CN112313441A - 清管器发射器 - Google Patents

Abstract

一种清管器发射器(1)，该清管器发射器包括清管器仓(2)、发射器机构(3)和可连接至流体流线的连接器(7)。清管器仓(2)能够保持并排布置的多个清管器，控制线路(4)以使得每条控制线路(4)能够提供控制流体来操纵清管器的方式连接至清管器仓。清管器发射器还包括清管器选择器(5)，该清管器选择器能够从一条控制流体源线路(9)接收控制流体并将控制流体引导至连接至清管器选择器的多条控制线路(4)中的一者，从而能够借助于控制流体来发射多个清管器中的一者。

Description

清管器发射器

本发明涉及用于海底的清管器发射器，并且更具体地讲，涉及包括清管器仓、发射器机构和连接器的清管器发射器，该连接器适于将清管器发射器连接到流体流线或管线上。清管器发射器可移除地连接到流体流线并且可远程操作。

石油通常通过管线从储层运输大量距离到达目的地，诸如浮置生产单元、炼油厂或储库。当石油从地下储层中出来时，温度高并且沉积不存在问题。然而，随着远离储层运输期间的温度下降，运输的流体在管道壁上留下沉积物，并且持续需要移除此类沉积物。还需要监控管线以确保检测到损害或其他潜在的有害事件。移除和监测操作通过以下方式完成：将清管器引入靠近井的流体流中，然后通过流体流通过管道引导至回收站，通常在管线的端部，例如在浮置生产单元、炼油厂或储库处。然后清管器被取回，进行维护并可被重新引入管线中。

对于一些海底油田，清管器的发射点将位于距海岸较远距离处的海底，从而导致需要发射脉管来手动或借助于ROV辅助工具引入清管器。对于这些油田，清管器也可通过双管线向下引导至油田。在油田，存在清管环，其中清管器从一条生产线穿过并到达另一条生产线，之后清管器被送回陆上或通过生产线到达脉管以进行管道清理。

另一种解决方案是通常与生产歧管、PLET或PLEM结合，将清管器仓布置在生产管道的端部区段处。当需要清管维护时，借助于远程操作的发射机构将清管器逐个发射。清管器仓包括待送出的有限数量的清管器，并且当仓为空时，其被填充的仓替换。这些远程操作的清管器发射仓是复杂的结构，其包括多个阀，并且对于一些设计，还包括用于引导液压流体以将清管器从其在仓中的分配位置致动的复杂系统。

本发明的一个目的是提供一种简化的远程操作的清管器发射器。

因此，呈现了一种清管器发射器，该清管器发射器包括清管器仓、具有改进的清管器发射控制系统的发射器机构以及可连接到流体流线的连接器，该清管器仓能够保持连续地前端到后端布置的多个清管器，控制线路以使得每条控制线路能够提供控制流体以操纵一个清管器的方式连接到清管器发射器，其中清管器选择器接收来自一条控制流体源线路的源控制流体，并且将控制流体引导至连接到清管器选择器的多条控制线路中的一者，从而能够借助于控制流体发射多个清管器中的一者。

关于清管器发射器，将描述的是，能够发射清管器的控制线路被定义为活动的，并且非活动的多条控制线路借助于清管器选择器被阻挡。

根据本发明，描述了一种清管器发射器，该清管器发射器包括清管器仓、端盖、连接器和清管器发射控制系统，该清管器仓为管元件，其中两个或更多个清管器可被连续地布置成前端至后端。清管器发射控制系统包括与清管器仓流体连通的两条或更多条控制线路。清管器发射控制系统还包括清管器选择器，该清管器选择器具有一个入口、两个或更多个出口以及可旋转选择器元件。可旋转选择器元件实现从入口到两个或更多个出口中的一者的流体连通，同时关闭剩余出口，该一个入口与控制流体源线路流体连通，该两个或更多个出口各自与两条或更多条控制线路中的一者流体连通，该两条或更多条控制线路中的每一者向预选的清管器仓入口提供控制流体，从而使得能够发射定位在清管器仓(2)中的两个或更多个清管器中的一者。

上述清管器发射控制系统的使用消除了对多个控制阀的需要，因为单个阀可控制将控制流体提供给多个控制线路。控制系统包括清管器选择器，该清管器选择器借助于远程操作的致动器，或者如果需要，借助于ROV工具的旋转操作，可服务于多条控制线路，从而服务于清管器仓中的多个清管器。与现有技术的清管器发射系统相比，这提供了显著的简化。

清管器发射器设置有连接器，该连接器可连接到管线并且可从管线断开。当清管器发射器中的所有清管器均被发射时，可将清管器发射器从管线断开并且拖运到海面以对清管器进行维护和再填充，从而准备好进一步使用。

清管器发射器还设置有端盖，该端盖为可移除的以允许将清管器填充到清管器仓中或对管道元件的内腔进行维护。

根据本公开的清管器发射器包括使得能够控制多条控制线路的清管器选择器。在优选的实施方案中，清管器选择器包括外部非旋转选择器主体和内部可旋转通道元件。选择器主体包括与控制流体源线路流体连通的进入孔以及与两条或更多条控制线路流体连通的两个或更多个控制流体孔。内部可旋转通道元件包括选择器元件、通道和可旋转杆。通道形成从进入孔到两个或更多个控制流体孔中的一个的通路，从而阻挡两个或更多个控制流体孔中的剩余控制流体孔，通道借助于可旋转杆定位。

在根据本公开的清管器发射器中，可旋转杆的区段从选择器主体突出，使得内部可旋转通道元件能够旋转。可旋转杆的突出区段适于连接到致动器。致动器的使用调整使得该解决方案适用于海底全电动系统。然而，该区段也可由ROV操纵的旋转工具保持和旋转。如果选择不提供清管器选择器上的永久性致动器，则漏斗形引导元件或桶形引导元件将易于触及通道元件的突出区段。这使得所述清管器发射器高度灵活。

在清管器发射器的优选实施方案中，清管器发射器被证明在选择器主体上具有覆盖内部可旋转通道元件的机罩。该机罩覆盖入口通道(access)，可旋转通道元件可通过该入口通道被引入到非旋转选择器主体中。

在本公开中，描述了清管器发射器的机罩可设置有入口毂部或用于可旋转杆的通路中的一者，该入口毂部包括形成清管器选择器的入口的进入孔。

如上所述的清管器发射器可设置有引导元件，该引导元件在第一端部处为开放的并且在第二端部处连接到选择器主体或机罩，引导元件形成桶形或漏斗形元件，可旋转杆突出到引导元件中，从而使得可旋转杆能够借助于被提供到引导元件中的旋转机构来旋转。

根据一些实施方案，清管器发射器的可旋转杆可借助于致动器远程操作。致动器可为电动操作的。使用远程操作的致动器使得清管器发射器适用于远程生产油田，诸如在深水上或远离回收站。清管器发射器能够借助于连接器可移除地连接到管线。此外，清管器发射器适于远程操作。

对于根据本公开的清管器发射器，借助于远程操作的控制流体阀来控制控制对控制流体的提供。借助于可旋转清管器选择器，可通过一个控制流体阀来控制通向清管器仓的所有控制线路。

本公开还描述了使用上文和下文所述的清管器发射器将至少一个清管器发射到包含流体流的管线和包括如本文所述的至少一个清管器发射器的海底生产油田中。

上述清管器发射器的使用可用于将至少一个清管器发射到包含流体流的管线中，从而提供可靠的清管器发射机构以对管线进行维护。

还应当理解，本公开的清管器发射器在需要将清管器引入管线中的海底生产油田中将是有利的。

现在将参考附图进一步描述本发明，其中：

图1示出了包括清管器发射器的典型歧管布局的实施方案。

图2示出了根据本发明的清管器发射器的透视图。

图3示出图2的清管器发射器的侧视图。

图4示出了清管器发射器仓的剖视图。

图5示出清管器选择器的透视图。

图6示出清管器选择器的剖视图。

图1示出歧管布局的示例，其中歧管在每个上集管(header)或管线处设置有清管器发射器1。该歧管布局用于海底生产油田。所示的清管器发射器适用于需要在油田发射清管器的任何海底生产油田。

每个清管器发射器1包括清管器仓2。借助于通过多条控制线路4提供的控制流体将容纳在清管器仓中的清管器推出仓2。控制流体每次仅被引导通过一条控制线路4。将流体提供给清管器仓2以便将清管器推出管线的控制线路4可被定义为活动控制线路4。借助于下文将进一步描述的清管器选择器5来选择活动控制4。通过控制流体源线路9将控制流体提供给清管器选择器。清管器发射器1借助于连接器7可移除地连接到管线。当仓2中的所有清管器被发射时，空清管器发射器可被新填充的清管器发射器替换，而空清管器发射器被取回，进行必要的维护，并且该清管器发射器准备好用于新用途。

主阀20控制清管器仓2与生产线路或管线22之间的通道。控制流体阀21控制对控制流体的提供。当要从清管器发射器发射清管器时，打开主阀20，从而形成从清管器仓2进入生产线路或管线22的开放通路。当在清管器仓2与管线22之间存在开放通路时，清管器仓2内部的压力将与管线22中的压力相同。清管器选择器5选择控制线路4，该控制线路向最靠近连接器7和主阀20的清管器提供控制流体，并且以高于管线压力的压力开始使流体流入所选清管器后面的仓2中。通过增加的压力将清管器推出，直到其被捕获在流体流中并通过生产流中的管线22。

也可存在冲洗阀40和隔离阀41，该冲洗阀可被打开以冲洗清管器发射器1和连接器7的外部区段，并且该隔离阀被关闭直到清管器发射器适当地连接至管线界面和流线界面。当清管器发射器2连接到管线22时，清管器选择器5连接到控制流体源线路9，并且隔离阀41可打开。为了冲洗外部部分，打开冲洗阀并关闭隔离阀。对于清管器发射器的正常操作，关闭冲洗阀并打开隔离阀。

当决定发射清管器时，打开管线的主阀20。然后打开控制流体阀20，以经由流体源线路9将控制流体提供给清管器选择器5并且进一步提供给所选择的控制线路并提供到清管器仓2中。

参见图4，清管器检测器28、29的集合验证清管器被发射并且被生产流程正确捕获。清管器检测器28、29被布置在清管器发射器的出口处以及用于清管器进入生产流程的入口区域处。一旦清管器在清管器仓的出口处并且邻近管线中的生产流程的检测点处经过检测器28、29，控制流体阀21就关闭。然后将关闭主阀20，并且保持清管器发射器关闭，直到到了在线路中发射下一个清管器的时候为止。

应当理解，清管器发射器也可设置在其他海底结构，诸如管线端歧管(PLEM)或终端(PLET)处。

现在将参照图2和图3进一步说明清管器发射器。图2示出了清管器发射器1的透视图，而图3以侧视图示出了相同的清管器发射器。

清管器发射器1包括清管器仓2、端盖3、控制线路4、清管器选择器5、框架结构6以及用于连接到管线的连接器7。清管器仓2由管元件形成，该管元件适于储存布置在管内并沿着管元件的长度布置的多个清管器。形成清管器仓2的管元件在一端处设置有可移除的端盖3。当需要使清管器进入仓2中时，移除端盖3并且可使清管器进入。当仓已满时，端盖闭合该端部区段，直到下一次重新填充为止。

连接器7是适用于连接到管线的标准连接器。当连接的清管器发射器需要维护并且断开连接并拉至海面时，该清管器发射器可移除地连接至管线并且可被新的清管器发射器替换。

控制线路4在一端处连接到清管器选择器5并且在另一端处连接到清管器仓上的位置，使得流体能够从清管器选择器5流动到仓中两个清管器之间的位置，即，在控制线路旨在激活的清管器后面。参见图4，每个清管器的每一端均设有隔离物26，以确保清管器之间的开放空间。隔离物将确保提供给待发射的清管器后方的空间的控制流体将在两个相邻清管器之间流动，从而将最外侧的清管器推出仓，同时线路中的下一个清管器保持在仓中。这样确保了在每个发射事件中仅发射所选择的清管器。

为了将控制流体引导到每个清管器，提供多条控制线路，清管器中的每一者后面(即，在两个相邻清管器之间的每个部分开放空间处)的每个入口44对应一条控制线路。所有控制线路4均连接至共同的清管器选择器5。源控制流体从一条单个控制流体源线路9被提供给清管器选择器5。清管器选择器5同时提供与控制线路4中的一者的流体连通，从而激活由该特定活动控制线线控制的一个清管器。剩余的控制线路4由清管器选择器5关闭。这将在下文中进一步描述。

通过活动控制线路4供应的控制流体可从控制流体源8提供给控制流体源线路9。如果在清管器发射器上或附近存在控制流体源8，则控制流体阀22控制从流体源8向控制流体源线路9或清管器选择器5提供控制流体。当流体源远离清管器发射器时，控制流体阀22控制通过流体源线路9向清管器选择器提供控制流体。在任何情况下，单个控制流体源线路9向清管器选择器5提供流体，其中流体被引导至多条控制线4中的一条活动控制线路。控制线路4的数量对应于可储存在清管器仓2上的清管器的数量。非活动(即，未向仓提供流体)的控制线路4被清管器选择器5阻挡。

框架结构6在位置之间抓握清管器发射器时用于保护清管器发射器的部件并且用作引导装置。

图4示出清管器发射器的一些元件的原理图。清管器发射器借助于连接器7连接到管线22。在安装期间，可回缩清管器止动件27被布置成与连接器7相邻。主阀20布置在靠近清管器发射器的管线中。在清管器仓2中，多个清管器25连续地从后端到前端并排储存。清管器25设置有隔离物26，确保两个相邻清管器25之间存在部分开放空间，以允许正确进入控制流体。控制线路4连接到清管器仓2中的清管器位置中的每一者后面的清管器仓入口44，从而在清管器位置中的每一者后面提供控制流体。一个或多个检测器或清管器指示器28、29被布置在清管器仓的出口处以及清管器将于其中被流体流捕获的管线的起点处，以检测清管器离开清管器发射器以及清管器被推入生产流程中。

图5和图6示出了清管器发射器1的清管器选择器5的实施方案。所示清管器选择器包括穿过进入孔12的一个入口和穿过控制流体孔15的多个出口。进入孔12的入口与流体源线路流体连通，而控制流体孔15的出口各自与一条控制线路流体连通。

在所示实施方案中，清管器选择器5具有一个入口52、两个或更多个出口55、55'和可旋转选择器元件18。可旋转选择器元件18使得能够从入口52流体连通到两个或更多个出口中的一者，同时关闭剩余的出口。一个入口52与控制流体源线路流体连通，两个或更多个出口55各自与两条或更多条控制线路中的一者流体连通。两条或更多条控制线路中的每一者将控制流体提供给清管器仓管壁中预先选择的清管器仓入口，从而提供控制流体以使得能够发射定位在清管器仓中的两个或更多个清管器中的一者。

清管器选择器5的所示实施方案由其中布置有内部可旋转通道元件57的非旋转中空选择器主体10形成。可旋转通道元件57可被机罩11覆盖。可旋转通道元件57的区段37从选择器主体突出。可通过保持该突出部分37并将其转到选定位置的致动器来旋转可旋转通道元件57。选择器主体可设置有扭矩桶36或引导元件31。可旋转通道元件57的突出部分37突出到扭矩桶或引导元件中。致动器可进入扭矩桶或引导元件中，其中致动器连接到内部可旋转杆17的突出部分37。所示的扭矩桶31设置有指示器38，该指示器示出突出区段的位置以供检查。扭矩桶还可在壁中设置有反作用沟槽39，以用于在致动器旋转通道元件57时固定致动器。

在选择器主体10的一个端部中，存在与控制流体源线路9(参见图1)连接的进入孔12。选择器主体10具有截面外壁13。在选择器主体的截面外壁13中，存在多个控制流体孔15。在所示实施方案中，控制流体孔15被布置在毂部16中。控制线路4中的每一者连接到包括控制流体孔15的毂部中的每一者。毂部的数量对应于控制流体出口的数量。控制流体出口的数量对应于控制线路的数量和清管器仓中清管器的数量。

在清管器发射器的操作期间，控制流体将经由进入孔12从控制流体源线路被引导至可旋转通道元件57中，并且通过一个打开的或活动的控制流体孔15流出。未活动的剩余控制流体孔15被内部可旋转通道元件57阻挡，参见图6。机罩11将通道元件57保持在选择器主体10中，并且借助于多个密封件密封。在可旋转通道元件57和选择器主体之间还存在密封件。

扭矩桶或引导元件31在第一端部处是开放的，并且在第二端部处连接到机罩11或选择器主体10，从而在清管器选择器5上形成桶形或漏斗形元件。内部可旋转杆17突出到引导元件31中，参见图6。对应于待发射的清管器的控制流体管线通过以下方式激活：旋转可旋转杆17以朝向所选择的控制流体孔15和控制流体线路打开通道，阻塞剩余的控制流体孔和控制流体线路。

图6示出清管器选择器5的实施方案的横截面，其中内部可旋转通道元件7位于选择器主体10的内部。可旋转通道元件具有在进入孔12与控制流体孔15中的一者之间形成流体连接的内部通道19。

所示的选择器可旋转通道元件57包括形成有圆柱形杆或塞的选择器元件18。然而，选择器元件也可以是球形的，具有形成从进入孔12到活动控制线路的通道的角形内部通道。球形选择器的外表面将阻挡未活动的控制线路4。

当可旋转选择器元件18旋转到另一个位置时，其将流体从进入孔12引导到其他控制流体孔15'中的一者。可旋转选择器元件18借助于旋转杆17旋转，该旋转杆包括从清管器选择器或选择器主体10突出的突出区段37。

引导元件31安装在清管器选择器上。引导元件31形成为具有适于连接到清管器选择器的第一开口端和第二部分封闭端的桶或漏斗。引导元件31可连接到选择器主体10、机罩11或两者，这取决于机罩11被放置在何处。

提供了机罩11以便于将内部可旋转通道元件引入到选择器主体中。机罩可布置在清管器选择器的入口侧上，如图6所示。然后，机罩将设置有入口毂部56，该入口毂部保持形成清管器选择器5的入口的进入孔12。然而，也可在选择器主体10的相对侧处提供机罩，其中内部可旋转杆17的区段37从清管器选择器突出。然后，机罩将设置有用于杆17的通路，使得杆从选择器主体10突出，穿过机罩11并进入引导元件31，其中杆的外部突出区段37可借助于合适的工具旋转到所选择的位置。

在所示实施方案中，突出区段37可经由布置在清管器选择器5上的扭矩桶36的开放第一端部31进入。杆的旋转可通过ROV激活工具或通过永久性或可移除的致动器来完成。可以设想使用电致动器或液压操作的致动器。由于清管器发射器将被间隔地激活，并且如果这些间隔具有长持续时间，则也可设想提供用于旋转内杆的临时性工具。然而，由于必须将通道元件57旋转到与所选择的控制线路4相关的正确位置，因此致动器很可能将提供必要的精度水平。

在清管器发射器上使用清管器选择器5将为清管器发射器结构提供实质性简化，同时保持与阻隔和流体控制相关的所有必要的安全性水平。

换句话讲，清管器发射器的清管器选择器包括被机罩覆盖的选择器主体。进入孔设置在选择器主体中。进入孔可连接到控制流体源线路。清管器选择器还包括选择器的截面外壁，该截面外壁设置有多个控制流体孔，这些控制流体孔可连接到多条控制线路，进入孔与多个控制流体孔中的一者流体连接。

清管器选择器包括形成选择器元件和通道两者的可旋转通道元件，通道将进入孔与控制流体孔中的一者连接，选择器元件阻挡剩余的控制流体孔。可旋转通道元件的区段从选择器主体突出。

清管器选择器还包括扭矩桶或引导元件，该扭矩桶或引导元件在第一端部处开放并且在第二端部处连接到选择器主体或机罩，从而形成桶形或漏斗形元件。引导元件布置在选择器主体上，使得清管器选择器的可旋转通道元件的区段可突出到引导元件中。

可借助于通过清管器选择器的扭矩桶或引导元件提供的旋转机构来旋转可旋转通道元件。最后，控制流体的提供可借助于远程操作的控制流体阀来控制。

Claims (15)

1.一种清管器发射器(1)，所述清管器发射器包括清管器仓(2)、端盖(3)、连接器(7)和清管器发射控制系统，所述清管器仓(2)为管元件，其中两个或更多个清管器可被连续地布置成前端至后端，所述清管器发射控制系统包括两条或更多条控制线路(4)，所述两条或更多条控制线路与所述清管器仓流体连通，其特征在于所述清管器发射控制系统还包括清管器选择器(5)，所述清管器选择器具有一个入口(52)、两个或更多个出口(55、55')和可旋转选择器元件(18)，所述可旋转选择器元件(18)使得能够从所述入口(52)流体连通至所述两个或更多个出口中的一者，同时关闭剩余出口，所述一个入口(52)与控制流体源线路(9)流体连通，所述两个或更多个出口(55)各自与所述两条或更多条控制线路(4)中的一者流体连通，所述两条或更多条控制线路(4)中的每一者将控制流体提供至预先选择的清管器仓入口(44)，从而使得能够发射定位在所述清管器仓(2)中的两个或更多个清管器(25)中的一者。

2.根据权利要求1所述的清管器发射器(1)，其特征在于所述连接器(7)能够连接到管线(22)。

3.根据权利要求1所述的清管器发射器(1)，其特征在于所述端盖(3)是可移除的，以使得能够将清管器(25)填充到所述清管器仓(2)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的清管器发射器，其特征在于所述清管器选择器(5)包括外部非旋转选择器主体(10)和内部可旋转通道元件(57)，所述选择器主体(10)包括与所述控制流体源线路(9)流体连通的进入孔(12)和与所述两条或更多条控制线路(4)流体连通的两个或更多个控制流体孔(15、15')，所述可旋转通道元件(57)包括选择器元件(18)、通道(19)和可旋转杆(17)，所述通道(19)形成从所述进入孔(12)到所述两个或更多个控制流体孔(15、15')中的一者的通路，阻挡所述两个或更多个控制流体孔(15、15')中的剩余一者，所述通道借助于所述可旋转杆(17)定位。

5.根据权利要求4所述的清管器发射器，其特征在于所述可旋转杆(17)的区段从所述选择器主体(10)突出，从而使得所述内部可旋转通道元件(57)能够旋转。

6.根据权利要求4至5中的一项所述的清管器发射器，其特征在于所述选择器主体(10)上的机罩(11)覆盖所述内部可旋转通道元件(57)。

7.根据权利要求6所述的清管器发射器，其特征在于所述机罩(11)设置有入口毂部中的一者，所述入口毂部包括所述进入孔(12)，从而形成用于所述可旋转杆(17)的所述入口(52)或通路。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的清管器发射器，其特征在于引导元件(31)在第一端部处为开放的并且在第二端部处连接到所述选择器主体(10)或机罩(11)，所述引导元件(31)形成桶形或漏斗形元件，所述可旋转杆(17)突出到所述引导元件(31)中，从而使得所述可旋转杆(17)能够借助于被提供到所述引导元件(31)中的旋转机构来旋转。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的清管器发射器，其特征在于所述可旋转杆(17)借助于致动器远程操作。

10.根据权利要求9所述的清管器发射器，其特征在于所述致动器是电动操作的。

11.根据前述权利要求中任一项所述的清管器发射器，其特征在于所述清管器发射器借助于所述连接器(7)可移除地连接至管线。

12.根据前述权利要求中任一项所述的清管器发射器，其特征在于远程操作所述清管器发射器。

13.根据前述权利要求中任一项所述的清管器发射器，其特征在于借助于远程操作的控制流体阀(21)来控制对控制流体的提供。

14.使用根据前述权利要求中任一项所述的清管器发射器将至少一个清管器发射到包含流体流的管线中。

15.一种海底生产油田，所述海底生产油田包括根据权利要求1至12中任一项所述的至少一个清管器发射器。

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