软管以及加强软管中的失效检测制造技术

一种例如为柔性立管(10)的软管包括大致圆筒形的管状结构，管状结构在其外表面附近具有至少一个钢筋层(18,20)，该钢筋被包封在包括聚合物材料的管状层(30,32,34)内；该柔性软管还包括嵌在该管状层内的多个传感线圈(40)，每个这样的传感线圈是位于基本平行于相邻钢筋层(20)的平面中的扁平线圈，使得正交于扁平线圈(40)的平面的线圈的轴线相对于软管(10)沿径向方向延伸。每个这样的传感线圈(40)可以形成电子模块(35)的一部分，该电子模块还包含信号处理电路(41,42)和RF功率接收和数据传输电路(43)。当软管(10)的部分承受交变磁场时，可以分析来自传感线圈(40)的信号以推断出关于钢筋中的应力的信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软管以及加强软管中的失效检测
本专利技术涉及包括钢丝的柔性加强软管，以及用于检查或监控这些软管的方法，及用于检测软管内的钢丝的失效的方法。软管是指用于输送流体的柔性管状导管；并且通过在软管壁内提供钢丝或钢筋来加强某些类型的软管。钢丝或钢筋为软管提供一定刚度，但软管仍然是柔性的。例如，本专利技术适用于被称为柔性立管的软管类型。
技术介绍
柔性立管(flexiblerisers)用于将油气井连接到浮动生产平台，柔性立管是包括作为加强件的钢丝或钢筋(steelligaments)的柔性软管。一般地，这种立管连接到浮动平台上的转台(turret)，转台提供一定程度的旋转，或者以其它方式连接到浮动平台上的固定管道，并且柔性立管可以是数百或数千米长。这种柔性立管的失效会导致大量的油泄漏到环境中。已经发现，这种立管通常在立管连接到转台的点附近或在沿其长度的支撑点附近失效。该失效可能是由于立管外层损坏引起的腐蚀造成的，或者可能是由于立管在浮动平台的波动和旋转引起的最大力的点处承受的疲劳负荷。这种失效模式被识别，并且US7876096(MAPS技术有限公司)描述了一种检查这种立管以警告失效风险的方法，适用于原位连接到转台并且承载产品的柔性立管。如US7876096中所述，电磁探针可被用于检测加强线或加强筋中的应力，但是相邻筋之间的间隙使测量复杂化，这些间隙通常不均匀并且可能在使用期间变化。另外，为了降低这种类型的失效的风险，立管可以设置有与立管连接到转台的点相邻的强化套管(stiffeningsleeve)，并且该强化套管将妨碍该测量或检测过程。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种包括大致圆筒形管状结构的柔性软管，该管状结构包括靠近外部纵向延伸表面的至少一个钢筋层，该钢筋被包封在包括聚合材料的管状层内，其中，柔性软管还包含嵌在管状层内的多个传感线圈，每个传感线圈是位于与相邻钢筋层基本平行的平面内的扁平线圈，使得正交于扁平线圈的平面的线圈的轴线相对于管状结构沿径向方向延伸。每个这样的传感线圈必须连接到电路，由此可以检测或监测由线圈感测的信号。因此，每个线圈可以电连接到信号处理电路，用于放大和数字化来自线圈的信号。每个线圈可以例如安装在嵌在管状层内的柔性电路板上，所述电路板还承载用于放大和数字化来自线圈的信号的电路。信号处理电路还可以包括用于从射频电磁场或从交变磁场获得电力的电力接收电路，以及用于通过射频信号将数据传输到外部射频接收器的传输电路。电力接收电路还可以接收定时信息。这种电力接收电路和这种传输电路也可以包含在电路板上。提供这种电力接收电路和传输电路，结合信号处理电路，确保传感线圈能够在不与任何外部电路直接连接的情况下起作用。如同RFID设备，与传感线圈相关的电路可以从射频信号中获取电能和定时数据，放大并数字化来自线圈的检测信号，并可选择地将检测到的信号分解为同相(in-phase)分量和正交(quadrature)分量，以及然后通过射频信号将该数据传输到外部射频接收器。以与US7876096中描述的方式类似的方式，如果钢丝承受小于饱和的交变磁场(alternatingmagneticfield)，则可以根据来自传感线圈的信号确定钢丝中的应力。这需要使用至少一个驱动线圈来产生磁场，并且需要使用电流源向驱动线圈提供交流电以产生交变磁场；交变磁场应显著小于导致钢筋饱和所需的磁场。电流源可被布置为连续地(insuccession)提供多个不同的频率。根据表示当相邻钢筋承受交变磁场时由每个传感线圈感测到的磁通密度的信号，可以推导出对钢筋中的应力敏感的参数；以及从不同钢筋之间的该参数的任何变化，可以检测是否有任何钢筋断裂或过度张紧(over-stressed)。测量过程使得在软管或立管的操作期间能够监测每个钢筋中的应力。应力的测量允许计算钢筋内的疲劳损伤，并且更准确地估计软管或立管的剩余寿命。用作立管的柔性软管通常包括至少两个螺旋缠绕的钢丝层，有时包括更多层，并且失效模式通常涉及外部钢加强线或钢加强筋之一的疲劳断裂。当线或筋以这种方式失效时，剩余的完整线必须承受额外的负荷，因此其总应力增加。通过监测所有钢筋中的应力，一个或多个线或筋的失效将从测量的应力的变化中显而易见。在筋断裂的情况下，其应力将显著减小，并且可以检测到这种情况。一个区域中的应力的增大可能表明附近区域的筋失效。应力的增大也可能表明在表面更下方的加强元件之一发生失效。由于测量的是应力，因此沿着软管或立管从断裂的位置进行测量可达数米，因为线沿着其长度的数米将经历由于断裂引起的应力变化。因此，在第二方面中，本专利技术提供了一种监测或测量比如为立管的软管内的筋中的应力的方法，其中软管具有上述特征。在执行该方法时，施加交变磁场，该交变磁场必须在感测线圈附近具有至少沿径向方向(相对于立管)的分量，并且因此平行于感测线圈的轴线。交变磁场可以具有与立管内的线平行的分量，或者可以与线正交。在一种操作方法中，例如通过布置在感应线圈附近环绕软管或立管的至少一个驱动线圈，感测线圈附近的软管或立管承受交变磁场，该交变磁场部分地平行于软管或立管的该部分的纵向轴线。这可以利用轴向间隔开的两个驱动线圈，传感线圈是与两个驱动线圈相邻的线圈。替代地，可以有轴向间隔开的两个轭(yokes)，每个轭具有径向延伸的极靴(polepiece)。在可替代的操作方法中，在传感线圈附近的软管或立管在相对于立管的该部分的纵向轴线在径向的方向上承受交变磁场；这可以通过使用驱动线圈与具有径向延伸的极靴的铁磁轭的结合来实现，所述铁磁轭例如在相对的端部上具有径向延伸极靴的半圆形轭，使得极靴彼此在直径上相对。作为另一个例子，圆形轭可以布置成围绕软管或立管，所述轭设置有多个径向延伸的极靴，每个这样的极靴上具有驱动线圈。在这种情况下，可以通过在任何一个时刻激励一对驱动线圈、例如一对在直径上相对的驱动线圈，或者通过激励两个相邻的驱动线圈以及此外两个在直径上相对的驱动线圈来产生交变磁场。应力测量方法可以包括将来自传感器的信号分解(resolving)为与交变磁场同相的磁通密度(magneticfluxdensity)分量，以及与交变磁场正交的磁通密度分量，并且因此推导出基本不受剥离(lift-off)影响的应力依赖性参数；信号分析可以利用在交变磁场的几个不同频率下进行的测量。来自传感器线圈的信号优选地在分析之前被数字化。本专利技术的另一方面提供了一种用于结合在这种柔性软管中的电子传感器，该电子传感器包括至少一个传感线圈以及用于通过射频信号将数据传输到外部射频接收器的传输电路，该传感线圈连接到信号处理电路，用于放大和数字化来自线圈的信号，由此可以检测或监测由线圈感测的信号。信号处理电路还可以包括用于从射频电磁场或从交变磁场获得电力的电力接收电路。电力接收电路还可以接收定时信息。每个这种电子传感器可以安装在柔性电路板上，柔性电路板则可以嵌在柔性软管的管状层内。在一个实施例中，多个这样的电子传感器沿着带的长度结合，该带可以在软管的制造期间缠绕在软管的周边上，然后带被聚合物层覆盖。下面将主要在柔性立管的背景下描述本专利技术，但是应当理解的是，其适用于各种不同的软管，这些软管包括在聚合材料管状外层下面的一层或多层钢丝。这种加强的软管可以例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性软管(10)，包括大致圆筒形管状结构，所述大致圆筒形管状结构包括靠近外部纵向延伸表面的至少一个钢筋层(18,20)，所述钢筋被包封在包括聚合物材料的管状层(30,32,34)内，其中，所述柔性软管(10)还包括嵌在所述管状层(30,32,34)内的多个传感线圈(40)，每个这样的传感线圈(40)为位于基本平行于相邻钢筋层(20)的平面内的扁平线圈，使得与扁平线圈的平面正交的线圈的轴线相对于所述管状结构沿径向方向延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.22 GB 1607026.01.一种柔性软管(10)，包括大致圆筒形管状结构，所述大致圆筒形管状结构包括靠近外部纵向延伸表面的至少一个钢筋层(18,20)，所述钢筋被包封在包括聚合物材料的管状层(30,32,34)内，其中，所述柔性软管(10)还包括嵌在所述管状层(30,32,34)内的多个传感线圈(40)，每个这样的传感线圈(40)为位于基本平行于相邻钢筋层(20)的平面内的扁平线圈，使得与扁平线圈的平面正交的线圈的轴线相对于所述管状结构沿径向方向延伸。2.根据权利要求1所述的柔性软管(10)，其中，每个传感线圈(40)电连接到信号处理电路(41,42)，以用于放大和数字化来自所述线圈的信号，所述信号处理电路(41,42)也嵌在所述管状层(30,32,34)内。3.根据权利要求2所述的柔性软管(10)，其中，所述信号处理电路(41,42)包括用于从射频电磁场获得电力的电力接收电路，以及用于通过射频信号向外部射频接收器(48)传输数据的传输电路(43)。4.根据权利要求2或3所述的柔性软管(10)，包括嵌在所述管状层(30,32,34)内的多个电路板(36)，其中，每个传感线圈(40)安装在嵌在所述管状层(30,32,34)内的电路板(36)上，所述电路板(36)还承载用于放大和数字化来自所述传感线圈(40)的信号的所述信号处理电路(41,42)。5.根据权利要求4所述的柔性软管(10)，其中，每个电路板(36)承载单个传感线圈(40)。6.根据权利要求2至5中任一项所述的柔性软管(10)，其中，嵌在所述管状层(30,32,34)内的每个电路板(36)是柔性电路板。7.一种监测或检测柔性软管(10)内的钢筋中的应力的方法，其中，所述柔性软管(10)是如前述权利要求中任一项所述的柔性软管(10)，所述方法包括通过至少一个驱动线圈(54,61)和电流源(55)使所述感测线圈(40)附近的所述钢筋承受饱和以下的交变磁场，接收来自所述感测线圈(40)的数据，并且分析所述数据以提供关于所述钢筋中的应力的数据。8.根据权利要求7所述的监测或检测柔性软管(10)内的钢筋中的应力的方法，其中，来自所述传感线圈(40)的数据通过射频传输接收。9.根据权利要求7或8所述的监测或检测柔性软管(10)内的钢筋中的应力的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·麦卡锡，D·J·巴特尔，
申请(专利权)人：通用电气石油和天然气英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB