專利名稱：一種深水海底管道止屈器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種止屈器，特別是關(guān)于一種與深水海底管道相連接的止屈器。
背景技術(shù)：
海底管道是海洋石油工程中重要的油氣輸運(yùn)方式，它的安全運(yùn)營(yíng)是確保海上油氣生產(chǎn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。深水海底管道由于其鋪設(shè)海域水深較大，將承受巨大的靜水壓力。深水管道平鋪在海床上可能會(huì)遭受錨等重物下落的撞擊，這將造成自身的幾何缺陷；深水的低溫環(huán)境與管內(nèi)輸送熱油液構(gòu)成管道內(nèi)外溫差，會(huì)使管道產(chǎn)生軸向變形；鋪管過(guò)程中不合理的操作可能會(huì)引起垂彎段彎矩過(guò)大；特殊海洋環(huán)境以及輸送液體對(duì)管道可能構(gòu)成局部腐蝕。以上種種因素都可能引發(fā)深水管道的局部屈曲壓潰。當(dāng)管道發(fā)生局部屈曲壓潰后，若外
水壓超過(guò)一定壓力，管道的壓潰形態(tài)將沿管長(zhǎng)方向向兩邊傳播開來(lái)，造成整條管道的破壞，這種現(xiàn)象就是屈曲傳播現(xiàn)象，維持管道屈曲傳播所需要的最小外壓力就是屈曲傳播壓力。屈曲傳播一旦發(fā)生，要使其終止，則要具備以下兩個(gè)條件之一外壓降至屈曲傳播壓力以下，或者屈曲傳播遭到它無(wú)法穿越的物理障礙。因?yàn)楣艿赖那鷤鞑毫σ话忝黠@小于它的屈曲壓潰壓力，從前一個(gè)條件出發(fā)，以屈曲傳播壓力為穩(wěn)定性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)管道，使管道所受外壓總低于其屈曲傳播壓力，這將使管道的壁厚大大增加，顯然是十分不經(jīng)濟(jì)的。因此，設(shè)置有效的物理障礙，來(lái)阻止屈曲傳播，成為了應(yīng)對(duì)管道屈曲傳播問(wèn)題的主要手段。這種抑制屈曲傳播的結(jié)構(gòu)就是止屈器。有效的止屈器可以成功防止屈曲沿管道軸向的傳播，使管道出現(xiàn)的屈曲壓潰僅發(fā)生在兩個(gè)止屈器之間，從而避免整條管道遭受破壞。止屈器的基本形式是一個(gè)厚壁圓環(huán)，當(dāng)前常用的止屈器根據(jù)安裝形式的不同，可分為扣入式、纏繞式和整體式止屈器?？廴胧街骨飨刃氲焦艿乐付ㄎ恢萌缓笾苯訆A緊，纏繞式止屈器在管道的指定位置進(jìn)行纏繞，整體式止屈器的內(nèi)徑和管道的內(nèi)徑一樣，而壁厚比管道更厚，兩者同軸排好之后在連接處焊接。在扣入式止屈器的基礎(chǔ)上，在其與管道之間的連接增加了兩道焊縫，可形成焊接式止屈器。從止屈性能上看，整體式止屈器的止屈效果最好，但對(duì)焊接工藝要求較高，安裝復(fù)雜，且重量較重?？廴胧胶秃附邮街骨鹘Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但止屈效率較低，不適用于深水管道。纏繞式止屈器的情況與扣入式止屈器大體相似，也不適于深水管道使用。雖然工程上有上述三種常用的海底管道止屈器，但纏繞式、扣入式(包括延伸出的焊接式)止屈器大都用于淺水海底管道的防護(hù)，不適用于深水工程。目前常用深水工程的海底管道止屈器形式比較單一，僅整體式止屈器一種，而整體式止屈器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要對(duì)位焊接，這一點(diǎn)對(duì)焊接工藝要求很高。當(dāng)屈曲變形傳播到止屈器前端，由于深水止屈器壁厚較大，在屈曲傳播穿越前后不會(huì)發(fā)生顯著的變形，這將對(duì)止屈器前端焊縫產(chǎn)生很強(qiáng)的彎曲和軸向力，這種復(fù)雜的受力環(huán)境比一般的中高壓壓力容器的焊縫質(zhì)量要求更高。相應(yīng)地，焊縫出現(xiàn)破壞的可能性也就很大，輕度破壞僅僅是焊縫沙眼連通，在外水壓和內(nèi)壓的共同作用下發(fā)生小型滲漏；嚴(yán)重破壞時(shí)焊縫處會(huì)出現(xiàn)裂縫甚至裂口，這將引起嚴(yán)重的泄漏事故。因此設(shè)計(jì)一種對(duì)焊接質(zhì)量要求較低的深水管道止屈器十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種既有利于提高管道焊接質(zhì)量，又具有較高止屈能力的深水海底管道止屈器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種深水海底管道止屈器，其特征在于它包括止屈器本體，所述止屈器本體為圓柱殼體，所述止屈器本體的內(nèi)徑小于海底管道的內(nèi)徑，所述止屈器本體的外徑按照從小到大的順序依次劃分為第一級(jí)階梯、第二級(jí)階梯和第三級(jí)階梯；所述第三級(jí)階梯位于所述止屈器本體的中部，所述第三級(jí)階梯的兩側(cè)均為所述第二級(jí)階梯，兩個(gè)所述第二級(jí)階梯的另一側(cè)均為第一級(jí)階梯；所述第一級(jí)階梯的外徑小于所述海底管道的內(nèi)徑，所述第二級(jí)階梯的外徑與所述海底管道的外徑相同，所述第三級(jí)階梯的外徑大于所述海底管道的外徑。 所述止屈器本體的第一級(jí)階梯的長(zhǎng)度為O. 25倍的所述海底管道的外徑；所述第一級(jí)階梯的壁厚為I 2倍的所述海底管道的壁厚；所述第一級(jí)階梯的外徑比所述海底管道的內(nèi)徑小O. 5 2_，所述第一級(jí)階梯插入所述海底管道的端部位置加工成30°的平緩坡角。所述止屈器本體的第二級(jí)階梯的長(zhǎng)度為O. 25倍的所述海底管道的外徑；所述第二級(jí)階梯的壁厚為2 3倍的所述海底管道的壁厚；所述第二級(jí)階梯的內(nèi)徑與所述第一級(jí)階梯的內(nèi)徑一致；所述第二級(jí)階梯與所述第一級(jí)階梯的連接處即為與所述海底管道的焊接處，所述第二級(jí)階梯靠近焊縫的端部開成45°坡口。所述止屈器本體的第三級(jí)階梯的長(zhǎng)度為O. 5倍的所述海底管道的外徑；所述第三級(jí)階梯的壁厚為3 5倍的所述海底管道的壁厚；所述第三級(jí)階梯的內(nèi)徑與所述第一級(jí)階梯的內(nèi)徑一致。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明與常用于深水的整體式止屈器相比，在材料分布上有顯著不同，整體式止屈器的所有材料分布在海底管道內(nèi)徑以外的區(qū)域，而本發(fā)明的兩個(gè)第一級(jí)階梯分別插入海底管道中，其材料約有30% 50%分布在海底管道內(nèi)徑以內(nèi)的區(qū)域；對(duì)于圓柱殼體而言，徑厚比越小，抗屈曲性能越好；因此，在等量材料的前提下，本發(fā)明的這種材料分布方式將提高其止屈能力。2、本發(fā)明克服了深水用整體式止屈器焊接要求復(fù)雜的不足整體止屈器要求止屈器內(nèi)徑與管道內(nèi)徑相等，安裝時(shí)實(shí)施對(duì)位焊接；深水管道止屈器要求具有較高的止屈效率，對(duì)應(yīng)的整體式止屈器壁厚較大，在發(fā)生穿越時(shí)不發(fā)生顯著的變形，這使得屈曲變形傳播到止屈器前端時(shí)，止屈器前端焊縫處會(huì)承受很大的彎曲和軸向力，易于發(fā)生破壞；本發(fā)明的第一級(jí)階梯伸入海底管道內(nèi)部，屈曲傳播接近海底管道，第一級(jí)階梯將向受到較大彎曲和軸向力的區(qū)域前移，對(duì)焊縫處起到保護(hù)作用。3、本發(fā)明在焊接安裝過(guò)程中，第一級(jí)階梯的存在也可以作為焊接的沉墊，使得獲得較好焊接質(zhì)量的操作難度較低。4、本發(fā)明的第三梯級(jí)壁厚較大，其外徑大于海底管道外徑，內(nèi)徑小于海底管道內(nèi)徑，是本發(fā)明環(huán)向剛度最強(qiáng)的區(qū)域，是本發(fā)明止屈能力的核心；通過(guò)本發(fā)明前兩個(gè)梯級(jí)的過(guò)渡，本發(fā)明大壁厚的優(yōu)勢(shì)可以不受焊縫質(zhì)量困擾得到發(fā)揮，能夠設(shè)置比整體式止屈器更大的壁厚，因此，本發(fā)明能夠使用在超深水環(huán)境中。5、本發(fā)明在最不利的情況下，即使焊縫出現(xiàn)破壞時(shí)，由于第一級(jí)階梯的存在，可以限制海底管道的泄漏速度，減小可能帶來(lái)的后果。6、本發(fā)明的第一級(jí)階梯插入海底管道的端部位置進(jìn)行了 30°坡角處理，因此，可以減少對(duì)海底管道內(nèi)部流體流動(dòng)的干擾，同時(shí)也便于清管器的工作。本發(fā)明的焊接過(guò)程不需要復(fù)雜的工藝要求，并且本發(fā)明的第一級(jí)階梯可以作為與海底管道對(duì)焊時(shí)的沉墊，既有利于提高海底管道的焊接質(zhì)量，又利于提高本發(fā)明的止屈能力；本發(fā)明在深水環(huán)境使用時(shí)比整體式止屈器具有更高的止屈性能，且大大削減了整體式止屈器的焊接難度，可廣泛用于深水環(huán)境中的海底管道上。


圖I是本發(fā)明用在某段海底管道的正視投影示意2是圖I中所示的A-A截面示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述?！?br> 如圖I、圖2所示，本發(fā)明包括止屈器本體1，止屈器本體I為圓柱殼體，止屈器本體I的內(nèi)徑小于海底管道2的內(nèi)徑，止屈器本體I的外徑不同，按照從小到大的順序依次劃分為第一級(jí)階梯3、第二級(jí)階梯4和第三級(jí)階梯5。第三級(jí)階梯5位于止屈器本體I的中部，第三級(jí)階梯5的兩側(cè)均為第二級(jí)階梯4，兩個(gè)第二級(jí)階梯4的另一側(cè)均為第一級(jí)階梯3。同時(shí)，第一級(jí)階梯3的外徑小于海底管道2的內(nèi)徑，第二級(jí)階梯4的外徑與海底管道2的外徑相同，第三級(jí)階梯5的外徑大于海底管道2的外徑。如圖I所示，本發(fā)明止屈器本體I的第一級(jí)階梯3的長(zhǎng)度為O. 25倍的海底管道2的外徑；第一級(jí)階梯3的壁厚為I 2倍的海底管道2的壁厚；第一級(jí)階梯3的內(nèi)徑小于海底管道2的內(nèi)徑；第一級(jí)階梯3的外徑比海底管道2的內(nèi)徑小O. 5 2mm，便于在安裝時(shí)順利插入海底管道2內(nèi)部。第一級(jí)階梯3插入海底管道2的端部位置加工成30°的平緩坡角，便于海底管道2內(nèi)的流體流動(dòng)和清管操作。如圖I所示，本發(fā)明止屈器本體I的第二級(jí)階梯4的長(zhǎng)度為O. 25倍的海底管道2的外徑；第二級(jí)階梯4的壁厚為2 3倍的海底管道2的壁厚；第二級(jí)階梯4的內(nèi)徑小于海底管道2的內(nèi)徑，且與第一級(jí)階梯3的內(nèi)徑一致；第二級(jí)階梯4的外徑與海底管道2的外徑一致。第二級(jí)階梯4與第一級(jí)階梯3的連接處即為與海底管道2的焊接處，第二級(jí)階梯4靠近焊縫6的端部開成45°坡口，用于與海底管道2的對(duì)位焊接。如圖I所示，本發(fā)明止屈器本體I的第三級(jí)階梯5的長(zhǎng)度為O. 5倍的海底管道2的外徑；第三級(jí)階梯5的壁厚為3 5倍的海底管道2的壁厚；第三級(jí)階梯5的內(nèi)徑小于海底管道2的內(nèi)徑，且與第一級(jí)階梯3的內(nèi)徑一致；第三級(jí)階梯5的外徑大于海底管道2的外徑。本發(fā)明的材料可以采用與深水海底管道2相同材質(zhì)的API 5L X65型或更高等級(jí)的X70、X80等級(jí)鋼材；其主要的功能在于防止海底管道2在復(fù)雜環(huán)境和載荷下的屈曲傳播，保證整條管線的安全。本發(fā)明的制作安裝方法包括以下步驟。I)進(jìn)行本發(fā)明的工程應(yīng)用時(shí)，宜選用壁厚達(dá)到第三級(jí)階梯5的壁厚，外徑與第三級(jí)階梯5的外徑一致或接近，且材料適合的管件，切割得到I. 5倍海底管道2直徑的長(zhǎng)度的毛還。
2)在車床或銑床上加工出如圖I所示的多梯級(jí)圓柱殼型式和60°坡角。考慮到焊接坡口要在鋪管現(xiàn)場(chǎng)開，因此，在制作本發(fā)明時(shí)，第二級(jí)階梯4與第一級(jí)階梯3之間的過(guò)渡坡角應(yīng)做成稍大于此角度，建議在60°以上。3)鋪管時(shí)，將本發(fā)明的兩個(gè)第一級(jí)階梯3分別插入兩條海底管道2中，與兩端的海底管道2對(duì)位，以第一級(jí)階梯3為襯墊，實(shí)施有襯墊條件下的對(duì)位焊接，沿海底管道2軸向每隔50 IOOm (視水深、環(huán)境和每根管件長(zhǎng)度而定)設(shè)置一個(gè)本發(fā)明。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所
變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種深水海底管道止屈器，其特征在于它包括止屈器本體，所述止屈器本體為圓柱殼體，所述止屈器本體的內(nèi)徑小于海底管道的內(nèi)徑，所述止屈器本體的外徑按照從小到大的順序依次劃分為第一級(jí)階梯、第二級(jí)階梯和第三級(jí)階梯；所述第三級(jí)階梯位于所述止屈器本體的中部，所述第三級(jí)階梯的兩側(cè)均為所述第二級(jí)階梯，兩個(gè)所述第二級(jí)階梯的另一側(cè)均為第一級(jí)階梯；所述第一級(jí)階梯的外徑小于所述海底管道的內(nèi)徑，所述第二級(jí)階梯的外徑與所述海底管道的外徑相同，所述第三級(jí)階梯的外徑大于所述海底管道的外徑。
2.如權(quán)利要求I所述的一種深水海底管道止屈器，其特征在于所述止屈器本體的第一級(jí)階梯的長(zhǎng)度為O. 25倍的所述海底管道的外徑；所述第一級(jí)階梯的壁厚為I 2倍的所述海底管道的壁厚；所述第一級(jí)階梯的外徑比所述海底管道的內(nèi)徑小O. 5 2mm，所述第一級(jí)階梯插入所述海底管道的端部位置加工成30°的平緩坡角。
3.如權(quán)利要求I所述的一種深水海底管道止屈器，其特征在于所述止屈器本體的第二級(jí)階梯的長(zhǎng)度為O. 25倍的所述海底管道的外徑；所述第二級(jí)階梯的壁厚為2 3倍的所述海底管道的壁厚；所述第二級(jí)階梯的內(nèi)徑與所述第一級(jí)階梯的內(nèi)徑一致；所述第二級(jí)階梯與所述第一級(jí)階梯的連接處即為與所述海底管道的焊接處，所述第二級(jí)階梯靠近焊縫的端部開成45°坡口。
4.如權(quán)利要求2所述的一種深水海底管道止屈器，其特征在于所述止屈器本體的第二級(jí)階梯的長(zhǎng)度為O. 25倍的所述海底管道的外徑；所述第二級(jí)階梯的壁厚為2 3倍的所述海底管道的壁厚；所述第二級(jí)階梯的內(nèi)徑與所述第一級(jí)階梯的內(nèi)徑一致；所述第二級(jí)階梯與所述第一級(jí)階梯的連接處即為與所述海底管道的焊接處，所述第二級(jí)階梯靠近焊縫的端部開成45°坡口。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種深水海底管道止屈器，其特征在于所述止屈器本體的第三級(jí)階梯的長(zhǎng)度為O. 5倍的所述海底管道的外徑；所述第三級(jí)階梯的壁厚為3 5倍的所述海底管道的壁厚；所述第三級(jí)階梯的內(nèi)徑與所述第一級(jí)階梯的內(nèi)徑一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深水海底管道止屈器，其特征在于它包括止屈器本體，止屈器本體為圓柱殼體，止屈器本體的內(nèi)徑小于海底管道的內(nèi)徑，止屈器本體的外徑按照從小到大的順序依次劃分為第一級(jí)階梯、第二級(jí)階梯和第三級(jí)階梯；第三級(jí)階梯位于止屈器本體的中部，第三級(jí)階梯的兩側(cè)均為第二級(jí)階梯，兩個(gè)第二級(jí)階梯的另一側(cè)均為第一級(jí)階梯；第一級(jí)階梯的外徑小于海底管道的內(nèi)徑，第二級(jí)階梯的外徑與海底管道的外徑相同，第三級(jí)階梯的外徑大于海底管道的外徑。本發(fā)明的焊接過(guò)程不需要復(fù)雜的工藝要求，并且第一級(jí)階梯可以作為與海底管道對(duì)焊時(shí)的沉墊，既有利于提高海底管道的焊接質(zhì)量，又利于提高本發(fā)明的止屈能力；本發(fā)明在深水環(huán)境使用時(shí)具有更高的止屈性能，且大大削減了焊接難度，可廣泛用于深水環(huán)境中的海底管道上。
文檔編號(hào)F16L1/20GK102943925SQ20121040741
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者曹靜, 李新仲, 謝彬, 余建星, 陳嚴(yán)飛, 沙勇, 周巍偉, 張恩勇, 楊源, 于敏 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海油研究總院, 天津大學(xué)