[发明专利]套筒式热补偿器在海底管线防屈曲领域中的应用

说明书

本发明公开了套筒式热补偿器在海底管线防屈曲领域中的应用，补偿器包括外套管、外套压管、内管、压紧螺栓、滚动轴承和密封橡胶层等。本装置在管内设置轴向限位结构，保证了内管相对外管的单向运动，跟传统套筒式补偿器相比，减小管道及密封材料因温压循环作用产生往复运动而破坏的风险；同时轴向限位结构使管线产生的预拉应力可抵消部分温压联合作用产生的压应力，从而防止管线发生整体屈曲，达到传统通过埋置预屈曲管道引发预拉应力进行屈曲防护的效果，解决了传统预拉应力施加面临的深海埋置困难的问题，同时节约了施工成本，保证管线工作安全。

本发明申请是母案申请“一种预拉力防屈曲的套筒式热补偿器及其应用”的分案申请，母案申请的申请日为2016年9月12日，母案申请的申请号为2016108171337。

技术领域

本发明涉及海底管线防屈曲的方法，尤其是套筒式热补偿器在海底管线防屈曲领域中的应用。

背景技术

21世纪是海洋的世纪。当前，随着人口的过度增长、能源的加剧消耗，使得海洋油气资源这一新兴的油气开采来源，成为了世界沿海各国竞相发展的关键性技术。在深海油气工程中，海底管道是不可或缺的关键设备。高温高压下裸置海底管线的水平向整体屈曲是管线破坏的主要形式之一，是深海油气开发面临的重要技术挑战。

针对这一问题，大批学者进行了一系列海底管道屈曲防护的相关研究，方法之一是对管线结构进行改进实现管道热补偿，目前工程应用中主要包括采用波纹管补偿器补偿、套筒式补偿器补偿等多种热补偿方式。以上补偿方式虽然技术上成熟，但存在一定程度的不足和缺点，如波纹式补偿器安装困难与滞后，且补偿量不大，一般在200-300mm左右；套筒式补偿器极易因往复运动造成密封材料的破坏，造成泄露。另一种屈曲防护方法是在管道铺设完毕后，通过向裸置管道施加一定程度的温压作用，使管线产生弹性范围内的预屈曲，然后再将管道埋设在屈曲后的位置上，从而在管道内引发了预拉应力，投入使用后，管线在温压联合作用下产生的压应力部分被预拉应力抵消，从而达到管线防护作用，该方法是海底管线屈曲防护最经济易行措施之一，其主要缺点是随着石油开发向深海发展，对预屈曲管线埋置施工极为困难。

发明内容

本发明基于管线整体屈曲原理，提出一种利用套管连接段，内管受径向限位结构保证与外管的同心，同时内管受轴向限位结构作用沿轴向单向移动，使管道产生弹性范围内的预拉力，在管线受温压联合作用工作时内部轴向限位结构使管道产生的预拉应力抵消部分温压联合作用产生的压应力，从而防止管线发生整体屈曲的套筒式热补偿器。该预拉力套筒式补偿器对管线的热补偿方式实现了传统海底管线屈曲防护方法的结合。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种预拉力防屈曲的套筒式热补偿器，包括外套管、外套压管、内管、压紧螺栓、滚动轴承和密封橡胶层等；外套管与外套压管同轴设置，二者通过压紧螺栓连接形成套筒式热补偿器两端的左套筒结构和右套筒结构，在左套筒结构和右套筒结构之间同轴设置内管，沿外套管内壁设置密封橡胶层，在密封橡胶层的两端设置前滚动轴承和后滚动轴承，外套压管内壁上沿轴向等距设置轴向限位器，在内管的外壁上位于外套压管内侧的区域内沿圆周设置有轴向限位凹槽，内管的两端嵌入于外套管的前滚动轴承、密封橡胶层和后滚动轴承内。

而且，所述的外套管包括侧段、粗段、中段、细段和外套管凸起，侧段用于连接常规的输送管道，侧段和粗段具有相同的内径，粗段、中段和细段具有相同的外径，粗段管壁的厚度大于中段管壁的厚度，中段管壁的厚度大于细段管壁的厚度，外套管凸起设置于细段的末端。

而且，所述的内管的内径等于外套管侧段和粗段的内径。

而且，所述的外套压管的外壁上设置有外套压管凸起，压紧螺栓设置于外套压管的外套压管凸起和外套管的外套管凸起之间。

而且，所述的密封橡胶层设置于外套管的细段内壁上，密封橡胶层紧密贴合于外套管内壁与内管外壁之间，以保证外套管与内管连接结构的密封性。