检测装置和方法制造方法及图纸

被配置为检测柔性管体内的缺陷的检测装置的第一实施例包括信号发生器、接收器、相关器和处理器。信号发生器被配置为耦合到第一和第二导电构件，该第一和第二导电构件至少部分地沿柔性管的长度延伸并且彼此电隔离以构成电力传输线，该信号发生器被配置为生成电测试信号并且将测试信号施加到第一和第二导电构件之间，该测试信号包括脉冲编码调制电信号。接收器被配置为耦合到第一和第二导电构件并且接收包括测试信号的反射的电返回信号。相关器被配置成将测试信号与返回信号相关联并确定相关信号。处理器被配置为检测相关信号的变化并确定所检测到的变化是否指示管缺陷。也公开了检测柔性管体内的缺陷的方法、管道装置以及形成管道装置的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。具体地，本专利技术涉及一种被配置为检测柔性管体内的缺陷的检测装置以及一种检测管体的缺陷或状态变化的方法。具体实施例涉及包括柔性管体和检测装置的柔性管、形成这样的柔性管的方法以及操作这样的柔性管的方法。本专利技术的某些实施例还被配置为检测管体的状态变化。
技术介绍
传统上，柔性管用于将诸如石油和/或天然气和/或水的产液从一个地点输送到另一地点。柔性管在连接海底位置(可以是深水区，比如1000米以上)与海平面位置时尤其有用。该管可具有通常高达约0.6米的内部直径。柔性管一般形成为柔性管体与一个或多个端部配件(end fitting)的组件。管体通常形成为构成含压导管的层状材料的组合。管结构允许大变形而不会引起在其寿命期间削弱管的功能性的弯曲应力。管体通常被构造为包括金属层和聚合物层的组合结构。在许多已知的柔性管设计中，管体包括一个或多个压力铠装层(armour layer)。在这样的层上的主要负荷由径向力形成。压力铠装层通常具有特定的横截面剖面以进行互锁从而能够保持并吸收由管道上的外部或内部压力产生的径向力。这样防止管由于压力而破裂或爆裂的绕线的横截面剖面有时被称为耐压剖面。当压力铠装层由螺旋状绕线形成的环状部件形成时，来自管道上的外部或内部压力的径向力使得环状部件展开或收缩，从而对线施加拉伸负荷。在许多已知的柔性管设计中，管体包括一个或多个可拉伸铠装层。在这样的可拉伸铠装层上的主要负荷是张力。在高压应用中(诸如在深水和超深水环境中)，可拉伸铠装层承受来自内部压力端盖负荷与柔性管的自支撑重量的组合的高拉伸负荷。由于这样的状态经历了延长的时间段，因此这能够导致柔性管发生故障。无粘结柔性管已用于深水(小于3，300英尺(1，005.84米))和超深水(大于3，300英尺)环境中。对石油的需求不断增加，这使得勘探发生在环境因素更极端的越来越大的深度。例如，在这样的深水和超深水环境中，海底温度增加了产液冷却至可能导致管堵塞的温度的风险。增加的深度还增加了与柔性管必须工作的环境相关联的压力。结果，对柔性管体的各层的高水平性能的需要增加。柔性管也可用于浅水应用(例如，小于约500米的深度)或者甚至用于岸上(陆上)应用。一种改进负荷响应并由此改进铠装层的性能的方式是由更厚且更坚固并因而更稳健的材料来制造这些层。例如，对于压力铠装层(其中，这些层通常由具有层互锁中的相邻绕组的绕线形成)，由更厚的材料来制造线导致强度适当地增加。然而，随着使用了更多的材料，柔性管的重量增加。最终，柔性管的重量会变成在使用柔性管时的限制因素。另外，使用越来越厚的材料来制造柔性管明显地增加了材料成本，这也是缺点。不考虑改进管体内的铠装层的性能而采取的措施，在柔性管内出现缺陷的风险仍然存在。缺陷可能包括对柔性管的外壁的损害，从而导致海水进入管体内的环状空间以使得海水填充管的铠装层线与其他结构元件之间的空隙。铠装层线和其他结构元件通常由钢或在与海水接触时易受加速的腐蚀影响的其它金属材料制造。如果没有及时检测到这样的缺陷，则会危害管体的结构完整性。检测缺陷以前经常需要目视检查管体，这可能是危险的，特别是对于深水和超深水安装。此外，如果任其发展，柔性管的某些状态变化(包括弯曲、破碎和大的温度变化)可能导致缺陷。之前通常仅通过目视检查来检测这样的状态变化。
技术实现思路
本专利技术的某些实施例提供了如下优点:能够检测管体内的缺陷而无需进行定期目视检查。接着，可以修复缺陷或者替换管体。可检测的缺陷包括柔性管的外壁的裂口(breach)以及海水进入管体环状空间。某些实施例也可以提供例如由于对管体施加的挤压或弯曲而导致的管体的状态变化或者沿管体的长度的温度变化的指示。根据本专利技术的第一方面，提供了一种检测装置，其被配置为检测柔性管内的缺陷，该检测装置包括:信号发生器，被配置为耦合到第一和第二导电构件，第一和第二导电构件至少部分地沿柔性管的长度延伸并且彼此电隔离以构成电力传输线，该信号发生器被配置为生成电测试信号并在第一和第二导电构件之间施加测试信号，该测试信号包括脉冲编码调制电信号；接收器，被配置为耦合到第一和第二导电构件，并且接收包括测试信号的反射的电返回信号；相关器，被配置为将测试信号与返回信号相关联并确定相关信号；以及处理器，被配置为检测相关信号的变化，并且确定所检测到的变化是否指示管缺陷。管道可用于石油和天然气开采时的高压用途信号发生器可被配置为生成包括随机或伪随机脉冲序列的测试信号。具体地，信号发生器可被配置为生成包括连续的脉冲编码调制电信号或脉冲编码调制电信号的突发脉冲(burst)的测试信号。处理器可被配置为检测相关信号的特征，并根据电力传输线的预定传播速度、根据对应于该特征的相关延迟来确定沿柔性管体的对应空间位置。该处理器可进一步被配置为确定相关信号的特征的幅度，并且确定电力传输线的特征的局部变化的对应幅度。处理器可进一步被配置为确定与该特征相关联的物理事件的性质。处理器可被配置为生成输出信号，该输出信号表示已检测到指示管体缺陷或管体的状态变化的相关信号变化。处理器可以还被配置为生成输出信号，该输出信号表不对于电力传输线的特征阻抗的局部变化的沿柔性管体的对应空间位置。根据本专利技术的第二方面，提供了一种检测柔性管内的缺陷的方法，该方法包括:将信号发生器耦合到第一和第二导电构件，第一和第二导电构件至少部分地沿柔性管的长度延伸并且彼此电隔离以构成电力传输线；在信号发生器处生成包括脉冲编码调制电信号的电测试信号；在第一和第二导电构件之间施加测试信号；将接收器耦合到第一和第二导电构件；接收包括测试信号的反射的电返回信号；将测试信号与返回信号相关联以确定相关信号；检测相关信号的变化；以及确定所检测到的变化是否指示管缺陷。根据本专利技术的第三方面，提供了一种管道装置，包括:管体，包括第一和第二导电构件，第一和第二导电构件至少部分沿管体的长度延伸并且彼此电隔离以构成电力传输线；端部配件，耦合到管体的至少一端；以及根据本专利技术的第一方面的检测装置，耦合到与柔性管体的端部耦合的端部配件，其中信号发生器耦合到第一和第二导电构件。至少一个导电构件可包括在管体结构内电隔离的、管体的金属结构构件。至少一个导电构件可包括延伸通过最内阻挡层和最外阻挡层之间的管体的适当导电带元件(例如，金属线或线缆)。一个构件可包括管的结构，例如层或铠装线，并且其他构件可包括与周围的结构元件电隔离的结构元件。管道装置可进一步包括第二检测装置，第二检测装置包括:阻抗监测器，耦合到至少部分沿管体的长度延伸的导电构件和与包围至少部分管体海水接触的海水电极，并且被配置为响应于施加到导电构件的电测试信号来以第一频率和第二频率测量导电构件与海水电极之间的阻抗；以及处理器，被配置为检测所测量的阻抗关于具有第一频率的电测试信号的变化，并且如果检测到所测量的阻抗的变化，则确定该变化是否指示管道缺陷，如果是这样，则通过比较以第一频率和第二频率所测量的阻抗来确定从海水电极到管缺陷的距离。构成传输线的第一和第二导电构件可包括管体的第一和第二金属结构构件，并且耦合到阻抗监测器的导电构件包括第一和第二金属结构构件中的一个。根据本专利技术的第四方面，提供了一种形成管道装置的方法，该方法包括:提供管体，该管体包括至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测装置，其被配置为检测柔性管内的缺陷，所述检测装置包括：信号发生器，被配置为耦合到第一和第二导电构件，所述第一和第二导电构件至少部分沿柔性管的长度延伸并且彼此电隔离以构成电力传输线，所述信号发生器被配置为生成电测试信号并在所述第一和第二导电构件之间施加所述测试信号，所述测试信号包括脉冲编码调制电信号；接收器，被配置为耦合到所述第一和第二导电构件，并且接收包括所述测试信号的反射的电返回信号；相关器，被配置为将所述测试信号与所述返回信号相关联并确定相关信号；以及处理器，被配置为检测所述相关信号的变化，并且确定所检测到的变化是否指示管缺陷。

【技术特征摘要】
2012.09.10 EP 12183754.61.一种检测装置，其被配置为检测柔性管内的缺陷，所述检测装置包括: 信号发生器，被配置为耦合到第一和第二导电构件，所述第一和第二导电构件至少部分沿柔性管的长度延伸并且彼此电隔离以构成电力传输线，所述信号发生器被配置为生成电测试信号并在所述第一和第二导电构件之间施加所述测试信号，所述测试信号包括脉冲编码调制电信号； 接收器，被配置为耦合到所述第一和第二导电构件，并且接收包括所述测试信号的反射的电返回信号； 相关器，被配置为将所述测试信号与所述返回信号相关联并确定相关信号；以及 处理器，被配置为检测所述相关信号的变化，并且确定所检测到的变化是否指示管缺陷。2.根据权利要求1所述的检测装置，其中所述信号发生器被配置为生成包括随机或伪随机脉冲序列的测试信号。3.根据权利要求1或权利要求2所述的检测装置，其中所述信号发生器被配置为生成包括连续的脉冲编码调制电信号的测试信号。4.根据权利要求1或权利要求2所述的检测装置，其中所述信号发生器被配置为生成包括脉冲编码调制电信号的突发脉冲的测试信号。5.根据前述权利要求中的任一个所述的检测装置，其中所述处理器被配置为检测所述相关信号的特征，并且根据对应于所述特征的相关延迟以及所述电力传输线的预定传播速度来确定沿所述柔性管的对应空间位置。6.根据权利要求5所述的检测装置，其中所述处理器还被配置为确定所述相关信号的特征的幅度，并且确定所述电力传输线的特性阻抗的局部变化的对应幅度。7.根据前述权利要求中的任一个所述的检测装置，其中所述处理器被配置为生成输出信号，所述输出信号表示已检测到指示管缺陷或柔性管的状态变化的相关信号变化。8.根据权利要求7或权利要求5所述的检测装置，其中所述处理器还被配置为生成输出信号，所述输出信号表示对于所述电力传输线的特性阻抗的局部变化的沿所述柔性管的对应空间位置。9.一种检测柔性管内的缺陷的方法，所述方法包括: 将信号发生器耦合到第一和第二导电构件，所述第一和第二导电构件至少部分地沿柔性管的长度延伸并且彼此电隔离以构成电力传输线； 在所述信号发生器处生成包括脉冲编码调制电信号的电测试信号； 在所述第一和所述第二导电构件之间施加所述测试信号； 将接收器耦合到所述第一和第二导电构件； 接收包括所述测试信号的反射的电返回信号； 将所述测试信号与所述返回信号相关联以确定相关信号； 检测所述相关信号的变化；以及 确定所检测到的变化是否指示管缺陷。10.一种管道装置，包括: 管体，包括第一和第二导电构件，所述第一和第二导电构件至少部分地沿所述管体的长度延伸并且彼此电隔离以 构成电力传输线；端部配件，耦合到所述管体的至少一端；以及根据权利要求1-8中的任一项所述的检测装置，耦合到与所述管体的端部耦合的端部配件，其中所述信号发生器耦合到所述第一和第二导电构件。11.根据权利要求10所述的管道装置，其中至少一个导电构件包括所述管体的金属结构构件。12.根据权利要求10或权利要求11所述的管道装置，其中至少一个导电构件包括沿最内阻挡层和最外阻挡层之间的管体延伸的带元件。13.根据权利要求10-12中的任一项所述的管道装置，还包括第二检测装置，所述第二检测装置包括: 阻抗监测器，耦合到至少部分地沿所述管体的长度延伸的导电构件和与围绕至少部分所述管体的海水接触的海水电极，并且被配置为响应于施加到所述导电构件的电测试信号来以第一频率和第二频率测量所述导电构件与所述海水电极之间的阻抗；以及 处理器，被配置为检测所测量的阻抗关于具有第一频率的电测试信号的变化，并且如果检测到所测量的阻抗的变化，则确定所述变化是否指示管缺陷，如果是这样，则通过比较以所述第一频率和所述第二频率所测量的阻抗来确定从所述海水电极到管缺陷的距离。14.根据从属于权利要求11的权利要求13所述的管道装置，其中构成所述传输线的所述第一和第二导电构件包括所述管体的第一和第二金属结构构件，并且耦合到所述阻抗监控器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗瑞·斯蒂芬·格拉哈姆，菲利普·爱德华·哈莱，威廉·詹姆斯·谢泼德，
申请(专利权)人：韦尔斯特里姆国际有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB