管道缺陷监测的制作方法

本发明涉及管道缺陷监测。具体地但非排他性地，本发明涉及一种管道设备，该管道设备包括被布置成检测可能的铠装线缺陷的测量装置。

传统上，柔性管用于将采出液诸如油和/或气和/或水从一个位置输送到另一个位置。柔性管尤其可用于将海底位置(其可以是深海)连接到海平面位置。管可具有通常高达约0.6米的内径(例如，直径可在0.05m至高达0.6m的范围内)。柔性管通常形成为柔性管主体和一个或多个端部接头的组件。管主体通常形成为层状材料的组合，该层状材料的组合形成承压导管。管结构允许大的挠曲，而不会引起会在其寿命期间损害管的功能的弯曲应力。管主体通常被构建为包括聚合物层和/或金属层和/或复合材料层的组合结构。例如，管主体可包括聚合物层和金属层，或聚合物层和复合材料层，或聚合物层、金属层和复合材料层。

api推荐做法17b为用于陆上、海底和海洋应用的柔性管和柔性管系统的设计、分析、制造、测试、安装和操作提供指导。

标题为“specificationforunbondedflexiblepipe”的api规范17j定义了安全的、在尺寸和功能上可互换的柔性管的技术要求，这些柔性管被设计和制造成统一的标准和准则。

在许多已知的柔性管设计中，管主体包括一个或多个压力铠装层。此类层上的主要载荷由径向力形成。压力铠装层通常具有特定的横截面轮廓以互锁，以便能够保持和吸收由管上的外部或内部压力产生的径向力。因此防止管因压力而塌缩或破裂的卷绕线的横截面轮廓有时称为耐压轮廓。当压力铠装层由形成环箍部件的螺旋卷绕线形成时，来自外部或内部压力对管的径向力导致环箍部件膨胀或收缩，从而在线上施加拉伸载荷。

在许多已知的柔性管设计中，管主体包括一个或多个拉伸铠装层。此类层上的主要载荷为张力。在高压应用中，诸如在深水环境和超深水环境中，拉伸铠装层经历来自内部压力端盖载荷和柔性管的自支撑重量的组合的高张力载荷。这可能导致柔性管中的失效，因为此类条件会在长时间段内经历。

非粘结柔性管已被用于深水(小于3,300英尺(1,005.84米)和超深水(大于3,300英尺)的开发。对于需在越来越大的深度进行勘探的石油的需求日益增长，其中环境因素变得越来越极端。例如，在此类深水环境和超深水环境中，洋底温度增加了采出液冷却至可导致管道堵塞的温度的风险。增加的深度还增加了与柔性管必须在其中操作的环境相关联的压力。例如，可能需要柔性管以作用于管上的0.1mpa至30mpa范围内的外部压力操作。同样，输送油、气或水可很好地产生从内部作用于柔性管上的高压，例如作用于管上的来自井筒流体的零至140mpa范围内的内部压力。因此，增加了对于柔性管主体的层的高性能水平的需求。

柔性管也可用于浅水应用(例如，深度小于约500米)或甚至用于海岸(陆上)应用。

改善铠装层的载荷响应并因此改善铠装层的性能的一种方法是由更厚且更坚固并因此更稳固的材料制造层。例如，对于其中层通常由卷绕线形成并且层中的相邻卷绕互锁的压力铠装层，由较粗材料制造线导致强度相应地增加。然而，随着使用的材料更多，柔性管的重量增加。最终，柔性管的重量可成为使用柔性管时的限制因素。另外，使用越来越厚的材料制造柔性管大大增加了材料成本，这也是缺点。

无论采取何种措施来改善管主体内铠装层的性能，仍然存在在柔性管内产生缺陷的风险。缺陷可包括柔性管主体的外壁的损坏，导致海水进入管主体内的环带，使得海水填充铠装层线材与管的其他结构元件之间的空隙。另选地或除此之外，气体可泄漏到铠装层中，包括导致铠装层线材劣化的腐蚀性气体。铠装层线材和其他结构元件通常由钢或其他金属材料制成，其在与海水和腐蚀性气体接触时易于加速腐蚀。环带内的硫化氢渗漏可导致硫化物应力开裂，并且高含量的二氧化碳可导致线材表面处的应力腐蚀开裂。如果未迅速检测到此类缺陷，则可损害管主体的结构完整性。缺陷的检测先前常常需要目视检查管主体，这可能是危险的，特别是对于深水和超深水设施而言。

本公开的某些示例提供了可在不需要定期目视检查的情况下检测管主体内的缺陷或拉伸铠装线的腐蚀的优点。然后可修复缺陷，或更换管主体。可检测的缺陷包括金属拉伸铠装线的腐蚀。某些示例还可例如通过测量拉伸铠装线随时间推移的状况并使用所述测量结果预测拉伸铠装线的未来腐蚀来提供管主体随管寿命推移的状况变化的指示。

根据本发明的第一方面，提供了一种管道设备，该管道设备包括：管主体，该管主体包括：环形腔，该环形腔位于环形最内侧和最外侧的流体不可渗透的阻挡层之间；以及多个铠装线，所述多个铠装线沿环形腔中的管主体的长度的至少一部分延伸，所述多个铠装线包括第一铠装线，该第一铠装线沿铠装线的长度的至少一部分与其他铠装线电隔离；以及测量装置，该测量装置被布置成在管主体的第一端部处电联接到第一铠装线，并且测量第一铠装线的电阻抗；其中所述第一铠装线的电阻抗的变化指示所述第一铠装线的缺陷。

管道设备还可包括至少一个绝缘构件，所述至少一个绝缘构件被布置成使第一铠装线沿其长度的至少一部分与所述多个铠装线的其余部分绝缘。

测量装置可被配置为向第一铠装线供应直流电或变频交流电。

管道设备还可包括联接到管主体的第一端部的端部接头，其中测量装置通过端部接头联接到第一铠装线。

第一铠装线可在管主体的远离管主体的第一端部的部分处电连接到至少一个其他铠装线；其中测量装置可被进一步布置成在管主体的第一端部处电联接到所述至少一个其他铠装线，使得通过包括串联连接的第一铠装线和所述至少一个其他铠装线的电路测量阻抗。

管道设备还可包括以四端子感测构造布置的感测线，其中感测线在管主体的第一端部处和管主体的远离管主体的第一端部的部分处电连接到第一铠装线，以测量第一铠装线的阻抗。

感测线可被设置成与环形腔中的第一铠装线相邻并平行。

测量装置可包括电流传感器和电压传感器，该电流传感器被布置成测量通过第一铠装线的电流，该电压传感器被布置成测量第一铠装线上的电压。

根据本发明的第二方面，提供了一种监测设置在管道设备中的铠装线的状况的方法，该方法包括：将测量装置联接到多个铠装线中的第一铠装线，所述多个铠装线沿管道设备的管主体的环形腔中的管主体的长度的至少一部分延伸并且沿铠装线的长度的至少一部分与其他铠装线电隔离，所述环形腔被限定在环形最内侧和最外侧的流体不可渗透的阻挡层之间，所述测量装置在管主体的第一端部处联接到第一铠装线；并且测量第一铠装线的阻抗；其中所述第一铠装线的电阻抗的变化指示所述第一铠装线的缺陷。

供应给第一铠装线的电流可以是直流电或交流电。

该方法还可包括：改变供应给第一铠装线的电流的频率；测量所述第一铠装线在两个或更多个不同频率下的阻抗；并且确定第一铠装线的横截面上的阻抗轮廓。

该方法还可包括：确定第一铠装线的阻抗的变化率。

该方法还可包括：基于供应给第一铠装线的交流电的频率和所测量的第一铠装线的阻抗来识别第一铠装线的缺陷类型。

根据本发明的第三方面，提供了一种形成管道设备的方法，该方法包括：提供管主体，该管主体包括：环形腔，该环形腔位于环形最内侧和最外侧的流体不可渗透的阻挡层之间；以及多个铠装线，所述多个铠装线沿环形腔中的管主体的长度的至少一部分延伸，所述多个铠装线包括第一铠装线，该第一铠装线沿铠装线的长度的至少一部分与其他铠装线电隔离；并且在管主体的第一端部处将测量装置联接到第一铠装线，该测量装置被布置成测量第一铠装线的电阻抗；其中所述第一铠装线的电阻抗的变化指示所述第一铠装线的缺陷。

该方法还可包括调整根据权利要求2至8中任一项所述的管道设备。

本公开的某些示例提供了在不目视检查管主体的情况下可检测管主体、特别是拉伸铠装线中的腐蚀或缺陷的优点，这在管道设备用于诸如海底环境的环境中时可能具有挑战性。

根据本公开的管道设备的某些示例提供了可在仅需要在拉伸铠装线的一端处触及的情况下监测拉伸铠装线的状况的优点。这在拉伸铠装线的至少一部分在水下的环境中是特别有益的。

根据本公开的管道设备的某些示例提供了可随时间推移监测拉伸铠装线的阻抗的优点，并且阻抗随时间推移的变化率提供关于管主体环带内的状况变化或拉伸铠装线的腐蚀速率变化的信息。此类信息可用于改善对铠装线或管主体的寿命的预测。

根据本公开的管道设备的某些示例提供了四端子感测构造中的感测线为电信号提供返回路径而不需要使用多于一根拉伸铠装线来传导电信号的优点。与拉伸铠装线的阻抗相比，此类感测线的阻抗可较低。因此，包括感测线和单个拉伸铠装线的电路的阻抗测量结果是对拉伸铠装线阻抗的准确指示。此外，感测线还可用于使拉伸铠装线与其他拉伸铠装线电绝缘，从而减少对提供附加电绝缘的需求。

根据本公开的管道设备的某些示例提供了可在拉伸铠装线的表面处或在距拉伸铠装线的表面预定深度处测量第一拉伸铠装线的阻抗的优点，所述预定深度对应于根据表层效应供应给拉伸铠装线的交流电的频率。不同深度处的阻抗测量结果可用于构建拉伸铠装线在其横截面上的阻抗轮廓。拉伸铠装线的横截面中特定深度处的阻抗变化可指示拉伸铠装线的不同类型的腐蚀。

下文参考附图进一步描述根据本公开的示例，其中：

图1示出了柔性管主体；

图2示出了包括柔性管主体的立管组件；

图3示出了根据示例性管道设备的联接到柔性管主体的测量装置；

图4示出了根据示例性管道设备的联接到柔性管主体的测量装置；

图5示出了根据示例性管道设备的联接到柔性管主体的测量装置；

图6是示出在柔性管主体的示例中联接到拉伸铠装线的测量装置的电路构造的电路图；

图7示出了供应给导体的电流的变化频率对电流密度分布的影响；

图8是示出示例性管道设备的监测方法的流程图；并且

图9是示出示例性管道设备的监测方法的流程图。

在附图中，类似的附图标号指代类似的部件。

在整个说明书中，将参考柔性管。应当理解，柔性管是管主体的一部分和一个或多个端部接头的组件，管主体的相应端部终止于所述一个或多个端部接头的每个端部接头中。图1示出了如何由形成承压导管的层状材料的组合形成管主体100的示例。尽管图1中示出了多个特定层，但应当理解，管主体广泛地适用于包括由多种可能的材料制成的两个或更多个层的同轴结构。例如，管主体可由聚合物层、金属层、复合材料层或不同材料的组合形成。还应当注意，层厚度仅为了进行示意性的说明而示出。如本文所用，术语“复合材料”用于广义地指由两种或更多种不同材料形成的材料，例如由基质材料和增强纤维形成的材料。

如图1所示，管主体包括任选的最内侧胎体层101。胎体提供可用作最内层的互锁构造，以完全或部分地防止内部压力护套102由于管减压、外部压力以及拉伸铠装压力和机械断裂载荷而塌缩。胎体层通常为例如由不锈钢形成的金属层。胎体层也可由复合材料、聚合物、或其他材料、或材料的组合形成。应当理解，某些示例适用于“平滑孔”操作(即，不具有胎体层)以及此类“粗糙孔”应用(具有胎体层)。

内部压力护套102用作流体保持层并且包括确保内部流体完整性的聚合物层。应当理解，该层本身可包括多个子层。应当理解，当使用任选的胎体层时，内部压力护套通常被本领域的技术人员称为阻挡层。在没有此类胎体的操作(所谓的光滑孔操作)中，内部压力护套可被称为衬里。

任选的压力铠装层103是增加柔性管对内部和外部压力以及机械断裂载荷的阻力的结构层。该层还在结构上支撑内部压力护套，并且通常可由以接近90°的布设角度卷绕的线材的互锁构造形成。压力铠装层通常为例如由碳钢形成的金属层。压力铠装层也可由复合材料、聚合物、或其他材料、或材料的组合形成。

柔性管主体还包括任选的第一拉伸铠装层105和任选的第二拉伸铠装层106。每个拉伸铠装层用于维持拉伸载荷和内部压力。拉伸铠装层通常由多个线形成(以赋予所述层强度)，所述多个线位于内层上方并且以通常介于约10°至55°之间的布设角度沿管的长度螺旋卷绕。拉伸铠装层通常成对反向卷绕。拉伸铠装层通常为例如由碳钢形成的金属层。拉伸铠装层也可由复合材料、聚合物、或其他材料、或材料的组合形成。

所示的柔性管主体还包括任选的带材层104，所述任选的带材层有助于包含下面的层并且在某种程度上防止相邻层之间的磨损。带材层可为聚合物或复合材料或材料的组合。

柔性管主体通常还包括任选的绝缘层107和外部护套108，该外部护套包括用于保护管免受海水和其他外部环境的渗透、腐蚀、磨损和机械损坏的聚合物层。

拉伸铠装层可具有环形形状，并且可被称为环形层或环形腔。拉伸铠装线可由导电材料形成，并且还可被称为导电构件。

每个柔性管包括至少一个部分(有时称为管主体100的区段或节段)，以及位于柔性管的至少一个端部处的端部接头。端部接头提供在柔性管主体与连接器之间形成过渡部的机械装置。例如，如图1所示的不同管层终止于端部接头中，使得在柔性管与连接器之间传递载荷。

图2示出了适用于将采出液诸如油和/或气和/或水从海底位置201输送到浮动设施的立管组件200。例如，在图2中，海底位置201包括海底流动管线。柔性流动管线205包括全部或部分搁置在海床204上或掩埋在海床下面并用于静态应用的柔性管。浮动设施可以由平台和/或浮标或如图2所示的船200提供。立管组件200以柔性立管的形式提供，即，将船连接到海床设施的柔性管203。柔性管可位于柔性管主体的具有连接端部接头的区段中。

应当理解，存在不同类型的立管，如本领域的技术人员所熟知。示例性管道设备可与任何类型的立管一起使用，诸如自由悬浮的立管(自由悬链线立管)、在一定程度上受限的立管(浮标、链条)、完全受限的立管或封闭在管(i管或j管)中。

图2还示出了如何将柔性管的部分用作流动管线205或跳线206。

管主体环带被金属结构部件诸如图1的拉伸铠装层105、106占据。此类部件常常由钢或其他金属形成，并且在海水或气体诸如硫化氢(其可导致硫化物应力开裂)和二氧化碳(其可导致金属部件诸如拉伸铠装层或铠装线的表面处的应力腐蚀开裂)的存在下易于快速腐蚀。

现在将描述包括柔性管主体和测量装置的管道设备的示例，该管道设备可监测柔性管主体的环带内铠装线的状况，这可指示铠装线的腐蚀或缺陷。此类示例提供了监测早期管道故障的方法。某些示例提供了用于靶向拉伸铠装线的特定层或在拉伸铠装线的整个横截面上构建轮廓的装置。柔性拉伸铠装线的腐蚀可在使用中的管的寿命期间被监测和预测。

图3示出了包括环形铠装腔310或环形层的管主体的放大透视图，所述环形铠装腔或环形层包括多个拉伸铠装线302，所述多个拉伸铠装线包括第一拉伸铠装线304。测量装置308被布置成在管主体的第一端部处联接到第一拉伸铠装线304。

图3示出了柔性管，该柔性管如上所述可形成立管。管至少部分地被海水包围。金属结构元件例如图1的拉伸铠装层105、106被设计成完全满足管主体的结构的机械特性。然而，如果金属部件中的至少两个金属部件(例如，如图3所示的单独的拉伸铠装线或独立的铠装线层)通过绝缘介质例如图1的带材层104彼此电隔离，则可认为那些部件是至少部分地沿柔性管主体的长度延伸的导电构件。也就是说，拉伸铠装线302、304可传导电信号并且可形成电路的一部分。拉伸铠装线302、304也将具有相关联的电阻或阻抗。本领域的技术人员应当理解，电流可被供应到拉伸铠装线302、304并传导通过拉伸铠装线302、304。在一个示例中，拉伸铠装线302、304也可沿管主体的长度彼此隔离。在一些示例中，这可通过沿拉伸铠装线302、304之间的管主体的长度提供绝缘构件诸如柔性聚合物杆来实现。应当理解，可使用任何合适的装置或材料来电隔离多个铠装线中的一个铠装线。

测量装置308被配置为测量第一拉伸铠装线304的阻抗。虽然本说明书涉及阻抗的测量，但本领域的技术人员将会理解，此类装置也可进行电阻的测量，并且电阻和阻抗是通过流过导电材料的电流的性质来区分的特性。

测量装置308可以是任何已知的阻抗测量装置，并且联接到第一拉伸铠装线304。在一些示例中，测量装置308在管主体的第一端部处联接到第一拉伸铠装线304。具体地，该联接可设置在端部接头处，这将相对于图4更详细地讨论。在一些示例中，测量装置308可以是可移除地连接到第一拉伸铠装线304的便携式手持单元，使得可以容易地在管主体的第一端部处进行第一拉伸铠装线304的阻抗的测量，然后，测量装置308可被移除并且用于对其他拉伸铠装线或其他管的其他拉伸铠装线的阻抗进行测量。另选地，测量装置308可长时间或永久性地联接到第一拉伸铠装线304，并且用于对第一拉伸铠装线304的阻抗进行连续或定期测量。

测量装置308可被布置成向第一拉伸铠装线304供应电流，或者可通过单独的装置向第一拉伸铠装线304供应电流。电流可以直流电(dc)或交流电(ac)的形式提供。可连续供应电流，或者可供应脉冲。所供应的电流的频率可以变化。在一些示例中，施加到第一铠装线的电流和/或电压可保持相对低，以避免干扰管道的正常功能。

测量装置308可包括其自身的处理器，该处理器被布置成生成和输出电信号，并且测量阻抗并输出所测量的阻抗值。另选地，可设置单独的处理器用于测量阻抗和/或输出所测量的阻抗值。在任一示例中，可控制测量装置308以进行定期或单个阻抗测量，并且以各种频率供应电流。另外，测量装置308可被布置成监测阻抗值随时间推移的变化，并且如果阻抗变化的量大于预先确定的阈值，则触发警报或输出消息。

第一拉伸铠装线304的阻抗指示第一拉伸铠装线304的腐蚀或缺陷，该第一拉伸铠装线本身指示其他拉伸铠装线中的每个拉伸铠装线的腐蚀或缺陷，所述其他拉伸铠装线中的每个拉伸铠装线暴露于类似的条件并且被假设为以类似的方式腐蚀或被损坏。例如，在安装新的管道设备或管主体时，一个或多个新的拉伸铠装线的阻抗可以是已知的或测量的。可监测第一拉伸铠装线304的阻抗。

第一拉伸铠装线304的阻抗变化指示第一拉伸铠装线304的腐蚀，因为由于诸如气体泄漏的原因引起的线表面的腐蚀导致线表面的开裂和点蚀，这改变了线的电特性。因此，第一拉伸铠装线304的阻抗变化指示第一拉伸铠装线304的状况变化，例如由于第一拉伸铠装线304的腐蚀所引起。第一拉伸铠装线304的腐蚀或实际上其状况的其他变化可用于改变第一拉伸铠装线304的有效横截面积。具体地，腐蚀可减小第一拉伸铠装线304的横截面积，这可导致阻抗成比例地增大。对于特定类型的拉伸铠装线，阻抗的这种成比例的增大可被量化并用于测试情况以估计横截面积的减小，并因此估计腐蚀的影响。

在一些示例中，可通过第一拉伸铠装线304的阻抗变化来识别不同类型的腐蚀或缺陷，因为特定类型的腐蚀或腐蚀程度可与已知的阻抗变化相关联。该关联可基于用于对由于不同腐蚀水平引起的拉伸铠装线的阻抗变化进行建模的历史、实验或理论数据。如将参考图7所讨论，可使用特定频率的ac脉冲来靶向拉伸铠装线在其横截面区域上的特定层或深度。

测量装置308可为高度准确的毫欧计，以测量第一拉伸铠装线304的小阻抗变化。

图4示出了示例性管道设备。该管道设备包括管主体，该管主体包括环形腔310，该环形腔容纳拉伸铠装线302、304。管主体终止于端部接头404处，测量装置308可通过该端部接头联接到拉伸铠装线302、304。图4的管道设备与图3的管道设备基本上相同，因此为简洁起见，将省略对通用部件的描述。

图4的管道设备还包括导电元件402，该导电元件被布置成将第一拉伸铠装线304电连接或短接到至少一个其他拉伸铠装线302。在一些示例中，导电元件402可以是金属棒，诸如被设置成连接在第一拉伸铠装线304与至少一个其他拉伸铠装线302之间的钢棒。导电元件402可将第一拉伸铠装线304与管主体中的所有其他拉伸铠装线电连接，或者电连接到多个其他拉伸铠装线。在一些示例中，导电元件402可不像这样以杆的形式提供，而是可被实现为被布置成电连接在拉伸铠装线之间的导电盘或板。另选地，在管主体的远离测量装置的端部处的端部接头可包括导电元件402。

测量装置308还联接到至少一个其他拉伸铠装线302，所述至少一个其他拉伸铠装线经由导电元件402连接到第一拉伸铠装线304。测量装置308可在管主体的第一端部处联接到至少一个其他拉伸铠装线302。这可以是管主体的与测量装置308与第一拉伸铠装线304的联接相同的端部。在一些示例中，测量装置308可通过端部接头404联接到至少一个其他拉伸铠装线302，如下所述。

导电元件402被布置成将第一拉伸铠装线304电连接或短接到至少一个其他拉伸铠装线，从而形成包括第一拉伸铠装线304和至少一个其他拉伸铠装线、导电元件402和测量装置308的电路。

导电元件402可设置在管主体的端部处，该端部远离测量装置308连接到第一拉伸铠装线304的管主体端部。因此，通过将第一拉伸铠装线304与至少一个其他拉伸铠装线302连接而形成的电路可包括第一拉伸铠装线304的基本上整个长度。在另一个示例中，导电元件402可设置在沿管主体的另一点处。

测量装置308被布置成测量电路的阻抗。具体地，可通过测量装置308或单独的部件向电路提供电信号。电连接在第一拉伸铠装线304与至少一个其他拉伸铠装线302之间的测量装置308适于测量电路的阻抗。阻抗测量结果指示第一拉伸铠装线304的腐蚀。虽然每个拉伸铠装线可能腐蚀，但是在第一拉伸铠装线304电连接到多个其他拉伸铠装线的情况下，第一拉伸铠装线304的阻抗贡献将主导测量，因为在返回束中可能存在大量的铠装线。因此，电路的阻抗近似于第一拉伸铠装线304的阻抗。如上所述，这指示第一拉伸铠装线304的损坏或腐蚀，并且通过关联，指示其他拉伸铠装线。

柔性管的端部接头404可用于将柔性管主体的区段连接在一起或用于将它们连接到终端设备，诸如刚性海底结构或浮动设施。因此，在其他不同用途中，柔性管可用于提供用于将流体从海底流动管线输送到浮动结构的立管组件。在这种立管组件中，柔性管的第一区段可连接到柔性管的一个或多个另外的区段。柔性管的每个区段包括至少一个端部接头404。

测量装置308可通过端部接头404连接到第一拉伸铠装线304。

端部接头404包括端部接头主体，该端部接头主体包括沿其长度延伸的内部孔。端部接头主体由钢或其他此类刚性材料制成。连接器位于端部接头主体的端部处。连接器可直接连接到柔性管主体的相邻区段的另一个端部接头主体的匹配连接器。这可使用螺栓或一些其他形式的固定机构来完成。另选地，连接器可连接到浮动或固定结构，诸如船、平台或其他此类结构。将柔性管主体的各层引入端部接头组件，切割成适当的长度，并与端部接头404的特定部分接合，使得管主体和端部接头404密封在一起。端部接头构型的示例可见于ep1867906和ep2864749中。

图5示出了另一个示例性管道设备。在图5中，管道设备被设置成不具有导电元件来将第一拉伸铠装线304短接到其他拉伸铠装线。而是，通过提供单独的电感测线502以连接到第一拉伸铠装线304的两端来形成电路。在一些示例中，第一拉伸铠装线304沿管主体的整个长度与其他拉伸铠装线隔离。在另一个示例中，拉伸铠装线302、304通过短接杆或带电连接，所述短接杆或带被设置在管主体的远离在制造时形成的端部接头404的端部处。在这种情况下，在第一拉伸铠装线304电连接到其他拉伸铠装线之前，感测线502可在端部接头404处并且基本上在管主体的另一端处连接到第一拉伸铠装线304。

感测线502可以是绝缘的，并且用于沿管主体的长度将第一拉伸铠装线304与其他拉伸铠装线电隔离。这可以代替参考图3和图4讨论的绝缘，或者作为第一拉伸铠装线304与剩余拉伸铠装线之间的附加绝缘。

感测线502以延长的四线(或四端子或开尔文测量)构造提供，如参考图6的电路图更详细地解释。在这种情况下，通过测量通过第一拉伸铠装线304的电流和其上的电压来测量第一拉伸铠装线304的阻抗。在该示例中，测量装置308可包括电流表和电压表两者。已知该电路构造提供高度准确的阻抗测量。

如图5所示，感测线502被布置成在第一拉伸铠装线304的每个端部处提供两个连接。

有利的是，图5的示例性管道设备提供第一拉伸铠装线304的高度准确的阻抗测量，而不需要穿过其他拉伸铠装线的返回路径。因此，图5的示例中的测量装置308所进行的阻抗测量是第一拉伸铠装线304的阻抗的真实测量，并且不受其他拉伸铠装线的状况的影响。另外，感测线502提供第一拉伸铠装线304与其他拉伸铠装线的电隔离，从而通过减少对专用绝缘杆的需要来降低管主体的制造要求。

与拉伸铠装线诸如第一铠装线304相比，图5的感测线502可具有低阻抗。因此，如将参考图6更详细地讨论，图5的示例性布置提供了获得第一铠装线304的准确阻抗测量的方法。

图6是示出图5的电路的构造的电路图。该电路包括功率源602、电流表604、电压表606和具有一定电阻的受检者608。功率源602、电流表604和电压表606可全部实现为测量装置308的一部分，或者可为单独的装置。受检者608在图6中被示出为电阻器，但在本公开的上下文中可包括第一拉伸铠装线304，因为其为计算电阻或阻抗的实体。已知受检者608的电阻或阻抗可通过将电压表606测量结果除以电流表604测量结果来计算。

电流表604与受检者608串联设置以测量通过电路的电流。电压表606被布置成测量受检者608上的电压。尽管将电压表606连接到受检者608的线会将电阻引入电路中，但这些线携带少量电流，因此电压表606指示是高度准确的。另外，连接在功率源602、电流表604和受检者608之间的主载流电线上的电压降不由电压表606测量，因此不考虑到电阻计算中。因此，有利的是，该电路提供用于测量位于距电压表606和电流表604一定距离处的受检者608的电阻或阻抗的装置。也就是说，电流表604和电压表606两者可设置在距受检者608一定距离处，而不会由于使用长线而在受检者608的阻抗测量中引入较大误差。在图5和本公开的上下文中，这意味着包括电流表604和电压表606的测量装置308可设置在距第一拉伸铠装线304一定距离处。如上所述，在图5的示例中，受检者608可以是第一拉伸铠装线304。因此，如果电线502已保持在适当的位置，即使在端部接头404处仅触及第一拉伸铠装线304的一端，也可以高准确度测量第一拉伸铠装线304的阻抗。因此，减少了对于移除管主体或使用海底监测技术来监测管主体、特别是拉伸铠装线的状况的需求。

技术人员将会知道，图6的电路以用于理解的简单形式示出，并且可通过引入附加部件或以不同方式将连接器布置在部件之间来进一步调整或改善。例如，可通过将电流表替换为用作电流测量分流器的标准电阻器或使用已知的开尔文夹来降低准确性误差。

图7示出了表层效应可如何用于第一拉伸铠装线304的靶向监测的图示。根据表层效应，当交流电流过导体时，电流密度在导体表面附近最大，随着朝向导体中心的深度而减小，其中电流主要在导体表面与称为表层深度的水平之间的层中流动。表层效应归因于由交流电导致的变化的磁场所引起的反向电流。在较高频率下，反向电流变得更大并且表层深度减小。相比之下，当直流电流过导体时，电流密度在整个导体中大致均匀。

图7示出了供应有不同电流的第一拉伸铠装线304的三个示例性横截面。区域700、702、704分别由对角线示出，在对角线区域中，电流密度最大。测量第一拉伸铠装线304的阻抗指示第一拉伸铠装线304的状况或其在电流密度最高的带或横截面区域中的腐蚀。

在示例a中，向第一拉伸铠装线304供应直流电，并且电流密度在第一拉伸铠装线304的横截面上均匀分布，从而得到等于第一拉伸铠装线304的横截面的区域700。因此，如果期望监测第一拉伸铠装线304在其整个横截面上的总阻抗或平均阻抗(以及因此，线的腐蚀或状况的平均指示)，则向第一拉伸铠装线304供应直流电。

在图7的示例b中，向第一拉伸铠装线304供应交流电，并且由于表层效应，电流密度在横截面区域702中最大，该横截面区域形成为不包括第一拉伸铠装线304的中心部分的环或盘。因此，可向第一拉伸铠装线304供应交流电，以便监测阻抗，从而针对线的特定层或深度监测第一拉伸铠装线304的状况。

在图7的示例c中，向第一拉伸铠装线304供应频率高于示例b的交流电。这导致比示例b的区域702更小的区域704，其中电流密度在更靠近第一拉伸铠装线304的表面的较窄带中最高。因此，可增加供应给第一拉伸铠装线304的交流电的频率，以便将阻抗测量靶向到更靠近第一拉伸铠装线304的表面的层。

如图7所示，第一拉伸铠装线304在距表面特定深度处的阻抗可通过向第一拉伸铠装线304供应特定频率的交流电来测量。有利的是，监测特定类型的腐蚀可通过靶向第一拉伸铠装线304的已知深度来进行。另外，可通过在距第一拉伸铠装线304的表面的增大或减小的深度处进行多个阻抗测量来估计拉伸铠装线的表面的断裂、点蚀或腐蚀的深度或程度。第一拉伸铠装线304的阻抗轮廓可通过以所供应的电流的变化频率进行多个阻抗测量来构造。

图8是示出根据一个示例的监测拉伸铠装线状况的方法的流程图。例如，该方法可与图3至图5中的任一者一起使用以测量第一拉伸铠装线304的阻抗，并且阻抗测量结果或阻抗测量结果与先前测量结果相比的变化或已知值指示第一拉伸铠装线304的损坏或腐蚀。

该方法从步骤800开始，在该步骤中将测量装置诸如图3的测量装置308联接到第一拉伸铠装线304。在步骤802处，向第一拉伸铠装线304供应电流。电流可以是直流电或交流电，并且如果期望测量距第一拉伸铠装线304的表面特定深度处的第一拉伸铠装线304的阻抗，则可以特定频率供应电流。

在步骤804处，测量第一拉伸铠装线304的阻抗。这可如图4中那样进行，从而通过在管主体的远离端部接头404的端部处将第一拉伸铠装线304短接到至少一个其他拉伸铠装线来形成电路，以便形成电流到测量装置308的返回路径。另选地，可以如图5的示例中那样，通过使用四线返回感测构造来完成电路，而不需要穿过其他拉伸铠装线的返回路径来进行测量。

然后可将所测量的阻抗与先前的阻抗测量进行比较。第一拉伸铠装线304的阻抗变化指示第一拉伸铠装线304的腐蚀，例如由于气体泄漏所引起。另选地或除此之外，可将所测量的阻抗与基于第一张力铠装线304或管主体的老化的期望值进行比较。

图9是示出根据另一个示例的监测拉伸铠装线状况的方法的流程图。例如，该方法可与图3至图5中的任一者一起使用，以测量第一拉伸铠装线304的阻抗。

在步骤900处，在管主体的端部接头404处将测量装置诸如图3的测量装置308联接到第一拉伸铠装线304。在步骤902处，向第一拉伸铠装线304供应第一频率的电流。然后，在步骤904处，测量装置308测量第一拉伸铠装线304的阻抗。根据在步骤902处供应的电流的频率，所测量的阻抗指示第一拉伸铠装线304的状况，例如包括第一拉伸铠装线304在其横截面区域上的第一拉伸铠装线304的深度处的任何腐蚀。

在步骤906处，改变供应给第一拉伸铠装线304的电流的频率。例如，交流电的频率可增大或减小。在步骤908处，再次测量第一拉伸铠装线304的阻抗。在第二频率下测量的阻抗指示第一拉伸铠装线304的不同深度的状况，如图7所示。

在步骤910处，基于所测量的阻抗值确定第一拉伸铠装线304的横截面上的阻抗轮廓。尽管在图9中仅使用两个不同的频率并且仅进行两次阻抗测量，但技术人员应当理解，可重复该过程以获得更多的测量结果。

阻抗轮廓可指示第一拉伸铠装线304的不同类型的腐蚀，因为在距第一拉伸铠装线304的表面不同深度处的阻抗变化可与不同腐蚀类型或严重程度相关联。例如，如果在使用高频交流电来靶向第一拉伸铠装线304的表面水平时阻抗急剧变化，但阻抗在较大深度处大部分保持不变，则第一拉伸铠装线304可仅具有表面水平腐蚀。如果阻抗从预期值或先前的测量结果变为第一拉伸铠装线304的较深水平，则腐蚀可能更严重或可能已形成较大裂纹。

可通过对阻抗进行重复测量来监测和更新随时间推移的拉伸铠装线的阻抗轮廓。这使得能够监测第一拉伸铠装线304的已知腐蚀，以便查看腐蚀是否变得更糟或腐蚀是否已稳定。例如，可在管的寿命开始时预测腐蚀速率。可将该腐蚀速率与阻抗轮廓的变化进行比较，以确定拉伸铠装线是否以不同于预期的速率被腐蚀。管失效的早期检测得以实现，并且腐蚀模型可得到改善。

另外，可监测阻抗的变化率。阻抗的变化率指示拉伸铠装线的腐蚀速率。因此，可对达到阈值腐蚀并且需要修复或更换拉伸铠装线之前的时间作出预测。避免不必要的维护或更换。此外，阻抗变化率的变化可指示管主体中已发生另外的腐蚀源或另外的缺陷。例如，阻抗变化率的变化可指示气体泄漏或水进入柔性管的环带中。

上述示例假定环带是干燥的。然而，由于渗漏或其他缺陷，海水可渗漏到环带层中并且与拉伸铠装线接触。环带中水的存在将影响拉伸铠装线的阻抗读数。因此，也可通过本专利申请中公开的电监测方法检测水进入环带，因为由于环带中水的存在，所以也将检测到第一拉伸铠装线304的阻抗变化。水进入环带导致阻抗变化，该阻抗变化不同于因第一拉伸铠装线304的腐蚀而导致的变化，因此这两个事件可彼此区分开。另外，如果已知水已进入环带层，则其对阻抗测量的影响可能会减少，前提是这些通过分析使用本公开收集的数据而是已知的。

如参考先前的附图所述，第一拉伸铠装线304可连接到测量装置308，作为包括设置在环形腔内部的其他拉伸铠装线或感测线502的电路的一部分。因此，可能有利的是，在制造时提供这些部件，因为可能难以或不可能将现有管调整为包括上述示例的一些元件，诸如设置在可浸没在海水中的管主体内部的导电杆402或感测线502。

制造根据上述示例中任一者的管道设备的方法包括根据相对于图1和图2所讨论的示例形成管道设备，并且提供导电杆402以将所述拉伸铠装线中的一个拉伸铠装线短接到至少一个其他拉伸铠装线，或者提供电线502以将电路配置为四线返回构造，以便形成包括所述拉伸铠装线中的至少一个拉伸铠装线和测量装置308的电路，使得测量装置308可测量所述至少一个拉伸铠装线的阻抗。四线返回构造也可称为四端子感测、四线感测、四点探测或开尔文感测。

对如上所述的详细布置的各种修改是可能的。例如，技术人员将会理解，图3至图5中的任一者可与相对于图7所述的使用不同电流的技术(包括具有不同频率的交流电)组合。

另外，技术人员将会理解，本文所述的监测技术和设备不需要单独使用，并且可与其他技术诸如气体排放监测和海底超声波结合使用。这些技术可组合以获得测量的阻抗值和估计的腐蚀的更高置信度，并且作为将阻抗值或变化与管中的腐蚀或缺陷的类型相关联的校准过程的一部分。

已经讨论了使用本公开的电监测技术监测管主体中的一个拉伸铠装线，并且所述单个线材的腐蚀指示管主体中其他线材的腐蚀或缺陷，所述腐蚀或缺陷经受与所监测的线材类似的条件并且因此可能以类似的方式和类似的速率腐蚀。然而，技术人员将会理解，在本公开的一些示例中，可监测多于单个线材。例如，测量装置308可单独地联接到多个不同的拉伸铠装线，以避免不指示管主体中的拉伸铠装线的平均阻抗的测量。

利用上述布置，可以监测管主体内的拉伸铠装线的腐蚀或其他缺陷的状况。有利的是，仅需要在端部接头404处触及管主体，该端部接头通常设置在可触及的位点诸如船或海平面位点处。因此，可在使用期间监测管的状况，并且监测不会中断管的使用。

本公开的另一个优点是有利于长期或连续监测管，这是由于仅需要在端部接头处触及管并且管的操作不受监测过程的影响。可改进拉伸铠装线的腐蚀模型，并且可以预测管道的预期寿命。

有利的是，拉伸铠装线通过本公开的监测技术来定向测量，这与已知的技术诸如气体排放监测相反，所述气体排放监测测量来自环带的废气，但不测量腐蚀的内部效应。

对于本领域的技术人员将显而易见的是，相对于上述示例中的任一个示例描述的特征可在不同示例之间互换应用。上述示例是用于示出本公开的各种特征的示例。

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