CN114981578A - 混合机械内衬管方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开的各方面涉及一种制作混合机械内衬管的方法及其装置，比如使用于卷起的管的操作的内衬管。在一个实施方式中，制作用于卷起的管的操作的内衬管的方法包括确定用于第一管接头的最小堆焊长度和设置第一管接头。第一管接头包括与第二端部相对的第一端部、中央开口和内表面。该方法包括用第一合金部段对第一管接头的内表面机械地进行内衬。该方法还包括在中央开口中和第一合金部段的两侧上对第二合金部段和第三合金部段进行堆焊，超过最小堆焊层长度以在卷起操作期间防止机械连接部段的过量形变。

Description

混合机械内衬管方法和装置

背景

技术领域

本公开方面涉及一种设计和制作混合机械内衬管的方法及其装置、比如用于卷管式铺设操作的内衬管。

背景技术

用于制作管道的内衬管的接头可以具有不同性质。当管道被弯曲时、比如在管道的卷起或退卷期间，管接头的不同性质在管道中可能导致内衬起皱。例如通过引起压力降、限制管道清理、和/或导致内衬破裂，起皱会产生操作性问题。

因此，存在对简单且具有成本效益的促进减少或消除内衬起皱的制作内衬管的方法的需求。

发明内容

本公开的各方面涉及一种设计和制作混合机械内衬管的方法及其装置、比如使用于卷管式铺设的内衬管。

在一个实施方式中，制作用于卷管式铺设操作的内衬管的方法包括确定用于第一管接头的最小堆焊长度和用于内衬操作的定位第一管接头。第一管接头包括与第二端部相对的第一端部、中央开口和内表面。该方法还包括在第一管接头的中央开口中布设第一合金部段和用第一合金部段对第一管接头的内表面机械地进行内衬。该方法还包括在中央开口中和第一合金部段的第一侧上堆焊第二合金部段。堆焊包括沿着第一长度将第二合金部段焊接到第一管件接头的内表面，第一长度大于或等于最小堆焊长度。

在一个实施方式中，混合机械内衬管包括卷轴和卷起在卷轴上的管道。管道包括一个或多个管接头。一个或多个管接头中的每个相应管接头都包括沿着第一长度焊接到该相应管接头的第一堆焊合金、沿着第二长度焊接到相应管接头的第二堆焊合金、机械地内衬到相应管接头的内衬。内衬布设在第一堆焊合金和第二堆焊合金之间。第一长度和第二长度中的每个都大于或等于最小堆焊长度，以减少或防止内衬的起皱。

在一个实施例中，管包括管接头、机械地内衬到管接头的内衬和焊接在管接头内的堆焊部。堆焊部具有大于或等于预定长度的堆焊长度，以防止内衬起皱。

附图说明

因此，其中可以详细地理解本公开的上述特征的方式可以通过参考实施例获得上面简要概述的本公开的更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，且因为本公开可允许其他同等有效的实施例，因此附图不应视为对范围的限制。

图1A是根据一个实施方式的被卷起到卷轴上的第一管接头和第二管接头的局部示意图。此局部示意图仅示出了两个连续的接头，该两个连续的接头是称作柄部(stalk)的长得多的接头组件的部分。若干柄部(stalk)可以接连在一起并卷起到卷轴上。

图1B是根据一个实施方式的在被焊接到第二管接头并卷起到卷轴上之前的图1A中示出的第一管接头的局部示意图。

图2A是根据一个实施方式的卷起系统的局部示意图。

图2B是根据一个实施方式的在海上管铺设操作期间的在海洋工程船以及在其上的图2A中示出的卷轴的局部示意图。

为了便于理解，尽可能地使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可以设想，在一个实施方式中公开的元件可以在其他实施方式中有益地利用而无需特定说明。

具体实施方式

本公开方面涉及制作用于卷管式铺设应用的内衬管的方法。本文公开的各方面在与卷起操作相关联的任何弯曲循环、比如管的卷起或退卷期间，有助于减少或消除在管内的内衬的内衬起皱。

图1A是根据一个实施例的被卷起到卷轴105上的第一管接头103和第二管接头101。卷轴105可以被称为绕线筒。第一管接头103、第二管接头101和一个或更多附加管接头可被卷到卷轴105上，而卷轴105放置在用于进行卷管式铺设的船上。管接头101、103可被卷到卷轴105上以形成卷起的混合机械内衬管。绕线筒可以是安装船舶的设备的可拆卸件或永久件。第一管接头103和第二管接头101可以是更长的管道的一部分。诸如第一管接头103和第二管接头101的管接头被卷到卷轴105上以形成卷起的管道装置。卷管式铺设操作可以使用船而在海上发生，并且可以包括管铺设操作，其中卷起到卷轴105的管接头101、103从卷轴105退卷并从船上铺设进大海，并朝向海床以被使用为诸如流动管或立管之类的油气设备的一部分。在管接头101、103从卷轴105退卷之后，流体流过管接头101、103。在一个示例中，流体包括诸如碳氢化合物之类的生产流体。在一个示例中，流体包括注射流体。卷起操作可以包括以下操作的全部或一些：将管卷到卷轴上、从卷轴退卷管、在对齐件上弯曲管、经过矫正器弯曲管、和/或反转和/或重复一个或多个前述操作。

第一管接头103包括在其第一端部的第一管接头部段113和在其第二端部的第二管接头部段111。第二管接头101包括在其第一端部的第一管接头部段109和在其第二端部的第二管接头部段107。第一管接头103的第二管接头部段111焊接到第二管接头101的第一管接头部段109。在开始第二管接头部段111和第一管接头部段109中的弯曲之前，第二管接头部段111焊接到第一管接头部段109。第一管接头部段113联接到卷轴105以开始对管接头的卷起。一个或多个附加的管接头(例如，管的柄部(stalk))可以卷到卷轴105上。在一个示例中，多个管接头焊接在一起以形成数千米长的管道，而该管道卷起到卷轴105上。

如图1A所述，第一管接头部段109和第二管接头部段111经受弯曲，同时被卷起到卷轴105上。由于第一管接头103和第二管接头101之间的可能的不同性质，第一管接头部段109和第二管接头部段111可以包括不同刚性。例如，第一管接头部段109和第二管接头部段111可以包括但不限于不同的制造公差、不同的管厚度、不同的直径、不同的机械性质(比如屈服强度和/或机械拉伸强度)

由于第一管接头部段109和第二管接头部段111之间的不同性质，布设在第一管接头103和/或第二管接头101的机械内衬合金可能起皱和变得至少部分地与103或101的母管分离。作为示例，不同弯曲刚度会导致第二管接头101的第一管接头部段109比第一管接头103的第二管接头部段111更弱。更弱的管接头部段109将比相邻且更强的管接头111弯曲更多。作为结果，更弱的管部段可能看到增加的弯曲应变。相对增加的弯曲应变导致了增加的内衬起皱风险。管经受弯曲的次数数量更大和弯曲的幅度更大均可以增加内衬起皱的风险。

根据本公开的方面，最小堆焊长度115(在图1B中示出)为了第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127而确定，使得第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127包含由于不同关键性质而暴露于增加的形变的管横截面。第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127的长度由可能暴露于增加的形变的最小堆焊长度115外加视作用于诸如切口和重新焊接之类的焊接过程余量的可选附加长度所限定。第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127的长度可以相应地比最小堆焊长度115更长。

最小堆焊长度115使用工程分析确定，该工程分析考虑了所有管性质变型和卷起过程参数。该分析限定了存在由于两个接连的管道之间性质错配的用于应用的不可接受起皱的风险的管道长度。在一个示例中，工程分析使用诸如有限元分析(FEA)之类的计算机建模软件。

在可以结合其他实施例的一个实施例中，最小堆焊长度115大于70mm。在一个示例中，最小堆焊长度115大于300mm。

在可以结合其他实施例的一个实施例中，在通过在测试台上模拟卷起操作的用于安装的管卷起之前，确定了用于确定最小堆焊长度115的合成形变。在模拟期间，模拟了第一管接头103和第二管接头101卷起到卷轴105上。在一个示例中，使用诸如有限元分析(FEA)软件的计算机建模软件进行卷起的模拟。卷起操作的模拟使用了第一管接头103、第二管接头101、卷轴105和诸如对齐件(在图2A和图2B中示出在塔216上)和铺设船的矫正器之类的其他设备的参数。在一个示例中，模拟对在卷起操作和/或退卷操作期间的第一管接头103和第二管接头101的弯曲进行了模拟。参数包括但不限于卷轴直径、管内径、管外径、管长度、管和内衬的材料性质(例如屈服强度和/或极限拉伸强度)、矫正器设置、卷起张力、卷起后张力、机械内衬厚度、机械内衬长度、堆焊厚度、和/或堆焊长度。

在可以结合其他实施例的一个实施例中，模拟包括模拟在所模拟的卷起期间的第一管接头103和/或第二管接头101的合成形变(比如合成应变)。采用临界形变(比如临界应变)，将合成形变使用于确定最小堆焊长度115。比较合成形变与临界形变，以确定最小堆焊长度115。在可以结合其他示例的一个示例中，所确定的最小堆焊长度115是在合成形变等于或小于临界形变时的堆焊长度。在一个示例中，为了管接头部段107、109、111和113中的每个而通过模拟卷起来确定合成形变，以确定使用于管接头部段107、109、111和113中的每个的最小堆焊长度115。

图1B是根据一个实施方式的在被焊接到第二管接头101并卷到卷轴105上之前的图1A中示出的第一管接头103的局部示意图。第一管接头103包括碳钢。第一管接头103包括母管130、中央开口117、和内表面119。第一管接头103包括延伸穿过第一管接头103的中心的纵向轴线121。第一管接头103包括布设在中央开口117中并轴向地与纵向轴线121对齐的第一内部内衬部段123。第一内部内衬部段123是包括了布设在中央开口117的管件的第一合金部段，该管件包括耐腐蚀合金。第一内部内衬部段123是机械地内衬在母管130的内表面119上的内衬。通过用加压流体对中央开口117施加压力以将第一内部内衬部段123机械地连接到内表面129，以将第一内部内衬部段123机械地内衬到内表面129。第一内部内衬部段123形变，以使得第一内部内衬部段123结合到内表面129。在第一内部内衬部段123机械地连接到内表面119之后，在第一内部内衬部段123的第一侧上将第二内表面内衬部段125堆焊在中央开口117中，而在第一内部内衬部段123的第二侧上将第三内表面内衬部段127堆焊在中央开口117中。第二内部内衬部段125是第二合金部段而第三内部内衬部段127是第三合金部段。第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127中的每个在第一内部内衬部段123的相对端部处邻接于第一内部内衬部段123。第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127中的每个均包括耐腐蚀合金。第二内部内衬部段125对应于第一管接头部段109(在图1A中示出)，而第三内部内衬部段127对应于第二管接头部段107(在图1A中示出)。

在图1B中示出的实施方式中，单个管接头103包括由内部内衬部段123、125、127内衬的母管130。第一内部内衬部段123是机械地内衬的，而第二内部内衬部段125与第三内部内衬部段127是堆焊的。

第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127中的每个均是堆焊合金。在第一内部内衬部段123机械地连接到内表面119之后且在通过卷起第一管接头103来开始弯曲之前，第二合金部段125和第三合金部段127焊接到内表面，以在合金部段125、127和内表面119之间产生冶金连接。第二内部内衬部段125沿着第一长度L1焊接到内表面119。第三内部内衬部段127沿着第二长度L2焊接到内表面119。第一长度L1和第二长度L2中的每个均等于或大于如上讨论所确定的最小堆焊长度115。最小堆焊长度115示出为和在图1B中的还没经受来自卷起的弯曲的第一管接头103一样的线性且为纵向。第一内部内衬部段123沿着第三长度L3机械地连接到内表面119。第一长度L1、第二长度L2和第三长度L3的每个均为线性且纵向的。第一长度L1、第二长度L2和第三长度L3的每个均平行于纵向轴线121和在图1B中被显示为线性且纵向的最小堆焊长度115。

本公开设想第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127可以在同一时间堆焊。本公开设想第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127中的一个可以在第二内部内衬部段125和第三内部内衬部段127中另一个的堆焊之前进行堆焊。

在可以结合其他实施例的一个实施例中，第一内部内衬部段123、第二内部内衬部段125和/或第三内部内衬部段127的耐腐蚀合金包括一种或多种以下材料：镍、铬、钴、钛、铁、钼、铜、铌、钽、碳、锰、硅、磷、硫、和/或铝。耐腐蚀合金有助于减少或消除流体(比如生产流体或注射流体)流经第一管接头103时对第一管接头103的腐蚀。在可以结合其他实施例的一个实施例中，第一内部内衬部段123、第二内部内衬部段125和/或第三内部内衬部段127的耐腐蚀合金包括不锈钢。

堆焊各自均大于最小堆焊长度115的第一长度L1和第二长度L2有助于减少或防止(被机械地内衬的)第一内部内衬部段123的起皱，而无需将第一内部内衬部段123冶金结合到内表面。因为对应于第三长度L3的第一管接头103的在卷起期间的合成形变没有暴露于由于第一管接头103和邻近部段之间的性质错配的增加形变，所以第一内部内衬部段123的起皱风险在弯曲期间减少或消除。使用最小堆焊长度115还有助于阻止内衬起皱，并避免或减少使用：更厚的管、更厚的内衬、卷起时的内部管压力、更严格的管公差、和禁止重新卷起的操作。因此，使用最小堆焊长度115有助于减少或防止内衬起皱，同时促进减少成本、减少操作时间、减少操作困难、减少船的有效负载、和改善流动特性的优势。

图2A是根据一个实施方式的卷起系统200的局部示意图。卷起系统200是卷管式铺设和卷轴基底系统。卷起系统200包括至少两个区域：第一岸上区域200A和邻近的第二船上区域200B。船上区域200B在海洋工程船290的船上。海洋工程船290是安装船(例如，管铺设船)。第一岸上区域200A包括邻近于岸上张紧件206的搭接模块202，岸上张紧件206可以邻近于接头涂装工位210。张紧件206还可以安装在海洋工程船290上。焊接操作发生在搭接模块202处。在一个示例中，管接头的焊接在搭接模块202处一起进行。可采用一个或多个岸上(或如所需地在海洋工程船290的船上)的辊子212(示出两个)，以使来自搭接模块202、岸上张紧件206、和部段涂装站210的管接头前进并朝向一个或多个船上辊子214，一个或多个船上辊子214是船上区域200B的部分。

图2B是根据一个实施方式的在海上管铺设操作期间的海洋工程船290以及在其上的图2A中所示的卷轴105的局部示意图。管道295从卷轴105退卷以朝向诸如在海床296上的油气操作位置之类的油气操作位置放出管道295。管道295通过从布设在海洋工程船290的卷轴105卸下(或退卷)管道295来放出。管道295包括预先焊接在一起并卷到卷轴105上的管接头。管道295从卷轴105卸下，并在对齐件上且穿过塔216被馈送，塔216可以包括矫正器和一个或多个张紧件。

图3是根据一个实施方式的制作用于卷筒式铺设操作的内衬管的方法300的示意图。方法300的操作301包括确定用于第一管接头的最小堆焊长度，而操作303包括定位第一管接头，以用于内衬操作。第一管接头包括与第二端部相对的第一端部、中央开口和内表面。操作305包括在第一管接头的中央开口中布设第一合金部段。操作307包括用第一合金部段机械地对第一管接头的内表面进行内衬。操作309包括在第一管接头中和在第一合金部段的第一侧上堆焊第二合金部段。堆焊包括沿着第一长度将第二合金部段焊接到第一管接头的内表面，第一长度大于或等于最小堆焊长度。

本公开的优势至少包括：使用重新卷起的能力、减少船的有效负载、成本节省、时间节省、改善流动特性、操作容易、和减少用于在制造公差之外的制造管的废弃。

本公开的各方面至少包括：堆焊长度等于或大于最小焊接长度；确定最小焊接长度；模拟合成形变(比如合成应变)；以及确定且使用临界形变(比如临界应变)以确定最小堆焊长度。可以设想，可以将本文所公开的方面中的一个或多个进行组合。此外，可以设想，这些方面中的一个或多个可以包括一些或所有的前述优势。

本公开设想用于第一管接头103的本文所述的方面可以实施用于第二管接头101和/或一个或多个附加管接头。

本领域技术人员可以理解的是，前述实施例是示例性和非限制性的。虽然前述内容描述了本公开的实施例，但在不脱离其基本范围的情况下可以设计出本公开的其他实施例和进一步的实施例。本公开意图将本领域技术人员在阅读说明书和研究附图时显而易见的所有修改、排列、增强、等同和改进都包括在公开范围之内。因此，以下所附权利要求书意图包括所有此类修改、排列、增强、等同和改进。本公开还设想，本文所描述的实施例的一个或多个方面可以被一个或多个所描述的其他方面所取代。

Claims (19)

1.一种制作用于卷管式铺设操作的内衬管的方法，包括：

确定用于第一管接头的最小堆焊长度；

定位所述第一管接头以用于内衬操作，所述第一管接头包括与第二端部相对的第一端部、中央开口和内表面；

在所述第一管接头的所述中央开口中布设第一合金部段；

用所述第一合金部段对所述第一管接头的所述内表面机械地进行内衬；以及

在所述中央开口中和在所述第一合金部段的第一侧上堆焊第二合金部段，堆焊包括沿着第一长度将所述第二合金部段焊接到所述第一管接头的所述内表面，所述第一长度大于或等于所述最小堆焊长度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述第一管接头焊接到第二管接头。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述第一管接头和第二管接头卷到卷轴上。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一合金部段和所述第二合金部段每段均包括耐腐蚀合金。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述耐腐蚀合金包括不锈钢、镍、铬、钴、钛、铁、钼、铜、铌、钽、碳、锰、硅、磷、硫或铝中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定最小堆焊长度包括模拟所述第一管接头的弯曲。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，模拟所述第一管接头的所述弯曲使用有限元分析(FEA)软件。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，模拟所述第一管接头的所述弯曲是基于一个或多个参数，并且所述一个或多个参数包括卷轴直径、管内径、管外径、管长度、管材料性质、内衬材料性质、矫正器设置、卷起张力、卷起反张力、机械内衬厚度、机械内衬长度、或堆焊厚度、或堆焊长度中的一个或多个。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，模拟所述第一管接头的所述弯曲包括模拟所述第一管接头的合成形变，并且决定所述最小堆焊长度还包括比较所述合成形变和临界形变。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述最小堆焊长度是在所述合成形变等于或小于所述临界形变处的堆焊长度。

11.一种混合机械内衬管装置，包括：

卷轴；以及

卷起到所述卷轴上的管道，所述管道包括一个或多个管接头，所述一个或多个管接头中的每个相应管接头包括：

第一堆焊合金，所述第一堆焊合金沿第一长度焊接到所述相应管接头，

第二堆焊合金，所述第二堆焊合金沿第二长度焊接到所述相应管接头，以及

内衬，所述内衬机械地内衬到所述相应管，接头且布设在所述第一堆焊合金和所述第二堆焊合金之间，并且所述第一长度和所述第二长度中的每个都大于或等于最小堆焊长度，以减少或防止所述内衬的起皱。

12.如权利要求11所述的混合机械内衬管装置，其特征在于，所述第一堆焊合金、所述第二堆焊合金和所述内衬中的每个均包括耐腐蚀合金。

13.如权利要求12所述的混合机械内衬管装置，其特征在于，所述耐腐蚀合金包括镍、铬、钴、钛、铁、钼、铜、铌、钽、碳、锰、硅、磷、硫或铝中的一种或几种。

14.如权利要求11所述的混合机械内衬管装置，其特征在于，所述最小堆焊长度大于300mm。

15.如权利要求11所述的混合机械内衬管装置，其特征在于，所述卷轴和卷起到所述卷轴上的所述管道布设在管铺设船上。

16.一种管，包括：

管接头；

机械地内衬到所述管接头的内衬；以及

焊接在所述管接头之内的堆焊部，所述堆焊部具有堆焊长度，所述堆焊长度大于或等于预定长度，以防止所述内衬的起皱。

17.如权利要求16所述的管，其特征在于，所述内衬和所述堆焊部中的每个均包括耐腐蚀合金。

18.如权利要求17所述的管，其特征在于，所述耐腐蚀合金包括镍、铬、钴、钛、铁、钼、铜、铌、钽、碳、锰、硅、磷、硫或铝中的一种或几种。

19.如权利要求16所述的管，其特征在于，所述预定长度大于300mm。

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