本發(fā)明涉及一種檢測裝置及方法。特別地，本發(fā)明涉及一種設(shè)置成檢測柔性管道內(nèi)的缺陷的檢測裝置、以及檢測柔性管道內(nèi)的缺陷的方法。特別的實施例涉及一種適于檢測現(xiàn)有的柔性管道設(shè)備內(nèi)的管道缺陷的檢測裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)柔性管道用來將諸如石油和/或氣體和/或水之類的生產(chǎn)流體從一個定位輸送到另一定位。柔性管道在將海下定位(可以是深海，比如說1000m或者更深)連接到海平面定位中特別有用。管道可以具有典型地達到約0.6m的內(nèi)徑。柔性管道通常被形成為柔性管體和一個或多個端部配件形成的總成。管體典型地形成為形成承壓導(dǎo)管的層狀材料的組合。在不造成在管道的整個使用壽命內(nèi)對管道的功能造成損害的彎曲應(yīng)力的情況下，管道結(jié)構(gòu)允許較大的變形。通常，管體被建立為包括金屬層和聚合物層的組合結(jié)構(gòu)。

在許多已知的柔性管道設(shè)計中，管體包括一個或多個壓力防護層。該層上的主要載荷由徑向力形成。壓力防護層常常具有要互鎖的特定橫截面輪廓，以便于能夠維持并吸收由于管道上的外部或內(nèi)部壓力而造成的徑向力。因此防止管道在壓力的作用下坍塌或爆裂的繞線的橫截面輪廓有時被稱為抗壓輪廓。當壓力防護層由形成環(huán)形部件的螺旋形繞線形成時，作用在管道上的外部或內(nèi)部壓力的徑向力造成環(huán)形部件擴大或收縮，從而在繞線上施加拉伸載荷。

在許多已知的柔性管道設(shè)計中，管體包括一個或多個拉伸防護層。該拉伸防護層上的主要載荷是張力。在諸如深水或超深水環(huán)境之類的高壓應(yīng)用中，拉伸防護層經(jīng)受來自柔性管道的內(nèi)部壓力端箍載荷和自支撐重量的組合形成的的高張力載荷。因為要在很長時間內(nèi)經(jīng)受這種條件，所以該張力載荷導(dǎo)致柔性管道故障。

非粘結(jié)柔性管道已用于深水(小于3300英尺，1005.84m)和超深水(大于3300英尺)開發(fā)。石油需求的日益增長導(dǎo)致在環(huán)境因素更極端的越來越深的深度處進行勘探。例如，在該深水和超深水環(huán)境中，海底溫度增加了生產(chǎn)流體冷卻至可以致使管道堵塞的溫度的風(fēng)險。所增加的深度還增加了與柔性管道必須工作的環(huán)境相關(guān)聯(lián)的壓力。因此，增加了對來自柔性管體的各層的高性能水平的需要。柔性管道還可以用于淺水應(yīng)用(例如小于約500m的深度)或者甚至用于海岸(陸上)應(yīng)用。

改進載荷響應(yīng)從而改進防護層的性能的一種方式是制造更厚且更牢固的層，從而制造更堅固的材料。例如，對于各層常常由在層互鎖中采用相鄰纏繞的繞線形成的壓力防護層，采用更厚的材料制造繞線導(dǎo)致強度適當?shù)卦黾?。然而，由于使用了更多的材料，所以柔性管道的重量增加。最終，柔性管道的重量會成為使用柔性管道時的限制因素。此外，使用越來越厚的材料來制造柔性管道明顯增加了材料成本，這也是一個缺點。

不管改進管體內(nèi)的防護層的性能所采取的措施，仍然具有在柔性管道內(nèi)存在缺陷的風(fēng)險。缺陷可以包括對柔性管體的外壁的損害，該損害導(dǎo)致海水進入管體內(nèi)的環(huán)室以使海水充滿管道的防護層線和其他結(jié)構(gòu)元件之間的空隙。防護層線和其他結(jié)構(gòu)元件典型地由鋼或其他金屬材料制造，該鋼或其他金屬材料在與海水相接觸時容易加速腐蝕。如果未及時檢測到該缺陷，則然后會危害到管體的結(jié)構(gòu)完整性。缺陷檢測具有之前經(jīng)常需要的對管體的外觀檢查，該外觀檢查是有危險的，特別是對于深水和超深水設(shè)備來說。

本發(fā)明的特定實施例提供了以下優(yōu)點：能夠在不需要定期的外觀檢查的情況下檢測管體內(nèi)的缺陷。然后能夠修復(fù)缺陷、或者替換管體?？蓹z測的缺陷包括柔性管道的外壁的缺口以及海水進入管體環(huán)室。本發(fā)明的特定實施例使得能夠在有使得以能夠進行修復(fù)的足夠的準確性來確定缺陷的位置。本發(fā)明的特定實施例使得能夠針對現(xiàn)有的管體設(shè)備定位缺陷。也就是說，檢測裝置并不依賴于在缺陷出現(xiàn)之前提前安裝或耦接到管體，并且檢測裝置能夠采用已經(jīng)廣泛部署的現(xiàn)有的管體設(shè)計來進行使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種設(shè)置成對至少部分地被海水包圍的柔性管道內(nèi)的缺陷進行檢測的檢測裝置，該檢測裝置包括：海水電極、阻抗監(jiān)視器和處理器，海水電極設(shè)置成與包圍至少部分柔性管道的海水相接觸；阻抗監(jiān)視器設(shè)置成響應(yīng)于施加到海水電極上的電測試信號，測量柔性管道的金屬結(jié)構(gòu)部件和海水電極之間的阻抗，金屬結(jié)構(gòu)部件至少部分地沿柔性管道的長度延伸；以及處理器設(shè)置成使用所測量的阻抗確定海水電極至管道缺陷的距離，管道缺陷將金屬結(jié)構(gòu)部件電連接到海水。

海水電極可以設(shè)置成相對于柔性管道移動，阻抗監(jiān)視器設(shè)置成測量金屬結(jié)構(gòu)部件和在兩個或更多位置處的海水電極之間的阻抗，并且處理器設(shè)置成針對每個位置確定海水電極至管道缺陷的距離以及對管道缺陷的定位進行三角測量。

海水電極可以設(shè)置成通過包圍柔性管道的海水來降低，或者海水電極耦接到轉(zhuǎn)向機構(gòu)上，以使能夠控制海水電極相對于柔性管道的定位。

檢測裝置還可以包括分別耦接到阻抗監(jiān)視器上的兩個或更多間隔開的海水電極，；其中，阻抗監(jiān)視器設(shè)置成測量金屬結(jié)構(gòu)部件和每個海水電極之間的阻抗，并且處理器設(shè)置成確定從每個海水電極至管道缺陷的距離以及對管道缺陷的定位進行三角測量。

檢測裝置還可以包括位置定位器，位置定位器耦接到海水電極上并且設(shè)置成提供海水電極相對于柔性管道的定位的指示；其中，處理器設(shè)置成根據(jù)所測量的阻抗和海水電極的位置確定管道缺陷的定位。

海水電極可以包括設(shè)置成繞柔性管道通過的回路，該回路包括繞所述柔性管道隔開的兩個或更多導(dǎo)電元件，該導(dǎo)電元件設(shè)置成耦接在一起并且連接到阻抗監(jiān)視器或者分別連接到阻抗監(jiān)視器。

處理器還可以設(shè)置成使用柔性管道的定位的三維模型確定管道缺陷的定位。

阻抗監(jiān)視器可以設(shè)置成測試施加到海水電極上具有第一頻率的測試信號的阻抗，所述第一頻率根據(jù)海水電極和柔性管道之間的距離選擇。

阻抗監(jiān)視器可以設(shè)置成測量針對施加到海水電極上的兩個或更多測試信號頻率的阻抗，并且處理器設(shè)置成通過對在第一和第二頻率處測量的阻抗進行比較，確定海水電極至柔性管道的距離。

阻抗監(jiān)視器可以設(shè)置成將在10Hz和100Hz之間的多個頻率處的電測試信號施加到海水電極上。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種對至少部分地被海水包圍的柔性管道內(nèi)的缺陷進行檢測的方法，該方法包括：將海水電極浸入包圍至少部分柔性管道的海水中；將阻抗監(jiān)視器耦接在柔性管道的至少部分地沿所述柔性管道的長度延伸的金屬結(jié)構(gòu)部件和海水電極之間；生成電測試信號并將該電測試信號施加到海水電極上；響應(yīng)于該測試信號測量金屬結(jié)構(gòu)部件和海水電極之間的阻抗；以及使用所測量的阻抗確定從海水電極至管道缺陷的距離，該管道缺陷將金屬結(jié)構(gòu)部件連接到海水。

該方法還可以包括：相對于柔性管道移動海水電極；測量金屬結(jié)構(gòu)部件和兩個或更多位置處的海水電極之間的阻抗；針對每個位置確定從海水電極至管道缺陷的距離；以及對管道缺陷的定位進行三角測量。

該方法還可以包括：將兩個或更多間隔開的海水電極浸入包圍至少部分柔性管道的海水中，每個海水電極分別耦接到阻抗監(jiān)視器；測量金屬結(jié)構(gòu)部件和每個海水電極之間的阻抗；確定每個海水電極至管道缺陷的距離；以及對管道缺陷的定位進行三角測量。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種設(shè)置成對至少部分地被海水包圍的柔性管道內(nèi)的缺陷進行檢測的檢測裝置，該檢測裝置包括：海水電極、阻抗監(jiān)視器和處理器，海水電極與包圍至少部分柔性管道的海水相接觸并且設(shè)置成在海水內(nèi)相對于柔性管道的金屬結(jié)構(gòu)部件的電勢生成電場，該金屬結(jié)構(gòu)部件至少部分地沿柔性管道的長度延伸；以及電場探頭設(shè)置成測量包圍柔性管道的海水內(nèi)的電場矢量；其中，所測量的電場矢量指示從電場探頭到管道缺陷的方向，該管道缺陷將金屬結(jié)構(gòu)部件電連接到海水。

檢測裝置還可以包括：位置定位器和處理器，位置定位器耦接到電場探頭并且設(shè)置成提供電場探頭相對于柔性管道的定位的指示；以及處理器設(shè)置成根據(jù)所測量的電場矢量和電場探頭的位置確定管道缺陷的定位。

海水電極可以設(shè)置成生成具有第一頻率的電場，并且處理器設(shè)置成將所測量的電場矢量同步到第一頻率以確定管道缺陷的定位。

電場探頭可以設(shè)置成相對于柔性管道移動，并且處理器設(shè)置成根據(jù)在電場探頭的兩個或更多位置處測量的電場矢量，對管道缺陷的定位進行三角測量。

電場探頭可以設(shè)置成通過包圍柔性管道的海水來降低，或者電場探頭耦接到轉(zhuǎn)向機構(gòu)，以使能夠控制海水電極相對于柔性管道的定位。

處理器還可以設(shè)置成使用柔性管道的定位的三維模型確定管道缺陷的定位。

檢測裝置還可以包括：耦接到電場探頭并且設(shè)置成確定電場探頭的三維方向的方向傳感器；其中，電場探頭設(shè)置成測量三維的電場矢量。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種對至少部分地被海水包圍的柔性管道內(nèi)的缺陷進行檢測的方法，該方法包括：將海水電極浸入包圍至少部分柔性管道的海水中；使用海水內(nèi)的海水電極相對于柔性管道的金屬結(jié)構(gòu)部件的電勢生成電場，該金屬結(jié)構(gòu)部件至少部分地沿柔性管道的長度延伸；以及測量包圍柔性管道的海水內(nèi)的電場矢量；其中，所測量的電場矢量指示從電場探頭到管道缺陷的方向，該管道缺陷將金屬結(jié)構(gòu)部件電連接到海水。

該方法還可以包括：確定電場探頭相對于柔性管道的定位；以及根據(jù)所測量的電場矢量和電場探頭的位置確定管道缺陷的定位。

該方法還可以包括：相對于柔性管道移動電場探頭；以及根據(jù)在電場探頭的兩個或更多位置處測量的電場矢量，對管道缺陷的定位進行三角測量。

有利地，檢測裝置使得能夠針對現(xiàn)有的柔性管道設(shè)備檢測并定位諸如外部海水抵抗層中的缺口之類的管體缺陷。換言之，一旦懷疑有諸如缺口之類的缺陷，就可以使用檢測裝置，因而檢測裝置可以被稱為事后缺口定位裝置。

附圖說明

參照附圖在下文中進一步描述本發(fā)明的實施例，在附圖中：

圖1示出了柔性管體；

圖2示出了包括柔性管體的升流管總成；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢測裝置；

圖4為示出對于三個不同的距離電信號相對于信號頻率的衰減的圖表；

圖5示出了形成圖5的檢測裝置的一部分的阻抗監(jiān)視器；

圖6為示出了根據(jù)圖2的實施例的檢測方法的流程圖；

圖7至圖9示出了用于根據(jù)本發(fā)明的特定實施例的檢測裝置的可能的部署場景；

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的適于在ROV上安裝的檢測裝置傳感器；

圖11為用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢測裝置的電氣示意圖；

圖12為用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢測裝置的電路圖；

圖13為示出了當操作根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢測裝置時，帶有中間缺口的海水升流管對電場的影響的建模電場圖；

圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的檢測裝置；以及

圖15為示出根據(jù)圖4的實施例的檢測方法的流程圖。

在附圖中，類似的附圖標記指代類似的部分。

具體實施方式

通過上述描述對柔性管道做標記。應(yīng)該理解的是，柔性管道是管體的一部分和一個或多個端部配件的總成，管體的各端部終止于該一個或多個端部配件中。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例由形成承壓導(dǎo)管的層狀材料的組合形成管體100。盡管圖1中示出了一些特定層，但是應(yīng)該理解的是，本發(fā)明廣泛地適用于同軸管體結(jié)構(gòu)，該同軸管體結(jié)構(gòu)包括由各種可能的材料制造的兩個或更多層。還應(yīng)該注意的是，出于說明性目的僅示出了層厚度。

如圖1所示，管體包括可選的最內(nèi)骨架層101。骨架提供了互鎖構(gòu)造，該互鎖構(gòu)造能夠用作最內(nèi)層來以防止內(nèi)部壓力護套102完全或者部分坍塌，該坍塌是由于管道減壓、外部壓力、以及拉伸防護壓力和機械破碎載荷引起的。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的特定實施例適用于‘滑膛’操作(即無骨架)以及這種“粗鏜”應(yīng)用(有骨架)。

內(nèi)部壓力護套102充當流體保持層并且包括確保內(nèi)部流體完整性的聚合物層。應(yīng)該理解的是，該層本身可以包括多個子層。應(yīng)該理解的是，當使用可選的骨架層時，內(nèi)部壓力護套常常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為屏障層。在沒有該骨架的操作(所謂的滑膛操作)的情況下，內(nèi)部壓力護套可以被稱為襯套。

可選的壓力防護層103是帶有接近90°捻角的結(jié)構(gòu)層，該結(jié)構(gòu)層增加了柔性管道對內(nèi)部和外部壓力及機械破碎載荷的抵抗力。該層還在結(jié)構(gòu)上支撐內(nèi)部壓力護套，并且典型地由互鎖構(gòu)造組成。

柔性管體還包括可選的第一拉伸防護層105和可選的第二拉伸防護層106。每個拉伸防護層是帶有捻角的結(jié)構(gòu)層，該捻角典型地介于10°和55°之間。每個層用來承受拉伸載荷和內(nèi)部壓力。該拉伸防護層通常成對地反向纏繞。

示出的柔性管體還包括可選的膠帶層104，該膠帶層104幫助容置下面的層并且在某些程度上防止相鄰層之間的磨損。

典型地，柔性管體還包括可選的絕緣層107和外護套層108，外護套層108包括用來保護海水滲入管道以及其他外部環(huán)境、侵蝕、磨損及機械損傷的聚合物層。

每個柔性管道包括管體100的被稱為段或部的至少一個部分以及位于柔性管道的一端或兩端處的端部配件。端部配件提供了機械裝置，該機械裝置形成柔性管體和連接器之間的過渡段。例如，圖1中示出的不同管道層以在柔性管道和連接器之間傳遞載荷的方式在端部配件中終止。

圖2示出了升流管總成200，其適于將諸如石油和/或氣體和/或水之類的生產(chǎn)流體從海下定位201輸送到浮動設(shè)施202。例如，在圖2中，海下定位201包括海下流線205。柔性流線205包括柔性管道，該柔性管道整體或部分靠在海底204上或者埋在海底以下并且用于靜態(tài)應(yīng)用中。可以通過平臺和/或浮標和/或如圖2所示的船來提供浮動設(shè)施。升流管總成200設(shè)置成柔性升流管，即柔性管道203將船連接到海底設(shè)備上。柔性管道可以是帶有連接端部配件的柔性管體的段。圖2還示出了柔性管道的部分如何能夠被用作流線205或跨接線206。應(yīng)該理解的是，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，存在不同類型的升流管。可以采用諸如以下任何類型的升流管來使用本發(fā)明的實施例：諸如自由懸掛的(自由、懸鏈升流管)、在一定程度上受到限制的升流管(浮標、鏈條)、完全受到限制的升流管或附在管(I或J管)內(nèi)的升流管。

正如上面所提到的，柔性管體內(nèi)的缺陷會破壞管體的結(jié)構(gòu)完整性。特別地，外海水抵抗層的缺口或破裂使得海水能夠進入位于最內(nèi)屏障層和外海水抵抗層之間的管體環(huán)室。參照圖1，外海水抵抗層可以包括聚合物外護套108，并且內(nèi)屏障層可以包括內(nèi)部壓力護套102。管體環(huán)室被諸如圖1的拉伸防護層105、106之類的金屬結(jié)構(gòu)部件占據(jù)。該部件常常由鋼或其他材料形成并且在出現(xiàn)海水時容易被快速腐蝕?，F(xiàn)在將對能夠檢測柔性管體的外抵抗層的缺口的檢測裝置及方法進行描述。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的耦接到柔性管體上的檢測裝置。檢測裝置設(shè)置成檢測柔性管體改變，該改變可以指示缺陷(并且特別地為使海水或其它流體能夠進入管體環(huán)室的缺口)。檢測裝置可以耦接到告警系統(tǒng)，告警系統(tǒng)設(shè)置成給柔性管道的操作員提供輸出信號，將管道的潛在損害警告操作員。輸出信號可以例如為視覺的或聽覺的警報。

如上所述，柔性管體可以由至少一個聚合物屏障層和至少一個同軸金屬結(jié)構(gòu)元件層306、308構(gòu)成，該至少一個聚合物屏障層包括外海水抵抗層304。該金屬結(jié)構(gòu)元件(例如圖1的拉伸防護層105、106)被設(shè)計為純粹滿足管體結(jié)構(gòu)的機械特性。然而，該金屬結(jié)構(gòu)元件是導(dǎo)電的并且根據(jù)本發(fā)明的特定實施例中運用了該特性。根據(jù)本發(fā)明的特定實施例的檢測裝置設(shè)置成用來檢測帶有至少一個金屬層或結(jié)構(gòu)部件的柔性管道內(nèi)的缺口的定位。正如下面將更詳細描述的，對檢測裝置被設(shè)置為能夠用來檢測現(xiàn)有的柔性管道設(shè)備的缺口的定位，因而不需要對管體進行改進。

應(yīng)該理解的是，在外海水抵抗層出現(xiàn)缺口的情況下，管體環(huán)室將開始被海水填充。因此，管體環(huán)室內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)部件與包圍管體的海水電接觸，因而將會導(dǎo)致包圍管體的海水和管體的金屬結(jié)構(gòu)之間的阻抗的變化。根據(jù)本發(fā)明的特定實施例的檢測裝置設(shè)置成測量管體的金屬結(jié)構(gòu)部件和海水電極之間的阻抗，根據(jù)該阻抗能夠推導(dǎo)出是否存在缺口以及缺口的近似定位。技術(shù)人員將可以理解的是，測量這兩個點之間的阻抗直接等效于測量這兩個點之間的海水的電導(dǎo)率。

正如下文中所述，圖3中示出的檢測裝置耦接到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)部件，該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)部件至少部分地沿管體的長度延伸。金屬結(jié)構(gòu)部件典型地在端部配件處與柔性管道電耦接在一起，并且該端部配件轉(zhuǎn)而耦接到生產(chǎn)平臺上的本地地面以減小爆炸風(fēng)險。檢測裝置基于生產(chǎn)平臺耦接到本地地面，從而間接耦接到管體的金屬結(jié)構(gòu)部件。導(dǎo)電構(gòu)件可以包括諸如單獨的拉伸防護線或拉伸防護線層之類的金屬結(jié)構(gòu)部件。

柔性管體的外海水抵抗層可以由帶有已知的、固有的電絕緣特性的聚合物材料制成。海水具有已知的電傳導(dǎo)特性，盡管例如海水的鹽度變化造成各個定位的電傳導(dǎo)特性各不相同，因而根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢測裝置可以在使用之前要求校準以適應(yīng)當?shù)氐臈l件。以柔性管道的外海水抵抗層中的孔口形式的物理缺口允許海水和管體的鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)電路徑。根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，在包圍柔性管道的海水和管體的內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)之間進行的電阻抗測量提供了指示出現(xiàn)缺口的手段。具體地，在所測量的阻抗低于特定閾值的情況下，則可以推斷出已經(jīng)發(fā)生了缺口并且海水與管體的內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)相接觸。

詳細參見圖3示出了柔性管體400，如上所述柔性管體400可以包括升流管。管體至少部分地被海水包圍，通過在海平面402以下延伸的管體400示意性示出至少部分地被海水包圍的管體。如上所述，該柔性管體由多個聚合物屏障層構(gòu)成，該多個聚合物屏障層包括外海水抵抗層404和至少一個金屬結(jié)構(gòu)元件層406，例如圖1的拉伸防護層105、106。海水電極408在管體400附近與海水相接觸。正如下面將結(jié)合圖7至圖10更詳細進行描述的，海水電極408的定位可以變化以更準確地確定缺口的定位，或者可替換地，可以提供多個海水電極408以使得對缺口的定位進行三角測量。每個海水電極408可以可替換地被稱為探頭或電導(dǎo)率探頭。

阻抗監(jiān)視器410耦接到海水電極408并且經(jīng)由生產(chǎn)平臺上的本地地面耦接到管體400的金屬結(jié)構(gòu)部件406上。阻抗監(jiān)視器410提供了對海水電極408和管體400之間阻抗的測量(可替換地，這能夠被認為是電導(dǎo)率測量)。將阻抗測量值提供給處理器412用于分析。如果當海水電極接近管體時所測量的阻抗小于閾值，則這可以指示存在缺口。例如，極高的阻抗測量值指示沒有缺口。聚合物屏障層的阻抗約為1MΩ。然而，海水的近似阻抗為5Ω，因而較低的所測量的阻抗可以指示海水通過缺口滲入了管體環(huán)室。正如下面更詳細描述的，必須注意確保所測量的阻抗不是海水電極和生產(chǎn)船舶的船殼之間的海水的阻抗，該生產(chǎn)船的船殼典型地形成本地地面。在一個實施例中，阻抗監(jiān)視器412設(shè)置成測量在0-10kΩ范圍內(nèi)的阻抗。10kΩ以上的阻抗被記錄為最大10kΩ，這是由于測量系統(tǒng)在該值處飽和。有利地，這準確地記錄了聚合物屏障層的缺失，同時在更低的阻抗值處允許更高的測量精度。如果(當海水電極相對接近缺口的定位時)在管體的結(jié)構(gòu)和海水電極之間存在任何海水電導(dǎo)率路徑，則所測量的阻抗充分低于10kΩ。處理器412設(shè)置成給柔性管道的操作員提供適當?shù)妮敵鲂盘枺簩⒐艿赖臐撛趽p傷警告操作員。

不同于金屬中占主導(dǎo)地位的電子流動傳導(dǎo)，海水中的電傳導(dǎo)依賴于離子遷移，并且這導(dǎo)致采用所施加的測量激勵的頻率所觀測到的電導(dǎo)率顯著變化。圖4中示意地示出了上述變化，其中出了所施加的交流信號在不同的低頻率處及間隔在10m、100m和1Km之間的電極處的相對衰減。本發(fā)明的特定實施例通過調(diào)整阻抗監(jiān)視器410的捷變頻激勵利用了圖4的衰減數(shù)據(jù)。在單個激勵頻率處的阻抗的測量能夠通過海水電極408和缺口之間的海水給出距離的指示。本發(fā)明的特定實施例通過使海水電極在不同位置之間相對于管體移動來利用上述指示，從而通過對結(jié)果進行三角測量以增加測量準確性。然而，如上文所提到的，由于海水傳導(dǎo)的變化，所以額外地或者可替換地，可以在使得對結(jié)果進行比較的兩個或更多頻率處激勵阻抗監(jiān)視器，并且根據(jù)該信息確定缺口的近似定位。在特定實施例中，阻抗監(jiān)視器的激勵頻率在10Hz至1kHz范圍內(nèi)。在其他實施例中，阻抗監(jiān)視器的最大激勵頻率可以是100kHz。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，圖3的監(jiān)測系統(tǒng)還能夠使用直流測試信號工作以確定所檢測的海水傳導(dǎo)至海水電極是否存在管道缺陷。然而，應(yīng)該理解的是，這不能夠使得檢測到缺陷的定位。

圖5中更詳細地示出了阻抗監(jiān)視器的一個實施例。第一電極500耦接到生產(chǎn)平臺上的本地地面(因而被連接到管體的金屬結(jié)構(gòu)部件上)，并且第二電極502耦接到海水電極。第二電極502耦接在Howland電流源504和同步解調(diào)器506之間。阻抗監(jiān)視器可以工作在電壓源或電流源模式下。由于Howland電流源504提供了良好的線性響應(yīng)，所以在圖5中使用了Howland電流源504。Howland電流源504被示出為連接到第二電極上。因此，Howland電流源504響應(yīng)于同步濾波器508提供的輸入信號給海水電極提供電流。海水電極因此向包圍管體的海水通電以生成電場，該電場在海水電極和生產(chǎn)平臺以及管體外海水抵抗層內(nèi)的任何缺口之間延伸(正如結(jié)合圖13將更詳細解釋的)。電流可以是交流電。在一個實施例中，優(yōu)選地，信號可以是正弦波形交流電。能夠使用例如方波的其他波形，然而正弦是優(yōu)選的這是因為不會出現(xiàn)諧波，諧波會干擾與頻率有關(guān)的范圍測量系統(tǒng)的工作。換言之，所施加的電測試信號可以是交流的。在其他實施例中可以使用電壓源。同步濾波器508提供由來自控制器510的脈沖控制信號控制的信號，控制器510額外地給同步解調(diào)器506提供相同的控制信號。同步解調(diào)器506設(shè)置成對在每個頻率處跨過海水電極和生產(chǎn)船舶的地面之間的海水生成的電壓進行分析。同步解調(diào)器506給控制器510提供輸出信號，該輸出信號指示第二電極502相對于地面的電壓。倘若聚合物屏障有缺口，則第二電極502的電壓依賴于所施加的電流和電極500、502之間的海水阻抗，該海水阻抗由電阻符號512來指示。這可以僅是以下情況：如果將海水電極相對靠近缺口的定位放置，則因而本發(fā)明的特定實施例允許改變海水電極的定位以確保海水電極和缺口之間的傳導(dǎo)沒有被海水電極和生產(chǎn)平臺之間的海水淹沒?？刂破?10設(shè)置成通過對所提供的電流和所測量的電壓進行比較來生成指示電極500、502之間的阻抗的輸出信號。將該輸出信號提供給處理器412，處理器412設(shè)置成確定是否檢測到缺口。

根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，處理器412設(shè)置成命令阻抗監(jiān)視器在激勵頻率范圍(例如，10Hz、30Hz、100Hz、300Hz和1kHz)處進行阻抗測量，通過交叉參照圖4的圖表(或參照處理器412內(nèi)的查找表)使得能夠確定對缺口的位置的估算。該計算的準確性取決于許多因素：包括缺口的大小、海水的鹽度及溫度、管體的高度(例如垂直于水平面)以及鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率。

現(xiàn)在參照圖6的流程圖對根據(jù)本發(fā)明的檢測方法進行描述。在步驟700中，圖3中示出的檢測裝置(經(jīng)由生產(chǎn)平臺上的地面)耦接到管體內(nèi)的導(dǎo)電構(gòu)件上并且耦接到海水電極上。在步驟702中，針對至少一個第一頻率測量電極之間的阻抗。在步驟704中，使用頻率和阻抗數(shù)據(jù)來確定缺口的定位。

有利地，上述本發(fā)明的實施例并未干擾耦接到管體上的有源陰極保護系統(tǒng)，這是由于沒有激勵信號被施加到管體的金屬結(jié)構(gòu)部件上。

根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，采用至少一個頻率或低掃頻或開關(guān)頻率使海水電極(又稱為海水導(dǎo)電探頭)通電，以測量缺口至管體的金屬結(jié)構(gòu)部件(金屬結(jié)構(gòu)部件依次連接到地面)的返回地面路徑。為了準確地定位缺口，需要了解探頭相對于管體的定位和所推斷的海水電極至缺口(如上所述)的距離。有利地，如果能夠根據(jù)多個定位確定到達缺口的距離，則可以使用三角測量來更準確地確定缺口定位。通過移動探頭或者通過提供多個探頭能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)多個定位的測量。海水電導(dǎo)率探頭可以使用低掃頻信號。優(yōu)選地，沿升流管長度采集升流管周圍的一系列讀數(shù)。三角測量指示缺口定位。典型地將電導(dǎo)率數(shù)據(jù)傳送回表面并進行整理用于分析。能夠?qū)?包括所使用的頻率和信號強度的)電導(dǎo)率測量值覆在指示探頭定位的數(shù)據(jù)上以建立電導(dǎo)率的3D模型。當覆在海下管道的3D模型上時，缺口定位就能夠被識別。

現(xiàn)在參照圖7，該圖示出了用于探頭的兩個可能的部署方法。圖7示出了生產(chǎn)平臺700(船舶)和柔性管道702，柔性管道702從生產(chǎn)船舶700向下延伸并且被海水包圍。第一方法是將探頭704伸入附接到電纜706上的生產(chǎn)平臺的一側(cè)。該探頭讀取探頭至缺口708的海水電導(dǎo)，將海水電導(dǎo)標記為R。該圖是當船殼充當?shù)降孛娴念~外(并且較大的)的返回路徑時的原理的簡化圖。根據(jù)缺口708的定位，該回地路徑使得無法對缺口進行定位。基本的探測方法根據(jù)電纜706相對于管道702的接近程度能夠檢測近似100m或更佳的缺口定位。所放開的電纜的長度可以指示探頭的深度?？梢栽诙鄠€深度處進行電導(dǎo)率測量，具有所測量的最大電導(dǎo)的深度很可能指示缺口沿管道702的長度的深度。像在未引導(dǎo)探頭的情況下所使用的，檢測裝置可以用于最初的調(diào)查工作。優(yōu)選地，將電纜706與通信和供電電纜組合用于控制探頭?？梢栽诠艿?02周圍的多個定位處將探頭704伸入船舶700的一側(cè)以增加測量準確性。

一旦伸入的探頭給出了近似的缺口定位(或者替代進行伸入測量)，耦接到遙控潛水器710(ROV，Remotely Operated Vehicle)上的探頭可以用來引導(dǎo)探頭的位置靠近可疑缺口的定位。作為使用ROV的替代性方式，可以使用用于動態(tài)引導(dǎo)探頭的位置的任何其他手段。ROV 710可以通過臍狀連接帶712耦接到生產(chǎn)船舶700上，關(guān)于伸入探頭704，ROV 710還用來給探頭供電和通信。使用3D聲納定位系統(tǒng)來追蹤ROV的位置，該位置能夠用來制定出背景返回路徑以使得能夠更好地預(yù)測缺口定位。實施方式還需要所部署的生產(chǎn)裝備的海下分布圖。

當在水中未生成ROV自身的返回路徑時，需要使ROV露出來。對耦接到ROV上的探頭進行操作可以使得能夠以大約20m或更好的準確性檢測缺口定位。

現(xiàn)在參照圖8，根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，可以提供探頭陣列。例如，可以以拖拽式陣列電纜800的形式來設(shè)置陣列，該拖拽式陣列電纜800具有沿電纜同軸放置的多個獨立的導(dǎo)體802。拖拽式陣列電纜800的部署通常與圖7中示出的用于伸入探頭704和電纜706的部署相同。能夠?qū)⑼献疥嚵须娎|800鄰近管道702放置并且能夠復(fù)用每個導(dǎo)體802以在沿電纜800的每個點處讀取電導(dǎo)率。有利地，該實施例使得能夠在不需要移動電纜的情況下根據(jù)多個定位(海平面以下的多個深度)測量距離缺口的距離。這使得能夠快速采集數(shù)據(jù)以輔助可能的ROV部署。

現(xiàn)在參照圖9，根據(jù)又一實施例，一個或多個導(dǎo)電環(huán)900可以繞管道702的外側(cè)放置。每個環(huán)可以包括單個導(dǎo)電元件或多個導(dǎo)電元件，該多個導(dǎo)電元件繞管道702的圓周隔開。如果多個導(dǎo)電元件繞管道702的圓周間隔設(shè)置，則可以建立繞管道702的圓周的缺口的方向。關(guān)于圖7和圖8中的實施例，每個導(dǎo)電環(huán)900耦接到連接到船舶700上的用于通信和供電的電纜902上。如果使用單個環(huán)900，則環(huán)900能夠被降低并且采集讀數(shù)來定位缺口。如果使用單個導(dǎo)電元件，則該方法給出了360度返回路徑并且由于導(dǎo)電元件的位置，所以提供了缺口的準確定位?？梢酝ㄟ^沿管道702滑動來部署由多個環(huán)900形成的環(huán)陣列904?？商鎿Q地，可以通過將環(huán)沿管道702放置或者將環(huán)900并入管道或諸如接合點或浮標之類的部件中來預(yù)安裝環(huán)陣列904。

現(xiàn)在參照圖10，根據(jù)又一實施例，卡箍1000可以附接到ROV 1002上并且設(shè)置成繞管道1004(橫截面中示出)耦接。例如，卡箍1000可以包括設(shè)置成打開以容納管道1004的鉸接部分(未示出)。管道1004示出了金屬結(jié)構(gòu)層1006和外海水抵抗層1008，在外海水抵抗層1008中形成缺口1010。卡箍1000包括多個導(dǎo)體1012，可以分別使該多個導(dǎo)體1012通電以使可以確定缺口相對于管道1004的圓周的方向。因此，耦接到ROV 1002上的卡箍1000可以用來定位并繪制沿升流管長度和圓周兩者的缺口。最初，導(dǎo)體1012可以連接在一起以形成環(huán)來檢測沿管道軸向的缺口。一旦檢測到缺口區(qū)域，就可以單獨細查導(dǎo)體1012以定位管道1004的圓周上的缺口位置。該方法還能夠用來測量缺口的程度，例如外海水抵抗層1008中的狹縫的圓周尺寸及軸向長度。該方法大大減少了返回船舶地面的背景干擾，這是由于探頭緊挨著管道放置。

如上所提到的，由于海水的電導(dǎo)率是可變的，所以對于特定的部署定位，理想的是對檢測裝置進行校準。例如，可以通過將金屬板附接到管道上來實現(xiàn)該校準。金屬板經(jīng)由絕緣線連接到生產(chǎn)船舶的地面，以使金屬板模擬已知定位處的缺口。

如上所提到的，現(xiàn)有的管道設(shè)備并未輕易地使得以產(chǎn)生能夠遠程檢測到的信號的方式使管道內(nèi)的金屬制品通電。這是由于以下事實：金屬部件通過管道端部配件電連接在一起，管道端部配件本身連接到生產(chǎn)平臺上的零伏電勢(地面)。如上所述，本發(fā)明依靠海水電導(dǎo)率探頭來使包圍管道的海水通電，這完成了從升流管外套中的缺口到管體的金屬工件的電路?，F(xiàn)在參照圖11，該圖為示出了所測量的電導(dǎo)率路徑的電氣示意圖。管道1102內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)部件1100通過管體的外海水抵抗層中的缺口曝露在周圍的海水中。金屬結(jié)構(gòu)部件1100電耦接到頂側(cè)端部配件(未示出)上，然后耦接到生產(chǎn)平臺1108上的零伏電勢(地面)1106。海水電導(dǎo)率探頭1110(經(jīng)由電纜或如上所述的ROV)置于管道1102附近，并且探頭1110通過線1112耦接到地面1106。例如使用圖5的阻抗監(jiān)視器(未示出)使探頭1110通電，以提供對探頭1110和缺口1104之間的海水路徑1114的電導(dǎo)(或者等效地，阻抗)的測量。圖11還示出了在探頭1110和個人計算機1118(或者等效的數(shù)據(jù)分析及整理設(shè)備)之間延伸的通信電纜1116。當能夠在探頭1110內(nèi)進行數(shù)據(jù)整理以稍后或?qū)崟r在探頭1110處分析時，優(yōu)選地將數(shù)據(jù)返回到生產(chǎn)平臺1108的相對安全區(qū)。

現(xiàn)在參照圖12，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的在使用中的檢測裝置1200的簡化的電路。假設(shè)管體的內(nèi)阻1204和生產(chǎn)平臺保持不變，則低頻恒流源1202就可以用來確定總的電路電導(dǎo)率。實際上，內(nèi)阻1204可以根據(jù)缺口沿軌道的距離而改變，盡管和海水阻抗1206相比該內(nèi)阻相對較小，但是倘若出現(xiàn)缺口，則因而可以在缺口產(chǎn)生前對該內(nèi)阻進行測量或者建模并且假定該內(nèi)阻保持恒定不變。電流源1202用來向電路通電，以使得能夠參照流過標準電阻1208的電壓使用電壓表1210來測量海水電阻1206。

如上所述，已知海水的電阻隨頻率而變化(正如圖4中示出的)，使用不同的頻率來驅(qū)動恒流源1202使得系統(tǒng)能夠有效地提供不同操作范圍。當探頭遠離管道時，可以通過工作在較低的頻率處有利地使用該不同操作范圍?？商鎿Q地，越高的頻率范圍使得能夠在更短的距離上辨別缺口定位，因而允許并不關(guān)注的非常大的交流路徑(特別地通過生產(chǎn)平臺的船殼)被濾除以顯示出通過缺口的小的局部返回路徑。參照示出了建模的電場(由等勢線來指示)的圖13能夠清晰地看出對于辨別返回路徑的需要。圖13示出了生產(chǎn)平臺船殼1302、部分沿管道(未示出)的缺口1304和管道底部1306的模型，在管道底部1306的點處，管體的金屬結(jié)構(gòu)部件通過連接到用于陰極保護的鋁陽極典型地再一次曝露在海水中。船殼1302、缺口1304和管道底部1306全部處于相同的電勢(生產(chǎn)平臺的零伏、地面)。探頭1308被示為相對地靠近缺口1304，并且場線1310被示為將探頭1310耦接到船殼1302、缺口1304和管到底部1306中的每一個上?？梢钥闯觯瑲?302形成明顯的返回路徑，因而對海水的表觀電導(dǎo)率(apparent conductivity)具有明顯的影響。為了避免該影響，對于靠近船的可能的缺口定位，對于接近(例如，小于10m)管道的探頭的可以使用更高的頻率。在管道更向下，還能夠使用遠離(例如，100m)管體的更低的頻率以使更快速地細查缺口。船舶的船殼和底部端部配件的影響是創(chuàng)建了死區(qū)，在死區(qū)中即使使用更高的頻率，也很難或者不可能定位缺口。由于船的體積龐大，所以這種影響對于船舶的船殼來說是最大的。

如上所述，期望使用兩個不同的頻率進行分析。通過在多個不同的交流頻率處采用已知的不同的電導(dǎo)率在海水中操作探頭，可以更準確地確定缺口的定位。然而，應(yīng)該理解的是，在通過移動探頭來更靠近所懷疑的缺口的定位和/或通過使用從不同的定位提取的多次測量進行三角測量實現(xiàn)更高的準確性的情況下，本發(fā)明的實施例可以僅使用單個頻率來定位缺口。相敏電導(dǎo)率/阻抗測量允許更靈敏的檢測。

根據(jù)本發(fā)明的替代性實施例，如上所述，替代測量移動探頭和缺口之間的阻抗，可以在靜態(tài)探頭和缺口之間建立電場。然后，第二移動探頭可以測量在已知位置處的全部三個平面中包圍管道的電場。以此方式，向海水通電的靜態(tài)探頭導(dǎo)致的電場圖能夠針對大小和方向進行檢查。相對靠近缺口的定位的所測量的電場矢量可以指示缺口的定位。相敏檢測使得能夠確定所檢測的電場的極性，以使矢量可以直接指向缺口的定位。

參照圖14，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的替代性實施例的檢測裝置。管道1400被示為在海1402的表面以下延伸，并且管道1400具有缺口1404。信號發(fā)生器1408使靜態(tài)海水電極1406通電，信號發(fā)生器1408還經(jīng)由生產(chǎn)平臺的本地地面(未示出)耦接到管體的金屬結(jié)構(gòu)1410。使用恒壓源使靜態(tài)電極1406通電以在包圍管道1400的海水中建立電場。恒壓源與前面的實施例中描述的用來進行電導(dǎo)率/阻抗測量的恒流源不同。信號分析器1412耦接到信號發(fā)生器上，以使所測量的電場能夠與提供給靜態(tài)電極1406的信號的相位相關(guān)，從而能夠建立電場矢量的方向。如上所述，第二探頭1414設(shè)置成能夠例如通過附接到電纜及伸入海中或者通過耦接到ROV上相對于管道1400進行移動。移動探頭1414耦接到信號分析器上以提供以三維方式測量的電場的指示。如上所述，可以使用3D聲納應(yīng)答器直接確定移動探頭的定位。

電場矢量法通過上述技術(shù)提供了大量的優(yōu)點。該矢量不僅具有更高的靈敏度，而且該矢量使得能夠在物理上指向缺口。這意味著當部署在電場中時，只需要記錄很少的測量點。移動探頭1414在管道1400附近的區(qū)域內(nèi)是移動的，但是遠離通電電極1406，以確保所測量的矢量并不僅指向電極1406。移動探頭1414可以包括三對間隔較小距離(例如0.5m)的反向電極，每對電極成直角朝向另一對電極以測量三個平行的平面中的電場。傳感器內(nèi)的三個差分放大器在獨立的每對電極之間建立電場，并且根據(jù)該信息，能夠在測量點處建立海水內(nèi)的電場的大小和方向(即，矢量)。通過在該區(qū)域內(nèi)移動探頭的位置，并且標記矢量值，可以對電場矢量模式進行分析以以一定的準確度指示缺口的位置，該準確度典型地超過前面的實施例描述的準確性。對電場測量結(jié)果的解釋需要例如如上所述使用聲納應(yīng)答器了解移動探頭的位置以及探頭的方向，而且可以使用陀螺儀(例如基于MEMS的陀螺儀)建立探頭的方向。在所傳遞的頻率處，臍狀帶將探頭連接到表面載體、以及電源、參考信號，由于這是使得建立矢量的符號所需要的。

現(xiàn)在參照圖15，該圖為示出操作圖14的檢測裝置的方法的流程圖。在步驟1500中，靜態(tài)電極被部署并且用來在包圍潛在缺口的海水中建立靜態(tài)電場。在步驟1502中，使用移動探探頭在第一點處測量電場以定位缺口。在步驟1504中，根據(jù)在步驟1502測量的電場矢量，使移動探頭朝向所懷疑的缺口定位移動。上述過程可以是迭代過程，在該過程中，移動探頭逐漸朝向潛在缺口移動直到確定探頭的定位達到足夠的準確度。

在該說明書的整個描述和權(quán)利要求書中，詞語“包括”和“包含”及其變型意味著“包括但不限于”，并且它們不限于(且并不)排除其他部分、添加、部件、整體或步驟。在該說明書的描述和權(quán)利要求書中，單個包括了多個，除非本文另外要求。特別地，使用了不定冠詞，需要將說明書作為考慮的多個及單個來理解，除非本文另外要求。

應(yīng)該理解的是，結(jié)合本發(fā)明的特別的方面、實施例或示例描述的特征、整體、或特征適于本申請中描述的任何其他方面、實施例或示例，除非不符合本發(fā)明的特別的方面、實施例或示例描述的特征、整體、或特征。該說明書(包括任何所附權(quán)利要求、摘要及附圖)中公開的全部特征，和/或這里公開的任何方法或過程的全部步驟可以以除了互斥的至少一些該特征和/或步驟之外的任何組合方式進行組合。本發(fā)明并不局限于任何前述的實施例的細節(jié)。本發(fā)明擴展至該說明書(包括任何附加的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的特征中的任何新的一個、或任何新的組合，或者擴展至這里公開的任何方法或過程的步驟的任何新的一個、或任何新的組合。

讀者的注意應(yīng)該定位于全部論文及文獻，該文獻與本說明書同時遞交或先于本說明書遞交并且對于本說明書的公開檢索是開放的，該全部論文及文獻的內(nèi)容通過引用并入本文。