[發明專利]套筒式熱補償器在海底管線防屈曲領域中的應用

有效

• 申請號: 201810045903.X
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN108386642B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 劉潤;李成鳳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F16L51/00
• 分類號: F16L51/00
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開了套筒式熱補償器在海底管線防屈曲領域中的應用，補償器包括外套管、外套壓管、內管、壓緊螺栓、滾動軸承和密封橡膠層等。本裝置在管內設置軸向限位結構，保證了內管相對外管的單向運動，跟傳統套筒式補償器相比，減小管道及密封材料因溫壓循環作用產生往復運動而破壞的風險；同時軸向限位結構使管線產生的預拉應力可抵消部分溫壓聯合作用產生的壓應力，從而防止管線發生整體屈曲，達到傳統通過埋置預屈曲管道引發預拉應力進行屈曲防護的效果，解決了傳統預拉應力施加面臨的深海埋置困難的問題，同時節約了施工成本，保證管線工作安全。

本發明申請是母案申請“一種預拉力防屈曲的套筒式熱補償器及其應用”的分案申請，母案申請的申請日為2016年9月12日，母案申請的申請號為2016108171337。

技術領域

本發明涉及海底管線防屈曲的方法，尤其是套筒式熱補償器在海底管線防屈曲領域中的應用。

背景技術

21世紀是海洋的世紀。當前，隨著人口的過度增長、能源的加劇消耗，使得海洋油氣資源這一新興的油氣開采來源，成為了世界沿海各國競相發展的關鍵性技術。在深海油氣工程中，海底管道是不可或缺的關鍵設備。高溫高壓下裸置海底管線的水平向整體屈曲是管線破壞的主要形式之一，是深海油氣開發面臨的重要技術挑戰。

針對這一問題，大批學者進行了一系列海底管道屈曲防護的相關研究，方法之一是對管線結構進行改進實現管道熱補償，目前工程應用中主要包括采用波紋管補償器補償、套筒式補償器補償等多種熱補償方式。以上補償方式雖然技術上成熟，但存在一定程度的不足和缺點，如波紋式補償器安裝困難與滯后，且補償量不大，一般在200-300mm左右；套筒式補償器極易因往復運動造成密封材料的破壞，造成泄露。另一種屈曲防護方法是在管道鋪設完畢后，通過向裸置管道施加一定程度的溫壓作用，使管線產生彈性范圍內的預屈曲，然后再將管道埋設在屈曲后的位置上，從而在管道內引發了預拉應力，投入使用后，管線在溫壓聯合作用下產生的壓應力部分被預拉應力抵消，從而達到管線防護作用，該方法是海底管線屈曲防護最經濟易行措施之一，其主要缺點是隨著石油開發向深海發展，對預屈曲管線埋置施工極為困難。

發明內容

本發明基于管線整體屈曲原理，提出一種利用套管連接段，內管受徑向限位結構保證與外管的同心，同時內管受軸向限位結構作用沿軸向單向移動，使管道產生彈性范圍內的預拉力，在管線受溫壓聯合作用工作時內部軸向限位結構使管道產生的預拉應力抵消部分溫壓聯合作用產生的壓應力，從而防止管線發生整體屈曲的套筒式熱補償器。該預拉力套筒式補償器對管線的熱補償方式實現了傳統海底管線屈曲防護方法的結合。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種預拉力防屈曲的套筒式熱補償器，包括外套管、外套壓管、內管、壓緊螺栓、滾動軸承和密封橡膠層等；外套管與外套壓管同軸設置，二者通過壓緊螺栓連接形成套筒式熱補償器兩端的左套筒結構和右套筒結構，在左套筒結構和右套筒結構之間同軸設置內管，沿外套管內壁設置密封橡膠層，在密封橡膠層的兩端設置前滾動軸承和后滾動軸承，外套壓管內壁上沿軸向等距設置軸向限位器，在內管的外壁上位于外套壓管內側的區域內沿圓周設置有軸向限位凹槽，內管的兩端嵌入于外套管的前滾動軸承、密封橡膠層和后滾動軸承內。

而且，所述的外套管包括側段、粗段、中段、細段和外套管凸起，側段用于連接常規的輸送管道，側段和粗段具有相同的內徑，粗段、中段和細段具有相同的外徑，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細段管壁的厚度，外套管凸起設置于細段的末端。

而且，所述的內管的內徑等于外套管側段和粗段的內徑。

而且，所述的外套壓管的外壁上設置有外套壓管凸起，壓緊螺栓設置于外套壓管的外套壓管凸起和外套管的外套管凸起之間。

而且，所述的密封橡膠層設置于外套管的細段內壁上，密封橡膠層緊密貼合于外套管內壁與內管外壁之間，以保證外套管與內管連接結構的密封性。