CN107407548B - 柔性管的角位移 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于确定柔性管的弯曲半径的方法和设备。该设备包括至少一个弯曲传感器元件，其包括伸长柔性基底和基底上的至少一个弯曲敏感元件，该至少一个弯曲敏感元件具有响应于基底的角位移的至少一个电特性。该设备还包括支撑和环绕弯曲传感器元件的柔性抗压伸长壳体。

Description

柔性管的角位移

技术领域

本发明涉及一种用于确定柔性目标结构的弯曲半径的设备和方法。具体而言但不排外地，本发明涉及将保持住柔性弯曲传感器的壳体定位在柔性管或弯曲加强物上或其中的预定位置处。当传感器的基底在壳体内弯曲时，传感器的弯曲敏感元件的电阻或其他此类特性指示与传感器所处的位置处的柔性管相关联的弯曲半径。

背景技术

传统上，柔性管用于将开采流体(诸如油和/或气体和/或水)从一个位置输送至另一个位置。柔性管在海底位置(其可为深水下，即1000米或更深)与海平面位置的连接中特别有用。该管可具有通常直到大约0.6米的内径(例如，直径可范围从0.05 m直到0.6 m)。柔性管大体上形成为柔性管本体以及一个或多个端部配件的组件。管本体通常形成为分层材料的组合，其形成包含压力的管道。管结构允许较大的偏转，而不会引起在其寿命内削弱管的功能性的弯曲应力。存在不同类型的柔性管，诸如，根据API 17J制造的无束缚柔性管，或复合物类型的柔性管等。管本体大体上构造为组合结构，包括聚合物层和/或复合物层和/或金属层。例如，管本体可包括聚合物和金属层，或聚合物和复合物层，或聚合物、金属和复合物层。取决于使用的柔性管的层和柔性管的类型，一些管层可粘合在一起或保持无束缚。

一些柔性管已经用于深水(小于3300英尺(1005.84米))和超深水(大于3300英尺)的开发。石油需求的增长引起钻探发生在越来越大的深度处(例如，超过8202英尺(2500米))，在那里环境因素更为极端。例如，在此深水和超深水的环境中，海床温度提高了开采流体冷却至可导致管堵塞的温度的风险。实际上，柔性管通常设计成在-30℃到+130℃的操作温度下执行。增大的深度还增大了与柔性管必须在其中操作的环境相关联的压力。例如，柔性管可能需要在范围从0.1 MPa到30 MPa的外部压力作用到管上的情况下操作。同样，输送油、气体或水也可能引起从内作用在柔性管上的高压力，例如，其中来自作用于管上的钻孔流体的内部压力范围从零到140 MPa。结果，增加了对于柔性管本体的压力防护和张力防护层的高性能水平的需要。出于完备性的原因要注意的是，柔性管还可用于浅水应用(例如，小于大约500米深度)，或甚至用于岸上(陆上)应用。

改进负载响应且因此防护层的性能的一种方式在于将层制造成较厚且较强且因此更坚固的材料。例如，对于其中的层通常由缠绕的线形成的压力防护层，其中层中的相邻线圈联锁，由较厚的材料制造线造成强度适当地增大。然而，由于使用了更多材料，故柔性管的重量增大。最终，柔性管的重量可能变为使用柔性管的限制因素。此外，使用越来越厚的材料制造柔性管明显增加材料成本，这也是缺点。

已知的是，在安装期间或在使用柔性管时，不论什么类型都可能经历由柔性管的至少一个端部处的运动引起的弯曲。例如，当浮式生产储油(FPSO)船舶在海面上起伏或摆动时，由柔性管形成的立管必须弯曲以适应该运动。重要的是确保在使用中，此弯曲不引起柔性管弯曲超过弯曲半径小于该柔性管的设计中指定的最小弯曲半径的点。出于此原因，期望能够监测柔性管的一个或多个区域处的角位移。用于测量此弯曲的常规技术已经聚焦于绳索和从绳索的高度的测量。此测量技术趋于有较大误差，且可能证明难以安装在柔性管上。当柔性管安装或投入使用时，它们还在其敏感性和其提供"实时"数据的能力方面受限制。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地减轻上述问题。

本发明的某些实施例的目的在于提供一种用于确定诸如柔性管或缆绳等的结构的弯曲半径的方法和设备。

本发明的某些实施例的目的在于提供一种柔性管或环绕柔性管的弯曲加强物，其携带随弯曲加强物或柔性管一起移动的壳体中的一个或多个弯曲传感器。

本发明的某些实施例的目的在于提供一种设备和方法，其可在柔性管安装时或在服务期间实时确定柔性管的区域的角位移。

本发明的某些实施例的目的在于提供一种用于监测弯曲半径的方法和设备，由此传感器可经由有线或无线连接将其数据传输至远程或本地监测站点。

根据本发明的第一方面，提供了用于确定柔性管的弯曲半径的设备，包括：

至少一个弯曲传感器元件，其包括伸长柔性基底和基底上的至少一个弯曲敏感元件，该至少一个弯曲敏感元件具有响应于基底的角位移的至少一个电特性；以及

柔性抗压伸长壳体，其支撑和环绕弯曲传感器元件以允许壳体和弯曲传感器元件之间的相对运动。

适当地，壳体包括伸长腔，其沿与壳体相关联的纵向轴线延伸，且各个传感器元件的基底位于伸长腔中。

适当地，壳体中的各个传感器元件的基底的至少第一端部是可相对于环绕壳体滑动的自由端部。

适当地，各个基底的剩余端部也是自由端部。

适当地，该设备还包括壳体中的至少一个定位元件，其将相应的基底定位在壳体中且在壳体弯曲时将基底推入弯曲构造，但该至少一个定位元件允许基底相对于壳体的滑动运动。

适当地，该至少一个定位元件包括设在基底的上表面和/或下表面与壳体之间的多个偏置销。

适当地，各个偏置销是泡沫塞。

适当地，该至少一个定位元件包括设在基底的相应边缘和壳体之间的至少一个U形元件。

适当地，该至少一个U形元件包括各自提供引导通道的两个伸长U形泡沫条，基底的相应边缘可位于引导通道中。

适当地，基底可至少部分地在壳体中的腔中滑动。

适当地，该腔包括具有大致恒定的矩形截面的伸长通道，其沿壳体的一部分延伸。

适当地，壳体是柔性且抗压的，其具有直到大约30 MPa的挤压负载限制而保持大致固定的尺寸。

适当地，壳体是伸长金属盒状部件。

适当地，壳体是不透空气的。

适当地，弯曲敏感元件包括基底的第一表面上的导电墨水的迹线(track)；且

第一电连接器和另一个电连接器布置在基底上，各自连接到迹线的相应端部上。

适当地，该设备还包括沉积在导电墨水迹线的至少一部分上的另一导电材料。

适当地，该至少一部分包括导电墨水迹线的多个间隔开的区域。

适当地，导电迹线包括印刷或沉积在基底上的粘结剂材料和导电颗粒的区域。

适当地，导电墨水包括第一墨水类型和至少另一墨水类型的混合物。

适当地，弯曲敏感元件包括基底的第一表面上的导电弹性本体；且

第一电连接器和另一个电连接器布置在基底上，各自连接到弹性本体的相应端部上。

适当地，弹性本体在所述基底的第一表面远端的上表面包括多个间隔开的缝隙。

适当地，基底是聚脂薄膜(Mylar)基底或克菌丹基底或碳纤维基底。

适当地，壳体支撑所述基底和从其延伸的所述传感器元件的电连接器，以用于提供指示基底的角位移的弯曲信号。

适当地，各个壳体和相应支撑的传感器元件固定在柔性管的外表面的预定区域处，或固定在位于柔性管上的弯曲加强物处。

适当地，各个壳体和相应支撑的传感器元件位于柔性管或弯曲加强物中。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于监测柔性管的弯曲的方法，包括以下步骤：

当柔性管弯曲时，使支撑且环绕至少一个弯曲传感器元件的伸长柔性基底的至少一个柔性抗压壳体弯曲，且允许壳体和弯曲传感器元件之间的相对运动；

当基底随壳体弯曲时，改变由基底上的弯曲敏感元件提供的电特性；以及

响应于电特性确定与壳体所处的柔性管的区域相关联的弯曲半径。

适当地，该方法还包括，当柔性管弯曲时，实时确定弯曲半径。

适当地，该方法还包括，经由壳体将弯曲传感器元件相对于柔性管的定向保持在期望的定向。

适当地，该方法还包括，使壳体中的基底弯曲，而不将任何较大的张力或压缩负载施加到基底上。

适当地，该方法还包括，经由有线连接将指示基底且因此柔性管的角位移的弯曲信号传输至柔性管的顶侧区域。

适当地，该方法还包括，经由无线连接将指示基底且因此柔性管的角位移的弯曲信号传输至柔性管的顶侧区域。

适当地，该方法还包括，手动地或自动地触发弯曲的监测。

适当地，在预定事件发生时或在预定时间自动地触发。

根据本发明的第三方面，提供了大致如前文参照附图描述的那样构造和配置的设备。

根据本发明的第四方面，提供了一种大致如前文参照附图描述的方法。

本发明的某些实施例提供了一种用于确定柔性管或其他此类目标结构的弯曲半径的设备和方法。

本发明的某些实施例提供了一种很敏感且可识别很大半径中的变化的角位移传感器系统。

本发明的某些实施例提供了一种允许半径测量成为从柔性管表面或层的形状导出的直接值的方法和设备。

本发明的某些实施例提供了一种用于监测弯曲半径的方法和设备，其确保了弯曲传感器的定向相对于监测的结构一直保持在预定和期望的定向。

本发明的某些实施例提供了一种将监测的结构的纯弯曲传递至一个或多个弯曲传感器而不使弯曲传感器经历显著的张力或压缩应变负载的方法和设备。

附图说明

现在将仅通过示例参照附图在后文中描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了柔性管本体；

图2示出了柔性管；

图3有助于示出基底上的弯曲敏感元件；

图4有助于示出柔性管中的弯曲传感器元件；

图5有助于示出公共基底上的一系列元件；

图 6 a 、图 6 b 示出了备选弯曲传感器；

图7有助于示出壳体中的图 6 a 、图 6 b 的弯曲传感器；

图8示出了立管上的成排的弯曲传感器；且

图 9 a 、图 9 b 示出了弯曲加强物上的弯曲传感器。

在附图中，相似的参照标号表示相似的部分。

具体实施方式

贯穿此描述，将对柔性管进行参照。将了解的是，本发明的某些实施例适用于结合多种柔性管使用。例如，且如下文更加详细地描述的那样，本发明的某些实施例可相对于根据API 17J制造的类型的柔性管和辅助设备而使用。此类柔性管通常称为无束缚柔性管。同样，本发明的某些其他实施例可结合柔性管和用于复合物类型结构的柔性管的辅助设备(如弯曲加强物)来使用。此复合物类型柔性管及其制造目前由API标准化。为了避免疑问还要注意的是，本发明的某些其他实施例适用于用来确定柔性结构的弯曲半径的方法和设备。目标结构可为柔性管，但根据本发明的某些其他实施例，目标结构可为缆绳或其他此类伸长柔性构造的元件。

转到图1，将理解的是，示出的柔性管是管本体的一部分以及一个或多个端部配件的组件，管本体的相应端部端接于各个端部配件中。图1示出了管本体100如何由形成包含压力的管道的分层材料的组合形成。如上文提到的那样，尽管图1中示出了若干特定层，但将理解的是，本发明的某些实施例广泛地适用于包括由多种可能的材料制造的两层或更多层的同轴管本体结构。还将注意的是，仅为了示范目的而示出层厚度。如本文所使用，用语"复合物"用于广泛地表示由两种或更多种不同材料形成的材料，例如，由基质材料和增强纤维形成的材料。

图1中所示的管本体包括最内骨架层101。骨架是提供联锁构造的抗压力层，其可用作最内层，以完全或部分地防止内部压力护套102由于管减压、外部压力和张力防护压力和机械挤压负载引起的塌陷。骨架是抗压力层。将了解的是，本发明的某些实施例因此适用于'粗膛'应用(带有骨架)。适当地，骨架层是金属层。适当地，骨架层由不锈钢、抗腐蚀镍合金等形成。适当地，骨架层由复合物、聚合物或其他材料或材料的组合形成。

内部压力护套102用作流体保持层，且包括确保内部流体完整性的聚合物层。该层提供用于任何传送的流体的边界。将理解的是，该层本身可包括若干子层。将了解的是，当使用骨架层时，内部压力护套通常由本领域技术人员称为阻挡层。在没有此类骨架的操作(所谓的滑膛操作)中，内部压力护套可称为衬套。

压力防护层103是抗压力层，其提供增大柔性管对内部和外部压力以及机械挤压负载的抵抗性的结构层。该层还结构地支撑内部压力护套，且通常由带有接近90°的捻角的线的联锁构造组成。适当地，压力防护层是金属层。适当地，压力防护层由碳钢、铝合金等形成。适当地，压力防护层由复合物、聚合物或其他材料或材料的组合形成。

柔性管本体还包括可选的第一张力防护层104和可选的第二张力防护层105。各个张力防护层用于维持张力负载和内部压力。张力防护层通常由多条金属线形成(以给予该层强度)，其位于内层上，且沿管的长度以通常大约10°到55°之间的捻角螺旋地缠绕。张力防护层通常成对反向缠绕。适当地，张力防护层是金属层。适当地，张力防护层由碳钢、铝合金等形成。适当地，张力防护层由复合物、聚合物或其他材料或材料的组合形成。

所示的柔性管本体还包括可选的带层106，其有助于包含下覆层，且在一定程度上防止相邻层之前的磨耗。带层可选地是聚合物或复合物或材料的组合。带层可用于助于防止金属-金属接触以有助于防止磨损。张力防护物上的带层还可有助于防止"局部扭曲"。

柔性管本体还包括可选的绝缘层和外护套107，其包括聚合物层以用于保护管免受海水渗透以及其他外部环境、腐蚀、磨耗和机械破坏。任何热绝缘层都有助于限制通过管壁到周围环境的热损耗。

各个柔性管包括与位于柔性管的至少一个端部处的端部配件在一起的至少一部分，有时称为管本体100的节段或区段。端部配件提供机械装置，其形成柔性管本体和连接器之间的过渡。例如，如图1中所示的不同管层以一种方式端接于端部配件中，以便在柔性管和连接器之间传递负载。

图2示出了适用于将开采流体(诸如油和/或气体和/或水)从海底位置221输送至浮式设施222的立管组件200。例如，在图2中，海底位置221包括海底流动管线。柔性流动管线225包括柔性管，其整体或部分抵靠在海床224上或埋入海床下，且用于静止应用。浮式设施可由平台和/或浮筒或如图2中所示的船提供。立管组件200提供为柔性立管，也就是说，柔性管223将船连接到海床装备上。柔性管可在带有连接端部配件的柔性管本体的节段中。

将了解的是，存在不同类型的立管，如本领域技术人员公知的那样。本发明的某些实施例可结合任何类型的立管使用，诸如，自由悬置的(自由悬链立管)、受一定程度的约束的立管(浮筒、链)、完全受约束的立管或包围在管(I或J形管)中。图2还示出了柔性管的部分可如何用作跨接管线226。

图3示出了弯曲传感器300，其包括伸长柔性基底310，伸长柔性基底310按形状大致为具有两个间隔开的"长"侧边缘315和两个间隔开的"端部"边缘320的矩形。当然，可使用其他形状的基底。传感器300是角位移传感器，其可用于测量发生在弯曲目标结构外侧的距离变化。图3中所示的传感器300是导电墨水类型的传感器，其使用印刷或沉积在基底310上的导电墨水的迹线325。例如，图3中所示的基底是碳纤维基底。适当地，备选的聚脂薄膜或克菌丹等可用作基底材料。导电墨水包括粘结剂中的碳颗粒。当基底弯曲使得印刷的墨水在弯曲部的外侧上时，墨水内的两个物理反应引起其电阻的变化。在第一物理反应中，墨水伸展，引起导电碳颗粒之间的距离增大。这引起电阻性的很稳定的可预测的增大。该物理反应还当导电墨水在弯曲部内侧上时具有效果。在此情况下，墨水中的颗粒之间的距离减小，因此减小电阻性。通过第二物理反应，当导电墨水在弯曲部的外侧上时，横向于传感器的纵向范围形成微裂纹。当弯曲增大时，这些裂纹的宽度增大，引起电阻的更急剧的增大。

适当地，两种墨水配方可混合以产生用于弯曲传感器300中的导电墨水。配方和混合物可取决于待测量/确定的特定情况和特性来选择。耐用的可伸展墨水配方体现了第一物理反应的特性，且可使用更大脆性且体现第二物理反应的特性的第二墨水配方。这两种墨水可如本领域技术人员将了解的那样混合以选择弯曲传感器的性能。包括两种墨水类型的组合的适合的墨水可从Amtec International lot 92349获得。

如针对图3中所示的传感器300所示，导电墨水以沉积方式提供成相应的大致U形布局。导电迹线325的第一端部330终止于端子335。U形迹线的剩余端部340终止于另一个电端子345。适当地，各个端子是接触垫。因为此墨水的电阻通常较高(例如，在兆欧姆的范围中)，故通过在选择区域350中的导电墨水上沉积高导电材料(诸如金属材料)的区域，传感器电阻范围可转化成较低范围。例如，图3中示出了沉积在迹线325上的八个间隔开的铜垫。各个垫350有效地产生一系列独立的导电墨水传感器，其组合电阻小于不包含金属沉积物的传感器。在图3中所示的传感器中，金属(诸如铜或金等)的较大迹线360沉积在导电墨水迹线的返回支路上。将了解的是，根据本发明的某些实施例，导电墨水迹线可为线性直迹线，其中导电迹线沉积在基底上，以在沿基底的长度的任何期望位置处连接和提供接触端子335、345。当然可使用其他形状和构造。导电墨水迹线325是基底310上的弯曲敏感元件。弯曲敏感元件的电阻性(或实际上各种其他电特性)响应于基底的角位移而变化。也就是说，在基底弯曲时，与弯曲敏感元件相关联的至少一个电特性响应于基底的角位移而变化。

图4示出了柔性壳体400中的如图3中所示的那样的传感器。柔性壳体是抗压的，且具有直到大约30 MPa的挤压负载限制而保持大致固定的尺寸。适当地，挤压负载限制大于20 MPa。适当地，壳体是中空碳纤维元件。如图4中所示，壳体400包括由壳体400的间隔开的上表面和下表面和边缘提供的中心腔410。因此，壳体提供了伸长腔，其沿与壳体相关联的纵向轴线延伸，且传感器的基底310位于伸长腔中。基底310由两个相对的泡沫引导件420_0,1支撑在腔410中。各个泡沫引导件具有大致U形截面，以提供相应的通道425_0,1，基底310的长侧边缘315可位于该通道中。因此，各个泡沫引导件420用作壳体中的定位元件，以将相应的基底定位在壳体中，且有助于在壳体400弯曲时将基底推入弯曲构造。定位元件允许基底相对于壳体的一些滑动运动，使得当壳体变形(由柔性管弯曲引起)时，基底自由采用大致匹配壳体400的弯曲半径的弯曲构造。因此，基底在腔内有效地浮动。这使基底和支撑的弯曲敏感元件与可引起传感器失效的力断开，同时仍允许传感器采用与壳体的弯曲对应的弯曲。

如图4中所示，通过缠绕壳体可将壳体400设在柔性管中，以代替张力线缠绕。

端部端子335、345由柔性细线连接到沿壳体的长度延伸的连接迹线(未示出)上，柔性细线允许基底相对于壳体略微移动而不破坏连接。当然可使用其他柔性连接器，诸如柔性PCB条。因此，当柔性管本体弯曲时，可实时确定与传感器相关联的电特性(不论其位于沿柔性管本体的长度的任何位置)。由此，可确定传感器所处的柔性管的弯曲半径。

图4中所示的传感器使用设在柔性管本体中的壳体，其中弯曲传感器位于沿柔性管本体的长度的仅一个位置处。这是因为如果使弯曲传感器本身沿目标延伸大致较长距离，则柔性管本体的不同弯曲结构区域将有效地引起抵消变化的电特性。结果，将很难(如果并非不可能)确定沿柔性管的各个位置处的弯曲。图5示出了此问题的另一解决方案。泡沫定位引导件的弹性性质有助于适应壳体和基底之间的一些相对运动，这否则将在传感器部分上潜在地产生破坏力。

图5示出了本发明的备选实施例，其中公共基底510可支撑处于间隔开的串联构造的多个传感器(图4中示出五个)。各个传感器500_0-4相对于其他传感器以端部-端部间隔开的构造配置，且设在公共基底510上。公共接地迹线520通向对应的端子525，同时剩余接触垫535_0-4提供经由相应的导电迹线连接到相应传感器500的相应端部上的端子。各个传感器500是类似于图3中所示的那样的类型，但不形成为U形导电墨水迹线，而是形成为在任一端部处带有接触端子的单个伸长直迹线。当然，可使用U形传感器，但将需要基底和/或壳体上的迹线的对应连接网络。

具有各自配置在沿公共基底的相应位置处的多个传感器允许独立地监测沿目标结构(诸如柔性管)的不同点处的弯曲。也就是说，当柔性管弯曲时，可确定与柔性管的弯曲区域处的基底相关联的弯曲半径。通过具有可具有较大长度的公共基底，传感器可便利地设在待确定弯曲半径的多个位置处。通过实时确定弯曲半径，来自各个传感器的输出可不断监测，且用于通知监测系统，监测系统可分析预定时间段内的管移动。

电压可施加到传感器上，且可测量将与电阻变化成比例的电流变化，以确定弯曲量。备选地，传感器可安装在分压器配置中，且可测量跨过弯曲的传感器的电压变化。跨过传感器的电压根据由弯曲量引起的伸展程度而变化。

图6a示出了用于基于基底610的弯曲来测量角位移的备选传感器600。传感器600使用导电弹性体。也就是说，使用由允许其导电的化合物制造的带有弹性性质的橡胶状材料。适当地，弹性体625是碳浸渍的柔性橡胶。适当地，碳浸渍到硅树脂或塑料等中。弹性体材料的导电性/电阻性或电导/电阻可响应于其尺寸可变化。适当地，电阻与导电弹性体625的长度和截面面积成比例。在恒定截面面积的情况下改变材料的长度将改变其导电性，使得材料越短则其导电性越大。同样，如果截面面积改变，同时长度保持恒定，则导电性的变化将发生，使得材料的截面面积越大则其导电性越大。当导电弹性体伸展时，其长度增大且其截面面积减小。结果，导电特性与导电弹性体变化相关联。当导电弹性体条伸展时，其电阻性将升高。图6a中所示的导电弹性体625安装在基底610上。导电弹性体材料的两个端部耐久地安装。适当地，导电弹性体沿其与基底的界面接合到基底上。当弯曲发生(图6b中所示)时，任一端部处没有滑动，且导电弹性体材料的伸展在基底弯曲时沿弯曲敏感元件的长度发生。图6a和图6b中所示的导电弹性体传感器示出了并入对角切口630的切块的导电弹性体传感器。当弯曲程度增大时，切口加宽(图6b中所示)，引起电阻的对应增大。当传感器变直时，切口闭合且电阻减小。该设计有助于使导电弹性体的记忆效果或迟滞最小化。将了解的是，本发明的某些实施例可使用未切块或以其他方式切块的导电弹性体传感器。

如图6a中所示，第一电端子635连接到导电弹性体的第一相应端部上，而另一个电端子645连接到导电弹性体的剩余端部上。

电压可施加到传感器上，且可测量将与电阻变化成比例的电流变化，以确定弯曲量。备选地，传感器可安装在分压器配置中，且可测量跨过弯曲的传感器的电压变化。跨过传感器的电压根据由弯曲量引起的伸展程度而变化。如上文提到的那样，类似的系统可相对于图3中所示的传感器300类型来使用。

图7有助于示出图6a和图6b中所示的传感器600可如何定位在壳体700中的腔中。图7中所示的壳体700示为与沿壳体的长度延伸的中心矩形腔710端部对准，且基底610同样沿该腔延伸。导电弹性体625示为端部对准地接合在基底610的上表面上(再次以端部对准示出)。泡沫塞720成排位于基底的下表面和壳体中的腔的相对的内壁表面735之间，以及在基底的上表面和腔的下壁表面740之间。泡沫塞720具有弹性，其有助于将基底推入与壳体的弯曲形状对应的弯曲形状，而不论壳体位于何处。虽然因此引起基底采用弯曲形状(不论何时需要)，但塞柔性足以允许在沿腔的纵向方向上的一些侧向运动，以适应基底和壳体之间的相对位置的变化。将了解的是，多个塞可沿基底/腔的长度适当定位。同样将了解的是，根据本发明的某些实施例，图4中所示的U形泡沫引导件或其他此类定位元件也可结合导电弹性体类型的传感器600使用。

弹性体类型的传感器的接触端子635、645经由柔性线或柔性PCB连接器等连接到基底和/或壳体上的导电迹线上。结果，按照之前所示的实施例，有效地，基底是由弹性定位元件适当地定位在壳体的腔中的浮动基底。因此，浮动基底可采用任何弯曲形状来匹配使用中在壳体中引起的弯曲形状，但没有由相互移动引起的破坏力而引起传感器失效的风险。本领域技术人员将了解的是，任何基底的一个端部可以以刚性方式利用弹性定位元件(诸如定位在沿基底的长度的其他位置处和基底的自由端部处的泡沫引导件或泡沫塞)牢固地固定到壳体中，而非具有完全浮动的基底。

图8有助于示出本发明的某些实施例可如何在将海底位置连接至FPSO 222的柔性立管上使用。如图8中所示，五个间隔开的传感器(当然可使用更多或更少)可适当地定位在柔性立管的触底区域附近。传感器可按照图5配置在公共基底上，或可备选地设在相应的单独基底上。传感器和基底可按照图4缠绕成柔性线圈，或备选地可设在柔性管本体的任何适合的层之间，或实际上在柔性管本体的外表面上。传感器和表面监测单元之间进行电连接(未示出)，表面监测单元可接收实时指示弯曲传感器的弯曲半径的信号。随着时间过去，这可用于监测期望的位置处的柔性管的弯曲。

将了解的是，除测量安装之后在使用中的弯曲半径之外或作为其备选，本发明的某些实施例可用于确定安装期间的柔性管的弯曲半径。将了解的是，当柔性立管安装在期望的位置处时，柔性立管经常从水面船舶卷开。在此情况下，基本上柔性管的弯曲半径不超过将引起过度弯曲的预定限制。通过沿柔性管的长度提供根据本发明的某些实施例的传感器，可作为整体或作为任何期望的时刻的快照及时监测安装过程，以确保不会发生过度弯曲，这否则将潜在地导致使用中的柔性管的失效。

图 9a 、图 9b 有助于示出本发明的某些实施例可如何用于监测结合柔性管使用的类型的弯曲加强物900的弯曲。除弯曲加强物外的其他柔性/可弯曲辅助设备当然也可使其弯曲被感测到。图9a示出了弯曲加强物的端部视图，其中中心圆形通孔910大小确定成接收期望的柔性管的外护套。弯曲加强物900具有大体上截头圆锥形构造，其具有渐缩的鼻部区域920，鼻部区域920外扩至弯曲加强物的更刚性的较宽半径端部930。弯曲加强物包括多个槽口940(图9a中示出三个)，其沿弯曲加强物的长度延伸(如图9b中更清楚地示出)，这示出了图9a的三个槽口中的两者。这些槽口大小确定成接收包含任何之前描述的实施例中的传感器的柔性抗压壳体。从弯曲加强物的端部到监测单元进行电连接，以允许弯曲加强物的弯曲在预定时间段内被选择性地监测到。

用于本发明的某些实施例的监测单元可构造成使得其响应于检测到或识别的事件由安装在柔性管或附属设备上的其他监测系统手动地启动或触发。此事件可为立管的严重弯曲、总的船舶/平台移动(例如，在风暴中)或异常操作条件(例如，立管系统中的过多/非预期操作张力负载)。相反，根据本发明的某些实施例，上文描述的传感器和监测系统可用作单独系统的触发器，以监测柔性管中的其他参数，或启动警告系统来指示柔性管的异常状态。

贯穿本说明书的描述和权利要求，词语"包括"和"包含"和它们的变型意思是"包括但不限于"，且它们不意在(且不会)排除其他部分、添加、构件、整体或步骤。贯穿本说明书的描述和权利要求，单数包括复数，除非上下文另外要求。具体而言，在使用不定冠词的情况下，本说明书将理解为考虑了复数以及单数，除非上下文另外要求。

连同本发明的特定方面、实施例或示例的特征、整数、特性或集合将理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不相容。本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以除至少一些特征和/或步骤互斥的组合外的任何组合来组合。本发明不限于任何前述实施例的任何细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个、或新颖的组合，或延伸至如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

读者的注意力引导向结合本申请的本说明书同时或之前提交的且与本说明书一起向公众审查开放的所有论文和文献，且所有此类论文和文献的内容都通过引用并入本文中。

Claims (32)

1.一种用于确定用于将开采流体从一个位置输送至另一个位置的柔性管的弯曲半径的设备，包括：

至少一个弯曲传感器元件，其包括伸长柔性基底和所述基底上的至少一个弯曲敏感元件，所述至少一个弯曲敏感元件具有响应于所述基底的角位移的至少一个电特性；以及

柔性抗压伸长壳体，其支撑和环绕所述弯曲传感器元件以允许所述壳体和所述弯曲传感器元件之间的相对运动，其中腔设在所述壳体中且所述基底可至少部分地在所述腔中滑动。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述壳体包括伸长腔，所述伸长腔沿与所述壳体相关联的纵向轴线延伸，且各个传感器元件的基底位于所述伸长腔中。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述壳体中的各个传感器元件的基底的至少第一端部是可相对于环绕壳体滑动的自由端部。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，各个基底的剩余端部也是自由端部。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述壳体中的至少一个定位元件，其将相应的基底定位在所述壳体中且在所述壳体弯曲时将所述基底推入弯曲构造，但所述至少一个定位元件允许所述基底相对于所述壳体的滑动运动。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述至少一个定位元件包括设在所述基底的上表面和/或下表面与所述壳体之间的多个偏置销。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，各个偏置销是泡沫塞。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述至少一个定位元件包括设在所述基底的相应边缘和所述壳体之间的至少一个U形元件。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述至少一个U形元件包括各自提供引导通道的两个伸长U形泡沫条，基底的相应边缘可位于所述引导通道中。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述腔包括具有大致恒定的矩形截面的伸长通道，所述伸长通道沿所述壳体的一部分延伸。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述壳体是柔性且抗压的，其具有直到大约30 MPa的挤压负载限制而保持大致固定的尺寸。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述壳体是伸长金属盒状部件。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体是不透空气的。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述弯曲敏感元件包括所述基底的第一表面上的导电墨水的迹线；且

第一电连接器和另一个电连接器布置在所述基底上，各自连接到所述迹线的相应端部上。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

沉积在导电墨水迹线的至少一部分上的另一导电材料。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述至少一部分包括所述导电墨水迹线的多个间隔开的区域。

17.根据权利要求14至权利要求16中任一项所述的设备，其特征在于，导电迹线包括印刷或沉积在所述基底上的粘结剂材料和导电颗粒的区域。

18.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述导电墨水包括第一墨水类型和至少另一墨水类型的混合物。

19.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述弯曲敏感元件包括所述基底的第一表面上的导电弹性本体；且

第一电连接器和另一个电连接器布置在所述基底上，各自连接到所述弹性本体的相应端部上。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述弹性本体的在所述基底的第一表面远端的上表面包括多个间隔开的缝隙。

21.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基底是聚脂薄膜基底或克菌丹基底或碳纤维基底。

22.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

所述壳体支撑所述基底和从其延伸的所述传感器元件的电连接器，以用于提供指示所述基底的角位移的弯曲信号。

23.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

各个壳体和相应支撑的传感器元件固定在柔性管的外表面的预定区域处，或固定在位于柔性管上的弯曲加强物处。

24.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

各个壳体和相应支撑的传感器元件位于柔性管或弯曲加强物中。

25.一种用于监测用于将开采流体从一个位置输送至另一个位置的柔性管的弯曲的方法，包括以下步骤：

当柔性管弯曲时，使支撑且环绕至少一个弯曲传感器元件的伸长柔性基底的至少一个柔性抗压壳体弯曲，且允许所述壳体和所述弯曲传感器元件之间的相对运动，所述相对运动包括所述基底至少部分地在设在所述壳体中的腔中滑动；

当所述基底随所述壳体弯曲时，改变由所述基底上的弯曲敏感元件提供的电特性；以及

响应于所述电特性确定与所述壳体所处的所述柔性管的区域相关联的弯曲半径。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述柔性管弯曲时，实时确定所述弯曲半径。

27.根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

经由所述壳体将所述弯曲传感器元件相对于所述柔性管的定向保持在期望的定向。

28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

使所述壳体中的基底弯曲，而不将任何较大的张力或压缩负载施加到所述基底上。

29.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

经由有线连接将指示所述基底且因此所述柔性管的角位移的弯曲信号传输至所述柔性管的顶侧区域。

30.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

经由无线连接将指示所述基底且因此所述柔性管的角位移的弯曲信号传输至所述柔性管的顶侧区域。

31.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

手动地或自动地触发弯曲的监测。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，自动地触发监测的步骤包括，在预定事件发生时或在预定时间自动地触发。

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