用于密封和切断海底管道的装置、系统和方法
【专利摘要】公开一种用于密封和切断适于输送流体(例如烃)的海底管的装置(100)，以及使用这样的装置的系统和方法。装置(100)包括适于附连到管的外壳(2)，用于在预定位置处提供管中的开口的刺穿工具(28)以及用于建立密封剂材料源和邻近管中的开口的管内的空间之间的流体连通的机构，以及用于切割管的切割机构(42)。公开的方法包括刺穿管以形成开口，通过开口将密封剂材料注射到管中以形成不透流体密封，以及穿过密封切割管以形成密封切割端部。
【专利说明】用于密封和切断海底管道的装置、系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于密封和切断适合于输送流体(例如烃)的海底管道的装置，以及使用这样的装置的系统和方法。
【背景技术】
[0002]对不再使用的海底石油和天然气管道的安全、环境友好的退役的需要日益增加。常常在石油和天然气生产领域的运营中花费大量的运营资金来去除这样的管道。目前的一般做法是将退役管道牵引到水面以在水面船只的甲板上进行切割。在一些情况下，由于管道、电缆、通信电缆等在海底的拥塞，待去除的管道不能整体被提升到海面。在一些情况下，由于腐蚀(深水中的特殊问题)，待去除的管道不能安全地整体被牵拉到水面。由于这些和其它原因，退役海底管道典型地在被提升到水面以便去除和处置之前被切割成在长度上从数百英尺和数千英尺不等的部段。切割部段典型地在端部未被密封，并且它们可能在海底放了不同的时间段，其中在该区域中的强水流的情况下它们能够移动。
[0003]在退役和废弃期间在切割管道以去除烃并且由此减小烃排出的风险之前典型地冲洗并且清理待退役的海底管道。管道中的高点和死角可以俘获烃并且阻止在该过程期间有效地清洁烃。物理限制也可以阻碍清理一些管道的能力。随着时间已输送具有高石蜡含量的烃的管道可以包含石蜡或蜡沉淀的积累物，其不能通过冲洗和/或清理充分地清洁。目前的一种做法是潜水员手动地将管道切割成部段，用封闭罩覆盖管道以容纳任何可能的烃释放。这会是耗时的、昂贵的和危险的过程。许多管道然后就地被密封和废弃并且埋在海底之下。
[0004]需要一种在烃释放到环境的风险小、过程安全性高并且生产率增加的情况下退役海底管道的方法。
【发明内容】
[0005]公开了用于密封和切断适于输送流体的管道的方法和系统。所述方法包括以下步骤:刺穿具有管道内径的管道以在预定位置处提供所述管道中的开口 ；通过所述开口将密封剂材料注射到所述管道中以填充由所述管道内径限定的体积空间并且由此在所述管道内产生不透流体密封；以及穿过所述不透流体密封切割所述管道以形成两个密封切割端部。
[0006]也公开了用于密封和切断管道的装置。在一些方面中，所述装置包括适于附连到管道的外壳和用于在预定位置处提供所述管道中的开口的刺穿工具。在一些方面中，所述装置还包括剪切压头，所述剪切压头在用于变形和切割所述管道的伸出位置和所述外壳内的缩回位置之间可移动。在其它方面中，所述装置还包括适于切割所述管道的激光器。在其它方面中，所述装置包括适于刺穿所述管道的激光器。在另外的其它方面中，所述装置包括注射工具，所述注射工具能够在所述外壳内的缩回位置和用于建立密封剂材料源和邻近所述管道中的所述开口的空间中的所述管道内的空间之间的流体连通的伸出位置之间移动。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]考虑以下描述、附带的权利要求和附图将更好地理解本发明的这些和其它目的、特征和优点，其中:
[0008]图1A是根据一个方面的用于密封和切断管道的装置的分解图。
[0009]图1B-1C是图1A的装置的透视图。
[0010]图2A-2F是根据一个方面的用于密封和切断管道的顺序方法步骤的图示。
[0011]图3A-3F是根据一个方面的用于切断管道的顺序方法步骤的图示。
[0012]图4A-4C是用于切断管道的替代方法步骤的图示。
[0013]图5不出根据一个方面的系统。
[0014]图6是包括根据一个方面的用于密封和切断管道的顺序方法步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0015]图1A是根据本公开的一个方面的用于密封和切断管道的装置100的分解图。工具主体10适于接收下部管支撑件20和上部管支撑件60之间的管的部段。在所示的实施例中，工具主体10包括附连到框架的外壳2，所述框架包括两个臂18和在臂18之间的横向构件22，下部管支撑件20在所述横向构件上。横向构件22可以借助于销(例如一个固定销26和一个可移动销24)连接到臂18，因此允许横向构件22以门的形式打开。图1B和IC是接收管21的部段的工具主体10的透视图，其中横向构件22分别地围绕管21的部段打开(图1B)和闭合(图1C)。上部管道支撑件60设在外壳2的下表面上。臂可以可选地升高和降低以适应不同尺寸的管，例如使用显示为通过安装件16安装到外壳2的液压装置17。工具主体10可以容纳大约3英寸(7.6cm)到大约10英寸(25.4cm)之间的标称管直径。
[0016]外壳2可以根据需要装配有各种部件，包括经由端口 17的电缆和经由端口 4的液压流体。端口 6设在外壳2中，通过该端口可以将密封剂材料输送到工具主体10。接线盒8可以安装在外壳2上或内以便接收电力、液压流体和密封剂材料，并且提供输出接头12以供应电力、液压流体和密封剂材料。
[0017]在外壳2内，可以容纳各种辅助工具以便用于本公开的方法和系统。辅助工具可以在它们的缩回位置容纳在外壳2内，并且当它们被启动时可以通过开口 14伸出。例如，刺穿工具28可以设在外壳2内。刺穿工具28具有刺穿工具主体30、密封垫圈38和刺穿尖端40。刺穿工具28可以通过借助于连接接头34与接线盒8的连接由液压装置控制和/或电力控制。在一个实施例中，刺穿工具28带有接头32以便接收与密封剂管线36流体连通的密封剂材料，密封剂材料可以通过所述密封剂管线输送到刺穿尖端40，并且通过刺穿尖立而40内的孔。
[0018]另外，剪切工具42可以设在外壳2内。剪切工具42包括连接接头44，工具可以通过所述连接接口连接到接线盒8以接收动力和控制。剪切工具42也包括连接到剪切压头48的剪切工具主体46。剪切压头48可选地弯曲以适应管的弯曲外表面。
[0019]图2A-2F是根据本公开的一个方面的使用装置100密封和切断管道的顺序方法步骤的图示。图2A是由上述的工具主体操作以刺穿保持在上部管支撑件60和下部管支撑件20之间的管110的部段的刺穿工具28的截面侧视图。可刺穿垫圈50在待刺穿的位置处放置在管的表面上。刺穿工具28被控制使得刺穿尖端40刺穿垫圈50和管110。在刺穿管110以形成管中的开口之后，管内的压力可选地被排放。
[0020]如图2B中所示，密封剂材料13通过刺穿工具28输送到管110内的邻近由刺穿工具28制造的开口的空间112中。密封剂材料被注射到空间112中直到由管道内径限定的体积空间被填充，由此产生管道内的不透流体密封，如图2C中所示。在一个实施例中，不透流体密封沿着至少两个管道内径的管道具有在轴向方向上的长度。可选地，在切割管之前允许密封剂材料有足够的时间固化。
[0021]尽管在以上描述中，密封剂材料通过刺穿工具28被输送，但是在替代实施例中，密封剂材料可以通过独立注射工具(未显示)被输送，所述独立注射工具也可以容纳在外壳2内并且可以插入由刺穿工具提供的开口中。
[0022]在图2D中，剪切工具42由工具主体操作以穿过由密封剂材料13组成的不透流体密封剪切管110。图2E和2F示出由此产生的密封切断端部101。在该实施例中，如图所示，由于剪切压头48所进行的剪切，在切割端部101处的管110的直径基本不变。“基本不变”表示管110的微小变形，例如直径小于5%的变化。这可以通过使用锐利刀片、激光器、旋转切割轮等实现。
[0023]图3A-3F是在形成密封剂材料13的不透流体密封之后的根据本公开的一个方面的用于切断管道的顺序方法步骤的图示。如图3A中所示，管110的部段由上述的工具主体保持在上部管支撑件60和下部管支撑件20之间。如图3B中所示，工具主体的臂18通常借助于液压装置控制以使上部管支撑件60和下部管支撑件20靠拢在一起，由此固定并且然后压扁或压碎其间的管110。如图3C中所示，剪切工具42被操作使得剪切压头48刺穿管110并且剪切管道110，如图3D中所示。图3E和3F示出可以产生的管110的替代的、大体扁平的、密封的切割端部101。如图3E中所示，管110大致压扁，这意味着管的直径变形但是不扁平。可以看到，密封剂材料13从切割端部101可见，但是由密封剂材料13形成的不透流体密封固定地保持在管110的切割端部101内。如图3F中所示，管110被压扁到从切割端部101不能看见密封剂材料的程度。
[0024]工具主体10和辅助工具(B卩，刺穿工具28和剪切工具42)可以由任何已知的、方便的手段操作，例如由潜水员手动地、由远程操作设备(ROV)和由与工具主体10连通的液压动力单元操作。
[0025]还未描述的替代的切割机构也可以用于切割管。图4A-4C是用于切断管110的部段的替代方法步骤的图示。如图4A中所示，可以通过使用由ROV 70操作的液压焊接切割工具72或激光器切割管110。提供排出管线76以在切割操作期间排空管110。如图4B中所示，可以通过使用由ROV 70操作的旋转切割轮74切割管110。如图4C中所示，可以通过使用旋转切割轮工具80切割管110，所述旋转切割轮工具具有用于围绕管的圆周引导工具的辊。钻石线锯能够可选地用于进行光洁切割。
[0026]不管采用本文中所述的哪种方法切割管，形成将通过管中的烃泄漏的可能性最小化的密封切割端部，原因是防止流体通过该密封切割端部。
[0027]图5示出根据本公开的一个方面的系统，其中海底管110由装置100密封和切割，所述装置由密封剂管线124连接到漂浮船只120上的密封剂材料源122。替代地，密封剂材料源可以装载在替代水面结构、例如平台或海岸结构(未显示)上。替代地，密封剂材料源可以位于工具主体外壳2内，或在独立的海底储存器(未显不)中。在一些实施例中，系统也包括排出管线125以便从管道110排出压力。
[0028]适合用于本文中公开的系统和方法的密封剂材料对本领域的技术人员将是显而易见的。非限制性例子包括弹性体密封剂和聚氨酯密封剂，例如从Dow Chemical公司(Midland市，密歇根州)可获得的商标名为FROTH-ΡΑΚ?的双成分喷涂聚氨酯泡沫。
[0029]在一些实施例中，在使用期间在装置100和管110的部段的联合体之上提供保护盖或圆顶作为附加安全设备以防止烃的逸出。
[0030]图6是流程图500，列出根据先前在本公开中所述的某些方面的用于密封和切断管道的顺序方法步骤。在可选步骤510中，垫圈放置在预定位置处以便刺穿管道。在步骤520中，刺穿管道以提供管道中的开口。在可选步骤530中，排出管道内的压力。在步骤540中，通过在步骤520中提供的开口将密封剂材料注射到管道中以在管道内产生不透流体密封。在可选步骤550中，允许密封剂材料固化。最后，在步骤560中，穿过不透流体密封切割管道以形成两个密封切割端部。
[0031]除非另外指出，单独部件或部件的组合物可以从其选择的一类元件、材料或其它部件的叙述旨在包括所列部件及其组合物的所有可能的子组合。而且，“包括”、“包含”及其变型旨在是非限制性的，使得在列表中叙述项不排除也可以用于本发明的材料、组成、方法和系统的其它类似项。
[0032]从以上描述本领域的技术人员将认识到旨在由附带的权利要求涵盖的改进、变化和修改。
【权利要求】
1.一种用于密封和切断适于输送流体的管道的方法，所述方法包括: a.刺穿具有管道内径的管道以在预定位置处提供所述管道中的开口； b.通过所述开口将密封剂材料注射到所述管道中以填充由所述管道内径限定的体积空间并且由此在所述管道内产生不透流体密封；以及 c.穿过所述不透流体密封切割所述管道以形成两个密封切割端部。
2.根据权利要求1所述的方法,其中每个密封切割端部包括包含密封剂材料的大体扁平的管道端部，并且其中防止流体穿过所述密封切割端部分。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在刺穿所述管道之前在所述预定位置处将所述管道与垫圈接触。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括在刺穿所述管道之后并且在注射密封剂材料之前将所述管道内的压力排出到预定压力。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在注射密封剂材料之后并且在切割管道之前允许密封剂材料固化。
6.根据权利要求2所述的方法，其中每个大体扁平的管道端部是大致压扁的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述密封切割端部的每一个的直径由于切割所述管道而大致不变。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述不透流体密封沿着至少两个管道内径的所述管道具有在轴向方向上的长度。
9.一种用于密封和切断管道的装置，所述装置包括: a.外壳，所述外壳适于附连到管道； b.刺穿工具，用于在预定位置处提供所述管道中的开口； c.切割机构，用于切割所述管道；以及 d.注射工具，所述注射工具能够在所述外壳内的缩回位置和用于建立密封剂材料源和邻近所述管道中的所述开口的空间中的所述管道内的空间之间的流体连通的伸出位置之间移动。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述切割机构包括剪切压头，所述剪切压头能够在用于切割所述管道的伸出位置和在所述外壳内的缩回位置之间移动。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述刺穿工具能够在伸出位置和所述外壳内的缩回位置之间移动。
12.一种用于密封和切断管道的装置，所述装置包括: a.外壳，所述外壳适于附连到管道； b.刺穿工具，用于在预定位置处提供所述管道中的开口，并且建立密封剂材料源和邻近所述管道中的所述开口的空间中的所述管道内的空间之间的流体连通；以及 c.切割机构，用于切割所述管道。
13.一种用于密封和切断适于输送流体的管道的系统，所述系统包括: a.根据权利要求9和12中任一项所述的装置；以及 b.密封剂材料源。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述密封剂材料源包含在所述装置的外壳内。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述密封剂材料源包含在所述装置的外壳的外 部的储存器内。
【文档编号】F16L1/16GK104145150SQ201380011118
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月29日
【发明者】J·C·夏普, S·O·克鲁克, J·D·阿德金斯, D·C·科福特, E·S·纳卡基马, J·M·蒂博多 申请人:雪佛龙美国公司