[发明专利]在海底管道整体屈曲过程中进行侧向位移控制的装置

说明书

所属技术领域

本发明属于海底管道整体屈曲控制领域，是在海底管道整体屈曲过程中进行侧向位移控制的装置。

背景技术

近年来，随着海洋油气资源的开发，特别是深水和边际油田的开采，海底管道的工作压力不断提高，其设计温度普遍达到或超过100℃，甚至可能达到150℃的高温，出现了越来越多在高温、高压下工作的海底管道。由于热荷载和压力荷载的作用，当管道的运行温度和压力高于周围环境时，管道将膨胀，如果管道的轴向变形受到周围土体的限制，那么管道将承受轴向压力，当轴向压力达到一定值时，管道会发生整体屈曲。对于埋设管道可能发生隆起屈曲；对于裸铺在海床上的管道，可能发生侧向屈曲。对已有海底管道的调查表明，管道屈曲变形的危害不容忽视。海底管道在高温高压作用下的整体屈曲变形问题成为管道设计的关键性问题。

对于高温、高压海底管道整体屈曲的设计通常存在两种设计目标：第一种设计目标是限制管道发生整体屈曲；第二种设计目标是允许管道发生整体屈曲，但是管道后屈曲的弯矩及应力应控制在允许的范围内，即管道在控制下屈曲。对于限制管道发生整体屈曲的设计目标，通常采用挖沟埋设或堆石的方法来限制管道发生整体屈曲；对于埋地管道，管道的埋深是设计的控制因素，只有在埋设深度满足要求的情况下才能限制管道发生隆起屈曲。通过挖沟埋设或堆石以限制管道发生整体屈曲的方法在浅海施工中常采用。在深海中，挖沟埋设和堆石操作难度大，成本高。因此，对于深海裸铺管道来说，允许管道发生整体屈曲的设计方法是深水油田开发中控制管道整体屈曲设计的唯一可行方法。对于允许管道发生整体屈曲的设计目标，管道能否在预设位置发生整体屈曲非常重要，因此，通常采用枕木法、蛇形铺设法及分布浮力法来激发管道的整体屈曲。

现存的激发海底管道发生整体屈曲的方法都只能通过增大初始缺陷或减小侧向阻力来激发海底管道发生整体屈曲。但是，当管道发生整体屈曲后，并不能控制海底管道整体屈曲变形过大的情形。如果海底管道在整体屈曲过程中侧向位移过大，将导致管道中应力过大，从而导致海底管道发生局部屈曲或者管道破裂等问题，这将引起管道泄漏或者使管道无法正常工作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供在海底管道整体屈曲过程中进行侧向位移控制的装置。该装置在海底管道发生整体屈曲过程中，当海底管道整体屈曲变形较大时，本装置可以通过增大侧向土壤阻力控制海底管道整体屈曲变形的进一步增大。本发明可以有效解决海底管道整体屈曲过程中侧向位移过大的问题，控制管道的侧向屈曲失稳。本发明的技术方案如下：

一种在海底管道整体屈曲过程中进行侧向位移控制的装置，包括应力传感器、电源、控制电路、外周带有凸起的环形刚性结构、保护层及能够使得保护层剥离的执行机构，其中，应力传感器的支架为与管道外径相配合的圆环，其应变片沿圆环环向均匀分布；环形结构的内径大于应力传感器的支架外径，在环形刚性结构的外部设置有保护层，用以保护所述的环形刚性结构，使其不直接与海床接触，控制电路根据应力传感器采集的应变信号大小，控制所述的执行机构是否动作，使保护层被剥离。

作为优选实施方式，所述的环形刚性结构为的外表面具有锯齿、脊状凸起或刺猬状凸起等。所述的控制电路包括微处理器和继电器，所述的执行机构为吸盘式电磁铁，所述的保护层为两个相同的半圆环构成，在保护层的两个半圆环之间设置有至少两对分布在不同部位的吸盘式电磁铁，每对吸盘式电磁铁的两个吸盘分别固定在保护层的一个半圆环上，利用吸盘式电磁铁通电后产生的吸力将保护层的两个半圆环连接起来；由应力传感器采集的应变信号被送入微处理器，微处理器在判断应变信号超出预设阈值时，通过继电器断开对吸盘式电磁铁的供电。

本发明提供的装置可以在控制海底管道整体屈曲控制中单独使用，也可以与现存的激发海底管道发生整体屈曲的方法联合使用，从而更好地控制海底管道整体屈曲变形，避免由于管道侧向位移过大而导致海底管道完整性遭到破坏。具体而言，具有如下的有益效果：

1、增大侧向土抗力，限制海底管道整体屈曲变形进一步增大。应变片将测量的应变转换成对应的电压达到规定值时，中间继电器使输出电路断开，吸盘式电磁铁中的吸力消失，保护层结构的两个半圆环分开，脱落到海床上。使锯齿形结构暴露出来，锯齿形结构将会嵌入到土壤中，管道的侧向土抗力将会显著增加。