者所述第二密封装置能够伸展或者能够缩回的实施中，所述第一或者所述第二密封装置被致动以伸展从而产生密封或者以在作用进行之后缩回。

在某些实施中，所述工具通过流体的运动被推进。

在某些实施中，所述工具在所述管线中的运动以及所述密封装置的致动被远程控制。

在一实施中，所述定位通过利用放置在所述管线中的抵接件来执行，该方法包括带压开孔所述管线以将所述抵接件放置就位的在前步骤。

在具体的实施中，面向要进行作用的所述区域的所述外部利用阀来减压，该方法包括带压开孔所述管线以将所述阀放置就位的在前步骤。

在一实施中，可以使用可以包括或者被包括在通过摩擦作用的密封系统中的制动装置，以在所述工具到达抵接件之前制动所述工具的运动。

在一实施中，减速器装置可以用于减慢所述工具的运动而不一定停止工具的运动。

在一实施中，可以包括或者被包括在所述密封系统中的位置保持系统可以用于通过与所述管线的所述内壁接触而将所述工具保持就位。

最后提出，进行作用的步骤除了其它可行的作用之外还可以包括：通过焊接补片进行修理、通过增建焊接进行修理；或者向所述管线焊接装配件。

在一实施中，该方法包括通过利用阀来使每个所述锁定件减压。

附图说明

以下参照附图描述本发明。

图1是本发明一实施例中的工具的立体图。

图2是图1的工具的纵向剖视图。

图3示出了相同的剖视图，其中推进翼打开。

图4示出了正在管线中移动的工具。

图5示出了通过由管线中的抵接件阻挡而定位以进行修理的工具；

图6示出了在密封已就位之后的在图5的位置中的工具。

图7示出了在压力已被移除之后的管线的被修理的壁。

图8示出了在修理已进行并且抵接件已移离之后的工具的起程。

具体实施方式

图1以立体图示出了本发明一实施例中的工具1。该工具包括管节段100，管节段在该示例中是具有敞开嘴部101和102的刚性圆筒，嘴部101和102是平坦的并且位于垂直于筒的轴的平面中，由此构成圆。

靠近嘴部101，管节段100的外侧承载有引导轮110(或者引导轮脚)，引导轮110绕管节段的周面以规则的方式布置，例如，布置在同一平面中。在所示的示例中，示出了其中四个引导轮。相似的引导装置(在该示例中，其它的引导轮110)存在于嘴部102的附近。可以使用诸如引导盘之类的其它引导装置。可以结合不同类型的引导装置。

在嘴部101的附近，在管节段的外侧，还具有第一可膨胀密封衬垫120。在膨胀时，该可膨胀密封衬垫120被设计成压靠管线的内壁(工具在该内壁中行进)。相反地，在收缩时，衬垫抵靠管节段100折下。可膨胀衬垫120构成圆形的或者非圆形的轮廓的旋转体，例如，构成将管节段的旋转轴作为其旋转轴并且围绕管节段的环形体。可膨胀密封衬垫120能够通过液压系统膨胀，该液压系统能够被远程控制并且包括油/氮蓄能器。在管节段上朝向第二嘴部102以短距离紧跟的是与第一可膨胀密封衬垫相似的第二可膨胀密封衬垫125，并且同样围绕管节段100。继续朝向第二嘴部102，具有第三可膨胀密封衬垫130，该第三可膨胀密封衬垫也与前面两个密封衬垫圈相似。最后，存在第四可膨胀密封衬垫135，该第四可膨胀密封衬垫135继续接近第二嘴部102。第三可膨胀衬垫130和第四可膨胀衬垫135之间的距离与第一可膨胀衬垫120和第二可膨胀衬垫125之间的距离相似或者相同，而第二可膨胀衬垫125和第三可膨胀衬垫130之间的距离较大。

能够使用其它的密封装置，诸如通过压缩而扩展的衬垫或者能够扩展从而压靠管线的内壁的O形环或者唇形衬垫。在压缩下扩展的衬垫可以包括弹性体元件，弹性体元件适于由具有用于压缩由弹性体制成的元件的可动平面或者锥形板的蜗杆螺钉机构或者液压系统而扩展。

代替基本上由一刚性筒构成，管节段可以由两个刚性筒构成，这两个刚性筒由波纹管连接在一起，以能够使工具沿着呈现诸如弯曲的曲线的管线行进。

图2以在包含工具1的旋转轴的平面上的剖视图示出了与图1中能够看到的相同的元件。能够看到，四个可膨胀衬垫安装在为了该目的而设置在管节段100的表面中的凹槽中。还能够看到引导轮110(靠近嘴部101或者嘴部102)全部被沿相同的方向配置，以使得工具更容易沿特定方向在管线中行进。这些轮可以径向移动以提供良好的引导性而尽管管线中要遇到几何变形(管的制造公差、焊接部、弯曲、局部变形等)。在所示的实施例中，还提出引导装置110位于相应嘴部(101或者102)和最接近的可膨胀衬垫(120，135)之间，但是引导装置可以被定位在工具上的其它地方。

该工具还具有推进装置，在该示例中该推进装置具体地由可调整翼140构成，可调整翼140放置在管节段100的内部，两个嘴部101和102之间的中途。翼140在图2中被示为处于其关闭位置，由此借助流体为工具提供最大的驱动，然而在图3中其示为处于其打开位置，由此将驱动最小化并且使得更容易使工具停止。翼140由马达驱动以从其位置之一变到另一个位置或者采用中间位置，并且在工具借助流移动时保持其已采用的位置。因此根据其打开程度提供了可变的“风阻”功能。翼140因此通过利用流体的运动来提供驱动现象，能够使工具1借助流体在管线内沿与流体相同的方向移动。工具1还具有用于翼140或者多个翼(如果使用多个翼)的马达系统，并且可选地而不是必需地，工具1还具有机载能量源。提出代替一个或多个翼，可以使用一个或多个隔膜或者一个或多个可调整格栅。此外，该系统被设计成借助工具和管的外部之间的通讯系统而能够被远程定位或者控制。

工具1还可以包括作用在轮上以能够降低工具的速度的电磁减速器(未示出)，但是该减速器不能够使工具的移动完全止动。

工具1还可以包括制动系统(未示出)，该制动系统通过抵靠管线的内壁的摩擦来作用。

工具1还可以包括这样的系统，一旦工具已停止在要进行作用的位置，则该系统通过粘附到管线的内壁来用于将工具在管线内保持在静止位置。

可以使用密封装置，以通过抵靠管线的内壁进行摩擦来制动工具的运动。

密封装置还可以用于通过与管线的内壁接触而将工具保持就位。

相反地，可以使用与密封装置不同的工具制动系统。举例来说，该工具制动系统可以包括在工具的两种用途之间变换的损耗衬垫或者与管线的壁接触的滑轨或者实际上沿着管线的壁行进并且具有制动器的轮。

还可以使用用于将工具保持就位的与密封装置不同的系统。举例来说，该系统可以包括金属钳口。

图4示出了工具1在流体输送管线200中移动。该流体可以是液体或者气体。管线可以被埋设在户外或者其可以在海下或者湖下穿过。

该工具经由发射站(未示出)在先插入，该发射站即常规上能够使清洁或者检察工具插入管线中的管线设备。在工具被插入之前，验证管线200可进行活塞运动，即，这样的物品能够沿着管线行进而不变得阻塞在其中。工具1具有能够使其在管线200内行进的外径，其中引导装置110与管线200的壁的内表面接触以进行引导。该工具以取决于翼140打开的程度以及流体的流速的速度，通过流入管线中的流体的流动来驱动。流体围绕工具1并且穿过管节段100的内部流动。

图5示出了工具1停止在管线200的壁中需要被修理的缺损210处。工具1通过其嘴部101遇到抵接件220来止动，抵接件220已在先被从管线外部在管线200中放置就位。在一实施例中，抵接件220通过带压开孔被放置就位。该方法可以包括在管线上焊接插口，然后在管线处于流体压力下时刺穿插口。在该示例中，金属杆被植入塞子中并且在管线内形成抵接件用于具有工具1的直径的物品。

抵接件被定位在管线200中，使得一旦工具处于抵靠抵接件的位置，则缺损210面向管节段100的位于这些可膨胀衬垫125和130之间的部分。此外，三个塞子240、242、244(均具有其自己的减压阀)在工具就位之前或者之后形成，并且均面向管节段100的各部分中位于一对可膨胀衬垫之间的相应部分。这些塞子可以通过带压开孔被形成。

一旦工具被抵接件220止动，则处于压力下的流体继续围绕工具流动并且还流过管节段100的内部。翼140打开从而减小工具1的“风阻”。

在图6中，工具1的可膨胀衬垫120、125、130和135示出为膨胀的。这些元件均与管线的壁接触以防止流体围绕管节段100穿过。因此，产生三个密封的环形区域310、320和330，这三个环形区域均面向装有减压阀的塞子240、242和244中的一个。流体继续流过管节段100的内部。

利用塞子240、242和244中的阀，环形密封区域310、320和330接着均被减压，其中可膨胀衬垫125、130之间的区域320为待进行作用的主区域，而其它两个区域310和330用作密封锁定件，用于确保没有流体从管线200的自由区域从上游和下游泄露到主区域中。

在该方面提出：尽管所示的实施例因此利用两个密封锁定件310和330，但这样的锁定件不是必须的元件，并且本发明因此能够被仅利用两个可膨胀衬垫来执行。尽管如此，但应理解的是，这些锁定件的存在是非常有利的。

还提出：尽管当前描述的实施例使用三个塞子，但两个塞子240和244中的一个在工具具有内部通道以能够使流体在由衬垫形成的锁定件310和330之间流动的情况下可能是多余的。

图7示出了对缺损210的修理212，该修理可构成为焊接一补片来代替管线的缺损部分或者通过焊接增建而进行修理或者通过一些其它类型的修理来进行。这在无压力的情况下进行并且可以在通过塞子242排出流体之后来进行。修理优选地通过操作者或者设备从管的外部进行作用来执行。

在修理过程之后，可膨胀衬垫120、125、130和135收缩，并且整个管线200因此重归于处于压力下，包括于区域310、320和330中。如图8中能够看到的，抵接件220移动，使得其不再将工具1保持在管线中，并且工具1以由翼140打开的程度以及流体的流速确定的速度继续沿流体的流动方向行进，该翼被打开以能够在管线的到达站中快速地重获工具。在该阶段，期望关闭塞子240、242和244。

本发明不局限于所描述的实施例，而是延伸到权利要求的范围的界限内进行的任何变形。

通过使壁与流体隔离，工具使得尤其可以对以下这样的管线执行焊接操作：在所述管线中，由流体产生的强制对流将导致对于焊缝的机械稳固性有害的过分冷却。该现象根据流体的直径、流速和温度能够在某些管线中遇到。因此能够在利用工具封闭的区域减压或者不减压的情况下执行焊接。

Claims (20)

1.一种用于通过利用工具(1)在流体管线的壁上进行作用的介入方法，所述工具(1)包括管节段(100)和用于产生密封的第一装置(130，135)和用于产生密封的第二装置(120，125)，该方法包括：在所述管线内移动所述工具(1)直到所述管节段(100)面向所述管线的所述壁的被进行作用的区域(210)定位的步骤，该方法的特征在于，该方法还包括：通过利用用于产生密封的所述第一装置(130，135)和第二装置(120，125)分别从所述区域的上游和下游产生密封从而封闭所述管线的围绕所述区域(210)的节段的环形部(320)的步骤；以及接着，在所述壁的所述区域(210)上作用的步骤，并且用于产生密封的所述第一装置(130，135)或所述第二装置(120，125)分别处于两个部分中，从而在用于产生密封的所述第一装置或第二装置的所述两个部分之间分别限定密封锁定件(310，330)。

2.根据权利要求1所述的介入方法，其中，用于产生密封的所述第一装置(130，135)和第二装置(120，125)包括可扩展且可缩回的密封衬垫，所述衬垫被致动为扩展以产生密封并且在进行作用之后缩回。

3.根据权利要求1或2所述的介入方法，其中，所述工具在所述管线(200)中通过流体的运动而被推进。

4.根据权利要求1或2所述的介入方法，其中，所述工具(1)在所述管线(200)中的运动以及所述第一装置(130，135)和所述第二装置(120，125)的致动被远程控制。

5.根据权利要求1或2所述的介入方法，其中，所述定位至少通过利用放置在所述管线(200)内的抵接件(220)来执行，所述方法包括：带压开孔所述管线(200)以将所述抵接件(220)放置就位的在前步骤。

6.根据权利要求1或2所述的介入方法，其中，所述环形部(320)利用阀(242)被减压，所述方法包括：带压开孔所述管线(200)以将所述阀(242)放置就位的在前步骤。

7.根据权利要求1或2所述的介入方法，其中，所述第一装置(130，135)和所述第二装置(120，125)通过抵靠所述管线(200)的内壁进行摩擦而制动所述工具(1)的运动。

8.根据权利要求7所述的介入方法，其中，所述第一装置(130，135)和所述第二装置(120，125)用于通过与所述管线(200)的所述内壁接触而将所述工具(1)径向面向所述区域保持就位。

9.根据权利要求2所述的介入方法，其中，所进行的作用包括：利用焊接补片进行修理、通过增建焊接进行修理或者通过在所述管线(200)的外表面上焊接进行修理。

10.根据权利要求1或2所述的介入方法，该方法包括通过阀来使每个所述锁定件减压。

11.一种用于在流体管线(200)的壁上进行作用的介入工具(1)，所述工具包括用于在所述管线内定位的管节段(100)和用于在所述管线(200)的所述壁和所述管节段(100)之间产生密封的布置在所述管线(200)的轴向方向上的第一装置(130，135)，该工具的特征在于，该工具还包括布置在所述管线(200)的轴向方向上的第二装置(120，125)，该第二装置用于在所述管线(200)的所述壁和所述管节段(100)之间产生密封以将所述管线(200)的节段的位于所述第一装置(130，135)和所述第二装置(120，125)之间的环形部(320)与流动流体隔离开，并且用于产生密封的所述第一装置(130，135)或所述第二装置(120，125)分别处于两个部分中，从而在用于产生密封的所述第一装置或第二装置的所述两个部分之间分别限定密封锁定件(310，330)。

12.根据权利要求11所述的介入工具(1)，其中，用于产生密封的所述第一装置(130，135)或所述第二装置(120，125)包括可扩展且可缩回的密封衬垫。

13.根据权利要求11或12所述的介入工具(1)，该工具还包括可调整的推进装置(140)。

14.根据权利要求11或12所述的介入工具(1)，该工具还包括：被布置成利用流体的运动来移动所述工具的推进装置(140)。

15.根据权利要求14所述的介入工具(1)，其中，所述推进装置(140)包括：安装在所述管节段(100)中的至少一个可调整翼。

16.根据权利要求11或12所述的介入工具(1)，该工具还包括：用于引导所述工具在所述管线(200)内的运动的引导系统(110)。

17.根据权利要求16所述的介入工具(1)，其中，所述引导系统(110)包括：位于所述管节段(100)的靠近嘴部(101，102)的各端处的至少一个轮或者可变形盘。

18.根据权利要求11或12所述的介入工具(1)，该工具包括用于制动该工具的系统。

19.根据权利要求11或12所述的介入工具(1)，该工具包括：用于通过与所述管线的内壁接触来将所述工具保持就位的系统。

20.根据权利要求11或12所述的介入工具(1)，该工具包括：能够使该工具被远程地定位和控制的系统。

Images