用于穩(wěn)定海底管線的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本申請公開了用于穩(wěn)定海底管線的系統(tǒng)和方法，可限制管線在軸向、側向和/或豎向方向上的運動。該管線通過使用一個或更多個承載構件連接到通?？拷摴芫€的穩(wěn)定結構上，所述承載構件在一個或更多個預定位置處連接到管線和穩(wěn)定結構上。還公開了用于監(jiān)測管線隨時間的運行參數的系統(tǒng)和方法。
【專利說明】用于穩(wěn)定海底管線的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本申請內容涉及用于穩(wěn)定海底管線(如，近海油氣生產管線)的系統(tǒng)和方法。本申請內容還涉及用于監(jiān)測海底管線隨時間的運行狀況的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]用于近海油氣生產的管線安裝在海床上，跨越不同的距離。通過這種管線運送的井產烴流體可能存在于高溫下，如，高于大約60°C，甚至高達大約200°C。在多次關閉和啟動操作期間，運送這種高溫流體的管線橫向上會出現溫度梯度，從而會引起管線或管道膨脹、收縮和熱循環(huán)。這樣會引起管線在側向上彎曲、在軸向上發(fā)生位移(也稱之為“移動”)，會使管線負重(這會產生靜態(tài)峰值和循環(huán)應力)，從而會引起管線在易出現不適宜的破壞機理的位置處沿其長度發(fā)生超限應變疲勞和疲勞斷裂。由于管線與生產基礎設施元件(如，管道終端(PLET)或其他海底設備)的連接處承受超限應力，會引起管線受損，甚至使管線從設備上斷裂下來，因此，管線移動是一種代價十分高昂的問題。出現這種情況通常要求關閉油氣生產，修理管線系統(tǒng)。
[0003]為了防止管線在側向和軸向上不適宜地運動，通常使用錨定緩解方法將管線固定在合適位置上，這種方法使用大的吸入沉樁及類似件，花費高昂。用于控制彎曲引發(fā)因素的各種技術(如，將浮艙的多個部分安裝在管線的一部分上)也可用于控制管線在側向上的彎曲。這種緩解解決方案的實施昂貴、復雜。另外，為了監(jiān)測管線運動，要通過遙控潛水器(ROV' s)進行定期檢驗。
[0004]海底管線經過不平坦地形時還會出現其他難題。例如，海底管線可能會經過峽谷和陡坡。在這些情況下，管跨段或不受下方海床支撐的管線部分會承受周圍海流和波浪強加的外部載荷以及由流動不穩(wěn)定(如，段塞流)強加的內部載荷。這些內部和外部作用會引起管線震動和發(fā)生其他運動，從而導致管線承受超限應力，發(fā)生疲勞斷裂。另外，與土壤運動相關的地質災難能引起已有的管道無支撐跨距范圍承受超限應力和/或產生新的管道無支撐跨距。
[0005]因此，需要一種經濟的解決方案來控制海底管線的軸向和側向運動，從而能減小采用花費高昂的管線錨固或其他緩解解決方案的需要。另外，需要一種方便的解決方案來監(jiān)測海底管線。另外，還需要一種簡單、經濟的解決方案來限制或控制經過不平坦地形或經受不適宜的土壤運動的管道無支撐跨距范圍內的震動和運動。

【發(fā)明內容】

[0006]在一個方面，一種用于穩(wěn)定海底管線的方法包括以下步驟:在沿第一管線長度范圍的一個或更多個預定位置處，將第一管線連接到通?？拷摰谝还芫€的穩(wěn)定結構上，從而相對于穩(wěn)定結構限制第一管線的運動。
[0007]在另一方面，一種用于在海床上傳送流體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:布置在海床上的第一管線；通常靠近第一管線布置的穩(wěn)定結構；以及，至少一個承載構件，該至少一個承載構件具有適于連接到所述第一管線上的第一端和適于連接到所述穩(wěn)定結構上的第二端；從而，當該至少一個承載構件連接到所述第一管線和穩(wěn)定結構上時，可相對于穩(wěn)定結構限制所述第一管線的運動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]通過下面的描述、所附的權利要求書以及附圖，可更充分理解本專利申請說明書的這些和其他目的、特征和優(yōu)點，附圖如下:
[0009]圖1為示意圖，其顯示出根據一個實施例的第一海底生產管線連接到作為穩(wěn)定結構的第二管線上，從而可相對于第二管線限制第一管線的運動；
[0010]圖2為示意圖，其顯示出根據一個實施例的第一海底生產管線連接到作為穩(wěn)定結構的海底設備的部件上，從而可相對于海底設備限制第一管線的運動；
[0011]圖3是海底生產管線的示意圖，該生產管線連接到第二管線上，并跨越大跨距范圍，管線在該大跨距范圍內不受管線下方的海床支撐。
【具體實施方式】
[0012]本申請內容提供了用于穩(wěn)定海底管線(即，位于海床上的管道)的運動的系統(tǒng)和方法，下面將對所述系統(tǒng)和方法進行詳細描述。術語“管道”、“管線”和“管”在文中可互換地使用。
[0013]圖1是根據一個實施例的用于穩(wěn)定海底管線的系統(tǒng)的示意圖(從頂部角度示出)。示出了第一海底生產管線4，該第一海底生產管線通?？拷鼮榈诙芫€6A的結構形式的穩(wěn)定結構。第一海底生產管線4也稱之為第一管線4，可傳送諸如油、水、化學物質和/或氣體這樣的流體?！巴ǔ？拷币鉃?第一管線4和第二管線6A在所需的長度L范圍內相互靠近。該兩個管線可以相互平行或可以不相互平行。該長度L可以至少大致為I千米，甚至可以是幾百千米。在該長度范圍內第一管線4和第二管線6A之間的距離并不會大到使兩管線不能通過一些實際構件(即，通過至少一個承載構件8)連接，下面將對承載構件進行更詳細描述。在某些實施例中，在所述長度范圍L內第一管線4和第二管線6A之間的距離D大致為5m至1000m，或更長。
[0014]在該所示的實施例中，第二管線6A可以是傳送諸如油、水、化學物質和/或氣體這樣的流體的第二管線、鋼纜、控制管纜或本領域的技術人員可知的、通常相鄰近的其他第二管線。第二管線6A具有足夠的承載能力以穩(wěn)定第一管線4。
[0015]作為非限制性實例，根據滿足穩(wěn)定所需長度的管線的齊腰，用于將第一管線連接到第二管線6A上的承載構件的數量可以至少為1，甚至可以為從I至大約100，或更多。作為非限制性示例，承載構件之間通?？梢源笾麻g隔IOm至1000m。
[0016]圖2是根據另一實施例的用于穩(wěn)定海底管線的系統(tǒng)的示意圖(從頂部角度示出)。在該實施例中，用于穩(wěn)定第一管線4的穩(wěn)定結構為至少一個三維結構(在此通常稱之為設備6B)，而不是第二管線。如上所述，設備6B通?？拷谝还芫€4。在該所示的實施例中，設備6B可以是具有足夠的承載能力以穩(wěn)定第一管線4的任何三維結構。例如，這類結構的非限制性實例包括采油平臺、管道終端(PLETs)、歧管、吸力樁、井頭、載重物、鋼纜以及本領域的普通技術人員可知的通?？拷钠渌€(wěn)定結構。[0017]在圖1和2中所示的該實施例中，通過沿第一管線4的長度范圍位于一個或更多個預定位置處的至少一個承載構件8，生產管線4連接到穩(wěn)定結構(即，圖1中的第二管線6A和圖2中的設備6B)上。每個承載構件8的一端通過第一連接構件IOA連接到第一管線4上，另一端通過第二連接構件IOB連接到穩(wěn)定結構(即，第二管線6A或設備6B)上。
[0018]承載構件8可以是用于在一個或更多個預定位置處將第一管線5連接到第二管線6A或設備6B上的任何實用性構件，從而可在至少一個所需方向上限制第一管線4相對于第二管線6A或設備6B的隨時間的運動。例如，相對于管線6A或設備6B而言，第一管線的運動可限制在軸向、側向和豎向方向中的至少一個方向上。
[0019]在一個實施例中，承載構件8可選自于系鏈(S卩，由柔性材料制成的纜)、鋼纜、索鏈、管道、梁、長度可調節(jié)的夾具以及上述構件的組合件?？墒褂帽绢I域的普通技術人員可知的其他合適的承載構件。承載構件可由適于在海底環(huán)境下用于承載的材料制成，包括但不局限于，鋼、尼龍、芳香聚酰胺材料(如，凱夫拉爾(Kevlar?:)，由特拉華州威明頓市的杜邦公司提供)、碳纖維、聚酯以及其他高韌性聚合物材料。
[0020]第一連接構件IOA適于連接到第一管線4上，第二連接構件IOB適于連接到第二管線6A或設備6B上。第一連接構件IOA和第二連接構件IOB的非限制性實例為夾具、環(huán)箍、吊帶、螺栓、眼板、鉤環(huán)以及類似件?？墒褂帽绢I域的技術人員可知的其他合適連接構件。
[0021]在某些實施例中，可使用承載構件8來監(jiān)測第一管線隨時間出現的狀況。承載構件中可選擇地組合用于此目的的監(jiān)測裝置12。監(jiān)測裝置12可包含在一個或更多個承載構件8中。在某些實施例中，承載構件中可包含諸如測量組件的監(jiān)測裝置，監(jiān)測裝置能測量、記錄、存儲和/或傳送與第一管線相對于第二管線的操作參數相關的數據。例如，這類操作參數可包括第一管線中的張力、第一管線的位移量、第一管線中的應變、第一管線的旋轉量以及第一管線隨著時間的推移相對于第二管線的位置、以及與每個測量數據相關的時間戳。測量組件可包括測量傳感器以及可選擇的處理器和轉發(fā)器(其用于處理、存儲和傳送所測量的數據)。在一個實施例中，一段使用時間已經過去之后，包括測量組件的承載構件可從系統(tǒng)中拆卸掉，然后提取數據。這種數據可通過能計算重要屬性的處理器來分析，所述重要屬性包括但不局限于:第一管線的位移量、第一管線的載荷、第一管線中的應變以及第一管線中的震動。另外，這類屬性和/或用于計算這類屬性的數據還可顯示在顯示構件上進行可視性觀察，這對于本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。
[0022]在一個實施例中，一段使用時間已經過去之后，可從該系統(tǒng)中拆卸掉承載構件，然后對承載構件進行測試以確定載荷歷程。例如，在一個實施例中，監(jiān)測裝置12可以是組合在承載構件中的機械應變計，可檢查表明施加給承載構件的應力量的物理變化。
[0023]在一個實施例中，監(jiān)測裝置12可以是布置在承載構件中的傳感器，可測量第一管線的位移或位置，從而監(jiān)測管線隨時間出現的狀況。這類傳感器的非限制實例包括加速計和轉發(fā)器。傳感器可組合到一組件中，該組件還可包括用于存儲和/或傳送相關信息(包括位置和位移)的任何合適構件。
[0024]在某些實施例中，第一管線可延伸過非平坦地形區(qū)域，從而使得該管線必須跨越一個或更多個大跨距范圍，管線在所述大跨距范圍內得不到其下方的海床的支撐。例如，管線可能會穿越峽谷、相鄰的山、峭壁，或從相對平坦的區(qū)域越過相對陡峭的陡坡(管線不被支撐在該陡坡中)。在這些情況下，未被支撐的管線可能會承受由海流和/或流經管線的流體流(如，段塞流)擾動所引起的不適宜的運動、振動以及相關的應力。因此，管線會疲勞，隨后服務壽命減小。圖3示出了第一管線4和第二管線6A，它們從相對平坦區(qū)域開始伸展，越過陡坡2而到達相對高的平地，經過了一段管線不由海床I支撐的跨距范圍。根據某些實施例，第一管線4通過一個或更多個承載構件8連接到第二管線6A上，從而如文中前述那樣穩(wěn)定第一管線。在這類實施例中，通過連接第一管線和第二管線，可既穩(wěn)定第一管線又穩(wěn)定第二管線。管線無支撐跨距大致在20m和2000m之間變化，或在更大范圍內變化，在該管線無支撐跨距范圍內第一管線連接到第二管線上。
[0025]通過使用文中所述的系統(tǒng)和方法，能降低不期望的情況(如，管線移動、第一管線中產生的應變大于容許的累積應變)的發(fā)生率或避免這類情況發(fā)生。因此，還可降低管線疲勞程度、受損程度以及計劃之外進行昂貴的修理的相關需要。在某些實施例中，當高溫流體通過第一管線輸送時，文中所述的系統(tǒng)和方法特別有益，例如，該高溫流體從油氣生產井流出，溫度大致為60°C至200°C，這種高溫流體會引起管線不適宜地運動。在某些實施例中，文中所述的系統(tǒng)和方法尤其有利于穩(wěn)定跨越大跨距范圍且在該大跨距范圍內不受下方的海床支撐的管線。
[0026]允許的情況下，引證在該專利申請說明書中的所有公開出版物、專利和專利申請的全部內容組合在文中作為參考，組合程度不會導致這些公開內容抵觸本發(fā)明。
[0027]除非另有規(guī)定，對某種類的元件、材料和/或其他部件(各部件或部件的組合結構均選自該種類)的表述意為包括所列舉部件的所有可能的附屬組合及其混合。另外，術語“包括”、“包含”及其變形體是非限制性的，對所列舉的元素的表述并不排除對本發(fā)明的材料、組合物、方法和系統(tǒng)有益的其他類似元素。
[0028]通過上面的描述，本領域的普通技術人員將能看出改進、改變和變化，這些均包含在所附的權利要求書中。
【權利要求】
1.一種用于穩(wěn)定海底管線的方法，包括以下步驟: 在沿第一管線的長度范圍的一個或更多個預定位置處，將第一管線連接到通?？拷摰谝还芫€的穩(wěn)定結構上，從而相對于所述穩(wěn)定結構來限制第一管線的運動。
2.根據權利要求1的方法，其中，通過將承載構件連接到所述第一管線和穩(wěn)定結構上，從而使第一管線與所述穩(wěn)定結構相連，承載構件選自于由系鏈、索纜、索鏈、管、梁、長度可調節(jié)的夾具以及上述構件的組合體所構成的組，承載構件具有第一端和第二端，其中，所述第一端包括適于連接到第一管線上的第一連接構件，所述第二端包括適于連接到穩(wěn)定結構上的第二端；其中，第一連接構件和第二連接構件均選自于由夾具、環(huán)箍、帶、螺栓、眼板和鉤環(huán)所構成的組。
3.根據權利要求1的方法，其中，在軸向、側向和豎向方向中的至少一個方向上限制第一管線相對于穩(wěn)定結構的運動。
4.根據權利要求1的方法，還包括監(jiān)測操作參數，該操作參數選自于由第一管線的張力、第一管線的位移、第一管線中的應變、第一管線的旋轉以及第一管線相對于第二管線的位置所構成的組。
5.根據權利要求2的方法，其中，所述承載構件還包括監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置能執(zhí)行下列操作中的至少一種:測量、記錄、存儲和傳送與第一管線隨時間運動的狀況相關的數據。
6.根據權利要求5的方法，還包括對所述數據進行處理以計算出下列參數中的至少一種:第一管線的位移、第一管線上的載荷、第一管線中的應變和第一管線中的震動。
7.根據權利要求5的方法，還包括以下步驟: 一段時間已經過去之后拆卸掉承載構件；以及 測試承載構件以確定承載構件的載荷歷程。
8.一種用于在海床上傳送流體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: a、布置在海床上的第一管線； b、通常靠近第一管線布置的穩(wěn)定結構；以及 C、至少一個承載構件，該承載構件選自于由系鏈、索纜、索鏈、管道、梁、長度可調節(jié)的夾具以及上述構件的組合體所構成的組，該至少一個承載構件具有適于連接到第一管線上的第一端和適于連接到穩(wěn)定結構上的第二端；從而，當該至少一個承載構件連接到第一管線和穩(wěn)定結構上時，能夠限制所述第一管線相對于所述穩(wěn)定結構的運動。
9.根據權利要求8的系統(tǒng)，其中，承載構件還包括監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置能執(zhí)行下列操作中的至少一種:測量、記錄、存儲和傳送與第一管線隨時間的運動相關的數據。
10.根據權利要求9的系統(tǒng)，其中，監(jiān)測裝置選自于由測量傳感器、機械應變計、加速計和轉發(fā)器所構成的組。
11.根據權利要求9的系統(tǒng)，還包括處理器，該處理器用于處理所述數據以計算下列參數中的至少一種:第一管線的位移、第一管線上的載荷、第一管線中的應變和第一管線中的震動。
12.根據權利要求8的系統(tǒng)，其中，所述穩(wěn)定結構選自于由用于傳送流體的管線、索纜和集成管束所構成的組。
13.根據權利要求8的系統(tǒng)，其中，穩(wěn)定結構選自于由管道終端、采油平臺、歧管、吸力樁、井頭和載重物所構成的組。
14.根據權利要求8的系統(tǒng)，其中，第一管線跨越的距離大致為20m至2000m，第一管線在該跨越距離范圍內不受海床支撐。
15.根據權利要求8的系統(tǒng)，其中，第一管線和穩(wěn)定結構之間的距離大致為5m至1000m
【文檔編號】F17D5/04GK104011455SQ201280063207
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權日:2011年12月29日
【發(fā)明者】A·C·F·克里希內利斯, S·A·梅巴基亞, 小R·L·福斯特, M·J·昆內 申請人:雪佛龍美國公司