CN110998279A - 管测试方法及设备 - Google Patents

Abstract

描述了用于测试从管上切下的环的方法和设备，所述管用于制造海底管道。所述方法用于确定测试环是否被正确地装配在测试腔室中，该测试腔室用于测试在海底管道的制造中使用的管，该方法包括：将测试环安装到压力腔室中，使得所述测试环的端部由所述腔室的相对表面密封，以将所述测试环的内部与外部隔离；提供用于测定所述测试环的位移的装置；提供用于测定施加至所述测试环的内表面的力的装置；向所述测试环的内表面施加力；利用位移测定值和力测定值来确定所述测试环是否被正确地安装在所述压力腔室中。

Description

管测试方法及设备

技术领域

本发明涉及用于管的测试的方法和设备，该管例如用于形成水下管道。

背景技术

在石油和天然气工业中，海底管道的制造已经稳步发展了近20年，这种海底管道适合于在超深水中安装和运行，以进入油和/或天然气的深水储集层。目前，在3000米深的水中，安装有直径约为16英寸(约40.6厘米)的小直径管。在深达2500米深的水中，安装有直径可以达到32英寸(81.1厘米)的更大直径的管。未来的工程可能需要在深达3500米甚至更深的水中安装和操作管。

在安装时管通常是空的，即填充有处于环境压力的空气，并且一旦安装完成才填充一定压力下的油或气体。在安装这些深水管道时所经历的主要风险是由于水所施加的压力导致管从最初的实际的圆形变形为几乎偏平的形状。将这种现象称为外部压力塌陷，如果不加以控制，将导致管道的总体损失。因此，极深水管道的尺寸(即直径和壁厚)，以及在一定程度上，极深水管道的材料特性，是决定外部压力塌陷可能性的主要驱动因素。这与传统的浅水或陆上管道的设计不同，其中，浅水或陆上管道的壁厚的尺寸被设计为抵抗来自其所承载的流体的内部压力，而不是外部压力。

为了设计和制造厚壁的管，从而制造在超深水(即大于2000米的深度)中运行的管道，在DNV OS 101中提供了设计指导，在该设计指导中，管道安装过程中免于压力塌陷的安全性取决于所使用的安全系数。利用负荷和阻力系数设计(Load and Resistance FactorDesign，LRFD)方法与在准备DNV指导时可获得的塌陷压力测试结果的比较来校准安全系数。由于在超深水中的安装期间损失非常长的管道所涉及的巨大资金问题，因此在实践中，进一步基于结合了DNV信息的特定管接头塌陷测试来设计管道。然而，对全尺寸管接头的压力测试是昂贵的过程，该过程需要适当的压力腔室。世界上只有少数能够施加与超深水对应的压力的腔室，并且将管从轧管机运送到合适的测试设施可能是不方便且昂贵的。

已经提出了辅助优化管设计，特别是管壁厚的替代方法，以取代全尺寸管测试。在WO2008/114049中描述了一种用于测试在海底管道的制造中使用的管的方法和设备，其涉及对从制造出的管接头切割并加工的环形试样的外部压力塌陷测试。

本发明涉及用于提高在环形试样上所实施的外部压力塌陷测试的精度的方法和设备，所述测试例如为WO 2008/114049中所描述的测试。

发明内容

本发明提供了用于测试管的设备和方法，所述管用于深水海底环境的管道的制造。

因此，本发明的一个方面包括一种用于测试从管上切下的环的设备，所述管用于制造海底管道，所述设备包括：

第一测试腔室部分和第二测试腔室部分，在所述第一测试腔室部分和所述第二测试腔室部分被连接在一起时，限定用于容纳测试环的测试腔室；

密封装置，用于在所述环被安装到所述腔室中时对所述环形成密封；

用于将所述第一部分和所述第二部分连接在一起以形成所述腔室，并且当所述测试环被安装在所述腔室中时将所述密封装置与所述测试环接合以在所述环的内部和所述环的外部之间形成耐压密封的装置；

流体入口，在其中一个腔室部分中，以允许加压的流体进入到所述测试环外部的腔室；

液压缸，用于当所述测试环被安装在所述腔室中时向所述测试环的内表面施加力；

用于测定由所述液压缸施加至所述测试环的力的至少一个传感器；

用于测定所述测试环的移动的至少一个传感器；以及

用于测定所述测试环的应力和变形的至少一个传感器。

在使用中，测试环被定位在所述第一测试腔室部分和所述第二测试腔室部分之间，并且与密封装置接合，使得环的内表面与环的外表面隔离。所述环的内表面暴露于大气条件下。所述环的外表面可以暴露于腔室中的加压流体。

该设备可以包括用于向所述液压缸泵送流体的装置。优选地，所述用于向所述液压缸泵送流体的装置是针泵。

优选地，该设备包括用于测定所述测试环的移动的至少两个传感器。用于测定所述测试环的移动的传感器优选地是位移传感器。所述传感器测定所述测试环相对于在其中安装了所述测试环的腔室部分的移动。

用于测定由所述液压缸施加至所述测试环的力的传感器优选地是测力计。

测试腔室部分的相对表面设置有至少一个周向凹槽。密封装置位于每一个凹槽中。优选地，每一个测试部分在其表面具有两个周向凹槽。所述密封装置优选地是弹性的O型环。

该设备还可以包括间隔环，所述间隔环被定位在所述第一部分和所述第二部分之间。该间隔环与所述第一部分和所述第二部分一起可以限定用于容纳所述测试环的所述测试腔室。

本发明的另一个方面包括一种确定测试环是否被正确地装配在用于测试管的测试腔室中的方法，所述管用于制造海底管道，其中，所述测试环是从用于制造所述管道的管上切下的，并且在所述测试环的端部具有基本上平坦且平行的表面；所述方法包括：

i)将所述测试环安装到压力腔室中，使得所述测试环的端部与所述腔室的相对表面形成密封，以将所述测试环的内部与外部隔离；

ii)提供用于测定所述测试环的位移的装置；

iii)提供用于测定被施加至所述测试环的内表面的力的装置；

iv)向所述测试环的内表面施加力；

v)测定所述测试环的位移并且测定被施加至所述内表面的力；以及

vi)利用位移测定值和力测定值来确定所述测试环是否被正确地安装在所述压力腔室中。

在测试期间，以预定时间和预定速率对测试环的内表面施加递增的力。如果位移测定值和力测定值表明由密封装置施加的约束力超出了可允许的力范围，则在测试环上的后续压力塌陷测试将不会继续进行。如果结果表明约束力在可允许范围内，则可继续进行压力塌陷测试。

最大可接受的力取决于测试环的外径。例如，对于外径大约为30英寸(76.2厘米)的环，液压缸所施加的最大可接受的力优选地在0.1kN～6.5kN的范围内。然而，可接受的力的范围也将取决于压力腔室中的压力。如果不对压力腔室施加压力，外径约为30英寸(76.2cm)的环的最大可接受力优选地在0.1kN～0.4kN的范围内，优选地大约为0.25kN。如果压力腔室被加压，例如压力为27MPa时，最大可接受的力将在4.5kN～6.5kN的范围内，优选地大约为5.0kN。在测试之前，可以确定用于30英寸(76.2厘米)以外的直径的最大可允许的力。

当力被施加至测试环的内表面时，压力腔室中的压力可以为大约0MPa。优选地，可以利用加压的腔室来执行测试，使得压力被施加至测试环的外圆柱表面。在这种情况下，执行了压力腔室中的压力高于0MPa但低于管道的预期塌陷压力的测试。可以在压力测试腔室中的压力在0～30MPa以上的范围，优选地在0～15MPa以上的范围的情况下执行测试。压力腔室中的压力可以在管道的预期塌陷压力的0～0.7倍范围内，优选地在预期塌陷压力的0.5～0.7倍范围内。

该方法还可包括：一旦所述测试环移动了预定距离，则停止向所述测试环的内表面施加力，即一旦测试环移动了预定距离，则停止步骤iv)。优选地，所述预定距离大约为1mm～2mm，优选地大约为1mm。一旦传感器检测到测试环移动了预定距离，则停止将流体泵入到液压缸中，并且可利用所获得的测定值来确定测试环是否已经被正确地安装到测试腔室中。

可以重复向测试环的内表面施加力并且测定测试环的位移以及所施加的力的步骤，当对测试环的内表面施加力时，测试环的外圆柱表面承受与所施加的第一压力不同的压力。

在执行上述方法之前，可以使用相同的设备来执行测试，以确定允许的约束力的范围。因此，在本发明的一个实施方案中，测试还可以包括：在执行步骤i)至vi)之前确定可允许的约束力的范围。

在本测试中，力的施加和测定步骤可以执行一次以上，优选地每次对新的测试环执行。当力的施加步骤被重复时，该方法可以包括向压力腔室提供第二压力，其中当向测试环的内表面施加力时，第二压力高于0MPa且低于预期塌陷压力。采用该方法，还可以进一步重复的步骤还包括向该压力腔室提供第三压力，其中该第三压力高于0MPa且低于预期塌陷压力，当向测试环的内表面施加力时，该第三压力不同于所述第一压力和所述第二压力。

执行测试的结果可以被用于确认测试设备与测试环之间是否存在可接受的约束力。该约束力取决于环的几何形状，即环的直径和宽度，并取决于压力腔室中的压力。然而，在一些实施例中，所述可接受的约束力在0.1KN～30kN的范围内。当环形压力腔室中的压力大约为0MPa时，优选地，所述可接受的力在0.1N～0.4kN的范围内，优选大约为0.2kN。当腔室内的压力大约为27.6Mpa时，所述可接受的约束力在4.5kN～6.5kN的范围内，优选大约为5.0kN。

该方法还包括在压力腔室中保持测试环并且对测试环执行外部压力塌陷测试的步骤。所述外部压力塌陷测试可以包括：

提供用于测定所述测试环的应力和变形的装置；

增加所述测试环外部的压力，并且随着所述压力的增加，测定所述测试环上的应力和变形；以及

确定所述测试环的外部塌陷压力。

确定所述测试环的塌陷压力包括：确定施加至所述环的外部的压力与已测定的最大应力之间进行的比较，以检测随着压力的增加的环直径的加速非线性减小的开始。

在将环安装在所述腔室中之前，该方法可以进一步包括以下步骤：

从用于制造管道的管上切下环；以及

在环的端部形成基本上平坦且平行的表面。

本发明的又一个方面包括一种用于测试管的方法，所述管用于制造海底管道，包括：

从用于制造所述管道的所述管上切下环；

在所述环的端部形成基本上平坦且平行的表面；

将所述环安装到压力腔室中，使得所述环的端部与所述腔室的相对壁形成密封，以将所述测试环的内部与外部隔离；

提供用于测定所述测试环的位移的装置；

提供用于测定施加至所述测试环的内表面的力的装置；

向所述测试环的内表面施加力；

测定所述测试环的位移并且测定施加至所述内表面的力；

利用位移测定值和力测定值来确定所述测试环是否被正确地装配在所述压力腔室中；

提供用于测定所述环的应力和变形的装置；

增加所述环外部的压力，并且随着所述压力的增加，测定所述环上的应力和变形；以及

确定施加至所述环的外部的压力与测定的最大应力之间进行的比较，以检测随着压力的增加的环直径的加速非线性减小的开始。

所述向所述测试环的内表面施加力包括：施加所述力，直至施加至所述测试环的所述力超过密封装置和测试环之间的横向阻力。提供了向测试环的内表面施加力的装置。优选地，提供液压缸以向测试环的内表面施加力。所述液压缸与泵连接，用于向所述液压缸供应流体。优选地，所述泵是针泵。优选地，压力腔室的相对壁均具有密封装置，使得环的端部与相对的密封装置接合，以将环的内表面与环的外表面隔离。

该流体被供应到缸，以增加施加至测试环的内表面的力。在测试期间，所施加的力的速率大约为0.002kN/min～0.04k N/min。优选地，在30分钟～4小时，优选地1小时～3小时，更优选地1小时～2小时期间内，将所述力施加至测试环的内表面。

在执行增加所述环的外部的压力的步骤之前，将用于向所述测试环的所述内表面施加力的装置从所述测试环上移除。

优选地，利用上述设备来执行所述方法。

本发明的另一个方面是用于执行上述测试方法的管测试设备。

附图说明

现在将仅以示例的形式参考附图来描述本发明的实施例，附图中：

图1示出了根据本发明的用于测试的管道的类型；

图2示出了从图1的管上切下的测试环的截面；

图3示出了根据本发明的测试设备的示意图；

图4示出了沿图3的B-B线截取的部分，其中测试设备是为测试阶段设置的；

图5示出了在其中安装有测试环的测试设备的示意图；

图6示出了为准备阶段而设置的沿图3的B-B线截取的部分；

图7示出了为准备阶段而设置的测试设备以及测试环的顶视图；

图8示出了为准备阶段而设置的测试设备以及测试环的示意图；

图9示出了以三种不同压力水平(a)0MPa、(b)13.8MPa和(c)27.6Mpa执行的推出测试的结果，图表示出了摩擦阻力和位移的随时间变化的结果，其中Lino 1(48)和Lino 2(50)指的是处于测定环相对于测试设备的移动的两个单独的位置处的线性位移传感器；

图10示出了以三种不同压力(a)0MPa、(b)13.8MPa和(c)27.6Mpa执行的推出测试的结果，图表示出了摩擦阻力与环的横向位移的关系，其中Lino 1(48)和Lino 2(50)指的是处于测定环的移动的两个单独的位置处的线性位移传感器。

具体实施方式

对各管接头的较长部分的测试表明，导致外部塌陷的变形沿管的长度方向几乎是均匀的。这种观测得到了理论研究、实际测试和数值模拟的支持。这意味着，对于从管上切下的环以及单纯地承受外部压力的整个接头长度的管，发生外部压力塌陷的情形是相同的。因此，如WO 2008/114049中所描述的，已经开发了基于从管上切下的较短部分和将环加工成均匀长度的测试方法。但是，在执行这种压力塌陷测试之前，在测试设备中正确地设置测试环是很重要的。

通过“压力塌陷测试”或等效测试，这意味着这样的测试：以测试环试样承受递增的压力时所处的压力确定测试环将塌陷时所处的压力，例如在WO2008/114049中描述的测试或者Selker等人在“Proceedings of the Twentyfourth(2014)International Oceanand Polar Engineering Conference(第二十四次(2014年)国际海洋和极地工程会议中的记录)”中的第二卷第88-95页所描述的测试。

位于环的两个切割表面和腔室部分(环被夹持在其间)之间的密封环的目的是帮助在测试环的外部建立压力测试腔室。压力腔室由测试环的外表面和测试设备的表面限定。在测试的第二阶段，由于施加的压力所引起的围绕环的圆周的压缩应力，导致腔室内的压力引起环变形。腔室内递增的压力最终导致环的塌陷。为了建立足以防止高压液压流体泄漏的密封，必须使密封环在密封环与测试环的表面之间的界面处承受适当的高压。

界面压力(interface pressure)具有在环与测试设备之间产生摩擦约束力的效果。约束力随腔室内压力的变化而变化。在测试开始时，将润滑剂涂覆到橡胶-钢界面(即密封环和测试环的表面之间)，可以降低约束力。界面压力的初始设定以及由此产生的约束力，可以由环试设备和施加至密封环的界面压力的大小来确定。在装置的设置期间，润滑剂的涂覆方式和环的位置也会影响约束力和最终的塌陷压力。

在测试设备的初始设置期间，约束力的变化可能导致一次压力塌陷测试与另一次压力塌陷测试的结果不一致。此外，密封环与测试环的表面之间的约束力可能会增加使密封环塌陷的压力水平。因此，对于每一次压力塌陷测试，执行初始测试，以确定测试环是否被正确地装配在测试设备中。

因此根据本发明，一种用于测试在制造海底管道中使用的管的测试方法包括两个测试阶段：第一测试阶段(S1)和第二测试阶段(S2)。第一测试阶段是设置测试阶段(S1)，以确定测试环是否被正确地设置在测试设备中。第二测试阶段是压力塌陷测试阶段(S2)，以确定管的塌陷压力。

在设置测试阶段，对测试环的内表面施加力，并测定测试环的位移，以帮助确定测试环是否被正确地设置在设备中。在第二压力塌陷测试阶段(S2)，对环的外表面施加递增的压力，以确定管的塌陷压力。在该阶段中获得的应力测定值和变形测定值可以被用于为管确定合适的壁厚。只有当第一测试阶段的结果表明测试环被正确地设置在测试设备中才执行第二测试阶段(S2)。

图1示出了海底管道中所使用的管10。管的典型示例是大约12.2米长，并且具有508毫米的外径以及35毫米的壁厚。将测试环12(也如图2所示)从管的一端切下，并且测试环12具有50毫米的典型长度，即长度大于壁厚。即使该长度的环被切下，所述管依然可以用于建设管道。环的端部表面被加工成基本上平行且平坦的，即如实际平滑的表面。基本上平坦且平行意味着在环的整体长度上有±0.01毫米的公差。优选地，粗糙度系数不应超过ISON6等级。

从管上切下并且具有经加工的环的端部表面的测试环被安装到刚性框架中，该刚性框架由至少两个部分和密封装置组成，从而形成了压力腔室。所述密封装置允许测试环的加工表面被密封在设备上，使得腔室被加压时，压力仅施加至环的外圆柱表面。环的内圆柱面保持在大气压力下。

在环的两个加工的平坦表面上的密封件为使得在第二阶段(S2)中环的环形表面的变形受到阻碍的密封件。在环的平坦表面上的密封件为使得在测试期间压力仅被限制在环的外环形表面上以及平坦的加工表面的小区域上的密封件。密封件为使得环承受与加工的平坦表面平行的相对小的力，致使在测试阶段(S2)期间环的径向变形受到阻碍的密封件。

测试过程(S1)的第一阶段可以包括以下步骤：

i)将测试环安装到测试设备中，并且将密封件安装到位，使得通过测试环的外表面和测试设备限定出腔室，所述测试环已从所述管上切下，并且该测试环的端部在规定的公差内被加工成平坦且平行的；

ii)附接用于测定所述测试环的位移的装置；

iii)附接用于将力施加至所述测试环的内表面的装置；

iv)向所述环的内表面施加力，记录向所述测试环的施加的力以及该测试环相对于所述设备的位移；

在步骤iii)和iv)之间还可以执行以下步骤：向所述环的外圆柱表面施加压力，并且确保密封件是可用且有效的。

将液压缸加入到所述测试设备中，使得液压缸与测试环的内表面的一侧接触，以向所述环的内表面施加力。将测力计布置在缸的端部与所述测试环的内表面之间。将位移传感器附接至测试环，以测定测试环相对于测试设备的任何移动。

所述液压缸连接至针泵，所述针泵在一定压力下将液压流体或其他合适的流体(例如水)注入到缸内。缸随着压力的增加而伸长，并且与测试环的内表面接触，从而将力施加至该表面。通过针泵的连续泵送，缸中的压力以非常慢的速率增加。随着压力的增加，由压力计测定的由缸施加至环的力也随之增加。这种力最终超出了(直到现在)未知的约束力，并且环横向地移动。所述测试环的移动是由位移传感器测定的。测试环的移动优选地被限制于1mm(毫米)。一旦确定出测试环移动了大约1mm，将停止向缸泵入流体。

针泵以规定的时间间隔将少量的流体添加到缸腔中，从而以非常慢的速率增加施加至测试环的力。优选地，由液压缸所施加的递增的力所引起的位移速率在0.01mm/min(毫米/分钟)～0.05mm/min的范围内，更优选地，所述位移速率在大约0.01mm/min～0.03mm/min的范围内。

优选地，执行测试的第一阶段(S1)的时间段与即将执行测试的第二阶段(S2)的时间段基本上相同。对缸的压力以及施加至环的内表面的力，可以在大约30分钟至约4小时的时间段内增加，优选地，在大约1小时至大约2小时的时间段内增加。由液压缸施加至测试环的内表面的力的速率在大约0.002kN/min(千牛/分钟)～大约0.04kN/min的范围内。

随着力被施加至环的内表面，压力以预定的压力被保持在压力腔室中。可以以0MPa(兆帕)压力在腔室中执行第一阶段。可替代地，可以在加压的腔室中执行测试。所述腔室可以被加压至低于预期塌陷压力。可以在压力腔室中的压力处于高于0～30MPa，优选地，高于大约0～15MPa，更优选地，高于大约0～6MPa的范围的情况下执行测试。优选地，在测试中可使用的腔室内的最大压力是预期塌陷压力测试的0.5至0.7倍。

在执行设置测试以确定测试环是否被合适地安装在测试设备中以随后执行压力塌陷测试之前，执行初始测试以确定针对使用的特定设置的约束力效应。这些初始调试测试是对于S1测试执行的。在初始的调试测试中，测定的由缸所施加的力被用于数值建模，以确定这些力是否会导致过大的塌陷压力。例如，执行初始调试测试的过程可以包括：

i)将测试环安装到测试设备中，并且将密封件安装到位，使得通过测试环的外表面和测试设备限定出腔室，所述测试环已从所述管上切下，并且该测试环的端部在规定的公差内被加工成平坦且平行的；

ii)附接用于测定所述测试环的位移的装置；

iii)附接用于将力施加至所述测试环的内表面的装置；

iiia)向所述测试环的外圆柱表面施加第一压力；

iv)向所述测试环的内表面施加力，记录向所述测试环的施加的力以及该测试环相对于所述设备的位移。

一旦获得了第一测试的结果，以在步骤iiia)中施加第二压力地重复步骤i)至iv)。以进一步在步骤iiia)中施加第三压力地重复测试。所述第一压力、第二压力和第三压力是彼此不同的。这些测试的结果可以被用于确定可容许的约束力的范围。

通过初始调试测试和数值建模，创建了在设置测试S1中使用的可容许的约束力的范围，以确定测试环是否以可接受的方式装配在测试设备中，从而可以继续进行环的塌陷测试。

如果设置测试S1表明由密封环所施加的约束力超出了可允许的力的范围，则不继续进行测试。应当拆除设备并且检查环。随后，可以将测试环与测试设备重新组装，以重复执行初始设置测试。

一旦确定出测试环被正确地设置在测试设备中，则可以在不干扰测试环在测试设备中的位置的情况下将液压缸和位移传感器从测试设备中移除，并且可以启动测试过程的第二阶段，即压力塌陷测试。

测试阶段(S2)，即塌陷压力测试，可以如WO2008/114049中所描述的来执行，以确定测试环的塌陷压力，并且可以包括以下步骤：

将用于测定环的应力和变形的附件安装至环，该环位于框架内并且密封件安装到位；

增加向环的外部所施加的压力，记录应力测定值和变形测定值；和

继续增加压力，直至达到最大值，即直至发生外部压力塌陷。

还可以绘制所施加的压力对所测定的最大应力的曲线，以检测随着压力的增加，环直径的加速非线性减小的开始，其与通过密封件的液压流体的任何泄漏无关。

对于测试方法的第一阶段，用于将力施加至环的外圆环表面并且测定环的位移的装置被附接至外表面。在第二阶段，用于将力施加至内圆柱表面并且测定位移的装置被移除，并且用于测定由环的外圆柱表面的压力所引起的应力和变形的装置被附接至环的内表面。

在所述测试方法中使用两个泵。一个泵将流体供应至液压缸，以使缸将力施加至测试环的内表面。另一个泵，例如另一个液压泵，将加压流体提供至压力腔室，例如环的外表面周围的空间。

从外部泵施加压力，使得通过向环的外圆环表面周围的空间添加指定容积的流体或从该空间中减去指定容积的流体来增加或减少压力。这种布置允许由外圆柱表面上的压力所引起的环的径向变形以受控的方式增加或减少。随着压力的增加，应力测定值和变形测定值被记录，直至达到最大压力。

如图3所示，根据本发明的可用于执行所述测试方法的测试设备14包括第一圆柱形部分16、第二圆柱形部分18、以及位于第一圆柱形部分16和第二圆柱形部分18之间的间隔环部分20，该第一圆柱形部分16和第二圆柱形部分18限定可以将测试环12安装在其中的所述设备。第一部分和第二部分可以分别形成所述设备的顶部部分和底部部分。第一部分的外径基本上对应于第二部分的外径。

第一部分可以处于环的形式，该环具有中心孔42。第一部分的中心孔为传感器和液压缸的附接提供到达测试设备的中心和测试环的内表面的途径。第二部分也可以处于环的形式，该环具有中心孔。第二部分的孔的直径基本上对应于第一部分的孔的直径。可替代地，第二部分可以处于圆柱形部分的形式，该圆柱形部分具有处于实心板的形式的底部部分以及处于环的形式的顶部部分，使得第二部分具有中心空隙。该中心空隙基本上对应于所述第一圆柱形部分的中心孔。所述第二部分的空隙的直径基本上对应于所述第一部分的孔的直径。

第一部分和第二部分的相对表面，即第一部分的底表面和第二部分的顶表面，阶梯式地形成肩部44，该肩部44分别围绕第一部分16和第二部分18的底边缘和顶边缘周向地延伸。其在每一个部分的肩部和孔径之间提供突出的环形阶梯式部分46。每一个部分的肩部44提供支撑表面，以在支撑表面之间定位间隔环20。第一部分和第二部分中的每一个的环形阶梯式部分46提供支撑表面，以将测试环12安装在支撑表面上。环形阶梯式部分的外径基本上对应于间隔环20的内径。

间隔环20位于两个部分16、18的外缘处之间。间隔环的边缘与每一个部分的肩部44抵接，间隔环20的内圆周表面将与环形阶梯式部分46的侧表面邻接。间隔环20有助于调整第一部分和第二部分的两表个面之间的距离。间隔环以及第一部分和第二部分，在被结合在一起时形成用于保持待测试的测试环12的框架。间隔环20的内径小于第一部分16和第二部分18的外径，且大于其各个孔和空隙的直径。间隔环20的外径大于第一部分16和第一部分18的外径。

参考图4至图8，当测试环被定位在设备中时，在底部部分的顶表面和顶部部分的底表面、以及间隔环的内侧表面和测试环的外圆柱表面40之间限定有测试压力腔室26。该设备设有入口38，以向压力腔室26提供加压流体。

第一部分和第二部分中的每一个具有至少一个周向凹槽22，用于在第一部分和第二部分的相对面中保持密封装置24。如图4和图6所示，每个部分具有两个同心凹槽，用于保持被设置在第一部分16和第一部分18的环形阶梯式部分46的相对面中的密封环。测试环与位于凹槽22中的密封装置24相接合。优选地，测试环与密封装置24接合，但不与第一部分和第二部分的相对面接触。在间隔环20与第一部分16和第二部分18的环形阶梯式部分46的侧表面之间设置有额外的密封装置28。在一些实施例中，在间隔环20的上表面与第一部分16的下表面之间以及在间隔环20的下表面与第二部分18的上表面之间使用垫片(未图示)，以使各个部件对齐。垫片可以是金属垫片，例如黄铜垫片。所述垫片可以帮助确保在测试期间环不与第一部分和第二部分接触，以帮助确保密封环与测试环之间的压力足以在测试期间防止泄漏，并尽可能的低以避免在测试环上施加过度的摩擦约束力。

图4和图5示出了根据本发明的设备14的一个实施例，该设备设置有用于执行塌陷压力测试(S2)的测试环12。图6至图8示出了根据本发明的设备14的一个实施例，该设备设置有用于执行初始设置测试(S1)的测试环12。测试环12被安装在顶部部分16和下部部分18之间，其中间隔环20限定了测试腔室26。密封装置24(处于橡胶O型环的形式)被设置在顶部部分和底部部分的表面的周向凹槽中。两个密封装置24中的第一个被设置在顶部部分与测试环之间，两个密封装置24中的第二个被设置在底部部分与测试环之间。

在使用中，被设置在顶部的底面上和底部部分的顶面上的含有密封件的O型环或加压的压力件与测试环接合，以形成由相对的间隔环的内圆柱侧面和测试环的外圆柱侧面以及由底部部分的顶表面和顶部部分的底表面限定的环隙。所限定的环隙提供了压力腔室，在该压力腔室中可以引入加压的液压流体。该设备的中心空隙对大气压力开放，使得在测试期间环的外表面暴露在大气压力下。

顶部部分和底部部分通过机械密封装置(例如螺钉(未图示))被固定在一起。在设备的外边缘周围，螺钉延伸穿过顶部部分16和间隔环20中的孔30，以与底部部分18中的孔30接合。在设备中心附近，额外的固定装置可以延伸穿过顶部部分的环形阶梯式部分46中的孔30，并且与底部部分18的环形阶梯式部分46中的孔接合。可以使用任意数量的固定装置来确保将各部分正确地夹紧在一起。也可以使用其他合适的固定装置(例如液压活塞装置)来将测试设备的各部分夹紧在一起。

将顶部部分、底部部分和间隔环保持在一起的力足以使环隙压力对于包含有密封件的压力在内部和外部是紧密的。将环从管上切下的公差，使得不会发生从环隙(压力腔室)到空隙中的泄漏，同时避免在液压载荷作用下环的外径向内的径向移动受到不应有的约束摩擦力。执行设置测试(S1)，以确定在设置测试设备时，约束力是否在允许的限度之内。

参考图6至图9，在第一设置测试阶段(S1)期间，测试设备包括与测试环接触的液压缸34。定位有两个处于位移传感器36的形式的传感器，以在测试期间测定测试环的移动。虽然示出了两个位移传感器，但是可以使用任意合适数量的传感器，例如，可以使用一个、两个、三个、四个或更多的位移传感器。位移传感器可以是线性电压位移传感器(linearvoltage displacement transducer，LVDT)。测力计(未图示)放置为测定由压杆34施加至测试环12的内圆柱表面的力。针泵(P)将流体供应至液压缸。针泵以预定的速率供应流体，以增加由缸施加至测试环的力。

参考图4，在第二塌陷压力测试阶段(S2)，将液压缸和相关传感器从设备34中移除。附接用于测定环的应力和变形的传感器(未图示)，并且可以执行第二阶段的测试。

根据本发明的方法和设备允许对从长的深水管道所需的所有管道接头上获取的测试环的代表性样品进行测试，以给出这些试样抵抗外部液体静压力塌陷的能力的直接的物理定量证据。

通过在环塌陷压力测试之前执行初始测试，通过确保测试环被正确地装配在测试设备中，提高了塌陷测试的精度。初始测试的执行有助于每一次的环塌陷压力测试彼此一致，并且有助于防止因错误应用环塌陷压力测试所导致的不可接受的结果。

示例

利用压力腔室中的三个示例性压力(0MPa、13.8MPa和27.6MPa)对钢测试环(D/t＝20.5)执行测试。测试环是从外径为32英寸(812.8mm)、壁厚为39mm的管上切下的环。测试环的长度为50mm。

测试环以重复用于塌陷压力测试的情况的方式安装在测试设备中。液压缸被定位并附接至测试环。

首先以示例性压力(0MPa、13.8MPa和27.6MPa)中的一个将压力施加至腔室内。然后，缸中的压力以缓慢的速度增加。测定通过缸施加的力，并且通过两个位移传感器来测定环的横向本体移动。每一个测试均使用不同的钢环和新的橡胶密封环。记录时间以及测定的缸上的负荷，每一次测试持续大约120分钟。在测试中，力的速率被测定为从大约0.002kN/min增加至大约0.04kN/min。

结果在图9和图10示出。结果表明，在钢环相对于密封环进行很小的移动(大约0.1毫米)之后，横向约束力(即缸力(52))基本上恒定(图9)。结果还表明，在不向测试设备施加压力的情况下，缸力相当小。这证实了橡胶密封圈在设备将用于的任何压力塌陷测试的开始的时候几乎不会变形。由密封环施加的阻力随着施加至测试环的压力的增加而增加。

本领域技术人员将理解的是，当前披露的方法和设备是通过示例方式而不是通过限制的方式来教导的。因此，上述说明中所包含的或者附图中所示出的方面应当被解释为说明性的，而不是限制性的。所附权利要求旨在涵盖本文所述的所有一般性和特定的特征，并且作为一种言语修辞的关于本方法和设备的范围的所有陈述，可以被认为落入到所附权利要求内。

Claims (22)

1.一种用于测试从管上切下的环的设备，所述管用于制造海底管道，所述设备包括：

第一测试腔室部分和第二测试腔室部分，在所述第一测试腔室部分和所述第二测试腔室部分被连接在一起时，限定用于容纳测试环的测试腔室；

密封装置，用于在所述环被安装到所述腔室中时对所述环形成密封；

用于将所述第一部分和所述第二部分连接在一起以形成所述腔室，并且当所述测试环被安装在所述腔室中时将所述密封装置与所述测试环接合以在所述环的内部和所述环的外部之间形成耐压密封的装置；

流体入口，在其中一个腔室部分中，以允许加压的流体进入到所述测试环外部的腔室；

液压缸，用于当所述测试环被安装在所述腔室中时向所述测试环的内表面施加力；

用于测定由所述液压缸施加至所述测试环的力的至少一个传感器；

用于测定所述测试环的移动的至少一个传感器；以及

用于测定所述测试环的应力和变形的至少一个传感器。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括：用于向所述液压缸泵送流体的装置。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述用于向所述液压缸泵送流体的装置是针泵。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述用于测定所述测试环的移动的至少一个传感器是位移传感器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括：用于测定所述测试环相对于所述测试设备的移动的至少两个传感器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述用于测定由所述液压缸施加至所述测试环的力的至少一个传感器是测力计。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：间隔环，所述间隔环被定位在所述第一部分和所述第二部分之间，并且与所述第一部分和所述第二部分一起限定用于容纳所述测试环的所述测试腔室。

8.一种确定测试环是否被正确地装配在用于测试管的测试腔室中的方法，所述管用于制造海底管道，其中，所述测试环是从用于制造所述管道的管上切下的，并且在所述测试环的端部具有基本上平坦且平行的表面；所述方法包括：

i)将所述测试环安装到压力腔室中，使得所述测试环的端部与所述腔室的相对表面形成密封，以将所述测试环的内部与外部隔离；

ii)提供用于测定所述测试环的位移的装置；

iii)提供用于测定施加至所述测试环的内表面的力的装置；

iv)向所述测试环的内表面施加力；

v)测定所述测试环的位移并且测定施加至所述内表面的力；以及

vi)利用位移测定值和力测定值来确定所述测试环是否被正确地安装在所述压力腔室中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：一旦所述测试环移动了预定距离，则停止向所述测试环的所述内表面施加力，所述距离优选地为大约1mm。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，其特征在于，包括：当向所述测试环的所述内表面施加力时，向所述压力腔室提供高于0MPa且低于预期的塌陷压力的压力。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在执行步骤i)至步骤v)之前，确定可允许的约束力的范围。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述测试环保持在所述压力腔室中并且对所述测试环执行外部压力塌陷测试。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述外部压力塌陷测试包括：

提供用于测定所述测试环的应力和变形的装置；

增加所述测试环外部的压力，并且随着所述压力的增加，测定所述测试环上的应力和变形；以及

确定所述测试环的外部塌陷压力。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，确定所述测试环的所述外部塌陷压力包括：确定施加至所述环的外部的压力与测定的最大应力之间进行的比较，以检测随着压力的增加的环直径的加速非线性减小的开始。

15.一种用于测试管的方法，所述管用于制造海底管道，所述方法包括：

从用于制造所述管道的所述管上切下环；

在所述环的端部形成基本上平坦且平行的表面，以提供测试环；

将所述测试环安装到压力腔室中，使得所述测试环的端部与所述腔室的相对壁形成密封，以将所述测试环的内部与外部隔离；

提供用于测定所述测试环的位移的装置，并且提供用于测定施加至所述测试环的内表面的力的装置；

向所述测试环的内表面施加力；

测定所述测试环的位移并且测定施加至所述内表面的力，以及利用位移测定值和力测定值来确定所述测试环是否被正确地装配在所述压力腔室中；

提供用于测定所述测试环的应力和变形的装置；

增加所述测试环外部的压力，并且随着所述压力的增加，测定所述测试环上的应力和变形；以及

确定施加至所述环的外部的压力与测定的最大应力之间进行的比较，以检测随着压力的增加的环直径的加速非线性减小的开始。

16.根据权利要求8至15中任一项所述的方法，其特征在于，向所述测试环的内表面施加力包括：施加所述力，直至施加至所述测试环的所述力超过横向阻力。

17.根据权利要求8至16中任一项所述的方法，其特征在于，向所述测试环的内表面施加力包括：提供用于向所述测试环的所述内表面施加力的装置。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，提供用于向所述测试环的所述内表面施加力的装置包括：提供液压缸，其中，所述液压缸连接至用于向该液压缸供应流体的泵。

19.根据权利要求8至18中任一项所述的方法，其特征在于，向所述测试环的内表面施加力包括：以大约0.002kN/min至大约0.04kN/min的力的速率施加力。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其特征在于，在执行增加所述环的外部的压力的步骤之前，将所述用于向所述测试环的所述内表面施加力的装置从所述测试环上移除。

21.根据权利要求8至20中任一项所述的方法，其中，利用根据权利要求1至7中任一项所述的设备来执行所述方法。

22.一种管测试设备，用于执行根据权利要求8至21中任一项所述的方法。

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