通向离岸设施的管线的装衬的制作方法

通向离岸设施的管线的装衬的制作方法
【专利摘要】一种用于为海底管线(5)换衬的系统(2)，所述管线(5)具有在海平面(8)下方的入口(13)和出口(11)，系统(2)包括：卷绕滚筒(3)，位于海平面上方并且具有卷绕在其上的一段内衬(1)；所述卷绕滚筒(3)被配置为将所述内衬(1)传送到所述入口(13)；致动器，与所述内衬的前端接合，并且被配置为向所述内衬(1)施加拉力(6)，以牵拉所述内衬通过所述管线；其中，所述内衬为具有纤维芯的复合结构。
【专利说明】通向离岸设施的管线的装衬

【技术领域】
[0001]本发明涉及诸如从岸上设施伸展到离岸设施或在离岸设施之间伸展的管线的装衬，这些管线包括油或气生产井通向离岸采集平台或离岸采集平台至岸上储存或处理设备的管线。

【背景技术】
[0002]为了防止对管线壁结构的金属元件的腐蚀，利用保护屏障是通常的实践。
[0003]涂层通常依据其承受管线的操作温度和由于周围条件，诸如与其被放置于其中的土壤或地下水的接触，所导致的劣化的能力来选择，以提供管道及周围介质之间的保护层。
[0004]在管线被定位在地下或海底环境的情况下，还通常用外加型或牺牲型的阴极保护系统增补涂层屏障。这将用于为微小涂层缺陷情况下的管线提供进一步的腐蚀保护水平。此外，其通常具有能够被加强或使其输出增加，以便当外部涂层在其寿命周期的正常过程中开始损坏或遭受机械损伤时，提供更高水平的保护的额外的能力。这提供了甚至在涂层屏障的有效性减小后仍持续对管线外表面进行阴极保护免受与腐蚀相关的损坏的手段。
[0005]因此可以说，一般而言，保护金属管线的外部表面免受腐蚀，就其实施及有效维护而言，是相对简单的过程。
[0006]然而，金属管线的内表面的腐蚀屏障的设计及实施是更为复杂的事情。
[0007]通常不可能施行有效的增补阴极保护系统以对金属管线的内表面提供保护。因此，在被传导通过管线的孔的介质具有特别高的温度和/或由于其化学、物理或生物组分而具有侵蚀性的情况下，将导致电解或微生物腐蚀或侵蚀的高水平的风险，则如上所述的涂层系统的利用成为不可行的选项，因为对于横跨安装接头区域的可靠、连续的涂层的绝对必要性。
[0008]因此，当预期低至中等的腐蚀率时，管线工业内的历史趋势已经因此完全省略内部耐腐蚀屏障。在此情况下，金属管道壁可被大幅地加厚，以使经计算的腐蚀率能够在管道结构的设计寿命期间发生。替代此，在预期高腐蚀或侵蚀率的情况下并且在可行的情况下，能够首先完成管线构建，然后以非常长的长度安装聚合物或塑料的管状屏障内衬，从而克服对于内部安装接头区域涂层的需要。
[0009]已从岸上系统改用若干不同的聚合物或塑料管状内衬类型通常用作内部腐蚀屏障，以及所采用的若干不同的安装方法。
[0010]在最简单的情况下，通常已知为松配合装衬，通过聚乙烯实壁式管件(或另一形式的塑料)挤出成形而制造，且具有略小于主金属管线的内孔的外径(通常小于5%)的塑料管件，使用缆绳及绞车在钢管孔内被拖拽。如果在低的内部压力下工作，该内部压力在内衬壁中产生小于该管件自其被挤出成形的聚合物的屈服强度的环向应力，则内衬将有效地作为在管道内的独立管件。然后其可独立于主金属管线承载介质，在内衬及主管道壁的内表面之间会存在环状空间。在这种内衬被安装作为修复的手段的情况下，管线所有者将必须接受由插入内衬所造成的管线孔的横断面积的减小，以及产量及经济的损失。
[0011]然而，在很多情况下，管线的工作压力将大于塑料内衬的能力。
[0012]替代地，内衬可膨胀，直到其接触到金属管壁的内表面并被金属管道壁的内表面限制。几十年前，这被认为是有效产生抵靠主管线的内壁的紧配合内衬的成本有效的方式。然而最近几年，该方法的不利因素已被更广泛地认识到。这些不利因素包括内衬朝其原始直径回复的倾向，这是由于在内衬自其被挤出成形的聚合物中固有的分子记忆所造成的，该过程已知为回复作用。在用于制造内衬的聚合物对于所传导的介质中的某些气体或液体成分可渗透时，该回复过程可能特别迅速地发生。内衬回复过程因此引起环状空间重新产生，在该环状空间中聚集的气体和/或液体成分将积聚在与内部的内衬孔中的介质的压力相等的压力下。这是不期望的，因为:1)积聚在环状区域中的成分本身可能对金属管道壁是具有腐蚀性的，2)管线的工作压力的任何突然下降可能会导致在内衬孔与环状区域之间的大的压力差，造成内衬变平、塌陷甚至是致命失效。
[0013]另一个将塑料内衬安装到金属主管线中作为防腐蚀手段的常见且更现代的方法是紧配合装衬。已产生各种实现该目的的机构，并且都是致力于克服上述松配合装衬法的缺陷。一个方法是通过使用锥形缩减模，具有略大于主金属管线的外径的内衬在拉力下被拖拉通过该锥形缩减模，以使其变得直径小于主管道孔，该内衬随后被安装在该主管孔中。当内衬上的拉力被移除时，由于在该内衬自其被挤出成形的聚合物中固有的分子记忆，该内衬随后快速地朝其原始直径回复。该直径的朝外回复或内衬的隆起使该内衬与主管道壁紧密接触，以这样的方式内衬管的外表面和管道壁的内表面之间没有环状空间存在。此方法已知被称作不同的术语，如“模拉”、“压缩配合装衬”、或“陷型装衬”。在涉及使用模具机构减小内衬直径的最通常的应用中，使用包括实壁聚乙烯管件的挤出横截面的内衬。
[0014]另一个产生类似的紧配合内衬的手段还涉及以过大尺寸的内衬开始，但是利用一系列的滚轮或球形轴承以向内挤压并且以压缩方式圆周地压在内衬的外表面上，以便达到期望的内衬直径的缩减。该过程通常已知为滚轮箱缩减。然而，对于某些(并非所有)滚轮箱配置，在直径缩减过程期间被施加在内衬上的应力过大，以至于其超过内衬聚合物的记忆保持能力，并因此需要使用后插入膨胀压力来确保由该过程产生紧配合内衬。
[0015]在所有以上示例中，内衬区段是由实心的未强化的塑料制造的，因此该塑料必须承载将内衬定位在主金属管线内所需的安装力的全部负荷。由于需要保持足够高的内衬屈服强度以便能够进行长距离的安装的事实，对于内衬的壁厚相对于内衬的直径能够多薄具有限制，屈服强度是聚合物屈服强度和内衬壁的横截面积的倍数。因此，通常所生产的塑料内衬的厚度大大超出如果单纯从其作为可渗透式保护性耐腐蚀屏障的能力的观点考虑必要的厚度。
[0016]关于任何聚合物或塑料类型的紧配合内衬能够在主金属管线的孔内安装经过的最大距离的主要限制因素，因而总是该内衬的拉伸屈服强度与克服直径缩减过程所需的拉力加上安装期间内衬的重量及摩擦力的总和之间的关系。内衬屈服强度也是对温度变化非常敏感的因素，当塑料聚合物变暖，其屈服强度急剧减小，因此在较温暖的气候中，常规的紧配合内衬的安装距离会大大减小。在任何情况下，还必须考虑安全系数，安全系数会进一步缩短允许安装内衬经过的距离。然而，反过来，在较低温度下，塑料内衬会倾向于变得更刚性和坚硬，使其更难被安装绕过主金属管线中的即便是大直径的弯曲部。
[0017]在深海应用中，在周围温度为5°C或更低的情况下，内衬的刚性更为重要。内衬的最外纤维中的挠曲应力是壁厚的函数，并且因此对于厚壁内衬而言，内衬对抗施加的挠曲变形的能力降低。这种挠曲负载包括在外静水压力下的变形，或由于内衬在安装期间移动绕过弯曲部所造成的弯曲。已制造成具有足以提供在金属主管道内被牵拉经过长距离而不会拉伸断裂的能力的壁厚的塑料内衬，由于所施加的挠曲负载，例如普遍在某些类型的管线上出现的，特别是那些被设置在海底的管线上出现的，本质具有受限的弯曲绕过拐弯或短半径弯曲部的能力。由于即使岸上的管线也极少被制成直线的，这种内衬绕过弯曲部行进的能力可能是有关这种内衬如何以及是否能被安装在金属主管道中最重要的限制。
[0018]尽管横断面积以及壁厚增加内衬的用于安装到长直区段中以及安装绕过弯曲部的抗拉能力，但由于减小的挠曲能力，壁厚成为重要的限制因素。然而，在几乎所有的使用以现有技术制造的内衬的情况中，整个主管线结构的总长度将会超过能够安装内衬经过的长度，因此必须利用中间终止点及接头将管线分成两个或更多区段，因此内衬可成功安装在这些中间终止点及接头之间。在岸上管线的情况中，这通常是方便的，因为终止点及接头的位置可被计划以便可访问。然而，在海底管线的情况中，该事实单独将通常意味着这种内衬的安装是不可行的。
[0019]另一考虑是，虽然在较小直径的情况下，可能能够从制造点运送塑料内衬并且将其以较长长度的卷传送至金属管线的插入点，但是较大直径的塑料内衬管件无法被卷绕，因为避免内衬的皱缩及损坏所必须的盘卷的直径将是难以控制的。因此，通常较大直径的内衬管件是以十二至十五米之间的长度、以圆筒状、直的形式从工厂被运送至主金属管线附加，并且被焊接或熔接在一起以形成适当长度的连续的内衬材料串。该焊接或熔接过程需要相当大量的空间来进行，并且也需要相当程度的时间、设备、人员以及费用来完成。虽然与该焊接过程相关的困难在岸上的环境下通常可相对容易被克服，然而在离岸环境下的塑料内衬区段的运送、储存、处置以及焊接在一起，通常具有很高的难度，并且需要有大量的空间以实行这种使用传统的塑料内衬无法实现的工程。
[0020]综上所述，目前可用的用于为金属管线的内表面提供耐腐蚀屏障的目的的塑料内衬的特性具有以下特性和问题:
[0021]-壁厚通常由抗拉强度的需要所决定，多于对其他性能能力的需要；
[0022]-对于这些内衬可被安装经过的直线距离具有限制；
[0023]-当在管线中存在弯曲部时，能够安装经过的距离可能会急剧减小；
[0024]-将一段内衬从管线的一端安装到另一端而不需中间接头通常是不可行的；
[0025]-由于挠曲强度中的限制及皱缩及扭结的倾向，内衬无法安装绕过例如通常在海底管线中所发现的短半径弯曲部。
[0026]以上因素表明，在几乎所有情况下，将目前可用的塑料内衬及装衬技术用于海底管线的内部腐蚀保护是不可能的。


【发明内容】

[0027]根据第一方面，本发明提供一种用于对海底管线换衬的系统，所述管线具有在海平面下方的入口及出口，该系统包括:卷绕滚筒，位于海平面上方并且具有卷绕在其上的一段内衬；所述卷绕滚筒被配置为将所述内衬传送到所述入口 ；致动器，与所述内衬的前端接合，并且被配置为向所述内衬施加拉力，以牵拉所述内衬通过所述管线；其中，所述内衬为具有纤维芯的复合结构。
[0028]根据第二方面，本发明提供一种用于对海底管线换衬的方法，该方法包括以下步骤:将卷绕滚筒定位在海平面上方，将一段内衬卷绕于其上；将所述内衬传送到所述管线的海底入口 ；将致动器与所述内衬的前端接合；对所述内衬施加拉力，以牵拉所述内衬通过所述管线。
[0029]根据本发明，通过提供用于所述内衬从所述卷绕滚筒到所述入口的通道，根据本发明的系统能够允许对在大的深度处的管线换衬。虽然，将管线从地面基地换衬使得能够有充足的空间和对系统的控制以确保成功，但是这样的系统不能控制对在大深度处的管道换衬。例如，使内衬位于卷绕滚筒上确保很小的占用空间，这使得换衬过程能够从浮动平台开始。内衬的轴向拉伸强度通过纤维芯的纤维增强部提供。这意味着内层可仅对其化学特性进行设计。这样，其可以更薄并且因此避免使最外纤维塌陷的问题。此外，其将因此更柔韧并且能够避免厚壁内衬固有的皱缩及扭结的问题。这意味着该内衬可更容易地通过弯曲部，并且经纤维芯增强部的高拉伸强度意味着长的长度可被牵拉通过海底管线。
[0030]优选地在纤维芯的外表面上还有一层塑料，例如同样具有Imm到5mm厚度的热塑性聚氨酯(“TPU”)、聚乙烯或交联聚乙烯树脂。选作外部屏障的树脂，将通常是可在管线工作温度下工作并且具有的抗渗透性程度低于内部塑料内衬的树脂。在一个实施例中，内衬的直径可以在1cm到50cm的范围内。
[0031]可以是PVDF树脂或其他形式的高性能塑料的内部塑料内衬，具有极好的耐碳氢化合物性、耐热性、高柔韧性并且低渗透性。然而，也可以使用特别具有期望的耐热和耐化学性的其他聚合物。半结晶氟化聚合物的其他例子是聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)，和聚(三氟氯乙烯)(ECTFE)。适合的非氟化聚合物的例子是聚醚醚酮(PEEK)，聚酰胺酰亚胺(PAI)，聚砜(PSF)，聚醚砜(PES)和聚苯砜(PPSU)。
[0032]在一些情况下，可能期望结合两个或多个材料类型以产生具有如高柔韧性、耐高温及抗渗透性的期望特性的组合的塑料内衬。
[0033]内衬可以卷绕在滚筒上被提供，其中内衬压扁在滚筒上。这使得能够容易运输例如I千米到10千米长度的较长的长度的内衬。
[0034]拖拽头连同用于将拖拽头直接附接到内衬的纤维芯的装置可被用于将内衬牵拉到管线中。这意味着牵拉力被施加到纤维芯，纤维芯可承受拉力。

【专利附图】

【附图说明】
[0035]参照示出了本发明的可能布置的附图将便于进一步说明本发明。本发明的其他布置是可能的，并且因此，附图的特殊性不应被理解为取代本发明的先前描述的普遍性。
[0036]图1是根据本发明的海底管线接收系统的示意图；
[0037]图2是根据本发明的一个实施例的内衬的等角投影图；
[0038]图3是根据本发明的一个实施例的内衬的等角投影图；
[0039]图4至图7是根据本发明的另一实施例的内衬的剖视图；
[0040]图8是根据本发明的另一实施例的内衬的等角投影图；
[0041]图9是根据本发明的一个实施例的拖拽头的等角投影图；
[0042]图10是根据本发明的另一实施例的内衬折叠机的照片。

【具体实施方式】
[0043]如图1所示，本发明提供管线换衬系统2，具有用于海底管线5的内衬I。在此情况下，管线位于海床9的下方。然而，该系统同样可适用于被放置并固定在海床上的管线，或被局部埋设的管线。
[0044]系统2包括卷绕滚筒3，其在本示例中位于浮动平台4上，以便在海平面上方保持卷绕滚筒3上的内衬I的供应，同时将内衬I传送至海底入口 13。浮动平台4可以是舰艇、船、油气平台或用于支撑并方便内衬的安装的特别用途的船只。
[0045]应当理解，通过提供用于卷绕滚筒3的支撑的平台，可能该管线可位于任何地方，以特别有利的油气体平台的示例，如此平台可位于离岸远至数百公里处。因此避免了对于基于陆地的系统的依赖。
[0046]内衬I与致动器7接合，以提供拉力6，并因此将内衬I拖拉通过管线5，且在出口处终止，该致动器7也可在浮动平台(未示出)上。
[0047]为方便安装过程，内衬可由导向组件(未示出)引导，以将内衬从卷绕滚筒3引导进入入口，并随后离开出口。应当理解，与致动器的接合可通过拖拽头(未示出)，安装当内衬到达出口 11时结束，并且只有与拖拽头接合的缆绳离开出口 11。
[0048]内衬I以纤维芯；和至少在该纤维芯的内表面上的一层塑料为特征。在一个实施例中，纵向和径向纤维可包括具有相似拉伸及伸长特性的相同的材料。替代地，其可以为具有不同拉伸及伸长特性的不同的材料，使得内衬在受到内部增压时可能够更容易扩大到较大的直径。因此，纤维芯实现能够安装较长的长度和紧配合在被维修的管线中的多个目标。
[0049]该内衬能在非常长的距离上对海底管线进行紧配合装衬，并且以可行的方式，包括相关管线包含一个或多个短半径弯曲部的实例。使用的内衬材料被选择，以向管线的内表面提供有效的耐腐蚀屏障，即使是在侵蚀性的单、双以及多相碳氢化合物的环境下在温度高达130摄氏度并且在高工作压力下。该内衬可用于新的及现存的管线，并且在任一情况下均可使管线结构的预期寿命大幅延长。
[0050]本发明的装衬材料及安装技术特别针对提供能够对海底管线的内表面安装高性能耐腐蚀屏障的必要的改进。
[0051]该系统包括以三个阶段制造的内衬管件。从期望数量的内衬的制造的开始到完成，每个阶段是相继且连续的。
[0052]第一阶段是可由一层或多层非常高强度的纤维构成的织物芯的生产。这些纤维可以是芳纶、碳、聚酯、一些其他形式的纤维，或甚至是两种或更多种不同纤维的组合。该织物芯通过将纤维机械地编织在一起产生以形成期望直径的连续的圆形管来产生。该纤维芯可例如由1000和2000条之间的纤维纱线构成，其中每条纱线具有5和15条之间的纤维并且介于5000和25000分特克斯之间。该织物主要在O度和90度方向编织，以便同时提供最高程度的轴向及径向强度。用于轴向及径向编织的纤维可以为不同类型，以便例如提供最大可能的纵向拉伸强度和相对大程度的径向弹性能力。
[0053]该内部织物芯可具有为塑料的拉伸强度的至少100倍的轴向拉伸强度。
[0054]第二阶段为将一层塑料挤出成形到该纤维芯的内表面上。该塑料可为PVDF、热塑性聚氨酯、聚乙烯、交联聚乙烯、聚酰胺、或如先前所述的另一种高性能的塑料材料、或是被设计成满足其将作为腐蚀屏障用于其中的管线的工作需求的包括有两种或更多种这些塑料的组合的配方。该内部塑料内衬对于为管线中的流体提供期望的阻抗并且起到腐蚀屏障的作用是必要的，由此防止管线流体对钢管线造成损坏或劣化。将决定该内部塑料内衬的厚度以便足以提供对于被输送通过管线的流体及气体成分不会渗透的屏障，并且还被制定以保持所需的高度的柔韧性，使该内衬能够被折叠。典型地，内部塑料内衬在小直径管线的应用中(例如1cm至20cm)将为2至3mm的厚度，而在较大直径管线(例如25cm或更大)为3mm至5mm的厚度。
[0055]第三阶段为将塑料层挤出成形到纤维芯的外表面上。塑料可为如先前所述的聚乙烯、交联聚乙烯、聚酰胺、PVDF或另一种高性能塑料材料，并且被设计成经受其将被用于其中的管线的工作参数，并且还提供耐磨层以在安装程序期间保护内衬。这可能是无需的，例如如果预衬(pre-liner)(如以下所说明的)提供期望的摩擦减小。
[0056]外部塑料涂层的厚度取决于内衬的直径，通常是在2至5mm范围内。
[0057]针对实现钢管线，特别是已经使用一段时间并且已经遭受内部腐蚀的钢管线内的紧配合的问题之一，是必须允许用于配合的公差要素。例如，对新的200mm管道而言，可能该管道的尺寸为220mm的外径和1mm的壁厚，使得内径为200mm。在该壁的某些部分由于侵蚀或腐蚀已有损失的情况下，那么该管道的内径可从在未受影响的部分中的200mm变化至210mm，在210mm处壁厚的50%已被侵蚀。这代表5%的变化。
[0058]这使该内衬能够适应钢管线中的任何制造公差、任何由侵蚀或腐蚀所造成的缺陷公差、或甚至是由于被用于管线结构的不同部分的构造的钢管的不同等级所引起的直径改变。在高压下工作时，与主钢管的壁的密切接触是特别期望的，因为这将确保负载及应力通过内衬良好地传递到钢管壁，其中内衬及钢管因此起到复合结构的作用。例如，如果内衬的单独爆裂压力是100巴，并且其被使用在由于侵蚀或腐蚀导致壁部变薄使得所具有的爆裂压力比其最初的设计压力显著减小的缺陷的管道中，内衬和钢管的组合效应可在除了最严重的缺陷情况的所有情况下，有效地将管线修复至其初始设计压力等级。
[0059]在管线的工作或设计压力被评定在比内衬的爆破压力更高的水平的情况时，这是相关的，因此在例如管线的工作压力通常小于100巴的状况中，即使在管线的钢壁已完全退化到完全失效的程度的情况下，该管线的工作压力将通过内衬的引入而完全恢复。
[0060]为了使内衬的尺寸能产生紧密配合，该内衬必须被制成定制的直径。
[0061]虽然内衬以圆形轮廓制造，并且尺寸为提供在其将要用于其中的管线内的完美紧配合，该内衬是以压扁的轮廓被卷绕在大直径的卷绕滚筒上，以便能够以连续的、不中断的制造及卷绕程序卷绕最大量的内衬。
[0062]图2示出适于卷在滚筒上的压扁的内衬I。其示出纤维芯10、以及内和外塑料层12、14。内衬I可具有I千米至10千米的长度。
[0063]此程序可适用于从10厘米至50厘米的任何直径的内衬。卷绕滚筒可被配备有整体式电动机及驱动机构，其能够正向将内衬卷绕至储存滚筒上，也能够反向将内衬从储存滚筒松解。
[0064]当装载有一段内衬时，滚筒的尺寸可适于在传统的集装箱内通过陆路或海洋运输，或可适用于通过如超限货物或甲板货物的一些其他形式运输。无论如何，内衬会被运送到地理上邻近将被装衬的金属海底管线的地区，通常是在岸上的位置，而用于在离岸位置处安装内衬所需的其他材料及设备的元件将累积准备就绪，用于实施该装衬工程。
[0065]内衬在被制造时具有理想的圆形轮廓，但装运在塑料挤出成形过程后仍温热时在一系列的钢辊之间被挤压在一起，以当其被卷到储存和装运滚筒时形成所示的压平的轮廓。小的壁厚使得内衬结构不受过度的应力而可能完成上述操作。
[0066]如图3所示，在被安装到管线之前，内衬被折叠成C或U形。沿着内衬间隔开地使用约束带16以将内衬保持在折叠的形状，如图4中所示，折叠的形状的内衬的被配合到管线中，其中该管线以附图标记18表示。
[0067]如图5所示，当该内衬被加压时，该约束带断开。
[0068]如图6和图7所示，内衬随后完全膨胀。图8更清楚地示出内衬的三个元件10、12、14。因为所需的力小，折叠操作可以由机电的而非液压的装置执行。
[0069]通过使从工厂被运送到目的地国家后以压扁的状态在卷筒上的内衬，通过折叠机构并到将其以其折叠的形式储存的另一卷筒上，由此可在岸上的位置进行该折叠，准备好运送到离岸处用于向管线中安装。
[0070]替代地，内衬可以其压扁的但非折叠的状态在装运卷筒上被运送到离岸处，然后在被插入管线之前，在其从装运卷筒松解开时被折叠。
[0071]可输送水、气、碳氢化合物或其中的一些或全部的组合并且待由该系统装衬的海底管线，通常是裸露的、未装衬的碳钢类型，并且是已使用一系列的工业标准技术调查、除役、清理和检查，并且因此准备好用于本发明的内衬插入过程。
[0072]在一种形式中，本发明的系统可作为提供长期腐蚀屏障的手段被安装到新铺设的管线中，而另一种形式中，本发明的系统可被安装作为修复已被确定由于内部侵蚀或腐蚀而遭受劣化的已运行一段时间(一些情况下为数月，其他情况下为数年)的现存管线的手段。在管线中呈现的侵蚀可以描述为整体壁部变薄，或可以描述为严重的锈斑，或者甚至是因为微生物攻击的破裂，例如明显地，通常在某些碳氢化合物储存器中普遍存在的硫酸盐还原菌(SRB)。
[0073]海底管线可从岸上延伸到离岸位置，反之亦然，或可在两个离岸结构或平台之间延伸，并且可在从非常浅到非常深的位置的任何水深处。金属管线中具有短直径弯曲部，这些从施工图或从观测调查及检验程序都会变得明显。
[0074]通常，这些弯曲部会包括在竖管底部的短半径弯曲部，该竖管将管线从海床连接到结构顶侧。该弯曲部有时被称为J形管，并且可能具有或3D弯曲部(即具有的半径等于5或3倍管道直径)。
[0075]有可能有其他额外具有相似半径的短直径弯曲部，或位于海床上的平台附近的较大或较小的半径的场合，其用于对齐管线方位的目的，使得随后使管线能够以合理的直线方向行进至其最终目的地。
[0076]内衬系统需要能够经过这些弯曲部。关于试图拉动内衬绕过短半径弯曲部的常见冋题是:
[0077]1.摩擦力
[0078]当内衬遇到弯曲部时，内衬和主管道壁之间的摩擦力急剧增加。在如典型的位于离岸平台上的竖管的底部处的90度的弯曲部的情况下，摩擦力可足够大使得需要很大的牵拉负载以致于会超过未加强的塑料内衬的屈服强度。当然，随着待被装衬的管道的主体内的ro弯曲部的数量增加，这种情况发生的可能性明显增加。任何传统的未加强内衬通常不能够被安装绕过两个弯曲部。
[0079]2.内衬柔性和皱缩
[0080]由于传统固体壁的塑料内衬的壁的相对丙Ij性的特性，这种内衬在已知为皱缩的现象发生之前只能弯曲绕过特定的最小半径。这当管壁中的材料皱褶并折叠时，因为弯曲应力已超过管壁物质的挠曲能力。多数内衬制造商不容许塑料内衬产品在小于20D的半径内使用。
[0081]纤维芯的使用意味着塑料层可被设计成具有仅对于提供抗渗透、耐腐蚀、耐高温以及其他性能相关问题的所要求的所有内衬特性所必须的厚度，但是和拉伸强度无关。因此可使用足够薄以展现出所需的柔性以在短半径弯曲部处顺利通过并膨胀而不会皱缩的塑料层。
[0082]该内衬安装过程利用在金属管线的一端或另一端处的绞车设备、拖拽缆绳卷车、内衬材料的卷筒以及各种其他专用设备。这些设备如何配置将取决于诸如管线位置及路径(岸上至离岸、平台至平台)、任何离岸结构上的可用空间等若干因素。
[0083]某些情况下，有可能将该内衬材料的卷筒定位在岸上位置，而将绞车设备定位在管线的离岸端。在其他情况下，这种配置可以是相反的。若该管线在两个离岸结构之间延伸，则需要将内衬材料的卷筒定位在一个离岸结构处，而将绞车设备及缆绳滚筒定位在另一处。在某些情况下，可能需要使用额外的海上船只、平板驳船或甚至顶举驳船的服务，以便提供稳定的工作平台，从该工作平台操作管线的任一端。具体的配置可从一个安装过程变化为另一安装过程。有可能还需要通过使用已特别为此目的开发的专门桥接或环索装置，引导和支撑内衬或拖拽缆绳(或二者)经过一些距离从分离的储存或工作平台进入或离开金属主管道。
[0084]用于将内衬拖入的缆绳的材料及断开应变等级将根据待被装衬的金属管线的长度、直径以及构造来选择。在比如说一公里或更短的相对直、短的管线的情况下，则使用的缆绳可以是包覆有一层塑料或是裸露的钢的类型。在包括弯曲部的较长的、更复杂的管线的情况下，则所选用的缆绳可以是纤维性的或复合性的，例如提供极高的强度-直径比和强度-重量比的类型的芳纶、碳纤维或甚至是等离子体聚乙烯。利用拖拽负载预测软件包，拖拽负载需求可被精确地计算。通过将前述的牵拉缆绳在一端处连接到适当速度的绞车并经过钩环及接头，拖拽缆绳从绞车缆绳储存滚筒被拉回通过主管线，至该拖拽缆绳的另一个处的端部。该过程中，牵拉缆绳随后被绞车拖动通过主管线，将主拖拽缆绳从其储存滚筒牵拉并通过管线。
[0085]具有高完整性、高承重接头的圆锥形的拖拽头被安装在内衬的折叠卷的前端上。该拖拽头进一步确保与安装过程相关的整个拖拽负载被传送到内衬的纤维芯，以此方式，内衬管的塑料元件因此在内衬安装程序期间不会过度受压。
[0086]图9示出插入有折叠内衬I的拖拽头30的一个这样的实施例。该拖拽头30具有中央芯及螺栓32，折叠内衬以C形构造包裹在该中央芯周围，螺栓32穿过内衬的全部三层，以与该中央芯接合，并提供包括与中间纤维芯层的接合的对内衬的牢固的夹握。
[0087]该圆锥形头使该头能沿着管道滑动，而不会被障碍物卡住。
[0088]已被牵拉通过主管线的主拖拽缆绳，通过连接钩环和旋转装置34连接到内衬拖拽头。拖拽缆绳在主管线的接收端处被配置通过并围绕主绞车绞盘头(capstan head)，并被卷绕回到缆绳储存滚筒上。
[0089]绞盘绞车头可以背靠主管线的端部支撑，以该方式，与缆绳牵拉负载相等的反作用力被传回到该主管线中，并将能够以调节的恒定的速度施加连续稳定的拉力，然而该速度可由操作者根据需要改变。
[0090]缆绳卷绕滚筒可配备有驱动及齿轮机构，不管储存滚筒和缆绳层的组合直径如何，该机构能够以恒定的速度将缆绳卷绕并层叠到储存滚筒上。在主管线的起始端，折叠内衬从储存滚筒被松解并进入该主管道中。不管该卷绕滚筒的剩余直径如何，以恒定的速度引导内衬管件卷绕进入主管道。主管道的端部被装配有圆柱形轴环，其可包括滚轮或轴承，以便在插入程序期间降低内衬与主管道端部之间的摩擦。内衬卷轴或储存滚筒通过齿轮电动机来驱动，该齿轮电动机能够从该卷轴以恒定的速率传送内衬，该速率将配合绞车在接收端处收起拖拽缆绳的速率。
[0091]此外，在内衬储存滚筒上的驱动机构能够被反转，以便能够发生回退，或如果需要，能够将内衬从主管线完全移除。
[0092]然而，一旦开始，优选的方法是以连续平稳的操作继续内衬安装程序，直到内衬贯穿主管线的整个长度上就位，并在管线的两端暴露额外的几米内衬材料。当内衬进入到主管线中时，大量惰性植物油基的润滑剂可使用润滑涂覆装置被涂覆到折叠内衬的外表面。
[0093]在成功将内衬插入贯穿整个管线长度之后，在管线两端的超出内衬材料的端部接着被卷曲，以形成气密式密封和在管线的一端被安装通过超出的内衬的注入口。然后，水或空气以0.5巴与1.5巴之间的压力从便携泵或空气压缩机被泵送到内衬中，直到可报告在主管线的两端可见的内衬已回复形成紧靠主管线的内壁的内衬。这一旦完成，内衬可被切成适当的长度，并且可安装高压终端以便于该装衬的海底区段的液压试验和导入和导出金属管线的装衬区段的管道工作的重新连接。
[0094]图10示出用于在内衬被插入之前提供内衬折叠的原型机。第一对滚轮40提供初始折叠，而具有较窄间隔的第二对滚轮42提供在捆绑前的最终折叠。该较窄间隔对应于期望的折叠宽度。所述滚轮对以Im至5m间隔开，使得初始折叠被保持。第一对滚轮为被动式，而第二对滚轮被驱动，并且由此也帮助内衬从储存滚筒(在图10的后方部分地示出)松解。所述第二对滚轮具有例如橡胶的高摩擦表面，以使拉力能够被传递到内衬。
[0095]从上述说明可清楚知道本发明提供一种具有必要的柔性的内衬，使得其可被拖拉绕过一个或多个等于或小于管线外径的20倍的小半径弯曲部。该内衬系统产生有效的长期侵蚀及腐蚀屏障，其紧密地配合抵靠在其被插入的主管线的壁上。当被安装为在劣化及弱化的主钢管线内的紧密配合内衬时，该内衬具有在该主钢管线内部提供复合作用的能力并形成该主钢管线的一部分，使得该组合的内衬及钢管线结构的破裂压力可具有等于或大于原始钢管线在新的时候的破裂压力的值。当使用在具有小于内衬系统的破裂压力的有效工作压力的钢管线中时，该内衬可被看作是在无论是何原因主钢管线会由于外部损坏或腐蚀而受到劣化的情况中为管线提供有效形式的“竞争抑制(duel containment)”。
[0096]各种修改对本领域技术人员将是显而易见的。
【权利要求】
1.一种用于为海底管线换衬的系统，所述管线具有在海平面下方的入口和出口，该系统包括: 卷绕滚筒，位于海平面上方并且具有卷绕在其上的一段内衬； 所述卷绕滚筒被配置为将所述内衬传送到所述入口； 致动器，与所述内衬的前端接合，并且被配置为向所述内衬施加拉力，以牵拉所述内衬通过所述管线； 其中，所述内衬为具有纤维芯的复合结构。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括导向组件，用于将所述内衬从所述卷绕滚筒重新导向至所述入口。
3.根据权利要求1或2所述的系统，进一步包括导向组件，用于将所述内衬从所述出口重新导向至所述致动器。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的系统，进一步包括安装到所述内衬的前端的拖拽头，用于与所述致动器接合。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述拖拽头被安装到所述纤维芯。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的系统，其中所述致动器位于海平面上方。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的系统，其中所述内衬包括至少一个内层和至少一个外层，所述纤维芯介于所述至少一个内层和所述至少一个外层之间。
8.根据权利要求1至7的任一项所述的系统，进一步包括浮动平台，所述卷绕滚筒位于所述浮动平台上。
9.根据权利要求1至8的任一项所述的系统，其中所述纤维芯包括纤维增强部，所述纤维增强部包含沿所述内衬的长度大致轴向地延伸的经纤维。
10.根据权利要求1至9的任一项所述的系统，其中所述纤维芯包括围绕所述内衬周向延伸的玮纤维。
11.根据权利要求1至10的任一项所述的系统，其中所述纤维芯在轴向上具有的拉伸强度大于径向上的拉伸强度，并且大于塑料层的拉伸强度，并且其中所述纤维芯在径向上比轴向上具有更大弹性。
12.根据权利要求1至11的任一项所述的系统，其中当所述内衬卷绕在所述卷绕滚筒上时，所述内衬处于压扁的方位。
13.根据权利要求1至7的任一项所述的系统，其中卷绕滚筒具有包含I千米到10千米范围内的长度的所述内衬的能力。
14.一种用于为海底管线换衬的方法，该方法包括以下步骤: 将卷绕滚筒定位在海平面上方，将一段内衬卷绕于其上； 将所述内衬传送到所述管线的海底入口； 将致动器与所述内衬的前端接合； 对所述内衬施加拉力，以牵拉所述内衬通过所述管线。
【文档编号】F16L55/165GK104520629SQ201380040965
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】罗伯特·瓦尔特斯, 穆赫达·阿什里·穆斯塔法 申请人:马来西亚国家石油公司（马国油）