[发明专利]用于柔性管体的细长元件及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于柔性管体的细长元件以及一种生产该细长元件的方法。特别地，但非排他性地，本发明涉及对柔性管中的诸如应变、温度和/或声学之类的参数的监测。例如，这些参数可以在油气工业中的柔性管自身中进行监测。

背景技术

存在许多如下技术领域：在该技术领域中，有用的是对与结构相关联的一个或更多个参数进行不时地或持续地监测。例如，有时桥梁、道路表面、地面区域、灯杆、风力涡轮机叶片、游艇桅杆、悬浮电力线缆等应当进行反复地或持续地监测，使得鉴别结构所具有的任何潜在问题的信息可以被鉴别出并且从而采取补救措施。

传统的柔性管用于将诸如油和/或气体和/或水之类的产品流体从一个位置传输至另一位置。柔性管在将海底位置(其可以为深水下，也就是说1000米或更深)连接至海平面位置方面特别有用。该管可以具有通常达到大约0.6米的内径。柔性管大致以柔性管体与一个或更多个端部配件的组件的形式形成。管体通常以形成承压导管的分层材料的组合的形式形成。该管结构允许大的挠曲而不引起弯曲应力在管的使用寿命期间损害管的功能。管体大体上以包括金属层和聚合物层的组合结构的形式构造。

然而，应当理解到，在海洋下的这种操作深度处存在严峻的环境条件，其不仅包括高压力和强潮汐运动，还包括诸如与过往交通工具碰撞之类的人为条件等。

就所有结构而言，其将承受许多不同的力。这可能会导致非常复杂的载荷，并且这包括但不限于自身重量、内部压力、张力、振动引起的涡旋、挠曲、扭曲等。

存在一种对用于柔性管的诸如应变、温度和声学之类的各种参数的持续监测的增大的需求，以有助于检测管中的结构故障。这种结构故障例如可能是泄漏、线材破裂、管中的过度弯曲(即，超出在将发生损坏之前的最大容许量的弯曲)以及管与外部环境之间的相互作用，例如与其他物体的碰撞。

已经提出的用于监测与这种结构相关联的参数的一种方法是使用光纤维系统。作为监测柔性管中的应变、温度以及声学的一种方法，防护导管内的原纤维和/或金属管中纤维(FIMT)沿着管结构的长度结合并连接至管外的询问装置。该纤维用作用于传递光的光纤维并且通常由玻璃制成。光纤维可以用作应变计、温度计、温度指示器，并且取决于光纤维询问以及在光纤维中设置区域/传感器的方式来做出局部的、分布式的或者为半分布式的应变测量。纤维可以包括布拉格光栅，由此从纤维传递的光的差动衍射用于测量必要的参数。可以对输出读数进行分析以确定管在一段时间内的情况，并且可以相应地采取校正措施。WO2009/068907——其全部内容均通过参引并入本文中——公开了光纤维可以卷绕柔性管的方式以及可以确定与管相关联的参数的所采用的某些测量。

在该系统使与管相关联的某些参数被确定时存在一定的限制，这种光学系统在该限制内可以使用。原因之一是在于光纤维自身相对易碎，并且在所监测的基底结构倾向于大量的机械运动的情况下，随后可能会引起纤维中的机械应力和应变，这会引起纤维故障。因此，直到现在光纤维的使用还受限于在光纤维的运动被过度限制的情况下的使用。

基于光缆的极限拉伸应变(UTS)的应变限制根据制造商的建议目前应当位于1％的范围内。使用商业可用的光纤维来测量1％以上的应变从而需要一种减小纤维所承受的应变量的方法，从而增大其测量超出其UTS限制的应变水平的能力。

已知的方法可以使用压力装甲和/或拉伸装甲线材来承载导管。在线材型件的侧缘中形成有凹槽，导管铺设在该凹槽中并被粘结就位。当管遭受力时，导管从而经由至该线材的粘结而承受相同的情况。粘结至导管内部的蚀刻有布拉格光栅的纤维记录导管所承受的运动并且从而实现应变监测。

温度可以通过包括没有粘结至导管内部并且从而能够相对于应变独立地记录温度的FIMT来监测。纤维能够以类似的方式构造以监测声学情况。

困难之处可能在于在不引起对纤维的损坏的情况下将纤维结合到诸如柔性管之类的结构中。当前的制造方法证实钢管可以容易地终止。没有粘结至钢管的纤维可以用于确定温度或测量声学信号；然而，为了测量应变，纤维必须固定至管并且从而遭受来自管的载荷传递的情况。

另外，困难之处可能在于制造如下一种FIMT：在该FIMT中，在没有使纤维发生过度应变的情况下使纤维粘结至管。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地缓和上述问题。

本发明的实施方式的目的在于提供一种包括在制造期间相比已知构型相对容易地结合到管结构中的纤维的导管。