一种海底管道维抢修智能封隔系统的制作方法

本发明涉及一种海底管道维抢修工具，特别涉及一种海底管道维抢修智能封隔系统。

背景技术：

海底能源目前在世界上的储量巨大，是国家战略性能源储备的必要能源之一，其重要性不言而喻。而海底油气的输送则是油气开采中必不可少的步骤，面对海底管道长时间受海水高压或海底其它不确定因素导致的失效问题，海底管道的维修与保养至关重要。在海底管道的维修作业中，面对海底管道的局部破损与毁坏，则需对此破坏段进行替换，保证海底油气的正常输送，可以说，海底管道就是油气能源的生命线。

在海底油气管道运输中，油气持续从海底井口输送至陆地，而在海底管道维修过程中，对于需要更换的受损管道段，首先需要保证在更换过程中油气不泄露，减少经济损失与海洋环境污染。则需要一种能在海底管道中指定位置实行封隔的封隔装置，在地面将两个相同的封隔装置从地面的管道口间隔一段时间放入，并输送油气，封隔装置沿管道口随油气下移输送至海底。第一个封隔装置经过油管线路到达目标点ⅰ，先实行固定，再待第二个封隔装置到达目标点ⅱ并完成固定后，同时完成封隔步骤。然后切割受损管道段并通过焊接替换新的管道，最后封隔装置解封并通过油气输送作用回收至地面，至此海底运输管道的修复工作圆满结束。

而要实现上述操作则需要一种能在海底实时受到稳定控制且快速封隔的装置，然而目前能用于实际应用的海底管道锚堵器非常少，大多研究停留在理论阶段，且效果与功能并不理想，如：（1）无法实现海底的远程控制或控制响应速度慢、不稳定，且封隔装置到达指定位置后，锚定不及时会导致封隔位置产生较大的位移偏差，影响后期修复作业；（2）解封速度慢或解封不完全，影响油气输送效率；（3）管壁清理不干净，降低封隔装置的行进效率。

为了解决现有海底输送管道封隔工具所存在的问题，提高海底管道修复的率与油气输送效率，减少因油气泄露而造成的经济损失与海洋环境污染，则需要发明一种海底管道维抢修智能封隔系统，从而实现海底管道封隔过程的稳定可控、坐封与解封命令响应迅速、作用点与目标点偏差小，以减少海底管道的修复工作时间，同时提高封隔锚定的稳定性与可靠性。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

本发明的目的在于：针对现有海底油气输送管道封隔工具所存在的问题与需求，提供一种海底管道维抢修智能封隔系统，双向通讯器解决了地面远程控制海底响应速度慢或不稳定的问题，实现了锚堵器在管道中较为精准的定位，刮管器保证了双向通讯器与管壁可以保持畅通连接，杆卡瓦结构保证了封隔装置的锚定支撑力，提高了锚定封隔效果的稳定性和可靠性。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海底管道维抢修智能封隔系统，其特征在于：主要包括刮管器、锚堵器与双向通讯器等，其中刮管器与锚堵器数量均为两个，且对称分布在装置两边。

其中刮管器位于装置外端，包括刮板、刷子与提环，其中刮板与刷子通过螺栓连接在圆轴的圆形台阶上，刮板共3个，圆凹形，胶质软性材料，中间刷子为硬质钢条，刮板与刷子的圆形中部均部开有小孔，供流体流动，提环安装在刮管器的圆轴顶部。

装置中间为锚堵器，包括液压缸、活塞、弹簧、施压座、固定座、支撑滚轮、杆卡瓦、胶筒、控制器、电磁阀、液压柱塞泵、液压油箱、电池组与信号收发天线，其中液压缸与活塞位于锚堵器内中部，活塞通过杆螺钉连接固定座，液压缸固定在施压座上，施压座的侧面外壳体内壁紧密贴合固定座侧面外壳体的外壁，且两者间安设有可伸缩杆和弹簧，施压座径向的外部分布为胶筒、楔形座、杆卡瓦与支撑滚轮，而施压座轴向外部有一个圆罩体，通过螺钉连接，圆罩体内部放有控制器、电磁阀、液压柱塞泵、液压油箱与电池组，圆罩体外贴有信号收发天线；刮管器与锚堵器两者通过双球杆连接，内部两个锚堵器之间也通过双球杆连接；锚堵器通过双向通讯器实现控制运动。

所述的双向通讯器包括信号收发天线、地面管外信号收发装置、远程信号收发装置、远程工控机与信号放大滤波装置，其中地面管外信号收发装置以管壁为传输介质与管内的信号收发天线实现信息交互，经信号放大滤波装置再以无线信号实现与远程信号收发装置的交互，再传递给远程工控机，从而控制封隔装置实现管内定位封隔。

所述的杆卡瓦有8个，均匀分布在锚堵器外部，支撑杆连接在施压座上，卡瓦与支撑杆、支撑杆与施压座均为销连接。卡瓦下一端为圆弧楔形面，上部牙齿截面形状为直角三角形，当卡瓦外移时，支撑杆的近卡瓦端跟随卡瓦外移，另一端随施压座向卡瓦方向移动；当回收时，支撑杆回原位，其拉力协助卡瓦回原位。

所述的控制器、电磁阀、液压柱塞泵、液压油箱、电池组与信号收发天线安装在锚堵器上，在液压缸、活塞等运动结构的侧面，靠近运动机构。

所述的信号收发天线中部为圆柱形结构，内有线缆通道，周围均部为四个圆柱形触手，触手顶部为导电接触片，触手内部在导电接触片下安置有弹簧与伸缩杆，导电接触片与a/d信号转换器间由线缆连通，a/d信号转换器再通过线缆接入控制器中。

一种海底管道维抢修智能封隔系统，其工作时需要两个相同的封隔装置配合，且工作程序可分为准备、下放锚定、封隔、解封回收四个过程。

所述准备过程，在目的管段两端位置外壁安置地面管外信号收发装置，并调试好远程工控机；下放锚定过程，先从外部井口放入第一个封隔装置，待到达海底目标管段第一端位置时，其内部的信号收发天线将信号通过管壁传给地面管外信号收发装置，经信号放大滤波装置再以无线信号传给远程信号收发装置最终传给远程工控机，之后远程工控机立刻下达锚定指令控制封隔装置的液压缸内活塞运动，带动施压座向固定座运动挤压楔形块推出卡瓦作用管道内壁完成锚定，接着放入第二个封隔装置，待其到达海底目标管段第二端位置时，同第一个装置程序相同完成锚定；封隔过程是远程工控机同时对两个封隔装置下达封隔命令，封隔装置的液压缸继续运动，带动固定座向施压座运动挤压胶筒作用管道内壁完成密封动作；解封回收过程是远程工控机同时对两个封隔装置下达解封命令，封隔装置的液压缸与活塞反向运动完成解封动作，最后封隔装置在管内油压作用下随流体回流至地面。

所述的下放锚定过程分为两个阶段，第一个阶段为减速行进阶段，远程工控机通过控制液压缸活塞的运动进程以控制卡瓦的打开程度，首先控制卡瓦接触并适当作用管壁，使封隔装置减速行驶，此阶段保持液压缸活塞停止运动，待封隔装置挺稳后，进入第二个阶段，远程工控机控制液压缸活塞继续运动，使卡瓦完全锚定卡死在管壁上。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种海底管道维抢修智能封隔系统，具备以下有益效果：

1、本发明所提供的一种海底管道维抢修智能封隔系统，其采用了管道导电传输信号的原理，实现了外界与金属管道内部封隔装置的信息交互，而且提高了封隔装置的实时响应速度。

2、本发明所提供的一种海底管道维抢修智能封隔系统，其所述的连杆式卡瓦通过杆件便于卡瓦的锚定与回收运动，且杆在锚定中起一定支撑作用，同时在封隔装置减速行进过程中保持封隔装置减速的稳定性。

3、本发明所提供的一种海底管道维抢修智能封隔系统，其所述的刮管器解决封隔装置两端过重、不利于在管内运动并均匀清理的问题，同时保证信号在管道内壁上传输不受阻碍。

4、本发明所提供的一种海底管道维抢修智能封隔系统，其所述的控制、液压油箱等非运动型装置统一放置锚堵器内，靠近运动机构，便于快速控制液压缸活塞运动，减少封隔装置的液压动作时间，使封隔动作更迅速、更稳定。

5、本发明所提供的一种海底管道维抢修智能封隔系统，其所述的锚堵器内部的弹簧固定在伸缩杆上，在回收过程中协助解封动作，是机械解锁的保障。

附图说明

图1为海底管道维抢修智能封隔系统封隔前的正视图；

图2为海底管道维抢修智能封隔系统封隔后的正视图；

图3为图2中的局部放大图；

图4为海底管道维抢修智能封隔系统封隔前的轴侧图；

图5为海底管道维抢修智能封隔系统中锚堵器去掉外部圆罩的内部示意图；

图6为图5中的局部放大图；

图7为海底管道维抢修智能封隔系统中锚堵器的剖视图；

图8为信号收发天线的内部局部示意图；

图9为海底管道维抢修智能封隔系统的双向通讯器示意图。

图中：1-刮管器；101-吊环；102-圆形中部的过流孔；103-刷子；104-刮板；105-刮管器中心的圆轴；106-刮管器中心圆轴上的圆形台阶；107-刮管器与锚堵器间的双球杆；2-锚堵器；201-信号收发天线；2011-信号收发天线中部圆柱形结构；2012-信号收发天线内部线缆通道，2013-信号收发天线圆柱形触手；2014-导电接触片；2015-信号收发天线内置弹簧；2016-信号收发天线内置伸缩杆；2017-a/d信号转换器；2018-线缆；202-圆罩体；203-施压座；204-胶筒；205杆卡瓦；2051-卡瓦；2052-支撑杆；206-固定座；207-支撑滚轮；208-楔形块；209-液压油箱；210-液压柱塞泵；211-控制器；212-电池组；213-电磁阀；214-液压缸；215-活塞；216-弹簧；217-杆螺钉；218-伸缩杆；219-两个锚堵器之间的双球杆；3-地面管外信号收发装置；4-远程信号收发装置；5-远程工控机；6-信号放大滤波装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1-9所示，一种海底管道维抢修智能封隔系统，主要包括刮管器（1）、锚堵器（2）与双向通讯器等，其中刮管器（1）与锚堵器（2）数量均为两个，且对称分布在装置两边。

其中刮管器（1）位于装置外端，包括刮板（104）、刷子（103）与提环（101），其中刮板（104）与刷子（103）通过螺栓连接在圆轴（105）的圆形台阶（106）上，刮板（104）共3个，圆凹形，胶质软性材料，中间刷子（103）为硬质钢条，刮板（104）与刷子（103）的圆形中部均部开有小孔（102），供流体流动，提环（101）安装在刮管器（1）的圆轴（105）顶部。

装置中间为锚堵器（2），包括液压缸（214）、活塞（215）、弹簧（216）、施压座（203）、固定座（206）、支撑滚轮（207）、杆卡瓦（205）、胶筒（204）、控制器（211）、电磁阀（213）、液压柱塞泵（210）、液压油箱（209）、电池组（212）与信号收发天线（201），其中液压缸（214）与活塞（215）位于锚堵器（2）内中部，活塞（215）通过杆螺钉（217）连接固定座（206），液压缸（214）固定在施压座（203）上，施压座（203）的侧面外壳体内壁紧密贴合固定座（206）侧面外壳体的外壁，且两者间安设有可伸缩杆（218）和弹簧（216），施压座（203）径向的外部分布为胶筒（204）、楔形座（208）、杆卡瓦（205）与支撑滚轮（207），而施压座（203）轴向外部有一个圆罩体（202），通过螺钉连接，圆罩体（202）内部放有控制器（211）、电磁阀（213）、液压柱塞泵（210）、液压油箱（209）与电池组（212），圆罩体（202）外贴有信号收发天线（201）；刮管器（1）与锚堵器（2）两者通过双球杆（107）连接，内部两个锚堵器（2）之间也通过双球杆（219）连接；锚堵器（2）通过双向通讯器实现控制运动。

所述的双向通讯器包括信号收发天线（201）、地面管外信号收发装置（3）、远程信号收发装置（4）、远程工控机（5）与信号放大滤波装置（6），其中地面管外信号收发装置（3）以管壁为传输介质与管内的信号收发天线（201）实现信息交互，经信号放大滤波装置（6）再以无线信号实现与远程信号收发装置（4）的交互，再传递给远程工控机（5），从而控制封隔装置实现管内定位封隔。

所述的杆卡瓦（205）有8个，均匀分布在锚堵器（2）外部，支撑杆（2052）连接在施压座（203）上，卡瓦（2051）与支撑杆（2052）、支撑杆（2052）与施压座（203）均为销连接。卡瓦（2051）下一端为圆弧楔形面，上部牙齿截面形状为直角三角形，当卡瓦（2051）外移时，支撑杆（2052）的近卡瓦端跟随卡瓦（2051）外移，另一端随施压座（203）向卡瓦（2051）方向移动；当回收时，支撑杆（2052）回原位，其拉力协助卡瓦（2051）回原位。

所述的控制器（211）、电磁阀（213）、液压柱塞泵（210）、液压油箱（209）、电池组（212）与信号收发天线（201）安装在锚堵器（2）上，在液压缸（214）、活塞（215）等运动结构的侧面，靠近运动机构。

所述的信号收发天线（201）中部为圆柱形结构（2011），内有线缆通道（2012），周围均部为四个圆柱形触手（2013），触手（2013）顶部为导电接触片（2014），触手（2013）内部在导电接触片（2014）下安置有弹簧（2015）与伸缩杆（2016），导电接触片（2014）与a/d信号转换器（2017）间由线缆（2018）连通，a/d信号转换器（2017）再通过线缆（2018）接入控制器（211）中。

实施方式：

一种海底管道维抢修智能封隔系统，其工作时需要两个相同的封隔装置配合，且工作程序可分为准备过程、下放锚定、封隔、解封回收四个过程，准备过程在目的管段两端位置外壁安置地面管外信号收发装置（3），并调试好远程工控机（5）；下放锚定过程，先从外部井口放入第一个封隔装置，待到达海底目标管段第一端前准备位置时，其内部的信号收发天线（201）将信号通过管壁传给地面管外信号收发装置（3），经信号放大滤波装置（6）再以无线信号传给远程信号收发装置（4）最终传给远程工控机（5），之后远程工控机（5）立刻下达减速指令控制封隔装置的液压缸（214）内活塞（215）运动，带动施压座（203）向固定座（206）运动挤压楔形块（208）推出卡瓦（2051）作用管道内壁，远程工控机（5）通过控制液压缸（214）活塞（215）的运动进程以控制卡瓦的打开程度，首先控制卡瓦（2051）接触并适当作用管壁，使封隔装置减速行驶，此阶段保持液压缸（214）活塞（215）停止运动，待封隔装置挺稳后，进入第二个阶段，远程工控机（5）控制液压缸（214）活塞（215）继续运动，使卡瓦（2051）完全卡死在管壁上完成锚定，接着放入第二个封隔装置，待其到达海底目标管段第二端位置时，同第一个装置程序相同完成锚定；封隔过程是远程工控机（5）同时对两个封隔装置下达封隔命令，封隔装置的液压缸（214）继续运动，带动固定座（206）向施压座（203）运动挤压胶筒（204）作用管道内壁完成密封动作；解封回收过程是远程工控机（5）同时对两个封隔装置下达解封命令，封隔装置的液压缸（214）与活塞（215）反向运动完成解封动作，最后封隔装置在管内油压作用下随流体回流至地面。

本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。