[发明专利]柔性管体和方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性管体和制造柔性管体的方法。具体地说，但不唯一地，本发明涉及柔性管道中的参数的监测，例如应变、温度和/或声音。这些参数可在例如石油和天然气工业的柔性管道中进行就地监测。

背景技术

存在许多技术领域，在这些领域不时地或连续地监测一个或多个与结构相关联的参数是有用的。例如，桥梁、道路表面、陆地区域、灯柱、风力涡轮叶片、游艇桅杆、悬吊的电力线缆等就应不时地进行重复地或连续地监测，从而可识别指示与结构相关的任何潜在问题的信息，并且然后采取补救行动。

传统上利用柔性管道将生产流体（例如油和/或气体和/或水）从一个位置运输至另一位置。柔性管道在连接海底位置（其可能在水下深达1000米或更深处）至海平面位置时特别有用。管道可具有通常高达大约0.6米的内径。柔性管道通常以柔性管体和一个或多个末端接头配件的组件形式而形成。管体通常以分层材料的组合形式而形成，其形成了包含压力的导管。管道结构容许大的偏转，而不会引起弯曲应力，弯曲应力会损害管道在其寿命内的功能。管体通常以组合结构的形式建成，其包括金属层和聚合物层。

然而应该懂得，在海底这种操作深度下存在恶劣的环境条件，不仅包括高的压力和强的潮汐运动，而且还包括例如与过往船舶等发生碰撞的人为条件。

对于所有结构而言，其将经历许多不同的作用力。这能导致非常复杂的载荷，并且包括，但不局限于自身重量、内部压力、张力、旋涡引起的振动、屈曲、扭转等。

为了帮助检测管道中的结构故障，对于连续监测柔性管道的各种参数（例如应变、温度和声音）存在日益增加的需求。这种结构故障可能是管道中的泄漏、导线断裂、过度弯曲（即弯曲超过了即将发生损伤之前可容许的最大量），以及在管道和外部的环境之间的相互作用，例如与其它物体的碰撞。

已经针对监测与这种结构相关联的参数而提出的一种方法是使用光学纤维系统。作为一种监测柔性管道中的应变、温度和声音的方法，在金属管道中的保护导管中，沿着管道结构的长度已经引入了裸纤维和/或纤维（FIMT），并连接在管道外部的询问装置（interrogating device）上。纤维用作用于传送光的光学纤维，并且通常由玻璃制成。光学纤维可用作应变仪、温度计、温度指示器，并且可根据询问光学纤维和光学纤维中设置的区域/传感器的方式而进行应变测量，其要么是局部、分布的或半分布的。纤维可包括布拉格光栅，因此沿着纤维传送的光的差分衍射用于测量必要的参数。输出的读数可进行分析，以确定管道在某一时间周期上的状况，并可相应地采取校正动作。WO 2009/068907公开了一种可将光学纤维缠绕在柔性管道周围的方式，并进行某些测量，从中可确定与管道相关联的参数，其公开内容通过引用而完整地结合在本文中。

虽然这种系统确实可使与管道相关联的某些参数被确定，但是在可以使用这种光学系统的情形中仍然有限制。这其中一个原因是因为光学纤维内在相对易碎，并且如果监测的下层结构易于发生相当大的机械运动时，那么在纤维中可能引起机械应力和应变，其造成纤维故障。因此，光学纤维的使用直到现在都是有限使用，在这些场合下，光学纤维的运动已经受到过分地限制。

根据制造商的推荐，基于光缆的极限拉伸应变（UTS）的应变限制普遍在1%的区域内。商业上可用于测量1%以上的应变的光学纤维因而需要一种减少纤维所经历的应变量的方法，从而增加其测量超出UTS极限之外的应变水平的能力。

已知的方法可使用压力防护导线和/或拉伸防护导线来携带导管。在导线形状的侧边缘内形成了槽，在该槽中敷设导管，并结合在合适位置上。当管道遭遇作用力时，导管因此通过这种与导线的结合而经历相同的状况。利用布拉格光栅蚀刻的纤维记录导管经历的运动，并因而实现了应变监测，该纤维结合在导管的内部。

通过包含没有结合在导管内部的FIMT可监测温度，并从而能够相对应变独立地记录温度。纤维可以相似的方式进行设置，以监测声音状况。

将导管装配到导线中，以及在最终匹配阶段从导线上最终除去它们，从而可使它们连接到询问装置上，这些是已知的方法所面临的挑战。就准备而言，导线中的初始槽的形成受到导线硬度的控制，所述槽将要携带导管；过分坚硬或柔软的导线可能难以产生所需要的槽的几何形状。另外，生产时间被延长了，因为导管必须在应用防护层之前匹配并结合到导线槽中。在管道完成，即装配端部接头配件时，导管必须与防护导线分离，以促进其连接到外部装置上。当导管结合到导线中时，是难以将其从槽中去除的，并且在材料中可引起不必要的应力。

发明内容

本发明的一个目的是至少部分地减轻上述问题。