絕熱的管道系統的製作方法
2023-05-29 07:36:06 1
專利名稱：絕熱的管道系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及絕熱的管道系統。
這樣的系統被用於運輸來自海上油井的石油和/或天然氣。它們由一條由雙壁管形成的管路構成，所述雙壁管包括一個在外套管內的內流送管。管子通常是同心的並且在這兩個管子之間的環形空間內裝有絕熱材料。從地下儲池排出的石油或天然氣通常處於高溫下並且絕熱材料的作用就是使石油或天然氣保持這樣的狀態。如果讓石油冷卻下來，則熔點較高的組分將結晶並有可能堵塞流送管線。因此，在設計這樣的管道結構時，必須保證絕熱材料提供足夠的絕熱效果，以便沿流送管的整個長度保持足夠高的溫度。
圖1示出了一種已知的雙壁管結構，它包括一個同心地保持在外套管12內的內流送管10。原油14在流送管10中流動。絕熱材料16安放在位於流送管10與套管12之間的環形區域內。整個組件如圖所示地安放在海床18上。
使原油保持高溫所帶來的一個不可避免的結果就是，至少流送管10將經受熱膨脹。這將尤其是導致管線的縱向長度伸長，或者管線的縱向應力增大。像可能由溫度升高到190℃而引起的應力能夠造成鋼管塑性變形。有兩種消除這些熱膨脹問題的通用方法。第一種方法是將管線埋在海床下並由此將其固定到位而防止了變形。另一種方法是允許如圖2a所示的最初筆直的管子採取如圖2b所示的曲折路程並由此抵消長度的增長。將縱向伸長保持在允許的限度內是很重要的，否則就可能出現如圖2c中的20所示的彎折。這樣的彎折或者曲率過大的區域可能造成管子結構超過其設計極限。
如圖3a所示，雙壁管結構在限制整個縱向伸長方面是有效的。在沒有縱向伸長的情況下，流送管10將如點22所示地處於升高的張力下，而處於室溫下的套管12將如點24所示地處於零張力。如果允許這兩個管子縱向伸長，則複合結構將處於這樣的狀態，其中流送管10上的壓縮應力抵消了套管12上的拉伸應力，即在點26處。該點是一個折中情況，其中這兩個管中的張力TR小於受壓未伸長的管子，並且總伸長量小於不受限制的單壁管線的伸長量。
為了可以預測到這樣的行為，流送管10和套管12保持縱向套準是很重要的，即各管件沒有縱向相互分離。其原因在圖3b中示意地示出了，其中已經假定例如由與海床的相互作用限制了部分套管12，而且流送管10的相應部分已經可以相對那部分套管12縱向移動。這意味著，套管12的伸長有效地沿用28表示的一小段管發生，而流送管的延伸是沿整個長度發生的。結果，套管12的較小伸長將造成相同的應力增大，並且平衡點26』在這兩個管線中處於相當高的應力下。該應力高於在圖3a中得到的原始設計應力並且因此必須避免這種應力。
保持兩條管線縱向套準通常被稱為「縱向貼合」。顯然，縱向貼合是通過在這兩個管子之間確保足夠的縱向力傳遞而實現的。
在現有管線中，縱向貼合是通過以有規律的間隔設置在兩個管子之間的固定鋼鏈板實現的。其帶來的困難是鏈板是被指定用於在高溫和高壓下運輸流體的流送管10的一整體部分。這意味著，整個結構因此必須滿足所需的內管設計標準，這要求小心控制加工條件。這種麻煩不可避免地提高了成本。
在我們的現在已公開的早期申請WO96/36381所述的系統中，省去了這樣的鑄件並且其中所述的鋼管悶頭被用於將用作絕熱介質16的鋁土矽酸鹽微球密封到位。這樣的微球可以在被壓實時在兩個管子10、12之間提供顯著的剪切力傳遞。因此，這樣的壓實絕熱件能夠保證縱向貼合。WO96/36831中所述的系統就依賴此作用。
其他固態絕熱材料通常是聚合物並且不能在管子的使用壽命期限內不降低質量地承受所涉及的高溫。纖維絕熱材料如礦物棉幾乎沒有抗剪切強度並且因此不能幫助縱向貼合。一種能夠承受高溫的固態絕熱材料通常被稱為矽磚。它可以以被稱為Microtherm(註冊商標)的專利產品形式買到，所述產品是由英國德羅特維奇的Micropore國際有限公司製造的。可以購買象德國慕尼黑的Wacker-Chemie有限公司的Wacker-WDS(註冊商標)這樣的相似產品。但是，這種絕熱材料作為固態砌塊地存在並且不能在環形空間內壓實在應有的位置。因此，不能可靠地被用於傳遞剪切應力或徑向負荷
度可以變成如此之大，以致雙壁管設計變得不實際了。因此，在這些情況下，如果要使用較小的實用且高效的套管尺寸，則可替換的絕熱材料是最重要的。
本發明因此提供了一種絕熱管道系統，它包括一個外套管、一個內流送管和在它們之間的空間內的絕熱層，其中絕熱層包括至少一個基本上被呈顆粒形式的第二絕熱材料包圍住的第一絕熱材料的鬆散塊體。
這使得第一絕熱材料的鬆散塊體提供了主要的或全部的所需絕熱效果，而散粒狀的第二絕熱材料可以填裝在第一絕熱材料周圍以便提供所需的剪切力傳遞。
如果第一絕熱材料與第二絕熱材料相比具有較差的導熱性能，則這是理想的，第一絕熱材料的導熱性能最好小於第二絕熱材料的一半。第一絕熱材料的導熱性能小於第二絕熱材料導熱性能的35％就更理想了。第一絕熱材料的導熱性能小於第二絕熱材料導熱性能的25％是最優選的。
當然，第二絕熱材料是氧化鋁矽酸鹽微球是優選的。
第一絕熱材料是矽磚也是優選的。
第二絕熱材料的平均直徑最好為30微米-300微米。
第一絕熱材料的適當厚度為10毫米-50毫米，且最好為15毫米-25毫米。
第二絕熱材料的平均顆粒直徑最好小於第一絕熱材料平均砌塊尺寸的一百五十分之一。第二絕熱材料的平均顆粒直徑小於第一絕熱材料平均砌塊尺寸的四百分之一最佳。
現在，將參見附圖地舉例描述本發明的實施例。其中圖1是傳統雙壁管線的橫截面圖；圖2a、2b、2c示出了通過管偏折抵消熱膨脹；圖3a、3b示出了在雙壁管結構中的力平衡情況；以及圖4是本發明的雙壁管線的橫截面圖。
已經描述了圖1-3，在此就不贅述了。
圖4示出了本發明管線的橫截面。內流送管10被外套管12包圍。石油或天然氣14在內流送管10中流動。整個結構安置在海床18上。
絕熱層位於同心的內流送管10與外套管12之間的環形空間內。它包括第一層Microtherm(註冊商標)矽磚20，所述矽磚包套著內流送管10。矽磚厚24毫米並且由三個各厚8毫米的疊層構成。可以採用更多一些或少一些的層數，這取決於所需的絕熱效果。例如，可以使用兩層或四層。第二絕熱材料22包括直徑為30微米-300微米的氧化鋁矽酸鹽微球，它們被填裝到位於未被第一絕熱材料20佔據的環形空間內的區域中。這佔據了大約10毫米-80毫米的厚度。第二絕熱材料接著被壓縮，從而它可以保證在內流送管10和外套管12之間傳遞剪切力。
人們將認識到，在不脫離本發明範圍的情況下，可以對上述實施例進行各種各樣的修改，例如第一絕熱材料20不一定呈纏繞在流送管10上的單個片材的形式。例如，它可以呈分布在環形空間中的幾塊的形式，其中第二絕熱材料22填塞在它們之間。其他變型方案對於有經驗的讀者來說是清楚明了的。
權利要求
1.一種絕熱的管道系統，包括一個外套管、一個內流送管和在它們之間的空間內的絕熱層，其特徵在於，絕熱層包括至少一個基本上被呈顆粒形式的第二絕熱材料包圍住的第一絕熱材料的鬆散塊體。
2.如權利要求1所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料的鬆散塊體提供了絕大部分或全部的所需絕熱效果。
3.如權利要求1或2所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料與第二絕熱材料相比具有較差的導熱性能。
4.如權利要求3所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料具有小於第二絕熱材料的導熱性能一半的導熱性能。
5.如權利要求3所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料的導熱性能小於第二絕熱材料導熱性能的35％。
6.如權利要求3所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料的導熱性能小於第二絕熱材料導熱性能的25％。
7.如前述權利要求之一所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第二絕熱材料是氧化鋁矽酸鹽微球。
8.如前述權利要求之一所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料是矽磚。
9.如前述權利要求之一所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第二絕熱材料的平均直徑為30微米-300微米。
10.如前述權利要求之一所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料的厚度為10毫米-50毫米。
11.如前述權利要求之一所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第一絕熱材料的厚度為15毫米-25毫米。
12.如前述權利要求之一所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第二絕熱材料的平均顆粒直徑小於第一絕熱材料平均砌塊尺寸的一百五十分之一。
13.如前述權利要求之一所述的絕熱管道系統，其特徵在於，第二絕熱材料的平均顆粒直徑小於第一絕熱材料平均砌塊尺寸的四百分之一。
全文摘要
本申請披露了一種絕熱的管道系統,它包括一個外套管、一個內流送管和位於其間的空間內的絕熱層,其中絕熱層包括至少一個基本上被呈顆粒形式的第二絕熱材料包圍的第一絕熱材料的鬆散塊體。這使得第一絕熱材料的鬆散塊體提供了絕大部分或全部的所需絕熱效果,而散粒狀第二絕熱材料可以填裝在第一絕熱材料周圍以便提供所需的剪切力傳遞。第一絕熱材料與第二絕熱材料相比具有較差的導熱性能是理想的,其導熱性能小於第二絕熱材料的一半最好。第一絕熱材料的導熱性能小於第二絕熱材料導熱性能的35%更理想,而小於第二絕熱材料導熱性能的25%是最優選的。第一絕熱材料是矽磚也是優選的。第一絕熱材料的適當厚度為10毫米－50毫米且最好為15毫米－25毫米。第二絕熱材料的平均顆粒直徑最好小於第一絕熱材料平均砌塊尺寸的一百五十分之一。第二絕熱材料的平均顆粒直徑最佳地小於第一絕熱材料平均砌塊尺寸的四百分之一。
文檔編號F16L59/14GK1265187SQ9880762
公開日2000年8月30日 申請日期1998年6月22日 優先權日1997年6月23日
發明者拉塞爾·科德靈 申請人:英國鋼鐵有限公司