油气管道清管作业设备及作业方法与流程

1.本发明涉及油气设备领域，尤其涉及一种油气管道清管作业设备及作业方法。


背景技术：

2.油气管道是输送原油和天然气等液体或气体化石能源的重要方式。对于新铺设的油气管道而言，由于在施工过程中会在管道内遗留较多的施工物，在将油气管道投入使用前，需要进行清管作业，以去除油气管道内的遗留物。而对于运行中的油气管道而言，在长时间的油气输送过程中，输送原油的管道内会产生积蜡，输送天然气的管道内会产生积水，也需要定期地进行清管作业，以去除管道内的积蜡或积水，从而提高管道输送天然气的品质，降低管道输送原油的运行成本。
3.随着海洋油气资源的开发，油气管道也当然地铺设在海底进行油气资源的输送。对于铺设在海底的油气管道而言，特别是对于深海油气管道而言，对其进行清管作业的难度大，操作复杂，效率低，目前亟需一种新的、适用于海底油气管道的清管作业设备，以及相应的清管作业方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种油气管道清管作业设备及作业方法，以解决上述现有技术中缺乏适用于海底油气管道的清管作业设备及相应的作业方法的技术问题。
5.本发明提供的油气管道清管作业设备，其包括发球筒和控制管道；所述发球筒具有输入端和输出端，所述发球筒的输出端用于与油气管道连通，所述发球筒内安装有清管球，所述清管球可经所述输出端进入到所述油气管道内；所述控制管道包括输出端和输入端；所述控制管道的输出端与所述发球筒的输入端连接；所述控制管道的输入端用于接入海水；所述控制管道的输入端和输出端之间具有第一管道和第二管道，所述第一管道上设置有节流控制阀、关断阀；所述第二管道上连接有液压源、离心泵和关断阀。
6.其中，所述控制管道的输入端处设置有过滤器和过滤球阀。
7.其中，所述第二管道上还设置有压力表。
8.其中，所述第一管道上还设置有流量计；和/或，所述清管球上设置有速度传感器，所述速度传感器用于检测所述清管球的移动速度。
9.其中，所述油气管道清管作业设备还包括水下机器人；所述水下机器人自所述速度传感器处接收速度数据，和/或，自所述流量计处接收流量数据；并在所述速度数据低于设定速度值时和/或流量数据低于设定流量值时被触发，执行设定操作。
10.其中，所述水下机器人在所述速度数据低于设定速度值时和/或流量数据低于设定流量值时，将所述第一管道上的关断阀的状态调整为关断状态，以及，将所述第二管道上的关断阀的状态调整为开启状态。
11.其中，所述水下机器人在所述速度数据低于设定速度值时和/或流量数据低于设定流量值时，增大所述第一管道上的节流控制阀的开度。
12.其中，所述速度传感器包括声波发射模块，所述声波发射模块用于以发射声波信号的方式将所述速度传感器检测获得的速度数据传输给所述水下机器人；和/或，所述流量计包括声波发射模块，所述声波发射模块用于以发射声波信号的方式将所述流量计检测获得的流量数据传输给所述水下机器人；所述水下机器人上设置有声波信号接收模块，接收所述速度传感器和/或流量计中的声波发射模块发射的声波信号。
13.本发明提供的油气管道清管作业方法，其包括将控制管道投入到待作业的海底区域的步骤；在执行将所述控制管道投入到待作业的海底区域的步骤之前，预先设定第一管道上的节流控制阀的初始开度。
14.其中，在将控制管道投入到待作业的海底区域之后，将所述第一管道上的关断阀设置在开启状态，将第二管道上的关断阀设置在关断状态；检测所述第一管道中的海水流量，和/或，检测清管球的移动速度；在所述第一管道中的海水流量的数据低于设定流量值，和/或，清管球的移动速度的数据低于设定速度值时，执行以下步骤：增大第一管道上设置的节流控制阀的开度；或者，将第一管道上的关断阀设置在关断状态，将第二管道上的关断阀设置在开启状态。
15.其中，水下机器人以接收声波信号的方式获得所述第一管道中的海水流量的检测数据，和/或，清管球的移动速度的检测数据；并与设定流量值和/或设定速度值进行比较判断。
16.本发明实施例提供的上述油气管道清管作业设备及作业方法与现有技术相比具有如下优点：
17.本发明实施例提供的油气管道清管作业设备，其控制管道的输入端和输出端之间具有第一管道和第二管道，在第一管道上设置有节流控制阀和关断阀，在第二管道上连接有液压源、离心泵和关断阀；在进行清管作业时，首先，能够以经第一管道向油气管道内输入海水，依靠海水作用于油气管道内的清管球的压力推动清管球移动，实施清管作业；在该过程中，可以通过逐步增大节流控制阀的开度，维持对油气管道内的清管球的海水压力，维持清管球的移动速度在设定的区间范围。其次，还可以经第二管道依靠液压源和离心泵向油气管道内泵送海水，维持对油气管道内的清管球的海水压力，维持清管球的移动速度，保证清管作业效率。此外，在进行清管作业过程时，可以在将控制管道投入到海底水域前在水面上设定节流控制阀的初始开度，从而减少在水下操作和控制节流控制阀开度的环节，操作更加简单和方便，不容易出现失误，效率也更高，容易保证清管作业效果。
18.本发明实施例提供的油气管道清管作业方法，其可以在进行清管作业过程时，在将控制管道投入到海底水域前在水面上设定节流控制阀的初始开度，从而减少在水下操作和控制节流控制阀开度的环节，操作更加简单和方便，不容易出现失误，效率也更高，容易保证清管作业效果。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而
言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例中的油气管道清管作业设备的示意图。
22.图中：
23.10-发球筒；
24.100-清管球；
25.20-控制管道；
26.200-输入端；201-输出端；
27.21-第一管道；22-第二管道；
28.210-过滤器；211-过滤球阀；212-节流控制阀；213-关断阀；214-流量计；
29.220-液压源；221-离心泵；222-关断阀；223-压力表；
30.30-水下机器人；
31.40-油气管道；
32.400、401-阀门；
33.50-收球筒。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.下面结合附图对本发明提供的油气管道清管作业设备及作业方法的实施例进行说明。
36.(1)油气管道清管作业设备的实施例
37.参看图1，本实施例提供的油气管道清管作业设备包括发球筒10、收球筒50、控制管道20和水下机器人30。其中，发球筒10内装有用于在油气管道40内进行清管作业的清管球100，其主要作用是向待清管作业的油气管道40内转移清管球100，以及在清管作业过程中向位于油气管道40内的清管球100提供移动的动力。具体而言，发球筒10具有输入端和输出端，发球筒10的输出端用于与油气管道40连通，所述发球筒10内安装有清管球100，所述清管球100可经发球筒10的输出端进入到所述油气管道40内。
38.控制管道20与发球筒10连接，具体而言，控制管道20包括输出端201和输入端200。控制管道20的输出端201与发球筒10的输入端连接；控制管道20的输入端200用于接入海水。控制管道20的输入端200和输出端201之间具有第一管道21和第二管道22。
39.第一管道21上设置有节流控制阀212、关断阀213。在第一管道20上的关断阀213处于开启状态时，可以将海水从输入端200引入第一管道21内，并经输出端201输入到发球筒10，以及进一步进入输入到油气管道40内，在海水的压力作用下，推动进入到油气管道40内的清管球100移动。而第一管道21上设置的节流控制阀212可以控制第一管道21的开度，从而调节第一管道21内的海水的流量。
40.第二管道22上连接有液压源220、离心泵221和关断阀222。在第二管道22上的关断阀222处于开启状态时，液压源220可以作用于离心泵221，由离心泵221将海水从第二管道
22泵送向发球筒10、油气管道40内。
41.如图1所示，控制管道20的输入端200处设置有过滤器210和过滤球阀211。过滤器210和过滤球阀211可以在海水进入到输入端时将海水中的杂物过滤，以避免海水中的杂物进入并留存在油气管道40内。
42.如图1所示，第二管道22上设置有压力表223。压力表223能够用于检测第二管道22上的压力数值。
43.在本实施例中，第一管道21上还设置有流量计214；该流量计214可以检测第一管道21中海水的流量数据。所述清管球100上设置有速度传感器，所述速度传感器用于检测所述清管球100的移动速度。具体地，流量计214和速度传感器上分别设置有声波发射模块，声波发射模块用于将流量计214、速度传感器检测获得的流量数据、移动速度等信息以声波的方式传输给其他设备。
44.水下机器人30用于在清管作业过程中在水下对油气管道40、发球筒10及控制管道20进行各种操作，保证清管作业的正常进行。例如水下机器人能够操作油气管道40的阀门400、401的开闭，在进行清管作业之前，水下机器人30操作油气管道40的阀门400开启，使发球筒10内的清管球100能够得以进入到油气管道40内；在清管作业结束后，水下机器人30相应地将油气管道40的阀门400、401关闭。
45.在本实施例中，水下机器人30自所述速度传感器处接收速度数据，以及，自所述流量计214处接收流量数据；并在所述速度数据低于设定速度值时，以及流量数据低于设定流量值时被触发，执行设定操作。具体地，水下机器人30包括声波信号接收模块，该声波信号接收模块能够接收流量计214和速度传感器发射的声波信号，进而获得流量计检测的第一管道21中的流量数据以及速度传感器检测的清管球100的移动速度的数据。
46.水下机器人30在所述速度传感器检测的速度数据低于设定速度值时，以及在流量计214检测的流量数据低于设定流量值时，增大第一管道21上节流控制阀212的开度，这样可以有更多的海水经第一管道21和发球筒10进入到油气管道40内，增大对清管球100的水压压力，推动清管球100移动，并且使其移动速度在设定的区间范围。此外，在所述速度数据低于设定速度值时，以及在流量数据低于设定流量值时，水下机器人30还可以将第一管道21上的关断阀213的状态调整为关断状态，以及，将第二管道22上的关断阀222的状态调整为开启状态；这样设置可以在无法通过增大节流控制阀212的开度使清管球100的移动速度维持在设定区间范围时，通过切换到液压源220提供液压动力，由离心泵221向油气管道40内泵送海水，保证清管球100在油气管道40内的移动速度。
47.下面对本实施例提供的油气管道清管作业设备进行清管作业的过程进行详细描述。
48.首先，水下机器人30将油气管道上40的阀门400开启，使发球筒10能够将清管球100输入到油气管道40内。将控制管道20的输出端201与发球筒10的输入端连通，并将第一管道21上的关断阀212的状态设置为开启，将第二管道22上的关断阀222的状态设置为关断。在此情况下，海水会经控制管道20的输入端200以及第一管道21进入到发球筒10内，进而进入到油气管道40内，对油气管道40内的清管球100提供海水压力，在海水压力的作用下，清管球100会移动，并在移动过程中去除油气管道40内的遗留物或油气管道运行时产生的其他物质。
49.在该步骤中，第一管道21、第二管道22上的关断阀的状态可以在将控制管道20投入到海底水域前，在水面上预先设定，这样就可以避免在水下由水下机器人30进行操作，从操作方便和实现的难度上更加方便，难度更低。同样地，对于第一管道21上的节流控制阀212的开度，可以在将控制管道20投入到海底水域前，在水面上预先设定，与在水下由水下机器人30进行对节流控制阀212的开度的控制相比，这样操作更加方便和简单，也不容易出现操作失误，效率也更高。对于节流控制阀212预先标定的开度，可以根据清管球100在油气管道40内移动的目标速度确定，例如，清管球100在油气管道内移动的目标速度设定为0.1～1m/s，根据该设定的目标速度，可以计算出作用于清管球100的海水压力所需要达到的区间，从而可以确定所需要进入到油气管道40内的海水的流量，最终确定出节流控制阀212的预先标定的开度。
50.其后，随着海水不断地进入到第一管道21以及油气管道40内，在第一管道21上节流控制阀212的开度不变的情况下，进入第一管道21及油气管道40内的海水作用于油气管道40内的清管球100的海水压力会降低，清管球100的移动速度会随之降低。当第一管道21上的流量计214检测到流量数据低于设定流量值，或者清管球100上的速度传感器检测到清管球100的移动速度低于设定速度值时，表明从第一管道21进入的海水的压力不能满足维持清管球100的移动速度的需要，在水下机器人30接收到第一管道21上的流量计214检测的流量数据或清管球上的速度传感器检测到的速度数据后，水下机器人30可以调整第一管道21上节流控制阀212的开度，使节流控制阀212的开度增大，从而使进入到第一管道21、油气管道40内的海水的流量增加，以提高作用于油气管道40内清管球100的海水压力，提高清管球100的移动速度，使清管球100的移动速度能够满足清管作业的需求。
51.再其后，在通过提高节流控制阀212的开度无法进一步增加第一管道21内的海水流量、提高油气管道40内清管球100的移动速度的情况下，水下机器人30控制第一管道21上的关断阀213，将该关断阀213的状态由开启切换为关断，以及控制第二管道22上的关断阀222，将该关断阀222的状态由关断切换为开启。通过对第一管道21和第二管道22上的关断阀的状态进行切换，在后续的清管作业中，利用液压源220，作用于离心泵221，由离心泵221向第二管道22、油气管道40内泵送海水，维持对油气管道40内的清管球100的海水压力，从而继续维持清管球100的移动速度在设定的区间范围，以满足清管作业的需求。
52.最后，在清管作业完成之后，油气管道40内的清管球100回到收球筒50内，水下机器人30关闭油气管道40上的阀门400、401。
53.需要说明的是，在油气管道清管作业设备的其他实施例中，对于设置在第一管道21中的流量计214，以及设置在清管球100上的速度传感器，可以只需要选择其中一个设置即可，在仅设置其中一个的情况下，根据设置在第一管道21中的流量计214检测的海水流量数据，或者根据清管球100上的速度传感器检测的清管球100的移动速度，确定经第一管道21输入到油气管道40中的海水流量作用于清管球100的海水压力是否足够维持清管球100具有足够的移动速度，并在不足以维持清管球100的移动速度在设定区间时，由水下机器人30增大第一管道21上的节流控制阀214的开度，或者切换第一管道21和第二管道22上的关断阀的状态。
54.综上所述，本实施例提供的油气管道清管作业设备，其控制管道20的输入端200和输出端201之间具有第一管道21和第二管道22，在第一管道21上设置有节流控制阀212和关
断阀213，在第二管道22上连接有液压源220、离心泵221和关断阀222；在进行清管作业时，首先，能够以经第一管道21向油气管道40内输入海水，依靠海水作用于油气管道40内的清管球100的压力推动清管球100移动，实施清管作业；在该过程中，可以通过逐步增大节流控制阀214的开度，维持对油气管道40内的清管球100的海水压力，维持清管球100的移动速度在设定的区间范围。其次，还可以经第二管道22依靠液压源220和离心泵221向油气管道40内泵送海水，维持对油气管道40内的清管球100的海水压力，维持清管球100的移动速度，保证清管作业效率。此外，在进行清管作业过程时，可以在将控制管道20投入到海底水域前在水面上设定节流控制阀212的初始开度，从而减少在水下操作和控制节流控制阀212开度的环节，操作更加简单和方便，不容易出现失误，效率也更高，容易保证清管作业效果。
55.(2)油气管道清管作业方法的实施例
56.在本实施例中，油气管道清管作业方法依靠上述油气管道清管作业设备实施清管作业。油气管道清管作业方法具体包括将控制管道投入到待作业的海底区域的步骤。在执行将所述控制管道投入到待作业的海底区域的步骤之前，预先设定第一管道上的节流控制阀的初始开度。这样设置可以减少在水下操作和控制节流阀开度的环节，操作过程更加方便和简单，不容易出现失误，清管作业效率会更高，也能更好地保证清管作业效果。
57.就本实施例提供的油气管道清管作业方法而言，在将控制管道投入到待作业的海底区域之后，包括以下步骤：
58.步骤s1，将第一管道上的关断阀设置在开启状态，将第二管道上的关断阀设置在关断状态。
59.在该步骤s1中，控制管道的输入端接入的海水能够经由第一管道进入到发球筒和油气管道内，海水压力会作用于油气管道内的清管球，推动清管球移动，实施清管作业，去除油气管道内遗留的杂物或油气管道运行过程中产生的其他物质。
60.步骤s2，检测所述第一管道中的海水流量，以及，检测清管球的移动速度。
61.在该步骤s2中，借助于第一管道上设置的流量计检测第一管道中的海水流量，借助于清管球上设置的速度传感器检测清管球的移动速度。
62.步骤s3，在所述第一管道中的海水流量的数据低于设定流量值，以及清管球的移动速度的数据低于设定速度值时，执行以下步骤：
63.增大第一管道上设置的节流控制阀的开度；或者
64.将第一管道上的关断阀设置在关断状态，将第二管道上的关断阀设置在开启状态。
65.在该步骤s3中，第一管道中的海水流量的数据低于设定流量值，以及清管球的移动速度的数据低于设定速度值时，表明清管球的移动速度低于设定的区间范围，不能满足清管作业的需求，在此情况下，需要进行调整，增大清管球的移动速度，保证清管作业的需求。具体调整方式可以是，增大第一管道上设置的节流控制阀的开度，使第一管道中的海水的流量增加，从而提高油气管道中海水作用于清管器的压力，从而维持清管球的移动速度。另一种方式是，改由第二管道向油气管道内输入海水，具体是借助于液压源和离心泵，向油气管道内泵送海水，从而提高油气管道内海水作用于清管球的水压压力，提高清管球的移动速度，从而满足清管作业的需求。
66.在该步骤s3中，对于第一管道中的海水流量和清管球的移动速度，可以仅依靠其
中的一个数据判断当前清管球的移动速度是否在设定区间范围，是否满足清管作业的需求。此种情况下，只需要检测其中一项数据即可。
67.在本实施例中，由于清管作业时在水下进行，水下机器人以接收声波信号的方式获得第一管道中的海水流量的检测数据，和/或，清管球的移动速度的检测数据；并与设定流量值和/或设定速度值进行比较判断。在判断结果表明油气管道内的清管球的移动速度不能满足需求时，进行如上述步骤s3中的调整。
68.综上所述，本实施例提供的油气管道清管作业方法，其可以在进行清管作业过程时，在将控制管道投入到海底水域前在水面上设定节流控制阀的初始开度，从而减少在水下操作和控制节流控制阀开度的环节，操作更加简单和方便，不容易出现失误，效率也更高，容易保证清管作业效果。
69.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
70.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。