加热的海底管线和其制造方法技术

海洋水下管线（２０１）与海水电绝缘，由流经管线的交流电加热，交流电源（２１２）接地到周围海水（２０６）。于最终目的地就位前，绝缘材料在管线或管束组装长度段和模之间进行浇铸，模围绕组装长度段是连续的或是直接相接的。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交变电流电加热的管线和绝缘海底管线的方法，交变电流流经用防水涂层与海水绝缘的导电管线，特别涉及，在管子焊接在一起后，施加隔热材料的方法，因此避免在深海中铺设管线时造成的各种麻烦。从海底油气层生产海洋油气时，越来越多地采用“水下”或“补偿”生产技术。该技术使用称为“输油管线”的海底管线，它在海底的井口和象附近平台的集油站间的较短路线上铺设。由于种种原因，采取措施保持在海底输油管中流动的流体的高温常常是有益的或必须的，一种作法是附加绝缘层，保持在生产出的流体中存在的热量。因为这些输油管线一般是又细又短，并常在深海中，由卷筒式铺管船进行安装常比依靠在甲板上将管节串接在一起的铺管船安装快速节省。然而，进行卷盘，由于复合材料管的刚度，除了在小输油管上以外，不能使用与绝缘填料环同心的管。为了绝缘滚筒铺设的管，业已使用各种塑料，橡胶或泡沫塑料涂层，但是，这些材料单位体积的成本较高，同时比在同心管结构设计中用的常规的绝缘材料的导热性高。因为多个输油管线常沿相同的短路线铺设，在陆地上将输油管串联，将几个管线的一束拖到海上会较廉价，特别是在需要绝缘时。这些管束通常组装在一个起减少海底重量，以及在行程中保护输油管的作用的“输送”管中。管束可以被拖到控制深度的海底之上，其中管束的重量准确地控制，使得很接近浮力，或可保持在仅稍重于浮力，使得它处在没有太大的阻力的可移动的底部。在任何情况中，管束的水下重量必须在拖动时保持在窄的范围内。在控制深度的拖动方法中，在输送管和输油管束间的空的间隔一般填充压载，当管束到达目的地时，使管束下沉。液体或部分是固体的泥浆起绝缘和压载的综合作用。沿着海床拖动的管束，通过填充输油管本身形成的附加压载会是足够的。在这时，廉价的，常规绝缘材料被装在输油管束和套管间的干燥的空间中。这些绝缘材料比在盘卷管线上使用的海底绝缘材料有效，廉价。在需要绝缘的情况下，这被认为是安装输油管束方法的重要优点。在一些情况中，用拖动输油管线还是用盘卷管船分开地铺设它们，这是决定的因素。在套管内包装管束的一个缺点是，在很深的水中，为了使套管不致在静水压下压溃，需要的管壁厚度使得难于达到要求的浮力。将套管用氮加压，在一些情况中，这个缺点已被克服，但是由于氮本身的成本，以及填充套管所要的填充装置和时间，加压也附加了成本。在这个方法中的浮管也比为了附加要求的浮力要求的大，因为套管的体积的部分被输油管束占据。如果输油管在浮力管外，这一空间不影响浮力。这种方案的另一个缺点是，需要某种类型的拖动系统，使得输油管束被拉入到套管中。将这样预制长度的管束连接到已经在水中的另一个管束是相当困难的。确切地说，因为这一困难，大多数的被拖动的管束是在陆上的一个单独部分中制造。这要求前面是海滩的很长的陆地部分。在过去，大部分海底管线绝缘层是在一个将管离串连在一起的地点远的工厂施加到管上，用一个单独的工艺过程对现场对接接头上的小间隙进行涂覆。近来，当管盘卷时一些绝缘涂层被挤压到管上。绝缘层也在现场装到被拖动的管束上。在至少一个情况中，在管束被拖到进入套管前，预铸造的泡沫塑料件安到管束周围，然后管束沿底部被拖动。用控制深度拖动法安装多于一个管线时，管束到达目的地后，液体或凝胶或固化的泥浆被泵压到管线管和套管间的空间中。防压溃外套对所有这些被拖动的管束是必需的。增加绝缘材料的厚度的益处随着它的厚度的增加减少，但减小一定厚度的绝缘材料的传导率的益处相反地直线增加。因此，当将一种方法施加的低传导率的材料与不同方法施加的高传导率的材料的优点比较时，不可能笼统概括。对于长的管线，加以足够的绝缘层以达到希望的结果会是不实际的。在其他情况，用低传导性材料，而不是高传导性材料，充分的绝缘会是实际的。在此两种情况中，通过附加比在生产的流体中含有的热量更多的热量，可增加实际长度。加热也可能是有用的和经济有效的，即使操纵管线不是必须的。和管线中流体冷却相关的诸多问题由于流动条件的改变是临时性质的。某些绝缘的管线输送的材料会在流动停止时凝固或转变成蜡，但在满流量时它又会通过管线，足够快地被运送，从而避免冷却问题。这时，管线必须在关闭后用不同的流体快速地清扫。绝缘层可以用于足够地减慢热量损失，使得在非计划的关闭中，有时间冲洗管线，但加热管线的能力可以提供一个无限的“关闭窗口”，而不必冲刷管线。另一类型的临时流动状态是发生在输送海洋油井油气的输油管中的流速降低。因为温度降取决于流体在管线中的时间长度，在流速减小时，温度损失加大。在这时，直到接近油气井寿命的终点，加热的峰值功率需要或许不发生，这意味着大的加热消耗延期。如果以较低的消耗安装效果差的绝缘系统，那么，加热和绝缘的综合效果会比一个较有效的绝缘系统的消耗低。与温度相关的问题不是全部可以预计的，所以用非加热的管线必须预先估计最坏的情况。可以操纵加热管线进行足够加热，以适应实际需要。可以通过热连接到管线的分开的加热管泵压热水或蒸汽加热管线。ONE石油公司计划将水下绝缘层加到套管外，使得热水可通过套管和管线束间的空间泵压。绝缘层将加到套管外。在无可利用的废热时，通常电加热比流体伴热经济有效，但由于使用高功率水下加热的复杂性，电加热很少用于海上。电加热管线的最老方法之一是用管线本身作为阻抗加热元件。对于磁性材料的管线，由于在管壁中的自感涡流，交流电倾向于接近管的外表面流动。如果管壁厚，这能够有效地将电流与管内的流体隔开，因此即使在管线内流的流体有某种程度的导电性时，这个方法也可使用。这个方法虽然原理简单，但具有取决于情况的几个缺点。因为钢管的电阻低，需要高电流产生足够的热，来显著提高流体温度。除了电阻低外，在回路中损失相当大的电能。这要求大的回路电缆，基本上不可能与地成为回路。而且，一般用于绝缘陆地管线的材料没有设计用作电绝缘器，并不适于绝缘高电压。因此工业标准将所述电压限制到对人没有危险的水平。这样可有效地将这个加热方法限制在比一般使用在海底的管线要短的管线中。用于克服这些问题的一个方法是，在一个或多个用作导管的小管中感应加热一个电导体，所述电导体输送高压交流电。导管和管线连接，并作为电流回路。在导管中感应产生热量，但使得电流在一个单独的导体外表面上流动的同样的集肤效应现象，使得电流在以相反方向输送电流的同轴导体的磁性外导体内面上流动。因此这个方法绝缘了管线内外面，允许高电压加热导电的流体，没有电击的危险。这在美国专利3,617,699；3,777,117和3,975,617中说明，并称为集肤效应伴热。它在陆上通常使用，并在至少一个海洋管线上使用。在该管线中，加热管预先安装在各接头上，在管接头上，较大尺寸的同心管从端部安装，包裹泡沫绝缘层。每个管接头容纳一个接线盒，在两个管连接后，它可连接海洋加热管和电线。在接头上安装分开的套筒并焊接。因为在铺设管线时管在水下焊接，这个费时的工艺过程是很昂贵的。美国专利5,241,147提出用一个磁场在管中感应加热，寻求解决这些安装问题，磁场是由交变电流通过在绝缘层外设置的导线建立的。然而，这会使电线易于损坏。美国专利3,975,617中导体设在管子附近，起在管子中感应加热和向生产设备输电的综合作用。美国专利5,241,147中，用在海上用的柔性的管中的钢绕组作为直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
海上管线包括：ａ）管子；ｂ）涂层，涂层将所述管子与海水电绝缘；ｃ）一交流加热电路，电路包括通过水下电极与周围海水串接的交流电源和所述管子；和ｄ）一热绝缘涂层，它可以但不一定与电绝缘涂层相同，其特征在于，由流经所述管子的交流电流产生的热量用于改善通过所述管线的流体流动。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦R萨姆纳，
申请(专利权)人：格伦R萨姆纳，
类型：发明
国别省市：US[美国]