Устройство для герметизации и изоляции трубопроводов
Трубопроводный инструмент для использования в трубопроводе содержит корпус с внутренним каналом для прохождения потока, набухающий элемент, расположенный вокруг корпуса инструмента, и временное уплотнение, расположенное в канале для прохождения потока. Трубопроводный инструмент может дополнительно содержать отслеживающее устройство, прикрепленное к корпусу и содержащее механический фиксатор или передатчик, передающий сигнал, который может отслеживаться. Технический результат - повышение надежности. 3 н. и 46 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится, в общем, к устройству и способам герметизации и изоляции трубопроводов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к различным вариантам осуществления трубопроводного инструмента герметизации и изоляции, позволяющего герметизировать кольцевое пространство в трубопроводе c использованием набухающего элемента и временно герметизировать канал потока, проходящего через инструмент, используя временное внутреннее уплотнение. Еще более конкретно, настоящее изобретение относится к способам герметизации и изоляции трубопровода для выполнения техобслуживания, герметизации протечек или установки стационарных устройств в трубопроводе.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычные способы техобслуживания и ремонта трубопроводов содержат, во-первых, остановку нормальной работы трубопровода, затем изоляцию секции трубопровода, подлежащей ремонту или техобслуживанию, посредством закрытия клапана или создания другого типа герметизации в трубопроводе и затем слив жидкостей или выпуск газов в изолированной секции трубопровода. Когда продукт удален из изолированной секции трубопровода, могут выполняться операции ремонта и/или техобслуживания. Эти операции могут включать в себя вырезание и замену протекающей секции трубопровода и/или установку стационарных устройств в трубопроводе, таких как клапан. При выполнении установки таких стационарных устройств в трубопровод может выполняться проверка структурной целостности, такая как гидростатическое испытание, после чего, в таком случае, вода, использованная в испытании, должна сливаться, и, в некоторых случаях, трубопровод также высушивается в зависимости от обслуживания трубопровода. В результате трубопровод может повторно вводиться в эксплуатацию с продуктом и возобновлением нормальной работы.
Эти обычные способы затратны по времени и дороги вследствие остановки работы трубопровода, потери продукта, связанной со сливом или выпуском, времени и затрат, связанных с резкой трубопровода для выполнения фактического ремонта и/или выполнения работ техобслуживания, таких как замена протекающей секции трубопровода или установка стационарного устройства.
Для устранения некоторых из этих проблем разработан трубопроводный внутритрубный изоляционный снаряд, который может использоваться для изоляции секции трубопровода для дальнейшего выполнения техобслуживания и ремонта. Трубопроводный изоляционный снаряд представляет собой устройство с дистанционным управлением, которое может устанавливаться в любое необходимое место в трубопроводе для изоляции секции трубопровода так, чтобы минимизировать количество продукта, подлежащего сливу или спуску перед выполнением работы. Он может вводиться в трубопровод и проталкиваться вдоль по нему продуктом с отслеживанием перемещения к месту назначения. Затем снаряд может стопориться в нужном положении для полной герметизации трубопровода. Недостатками указанного снаряда является то, что он не действует как стационарное ремонтное устройство, поскольку не позволяет продукту проходить сквозь себя. Вместо этого он герметизирует трубопровод таким путем, что уплотнение возможно удалить только посредством полного удаления снаряда из трубопровода, т.е. после завершения работ ремонта и/или техобслуживания снаряд должен удаляться из трубопровода для предоставления возможности возобновления нормальной работы трубопровода.
В связи с вышеизложенным существует необходимость в более эффективном и менее дорогом и, по возможности, стационарном ремонтном устройстве и способах выполнения техобслуживания, ремонта протечек и установки стационарных устройств.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению создан трубопроводный инструмент для использования в трубопроводе, содержащий корпус с внутренним каналом для прохождения потока, набухающий элемент, расположенный вокруг корпуса, и временное уплотнение, расположенное в канале для прохождения потока. В различных вариантах осуществления корпус может дополнительно содержать участок в форме раструба, может выполняться гибким и/или гофрированным или может состоять из металлического сплава. Трубопроводный инструмент может дополнительно содержать отслеживающее устройство, прикрепленное к корпусу и содержащее механический фиксатор или передатчик, передающий сигнал, который может отслеживаться. В варианте осуществления передатчик содержит магнит, радиоактивный изотоп, электронный передатчик, излучатель звуковых колебаний, излучатель ультразвуковых колебаний или их комбинации.
Трубопроводный инструмент может дополнительно содержать множество направляющих чашек, прикрепленных к корпусу и сцепляющихся с трубопроводом при расположении инструмента в трубопроводе. Набухающий элемент, расположенный вокруг корпуса инструмента, может содержать материал, расширяющийся под воздействием текучей среды в трубопроводе. В варианте осуществления набухающий элемент содержит сердечник, включающий упругий полимер, выбранный из группы, состоящей из этилен-пропилен-диеновых мономеров, бутадиен-стирольного каучука, натурального каучука, этилен-пропилен мономерного каучука, этилен-винил ацетатного каучука, гидрогенизированного акрилонитрил-бутадиенового каучука, акрилонитрил-бутадиенового каучука, изопренового каучука, хлорпренового каучука или полинорборнена. В другом варианте осуществления сердечник содержит резину, механически смешанную с полимером, выбранным из группы, состоящей из поливинилхлорида, метилметакрилата, акрилонитрила и этилацетата. В еще одном варианте осуществления участок сердечника содержит бихромат водорода, смешанный с составом из глицерина, диэтиленгликоля и полиакриламида. Набухающий элемент может дополнительно содержать мембрану, окружающую сердечник, и текучая среда может проникать через мембрану медленнее, чем через сердечник. Мембрана может содержать резину, выбранную из группы, состоящей из акрилонитрила, гидрогенизированного нитрила, хлоропрена, этилен-винил ацетатного каучука, силикона, этилен-пропилен-диенового мономера, бутилового каучука, хлоросульфированного полиэтилена, полиуретана, каучука эфира акриловой кислоты и бромированных изобутилен-метилстирольных эластомеров. Набухающий элемент может дополнительно содержать армирование участка мембраны.
В варианте осуществления временное уплотнение трубопроводного инструмента является избирательно расцепляемым, и уплотнение может содержать разрывной диск. В другом варианте осуществления временное уплотнение избирательно сцепляется или расцепляется и может содержать электромеханический клапан. Временное уплотнение может избирательно сцепляться или расцепляться под действием температуры, магнитного сигнала, сигнала давления, электронного сигнала, электромагнитного сигнала, таймера, звукового сигнала, ультразвукового сигнала или их комбинаций. В варианте осуществления трубопроводный инструмент дополнительно содержит стационарное устройство, расположенное в канале для прохождения потока и содержащее клапан или насос.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более подробное описание настоящего изобретения приведено ниже со ссылками на приложенные чертежи, на которых изображено следующее.
Фиг.1 показывает увеличенный вид сбоку сечения одного типичного образца трубопроводного герметизирующего и изолирующего инструмента.
Фиг.2 - увеличенный вид сбоку сечения одного типичного образца набухающего элемента.
Фиг.3А-3D показывают вариант осуществления операций ремонта протечки трубопровода с использованием инструмента, показанного фиг.1.
Фиг.4A-4D показывают вариант осуществления операций техобслуживания трубопровода с использованием инструмента, показанного на фиг.1.
Фиг.5A-5C показывают один вариант осуществления работы трубопровода, в котором стационарное устройство может монтироваться с использованием инструмента, показанного на фиг.1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые термины используются в следующем описании и формуле изобретения для указания конкретных элементов сборки. Настоящее описание не предназначено для различия элементов, отличающихся названием, но не функцией. В следующем описании и формуле изобретения термины "включающий в себя" и "содержащий" используются в открытом виде, и их следует интерпретировать как «включающий в себя, но этим не ограничивающийся...».
Используемый в данном описании термин "трубопровод" включает в себя любую линию или канал, в котором перемещается текучая среда, включая в себя, но этим не ограничиваясь, любую наземную или морскую систему регулирования потока, такую как магистральные системы, райзеры, промысловые трубопроводы, используемые для транспортировки необработанной текучей среды между устьем скважины и установкой обработки, и промысловые трубопроводы, используемые для транспортировки обработанной текучей среды.
На чертежах виды сечения трубопроводного герметизирующего и изолирующего инструмента следует смотреть слева направо, при этом на чертеже левый конец трубопровода находится выше по потоку, и правый конец трубопровода находится ниже по потоку. Другими словами, трубопроводный герметизирующий и изолирующий инструмент на чертежах перемещается слева направо. Весте с тем, из этого ни в коем случае не следует, что инструмент имеет одно направление перемещения, надлежащая конструкция инструмента должна предусматривать установку в нужное положение инструмента в трубопроводе с двух направлений.
Различные варианты осуществления инструмента герметизации и изоляции трубопровода с возможностью работы для создания уплотнения в трубопроводе с различными целями, включающими в себя техобслуживание трубопровода, ремонт протечек и установку стационарных устройств в трубопроводе, описываются со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые позиции используются сквозными для одинаковых признаков на нескольких видах.
Конкретные варианты осуществления трубопроводного инструмента показаны на чертежах и будут подробно описаны в данном описании, которое раскрывает только варианты изобретения и не направлено на ограничение изобретения указанными вариантами. Варианты осуществления трубопроводного инструмента и способы, раскрываемые в данном описании, могут использоваться для практического применения, работы или процесса любого вида там, где необходимо, для выполнения техобслуживания, ремонта и/или монтажа стационарных устройств в трубопроводе. Следует полностью признать, что различные идеи раскрытых в данном описании вариантов осуществления могут использоваться отдельно или в любых подходящих комбинациях для получения желаемых результатов.
На фиг.1 показан вариант трубопроводного герметизирующего и изолирующего инструмента 100, продвигаемого в трубопроводе 190 текучей средой 115. Текучая среда 115 может быть газом или жидкостью и может содержать природный газ, углеводородную текучую среду, воду, рассол или другой раствор на водной основе. Инструмент 100 содержит корпус 140 с возможной хвостовой частью 150 в виде раструба и внутренний канал 160 для прохождения потока, множество передних направляющих дисков 170 и множество задних направляющих дисков 110, расположенных вокруг корпуса 140, временное уплотнение 130, установленное в канале 160 для прохождения потока, набухающий элемент 120, окружающий корпус 140 и расположенный между группами направляющих дисков 110, 170, и отслеживающее устройство 125, прикрепленное к поверхности внешней части корпуса 140.
Корпус 140 трубопроводного инструмента 100 приспособлен для перемещения набухающего элемента 120 и временного уплотнения 130 в нужное положение по трубопроводу 190 для выполнения уплотнения в трубопроводе 190, когда набухающий элемент 120 увеличивается для сцепления с внутренней поверхностью 180 стенки трубы. Корпус 140 также функционирует в качестве вторичного барьера давления, противодействующего давлению текучей среды 115, при этом основным барьером давления является временное уплотнение 130. Для обеспечения достаточной конструктивной прочности корпуса 140 для выполнения этих функций он может изготавливаться из металлического сплава, такого как стальные сплавы или сплавы железа, например. Более того, хотя корпус 140, показанный на фиг.1, имеет твердотельную конфигурацию с гладкой стенкой, в другом варианте осуществления он может быть длинным, тонким, гибким и/или гофрированным, чтобы вписываться в повороты и углы в трубопроводе 190. Хвостовая часть 150 в виде раструба корпуса 140 является возможным признаком трубопроводного инструмента. Указанная хвостовая часть 150 облегчает прохождение трубопроводного снаряда через внутренний канал 160 для прохождения потока после установки трубопроводного устройства 100 в трубопроводе 190 и прижатия набухающего элемента 120 к внутренней поверхности 180 стенки трубы. Хвостовая часть 150 в виде раструба также минимизирует накопление отходов вблизи трубопроводного инструмента 100 и уменьшает воздействие ограничений прохождения потока, которые могут появляться вследствие уменьшения пути прохождения потока, обусловленного присутствием трубопроводного инструмента 100. Специалисту данной области техники должно быть сразу ясно, что угол хвостовой части 150 может изменяться, даже оптимизироваться, для максимизации эффективности уменьшения накопления отходов и уменьшения ограничений прохождения потока.
Набухающий элемент 120 может представлять собой химически активируемый материал, который со временем расширяется в уплотняющее сцепление с внутренней поверхностью стенки 180 трубы, абсорбируя текучую среду 115 в трубопроводе 190. Расширенный набухающий элемент 120, таким образом, уплотняется в кольцевом пространстве 135, образованном между трубопроводным инструментом 100 и внутренней поверхностью стенки 180 трубы трубопровода 190. Как показано на фиг.2, в одном варианте осуществления набухающий элемент 120 содержит сердечник 230, окруженный внешней мембраной 210, проницаемой для текучей среды 115, и может включать в себя внутренний армирующий слой 220. В другом варианте осуществления набухающий элемент 120 содержит только сердечник 230. Внешняя мембрана 210, показанная на фиг.2, предназначена для окружения и предохранения сердечника 230, но также предоставляет возможность перетока текучей среды 115 к сердечнику 230. Мембрана 210 также проницаема для текучей среды 115, но текучая среда 115 проникает через мембрану 210 медленнее, чем через сердечник 230. Следовательно, мембрана 210 может регулировать скорость набухания сердечника 230 так, что инструмент 100 может быть установлен на нужное место в трубопроводе 190 и сцеплен с внутренней поверхностью стенки 180 трубы в регулируемом режиме. В результате воздействия текучей среды 115 сердечник 230 набухает с известной скоростью вследствие абсорбции текучей среды 115, и набухающий элемент 120 расширяется до сцепления с внутренней поверхностью стенки 180 трубы, последовательно образуя уплотнение, препятствующее прохождению потока текучей среды 115 через кольцевое пространство 135 между трубопроводным инструментом 100 и трубопроводом 190.
Выбор материала сердечника 230 может зависеть от вида текучей среды 115. Скорость, с которой сердечник 230 набухает в результате воздействия текучей среды 115, может зависеть, в основном, от состава материала сердечника и вязкости текучей среды, но может также зависеть от конструкции сердечника и/или технологических параметров, таких как температура и давление текучей среды 115. Например, сердечник может иметь слоистую конструкцию, в которой использованы различные слои и/или материалы, имеющие отличающиеся свойства диффузии и набухания. В углеводородах, включающих в себя природный газ и жидкие углеводороды, сердечник 230 может быть изготовлен из упругого полимера, такого как резина или подобный резине материал, выбранный из группы, содержащей этилен-пропилен-диеновые мономеры, бутадиен-стирольный каучук, натуральный каучук, этилен-пропилен мономерный каучук, этилен-винил ацетатный каучук, гидрогенизированный акрилонитрил-бутадиеновый каучук, акрилонитрил-бутадиеновый каучук, изопреновый каучук, хлорпреновый каучук или олинорборнен. Другие материалы могут растворяться в механической смеси, такие как волокна целлюлозы. Другие предложения материалов сердечника 230 содержат резину в механической смеси с поливинилхлоридом, метилметакрилатом, акрилонитрилом, этилацетатом или другими полимерами. Там, где текучая среда 115 представляет собой текучую среду на водной основе, такую как вода или рассол, сердечник 230 может быть выполнен с использованием материала, изготовленного из бихромата водорода, растворенного в воде и смешанного с составом из глицерина, диэтиленгликоля и полиакриламида.
В зависимости от текучей среды 115 сердечник 230 должен выбираться таким, чтобы набухающий элемент 120 достаточно расширялся под воздействием текучей среды 115 для выполнения уплотнения в кольцевом пространстве 135 между трубопроводным инструментом и внутренней поверхностью стенки 180 трубы трубопровода 190. Требуемая степень набухания зависит от нескольких факторов, включающих в себя ширину кольцевого пространства 135. Выбор материала и толщина мембраны 210, с другой стороны, зависят от расстояния, которое должен пройти набухающий элемент 120 до запланированного места назначения, при этом подвергаясь воздействию текучей среды 115. Если трубопроводный инструмент 100 должен пройти значительное расстояние, материал и толщина мембраны 210 могут выбираться такими, чтобы набухающий элемент 120 не завершил свой процесс расширения до достижения трубопроводным инструментом 100 конечной точки назначения. При таком сценарии выбранный материал мембраны 210 может иметь низкую скорость проницаемости текучей среды 115, и толщина мембраны 210 может быть значительной, тем самым замедляя воздействие на сердечник 230 текучей среды 115 и увеличивая количество времени для полного расширения сердечника 230, так чтобы трубопроводный инструмент 100 достиг конечной точки назначения, прежде чем сердечник 230 полностью расширится. В углеводородах мембрана 210 может содержать резину, например акрилонитрил, гидрогенизированный нитрил, хлоропрен, этилен-винил ацетатный каучук, силикон, этилен-пропилен-диеновый мономер, бутиловый каучук, хлоросульфированный полиэтилен, полиуретан, каучук эфира акриловой кислоты и бромированных изобутилен-метилстирольных эластомеров или другие виды резины, имеющие меньшее расширение или более медленную диффузию, чем сердечник 230. Обычно набухающему элементу 120 может потребоваться для полного расширения от одного до четырех дней. Присутствие толстой мембраны 210 с низкой скоростью проницаемости текучей среды 115 может, при необходимости, замедлить расширение сердечника 230, так чтобы набухающему элементу 120 могло потребоваться больше времени для полного расширения. Такая низкая скорость расширения может потребоваться, когда трубопроводный инструмент 100 должен пройти значительное расстояние, прежде чем он достигнет запланированной точки назначения. Передние направляющие диски 170 и задние направляющие диски 110 дают возможность проталкивать трубопроводный инструмент 100 вдоль по трубопроводу 190 текучей средой 115. Эти диски 110, 170 образуют достаточное уплотнение с внутренней поверхностью стенки 180 трубы трубопровода 190 для предотвращения обхода текучей средой 115 трубопроводного инструмента 100. Вместо этого текучая среда 115 контактирует с направляющими дисками 110, 170 и временным уплотнением 130 и толкает трубопроводный инструмент вдоль по трубопроводу 190.
Временное уплотнение 130 выполняет множество функций. При его закрытом положении текучая среда 115 контактирует с временным уплотнением 130, а также с направляющими дисками 110, 170, и толкает трубопроводный инструмент 100 вдоль по трубопроводу 190, как описано выше. Когда трубопроводный инструмент 100 установлен в нужном положении на свое запланированное место и набухающий элемент 120 расширился к внутренней поверхности стенки 180 трубы для заанкеривания трубопроводного инструмента 100 на месте, временное уплотнение 130 дает возможность изоляции секции трубопровода 190 выше по потоку или ниже по потоку от временного уплотнения 130 от остальной части трубопровода 190. В изолированной секции трубопровода 190 может сбрасываться давление, предоставляя возможность техобслуживания, ремонта протечки или установки стационарных устройств, таких как задвижка. Когда такие работы завершены, временное уплотнение 130 может избирательно открываться, предоставляя возможность возобновления прохождения потока текучей среды 115 через трубопровод 190.
Специалист данной области должен легко уяснить, что временное уплотнение 130 может быть любым устройством, которое, когда закрыто, предоставляет возможность проталкивания трубопроводного инструмента 100 по трубопроводу 190 текучей средой 115, а когда открыто, дает возможность текучей среде 115 проходить через внутренний канал 160 прохождения потока трубопроводного инструмента 100. Временное уплотнение 130 способно к избирательному приведению в действие так, что оно должно открываться, когда необходимо, для обеспечения возможности прохождения текучей среде 115 через внутренний канал 160 трубопроводного инструмента 100.
В варианте осуществления временное уплотнение 130 может иметь возможность однократного открытия и не может закрываться. В таком варианте осуществления временное уплотнение 130 может содержать разрывной диск, то есть сдерживающий давление диск, выполненный из разрывного материала и приспособленный для разрывного открытия и сброса сверхнормативного давления при заданном перепаде давления. В различных вариантах осуществления диск может быть выполнен из металла или других материалов, таких как сверхпрочный графит, представляющий собой форму графита высокой чистоты, импрегнированного фенольной смолой, например. Вместо разрывного диска могут также использоваться удаляемые временные уплотнения 130 различных других видов. Удаление или открытие временного уплотнения 130 может совершаться различными отличающимися способами, включающими в себя механические, гидравлические, химические, электрические, взрывные, со сгоранием или их комбинации. В одном вариант осуществления временное уплотнение 130 содержит материал, разрушающийся со временем под воздействием текучей среды 115, например. В другом варианте осуществления один или несколько элементов изолирующего инструмента 100, например корпус 140, выполняют из растворимого кислотой материала, такого как алюминий.
В других вариантах осуществления временное уплотнение 130 спроектировано не только чтобы избирательно открываться, но также избирательно закрываться и повторно открываться по желанию для выполнения дополнительного техобслуживания или ремонта на трубопроводе 190. В таких вариантах осуществления временное уплотнение 130 может содержать электромеханическую задвижку, например, или устройство открытия/закрытия другого типа. Приведение в действие такого временного уплотнения 130 может быть получено различными отличающимися способами, включающими в себя механический, гидравлический, электрический или их комбинациями. В различных вариантах осуществления временное уплотнение 130 приводится в действие с использованием импульсов давления, перепада давления, увеличения или уменьшения температуры, магнитного сигнала, электронного сигнала, электромагнитного сигнала, таймера, звукового сигнала, ультразвукового сигнала или другой связи сквозь стенку.
Отслеживающее устройство 125 позволяет осуществлять мониторинг трубопроводного инструмента 100 при его прохождении через трубопровод 190. В варианте осуществления отслеживающее устройство 125 представляет собой механический фиксатор, прикрепленный к поверхности внешней части корпуса 140 и способный зацепляться с аналогичным механическим останавливающим упором 185, проходящим в трубопровод 190 на конечной точке назначения инструмента 100 или вблизи нее. Механический останавливающий упор 185 может монтироваться с использованием контактирующего фиксатора 195 на врезке без остановки процесса, например. В этом варианте осуществления, когда отслеживающее устройство 125 на трубопроводном инструменте 100 контактирует с упором 185, проходящим в трубопровод 190, такой контакт указывает, что трубопроводный инструмент 100 достиг своей точки назначения, и механическое взаимодействие также останавливает трубопроводный инструмент 100 на месте. В другом варианте осуществления отслеживающее устройство 125 может быть соединено с внешней частью набухающего элемента 120 так, чтобы, когда происходит набухание, отслеживающее устройство 125 сцеплялось сначала с внутренней поверхностью стенки 180 трубы и такое сцепление могло останавливать трубопроводный инструмент 100 на этом месте или вблизи него. Затем набухающий элемент 120 продолжает набухание вокруг отслеживающего устройства 125 до создания уплотнения с внутренней поверхностью стенки 180 трубы трубопровода 190. Альтернативно в других вариантах осуществления отслеживающее устройство 125 может содержать устройство, подающее сигнал отслеживания, такое, например, как магнит, радиоактивный изотоп, электронный передатчик, звуковой передатчик и ультразвуковое устройство, таким образом, обнаруживая положение трубопроводного инструмента 100 внутри трубопровода 190.
Трубопроводный герметизирующий и изолирующий инструмент 100 может быть функционально использован для различных отличающихся целей. На фиг.3А-3D схематически показан один вариант осуществления работы на трубопроводе, в котором трубопроводный герметизирующий и изолирующий инструмент 100, показанный на фиг.1, может использоваться для герметизации внешней протечки 300 в трубопроводе 190. Как показано на фиг.3, после обнаружения и установления месторасположения протечки 300 трубопровода трубопроводный инструмент 100 может быть введен в трубопровод 190 через устройство запуска трубопроводных снарядов или другое средство, включающее в себя помещение трубопроводного инструмента 100 в зону открытого конца трубопровода 190. Затем трубопроводный инструмент 100 движется вдоль по трубопроводу 190 текучей средой 115 к месту протечки 300, в то время как осуществляется мониторинг положения трубопроводного инструмента 100 с использованием отслеживающего устройства 125.
В альтернативных вариантах осуществления трубопроводный инструмент 100 может перемещаться по трубопроводу 190 посредством иной силы или транспортного средства, а не потоком текучей среды. Например, трубопроводный инструмент 100 может содержать двигательную систему и может при этом быть самоходным. Двигательная система может быть любым подходящим средством передвижения, таким как двигательная установка, например, с электродвигателем, сцепленным с пропеллером, колесами, гусеницами, рычагами перетаскивания/переползания и тому подобным. Альтернативно, трубопроводный инструмент 100 может транспортироваться в необходимое место в трубопроводе 190 посредством другого инструмента, такого как трубопроводный снаряд. Например, трубопроводный инструмент 100 могут толкать или тянуть по трубопроводу посредством буксирующей установки, а буксирующая установка может получать мощность от потока текучей среды или другого средства транспортировки, включающего в себя самоходное.
При приближении трубопроводного инструмента 100 к запланированной точке назначения в трубопроводе 190, в данном случае, к месту протечки 300, поток текучей среды 115 может быть замедлен или остановлен. Без текучей среды 115 для проталкивания трубопроводного инструмента 100 через контакт с направляющими дисками 110, 170 и закрытым временным уплотнением 130 трубопроводный инструмент 100 должен прекратить перемещение по трубопроводу 190. Затем положение трубопроводного инструмента может быть определено относительно запланированной точки назначения. Если трубопроводный инструмент 100 остановился выше по потоку от своей запланированной точки назначения, прохождение потока текучей среды 115 может быть возобновлено на короткое время для проталкивания трубопроводного инструмента 100 ближе к этому положению. Если, с другой стороны, трубопроводный инструмент прошел за запланированную точку назначения, поток текучей среды 115 могут нагнетать в противоположном направлении для проталкивания трубопроводного инструмента выше по потоку в необходимое положение. Направляющие диски 110, 170 являются двусторонними, то есть они обеспечивают возможность трубопроводному инструменту 100 перемещаться вдоль по трубопроводу 190 в любом направлении.
При перемещении и достижении трубопроводным инструментом 100 места утечки 300, как показано на фиг.3B, набухающий элемент 120 поглощает текучую среду 115 и расширяется в кольцевом пространстве 135, к внутренней поверхности стенки 180 трубы трубопровода 190 и протечке 300. Как показано на фиг.3C, при полном расширении набухающего элемента 120 он образует стационарное, непроницаемое для текучей среды уплотнение в кольцевом пространстве 135 с внутренней поверхностью стенки 180 трубы трубопровода 190, и протечка 300 также герметизируется.
Когда набухающий элемент 120 установлен, временное внутреннее уплотнение 130 может быть открыто, как описано выше, с использованием одного из способов приведения в действие. В варианте осуществления временное уплотнение 130 открывается подъемом давления текучей среды 115 в трубопроводе 190. В таком варианте осуществления уплотнение, образованное расширением набухающего элемента 120 к внутренней поверхности стенки 180 трубы трубопровода 190, способно выдерживать более высокое давление текучей среды 115, работающее для открывания временного внутреннего уплотнения 130. Когда временное внутреннее уплотнение 130 открывают, прохождение потока текучей среды 115 внутри трубопровода 190 может возобновляться, как показано на фиг.3D. Хотя прохождение потока текучей среды 115 восстанавливается, трубопроводный инструмент 100 остается прочно установленным в заданном положении, и протечка 300 уплотнена расширившимся набухающим элементом 120. Трубопроводный инструмент 100 может осуществлять стационарный ремонт протечки или может оставаться в заданном положении в течение продолжительного времени, пока эту секцию трубопровода 190 смогут вырезать и заменить.
Трубопроводный герметизирующий и изолирующий инструмент 100 может также использоваться для герметизации и изоляции одной секции трубопровода 190 для выполнения работ техобслуживания на трубопроводе 190. На фиг.4А-4D схематически показан один вариант осуществления последовательности изоляции находящейся выше по потоку секции 192 трубопровода 190 от находящейся ниже по потоку секции 194 с использованием трубопроводного герметизирующего и изолирующего инструмента 100, показанного на фиг.1, так, чтобы операции техобслуживания могли выполняться на изолированной секции 192 трубопровода 190. В варианте осуществления трубопроводный инструмент 100, используемый для выполнения техобслуживания на трубопроводе 190, содержит сдвоенные временные внутренние уплотнения 130 для обеспечения непроницаемой для текучей среды изоляции между находящейся выше по потоку секции 192 и находящейся ниже по потоку секции 194.
Трубопроводный инструмент 100 вставляется в трубопровод 190 и движется по трубопроводу 190 текучей средой 115. Мониторинг положения трубопроводного инструмента 100 внутри трубопровода 190 может осуществляться с использованием отслеживающего устройства 125. Как показано на фиг.4А, когда трубопроводный инструмент 100 достигает своей запланированной точки назначения, он останавливается посредством остановки прохождения потока текучей среды 115 через трубопровод 190. В то время когда трубопроводный инструмент 100 перемещается и после его прибытия к запланированному месту, набухающий элемент 120 поглощает текучую среду 115 и расширяется в кольцевом пространстве 135 к внутренней поверхности 180 стенки трубопровода 190. Как показано на фиг.4B, когда набухающий элемент 120 полностью расширен, он образует стационарное, непроницаемое для текучей среды герметизирующее уплотнение в кольцевом пространстве 135 с внутренней поверхностью стенки 180 трубы трубопровода 190. Определение момента, когда набухающий элемент 120 полностью расширился и установился в трубопроводе 190, может совершаться несколькими путями. В одном варианте осуществления могут выполняться лабораторные испытания материала сердечника 230 и мембраны 210 для расчета скорости расширения для данной текучей среды 115. Затем может подсчитываться количество времени, необходимое для полного расширения или установки набухающего элемента 120, как функция скорости расширения материалов сердечника 230 и мембраны 210 в данной конфигурации. В другом варианте осуществления может выполняться полевое испытание. В частности, когда считают, что прошло достаточно времени, чтобы набухающий элемент 120 поджался, прохождение потока текучей среды 115 может восстанавливаться для подъема давления в трубопроводе 190 выше по потоку от трубопроводного инструмента 100, и, если трубопроводный инструмент 100 перемещается, реагируя на это давление, набухающий элемент 120 не установлен. В другом варианте осуществления тензометрические датчики могут прикрепляться к корпусу 140 трубопроводного инструмента 100, и может осуществляться мониторинг уровней деформации в корпусе 140 трубопроводного инструмента 100. Когда набухающий элемент 120 установлен, уровни деформации в корпусе 140 должны увеличиваться, и характер изменения измерений деформации должен указать, когда набухающий элемент 120 обжимается.
Когда набухающий элемент 120 установлен, как показано на фиг.4B, находящаяся выше по потоку секция 192 трубопровода 190 тем самым изолируется от находящейся ниже по потоку секции 194 трубопровода 190 посредством полностью расширившегося набухающего элемента 120, уплотненного в трубопроводе 190, и закрытых сдвоенных временных уплотнений 130. В одном варианте осуществления в изолированной находящейся выше по потоку секции 192 трубопровода 190 может затем сбрасываться давление для предоставления возможности выполнения техобслуживания. Находящаяся ниже по потоку секция 194 трубопровода 190 может оставаться под давлением, поскольку набухающий элемент 120 и сдвоенные временные уплотнения 130 обеспечивают изоляцию между секциями трубопровода 190, со сброшенным давлением и с избыточным давлением. Как показано на фиг.4C, после завершения техобслуживания в изолированной секции 192 трубопровода 190 может повторно создаваться избыточное давление. В конце концов, как показано на фиг.4D, временные внутренние уплотнения 130 могут открываться, как описано выше, предоставляя возможность возобновления прохождения потока текучей среды 115 внутри трубопровода 190. Хотя прохождение потока текучей среды 115 восстановлено, трубопроводный инструмент 100 остается в заданном положении из-за расширившегося набухающего элемента 120. Трубопроводный инструмент 100 может оставаться в заданном положении неопределенное время для предоставления возможности выполнения аналогичных последующих операций техобслуживания, в которых сдвоенные уплотнения 130 могут повторно приводиться в действие для закрытия, и, тем самым, изоляции находящейся выше по потоку секции 192 трубопровода 190 от находящейся ниже по потоку секции 194.
В альтернативном варианте осуществления два или более трубопроводных инструментов 100 могут использоваться для изоляции секции трубопровода 190 между инструментами. Например, первый и второй трубопроводный инструменты 100 могут быть установлены с каждой из сторон протечки 300, тем самым изолируя секцию трубы между инструментами, в которой после этого может быть сброшено давление и которая может соответственно ремонтироваться. В альтернативных вариантах осуществления может использоваться несколько трубопроводных инструментов 100 с одной или обеих сторон участка трубопровода, подлежащего изоляции. Например, первая пара трубопроводных инструментов 100 может устанавливаться в нужное место ниже по потоку от протечки, и вторая пара трубопроводных инструментов 100 может устанавливаться выше по потоку от протечки, тем самым, изолируя секцию трубопровода, содержащую протечку, после установки инструментов. Помещение и установка в нужное положение множества трубопроводных инструментов 100 может осуществляться с использованием способов, описанных в данном описании. Например, первый трубопроводный инструмент 100 может помещаться в трубопровод 190, сопровождаемый достаточным притоком текучей среды для перемещения первого трубопроводного инструмента 100 на необходимое расстояние впереди второго трубопроводного инструмента 100, который помещается в трубопровод следом за ним. Дополнительная текучая среда может использоваться для транспортировки обоих инструментов в необходимое место, которые могут размещаться, как описано в данном описании.
Трубопроводный герметизирующий и изолирующий инструмент 100 может также использоваться для установки стационарных устройств, таких как клапан, например, в конкретном месте в трубопроводе 190. На фиг.5А-5C схематически показана последовательность, в которой трубопроводный герметизирующий и изолирующий инструмент 100, показанный на фиг.1, может использоваться для монтажа стационарного устройства 500, установленного в нужном месте внутри канала 160 прохождения потока в корпусе 140. В варианте осуществления стационарное устройство 500 является шаровым клапаном, который может приводиться в действие связью через стенку. В другом варианте осуществления стационарное устройство 500 является обратным клапаном. В другом варианте осуществления стационарное устройство является погружным насосом, например электрическим погружным насосом. В варианте осуществления насос прокачивается в эксплуатационный райзер, например морской эксплуатационный райзер. Насос может быть помещен в эксплуатационный райзер, например, вблизи основания глубоководного эксплуатационного райзера, при этом насос может использоваться для производства подпора посредством компенсации полностью или частично гидростатического давления от устьевой арматуры, размещенной на морском дне.
Как показано на фиг.5А-5C, закрытое стационарное устройство 500 создает уплотнение для замены временного уплотнения 130 предыдущих вариантов осуществления. Трубопроводный инструмент 100 со стационарным устройством 500 в нем вводят в трубопровод 190 и перемещают по трубопроводу 190 текучей средой 115. Мониторинг положения трубопроводного инструмента 100 в трубопроводе 190 может осуществляться с использованием отслеживающего устройства 125. Как показано на фиг.5, когда трубопроводный инструмент 100 достигает своего места назначения, он останавливается остановкой прохождения потока текучей среды 115 через трубопровод 190. В то время как трубопроводный инструмент 100 перемещается и после прибытия в назначенное место, как показано на фиг.5, набухающий элемент 120 поглощает текучую среду 115 и расширяется в кольцевом пространстве 135 к внутренней поверхности 180 стенки трубопровода 190. Как показано на фиг.5B, когда набухающий элемент 120 полностью расширяется, он образует стационарное непроницаемое для текучей среды уплотнение в кольцевом пространстве 135 к внутренней поверхности 180 стенки трубопровода 190. Определение того, когда набухающий элемент 120 полностью расширяется и устанавливается, может совершаться способами, рассмотренными выше, включающими в себя лабораторные испытания материала сердечника 230 и мембраны 210, подъемом давления в трубопроводе 190, чтобы увидеть, перемещается ли трубопроводный инструмент 100, реагируя на давление, мониторингом уровней деформации в корпусе 140 трубопроводного инструмента 100. Как показано на фиг.5C, когда набухающий элемент 120 установлен, стационарное устройство 500 может открываться с использованием электронного сигнала, другого вида связи сквозь стенку или другого способа, такого как импульсов давления, например. Когда стационарное устройство 500 открывают, прохождение потока текучей среды 115 может возобновляться внутри трубопровода 190. Хотя прохождение потока текучей среды 115 восстановлено, трубопроводный инструмент 100 остается закрепленным в заданном положении из-за расширившегося набухающего элемента 120 и может оставаться в этом положении неопределенное время. В результате, стационарное устройство 500 должно также оставаться закрепленным в этом положении и может приводиться в действие для регулирования расхода текучей среды 115 через трубопровод 190 в этом месте.
Вышеизложенные описания конкретных вариантов осуществления трубопроводных герметизирующих и изолирующих инструментов и способов использования таких инструментов для выполнения техобслуживания, ремонта протечек и монтажных работ на трубопроводах представлены с иллюстративной и описательной целью и не предназначены быть исчерпывающими или ограничивать изобретение строго раскрытыми формами. Очевидно, что многие другие модификации и изменения вариантов осуществления являются возможными. В частности, операции техобслуживания, ремонта и монтажа могут меняться. Например, эти способы раскрывают остановку трубопроводного устройства на его точке назначения остановкой прохождения потока текучей среды в трубопроводе. Другие способы остановки трубопроводного устройства могут использоваться, такие как открытие временных уплотняющих устройств 130 или стационарных устройств 500 при поддержании прохождения потока текучей среды 115. Более того, конструкция корпуса 140 трубопроводного инструмента может изменяться. Вместо раскрытой гладкостенной твердотельной конструкции корпус может содержать гофрированный гибкий кожух, предоставляющий возможность маневрирования в трубопроводах с многочисленными поворотами и углами. Дополнительно, конусность хвостовой части 150 в виде раструба может быть оптимизирована для минимизирования эффекта накопления отходов вблизи трубопроводного инструмента 100 и препятствий потоку вследствие присутствия трубопроводного инструмента 100 на пути прохождения потока текучей среды 115. Материал, из которого состоит набухающий элемент 120, может изменяться в зависимости от вида текучей среды 115 внутри трубопровода 190, являющейся углеводородом, водой, рассолом или другим раствором на водной основе.
В то время как различные варианты осуществления трубопроводных герметизирующих и изолирующих инструментов и способы использования таких инструментов для выполнения техобслуживания, ремонта протечек и монтажных работ на трубопроводах показаны и описаны в этом документе, специалистами уровня техники могут быть выполнены модификации без ухода от сущности и идей изобретения. Описанные варианты осуществления изобретения являются только репрезентативными, не предназначенными для ограничения. Многие изменения, комбинации и модификации практического применения, раскрытые в этом документе, являются возможными в объеме изобретения. Соответственно, объем охраны не ограничивается описанием, приведенным выше, но задается нижеследующей формулой изобретения, объем которой включает в себя все эквиваленты объекта патентования формулы изобретения.
1. Трубопроводный инструмент для использования в трубопроводе, содержащий корпус с внутренним каналом для прохождения потока, набухающий элемент, расположенный вокруг корпуса инструмента, и временное уплотнение, расположенное в канале для прохождения потока.
2. Трубопроводный инструмент по п.1, в котором корпус дополнительно содержит участок в виде раструба.
3. Трубопроводный инструмент по п.1, в котором корпус является гибким и/или гофрированным.
4. Трубопроводный инструмент по п.1, в котором корпус выполнен из металлического сплава.
5. Трубопроводный инструмент по п.1, дополнительно содержащий отслеживающее устройство, прикрепленное к корпусу.
6. Трубопроводный инструмент по п.5, в котором отслеживающее устройство содержит механический фиксатор.
7. Трубопроводный инструмент по п.5, в котором отслеживающее устройство содержит передатчик, передающий сигнал, который может отслеживаться.
8. Трубопроводный инструмент по п.7, в котором передатчик содержит магнит, радиоактивный изотоп, электронный передатчик, излучатель звуковых колебаний излучатель ультразвуковых колебаний или их комбинации.
9. Трубопроводный инструмент по п.1, дополнительно содержащий множество направляющих элементов, прикрепленных к корпусу и сцепляющихся с трубопроводом при расположении инструмента в трубопроводе.
10. Трубопроводный инструмент по п.1, в котором набухающий элемент содержит материал, расширяющийся под воздействием текучей среды в трубопроводе.
11. Трубопроводный инструмент по п.10, в котором набухающий элемент содержит сердечник.
12. Трубопроводный инструмент по п.11, в котором сердечник содержит упругий полимер.
13. Трубопроводный инструмент по п.12, в котором упругий полимер выбран из группы, состоящей из этилен-пропилен-диеновых мономеров, бутадиен-стирольного каучука, натурального каучука, этилен-пропилен мономерного каучука, этилен-винил ацетатного каучука, гидрогенизированного акрилонитрил-бутадиенового каучука, акрилонитрил-бутадиенового каучука, изопренового каучука, хлорпренового каучука или полинорборнена.
14. Трубопроводный инструмент по п.11, в котором сердечник содержит резину, механически смешанную с полимером, выбранным из группы, состоящей из поливинилхлорида, метилметакрилата, акрилонитрила и этилацетата.
15. Трубопроводный инструмент по п.11, в котором сердечник содержит бихромат водорода, смешанный с составом из глицерина, диэтиленгликоля и полиакриламида.
16. Трубопроводный инструмент по п.10, в котором набухающий элемент дополнительно содержит мембрану, окружающую сердечник.
17. Трубопроводный инструмент по п.16, в котором текучая среда проникает через мембраны медленнее, чем через сердечник.
18. Трубопроводный инструмент по п.16, в котором мембрана содержит резину.
19. Трубопроводный инструмент по п.18, в котором резина выбрана из группы, состоящей из акрилонитрила, гидрогенизированного нитрила, хлоропрена, этилен-винил ацетатного каучука, силикона, этилен-пропилен-диенового мономера, бутилового каучука, хлоросульфированного полиэтилена, полиуретана, каучука эфира акриловой.кислоты и бромированных изобутилен-метилстирольных эластомеров.
20. Трубопроводный инструмент по п.16, в котором набухающий элемент дополнительно содержит армирование участка мембраны.
21. Трубопроводный инструмент по п.1, в котором временное уплотнение является избирательно расцепляемым.
22. Трубопроводный инструмент по п.21, в котором временное уплотнение содержит разрывной диск.
23. Трубопроводный инструмент по п.1, в котором временное уплотнение способно избирательно сцепляться или расцепляться.
24. Трубопроводный инструмент по п.23, в котором временное уплотнение содержит электромеханический клапан.
25. Трубопроводный инструмент по п.23, в котором временное уплотнение способно избирательно сцепляться или расцепляться температурой, магнитным сигналом, сигналом давления, электронным сигналом, электромагнитным сигналом, таймером, звуковым сигналом, ультразвуковым сигналом или их комбинацией.
26. Трубопроводный инструмент по п.1, дополнительно содержащий стационарное устройство, расположенное внутри канала прохождения потока.
27. Трубопроводный инструмент по п.26, в котором стационарное устройство содержит клапан или насос.
28. Способ выполнения обслуживания трубопровода, содержащий следующие стадии:
расположение набухающего элемента вблизи желаемого места в трубопроводе;
воздействие на набухающий элемент вызывающим его набухание агентом в трубопроводе;
расширение набухающего элемента для уплотняющего сцепления с трубопроводом, тем самым создавая уплотнение в трубопроводе; и открытие пути прохождения потока текучей среды через трубопровод без удаления набухающего элемента.
29. Способ по п.28, в котором обслуживание трубопровода включает ремонт протечки в стенке трубопровода.
30. Способ по п.29, в котором обслуживание трубопровода включает установку стационарного устройства в трубопроводе.
31. Способ по п.30, в котором открытие пути прохождения потока текучей среды включает открытие стационарного устройства.
32. Способ по п.29, в котором открытие пути прохождения потока текучей среды включает расцепление временного уплотнения, соединенного с набухающим элементом.
33. Способ по п.29, в котором дополнительно закрывают путь прохождения потока через трубопровод и выполняют другую операцию обслуживания.
34. Способ по п.29, в котором расположение набухающего элемента включает установку набухающего элемента в трубопроводе и его перемещение к желаемому месту потоком текучей среды.
35. Способ по п.33, дополнительно содержащий отслеживание набухающего элемента при его перемещении к месту.
36. Способ по п.34, в котором текучая среда является вызывающим набухание агентом.
37. Способ по п.29, в котором вызывающий набухание агент содержит природный газ, углеводородную текучую среду, воду, рассол или другой раствор на водной основе.
38. Способ выполнения обслуживания трубопровода, содержащий следующие стадии:
введение в трубопровод трубопроводного инструмента, содержащего смонтированный снаружи набухающий элемент;
перемещение трубопроводного инструмента через трубопровод к точке вблизи желаемого места потоком текучей среды;
расширение набухающего элемента для уплотняющего сцепления с трубопроводом вблизи желаемого места;
открытие пути прохождения потока через трубопроводный инструмент.
39. Способ по п.38, дополнительно содержащий отслеживание трубопроводного инструмента при его перемещении.
40. Способ по п.38, дополнительно содержащий пропускание трубопроводного снаряда через трубопроводный инструмент.
41. Способ по п.38, в котором введение трубопроводного инструмента включает запуск трубопроводного инструмента через устройство запуска трубопроводного снаряда.
42. Способ по п.38, в котором расширение набухающего элемента содержит поглощение текучей среды.
43. Способ по п.38, в котором открытие пути прохождения потока через трубопроводный инструмент содержит расцепление временного уплотнения.
44. Способ по п.38, в котором расширение набухающего элемента содержит уплотнение протечки в стенке трубопровода.
45. Способ по п.38, который дополнительно содержит закрытие пути прохождения потока через трубопроводный инструмент.
46. Способ по п.45, который дополнительно содержит сброс давления в секции трубопровода выше или ниже по потоку от трубопроводного инструмента и выполнение обслуживания на секции трубопровода, в которой сброшено давление.
47. Способ по п.46, дополнительно содержащий повторное создание давления в секции трубопровода, в которой сбрасывалось давление, повторное открытие пути прохождения потока через трубопроводный инструмент и возобновление прохождения потока текучей среды через путь прохождения потока.
48. Способ по п.38, который дополнительно содержит расположение стационарного устройства в трубопроводном инструменте.
49. Способ по п.48, в котором открытие пути прохождения потока содержит приведение в действие стационарного устройства.
