專利名稱：絕熱的管道系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕熱的管道系統(tǒng)。
這樣的系統(tǒng)被用于運(yùn)輸來自海上油井的石油和/或天然氣。它們由一條由雙壁管形成的管路構(gòu)成，所述雙壁管包括一個(gè)在外套管內(nèi)的內(nèi)流送管。管子通常是同心的并且在這兩個(gè)管子之間的環(huán)形空間內(nèi)裝有絕熱材料。從地下儲(chǔ)池排出的石油或天然氣通常處于高溫下并且絕熱材料的作用就是使石油或天然氣保持這樣的狀態(tài)。如果讓石油冷卻下來，則熔點(diǎn)較高的組分將結(jié)晶并有可能堵塞流送管線。因此，在設(shè)計(jì)這樣的管道結(jié)構(gòu)時(shí)，必須保證絕熱材料提供足夠的絕熱效果，以便沿流送管的整個(gè)長(zhǎng)度保持足夠高的溫度。


圖1示出了一種已知的雙壁管結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)同心地保持在外套管12內(nèi)的內(nèi)流送管10。原油14在流送管10中流動(dòng)。絕熱材料16安放在位于流送管10與套管12之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)。整個(gè)組件如圖所示地安放在海床18上。
使原油保持高溫所帶來的一個(gè)不可避免的結(jié)果就是，至少流送管10將經(jīng)受熱膨脹。這將尤其是導(dǎo)致管線的縱向長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，或者管線的縱向應(yīng)力增大。像可能由溫度升高到190℃而引起的應(yīng)力能夠造成鋼管塑性變形。有兩種消除這些熱膨脹問題的通用方法。第一種方法是將管線埋在海床下并由此將其固定到位而防止了變形。另一種方法是允許如圖2a所示的最初筆直的管子采取如圖2b所示的曲折路程并由此抵消長(zhǎng)度的增長(zhǎng)。將縱向伸長(zhǎng)保持在允許的限度內(nèi)是很重要的，否則就可能出現(xiàn)如圖2c中的20所示的彎折。這樣的彎折或者曲率過大的區(qū)域可能造成管子結(jié)構(gòu)超過其設(shè)計(jì)極限。
如圖3a所示，雙壁管結(jié)構(gòu)在限制整個(gè)縱向伸長(zhǎng)方面是有效的。在沒有縱向伸長(zhǎng)的情況下，流送管10將如點(diǎn)22所示地處于升高的張力下，而處于室溫下的套管12將如點(diǎn)24所示地處于零張力。如果允許這兩個(gè)管子縱向伸長(zhǎng)，則復(fù)合結(jié)構(gòu)將處于這樣的狀態(tài)，其中流送管10上的壓縮應(yīng)力抵消了套管12上的拉伸應(yīng)力，即在點(diǎn)26處。該點(diǎn)是一個(gè)折中情況，其中這兩個(gè)管中的張力TR小于受壓未伸長(zhǎng)的管子，并且總伸長(zhǎng)量小于不受限制的單壁管線的伸長(zhǎng)量。
為了可以預(yù)測(cè)到這樣的行為，流送管10和套管12保持縱向套準(zhǔn)是很重要的，即各管件沒有縱向相互分離。其原因在圖3b中示意地示出了，其中已經(jīng)假定例如由與海床的相互作用限制了部分套管12，而且流送管10的相應(yīng)部分已經(jīng)可以相對(duì)那部分套管12縱向移動(dòng)。這意味著，套管12的伸長(zhǎng)有效地沿用28表示的一小段管發(fā)生，而流送管的延伸是沿整個(gè)長(zhǎng)度發(fā)生的。結(jié)果，套管12的較小伸長(zhǎng)將造成相同的應(yīng)力增大，并且平衡點(diǎn)26’在這兩個(gè)管線中處于相當(dāng)高的應(yīng)力下。該應(yīng)力高于在圖3a中得到的原始設(shè)計(jì)應(yīng)力并且因此必須避免這種應(yīng)力。
保持兩條管線縱向套準(zhǔn)通常被稱為“縱向貼合”。顯然，縱向貼合是通過在這兩個(gè)管子之間確保足夠的縱向力傳遞而實(shí)現(xiàn)的。
在現(xiàn)有管線中，縱向貼合是通過以有規(guī)律的間隔設(shè)置在兩個(gè)管子之間的固定鋼鏈板實(shí)現(xiàn)的。其帶來的困難是鏈板是被指定用于在高溫和高壓下運(yùn)輸流體的流送管10的一整體部分。這意味著，整個(gè)結(jié)構(gòu)因此必須滿足所需的內(nèi)管設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這要求小心控制加工條件。這種麻煩不可避免地提高了成本。
在我們的現(xiàn)在已公開的早期申請(qǐng)WO96/36381所述的系統(tǒng)中，省去了這樣的鑄件并且其中所述的鋼管悶頭被用于將用作絕熱介質(zhì)16的鋁土硅酸鹽微球密封到位。這樣的微球可以在被壓實(shí)時(shí)在兩個(gè)管子10、12之間提供顯著的剪切力傳遞。因此，這樣的壓實(shí)絕熱件能夠保證縱向貼合。WO96/36831中所述的系統(tǒng)就依賴此作用。
其他固態(tài)絕熱材料通常是聚合物并且不能在管子的使用壽命期限內(nèi)不降低質(zhì)量地承受所涉及的高溫。纖維絕熱材料如礦物棉幾乎沒有抗剪切強(qiáng)度并且因此不能幫助縱向貼合。一種能夠承受高溫的固態(tài)絕熱材料通常被稱為硅磚。它可以以被稱為Microtherm(注冊(cè)商標(biāo))的專利產(chǎn)品形式買到，所述產(chǎn)品是由英國德羅特維奇的Micropore國際有限公司制造的?？梢再徺I象德國慕尼黑的Wacker-Chemie有限公司的Wacker-WDS(注冊(cè)商標(biāo))這樣的相似產(chǎn)品。但是，這種絕熱材料作為固態(tài)砌塊地存在并且不能在環(huán)形空間內(nèi)壓實(shí)在應(yīng)有的位置。因此，不能可靠地被用于傳遞剪切應(yīng)力或徑向負(fù)荷
度可以變成如此之大，以致雙壁管設(shè)計(jì)變得不實(shí)際了。因此，在這些情況下，如果要使用較小的實(shí)用且高效的套管尺寸，則可替換的絕熱材料是最重要的。
本發(fā)明因此提供了一種絕熱管道系統(tǒng)，它包括一個(gè)外套管、一個(gè)內(nèi)流送管和在它們之間的空間內(nèi)的絕熱層，其中絕熱層包括至少一個(gè)基本上被呈顆粒形式的第二絕熱材料包圍住的第一絕熱材料的松散塊體。
這使得第一絕熱材料的松散塊體提供了主要的或全部的所需絕熱效果，而散粒狀的第二絕熱材料可以填裝在第一絕熱材料周圍以便提供所需的剪切力傳遞。
如果第一絕熱材料與第二絕熱材料相比具有較差的導(dǎo)熱性能，則這是理想的，第一絕熱材料的導(dǎo)熱性能最好小于第二絕熱材料的一半。第一絕熱材料的導(dǎo)熱性能小于第二絕熱材料導(dǎo)熱性能的35％就更理想了。第一絕熱材料的導(dǎo)熱性能小于第二絕熱材料導(dǎo)熱性能的25％是最優(yōu)選的。
當(dāng)然，第二絕熱材料是氧化鋁硅酸鹽微球是優(yōu)選的。
第一絕熱材料是硅磚也是優(yōu)選的。
第二絕熱材料的平均直徑最好為30微米-300微米。
第一絕熱材料的適當(dāng)厚度為10毫米-50毫米，且最好為15毫米-25毫米。
第二絕熱材料的平均顆粒直徑最好小于第一絕熱材料平均砌塊尺寸的一百五十分之一。第二絕熱材料的平均顆粒直徑小于第一絕熱材料平均砌塊尺寸的四百分之一最佳。
現(xiàn)在，將參見附圖地舉例描述本發(fā)明的實(shí)施例。其中圖1是傳統(tǒng)雙壁管線的橫截面圖；圖2a、2b、2c示出了通過管偏折抵消熱膨脹；圖3a、3b示出了在雙壁管結(jié)構(gòu)中的力平衡情況；以及圖4是本發(fā)明的雙壁管線的橫截面圖。
已經(jīng)描述了圖1-3，在此就不贅述了。
圖4示出了本發(fā)明管線的橫截面。內(nèi)流送管10被外套管12包圍。石油或天然氣14在內(nèi)流送管10中流動(dòng)。整個(gè)結(jié)構(gòu)安置在海床18上。
絕熱層位于同心的內(nèi)流送管10與外套管12之間的環(huán)形空間內(nèi)。它包括第一層Microtherm(注冊(cè)商標(biāo))硅磚20，所述硅磚包套著內(nèi)流送管10。硅磚厚24毫米并且由三個(gè)各厚8毫米的疊層構(gòu)成?？梢圆捎酶嘁恍┗蛏僖恍┑膶訑?shù)，這取決于所需的絕熱效果。例如，可以使用兩層或四層。第二絕熱材料22包括直徑為30微米-300微米的氧化鋁硅酸鹽微球，它們被填裝到位于未被第一絕熱材料20占據(jù)的環(huán)形空間內(nèi)的區(qū)域中。這占據(jù)了大約10毫米-80毫米的厚度。第二絕熱材料接著被壓縮，從而它可以保證在內(nèi)流送管10和外套管12之間傳遞剪切力。
人們將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種各樣的修改，例如第一絕熱材料20不一定呈纏繞在流送管10上的單個(gè)片材的形式。例如，它可以呈分布在環(huán)形空間中的幾塊的形式，其中第二絕熱材料22填塞在它們之間。其他變型方案對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的讀者來說是清楚明了的。
權(quán)利要求
1.一種絕熱的管道系統(tǒng)，包括一個(gè)外套管、一個(gè)內(nèi)流送管和在它們之間的空間內(nèi)的絕熱層，其特征在于，絕熱層包括至少一個(gè)基本上被呈顆粒形式的第二絕熱材料包圍住的第一絕熱材料的松散塊體。
2.如權(quán)利要求1所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料的松散塊體提供了絕大部分或全部的所需絕熱效果。
3.如權(quán)利要求1或2所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料與第二絕熱材料相比具有較差的導(dǎo)熱性能。
4.如權(quán)利要求3所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料具有小于第二絕熱材料的導(dǎo)熱性能一半的導(dǎo)熱性能。
5.如權(quán)利要求3所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料的導(dǎo)熱性能小于第二絕熱材料導(dǎo)熱性能的35％。
6.如權(quán)利要求3所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料的導(dǎo)熱性能小于第二絕熱材料導(dǎo)熱性能的25％。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第二絕熱材料是氧化鋁硅酸鹽微球。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料是硅磚。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第二絕熱材料的平均直徑為30微米-300微米。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料的厚度為10毫米-50毫米。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第一絕熱材料的厚度為15毫米-25毫米。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第二絕熱材料的平均顆粒直徑小于第一絕熱材料平均砌塊尺寸的一百五十分之一。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的絕熱管道系統(tǒng)，其特征在于，第二絕熱材料的平均顆粒直徑小于第一絕熱材料平均砌塊尺寸的四百分之一。
全文摘要
本申請(qǐng)披露了一種絕熱的管道系統(tǒng),它包括一個(gè)外套管、一個(gè)內(nèi)流送管和位于其間的空間內(nèi)的絕熱層,其中絕熱層包括至少一個(gè)基本上被呈顆粒形式的第二絕熱材料包圍的第一絕熱材料的松散塊體。這使得第一絕熱材料的松散塊體提供了絕大部分或全部的所需絕熱效果,而散粒狀第二絕熱材料可以填裝在第一絕熱材料周圍以便提供所需的剪切力傳遞。第一絕熱材料與第二絕熱材料相比具有較差的導(dǎo)熱性能是理想的,其導(dǎo)熱性能小于第二絕熱材料的一半最好。第一絕熱材料的導(dǎo)熱性能小于第二絕熱材料導(dǎo)熱性能的35%更理想,而小于第二絕熱材料導(dǎo)熱性能的25%是最優(yōu)選的。第一絕熱材料是硅磚也是優(yōu)選的。第一絕熱材料的適當(dāng)厚度為10毫米－50毫米且最好為15毫米－25毫米。第二絕熱材料的平均顆粒直徑最好小于第一絕熱材料平均砌塊尺寸的一百五十分之一。第二絕熱材料的平均顆粒直徑最佳地小于第一絕熱材料平均砌塊尺寸的四百分之一。
文檔編號(hào)F16L59/14GK1265187SQ9880762
公開日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1998年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月23日
發(fā)明者拉塞爾·科德靈 申請(qǐng)人:英國鋼鐵有限公司