CN106415253A - 一种检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设置成对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行的检测装置及方法。检测装置包括海水电极、阻抗监视器和处理器。海水电极设置成与包围至少部分柔性管道的海水相接触。阻抗监视器设置成响应于施加到海水电极的电测试信号，测量柔性管道的金属结构部件和海水电极之间的阻抗，该金属结构部件至少部分地沿柔性管道的长度延伸。处理器设置成使用所测量的阻抗确定从海水电极至管道缺陷的距离，该管道缺陷将金属结构部件电连接到海水。

Description

一种检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及方法。特别地，本发明涉及一种设置成检测柔性管道内的缺陷的检测装置、以及检测柔性管道内的缺陷的方法。特别的实施例涉及一种适于检测现有的柔性管道设备内的管道缺陷的检测装置。

背景技术

传统柔性管道用来将诸如石油和/或气体和/或水之类的生产流体从一个定位输送到另一定位。柔性管道在将海下定位(可以是深海，比如说1000m或者更深)连接到海平面定位中特别有用。管道可以具有典型地达到约0.6m的内径。柔性管道通常被形成为柔性管体和一个或多个端部配件形成的总成。管体典型地形成为形成承压导管的层状材料的组合。在不造成在管道的整个使用寿命内对管道的功能造成损害的弯曲应力的情况下，管道结构允许较大的变形。通常，管体被建立为包括金属层和聚合物层的组合结构。

在许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。该层上的主要载荷由径向力形成。压力防护层常常具有要互锁的特定横截面轮廓，以便于能够维持并吸收由于管道上的外部或内部压力而造成的径向力。因此防止管道在压力的作用下坍塌或爆裂的绕线的横截面轮廓有时被称为抗压轮廓。当压力防护层由形成环形部件的螺旋形绕线形成时，作用在管道上的外部或内部压力的径向力造成环形部件扩大或收缩，从而在绕线上施加拉伸载荷。

在许多已知的柔性管道设计中，管体包括一个或多个拉伸防护层。该拉伸防护层上的主要载荷是张力。在诸如深水或超深水环境之类的高压应用中，拉伸防护层经受来自柔性管道的内部压力端箍载荷和自支撑重量的组合形成的的高张力载荷。因为要在很长时间内经受这种条件，所以该张力载荷导致柔性管道故障。

非粘结柔性管道已用于深水(小于3300英尺，1005.84m)和超深水(大于3300英尺)开发。石油需求的日益增长导致在环境因素更极端的越来越深的深度处进行勘探。例如，在该深水和超深水环境中，海底温度增加了生产流体冷却至可以致使管道堵塞的温度的风险。所增加的深度还增加了与柔性管道必须工作的环境相关联的压力。因此，增加了对来自柔性管体的各层的高性能水平的需要。柔性管道还可以用于浅水应用(例如小于约500m的深度)或者甚至用于海岸(陆上)应用。

改进载荷响应从而改进防护层的性能的一种方式是制造更厚且更牢固的层，从而制造更坚固的材料。例如，对于各层常常由在层互锁中采用相邻缠绕的绕线形成的压力防护层，采用更厚的材料制造绕线导致强度适当地增加。然而，由于使用了更多的材料，所以柔性管道的重量增加。最终，柔性管道的重量会成为使用柔性管道时的限制因素。此外，使用越来越厚的材料来制造柔性管道明显增加了材料成本，这也是一个缺点。

不管改进管体内的防护层的性能所采取的措施，仍然具有在柔性管道内存在缺陷的风险。缺陷可以包括对柔性管体的外壁的损害，该损害导致海水进入管体内的环室以使海水充满管道的防护层线和其他结构元件之间的空隙。防护层线和其他结构元件典型地由钢或其他金属材料制造，该钢或其他金属材料在与海水相接触时容易加速腐蚀。如果未及时检测到该缺陷，则然后会危害到管体的结构完整性。缺陷检测具有之前经常需要的对管体的外观检查，该外观检查是有危险的，特别是对于深水和超深水设备来说。

本发明的特定实施例提供了以下优点：能够在不需要定期的外观检查的情况下检测管体内的缺陷。然后能够修复缺陷、或者替换管体。可检测的缺陷包括柔性管道的外壁的缺口以及海水进入管体环室。本发明的特定实施例使得能够在有使得以能够进行修复的足够的准确性来确定缺陷的位置。本发明的特定实施例使得能够针对现有的管体设备定位缺陷。也就是说，检测装置并不依赖于在缺陷出现之前提前安装或耦接到管体，并且检测装置能够采用已经广泛部署的现有的管体设计来进行使用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种设置成对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的检测装置，该检测装置包括：海水电极、阻抗监视器和处理器，海水电极设置成与包围至少部分柔性管道的海水相接触；阻抗监视器设置成响应于施加到海水电极上的电测试信号，测量柔性管道的金属结构部件和海水电极之间的阻抗，金属结构部件至少部分地沿柔性管道的长度延伸；以及处理器设置成使用所测量的阻抗确定海水电极至管道缺陷的距离，管道缺陷将金属结构部件电连接到海水。

海水电极可以设置成相对于柔性管道移动，阻抗监视器设置成测量金属结构部件和在两个或更多位置处的海水电极之间的阻抗，并且处理器设置成针对每个位置确定海水电极至管道缺陷的距离以及对管道缺陷的定位进行三角测量。

海水电极可以设置成通过包围柔性管道的海水来降低，或者海水电极耦接到转向机构上，以使能够控制海水电极相对于柔性管道的定位。

检测装置还可以包括分别耦接到阻抗监视器上的两个或更多间隔开的海水电极，；其中，阻抗监视器设置成测量金属结构部件和每个海水电极之间的阻抗，并且处理器设置成确定从每个海水电极至管道缺陷的距离以及对管道缺陷的定位进行三角测量。

检测装置还可以包括位置定位器，位置定位器耦接到海水电极上并且设置成提供海水电极相对于柔性管道的定位的指示；其中，处理器设置成根据所测量的阻抗和海水电极的位置确定管道缺陷的定位。

海水电极可以包括设置成绕柔性管道通过的回路，该回路包括绕所述柔性管道隔开的两个或更多导电元件，该导电元件设置成耦接在一起并且连接到阻抗监视器或者分别连接到阻抗监视器。

处理器还可以设置成使用柔性管道的定位的三维模型确定管道缺陷的定位。

阻抗监视器可以设置成测试施加到海水电极上具有第一频率的测试信号的阻抗，所述第一频率根据海水电极和柔性管道之间的距离选择。

阻抗监视器可以设置成测量针对施加到海水电极上的两个或更多测试信号频率的阻抗，并且处理器设置成通过对在第一和第二频率处测量的阻抗进行比较，确定海水电极至柔性管道的距离。

阻抗监视器可以设置成将在10Hz和100Hz之间的多个频率处的电测试信号施加到海水电极上。

根据本发明的第二方面，提供了一种对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的方法，该方法包括：将海水电极浸入包围至少部分柔性管道的海水中；将阻抗监视器耦接在柔性管道的至少部分地沿所述柔性管道的长度延伸的金属结构部件和海水电极之间；生成电测试信号并将该电测试信号施加到海水电极上；响应于该测试信号测量金属结构部件和海水电极之间的阻抗；以及使用所测量的阻抗确定从海水电极至管道缺陷的距离，该管道缺陷将金属结构部件连接到海水。

该方法还可以包括：相对于柔性管道移动海水电极；测量金属结构部件和两个或更多位置处的海水电极之间的阻抗；针对每个位置确定从海水电极至管道缺陷的距离；以及对管道缺陷的定位进行三角测量。

该方法还可以包括：将两个或更多间隔开的海水电极浸入包围至少部分柔性管道的海水中，每个海水电极分别耦接到阻抗监视器；测量金属结构部件和每个海水电极之间的阻抗；确定每个海水电极至管道缺陷的距离；以及对管道缺陷的定位进行三角测量。

根据本发明的第三方面，提供了一种设置成对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的检测装置，该检测装置包括：海水电极、阻抗监视器和处理器，海水电极与包围至少部分柔性管道的海水相接触并且设置成在海水内相对于柔性管道的金属结构部件的电势生成电场，该金属结构部件至少部分地沿柔性管道的长度延伸；以及电场探头设置成测量包围柔性管道的海水内的电场矢量；其中，所测量的电场矢量指示从电场探头到管道缺陷的方向，该管道缺陷将金属结构部件电连接到海水。

检测装置还可以包括：位置定位器和处理器，位置定位器耦接到电场探头并且设置成提供电场探头相对于柔性管道的定位的指示；以及处理器设置成根据所测量的电场矢量和电场探头的位置确定管道缺陷的定位。

海水电极可以设置成生成具有第一频率的电场，并且处理器设置成将所测量的电场矢量同步到第一频率以确定管道缺陷的定位。

电场探头可以设置成相对于柔性管道移动，并且处理器设置成根据在电场探头的两个或更多位置处测量的电场矢量，对管道缺陷的定位进行三角测量。

电场探头可以设置成通过包围柔性管道的海水来降低，或者电场探头耦接到转向机构，以使能够控制海水电极相对于柔性管道的定位。

处理器还可以设置成使用柔性管道的定位的三维模型确定管道缺陷的定位。

检测装置还可以包括：耦接到电场探头并且设置成确定电场探头的三维方向的方向传感器；其中，电场探头设置成测量三维的电场矢量。

根据本发明的第四方面，提供了一种对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的方法，该方法包括：将海水电极浸入包围至少部分柔性管道的海水中；使用海水内的海水电极相对于柔性管道的金属结构部件的电势生成电场，该金属结构部件至少部分地沿柔性管道的长度延伸；以及测量包围柔性管道的海水内的电场矢量；其中，所测量的电场矢量指示从电场探头到管道缺陷的方向，该管道缺陷将金属结构部件电连接到海水。

该方法还可以包括：确定电场探头相对于柔性管道的定位；以及根据所测量的电场矢量和电场探头的位置确定管道缺陷的定位。

该方法还可以包括：相对于柔性管道移动电场探头；以及根据在电场探头的两个或更多位置处测量的电场矢量，对管道缺陷的定位进行三角测量。

有利地，检测装置使得能够针对现有的柔性管道设备检测并定位诸如外部海水抵抗层中的缺口之类的管体缺陷。换言之，一旦怀疑有诸如缺口之类的缺陷，就可以使用检测装置，因而检测装置可以被称为事后缺口定位装置。

附图说明

参照附图在下文中进一步描述本发明的实施例，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升流管总成；

图3示出了根据本发明的实施例的检测装置；

图4为示出对于三个不同的距离电信号相对于信号频率的衰减的图表；

图5示出了形成图5的检测装置的一部分的阻抗监视器；

图6为示出了根据图2的实施例的检测方法的流程图；

图7至图9示出了用于根据本发明的特定实施例的检测装置的可能的部署场景；

图10示出了根据本发明的实施例的适于在ROV上安装的检测装置传感器；

图11为用于根据本发明的实施例的检测装置的电气示意图；

图12为用于根据本发明的实施例的检测装置的电路图；

图13为示出了当操作根据本发明的实施例的检测装置时，带有中间缺口的海水升流管对电场的影响的建模电场图；

图14示出了根据本发明的另一实施例的检测装置；以及

图15为示出根据图4的实施例的检测方法的流程图。

在附图中，类似的附图标记指代类似的部分。

具体实施方式

通过上述描述对柔性管道做标记。应该理解的是，柔性管道是管体的一部分和一个或多个端部配件的总成，管体的各端部终止于该一个或多个端部配件中。图1示出了根据本发明的实施例由形成承压导管的层状材料的组合形成管体100。尽管图1中示出了一些特定层，但是应该理解的是，本发明广泛地适用于同轴管体结构，该同轴管体结构包括由各种可能的材料制造的两个或更多层。还应该注意的是，出于说明性目的仅示出了层厚度。

如图1所示，管体包括可选的最内骨架层101。骨架提供了互锁构造，该互锁构造能够用作最内层来以防止内部压力护套102完全或者部分坍塌，该坍塌是由于管道减压、外部压力、以及拉伸防护压力和机械破碎载荷引起的。应该理解的是，本发明的特定实施例适用于‘滑膛’操作(即无骨架)以及这种“粗镗”应用(有骨架)。

内部压力护套102充当流体保持层并且包括确保内部流体完整性的聚合物层。应该理解的是，该层本身可以包括多个子层。应该理解的是，当使用可选的骨架层时，内部压力护套常常被本领域技术人员称为屏障层。在没有该骨架的操作(所谓的滑膛操作)的情况下，内部压力护套可以被称为衬套。

可选的压力防护层103是带有接近90°捻角的结构层，该结构层增加了柔性管道对内部和外部压力及机械破碎载荷的抵抗力。该层还在结构上支撑内部压力护套，并且典型地由互锁构造组成。

柔性管体还包括可选的第一拉伸防护层105和可选的第二拉伸防护层106。每个拉伸防护层是带有捻角的结构层，该捻角典型地介于10°和55°之间。每个层用来承受拉伸载荷和内部压力。该拉伸防护层通常成对地反向缠绕。

示出的柔性管体还包括可选的胶带层104，该胶带层104帮助容置下面的层并且在某些程度上防止相邻层之间的磨损。

典型地，柔性管体还包括可选的绝缘层107和外护套层108，外护套层108包括用来保护海水渗入管道以及其他外部环境、侵蚀、磨损及机械损伤的聚合物层。

每个柔性管道包括管体100的被称为段或部的至少一个部分以及位于柔性管道的一端或两端处的端部配件。端部配件提供了机械装置，该机械装置形成柔性管体和连接器之间的过渡段。例如，图1中示出的不同管道层以在柔性管道和连接器之间传递载荷的方式在端部配件中终止。

图2示出了升流管总成200，其适于将诸如石油和/或气体和/或水之类的生产流体从海下定位201输送到浮动设施202。例如，在图2中，海下定位201包括海下流线205。柔性流线205包括柔性管道，该柔性管道整体或部分靠在海底204上或者埋在海底以下并且用于静态应用中。可以通过平台和/或浮标和/或如图2所示的船来提供浮动设施。升流管总成200设置成柔性升流管，即柔性管道203将船连接到海底设备上。柔性管道可以是带有连接端部配件的柔性管体的段。图2还示出了柔性管道的部分如何能够被用作流线205或跨接线206。应该理解的是，正如本领域技术人员所公知的，存在不同类型的升流管。可以采用诸如以下任何类型的升流管来使用本发明的实施例：诸如自由悬挂的(自由、悬链升流管)、在一定程度上受到限制的升流管(浮标、链条)、完全受到限制的升流管或附在管(I或J管)内的升流管。

正如上面所提到的，柔性管体内的缺陷会破坏管体的结构完整性。特别地，外海水抵抗层的缺口或破裂使得海水能够进入位于最内屏障层和外海水抵抗层之间的管体环室。参照图1，外海水抵抗层可以包括聚合物外护套108，并且内屏障层可以包括内部压力护套102。管体环室被诸如图1的拉伸防护层105、106之类的金属结构部件占据。该部件常常由钢或其他材料形成并且在出现海水时容易被快速腐蚀。现在将对能够检测柔性管体的外抵抗层的缺口的检测装置及方法进行描述。

图3示出了根据本发明的实施例的耦接到柔性管体上的检测装置。检测装置设置成检测柔性管体改变，该改变可以指示缺陷(并且特别地为使海水或其它流体能够进入管体环室的缺口)。检测装置可以耦接到告警系统，告警系统设置成给柔性管道的操作员提供输出信号，将管道的潜在损害警告操作员。输出信号可以例如为视觉的或听觉的警报。

如上所述，柔性管体可以由至少一个聚合物屏障层和至少一个同轴金属结构元件层306、308构成，该至少一个聚合物屏障层包括外海水抵抗层304。该金属结构元件(例如图1的拉伸防护层105、106)被设计为纯粹满足管体结构的机械特性。然而，该金属结构元件是导电的并且根据本发明的特定实施例中运用了该特性。根据本发明的特定实施例的检测装置设置成用来检测带有至少一个金属层或结构部件的柔性管道内的缺口的定位。正如下面将更详细描述的，对检测装置被设置为能够用来检测现有的柔性管道设备的缺口的定位，因而不需要对管体进行改进。

应该理解的是，在外海水抵抗层出现缺口的情况下，管体环室将开始被海水填充。因此，管体环室内的金属结构部件与包围管体的海水电接触，因而将会导致包围管体的海水和管体的金属结构之间的阻抗的变化。根据本发明的特定实施例的检测装置设置成测量管体的金属结构部件和海水电极之间的阻抗，根据该阻抗能够推导出是否存在缺口以及缺口的近似定位。技术人员将可以理解的是，测量这两个点之间的阻抗直接等效于测量这两个点之间的海水的电导率。

正如下文中所述，图3中示出的检测装置耦接到导电结构部件，该导电结构部件至少部分地沿管体的长度延伸。金属结构部件典型地在端部配件处与柔性管道电耦接在一起，并且该端部配件转而耦接到生产平台上的本地地面以减小爆炸风险。检测装置基于生产平台耦接到本地地面，从而间接耦接到管体的金属结构部件。导电构件可以包括诸如单独的拉伸防护线或拉伸防护线层之类的金属结构部件。

柔性管体的外海水抵抗层可以由带有已知的、固有的电绝缘特性的聚合物材料制成。海水具有已知的电传导特性，尽管例如海水的盐度变化造成各个定位的电传导特性各不相同，因而根据本发明的实施例的检测装置可以在使用之前要求校准以适应当地的条件。以柔性管道的外海水抵抗层中的孔口形式的物理缺口允许海水和管体的钢内部结构之间的导电路径。根据本发明的特定实施例，在包围柔性管道的海水和管体的内部金属结构之间进行的电阻抗测量提供了指示出现缺口的手段。具体地，在所测量的阻抗低于特定阈值的情况下，则可以推断出已经发生了缺口并且海水与管体的内部金属结构相接触。

详细参见图3示出了柔性管体400，如上所述柔性管体400可以包括升流管。管体至少部分地被海水包围，通过在海平面402以下延伸的管体400示意性示出至少部分地被海水包围的管体。如上所述，该柔性管体由多个聚合物屏障层构成，该多个聚合物屏障层包括外海水抵抗层404和至少一个金属结构元件层406，例如图1的拉伸防护层105、106。海水电极408在管体400附近与海水相接触。正如下面将结合图7至图10更详细进行描述的，海水电极408的定位可以变化以更准确地确定缺口的定位，或者可替换地，可以提供多个海水电极408以使得对缺口的定位进行三角测量。每个海水电极408可以可替换地被称为探头或电导率探头。

阻抗监视器410耦接到海水电极408并且经由生产平台上的本地地面耦接到管体400的金属结构部件406上。阻抗监视器410提供了对海水电极408和管体400之间阻抗的测量(可替换地，这能够被认为是电导率测量)。将阻抗测量值提供给处理器412用于分析。如果当海水电极接近管体时所测量的阻抗小于阈值，则这可以指示存在缺口。例如，极高的阻抗测量值指示没有缺口。聚合物屏障层的阻抗约为1MΩ。然而，海水的近似阻抗为5Ω，因而较低的所测量的阻抗可以指示海水通过缺口渗入了管体环室。正如下面更详细描述的，必须注意确保所测量的阻抗不是海水电极和生产船舶的船壳之间的海水的阻抗，该生产船的船壳典型地形成本地地面。在一个实施例中，阻抗监视器412设置成测量在0-10kΩ范围内的阻抗。10kΩ以上的阻抗被记录为最大10kΩ，这是由于测量系统在该值处饱和。有利地，这准确地记录了聚合物屏障层的缺失，同时在更低的阻抗值处允许更高的测量精度。如果(当海水电极相对接近缺口的定位时)在管体的结构和海水电极之间存在任何海水电导率路径，则所测量的阻抗充分低于10kΩ。处理器412设置成给柔性管道的操作员提供适当的输出信号：将管道的潜在损伤警告操作员。

不同于金属中占主导地位的电子流动传导，海水中的电传导依赖于离子迁移，并且这导致采用所施加的测量激励的频率所观测到的电导率显著变化。图4中示意地示出了上述变化，其中出了所施加的交流信号在不同的低频率处及间隔在10m、100m和1Km之间的电极处的相对衰减。本发明的特定实施例通过调整阻抗监视器410的捷变频激励利用了图4的衰减数据。在单个激励频率处的阻抗的测量能够通过海水电极408和缺口之间的海水给出距离的指示。本发明的特定实施例通过使海水电极在不同位置之间相对于管体移动来利用上述指示，从而通过对结果进行三角测量以增加测量准确性。然而，如上文所提到的，由于海水传导的变化，所以额外地或者可替换地，可以在使得对结果进行比较的两个或更多频率处激励阻抗监视器，并且根据该信息确定缺口的近似定位。在特定实施例中，阻抗监视器的激励频率在10Hz至1kHz范围内。在其他实施例中，阻抗监视器的最大激励频率可以是100kHz。本领域技术人员应该理解的是，图3的监测系统还能够使用直流测试信号工作以确定所检测的海水传导至海水电极是否存在管道缺陷。然而，应该理解的是，这不能够使得检测到缺陷的定位。

图5中更详细地示出了阻抗监视器的一个实施例。第一电极500耦接到生产平台上的本地地面(因而被连接到管体的金属结构部件上)，并且第二电极502耦接到海水电极。第二电极502耦接在Howland电流源504和同步解调器506之间。阻抗监视器可以工作在电压源或电流源模式下。由于Howland电流源504提供了良好的线性响应，所以在图5中使用了Howland电流源504。Howland电流源504被示出为连接到第二电极上。因此，Howland电流源504响应于同步滤波器508提供的输入信号给海水电极提供电流。海水电极因此向包围管体的海水通电以生成电场，该电场在海水电极和生产平台以及管体外海水抵抗层内的任何缺口之间延伸(正如结合图13将更详细解释的)。电流可以是交流电。在一个实施例中，优选地，信号可以是正弦波形交流电。能够使用例如方波的其他波形，然而正弦是优选的这是因为不会出现谐波，谐波会干扰与频率有关的范围测量系统的工作。换言之，所施加的电测试信号可以是交流的。在其他实施例中可以使用电压源。同步滤波器508提供由来自控制器510的脉冲控制信号控制的信号，控制器510额外地给同步解调器506提供相同的控制信号。同步解调器506设置成对在每个频率处跨过海水电极和生产船舶的地面之间的海水生成的电压进行分析。同步解调器506给控制器510提供输出信号，该输出信号指示第二电极502相对于地面的电压。倘若聚合物屏障有缺口，则第二电极502的电压依赖于所施加的电流和电极500、502之间的海水阻抗，该海水阻抗由电阻符号512来指示。这可以仅是以下情况：如果将海水电极相对靠近缺口的定位放置，则因而本发明的特定实施例允许改变海水电极的定位以确保海水电极和缺口之间的传导没有被海水电极和生产平台之间的海水淹没。控制器510设置成通过对所提供的电流和所测量的电压进行比较来生成指示电极500、502之间的阻抗的输出信号。将该输出信号提供给处理器412，处理器412设置成确定是否检测到缺口。

根据本发明的特定实施例，处理器412设置成命令阻抗监视器在激励频率范围(例如，10Hz、30Hz、100Hz、300Hz和1kHz)处进行阻抗测量，通过交叉参照图4的图表(或参照处理器412内的查找表)使得能够确定对缺口的位置的估算。该计算的准确性取决于许多因素：包括缺口的大小、海水的盐度及温度、管体的高度(例如垂直于水平面)以及钢内部结构的电导率。

现在参照图6的流程图对根据本发明的检测方法进行描述。在步骤700中，图3中示出的检测装置(经由生产平台上的地面)耦接到管体内的导电构件上并且耦接到海水电极上。在步骤702中，针对至少一个第一频率测量电极之间的阻抗。在步骤704中，使用频率和阻抗数据来确定缺口的定位。

有利地，上述本发明的实施例并未干扰耦接到管体上的有源阴极保护系统，这是由于没有激励信号被施加到管体的金属结构部件上。

根据本发明的特定实施例，采用至少一个频率或低扫频或开关频率使海水电极(又称为海水导电探头)通电，以测量缺口至管体的金属结构部件(金属结构部件依次连接到地面)的返回地面路径。为了准确地定位缺口，需要了解探头相对于管体的定位和所推断的海水电极至缺口(如上所述)的距离。有利地，如果能够根据多个定位确定到达缺口的距离，则可以使用三角测量来更准确地确定缺口定位。通过移动探头或者通过提供多个探头能够实现根据多个定位的测量。海水电导率探头可以使用低扫频信号。优选地，沿升流管长度采集升流管周围的一系列读数。三角测量指示缺口定位。典型地将电导率数据传送回表面并进行整理用于分析。能够将(包括所使用的频率和信号强度的)电导率测量值覆在指示探头定位的数据上以建立电导率的3D模型。当覆在海下管道的3D模型上时，缺口定位就能够被识别。

现在参照图7，该图示出了用于探头的两个可能的部署方法。图7示出了生产平台700(船舶)和柔性管道702，柔性管道702从生产船舶700向下延伸并且被海水包围。第一方法是将探头704伸入附接到电缆706上的生产平台的一侧。该探头读取探头至缺口708的海水电导，将海水电导标记为R。该图是当船壳充当到地面的额外(并且较大的)的返回路径时的原理的简化图。根据缺口708的定位，该回地路径使得无法对缺口进行定位。基本的探测方法根据电缆706相对于管道702的接近程度能够检测近似100m或更佳的缺口定位。所放开的电缆的长度可以指示探头的深度。可以在多个深度处进行电导率测量，具有所测量的最大电导的深度很可能指示缺口沿管道702的长度的深度。像在未引导探头的情况下所使用的，检测装置可以用于最初的调查工作。优选地，将电缆706与通信和供电电缆组合用于控制探头。可以在管道702周围的多个定位处将探头704伸入船舶700的一侧以增加测量准确性。

一旦伸入的探头给出了近似的缺口定位(或者替代进行伸入测量)，耦接到遥控潜水器710(ROV，Remotely Operated Vehicle)上的探头可以用来引导探头的位置靠近可疑缺口的定位。作为使用ROV的替代性方式，可以使用用于动态引导探头的位置的任何其他手段。ROV 710可以通过脐状连接带712耦接到生产船舶700上，关于伸入探头704，ROV 710还用来给探头供电和通信。使用3D声纳定位系统来追踪ROV的位置，该位置能够用来制定出背景返回路径以使得能够更好地预测缺口定位。实施方式还需要所部署的生产装备的海下分布图。

当在水中未生成ROV自身的返回路径时，需要使ROV露出来。对耦接到ROV上的探头进行操作可以使得能够以大约20m或更好的准确性检测缺口定位。

现在参照图8，根据本发明的又一实施例，可以提供探头阵列。例如，可以以拖拽式阵列电缆800的形式来设置阵列，该拖拽式阵列电缆800具有沿电缆同轴放置的多个独立的导体802。拖拽式阵列电缆800的部署通常与图7中示出的用于伸入探头704和电缆706的部署相同。能够将拖拽式阵列电缆800邻近管道702放置并且能够复用每个导体802以在沿电缆800的每个点处读取电导率。有利地，该实施例使得能够在不需要移动电缆的情况下根据多个定位(海平面以下的多个深度)测量距离缺口的距离。这使得能够快速采集数据以辅助可能的ROV部署。

现在参照图9，根据又一实施例，一个或多个导电环900可以绕管道702的外侧放置。每个环可以包括单个导电元件或多个导电元件，该多个导电元件绕管道702的圆周隔开。如果多个导电元件绕管道702的圆周间隔设置，则可以建立绕管道702的圆周的缺口的方向。关于图7和图8中的实施例，每个导电环900耦接到连接到船舶700上的用于通信和供电的电缆902上。如果使用单个环900，则环900能够被降低并且采集读数来定位缺口。如果使用单个导电元件，则该方法给出了360度返回路径并且由于导电元件的位置，所以提供了缺口的准确定位。可以通过沿管道702滑动来部署由多个环900形成的环阵列904。可替换地，可以通过将环沿管道702放置或者将环900并入管道或诸如接合点或浮标之类的部件中来预安装环阵列904。

现在参照图10，根据又一实施例，卡箍1000可以附接到ROV 1002上并且设置成绕管道1004(横截面中示出)耦接。例如，卡箍1000可以包括设置成打开以容纳管道1004的铰接部分(未示出)。管道1004示出了金属结构层1006和外海水抵抗层1008，在外海水抵抗层1008中形成缺口1010。卡箍1000包括多个导体1012，可以分别使该多个导体1012通电以使可以确定缺口相对于管道1004的圆周的方向。因此，耦接到ROV 1002上的卡箍1000可以用来定位并绘制沿升流管长度和圆周两者的缺口。最初，导体1012可以连接在一起以形成环来检测沿管道轴向的缺口。一旦检测到缺口区域，就可以单独细查导体1012以定位管道1004的圆周上的缺口位置。该方法还能够用来测量缺口的程度，例如外海水抵抗层1008中的狭缝的圆周尺寸及轴向长度。该方法大大减少了返回船舶地面的背景干扰，这是由于探头紧挨着管道放置。

如上所提到的，由于海水的电导率是可变的，所以对于特定的部署定位，理想的是对检测装置进行校准。例如，可以通过将金属板附接到管道上来实现该校准。金属板经由绝缘线连接到生产船舶的地面，以使金属板模拟已知定位处的缺口。

如上所提到的，现有的管道设备并未轻易地使得以产生能够远程检测到的信号的方式使管道内的金属制品通电。这是由于以下事实：金属部件通过管道端部配件电连接在一起，管道端部配件本身连接到生产平台上的零伏电势(地面)。如上所述，本发明依靠海水电导率探头来使包围管道的海水通电，这完成了从升流管外套中的缺口到管体的金属工件的电路。现在参照图11，该图为示出了所测量的电导率路径的电气示意图。管道1102内的金属结构部件1100通过管体的外海水抵抗层中的缺口曝露在周围的海水中。金属结构部件1100电耦接到顶侧端部配件(未示出)上，然后耦接到生产平台1108上的零伏电势(地面)1106。海水电导率探头1110(经由电缆或如上所述的ROV)置于管道1102附近，并且探头1110通过线1112耦接到地面1106。例如使用图5的阻抗监视器(未示出)使探头1110通电，以提供对探头1110和缺口1104之间的海水路径1114的电导(或者等效地，阻抗)的测量。图11还示出了在探头1110和个人计算机1118(或者等效的数据分析及整理设备)之间延伸的通信电缆1116。当能够在探头1110内进行数据整理以稍后或实时在探头1110处分析时，优选地将数据返回到生产平台1108的相对安全区。

现在参照图12，该图示出了根据本发明的实施例的在使用中的检测装置1200的简化的电路。假设管体的内阻1204和生产平台保持不变，则低频恒流源1202就可以用来确定总的电路电导率。实际上，内阻1204可以根据缺口沿轨道的距离而改变，尽管和海水阻抗1206相比该内阻相对较小，但是倘若出现缺口，则因而可以在缺口产生前对该内阻进行测量或者建模并且假定该内阻保持恒定不变。电流源1202用来向电路通电，以使得能够参照流过标准电阻1208的电压使用电压表1210来测量海水电阻1206。

如上所述，已知海水的电阻随频率而变化(正如图4中示出的)，使用不同的频率来驱动恒流源1202使得系统能够有效地提供不同操作范围。当探头远离管道时，可以通过工作在较低的频率处有利地使用该不同操作范围。可替换地，越高的频率范围使得能够在更短的距离上辨别缺口定位，因而允许并不关注的非常大的交流路径(特别地通过生产平台的船壳)被滤除以显示出通过缺口的小的局部返回路径。参照示出了建模的电场(由等势线来指示)的图13能够清晰地看出对于辨别返回路径的需要。图13示出了生产平台船壳1302、部分沿管道(未示出)的缺口1304和管道底部1306的模型，在管道底部1306的点处，管体的金属结构部件通过连接到用于阴极保护的铝阳极典型地再一次曝露在海水中。船壳1302、缺口1304和管道底部1306全部处于相同的电势(生产平台的零伏、地面)。探头1308被示为相对地靠近缺口1304，并且场线1310被示为将探头1310耦接到船壳1302、缺口1304和管到底部1306中的每一个上。可以看出，船壳1302形成明显的返回路径，因而对海水的表观电导率(apparent conductivity)具有明显的影响。为了避免该影响，对于靠近船的可能的缺口定位，对于接近(例如，小于10m)管道的探头的可以使用更高的频率。在管道更向下，还能够使用远离(例如，100m)管体的更低的频率以使更快速地细查缺口。船舶的船壳和底部端部配件的影响是创建了死区，在死区中即使使用更高的频率，也很难或者不可能定位缺口。由于船的体积庞大，所以这种影响对于船舶的船壳来说是最大的。

如上所述，期望使用两个不同的频率进行分析。通过在多个不同的交流频率处采用已知的不同的电导率在海水中操作探头，可以更准确地确定缺口的定位。然而，应该理解的是，在通过移动探头来更靠近所怀疑的缺口的定位和/或通过使用从不同的定位提取的多次测量进行三角测量实现更高的准确性的情况下，本发明的实施例可以仅使用单个频率来定位缺口。相敏电导率/阻抗测量允许更灵敏的检测。

根据本发明的替代性实施例，如上所述，替代测量移动探头和缺口之间的阻抗，可以在静态探头和缺口之间建立电场。然后，第二移动探头可以测量在已知位置处的全部三个平面中包围管道的电场。以此方式，向海水通电的静态探头导致的电场图能够针对大小和方向进行检查。相对靠近缺口的定位的所测量的电场矢量可以指示缺口的定位。相敏检测使得能够确定所检测的电场的极性，以使矢量可以直接指向缺口的定位。

参照图14，该图示出了根据本发明的替代性实施例的检测装置。管道1400被示为在海1402的表面以下延伸，并且管道1400具有缺口1404。信号发生器1408使静态海水电极1406通电，信号发生器1408还经由生产平台的本地地面(未示出)耦接到管体的金属结构1410。使用恒压源使静态电极1406通电以在包围管道1400的海水中建立电场。恒压源与前面的实施例中描述的用来进行电导率/阻抗测量的恒流源不同。信号分析器1412耦接到信号发生器上，以使所测量的电场能够与提供给静态电极1406的信号的相位相关，从而能够建立电场矢量的方向。如上所述，第二探头1414设置成能够例如通过附接到电缆及伸入海中或者通过耦接到ROV上相对于管道1400进行移动。移动探头1414耦接到信号分析器上以提供以三维方式测量的电场的指示。如上所述，可以使用3D声纳应答器直接确定移动探头的定位。

电场矢量法通过上述技术提供了大量的优点。该矢量不仅具有更高的灵敏度，而且该矢量使得能够在物理上指向缺口。这意味着当部署在电场中时，只需要记录很少的测量点。移动探头1414在管道1400附近的区域内是移动的，但是远离通电电极1406，以确保所测量的矢量并不仅指向电极1406。移动探头1414可以包括三对间隔较小距离(例如0.5m)的反向电极，每对电极成直角朝向另一对电极以测量三个平行的平面中的电场。传感器内的三个差分放大器在独立的每对电极之间建立电场，并且根据该信息，能够在测量点处建立海水内的电场的大小和方向(即，矢量)。通过在该区域内移动探头的位置，并且标记矢量值，可以对电场矢量模式进行分析以以一定的准确度指示缺口的位置，该准确度典型地超过前面的实施例描述的准确性。对电场测量结果的解释需要例如如上所述使用声纳应答器了解移动探头的位置以及探头的方向，而且可以使用陀螺仪(例如基于MEMS的陀螺仪)建立探头的方向。在所传递的频率处，脐状带将探头连接到表面载体、以及电源、参考信号，由于这是使得建立矢量的符号所需要的。

现在参照图15，该图为示出操作图14的检测装置的方法的流程图。在步骤1500中，静态电极被部署并且用来在包围潜在缺口的海水中建立静态电场。在步骤1502中，使用移动探探头在第一点处测量电场以定位缺口。在步骤1504中，根据在步骤1502测量的电场矢量，使移动探头朝向所怀疑的缺口定位移动。上述过程可以是迭代过程，在该过程中，移动探头逐渐朝向潜在缺口移动直到确定探头的定位达到足够的准确度。

在该说明书的整个描述和权利要求书中，词语“包括”和“包含”及其变型意味着“包括但不限于”，并且它们不限于(且并不)排除其他部分、添加、部件、整体或步骤。在该说明书的描述和权利要求书中，单个包括了多个，除非本文另外要求。特别地，使用了不定冠词，需要将说明书作为考虑的多个及单个来理解，除非本文另外要求。

应该理解的是，结合本发明的特别的方面、实施例或示例描述的特征、整体、或特征适于本申请中描述的任何其他方面、实施例或示例，除非不符合本发明的特别的方面、实施例或示例描述的特征、整体、或特征。该说明书(包括任何所附权利要求、摘要及附图)中公开的全部特征，和/或这里公开的任何方法或过程的全部步骤可以以除了互斥的至少一些该特征和/或步骤之外的任何组合方式进行组合。本发明并不局限于任何前述的实施例的细节。本发明扩展至该说明书(包括任何附加的权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新的一个、或任何新的组合，或者扩展至这里公开的任何方法或过程的步骤的任何新的一个、或任何新的组合。

读者的注意应该定位于全部论文及文献，该文献与本说明书同时递交或先于本说明书递交并且对于本说明书的公开检索是开放的，该全部论文及文献的内容通过引用并入本文。

Claims (23)

1.一种设置成对至少部分被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的检测装置，所述检测装置包括：

海水电极，设置成与包围至少部分所述柔性管道的海水相接触；

阻抗监视器，设置成响应于施加到所述海水电极上的电测试信号，测量所述柔性管道的金属结构部件和所述海水电极之间的阻抗，所述金属结构部件至少部分地沿所述柔性管道的长度延伸；

处理器，设置成使用所测量的阻抗确定所述海水电极至管道缺陷的距离，所述管道缺陷将所述金属结构部件电连接到海水。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述海水电极设置成相对于所述柔性管道移动，所述阻抗监视器设置成测量所述金属结构部件和位于两个或更多位置处的所述海水电极之间的阻抗，并且所述处理器设置成针对每个位置确定从所述海水电极至所述管道缺陷的距离以及对所述管道缺陷的定位进行三角测量。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其中，所述海水电极设置成通过包围所述柔性管道的海水来降低，或者所述海水电极耦接到转向机构上，以使能够控制所述海水电极相对于所述柔性管道的定位。

4.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，还包括分别耦接到所述阻抗监视器上的两个或更多间隔开的海水电极；

其中，所述阻抗监视器设置成测量所述金属结构部件和每个海水电极之间的阻抗，并且所述处理器设置成确定从每个海水电极至所述管道缺陷的距离以及对所述管道缺陷的定位进行三角测量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，还包括位置定位器，所述位置定位器耦接到所述海水电极上并且设置成提供所述海水电极相对于所述柔性管道的定位的指示；

其中，所述处理器设置成根据所测量的阻抗和所述海水电极的位置确定所述管道缺陷的定位。

6.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述海水电极包括设置成绕所述柔性管道通过的回路，所述回路包括绕所述柔性管道隔开的两个或更多导电元件，所述导电元件设置成耦接在一起并且连接到所述阻抗监视器上或者分别连接到所述阻抗监视器上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述处理器还设置成使用所述柔性管道的定位的三维模型确定所述管道缺陷的定位。

8.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述阻抗监视器设置成测量针对施加到所述海水电极上的具有第一频率的测试信号的阻抗，所述第一频率根据所述海水电极和所述柔性管道之间的距离选择。

9.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述阻抗监视器设置成测量针对施加到所述海水电极上的两个或更多测试信号频率的阻抗，并且所述处理器设置成通过对在第一和第二频率处测量的阻抗进行比较，确定从所述海水电极至管道缺陷的距离。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其中，所述阻抗监视器设置成将在10Hz和100kHz之间的多个频率处的电测试信号施加到所述海水电极上。

11.一种对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的方法，所述方法包括：

将海水电极浸入包围至少部分柔性管道的海水中；

将阻抗监视器耦接在所述柔性管道的至少部分地沿所述柔性管道的长度延伸的金属结构部件和所述海水电极之间；

生成电测试信号并将所述电测试信号施加到所述海水电极上；

响应于所述测试信号，测量所述金属结构部件和所述海水电极之间的阻抗；以及

使用所测量的阻抗确定从所述海水电极至管道缺陷的距离，所述管道缺陷将所述金属结构部件电连接到海水。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

相对于所述柔性管道移动所述海水电极；

测量所述金属结构部件和两个或更多位置处的所述海水电极之间的阻抗；

针对每个位置确定从所述海水电极至所述管道缺陷的距离；以及

对所述管道缺陷的定位进行三角测量。

13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：

将两个或更多间隔开的海水电极浸入包围至少部分所述柔性管道的海水中，每个海水电极分别耦接到所述阻抗监视器上；

测量所述金属结构部件和每个海水电极之间的阻抗；

确定从每个海水电极至所述管道缺陷之间的距离；以及

对所述管道缺陷的定位进行三角测量。

14.一种设置成对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的检测装置，所述检测装置包括：

海水电极，与包围至少部分柔性管道的海水相接触并且设置成在所述海水内相对于所述柔性管道的金属结构部件的电势生成电场，所述金属结构部件至少部分地沿所述柔性管道的长度延伸；以及

电场探头，设置成测量包围所述柔性管道的所述海水内的电场矢量；

其中，所测量的电场矢量指示从所述电场探头到管道缺陷的方向，所述管道缺陷将所述金属结构部件电连接到海水。

15.根据权利要求14所述的检测装置，还包括：

位置定位器，耦接到所述电场探头上并且设置成提供所述电场探头相对于所述柔性管道的定位的指示；以及

处理器，设置成根据所测量的电场矢量和所述电场探头的位置确定所述管道缺陷的定位。

16.根据权利要求15所述的检测装置，其中，所述海水电极设置成生成具有第一频率的电场，并且所述处理器设置成将所述所测量的电场矢量同步到所述第一频率以确定所述管道缺陷的定位。

17.根据权利要求15或16所述的检测装置，其中，所述电场探头设置成相对于所述柔性管道移动，并且所述处理器设置成根据在所述电场探头的两个或更多位置处测量的电场矢量，对所述管道缺陷的定位进行三角测量。

18.根据权利要求17所述的检测装置，其中，所述电场探头设置成通过包围所述柔性管道的海水来降低，或者所述电场探头耦接到转向机构，以使能够控制所述海水电极相对于所述柔性管道的定位。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的检测装置，其中，所述处理器还设置成使用所述柔性管道的定位的三维模型确定所述管道缺陷的定位。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的检测装置，还包括：

方向传感器，耦接到所述电场探头上并且设置成确定所述电场探头的三维方向；

其中，所述电场探头设置成测量三维电场矢量。

21.一种对至少部分地被海水包围的柔性管道内的缺陷进行检测的方法，所述方法包括：

将海水电极浸入包围至少部分柔性管道的海水中；

使用所述海水内的所述海水电极相对于所述柔性管道的金属结构部件的电势生成电场，所述金属结构部件至少部分地沿所述柔性管道的长度延伸；以及

测量包围所述柔性管道的所述海水内的电场矢量；

其中，所测量的电场矢量指示从所述电场探头到管道缺陷的方向，所述管道缺陷将所述金属结构部件电连接到海水。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：

确定所述电场探头相对于所述柔性管道的定位；以及

根据所述所测量的电场矢量和所述电场探头的位置确定所述管道缺陷的定位。

23.根据权利要求21或22所述的方法，还包括：

相对于所述柔性管道移动所述电场探头；以及

根据在所述电场探头的两个或更多位置处测量的电场矢量，对所述管道缺陷的定位进行三角测量。