CN107850248A - 用于适配柔性管道端部适配件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使柔性管道(10)的端部适配件(82)适配的方法，该方法包括以下步骤：a)提供柔性管道(10)，其包括内部管状结构(16、18、20)和多个拉伸铠装线(26)；b)提供端部适配件(82)，其包括套筒(30)和柱形帽(70)，该柱形帽同轴地盖住所述套筒(30)，以便能够产生环形空间(76)；c)所述内部管状结构被推入适配到所述套筒(30)中，且所述拉伸铠装层(76)被构造为使得它们可围绕所述套筒延伸；和d)所述套筒(30)接合在所述柱形帽(70)内，以便能够将所述拉伸铠装层锚固在所述环形空间(76)内。在步骤c)之后，该方法还包括，使所述拉伸铠装层(26)纵向地张紧且然后释放的双步骤。

Description

用于适配柔性管道端部适配件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于适配柔性管道端部适配件的方法，以便能够将特别地用于输送碳氢化物的水下柔性管道连接起来。

背景技术

所设想的这些水下柔性管道的一个应用领域特别地但并非排他地是所谓的“动态”柔性管道，它们在具有强大水流或非常靠近水面的海洋环境中使用。它们因此在服役时受到高的机械应力。

这些水下柔性管道通常是“未连结”类型，且按照美国石油学会发布的标准文件API 17J(未连结柔性管的规格)和API RP 17B(柔性管的实践建议)制造。

它们包括：至少一个内部护套，其针对被传送的碳氢化物密封；至少一个第一或压力增强层，其由通过紧密铺设(close lay)缠绕以抵抗径向应力的至少一个金属线构成；至少一个第二或张紧增强层，其由通过长铺设(long lay)螺旋缠绕以吸收施加在管道上的轴向张紧力的多个拉伸线构成；以及有时还包括保护性外部护套。

意图适配到水下柔性管道的端部的端部适配件通常包括套筒和柱形帽，该柱形帽同轴地盖住套筒并形成它们之间的环形腔室。

内部护套和第一或压力增强层插入在套筒内，同时拉伸铠装线围绕套筒顺应。在该顺应期间，铠装线从第一或压力增强层拆除，且弯曲，以便在这之后抵靠套筒弯折。此外，它们的自由端部优选地弯曲，以将它们锚固得更好。

以此方式连接至管道的套筒则被柱形帽盖住，从而铠装线在环形腔室内自由地延伸。环形腔室则填充有可交联合成树脂，例如环氧树脂，铠装线因此嵌入在其中。捕获在固化树脂中的铠装线则牢固地锚固在环形腔室中，且因此紧固至端部适配件和帽。实际上，铠装线特别地通过摩擦保持在固化树脂内。特别地见文献EP 1 336 061，其描述了一种上述类型的适配方法。

但是，这些管道的关键点位于允许它们连接至海洋或水下设施的端部适配件和管道本身的本体之间。实际上，管道本体相对于端部适配件的重复移动倾向于减小拉伸铠装线在端部适配件的位置处的机械强度，这可导致管道和端部适配件的分离。

发明内容

由此，通过本发明解决的问题是提供一种端部适配件，其使得可以防止在一段服役期之后端部适配件从水下柔性管道分离。

为此，本发明提出一种用于使水下柔性管道的端部适配件适配的方法，该类型的方法包括以下步骤：a)获得柔性管道，其包括管状内部结构和多个拉伸铠装线，所述多个铠装线通过长铺设绕所述管状内部结构被螺旋地缠绕，所述管状内部结构具有自由端部；b)获得端部适配件，其包括套筒和柱形帽，该柱形帽同轴地盖住所述套筒，以便能够在所述套筒和所述柱形帽之间产生环形空间；c)所述管状内部结构的所述自由端部被推入适配到所述套筒中，且所述拉伸铠装线被顺应为使得它们可围绕所述套筒延伸；和d)所述套筒通过所述柱形帽盖住，以便能够将所述拉伸铠装线锚固在所述环形空间内。该适配方法在步骤c)之后，还包括，使拉伸铠装线纵向地张紧且然后释放的两部分步骤。

由此，本发明的一个特征在于，将铠装线的直到现在未知的缺陷暴露，即，它们在端部适配件的位置处的疲劳破坏。实际上，在它们的变形期间，铠装线经历高应力，其中，它们被弯曲且变直，因此被局部塑化。铠装线在塑化区域中还具有残余应力。因此，根据本发明，铠装线在它们已经被局部塑化之后，张紧一特定周期。并且，添加额外的应力，其作用是进一步增加在已经塑化的区域中的塑化。铠装线然后被释放，这允许额外应力的松弛，且还在牵引前将残余应力减小到它们的松弛临界值以下。在这之后，铠装线将仍具有良好的弹性，在铠装线中的残余应力水平将低于没有张紧的。因此，铠装线更能抵抗疲劳，水下柔性管道和端部适配件的连接部的使用的服役寿命明显增加。

并且，如以下所解释的，铠装线通过一力被纵向地张紧，该力比铠装线在水下柔性管道服役时所受的张紧大。

根据本发明的特别有利的第一实施例，纵向张紧且然后释放的所述两部分步骤在步骤c)和步骤d)之间实现，即，在套筒和管状内部结构已经被连接且在将拉伸铠装线围绕套筒顺应之后。还可以使每个铠装线独立于彼此或分组地张紧。结果，容易在每个铠装线上施加特定的纵向张紧。

考虑水下柔性管道的全部铠装线，对于具有等于6”(即，15.24cm)的内直径的管道，所施加的纵向张紧力优选地在500 000N至17 500 000N(包含端点)之间施加，即，大体在50t至1750t之间。此外，对于具有2”(即，5.08cm)至20”(即，50.8)之间(包含端点)的内直径的柔性管道，要施加至管道的所有铠装线的纵向张紧力通过比例确定，且是铠装线的直径和总横截面的函数。被施加的纵向张紧力优选地在800 000N至10 000 000N(包含端点)之间，即，大体在80t至1000t之间，且优选地在1 000 000N至8 000000N之间，即，大体在100t至800t之间。

并且，每个拉伸铠装线具有铠装线自由端部，且每个铠装线自由端部有利地被抓握，以便能够使所述拉伸铠装线纵向地张紧。铠装线的端部例如接合在卡爪中，从而它们可被抓握且然后被张紧。

并且，每个铠装线自由端部沿轴向方向延伸，从所述管状内部结构的所述自由端部突出。如以后所解释的，该特征使得能够将铠装线抓握在卡爪之间，这具有其被夹持之处的铠装线的机械属性变性的伴随风险；且还使得可以切割被抓握的端部，但这没有使铠装线过短而不能提供锚固。换句话说，提供铠装线的附加长度，以便能够容易地实现纵向张紧。

并且由此地，还获得夹持件，且所述夹持件围绕所述多个拉伸铠装层布置在所述套筒的上游侧。如在以下说明书中更详细解释的，所述铠装线围绕管状内部结构布置在具有圆形导向器曲线的柱形层中。夹持件然后应用于柱形铠装层，铠装线则自夹持件开始从管状内部结构拆卸。

并且，特别有利地，还获得支承环，所述支承环围绕所述套筒适配，以便能够以支承互相接合的方式接收所述多个拉伸铠装层的拉伸铠装线。支承环可保留在套筒中，或构成用于张紧拉伸铠装线的楔入部分，并在之后移除。

根据本发明的特别有利的第二实施例，纵向张紧且然后释放的所述两部分步骤在步骤d)之后执行。由此，拉伸铠装线在它们已经被紧固到套筒之后被纵向地张紧。换句话说，张紧力被沿与将管状内部结构的自由端部推入适配在套筒内的方向相反的方向轴向地施加至端部适配件，以便能够使所有拉伸铠装线同时张紧。

根据一个特别有利的实施例，所述水下柔性管道和所述端部适配件被相互接合，且力沿相反的纵向方向施加在所述水下管道上和所述端部适配件上，以便能够使所述拉伸铠装线纵向地张紧。例如，端部适配件被固定——典型地在距端部适配件1米至10米的距离(包含端点)处——至固定在位的结构，水下柔性管道在履带(caterpillar track)组中靠近端部适配件被抓握，这允许柔性管道远离该结构被轴向地平移驱动。

在另一例子中，履带组通过夹持件被替换。

在上述实施例的变体中，水下柔性管道的拉伸铠装线的主要部分被张紧，更特别地在位于弯曲限制器下方的区域中，该弯曲限制器诸如弯曲增强器或弯曲减小器。实际上，在该区域中，拉伸铠装线受到导致额外应力的弯曲的变化，其作用是通过疲劳加速管道的老化。

为此，所述水下柔性管道和所述端部适配件被相互接合，且力沿相反的纵向方向施加在所述管道上和所述适配件上，以便能够使所述拉伸铠装线纵向地张紧。例如，端部适配件固定至固定在位的结构，柔性管道在履带组或在夹持件中被抓握，典型地在距端部适配件1米至50米的位置处，使得可以轴向地沿远离该结构的方向平移驱动柔性管道。

根据本发明的变体，流体在所述水下柔性管道内被加压。例如，在柔性管道内的在压力下的流体被加压至设计压力的一点五倍的值。这进一步改善应力的释放。并且，这模仿水下柔性管道服役时的真实行为。

并且，且优选地，在所有实施例中，拉伸铠装线被纵向地张紧至接近拉伸铠装线的屈服强度的张紧值。将拉伸铠装线的屈服强度的0.5至1.0倍(包含端点)的张紧值施加至拉伸铠装线。有利地，将拉伸铠装线的屈服强度的0.8至0.9倍(包含端点)的理想松弛张紧施加至拉伸铠装线。

在一些应用中，大于拉伸铠装线的屈服强度的张紧值被施加至拉伸铠装线。

比服役时受到的更大的张紧力值和内部压力值有利地施加至拉伸铠装线。

附图说明

本发明的其它特定特征和优势将在阅读借助非限制性示例并参考附图给出的本发明一个特定实施例的以下描述中而更清楚，在附图中：

图1是根据本发明的水下柔性管道的局部示意剖切图；

图2是装配有根据本发明第一实施例的端部适配件的水下柔性管道的局部示意半轴向截面图；

图3是装配有端部适配件的水下柔性管道的局部示意半轴向截面图；

图4是示出本发明的第二实施例的局部示意侧视图；

图5是示出本发明的其中一个益处的图表；和

图6是示出图4所示的本发明实施例的变体的局部示意侧视图。

具体实施方式

图1是意图用于在离岸环境中运输碳氢化物的水下柔性管道10的局部剖切图。从内部12到外部14，其具有：金属骨架16，插入在由聚合物材料制成的密封护套18中；压力铠装层20，由以短铺设螺旋缠绕以形成围绕密封护套18的连续匝的成形线制成；两层22、24，分别由以长铺设绕压力铠装线20螺旋缠绕的多个拉伸铠装线26构成；和保护性密封护套28，围绕所述两个层22、24。

作为变体，柔性管道10具有由以长铺设绕压力铠装线20螺旋缠绕的多个铠装线26构成的四层。

两层22、24的一层22的拉伸铠装线26沿与所述两层22、24的另一层24的所述多个拉伸铠装线26的方向相反的方向螺旋缠绕，以便能够平衡在其两层22、24的每个中产生的切向力。实际上，拉伸铠装线26意图吸收施加在柔性管道上的纵向力。每层22、24可例如包括多于40个铠装线。则清楚的是，受到拉伸力的铠装线可倾向朝向直线移动，且不能根据其接触圆保持其曲率。

并且，清楚的是，除了提供与水下柔性管道的密封之外，连接端部适配件还必须吸收其所受到的张紧力。拉伸铠装线26因此必须牢固地固定至端部适配件。

现参考图2，其局部地以半轴向截面示出套筒30和水下柔性管10。从内部12到外部14相继地看到，一方面是金属骨架16、密封护套18和压力铠装线20，构成管道内部结构，另一方面是两层22、24和保护性密封护套28。

抗磨损条有利地一方面在压力铠装层20和拉伸铠装线的第一层22之间缠绕，另一方面在第一层22和拉伸铠装线的第二层24之间缠绕。并且，至少一个保持条可有利地缠绕在拉伸铠装线的层24的顶部上，以在反向底部作用的情况下限制层22、24的膨胀。

套筒30——还称为拱顶——具有前连接部件32和连接至柔性管道10的后部件34。套筒30在后部件34内侧具有止挡环39，其具有后部面40，压力铠装层20支承在后部面40上。在那里还围绕止挡环39具有轴向周边台阶部45，其具有与锥形外壁42共用且形成支承面的边缘。与此相反，套筒30具有锥形外壁42，其理论中心超过与后连接部件34相对的前连接部件32定位。其还在锥形外壁42的小直径部分中具有凸缘44。由此，凸缘44和锥形外壁42局部地界定壳体46。

包括压力铠装层20、密封护套18和骨架16的的管状内部结构限定阶梯状自由端部，其插入在套筒30的后部件34中。并且，夹持环48抵靠通过周边轴向台阶部45形成的支承表面安装，且从止挡环39突出，以防止压力护套的夹持环(无附图标记)和/或止挡环39的轴向移动。此外，与夹持环48几何互补的支承环50被其承载且压靠其。其具有例如形成与夹持环48相对的外部锥形支承斜坡52的后外部倒角部，以及从锥形外部壁42突出的前柱形支承表面54。

并且，至套筒30的后部且围绕水下柔性管道10，优选地包括多个部件的夹持件56保持铠装线的两层22、24同心。夹持件56具有例如形成内部锥形支承斜坡58的前内部倒角部，以及后边缘60，接收保护性密封护套28的导管62靠近其轴向地延伸。

相应地，在将管状内部结构(即，压力铠装层20、密封护套18和骨架16)与套筒30连接在一起之后，支承环50和夹持件56被安装。两层22、24的铠装线26则被顺应。

首先，将看出，在将套筒适配到管状内部结构期间，所述两层22、24的铠装线26已经出于总尺寸的原因被弯折到后部。弯折部分地由于夹持件56实现。内部锥形支承斜坡58允许所述两层22、24的铠装线26朝向后部弯折。该弯折在每个铠装线中产生内应力。在适配已经被执行之后，这些铠装线26然后抵靠支承环50弯折，且然后大体朝向锥形外壁42弯折。

每个铠装线26具有铠装线自由端部64。宽泛地说，在图2中，铠装线自由端部64在壳体46内延伸。但是，铠装线自由端部被设置为轴向地延伸，以便至少从管状内部结构突出，从而每个可抓握在未示出的卡爪之间。换句话说，铠装线自由端部64比图2中所示的长。

然后，在第一阶段，铠装线自由端部通过这些卡爪纵向地驱动，以便使铠装线26沿与锥形外壁42大体平行的方向张紧。

考虑水下柔性管道10的全部铠装线，对于具有等于6”(即，15.24cm)的内直径的管道，纵向张紧力优选地在500 000N至17 500 000N(包含端点)之间施加，即，大体在50t至1750t之间。此外，对于具有2”(即，5.08cm)至20”(即，50.8)之间(包含端点)的内直径的柔性管道，要施加至管道的所有铠装线的纵向张紧力通过比例确定，且是铠装线层的直径和总截面的函数。

在使外层24的铠装线26张紧之前，内层22的铠装线26被张紧。首先，将看到，因为它们螺旋地缠绕，铠装线26相对于锥形外壁42的母线明显倾斜。此外，当铠装线26被驱动平移时，它们一方面抵靠外部锥形支承斜坡52和前柱形支承表面54支承在支承环50上，在最内层22的情况下是直接支承，在最外层24的情况下是间接支承，另一方面抵靠内部锥形支承斜坡58支承在夹持件56上，在最外层24的情况下是直接支承，在最内层22的情况下是直接支承。因此，纵向张紧力大体均匀地在铠装线26上从铠装线自由端部64施加到夹持件56。因此，纵向张紧力施加在铠装线26在适配套筒30的第一部分期间受到应力的部分上。施加在铠装线自由端部64上的张紧力明显地超过夹持件56传递至柔性管道10。但是其强度随距离减小。

施加在铠装线26上的纵向张紧力产生应力，该应力添加到通过铠装线的初始顺应导致的残余应力。铠装线受到的张紧达到它们屈服强度0.5倍至1.0倍的值(包含端点)。它们的优化松弛张紧值为它们屈服强度0.8倍至0.9倍的值(包含端点)。

然后在给定的5秒至60秒(包含端点)的张紧时间(优选地小于30秒)之后，铠装线自由端部64被释放，这减小在铠装线中的残余应力水平。因此，铠装线具有增加的抗疲劳性。考虑内层和外层22、24的所有铠装线自由端部64的张紧，给定的张紧周期则在1分钟至60分钟之间(包含端点)，优选地小于20分钟。拉伸铠装线的张紧时间取决于加载的柔性管道的长度和要是加的张紧力的最大值。

转到图5所示的图表，其示出铠装线26的拉伸强度作为施加到它们的变形周期的函数的演变。下面的曲线66表示已经没有受到任何张紧的铠装线，且其中，残余应力保持在它们的初始水平，而上面的曲线68表示已经受到周期暂时张紧的铠装线的演变。可看出，当残余应力由于暂时张紧而局部衰减时，铠装线的疲劳方面的机械属性增强。

现参考图3，其示出根据本发明的适配方法的完成。

在该图3中再次看到，套筒30和管状内部结构，即，压力铠装层20、密封护套18和骨架16。还再次看到夹持件56和面向其的夹持环48，支承环50已经从夹持环48移除。但是，如果需要的话，支承环50可非常好地永久保持围绕铠装线的层22、24。将看到，铠装线自由端部64已经朝向后部弯曲，形成用于改进锚固的(一个或多个)钩。该构造不是一贯的，自由端部64可具有直的、扭曲的或波浪形的端部。此外，连接至柔性管道10的套筒30已经接合在柱形帽70内，该柱形帽具有支承在凸缘44上的内部前支承边界72和经由后密封组件支承在保护性屏蔽护套28上的相对的后支承边界74，所述后密封组件包括夹持环和后夹持件。柱形帽70因此关闭壳体46，以形成环形腔室76。环形腔室因此从夹持件56轴向地延伸到凸缘44。此外，柱形帽70具有填充物孔78，其可被螺纹塞80或通过适当的任何其他器件关闭。环形腔室76则填充有初始为液体的反应环氧树脂，其意图硬化。铠装线26因此捕获在环形层76内，且牢固地锚固在端部适配件82中，该端部适配件通过接合在柱形帽70中的套筒30形成。

根据图4所示的本发明的第二实施例，如上所述的单独的铠装线的纵向张紧被规避，但是所有其他步骤被保持，直到铠装线锚固到端部适配件的环形腔室的内部。因此在该图中再次看到端部适配件82’和水下柔性管道10’。端部适配件则经由牵引头86固定至固定的机构84。并且，围绕柔性管道10’利用履带组88。由于这些履带组88，在柔性管道10’的轴向方向沿着离开端部适配件82的方向施加均衡的力，以便能够使端部适配件82’中和其主长度中的柔性管道10’的铠装线层的所有铠装线在几米的长度中大体纵向地张紧。

柔性管道10’然后被释放，以便降低保持在铠装线中的残余应力的水平。

由此，不管选择本发明的哪个实施例，使端部适配件适配的方法都包括准备柔性管道的端部的初始阶段，其中，管状内部结构恰好已经以交错的方式暴露，以便能够将其适配在套筒内。刚好在这之后，拉伸铠装线被顺应为以便能够将他们围绕套筒延伸，套筒接合在柱形帽内，以便能够在这之后填充环形腔室，该环形腔室以此方式通过可硬化树脂形成。

在将套筒接合在柱形帽内之前或在端部适配件已经装配到管道上之后，铠装线被纵向地单独张紧。

根据图6所示的本发明的第二实施例的变体，水下柔性管道10’通过框架90被张紧，该框架包括夹持件88’和活塞92。在图6中，框架90固定至地面94，但是框架90优选地是移动的，且可作为管道10’的位置的函数被移动，端部适配件82’刚好已经装配到该管道10’和/或按照标准文件API17J(未连结柔性管的规格)定义的FAT测试要对所述管道10’执行。框架90或移动拉伸台在柔性管道10’的端部的位置处定位在柔性管道10’的本体的任意侧。所述台可有利地包括未示出的帽，其目的是保护所述管道10’的主长度。未示出的在主长度之后定位的管道10’的部分例如缠绕到存储鼓上或存储架内。

在该变体中，在前述变体中使用的履带组88被夹持件88’更换。夹持件88’在其主长度中围绕管道10’安装，而端部适配件82’通过本身连接至活塞92的张紧头86固定至框架。

固定地连接至框架90的夹持件88’使得可以抓握管道10’的本体，且在其上施加径向夹持力，以便保持其相对于所述框架90固定在位。所述夹持件88’包括弹性容纳器件(在图6中未示出)，使得可以调整管道10’的尺寸的变化。实际上，在FAT测试期间，在给定管道的通过流体在压力下引入到管道内部(更准确地是倒密封护套18和保护性密封护套28之间定位的容积所限定的环形空间中)所产生的轴向张紧和径向力的情况下，管道的直径倾向于减小。所述夹持件例如测量为1米至4米。该类型的夹持件特别地在专利申请WO 99/58889、WO 99/35429和US 3,540,642中被描述。夹持件88’此外安装在端部适配件82’的附近，例如在5米至20米的距离(包含端点)处，优选地为5米至10米。

所述活塞92意图通过将拉伸铠装线26紧固到端部适配件82’沿柔性管道10’的轴向方向施加均衡力。结果，柔性管道10’的铠装线的层22、24的所有铠装线在端部适配件82’中和其主长度中在几米的长度上大体纵向地张紧，优选地为几十米。

以与如上所解释的相同的方式，在给定时间段以与上述相同的值施加给定的纵向张紧之后，柔性管道10’则被释放，以便减小保留在铠装线26中的残余应力的水平。这改进张紧铠装线26在端部适配件82’的位置处的机械强度，且这增加柔性管道10’的服役寿命。

Claims (10)

1.一种用于使水下柔性管道(10)的端部适配件(82)适配的方法，该类型的方法包括以下步骤：

a)获得柔性管道(10)，其包括管状内部结构(16、18、20)和多个拉伸铠装线(26)，所述多个铠装线通过长铺设绕所述管状内部结构(16、18、20)螺旋地缠绕，所述管状内部结构具有自由端部；

b)获得端部适配件(82)，其包括套筒(30)和柱形帽(70)，该柱形帽同轴地盖住所述套筒(30)，以便能够在所述套筒(30)和所述柱形帽(70)之间产生环形空间(76)；

c)所述管状内部结构的所述自由端部被推入适配到所述套筒(30)中，且所述拉伸铠装线(26)被顺应为使得它们能够围绕所述套筒延伸；和

d)所述套筒(30)通过所述柱形帽(70)盖住，以便能够将所述拉伸铠装线锚固在所述环形空间(76)内，

其特征在于，在步骤c)之后，所述方法还包括，使所述拉伸铠装线(26)纵向地张紧且然后释放的两部分步骤。

2.如权利要求1所述的的适配方法，其特征在于，纵向张紧且然后释放的所述两部步骤在步骤c)和步骤d)之间执行。

3.如权利要求2所述的的适配方法，其特征在于，每个拉伸铠装线(26)具有铠装线自由端部(64)，且在于，每个所述铠装线自由端部被抓握，以便能够使所述拉伸铠装线(26)纵向地张紧。

4.如权利要求3所述的的适配方法，其特征在于，每个所述铠装线自由端部(64)沿轴向方向延伸，从所述管状内部结构(16、18、20)的所述自由端部突出。

5.如权利要求1所述的的适配方法，其特征在于，纵向张紧且然后释放的所述两部分步骤在步骤d)之后执行。

6.如权利要求5所述的的适配方法，其特征在于，所述水下柔性管道(10’)和所述端部适配件(82’)被相互接合，且在于，力沿相反的纵向方向施加在所述水下管道(10’)上和所述端部适配件(82’)上，以便能够使所述拉伸铠装线纵向地张紧。

7.如权利要求5或6所述的的适配方法，其特征在于，在压力之下的流体在所述水下柔性管道(10’)内被加压。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的适配方法，其特征在于，进一步获得夹持件(56)，且在于，所述夹持件围绕所述多个拉伸铠装层(22、24)布置在所述套筒(30)的上游侧。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的适配方法，其特征在于，还获得支承环(50)，且在于，所述支承环围绕所述套筒(30)适配，以便能够以支承相互接合的方式接收所述多个拉伸铠装层的拉伸铠装线(26)。

10.如权利要求1至9中的任一项所述的适配方法，其特征在于，拉伸铠装线(26)被纵向地张紧至接近所述拉伸铠装线的屈服强度的张紧值。