本發(fā)明公開的具體實施例涉及用于去除沉積物的系統(tǒng)、單元及方法，尤其是去除海底管道中的沉積物的系統(tǒng)、單元及方法。

背景技術(shù)：

在海底碳氫化合物的開采和運輸過程中，當管道與較冷的環(huán)境接觸后，會在管道的內(nèi)壁上形成沉積物。所述沉積物可能包括水合物、蠟狀物、瀝青質(zhì)、有機鹽、無機鹽，或者它們的組合。隨著沉積物在管道內(nèi)壁上越積越多，管道的流量可能會逐漸減小，因此會降低管道內(nèi)流體的傳輸效率。目前，管道內(nèi)沉積物的抑制和去除問題是海底石油開采和運輸領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，有一個方法是將管道加熱到一個可以減少或抑制沉積物形成的溫度。然而對管道進行加熱需要消耗額外的能量，所以這種方法會大大增加運營成本。

另一個現(xiàn)有的方法是將一個機械清管器放置到管道中，清管器在管道中行進的過程中可以清除沉積物。通常，所述清管器是由流經(jīng)所述管道的產(chǎn)出流體驅(qū)動的。這樣，所述清管器的移動速度和移動方向就分別由產(chǎn)出流體的流速和流向決定。然而，產(chǎn)出流體的流速和流向是很難控制的，因此，這種方法無法對清管器進行有效的控制。

因此，需要提供一種新的用于去除管道中沉積物的方法、單元及系統(tǒng)來解決至少一個上述的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個方面在于提供一種耦合于上游管道和下游管道之間的用于去除沉積物的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括冷卻單元和至少一個沉積物去除單元。所述冷卻單元包括浸沒在冷卻介質(zhì)中的導(dǎo)熱管道，所述導(dǎo)熱管道用于耦合在所述上游管道和所述下游管道之間，烴類流體從所述上游管道經(jīng)由所述導(dǎo)熱管道流向所述下游管道，所述導(dǎo)熱管道用于從所述烴類流體傳導(dǎo)熱量，。所述沉積物去除單元包括清管器和環(huán)路。所述清管器可在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)沿所述導(dǎo)熱管道的縱軸滑動，用于去除附著在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)表面上的沉積物。所述環(huán)路用于產(chǎn)生磁力，所述磁力足以驅(qū)動所述清管器沿著所述導(dǎo)熱管道的縱軸滑動。

本發(fā)明的另一個方面在于提供一種去除沉積物的方法。所述方法包括使來自上游管道的烴類流體流經(jīng)浸沒在冷卻介質(zhì)中的導(dǎo)熱管道，以冷卻所述烴類流體；及用沉積物去除單元去除附著在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)表面的沉積物。所述沉積物去除單元包括可在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)沿所述導(dǎo)熱管道的縱軸滑動的清管器，及用于產(chǎn)生磁力的環(huán)路，所述磁力足以驅(qū)動所述清管器滑動。所述去除的步驟包括給所述環(huán)路通電來產(chǎn)生所述磁力，及通過所述磁力來驅(qū)動所述清管器沿所述導(dǎo)熱管道的縱軸在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)滑動以刮除所述沉積物。

本發(fā)明的又一個方面在于提供一種用于去除管道內(nèi)沉積物的沉積物去除單元。所述沉積物去除單元包括清管器和環(huán)路。所述清管器能在所述管道內(nèi)沿所述管道的縱軸滑動，其用于去除附著在所述管道內(nèi)表面的沉積物。所述環(huán)路用于產(chǎn)生磁力，所述磁力足以驅(qū)動所述清管器沿所述管道的縱軸滑動。

附圖說明

當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面及優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中用于表示相同的部件，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例的用于去除沉積物的系統(tǒng)的部分剖 視圖，其中，為了清楚起見，所述系統(tǒng)中的沉積物去除單元用立體圖表示；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例的沉積物去除單元的剖視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例的沉積物去除單元的剖視圖；

圖4是圖3中的清管器的示意圖；

圖5是圖4中的清管器沿平面A的剖視圖，其中，所述平面A經(jīng)過所述清管器的中心軸；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例的清管器的徑向剖視圖；

圖7也是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例的清管器的徑向剖視圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例的冷卻單元的示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例的冷卻單元的示意圖；及

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例的去除沉積物方法的流程圖。

具體實施方式

以下將描述本發(fā)明的一個或者多個具體實施方式。首先要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目的過程中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，或者為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行的一些設(shè)計，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當理解為本發(fā)明公開的內(nèi)容不充分。

除非另作定義，在本說明書和權(quán)利要求書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學術(shù)語應(yīng)當為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。 本說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”或者“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！盎蛘摺卑ㄋ信e的項目中的任意一者或者全部?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。

本發(fā)明的具體實施例一方面涉及可以廣泛應(yīng)用于海底輸油管道的一種用于去除和抑制沉積物系統(tǒng)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一具體實施例的用于去除沉積物的系統(tǒng)10的示意圖。參見圖1，系統(tǒng)10包括冷卻單元11和設(shè)置于冷卻單元11內(nèi)的至少一個沉積物去除單元13。

冷卻單元11用來接收和冷卻來自上游管道31的烴類流體12。冷卻單元11包括浸沒在冷卻介質(zhì)112中的導(dǎo)熱管道111。導(dǎo)熱管道111用于耦合在上游管道31和下游管道32之間，例如，導(dǎo)熱管道111可通過一個或多個連接件耦合在上、下游管道之間。在一些實例中，導(dǎo)熱管道111通過第一連接件301和第二連接件303分別與上游管道31和下游管道32連接。冷卻介質(zhì)112可以為海水，或者任何其它適合的對導(dǎo)熱管道111腐蝕性比海水小的冷卻劑，例如：丙三醇和乙二醇。冷卻介質(zhì)112可能被收容于一外罩113中。

所述烴類流體12從上游管道31經(jīng)由導(dǎo)熱管道111流向下游管道32，導(dǎo)熱管道111用于向外傳導(dǎo)烴類流體12的熱量。在這一冷卻過程中，由于導(dǎo)熱管道111的管道中心到管壁存在溫度梯度，在導(dǎo)熱管道111的內(nèi)表面上可能形成沉積物135。在一些具體實例中，用冷卻單元11將烴類流體12冷卻至環(huán)境海水溫度。這里提到的“環(huán)境海水溫度”是指下游管道周圍的海水溫度。這樣，當烴類流體從冷卻單元11中流出至下游管道32中時，烴類流體12的溫度大致等于環(huán)境海水溫度。因此，下游管道的管道中心至管壁間基本 不存在溫度梯度。值得注意的是，一般認為從管道中心到管壁的溫度梯度是沉積物的主要成因。

對導(dǎo)熱管道的幾何形狀沒有限制。例如，管道可以為圓柱形管或方形管。此外，管道可以被排布成不同的幾何結(jié)構(gòu)。例如，如圖8所示，在一個與系統(tǒng)10相似的系統(tǒng)50中，浸沒在冷卻介質(zhì)512中的管道511包括多個U形彎曲部514。在另一個具體實例中，如圖9所示，在一個與系統(tǒng)10相似的系統(tǒng)60中，浸沒在冷卻介質(zhì)612中的管道611被彎曲成螺旋形。

繼續(xù)參見圖1，沉積物去除單元13用于去除形成于導(dǎo)熱管道111內(nèi)表面的沉積物135。被去除的沉積物與烴類流體12混合形成漿體40被運輸至下游。漿體40在下游管道32中不會進一步沉積，因為冷卻單元11已經(jīng)消除了下游管道的管道中心至管壁的溫度梯度。值得注意的是，所述沉積物去除單元13可以用于任何內(nèi)表面有沉積物的管道或管道的一部分。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例的沉積物去除單元13的示意圖。參見圖2，沉積物去除單元13包括可在導(dǎo)熱管道111內(nèi)滑動的清管器133，以及環(huán)路17。當給環(huán)路17通電時，環(huán)路17能夠產(chǎn)生一個足以驅(qū)動清管器133沿著導(dǎo)熱管道111的縱軸滑動的磁力，以去除沉積物135。

在一個具體實例中，環(huán)路17和清管器133以類似于軌道炮的方式互相配合一起工作。在軌道炮中，與拋射體耦合的電樞可在磁力的驅(qū)動下沿兩根金屬軌道滑動。參見圖2，環(huán)路17包括第一、第二導(dǎo)電軌道171、172及電耦合在兩根導(dǎo)電軌道171、172之間且可沿兩根導(dǎo)電軌道171、172滑動的滑桿173?；瑮U173與清管器133耦合。第一和第二導(dǎo)電軌道171，172的工作方式與軌道炮中的兩根金屬軌道的工作方式類似，滑桿173的工作方式與軌道炮中電樞的工作方式類似。清管器133由滑桿173驅(qū)動就類似于軌道炮中的拋射體由電樞驅(qū)動?；瑮U173是由導(dǎo)電材料制成，例如：金屬。清管器133可能由導(dǎo)電材料制成，也可能由非導(dǎo)電材料制成。

兩根導(dǎo)電軌道171和172設(shè)置于導(dǎo)熱管道111的內(nèi)部且大致平行于導(dǎo) 熱管道111的縱軸。在一些實施例中，兩根導(dǎo)電軌道171、172設(shè)置于導(dǎo)熱管道111的內(nèi)表面上。第一電導(dǎo)電軌道171具有兩個端子191和193。第二電導(dǎo)電軌道172有兩個端子192和194。在一些實施例中，當一個電源(未示出)的正極與端子191相耦合，且該電源的負極與端子192相耦合時，電流I從所述電源的正極流入第一導(dǎo)電軌道171，接著經(jīng)由滑桿173流向第二導(dǎo)電軌道172，最后流回所述電源的負極。電流I使得環(huán)路17具有電磁鐵的功能，以在環(huán)路17的內(nèi)側(cè)生成磁場B。根據(jù)右手法則，磁場B垂直于由兩個導(dǎo)電軌道171、172的中心軸與滑桿173形成的平面，且其方向符合右手法則。由于滑桿173中存在電流I，磁場B會對滑桿133產(chǎn)生洛倫茲力F，來使滑桿173和清管器133在兩根導(dǎo)電軌道上加速?；蛘?，電源也可以耦合在端子193和194之間來給環(huán)路17供電，這樣，會產(chǎn)生與上述洛倫茲力F方向相反的洛倫茲力。

洛倫茲力的大小與環(huán)路17中的電流強度的大小成正比，洛倫茲力的方向可以由電源的連接位置來控制(連接在端子191與192之間，或連接在端子193和194之間)。這樣，清管器的移動方向和移動速度均能夠被有效地控制。

在一些實施例中，在導(dǎo)電軌道的至少一部分表面上涂覆陶瓷涂層，例如：熱障涂層，以減少通電的導(dǎo)電軌道和流經(jīng)管道的烴類流體之間的熱接觸。由于陶瓷涂層一般是不導(dǎo)電的，將導(dǎo)電軌道的所有表面都覆涂陶瓷涂層將會使導(dǎo)電軌道和滑桿之間的電連接失效。因此，在一些具體實例中，為了保證導(dǎo)電軌道和滑桿之間的電連接，導(dǎo)電軌道上會保留不涂覆非導(dǎo)電涂層的裸露的部分，滑桿可在該裸露部分上滑動。在一個特殊的實施例中，導(dǎo)電軌道的表面上除了滑桿在導(dǎo)電軌道上滑動時的接觸部分外，其余部分均涂覆陶瓷涂層。裸露/未涂覆部分大致為沿導(dǎo)電軌道縱向延伸的長條形。

在一些實施例中，清管器是導(dǎo)電的，可作為環(huán)路的一部分。在這種情況下，磁力直接施加在清管器上來驅(qū)動清管器移動。例如，圖3示出了與圖 2中的沉積物去除單元13相似的沉積物去除單元14，只是沉積物去除單元14不包括用來驅(qū)動清管器的滑桿(如圖2所示的滑桿173)。參見圖3，沉積物去除單元14包括與導(dǎo)熱管道111的縱軸大致平行設(shè)置的第一和第二電導(dǎo)電軌道181和182，以及電耦合在導(dǎo)電軌道181和182之間的清管器143。清管器143可沿導(dǎo)電軌道181和182滑動。環(huán)路18由導(dǎo)電軌道181和182、清管器143和用于給環(huán)路18供電的電源(未示出)組成。由通電環(huán)路18產(chǎn)生的洛倫茲力直接施加在清管器143上，以驅(qū)動清管器143沿著兩根導(dǎo)電軌道181和182滑動從而去除沉積物145。

繼續(xù)參見圖3，清管器143的外表面可與導(dǎo)熱管道111的內(nèi)表面相匹配。這樣可使清管器143和導(dǎo)熱管道111之間的接觸面積最大化，從而提高刮除效率。

清管器143定義了一個流道144，用于使導(dǎo)熱管道111中的烴類流體通過。流道144可以為任意形狀和尺寸。根據(jù)圖3和圖4所示的實施例，清管器被配置成空心圓柱體狀。這樣能夠使流道144最大化，從而減少清管器143所承受的來自流體的阻力。參見圖4，清管器143呈環(huán)狀。在一些具體實施例中，清管器143的外徑與導(dǎo)熱管道111的內(nèi)徑大致相等。

圖5是圖4中的清管器143沿平面A的剖視圖，其中，平面A通過清管器的中心軸149。參見圖3和圖5，清管器143具有至少一個抵在導(dǎo)熱管道111內(nèi)表面上的銳角部148，用于去除內(nèi)表面上的沉積物145。特別地，圖5展示了兩個關(guān)于中心軸149對稱且形狀相同的清管器143的軸向截面146、147。每個軸向截面都為梯形，且所述梯形的兩個銳角部148靠于所述導(dǎo)熱管道111的內(nèi)表面上。與軸向截面為長方形的空心圓柱清管器相比，軸向截面為梯形的空心圓柱清管器，因其具有尖銳的邊緣，所以更加容易插入到沉積物145與導(dǎo)熱管道111的內(nèi)表面之間，從而將沉積物135從內(nèi)表面上分離。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施例的清管器153的徑向剖面示意圖。與圖4所示的清管器143相似，清管器153為空心圓柱體，并且定義了 流道154。此外，清管器153包括至少一個攪拌板155橫跨于流道154內(nèi)。攪拌板155用于攪動流經(jīng)流道154的烴類流體，從而加速冷卻。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施例得到的清管器163的徑向剖面示意圖。與圖4所示的清管器143相似，清管器163為空心圓柱體，并且定義了流道164。清管器163包括至少一個旋轉(zhuǎn)葉片166，其可旋轉(zhuǎn)地跨接于流道164內(nèi)。當烴類流體流經(jīng)清管器163時，旋轉(zhuǎn)葉片166繞著葉片軸167轉(zhuǎn)動。這樣，旋轉(zhuǎn)葉片166可攪動流經(jīng)流道164的烴類流體，從而加速冷卻并且提高冷卻效率。

再一次參見圖1，多個如前所述的沉積物去除單元13沿導(dǎo)熱管道111連續(xù)排布。每一個沉積物去除單元13對應(yīng)于導(dǎo)熱管道111的一部分，用于去除其對應(yīng)部分的管道內(nèi)表面上的沉積物。這樣，每一個沉積物去除單元13的導(dǎo)電軌道的長度可以被縮短，從而能夠減少因?qū)щ娷壍赖碾娮璁a(chǎn)生的能量損耗。

另一方面，本發(fā)明的實施例涉及去除沉積物的方法，該方法至少通過消除海底管道的從管道中心到管壁的溫度梯度的方式來抑制沉積物。

如圖10所示為根據(jù)本發(fā)明一具體實施例的去除沉積物的方法20。所述方法20包括步驟21-24，下文將會詳細描述。

在步驟21中，通過使來自上游管道的烴類流體流經(jīng)浸沒在冷卻介質(zhì)中的導(dǎo)熱管道，來冷卻所述烴類流體。在一些實施例中，所述烴類流體被冷卻至環(huán)境海水溫度，即：圍繞在下游管道周圍的海水的溫度，目的是為了減小或消除下游管道的從管道中心到管壁之間的溫度梯度。在步驟21中，可能會在導(dǎo)熱管道的內(nèi)壁上形成沉積物。

步驟22-24展示了通過沉積物去除單元來清除所述沉積物的步驟。所述沉積物去除單元包括能在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)沿所述導(dǎo)熱管道的縱軸滑動的清管器，及用于產(chǎn)生磁力的環(huán)路，所述磁力足以驅(qū)動所述清管器滑動。在步驟22中，給所述環(huán)路通電以產(chǎn)生磁力。在步驟23中，通過所述磁力來驅(qū)動所 述清管器沿所述導(dǎo)熱管道的縱軸在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)滑動，以刮除附著在所述導(dǎo)熱管道內(nèi)表面的沉積物。

所述被刮除的沉積物與所述烴類流體混合形成漿體。在步驟24中，在所述環(huán)境海水溫度下向下游傳輸所述漿體。這樣，所述漿體在所述下游管道中不會沉積，因為所述下游管道的管道中心到管壁之間的溫度梯度已被消除。

本發(fā)明所描述的具體實施例，在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)改變各種可能的等價物體或者替換等價元素的工藝都在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。此外，在不背離本發(fā)明基本范圍的情況下，可以使用多種修改來適應(yīng)特定的情況和特定的材料。因此，本發(fā)明不僅僅限于文中所公開的本發(fā)明的最佳實施方式，所有符合權(quán)利要求的實施例都應(yīng)屬于本發(fā)明包括的范疇。