檢測(cè)裝置和方法
【專利摘要】被配置為檢測(cè)柔性管體內(nèi)的缺陷的檢測(cè)裝置的第一實(shí)施例包括信號(hào)發(fā)生器、接收器、相關(guān)器和處理器。信號(hào)發(fā)生器被配置為耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，該第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線，該信號(hào)發(fā)生器被配置為生成電測(cè)試信號(hào)并且將測(cè)試信號(hào)施加到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件之間，該測(cè)試信號(hào)包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)。接收器被配置為耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件并且接收包括測(cè)試信號(hào)的反射的電返回信號(hào)。相關(guān)器被配置成將測(cè)試信號(hào)與返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)并確定相關(guān)信號(hào)。處理器被配置為檢測(cè)相關(guān)信號(hào)的變化并確定所檢測(cè)到的變化是否指示管缺陷。也公開了檢測(cè)柔性管體內(nèi)的缺陷的方法、管道裝置以及形成管道裝置的方法。
【專利說明】檢測(cè)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測(cè)裝置和方法。具體地，本發(fā)明涉及一種被配置為檢測(cè)柔性管體內(nèi)的缺陷的檢測(cè)裝置以及一種檢測(cè)管體的缺陷或狀態(tài)變化的方法。具體實(shí)施例涉及包括柔性管體和檢測(cè)裝置的柔性管、形成這樣的柔性管的方法以及操作這樣的柔性管的方法。本發(fā)明的某些實(shí)施例還被配置為檢測(cè)管體的狀態(tài)變化。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上，柔性管用于將諸如石油和/或天然氣和/或水的產(chǎn)液從一個(gè)地點(diǎn)輸送到另一地點(diǎn)。柔性管在連接海底位置(可以是深水區(qū)，比如1000米以上)與海平面位置時(shí)尤其有用。該管可具有通常高達(dá)約0.6米的內(nèi)部直徑。柔性管一般形成為柔性管體與一個(gè)或多個(gè)端部配件(end fitting)的組件。管體通常形成為構(gòu)成含壓導(dǎo)管的層狀材料的組合。管結(jié)構(gòu)允許大變形而不會(huì)引起在其壽命期間削弱管的功能性的彎曲應(yīng)力。管體通常被構(gòu)造為包括金屬層和聚合物層的組合結(jié)構(gòu)。
[0003]在許多已知的柔性管設(shè)計(jì)中，管體包括一個(gè)或多個(gè)壓力鎧裝層(armour layer)。在這樣的層上的主要負(fù)荷由徑向力形成。壓力鎧裝層通常具有特定的橫截面剖面以進(jìn)行互鎖從而能夠保持并吸收由管道上的外部或內(nèi)部壓力產(chǎn)生的徑向力。這樣防止管由于壓力而破裂或爆裂的繞線的橫截面剖面有時(shí)被稱為耐壓剖面。當(dāng)壓力鎧裝層由螺旋狀繞線形成的環(huán)狀部件形成時(shí)，來自管道上的外部或內(nèi)部壓力的徑向力使得環(huán)狀部件展開或收縮，從而對(duì)線施加拉伸負(fù)荷。
[0004]在許多已知的柔性管設(shè)計(jì)中，管體包括一個(gè)或多個(gè)可拉伸鎧裝層。在這樣的可拉伸鎧裝層上的主要負(fù)荷是張力。在高壓應(yīng)用中(諸如在深水和超深水環(huán)境中)，可拉伸鎧裝層承受來自內(nèi)部壓力端蓋負(fù)荷與柔性管的自支撐重量的組合的高拉伸負(fù)荷。由于這樣的狀態(tài)經(jīng)歷了延長(zhǎng)的時(shí)間段，因此這能夠?qū)е氯嵝怨馨l(fā)生故障。
[0005]無粘結(jié)柔性管已用于深水(小于3，300英尺(1，005.84米))和超深水(大于3，300英尺)環(huán)境中。對(duì)石油的需求不斷增加，這使得勘探發(fā)生在環(huán)境因素更極端的越來越大的深度。例如，在這樣的深水和超深水環(huán)境中，海底溫度增加了產(chǎn)液冷卻至可能導(dǎo)致管堵塞的溫度的風(fēng)險(xiǎn)。增加的深度還增加了與柔性管必須工作的環(huán)境相關(guān)聯(lián)的壓力。結(jié)果，對(duì)柔性管體的各層的高水平性能的需要增加。柔性管也可用于淺水應(yīng)用(例如，小于約500米的深度)或者甚至用于岸上(陸上)應(yīng)用。
[0006]一種改進(jìn)負(fù)荷響應(yīng)并由此改進(jìn)鎧裝層的性能的方式是由更厚且更堅(jiān)固并因而更穩(wěn)健的材料來制造這些層。例如，對(duì)于壓力鎧裝層(其中，這些層通常由具有層互鎖中的相鄰繞組的繞線形成)，由更厚的材料來制造線導(dǎo)致強(qiáng)度適當(dāng)?shù)卦黾?。然而，隨著使用了更多的材料，柔性管的重量增加。最終，柔性管的重量會(huì)變成在使用柔性管時(shí)的限制因素。另外，使用越來越厚的材料來制造柔性管明顯地增加了材料成本，這也是缺點(diǎn)。
[0007]不考慮改進(jìn)管體內(nèi)的鎧裝層的性能而采取的措施，在柔性管內(nèi)出現(xiàn)缺陷的風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。缺陷可能包括對(duì)柔性管的外壁的損害，從而導(dǎo)致海水進(jìn)入管體內(nèi)的環(huán)狀空間以使得海水填充管的鎧裝層線與其他結(jié)構(gòu)元件之間的空隙。鎧裝層線和其他結(jié)構(gòu)元件通常由鋼或在與海水接觸時(shí)易受加速的腐蝕影響的其它金屬材料制造。如果沒有及時(shí)檢測(cè)到這樣的缺陷，則會(huì)危害管體的結(jié)構(gòu)完整性。檢測(cè)缺陷以前經(jīng)常需要目視檢查管體，這可能是危險(xiǎn)的，特別是對(duì)于深水和超深水安裝。此外，如果任其發(fā)展，柔性管的某些狀態(tài)變化(包括彎曲、破碎和大的溫度變化)可能導(dǎo)致缺陷。之前通常僅通過目視檢查來檢測(cè)這樣的狀態(tài)變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的某些實(shí)施例提供了如下優(yōu)點(diǎn):能夠檢測(cè)管體內(nèi)的缺陷而無需進(jìn)行定期目視檢查。接著，可以修復(fù)缺陷或者替換管體?？蓹z測(cè)的缺陷包括柔性管的外壁的裂口(breach)以及海水進(jìn)入管體環(huán)狀空間。某些實(shí)施例也可以提供例如由于對(duì)管體施加的擠壓或彎曲而導(dǎo)致的管體的狀態(tài)變化或者沿管體的長(zhǎng)度的溫度變化的指示。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種檢測(cè)裝置，其被配置為檢測(cè)柔性管內(nèi)的缺陷，該檢測(cè)裝置包括:信號(hào)發(fā)生器，被配置為耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線，該信號(hào)發(fā)生器被配置為生成電測(cè)試信號(hào)并在第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件之間施加測(cè)試信號(hào)，該測(cè)試信號(hào)包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)；接收器，被配置為耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，并且接收包括測(cè)試信號(hào)的反射的電返回信號(hào)；相關(guān)器，被配置為將測(cè)試信號(hào)與返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)并確定相關(guān)信號(hào)；以及處理器，被配置為檢測(cè)相關(guān)信號(hào)的變化，并且確定所檢測(cè)到的變化是否指示管缺陷。
[0010]管道可用于石油和天然氣開采時(shí)的高壓用途
[0011]信號(hào)發(fā)生器可被配置為生成包括隨機(jī)或偽隨機(jī)脈沖序列的測(cè)試信號(hào)。具體地，信號(hào)發(fā)生器可被配置為生成包括連續(xù)的脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)或脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)的突發(fā)脈沖(burst)的測(cè)試信號(hào)。
[0012]處理器可被配置為檢測(cè)相關(guān)信號(hào)的特征，并根據(jù)電力傳輸線的預(yù)定傳播速度、根據(jù)對(duì)應(yīng)于該特征的相關(guān)延遲來確定沿柔性管體的對(duì)應(yīng)空間位置。該處理器可進(jìn)一步被配置為確定相關(guān)信號(hào)的特征的幅度，并且確定電力傳輸線的特征的局部變化的對(duì)應(yīng)幅度。處理器可進(jìn)一步被配置為確定與該特征相關(guān)聯(lián)的物理事件的性質(zhì)。
[0013]處理器可被配置為生成輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)表示已檢測(cè)到指示管體缺陷或管體的狀態(tài)變化的相關(guān)信號(hào)變化。處理器可以還被配置為生成輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)表不對(duì)于電力傳輸線的特征阻抗的局部變化的沿柔性管體的對(duì)應(yīng)空間位置。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種檢測(cè)柔性管內(nèi)的缺陷的方法，該方法包括:將信號(hào)發(fā)生器耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線；在信號(hào)發(fā)生器處生成包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)的電測(cè)試信號(hào)；在第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件之間施加測(cè)試信號(hào)；將接收器耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件；接收包括測(cè)試信號(hào)的反射的電返回信號(hào)；將測(cè)試信號(hào)與返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)以確定相關(guān)信號(hào)；檢測(cè)相關(guān)信號(hào)的變化；以及確定所檢測(cè)到的變化是否指示管缺陷。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種管道裝置，包括:管體，包括第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分沿管體的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線；端部配件，耦合到管體的至少一端；以及根據(jù)本發(fā)明的第一方面的檢測(cè)裝置，耦合到與柔性管體的端部耦合的端部配件，其中信號(hào)發(fā)生器耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件。
[0016]至少一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件可包括在管體結(jié)構(gòu)內(nèi)電隔離的、管體的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件。至少一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件可包括延伸通過最內(nèi)阻擋層和最外阻擋層之間的管體的適當(dāng)導(dǎo)電帶元件(例如，金屬線或線纜)。一個(gè)構(gòu)件可包括管的結(jié)構(gòu)，例如層或鎧裝線，并且其他構(gòu)件可包括與周圍的結(jié)構(gòu)元件電隔離的結(jié)構(gòu)元件。
[0017]管道裝置可進(jìn)一步包括第二檢測(cè)裝置，第二檢測(cè)裝置包括:阻抗監(jiān)測(cè)器，耦合到至少部分沿管體的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件和與包圍至少部分管體海水接觸的海水電極，并且被配置為響應(yīng)于施加到導(dǎo)電構(gòu)件的電測(cè)試信號(hào)來以第一頻率和第二頻率測(cè)量導(dǎo)電構(gòu)件與海水電極之間的阻抗；以及處理器，被配置為檢測(cè)所測(cè)量的阻抗關(guān)于具有第一頻率的電測(cè)試信號(hào)的變化，并且如果檢測(cè)到所測(cè)量的阻抗的變化，則確定該變化是否指示管道缺陷，如果是這樣，則通過比較以第一頻率和第二頻率所測(cè)量的阻抗來確定從海水電極到管缺陷的距離。
[0018]構(gòu)成傳輸線的第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件可包括管體的第一和第二金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并且耦合到阻抗監(jiān)測(cè)器的導(dǎo)電構(gòu)件包括第一和第二金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的一個(gè)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種形成管道裝置的方法，該方法包括:提供管體，該管體包括至少部分沿管體的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線的第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件；以及將端部配件耦合到管體的至少一端；其中根據(jù)本發(fā)明的第一方面的檢測(cè)裝置耦合到與管體的端部耦合的端部配件，該方法還包括將信號(hào)發(fā)生器耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種檢測(cè)裝置，其被配置為檢測(cè)在至少部分被海水包圍的柔性管內(nèi)的缺陷，該檢測(cè)裝置包括:阻抗監(jiān)測(cè)器，被配置為響應(yīng)于施加到導(dǎo)電構(gòu)件的電測(cè)試信號(hào)，以第一頻率和第二頻率測(cè)量至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件和與包圍至少部分柔性管的海水接觸的單獨(dú)海水電極之間的阻抗；以及處理器，被配置為檢測(cè)所測(cè)量的阻抗關(guān)于具有第一頻率的電測(cè)試信號(hào)的變化，并且如果檢測(cè)到所測(cè)量的阻抗的變化，則確定該變化是否指示管缺陷，如果是這樣，則通過比較以第一頻率和第二頻率所測(cè)量的阻抗來確定從海水電極到管缺陷的距離。
[0021]該管可具有外部電隔離層以使得在任何缺陷發(fā)生前，導(dǎo)電構(gòu)件與海水之間不導(dǎo)電。
[0022]阻抗監(jiān)測(cè)器可被配置為以IOHz與IOOkHz之間的多個(gè)頻率將電測(cè)試信號(hào)施加到導(dǎo)電構(gòu)件。
[0023]阻抗監(jiān)測(cè)器可包括:電流源，被配置為將電測(cè)試信號(hào)提供給導(dǎo)電元件；以及電壓計(jì)，被配置為確定在導(dǎo)電構(gòu)件處相對(duì)于海水電極所生成的電壓。
[0024]電壓計(jì)可以是同步解調(diào)器，并且阻抗監(jiān)測(cè)器還可包括控制器，該控制器被配置為將頻率控制信號(hào)提供到電流源和同步解調(diào)器以確保電壓測(cè)量對(duì)于電流源同步。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種檢測(cè)至少部分被海水包圍的柔性管內(nèi)的缺陷的方法，該方法包括:將阻抗監(jiān)測(cè)器耦合在至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件和與包圍至少部分柔性管的海水接觸的海水電極之間；在阻抗監(jiān)測(cè)器處生成電測(cè)試信號(hào)，并且以第一頻率和第二頻率將測(cè)試信號(hào)施加到導(dǎo)電構(gòu)件；檢測(cè)所測(cè)量的阻抗關(guān)于具有第一頻率的電測(cè)試信號(hào)的變化；以及確定所檢測(cè)的阻抗變化是否指示管缺陷，并且如果是這樣，則通過比較以第一頻率和第二頻率所測(cè)量的阻抗來確定從海水電極到管缺陷之間的距離。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種管道裝置，包括:管體，包括至少部分沿管體的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電部件；以及端部配件，耦合到管體的至少一端；海水電極；以及根據(jù)本發(fā)明的第五方面的檢測(cè)裝置，耦合到與管體的端部耦合的端部配件，其中阻抗監(jiān)測(cè)器耦合到導(dǎo)電構(gòu)件和海水電極。
[0027]導(dǎo)電構(gòu)件可以包括管體的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件。替選地，導(dǎo)電構(gòu)件可包括延伸通過最內(nèi)阻擋層與最外阻擋層之間的管體的另一適當(dāng)導(dǎo)電的帶元件(例如，金屬線或線纜)。
[0028]管道裝置還可以包括:第二檢測(cè)裝置，該第二檢測(cè)裝置包括:信號(hào)發(fā)生器，耦合到一對(duì)導(dǎo)電構(gòu)件，該導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)至少部分地沿管體的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線，該信號(hào)發(fā)生器被配置為生成電測(cè)試信號(hào)并且將測(cè)試信號(hào)施加在該導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)之間，該測(cè)試信號(hào)包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)；接收器，耦合到導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)，并且被配置為接收包括測(cè)試信號(hào)的反射的電返回信號(hào)；相關(guān)器，被配置為將測(cè)試信號(hào)與返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)并確定相關(guān)信號(hào)；以及處理器，被配置為檢測(cè)相關(guān)信號(hào)的變化，并確定所檢測(cè)到的變化是否指示管缺陷。
[0029]導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)可包括管體的第一金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件和管體的第二金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種形成管道裝置的方法，該方法包括:提供管體，所述管體包括至少部分地沿管體的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件；提供海水電極；以及將端部配件耦合到管體的至少一端；其中，根據(jù)本發(fā)明的第五方面的檢測(cè)裝置耦合到與管體的端部耦合的端部配件，該方法還包括將阻抗監(jiān)測(cè)器耦合到導(dǎo)電構(gòu)件和海水電極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下文中，將參照附圖來進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中:
[0032]圖1示出柔性管體；
[0033]圖2示出包括柔性管體的立管組件；
[0034]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的檢測(cè)裝置；
[0035]圖4以圖表示出了構(gòu)成圖3的檢測(cè)裝置的一部分的相關(guān)器的輸出；
[0036]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的檢測(cè)裝置；
[0037]圖6是示出了對(duì)于三個(gè)不同的距離、電信號(hào)相對(duì)于該信號(hào)的頻率的衰減的曲線圖；
[0038]圖7示出了構(gòu)成圖5的檢測(cè)裝置的一部分的阻抗監(jiān)測(cè)器；
[0039]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的檢測(cè)方法的流程圖；
[0040]圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的檢測(cè)方法的流程圖。
[0041 ]在附圖中，相同的附圖標(biāo)記是指相同的部分。
【具體實(shí)施方式】
[0042]在整個(gè)本說明書中，將涉及柔性管。應(yīng)理解，柔性管是管體的一部分與一個(gè)或多個(gè)端部配件的組件，在一個(gè)或多個(gè)端部配件中的每一個(gè)中，管體的相應(yīng)端部均被端接。圖1示出了管體100根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例如何由構(gòu)成含壓導(dǎo)管的層狀材料的組合形成。雖然圖1中示出了多個(gè)特定層，但應(yīng)該理解，本發(fā)明廣泛適用于包括由多種可能材料制造的兩個(gè)或更多個(gè)層的同軸管體結(jié)構(gòu)。還應(yīng)注意，所示的層厚度僅僅是為了說明目的。
[0043]如圖1所示,管體包括可選的最內(nèi)胎體層(carcass layer) IOl0胎體提供了能夠用作最內(nèi)層的互鎖結(jié)構(gòu)以全部或部分地防止內(nèi)部壓力護(hù)套(sheath) 102由于管減壓、外部壓力、拉伸鎧裝壓力以及機(jī)械破碎負(fù)荷而破裂。應(yīng)該理解，本發(fā)明的某些實(shí)施例適用于“滑膛(smooth bore)”的操作(B卩，在沒有胎體的情況下)以及這樣的“粗膛(rough bore)”應(yīng)用(在具有胎體的情況下)。
[0044]內(nèi)部壓力護(hù)套102用作流體保持層，并且包括確保內(nèi)部流體完整性的聚合物層。應(yīng)當(dāng)理解，該層本身可包括多個(gè)子層。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，當(dāng)使用可選的胎體層時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員通常將內(nèi)部壓力護(hù)套稱為阻擋層。在沒有這樣的胎體的操作(所謂的滑膛操作)中，可將內(nèi)部壓力護(hù)套稱為襯套。
[0045]可選的壓力鎧裝層103是增加柔性管對(duì)內(nèi)部和外部壓力以及機(jī)械破碎負(fù)荷的抗性的、具有接近90°的捻角(lay angle)的結(jié)構(gòu)層。該層還在結(jié)構(gòu)上支撐內(nèi)部壓力護(hù)套，并且通常包括互鎖結(jié)構(gòu)。
[0046]柔性管體還包括可選的第一可拉伸鎧裝層105和可選的第二可拉伸鎧裝層106。每個(gè)可拉伸鎧裝層均是具有通常在10°與55°之間的捻角的結(jié)構(gòu)層。每層均用來維持拉伸負(fù)荷和內(nèi)部壓力?？衫戽z裝層通常成對(duì)地反繞。
[0047]所示出的柔性管體還包括可選的帶層104，其有助于包含底層并且在一定程度上防止相鄰層之間的磨損。
[0048]柔性管體通常還包括可選的絕緣層107和外護(hù)套108，該外護(hù)套108包括用于保護(hù)管免受海水和其它外部環(huán)境的滲透、腐蝕、磨損和機(jī)械損傷的聚合物層。
[0049]每個(gè)柔性管包括連同位于柔性管的一端或兩端的端部配件一起有時(shí)被稱為管體100的段或節(jié)的至少一個(gè)部分。端部配件提供了構(gòu)成柔性管體和連接器之間的過渡的機(jī)械器件。例如圖1所示的不同管層以在柔性管和連接器之間轉(zhuǎn)移負(fù)荷這樣的方式端接于端部配件中。
[0050]圖2示出了適于將諸如石油和/或天然氣和/或水的產(chǎn)液從海底位置201輸送到浮動(dòng)設(shè)施202的立管組件200。例如，在圖2中，海底位置201包括海底流線205。柔性的流線205包括柔性管，其全部或部分留在海底204或者被埋于海底之下并用在靜態(tài)應(yīng)用中。浮動(dòng)設(shè)施可由平臺(tái)和/或浮標(biāo)或船(如圖2所示)提供。提供立管組件200作為柔性立管，也就是說，將船與海底裝置連接的柔性管203。柔性管可以為具有連接端部配件的柔性管體的段的形式。圖2還示出了如何將柔性管的各部分用作流線205或跨接線(jumper) 206。應(yīng)該理解，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，存在不同類型的立管。本發(fā)明的實(shí)施例可與任意類型的立管一起使用，諸如自由懸掛的立管(自由懸鏈?zhǔn)搅⒐?、一定程度受限的立管(浮標(biāo)、鏈條)、完全限制的立管或封入管(I或J管)中的立管。
[0051]如上所述，柔性管體的缺陷會(huì)損害管體的結(jié)構(gòu)完整性。具體地，外部耐海水層(seawater resistant layer)的裂口或破裂能夠使得海水進(jìn)入最內(nèi)阻擋層與最外耐海水層之間的管體環(huán)狀空間。參照?qǐng)D1，外部耐海水層可包括聚合物外部護(hù)套108，并且最內(nèi)阻擋層可包括內(nèi)部壓力護(hù)套102。管體環(huán)狀空間被諸如圖1的可拉伸鎧裝層105、106的金屬結(jié)構(gòu)部件占據(jù)。這樣的部件通常由鋼或其他金屬形成并且在存在海水時(shí)易受快速腐蝕?，F(xiàn)在將描述本發(fā)明的實(shí)施例，其能夠檢測(cè)柔性管體的外部耐海水層的裂口。某些實(shí)施例還能夠檢測(cè)柔性管體的其他狀態(tài)變化，包括破碎、彎曲和溫度變化。
[0052]圖3示出了耦合到柔性管體的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的檢測(cè)裝置。檢測(cè)裝置被配置為檢測(cè)柔性管體的改變，柔性管體的改變可表示如上所討論的缺陷(以及特別是使得海水或其它流體進(jìn)入管體環(huán)狀空間的裂口)或某些形式的狀態(tài)變化。檢測(cè)裝置可耦合到報(bào)警系統(tǒng)，該報(bào)警系統(tǒng)被配置為向柔性管的操作者提供輸出信號(hào)從而警告操作者對(duì)管的潛在損害。輸出信號(hào)例如可以是視覺或聽覺警報(bào)。
[0053]圖3示出柔性管300，如上所討論，其可構(gòu)成立管。該管至少部分被海水包圍，通過管在海的水平面302以下延伸而示意性地示出。如上所討論，柔性管體由多個(gè)聚合物阻擋層構(gòu)成，包括外部耐海水層304和示為306、308的同軸金屬結(jié)構(gòu)元件的至少第一層和第二層。金屬結(jié)構(gòu)元件(例如，圖1的可拉伸鎧裝層105、106)被設(shè)計(jì)成滿足管體的結(jié)構(gòu)的純機(jī)械特性。然而，如果至少兩個(gè)金屬部件(例如，圖3所示的各條可拉伸鎧裝線或單獨(dú)鎧裝線層)通過絕緣介質(zhì)(例如，圖1的帶層104)彼此電隔離，則可認(rèn)為那些部件包括至少部分地沿柔性管體的長(zhǎng)度延伸的第一導(dǎo)電構(gòu)件306和第二導(dǎo)電構(gòu)件308。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解，導(dǎo)電構(gòu)件306、308構(gòu)成能夠傳送電信號(hào)的電力傳輸線。特別地，如果所選擇的金屬部件包括管體結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一層和第二層，則導(dǎo)電元件306、308構(gòu)成同軸電力傳輸線。
[0054]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，彼此絕緣并且至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸的一對(duì)導(dǎo)電構(gòu)件306、308將傳送施加于該管的第一端的高頻電信號(hào)，就如任何電力傳輸線的情況一樣。電耦合到兩個(gè)構(gòu)件的信號(hào)發(fā)生器提供電信號(hào)，以使得電信號(hào)被施加在構(gòu)件306、308之間。在高頻下，傳輸線具有與其長(zhǎng)度、直徑、構(gòu)造以及導(dǎo)電構(gòu)件之間的絕緣體的絕緣特性相關(guān)聯(lián)的諧振特性，其可由阻抗和信號(hào)傳播速度(通常被表示為光速c的幾分之一)表征。
[0055]電力傳輸線的顯著特征是除非以匹配阻抗來正確地端接端部，否則電能沿著該線反射回電源。對(duì)于柔性管，通常導(dǎo)電構(gòu)件306、308沒有電耦合在柔性管的任一端。即使在該管的海底端提供了電耦合，電耦合也不可能會(huì)具有與傳輸線的特性阻抗相匹配的阻抗?？梢栽诮邮掌魈幗邮账瓷涞碾娔?。技術(shù)人員應(yīng)該理解，可將信號(hào)發(fā)生器和接收器組合為收發(fā)器的形式。電能還由于特性阻抗沿著線的長(zhǎng)度的變化而反射。具體地，當(dāng)存在特性阻抗沿著傳輸線的長(zhǎng)度的變化時(shí)，產(chǎn)生所提供的電測(cè)試信號(hào)的部分反射。對(duì)于柔性管體的示例，如果海水由于沿著管體的中間裂口而進(jìn)入管體的環(huán)狀空間，則隨著海水開始浸透導(dǎo)電構(gòu)件之間的空隙或介電材料，海水將直接影響傳輸線在該點(diǎn)的阻抗。
[0056]可以分析從引入傳輸線的電測(cè)試信號(hào)獲得的反射以確定傳輸線故障。通常，在與傳播到傳輸線的相對(duì)端并在相對(duì)端從不匹配的阻抗反射回的電測(cè)試信號(hào)相對(duì)應(yīng)的已知傳播延遲之后接收強(qiáng)反射?？梢苑治隼缬捎诮Y(jié)構(gòu)故障而從沿著傳輸線的阻抗變化返回的其他反射。假設(shè)已知傳輸線的電傳播速度，可以使用反射返回的時(shí)間來確定阻抗變化處的位置。通常，所引入的電測(cè)試信號(hào)是被引入傳輸線的一端的非常窄的高能量脈沖?？梢杂^察沿傳輸線返回的反射脈沖。脈沖返回的時(shí)間表示故障所在的沿著傳輸線的距離(基于傳播速度以及因此基于信號(hào)行進(jìn)至阻抗變化處并返回的時(shí)間)。脈沖振幅可以用來給出故障嚴(yán)重性的指示，并且反射的極性確定故障是否易于導(dǎo)致開路或短路。該技術(shù)通常被稱為時(shí)域反射法(TDR)。應(yīng)理解，在管體的情況下，海水進(jìn)入將使得傳輸線傾向于短路。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，信號(hào)發(fā)生器和接收器被組合而構(gòu)成收發(fā)器310，該收發(fā)器310通過線312、314耦合到管體300內(nèi)的第一導(dǎo)電構(gòu)件306和第二導(dǎo)電構(gòu)件308。收發(fā)器310耦合到相關(guān)器316，該相關(guān)器316被配置為將所發(fā)送的電測(cè)試信號(hào)和所接收的反射電返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)。相關(guān)器316提供了相關(guān)信號(hào)，該相關(guān)信號(hào)被提供到處理器318以進(jìn)行分析。收發(fā)器310、相關(guān)器316以及處理器318可被稱為時(shí)域反射計(jì)(TDR)320。應(yīng)理解，在本發(fā)明的替選實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生器(或發(fā)送器)和接收器可以是分離的。
[0058]收發(fā)器310在導(dǎo)電構(gòu)件306、308之間施加的電測(cè)試信號(hào)被配置為隨時(shí)間變化。時(shí)變的電測(cè)試信號(hào)允許相關(guān)器316生成相關(guān)信號(hào)，該相關(guān)信號(hào)表示在與沿管體的距離直接對(duì)應(yīng)的相關(guān)延遲范圍與電返回信號(hào)的相關(guān)度(嚴(yán)格地，相關(guān)延遲對(duì)應(yīng)于沿管體到引起信號(hào)反射的故障的距離的兩倍)。結(jié)果，可以確定來自管體的遠(yuǎn)端以及沿管體的阻抗變化處的電測(cè)試信號(hào)的多次反射。測(cè)試信號(hào)可以是高頻脈沖信號(hào)。具體地，測(cè)試信號(hào)包括脈沖編碼調(diào)制信號(hào)。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，電測(cè)試信號(hào)包括連續(xù)的偽隨機(jī)編碼信號(hào)。然而，應(yīng)理解，測(cè)試信號(hào)可以是不連續(xù)的，例如，偽隨機(jī)突發(fā)脈沖或線性調(diào)頻信號(hào)，其中，根據(jù)脈沖重復(fù)頻率和占空比在短時(shí)間段內(nèi)發(fā)送偽隨機(jī)碼。另外，測(cè)試信號(hào)可以不是偽隨機(jī)的:其可以是真正隨機(jī)的或者其可以是預(yù)定的信號(hào)模式(其可以是重復(fù)的)。可認(rèn)為這樣的測(cè)試信號(hào)是擴(kuò)頻測(cè)試信號(hào)。在測(cè)試信號(hào)重復(fù)的情況下，期望重復(fù)間隔比從管體的相對(duì)端反射測(cè)試信號(hào)的最大傳播延遲長(zhǎng)。收發(fā)器310可在處理器318的控制下生成電測(cè)試信號(hào)。
[0059]應(yīng)理解，由沿柔性管體延伸的導(dǎo)電構(gòu)件構(gòu)成的傳輸線內(nèi)的阻抗變化可能是由于管體的外部耐海水層的裂口而導(dǎo)致的。進(jìn)入管體的海水易于在裂口處電耦合導(dǎo)電構(gòu)件，引起在裂口處傳輸線的特性阻抗的變化，從而導(dǎo)致信號(hào)反射，該信號(hào)反射可在相關(guān)信號(hào)中被標(biāo)識(shí)為相關(guān)信號(hào)的峰值或其他可辨別特征。峰值可以對(duì)于來自傳輸線的相對(duì)端的期望反射是附加的。應(yīng)該理解，這樣的特性阻抗的變化還可能是由于使得產(chǎn)液進(jìn)入管體環(huán)狀空間的阻擋層的裂口而導(dǎo)致的。處理器318被配置為根據(jù)所檢測(cè)的峰值的相關(guān)延遲來確定所檢測(cè)的阻抗變化處的位置，并且根據(jù)峰值的大小來確定所改變的阻抗的幅值(指示裂口嚴(yán)重性)。如上所述，其他因素可能引起阻抗的變化，例如由于管體的破碎或彎曲而對(duì)導(dǎo)電構(gòu)件的物理?yè)p害或者顯著的溫度變化。這樣的因素會(huì)增加管體對(duì)損害(包括裂口)的敏感性，因此，期望能夠檢測(cè)狀態(tài)變化。
[0060]應(yīng)理解，由于可以這種方式將諸如偽隨機(jī)碼測(cè)試信號(hào)的時(shí)變信號(hào)相關(guān)聯(lián)并進(jìn)行處理，因此能夠檢測(cè)多次反射(并因此檢測(cè)多次狀態(tài)變化或沿管體的缺陷)。此外，可以確定這樣的狀態(tài)變化的缺陷的位置，從而允許目視檢查，并且如果需要，則進(jìn)行維護(hù)。有利地，本發(fā)明的第一實(shí)施例允許通過對(duì)導(dǎo)電構(gòu)件施加連續(xù)的電測(cè)試信號(hào)或者通過以規(guī)則間隔施加不連續(xù)的脈沖測(cè)試信號(hào)來連續(xù)地監(jiān)測(cè)管體的狀態(tài)。另外，與使用高能量脈沖相比，使用時(shí)變信號(hào)尤其有利，如用在用于同軸線纜的傳統(tǒng)TDR中，這是因?yàn)橐牍荏w內(nèi)的峰值能量相當(dāng)?shù)?，這在石化環(huán)境中本質(zhì)上更安全。
[0061]現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)試信號(hào)。施加到傳輸線的測(cè)試信號(hào)包括一系列明顯隨機(jī)二進(jìn)制序列、偽隨機(jī)碼(PRC)。PRC是二進(jìn)制值序列，其被選擇以使得其二進(jìn)制序列在碼的整個(gè)周期內(nèi)不重復(fù)，并且碼的長(zhǎng)度被選擇為充分長(zhǎng)以致于在所關(guān)注周期內(nèi)不重復(fù)。雖然每個(gè)位序列是明顯隨機(jī)的，但通過使用預(yù)加載的確定信息的計(jì)算算法來生成PRC。因此，雖然在二進(jìn)制序列內(nèi)信號(hào)看起來是隨機(jī)的，但序列本身可以以規(guī)則的間隔重復(fù)。通常，使用具有適當(dāng)反饋的移位寄存器來生成PRS。在一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)施例中，在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)內(nèi)，以嵌入碼生成PRC。所接收的信號(hào)相對(duì)于所發(fā)送的信號(hào)相關(guān)。由于序列規(guī)則地重復(fù)，因此微處理器可以對(duì)來自序列自相關(guān)的結(jié)果進(jìn)行比較以檢查傳輸線的變化。1024位偽隨機(jī)二進(jìn)制序列可與IOMHz或20MHz的最大頻率一起使用。二進(jìn)制序列總計(jì)最少重復(fù)216次。所得到的信號(hào)被提供給通常為6VP_P的管道結(jié)構(gòu)從而進(jìn)入具有36 Ω的典型特性阻抗的傳輸線結(jié)構(gòu)。
[0062]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，對(duì)偽隨機(jī)電測(cè)試信號(hào)的特性的仔細(xì)選擇能夠影響檢測(cè)裝置的靈敏度，同時(shí)還影響該裝置的功率要求。應(yīng)理解，確定管體(其長(zhǎng)度可以超過Ikm)的缺陷的位置所需的分辨率可以相對(duì)低。例如，識(shí)別在5m內(nèi)的缺陷的位置是足夠的，從而允許目視或手動(dòng)檢查以識(shí)別準(zhǔn)確位置。50MHz至IOOMHz脈沖率將提供50cm量級(jí)的檢測(cè)分辨率(根據(jù)在故障發(fā)生前的傳輸線的特性阻抗和傳播速度)。
[0063]在處理器318 (替選地,被稱為信號(hào)分析器)中分析從相關(guān)器316輸出的相關(guān)信號(hào)。圖4中示出了從相關(guān)器316輸出的相關(guān)信號(hào)的示例，圖4示出了作為繪出相關(guān)程度與相關(guān)樣本的兩維陣列的相關(guān)信號(hào)。相關(guān)樣本代表所發(fā)送的電測(cè)試信號(hào)與所接收的電返回信號(hào)之間的時(shí)間延遲。假設(shè)已知傳播速率，則相關(guān)樣本還代表沿傳輸線到引起反射的阻抗變化處的距離(另外考慮電信號(hào)必須兩次經(jīng)過該距離而到異常)。沿傳輸線的距離通常等于沿管體的距離，但是這可能變化，例如在一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件包括螺旋圍繞管體的單條可拉伸鎧裝線的情況下。圖4繪出了相關(guān)因子(相關(guān)幅值)與同以米為單位的距離有關(guān)的相關(guān)器樣本的曲線?？梢钥闯觯嬖谂c在約280m處出現(xiàn)的異常相對(duì)應(yīng)的顯著相關(guān)峰值。處理器318可進(jìn)一步被配置為在提供表示已檢測(cè)到缺陷(以及可選地給出該缺陷的位置和幅度)的輸出信號(hào)之前確定相關(guān)峰值是否超過預(yù)定閾值。
[0064]在另一實(shí)施例中，替代使用管體的結(jié)構(gòu)部件來形成傳輸線，一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件可替代單獨(dú)的導(dǎo)電帶元件。帶元件可采用傳感器線纜、導(dǎo)電線或任意其他適當(dāng)?shù)募?xì)長(zhǎng)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形式。有利地，這允許本發(fā)明用在不具有金屬層或結(jié)構(gòu)部件的柔性管中。此外，帶元件也可用在不能將兩個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)部件電隔離的管體中。為了檢測(cè)系統(tǒng)與管體的結(jié)構(gòu)部件的機(jī)械規(guī)范絕緣的特定目的，可優(yōu)化單獨(dú)的導(dǎo)電帶元件的性能。一個(gè)或多個(gè)帶元件可被放置在管體的張力層或另一適當(dāng)層內(nèi)，其中該帶與周圍的結(jié)構(gòu)金屬線電隔離。優(yōu)選地，帶元件絕緣是水或其他流體所能滲透的。這可以通過如下方式來實(shí)現(xiàn):使用織物或類似的可滲透絕緣物或者將隔離聚合物部分放置在帶元件的任一側(cè)，以使得夾層帶將帶元件與底層和覆蓋層分離并將聚合物部分與相鄰的結(jié)構(gòu)線分離。絕緣物優(yōu)選地被配置并放置成使得在外部耐海水層裂口的情況下，包圍帶元件的絕緣物被海水浸透。對(duì)于非金屬管體，只要帶元件在管環(huán)狀空間彼此分隔開，就不需要絕緣物。有利地，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中使用一個(gè)或兩個(gè)分離的帶元件能夠減少對(duì)將管耦合到檢測(cè)系統(tǒng)所需的對(duì)管端部配件的修改。
[0065]傳輸線的最低優(yōu)選工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是50歐姆，并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測(cè)裝置圍繞該標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，以便允許使用線纜和連接器中的標(biāo)準(zhǔn)引線來耦合到沿管延伸的導(dǎo)電構(gòu)件以構(gòu)成傳輸線。然而，管結(jié)構(gòu)通常具有約35 Ω以下的特性阻抗。因此，將檢測(cè)裝置與管匹配需要管端部配件中的阻抗匹配變壓器。有利地，使用沿著管延伸的分離的帶元件(諸如，傳感器線纜或線)形成傳輸線來替代使用管的結(jié)構(gòu)元件允許對(duì)傳輸線的特性阻抗的更好控制。在某些實(shí)施例中，對(duì)帶元件的仔細(xì)選擇允許管傳輸線具有與檢測(cè)裝置兼容的特性阻抗，例如50 Ω，從而消除了對(duì)變壓器的需要。
[0066]作為另一種選擇，替代單獨(dú)的導(dǎo)電帶元件，可以對(duì)一個(gè)或多個(gè)可拉伸鎧裝線或?qū)舆M(jìn)行電鍍，例如使用銅涂層，以降低鎧裝線的電阻。從而，可密切控制可拉伸鎧裝線的傳輸線特性，而不會(huì)影響鎧裝線的結(jié)構(gòu)特性。另外，在傳輸線內(nèi)的絕緣物可由能被流體所滲透的材料形成，但被配置為選擇性地阻隔例如H2S的某些液體，其在某些實(shí)施例中可能是理想的。
[0067]應(yīng)該理解，在外部耐海水層的裂口的情況下，管體環(huán)狀空間將開始充滿水。對(duì)此的結(jié)果是，雖然將影響整條傳輸線的阻抗，但在原始裂口的點(diǎn)處將不再存在阻抗的急劇變化。因此，本發(fā)明的某些實(shí)施例可優(yōu)選地連續(xù)監(jiān)測(cè)管體以指示可能的缺陷并且記錄所觀察的信號(hào)反射(包括記錄反射的幅度及其位置)，以使得當(dāng)傳輸線的周圍部分表現(xiàn)為相同的且減小的阻抗時(shí)不丟失該缺陷的指示。
[0068]現(xiàn)在參照?qǐng)D8的流程圖，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的檢測(cè)方法。在步驟600中，將圖3所示的檢測(cè)裝置耦合到管體內(nèi)的導(dǎo)電構(gòu)件并耦合到海水電極。在步驟602中，將如上所述的電測(cè)試信號(hào)耦合在導(dǎo)電構(gòu)件之間。在步驟604中，接收電返回信號(hào)。在步驟606中，將測(cè)試信號(hào)和返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)以提供相關(guān)信號(hào)。在608中，對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行處理以檢測(cè)可指示管體缺陷或其他狀態(tài)改變的變化。在610中，確定變化的幅度(特別是相關(guān)信號(hào)的新出現(xiàn)的峰值的幅度)以提供缺陷嚴(yán)重性或管體狀態(tài)變化的指示。在612，可確定所檢測(cè)到的異常的位置。應(yīng)理解，實(shí)際上，圖8的方法不是線性處理，并且在某些實(shí)施例中，可將測(cè)試信號(hào)連續(xù)地或基本上連續(xù)地施加到導(dǎo)電構(gòu)件。結(jié)果，可連續(xù)地接收返回信號(hào)并且可連續(xù)地生成并處理相關(guān)信號(hào)。
[0069]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的檢測(cè)裝置。關(guān)于本發(fā)明的第一實(shí)施例，檢測(cè)裝置被配置為檢測(cè)柔性管體的變化，該變化可指示任一個(gè)缺陷(以及特別地使得海水或其他流體進(jìn)入管體環(huán)狀空間的裂口)。檢測(cè)裝置可耦合到報(bào)警系統(tǒng)，該報(bào)警系統(tǒng)被配置為將輸出信號(hào)提供給柔性管的操作者，以警告操作者對(duì)管的潛在損害。輸出信號(hào)可例如是視覺或聽覺警報(bào)。
[0070]本發(fā)明的第二實(shí)施例的某些方面與本發(fā)明的第一實(shí)施例的各方面相似或相同，因此，將不重復(fù)對(duì)其的描述。特別地，可耦合到檢測(cè)裝置的柔性管體的結(jié)構(gòu)可以相同。如下所述，圖5所示的檢測(cè)裝置必須僅耦合到至少部分地沿管體的長(zhǎng)度延伸的單個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件。導(dǎo)電構(gòu)件可包括諸如單條可拉伸鎧裝線或可拉伸鎧裝線層的金屬結(jié)構(gòu)部件、或者如上所述的單獨(dú)帶元件。
[0071]柔性管體的外部耐海水層可由具有已知的固有電絕緣性能的聚合物材料制造而成。海水具有已知的導(dǎo)電性能，但這可能隨著地點(diǎn)不同而變化，例如由于海水鹽度的變化，因此，本發(fā)明的第二實(shí)施例在用來適應(yīng)于本地條件之前需要校準(zhǔn)。在柔性管的外部耐海水層中為孔的形式的物理裂口使得海水與管體的鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)電路徑變得可能。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，在圍繞柔性管的海水與管體的內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行的電阻抗測(cè)量提供了指示裂口的存在的手段。具體地，在所測(cè)量的阻抗下降時(shí)，可以推斷，裂口已經(jīng)出現(xiàn)并且海水與管體的內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)相接觸。
[0072]參照?qǐng)D5，這示出了柔性管體400，其如上所討論那樣可包括立管。管體至少部分地被海水所包圍，通過管體在海的水平面402之下延伸來示意性地示出。如上所討論的，這樣的柔性管體由多個(gè)聚合物阻擋層構(gòu)成，包括外部耐海水層404和至少一層金屬結(jié)構(gòu)元件406，例如圖1的可拉伸鎧裝層105、106。海水電極408與接近管體400的海水接觸。阻抗監(jiān)測(cè)器410耦合到海水電極408和管體400的金屬結(jié)構(gòu)部件406或管體內(nèi)的單獨(dú)帶元件。阻抗監(jiān)測(cè)器410提供了海水電極408與管體400之間的阻抗的測(cè)量。阻抗測(cè)量被提供到處理器412，該處理器412被配置為檢測(cè)阻抗下降，例如從約IM Ω (約等于聚合物阻擋層的阻抗)到約5 Ω (海水的近似阻抗)。在一個(gè)實(shí)施例中，阻抗監(jiān)測(cè)器412被配置為測(cè)量在
O-1OkQ的范圍內(nèi)的阻抗。大于IOkQ的阻抗由于測(cè)量系統(tǒng)在該值處飽和而被登記為最大值IOkQ。有利地，這準(zhǔn)確地記錄了不存在聚合物阻擋層，同時(shí)在較低的阻抗值處允許更大的測(cè)量分辨率。如果在管體的結(jié)構(gòu)與海水電極之間存在任意海水導(dǎo)電路徑，則所測(cè)量的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IOkQ。處理器412還被配置為確定該阻抗下降是否指示管體的外部耐海水層的裂口，例如通過確定阻抗下降的幅度是否超過預(yù)定閾值。如以上結(jié)合圖3的處理器318所述的那樣，處理器412被配置為提供適當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?hào)。
[0073]不同于金屬的主導(dǎo)電子流傳導(dǎo)，海水的電傳導(dǎo)取決于離子遷移率，并且這導(dǎo)致所觀察的導(dǎo)電率關(guān)于所施加的測(cè)量激勵(lì)的頻率而顯著變化。這在圖6中示意性地示出，圖6示出了在各個(gè)低頻下以及在相隔10m、IOOm以及IKm的電極之間所施加的交流信號(hào)的相對(duì)衰減。本發(fā)明的第二實(shí)施例通過施加阻抗監(jiān)測(cè)器410的頻率敏捷激勵(lì)、比較在各個(gè)頻率下獲得的結(jié)果并且根據(jù)該信息確定裂口的近似位置來利用圖6的衰減數(shù)據(jù)。在某些實(shí)施例中，阻抗監(jiān)測(cè)器的激勵(lì)頻率在IOHz至IkHz的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，阻抗監(jiān)測(cè)器的最大激勵(lì)頻率可以是100kHz。技術(shù)人員應(yīng)該理解，圖5的檢測(cè)系統(tǒng)還可以使用DC測(cè)試信號(hào)來進(jìn)行操作以通過所檢測(cè)的到海水電極的海水傳導(dǎo)確定是否存在管缺陷。然而，應(yīng)該理解，這將不允許對(duì)缺陷位置的檢測(cè)。此外，將存在由于與管陰極保護(hù)系統(tǒng)(下面討論)的干擾、電化學(xué)偏移和極化而要克服的其他復(fù)雜性。
[0074]圖7中更詳細(xì)地示出了阻抗監(jiān)測(cè)器。第一電極500耦合到地，并且第二電極502率禹合在Howland電流源504與同步解調(diào)器506之間。應(yīng)該理解,第一電極可以是海水電極408，并且第二電極可以在管體內(nèi)。具體地，海水電極可以是支援船或鉆探平臺(tái)的金屬件(即，“地”)。阻抗監(jiān)測(cè)器可以電壓或電流源模式進(jìn)行操作。在圖7中，由于Howland電流源504提供了更好的線性響應(yīng)，因此使用了 Howland電流源504。Howland電流源504被示為連接至第二電極。響應(yīng)于同步濾波器508提供的輸入信號(hào)，Howland電流源504將電流提供到管體。電流可以是AC電流。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，該信號(hào)可以是正弦波形AC電流?？梢允褂闷渌ㄐ?，例如方形波，然而，正弦波形是優(yōu)選的，因?yàn)槟菢硬淮嬖谥C波，其會(huì)干擾頻率依賴范圍測(cè)量系統(tǒng)的操作。即，所施加的電測(cè)試信號(hào)可以是AC。在其他實(shí)施例中，可使用電壓源。在來自控制器510的脈沖控制信號(hào)的控制下，同步濾波器508提供信號(hào)，控制器510另外將相同的控制信號(hào)提供到同步解調(diào)器506。同步解調(diào)器506被配置為分析在每個(gè)頻率下管體與海水的絕緣邊界上所生成的電壓。同步解調(diào)器506將輸出信號(hào)提供到控制器510,該輸出信號(hào)表不第二電極502相對(duì)于地的電壓。在聚合物阻擋層裂口的情況下，第二電極502的電壓依賴于所施加的電流和由電阻器符號(hào)512表不的電極500、502之間的海水阻抗。控制器510被配置為通過對(duì)所提供的電流和所測(cè)量出的電壓進(jìn)行比較來生成表示電極500、502之間的阻抗的輸出信號(hào)。輸出信號(hào)被提供到處理器412,該處理器412被配置為確定是否檢測(cè)到裂口。
[0075]在通過阻抗的階躍變化來檢測(cè)裂口(在圖5中以414示意性地示出)時(shí)，處理器412被配置為指示阻抗監(jiān)測(cè)器以激勵(lì)頻率的范圍(例如，IOHz、30Hz、100Hz、300Hz和IkHz)執(zhí)行阻抗測(cè)量，這通過交叉參考圖6的曲線圖(或者通過參考處理器412內(nèi)的查找表)來允許估計(jì)要確定的裂口的位置。該計(jì)算的準(zhǔn)確性依賴于多個(gè)因素，包括裂口的大小、海水的鹽度和溫度、管體的姿態(tài)(例如，垂直-水平)以及鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電率。
[0076]現(xiàn)在參照?qǐng)D9的流程圖，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的檢測(cè)方法。在步驟700中，將圖3所示的檢測(cè)裝置耦合到管體內(nèi)的導(dǎo)電構(gòu)件并且耦合到海水電極。在步驟702中，以第一頻率測(cè)量電極之間的阻抗。在步驟704中，確定是否已根據(jù)所檢測(cè)到的任意阻抗下降的幅度檢測(cè)到裂口。在步驟706中，如果檢測(cè)到裂口，則以一定頻率范圍測(cè)量阻抗。在步驟708中，使用頻率和阻抗數(shù)據(jù)來確定裂口的位置。另一方面，如果在步驟704中確定沒有檢測(cè)到裂口，則處理返回到步驟702。
[0077]有利地，如果使用AC電流，則上述本發(fā)明的實(shí)施例不干擾耦合到管體的有效的陰極保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)被施加到導(dǎo)電構(gòu)件或管體內(nèi)的分離的帶元件時(shí)，AC信號(hào)對(duì)DC陰極保護(hù)系統(tǒng)沒有影響。
[0078]采用上述配置，能夠以及時(shí)的方式檢測(cè)包括管體的外部耐海水層的裂口的缺陷以及柔性管體的其他狀態(tài)變化，從而允許進(jìn)一步的檢查，并且如果需要維護(hù)，則進(jìn)行維護(hù)。
[0079]本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，關(guān)于上述任何實(shí)施例所述的特征能夠互換地應(yīng)用在不同的實(shí)施例之間。上述實(shí)施例是說明本發(fā)明的各種特征的示例。進(jìn)一步顯而易見的是，可組合使用結(jié)合圖3和圖5描述的檢測(cè)裝置和方法。例如，圖5的檢測(cè)裝置可在實(shí)現(xiàn)圖3的檢測(cè)裝置之前用于檢測(cè)外部耐海水阻擋層的裂口，以確定裂口的位置(從而最小化對(duì)圖3的更多數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng)的使用)。替選地，圖3的檢測(cè)裝置可在實(shí)現(xiàn)圖5的檢測(cè)裝置之前用于檢測(cè)外部耐海水阻擋層的裂口以確定裂口的位置。作為另一替選，兩個(gè)裝置可以同時(shí)使用或交替使用，以在任一個(gè)裝置發(fā)生故障的情況下提供冗余和正確地檢測(cè)并且定位海水裂口的更大置信度。在兩個(gè)監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用到單個(gè)柔性管的情況下，對(duì)于每個(gè)裝置，導(dǎo)電部件可以是分離的或者它們可重疊。
[0080]在本說明書的整個(gè)描述和權(quán)利要求書中，詞“包括”和“包含”以及其變型是指“包括但不限于”，并且其不旨在(而且沒有)排除其他組成部分、添加劑、部件、整數(shù)或步驟。在本說明書的整個(gè)描述和權(quán)利要求書中，除非上下文另有所指，否則單數(shù)涵蓋復(fù)數(shù)。具體地，在使用不定冠詞的情況下，除非上下文另有所指，否則說明書可被理解為考慮了復(fù)數(shù)性以
及單一性。
[0081]應(yīng)理解，結(jié)合本發(fā)明的特定方面、實(shí)施例或示例所描述的特征、整數(shù)、特性、化合物、化學(xué)組成部分或基團(tuán)可應(yīng)用于本文中所述的任意其他方面、實(shí)施例或示例，除非與其不兼容。在本說明書中所公開的所有特征(包括任何所附的權(quán)利要求、摘要和附圖)和/或這樣公開的任何方法或處理的所有步驟可以任何組合來結(jié)合，除了這樣的特征和/或步驟中的至少部分相互排斥的組合外。本發(fā)明不限于任何前述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。本發(fā)明擴(kuò)展至在本說明書(包括任何所附的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的特征中的任意一個(gè)新穎特征或任意新穎組合、或者這樣公開的任何方法或處理的步驟的任意一個(gè)新穎步驟或任意新穎組
口 ο
[0082]讀者的注意力被導(dǎo)向在與結(jié)合本申請(qǐng)的本說明書同時(shí)或在本說明書之前提交且與本說明書一起對(duì)公眾開放的所有文件和文檔，并且所有這樣的文件和文檔的內(nèi)容都通過引用合并于此。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)裝置，其被配置為檢測(cè)柔性管內(nèi)的缺陷，所述檢測(cè)裝置包括: 信號(hào)發(fā)生器，被配置為耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分沿柔性管的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線，所述信號(hào)發(fā)生器被配置為生成電測(cè)試信號(hào)并在所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件之間施加所述測(cè)試信號(hào)，所述測(cè)試信號(hào)包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)； 接收器，被配置為耦合到所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，并且接收包括所述測(cè)試信號(hào)的反射的電返回信號(hào)； 相關(guān)器，被配置為將所述測(cè)試信號(hào)與所述返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)并確定相關(guān)信號(hào)；以及 處理器，被配置為檢測(cè)所述相關(guān)信號(hào)的變化，并且確定所檢測(cè)到的變化是否指示管缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其中所述信號(hào)發(fā)生器被配置為生成包括隨機(jī)或偽隨機(jī)脈沖序列的測(cè)試信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其中所述信號(hào)發(fā)生器被配置為生成包括連續(xù)的脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)的測(cè)試信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其中所述信號(hào)發(fā)生器被配置為生成包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)的突發(fā)脈沖的測(cè)試信號(hào)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一個(gè)所述的檢測(cè)裝置，其中所述處理器被配置為檢測(cè)所述相關(guān)信號(hào)的特征，并且根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述特征的相關(guān)延遲以及所述電力傳輸線的預(yù)定傳播速度來確定沿所述柔性管的對(duì)應(yīng)空間位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測(cè)裝置，其中所述處理器還被配置為確定所述相關(guān)信號(hào)的特征的幅度，并且確定所述電力傳輸線的特性阻抗的局部變化的對(duì)應(yīng)幅度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一個(gè)所述的檢測(cè)裝置，其中所述處理器被配置為生成輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)表示已檢測(cè)到指示管缺陷或柔性管的狀態(tài)變化的相關(guān)信號(hào)變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求5所述的檢測(cè)裝置，其中所述處理器還被配置為生成輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)表示對(duì)于所述電力傳輸線的特性阻抗的局部變化的沿所述柔性管的對(duì)應(yīng)空間位置。
9.一種檢測(cè)柔性管內(nèi)的缺陷的方法，所述方法包括: 將信號(hào)發(fā)生器耦合到第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線； 在所述信號(hào)發(fā)生器處生成包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)的電測(cè)試信號(hào)； 在所述第一和所述第二導(dǎo)電構(gòu)件之間施加所述測(cè)試信號(hào)； 將接收器耦合到所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件； 接收包括所述測(cè)試信號(hào)的反射的電返回信號(hào)； 將所述測(cè)試信號(hào)與所述返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)以確定相關(guān)信號(hào)； 檢測(cè)所述相關(guān)信號(hào)的變化；以及 確定所檢測(cè)到的變化是否指示管缺陷。
10.一種管道裝置，包括: 管體，包括第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件，所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分地沿所述管體的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以 構(gòu)成電力傳輸線；端部配件，耦合到所述管體的至少一端；以及
根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)裝置，耦合到與所述管體的端部耦合的端部配件，其中所述信號(hào)發(fā)生器耦合到所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的管道裝置，其中至少一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件包括所述管體的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的管道裝置，其中至少一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件包括沿最內(nèi)阻擋層和最外阻擋層之間的管體延伸的帶元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的管道裝置，還包括第二檢測(cè)裝置，所述第二檢測(cè)裝置包括: 阻抗監(jiān)測(cè)器，耦合到至少部分地沿所述管體的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件和與圍繞至少部分所述管體的海水接觸的海水電極，并且被配置為響應(yīng)于施加到所述導(dǎo)電構(gòu)件的電測(cè)試信號(hào)來以第一頻率和第二頻率測(cè)量所述導(dǎo)電構(gòu)件與所述海水電極之間的阻抗；以及 處理器，被配置為檢測(cè)所測(cè)量的阻抗關(guān)于具有第一頻率的電測(cè)試信號(hào)的變化，并且如果檢測(cè)到所測(cè)量的阻抗的變化，則確定所述變化是否指示管缺陷，如果是這樣，則通過比較以所述第一頻率和所述第二頻率所測(cè)量的阻抗來確定從所述海水電極到管缺陷的距離。
14.根據(jù)從屬于權(quán)利要求11的權(quán)利要求13所述的管道裝置，其中構(gòu)成所述傳輸線的所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件包括所述管體的第一和第二金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并且耦合到所述阻抗監(jiān)控器的導(dǎo)電構(gòu)件包括所述第一和第二金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的一個(gè)。
15.一種形成管道裝置的方法，所述方法包括: 提供包括第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件的管體，所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件至少部分地沿所述管體的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線；以及 將端部配件耦合到所述管體的至少一端； 其中根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)裝置耦合到與所述管體的端部耦合的端部配件，所述方法還包括將所述信號(hào)發(fā)生器耦合到所述第一和第二導(dǎo)電構(gòu)件。
16.一種檢測(cè)裝置，其被配置為檢測(cè)至少部分地被海水包圍的柔性管內(nèi)的缺陷，所述檢測(cè)裝置包括: 阻抗監(jiān)測(cè)器，被配置為響應(yīng)于施加到所述導(dǎo)電構(gòu)件的電測(cè)試信號(hào)，以第一頻率和第二頻率測(cè)量至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件和與包圍至少部分所述柔性管的海水接觸的海水電極之間的阻抗；以及 處理器，被配置為檢測(cè)所測(cè)量的阻抗關(guān)于具有第一頻率的電測(cè)試信號(hào)的變化，并且如果檢測(cè)到所測(cè)量的阻抗的變化，則確定所述變化是否指示管缺陷，如果是這樣，則通過比較以所述第一頻率和所述第二頻率所測(cè)量的阻抗來確定從所述海水電極到管缺陷的距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的檢測(cè)裝置，其中所述阻抗監(jiān)測(cè)器被配置為以IOHz和IOOkHz之間的多個(gè)頻率將電測(cè)試信號(hào)施加到所述導(dǎo)電構(gòu)件。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的檢測(cè)裝置，其中所述阻抗監(jiān)測(cè)器包括:電流源，被配置為將電測(cè)試信號(hào)提供給所述導(dǎo)電構(gòu)件；電壓計(jì)，被配置為確定在所述導(dǎo)電元件相對(duì)于所述海水電極所生成的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的檢測(cè)裝置，其中所述電壓計(jì)是同步解調(diào)器，并且所述阻抗監(jiān)測(cè)器還包括控制器，所述控制器被配置為將頻率控制信號(hào)提供到所述電流源和所述同步解調(diào)器。
20.一種檢測(cè)至少部分被海水包圍的柔性管內(nèi)的缺陷的方法，所述方法包括: 將阻抗監(jiān)測(cè)器耦合在至少部分地沿柔性管的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件和與包圍至少部分所述柔性管的海水接觸的海水電極之間； 在阻抗監(jiān)測(cè)器處生成電測(cè)試信號(hào)，并且以第一頻率和第二頻率將所述測(cè)試信號(hào)施加到所述導(dǎo)電構(gòu)件； 檢測(cè)所測(cè)量的阻抗關(guān)于具有第一頻率的電測(cè)試信號(hào)的變化；以及確定所檢測(cè)的阻抗變化是否指示管缺陷，并且如果是這樣，則通過比較以所述第一頻率和所述第二頻率所測(cè)量的阻抗來確定從所述海水電極到管缺陷的距離。
21.一種管道裝置，包括: 管體，包括至少部分地沿所述管體的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件； 端部配件，耦合到所述管體的至少一端； 海水電極；以及 根據(jù)權(quán)利要求16-19中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)裝置，耦合到與所述管體的端部耦合的端部配件，其中所述阻抗監(jiān)測(cè)器耦合到所述第一導(dǎo)電構(gòu)件和所述海水電極。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的管道裝置，其中所述導(dǎo)電構(gòu)件包括所述管體的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的`管道裝置，其中所述導(dǎo)電構(gòu)件包括延伸通過最內(nèi)阻擋層與最外阻擋層之間的所述管體的帶元件。
24.根據(jù)權(quán)利要求21-23中的任一項(xiàng)所述的管道裝置，還包括第二檢測(cè)裝置，所述第二檢測(cè)裝置包括: 信號(hào)發(fā)生器，耦合到一對(duì)導(dǎo)電構(gòu)件，所述導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)至少部分地沿所述管體的長(zhǎng)度延伸并且彼此電隔離以構(gòu)成電力傳輸線，所述信號(hào)發(fā)生器被配置為生成電測(cè)試信號(hào)并且將所述測(cè)試信號(hào)施加到所述導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)之間，所述測(cè)試信號(hào)包括脈沖編碼調(diào)制電信號(hào)； 接收器，耦合到所述導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)，并且被配置為接收包括所述測(cè)試信號(hào)的反射的電返回信號(hào)； 相關(guān)器，被配置為將所述測(cè)試信號(hào)與所述返回信號(hào)相關(guān)聯(lián)，并確定相關(guān)信號(hào)；以及 處理器，被配置為檢測(cè)所述相關(guān)信號(hào)的變化，并確定所檢測(cè)到的變化是否指示管缺陷。
25.根據(jù)從屬于權(quán)利要求22的權(quán)利要求24所述的管道裝置，其中所述導(dǎo)電構(gòu)件對(duì)包括所述管體的第一金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件和所述管體的第二金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
26.一種形成管道裝置的方法，所述方法包括: 提供管體，所述管體包括至少部分地沿所述管體的長(zhǎng)度延伸的導(dǎo)電構(gòu)件； 提供海水電極；以及 將端部配件耦合到所述管體的至少一端； 其中根據(jù)權(quán)利要求16-19中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)裝置耦合到與所述管體的端部耦合的端部配件，所述方法還包括將所述阻抗監(jiān)測(cè)器耦合到所述導(dǎo)電構(gòu)件和所述海水電極。
【文檔編號(hào)】G01N27/02GK103675029SQ201310389155
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月10日
【發(fā)明者】杰弗瑞·斯蒂芬·格拉哈姆, 菲利普·愛德華·哈萊, 威廉·詹姆斯·謝潑德 申請(qǐng)人:韋爾斯特里姆國(guó)際有限公司