[发明专利]设计用于海底管道中管接头的方法

说明书

一种确定用于海底管道中的对于管接头的最小壁厚的方法，包括以下步骤：i)确定所述管接头的内径；ii)确定在所述管接头将被使用的深度处的最小允许的流体静压力；iii)确定对于所述管接头的目标壁厚，所述目标壁厚对应于所述内径和所述最小允许的流体静压力；iv)制造具有所述内径和所述目标壁厚的多个初步管接头；v)执行外部压力坍塌测试，以得到表示在所述多个初步管接头坍塌所处的流体静坍塌压力的数据；vi)基于从极值理论导出的统计尾模型，确定对应于所述数据的概率分布；vii)从所述概率分布确定以10^‑5或更低的概率发生的流体静坍塌压力；以及，viii)确定与所述内径和所述流体静坍塌压力相对应的所述管接头的壁厚。

技术领域

本发明涉及一种设计用于海底管道中管接头的方法。特别地，本发明涉及一种确定用于管接头的最小壁厚的方法。

背景技术

在过去20年的石油和天然气工业中，适于在超深水里(典型地深于2000米的水)安装和操作的海底管道的制造有了稳定的发展，以进入油和/或天然气的深水储层。目前以直径约16英寸(约41厘米)的小直径管已经安装至约3000米的深度。以直径达32英寸(约81厘米)的较大直径管已经安装到水深达2500米的水中。将来的项目很可能将需在深达3500米及以上的深度中安装并操作管。

一旦安装完成，这样的管道通常被安装为在大气压下填充有空气，且随后在压力下填充有石油或天然气。在安装这样类型的管道期间的主要风险来自于由水施加的流体静压力，该流体静压力可引起管道从其基本初始圆形形状变形为几乎平坦的形状。这被称作外部压力坍塌，且如果不加以控制可引起管道的全损。当确定外部压力坍塌的可能性时，管道的主要尺寸为内径和壁厚。这些尺寸也是确定管道在经济上是否可行的主要驱动因素：内径控制石油或天然气通过该管道可被传输的速率，并因此影响该管道寿命期间的操作成本；且壁厚是直接与管道的制造和安装成本成正比的。也即，管道的制造和安装成本随壁厚的增加而增加。

用于计算在指定深度操作所需的管道尺寸的标准工业设计指导已使用几十年。然而，这样的指导过高地评定了管道最小壁厚，以便确保尽可能避免外部压力坍塌。但这样保守的方式显著增加了制造和安装管道的成本。

因此，需要一种方法，该方法能够更精确地确定管道的壁厚，同时最小化外部压力坍塌的可能性。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种确定用于海底管道中的管接头的壁厚的方法，该方法包括以下步骤：i)确定所述管接头的内径；ii)确定在所述管接头将被使用的深度处的最小允许的流体静压力；iii)确定对于所述管接头的目标壁厚，所述目标壁厚对应于所述内径和所述最小允许的流体静压力；iv)制造具有所述内径和所述目标壁厚的多个初步管接头；v)执行外部压力坍塌测试，以得到表示所述多个初步管接头坍塌所处的所述流体静坍塌压力的数据；vi)基于从极值理论导出的统计尾模型，确定对应于所述数据的概率分布；vii)从所述概率分布确定与10^-5或更低的概率相对应的流体静坍塌压力；以及，viii)确定与所述内径和所述流体静坍塌压力相对应的所述管接头的壁厚。当与由常规管接头设计的方法提供的壁厚进行对比时，此方法用于设计具有已减少的壁厚的管接头。因此，该方法明显地偏离了建立于几十年之前且至今继续使用的常规方法，且在海底管道的可用性，以及在制造和安装用于管道中的管接头方面提供相当大的商业优势。

优选地，步骤v)还包括以下步骤：从所述多个初步管接头中的一个或多个初步管接头进行环切割；在所述环的端部上形成平坦的基本平行的表面；提供用于测量所述环的应变和变形的装置；在压力腔室中安装所述环，使得所述环的端部与所述腔室的相对壁形成密封，以将所述环的内部与外部相隔离；增加所述环的外部的压力，且随所述压力的增加，测量所述环上的应变和变形；以及，确定施加到所述环的外部的压力和所测量的最大应变的比较，以检测随压力增加，环直径的加速非线性减少的开始。当与全尺寸管测试进行比较时，这提供了执行外部压力测试的可靠、有成本效益的方法。