柔性管體和制造方法
【專利摘要】公開了一種柔性管體(400)和制造柔性管體的方法。該柔性管體(400)包括抗塌陷層(404)和流體保持層(406)，該流體保持層(406)以從抗塌陷層(404)徑向向外的方式設(shè)置，其中，該抗塌陷層(404)包括具有如下橫截面輪廓的至少一個細長材料帶：該橫截面輪廓具有位于60％至95％之間的填充系數(shù)。
【專利說明】柔性管體和制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性管體和制造方法。特別地，但非排他性地，本發(fā)明涉及一種具有相比已知設(shè)計的改善性能的抗塌陷層的柔性管體。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的柔性管用于將諸如油和/或氣體和/或水之類的產(chǎn)品流體從一個位置傳輸至另一位置。柔性管在將海底位置(其可以為深水下，也就是說1000米或更深)連接至海平面位置方面特別有用。該管可以具有通常達到大約0.6米的內(nèi)徑。柔性管大致以柔性管體與一個或更多個端部配件的組件的形式形成。管體通常以形成承壓導(dǎo)管的分層材料的組合的形式形成。該管結(jié)構(gòu)允許大的撓曲而不引起彎曲應(yīng)力在管的使用壽命期間損害管的功能。管體大體上以包括金屬層和聚合物層的組合結(jié)構(gòu)的形式形成。
[0003]本說明將自始至終參照柔性管。應(yīng)當理解，柔性管為管體的一部分與一個或更多個端部配件的組件，管體的相應(yīng)端部在所述一個或更多個端部配件中的每個端部配件中終止。圖1示出了如何通過形成承壓導(dǎo)管的分層材料的組合來形成管體100。盡管圖1中示出了許多特定的層，但是要理解，本發(fā)明能夠廣泛應(yīng)用于包括由各種可能的材料制造的兩層或更多層的同軸管體結(jié)構(gòu)。層厚度僅為說明性的目的而示出。
[0004]如圖1中所示，管體包括可選的最內(nèi)骨架層101。骨架提供了可以用作最內(nèi)層的互鎖構(gòu)造以完全地或部分地防止由于管降壓、外部壓力以及拉伸裝甲壓力和機械壓碎載荷而引起的內(nèi)壓力護套102的塌陷。
[0005]內(nèi)壓力護套102用作流體保持層，并且包括確保內(nèi)部流體整體性的聚合物層。應(yīng)當理解到，該層自身可以包括若干子層。應(yīng)當理解到，當使用可選的骨架層時，內(nèi)壓力護套通常被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱作屏障層。在沒有這種骨架的操作(所謂的滑膛孔操作)中，內(nèi)壓力護套可以被稱作襯里。
[0006]可選的壓力裝甲層103為具有接近90°的躺角(lay angle)的結(jié)構(gòu)層，這增大了柔性管對內(nèi)、外壓力和機械壓碎載荷的抵抗。該層還在結(jié)構(gòu)上支承內(nèi)壓力護套，并且通常由互鎖構(gòu)造構(gòu)成。
[0007]柔性管體還包括可選的第一拉伸裝甲層105和可選的第二拉伸裝甲層106。每個拉伸裝甲層均為具有通常介于10°與55°之間的躺角的結(jié)構(gòu)層。每層均用來承受拉伸載荷和內(nèi)部壓力。拉伸裝甲層通常成對地反向纏繞。
[0008]所示出的柔性管體還包括有助于容納基層(underlying layers)并在一定程度上防止相鄰層之間的磨損的可選的帶層104。
[0009]柔性管體通常還包括可選的絕緣層107和外護套108，該外護套108包括用來保護管免受腐蝕、磨損、機械損害以及海水和其他外部環(huán)境的滲透的聚合物層。
[0010]每個柔性管均包括管體100的有時也稱作段部或部段的至少一部分以及位于柔性管的至少一個端部處的端部配件。端部配件提供了形成柔性管體與連接件之間的過渡的機械裝置。例如如圖1中示出的不同的管層以在柔性管與連接件之間傳遞載荷的方式在端部配件中終止。
[0011]圖2示出了適于將諸如油和/或氣體和/或水之類的產(chǎn)品流體從海底位置201傳輸至浮動式設(shè)施202的提升器組件200。例如，在圖2中，海底位置201包括海底流動線路。柔性流動線路205包括整體或部分地靜置在海床204上或埋藏在海床下面并用于靜態(tài)應(yīng)用的柔性管。浮動式設(shè)施可以通過平臺和/或浮標或者如圖2中所示的船來提供。提升器組件200設(shè)置為柔性提升器，也就是說，設(shè)置為將船連接至海床設(shè)備的柔性管203。柔性管可以為柔性管體連接端部配件組成。
[0012]應(yīng)當理解到，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，存在不同類型的提升器。本發(fā)明的實施方式可以與諸如自由懸浮(自由的、懸鏈式提升器)、在一定程度上被限制的提升器(浮標、鏈條)、總體上限制或封閉在管道(I或J管道)中的提升器之類的任何類型的提升器一起使用。
[0013]圖2還示出如何能夠使用柔性管的一部分作為流動線路205或跨接線(jumper)206。
[0014]非粘結(jié)的柔性管已經(jīng)用于深水(小于3，300英尺(1，005.84米))和超深水(大于3，300英尺)的開發(fā)。對油的需求日益增大，導(dǎo)致了對油的勘探出現(xiàn)在越來越深的環(huán)境因素更加極端的位置處。例如在這種深水和超深水環(huán)境中，海底溫度增大了將產(chǎn)品流體冷卻至可能會引起管阻塞的溫度的風險。增加的深度還增大了與柔性管必須在其中操作的環(huán)境相關(guān)聯(lián)的壓力。因此，對用于柔性管體的層的高水平性能的需求增大。
[0015]柔性管還用于淺水應(yīng)用(例如小于大約500米深)或者甚至陸地(陸上)應(yīng)用。
[0016]如上所述，粗鏜孔和滑鏜孔柔性管是已知的?；M孔柔性管包括被稱作為襯里的流體保持層。襯里的平滑內(nèi)表面限定了流體沿著其傳輸?shù)目??；M孔柔性管用于各種應(yīng)用，例如用于注水或者用于淺水應(yīng)用。然而，有時在當孔的壓力下降時，柔性管的位于襯里與徑向外層之間的環(huán)形區(qū)域中所積聚的壓力可能會引起襯里塌陷，并且這導(dǎo)致了不可逆的損害。因此，在抗塌陷是重要的某些應(yīng)用中，在流體保持層內(nèi)使用骨架層。這是所謂的粗鏜孔應(yīng)用，并且通常由螺旋形纏繞狀條以如圖3中的橫截面所示出的互相鎖定的形式形成的骨架層通過支承流體保持層防止了流體保持層在孔的壓力下降的情況下的塌陷。
[0017]已知的骨架層通常對管體的內(nèi)表面提供了更小的光潔度，這可能會不利地影響穿過管的流體流量。
[0018]US2006/0130924公開了一種包括覆蓋有防湍流護套的骨架的柔性管。然而，該護套仍然允許穿過孔的流體流中的渦流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種柔性管體，該柔性管體包括:
[0020]抗塌陷層；以及
[0021]流體保持層，該流體保持層以從抗塌陷層徑向向外的方式設(shè)置，
[0022]其中，該抗塌陷層包括具有如下橫截面輪廓的細長材料帶:該橫截面輪廓具有位于60%至95%之間的填充系數(shù)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造柔性管體的方法，該方法包括:
[0024]提供抗塌陷層；以及
[0025]提供流體保持層，該流體保持層以從該抗塌陷層徑向向外的方式設(shè)置；
[0026]其中，該抗塌陷層包括具有如下橫截面輪廓的細長材料帶:該橫截面輪廓具有位于60%至95%之間的填充系數(shù)。
[0027]本發(fā)明的某些實施方式提供了如下優(yōu)勢:柔性管體的骨架式層可以設(shè)置為具有相比已知骨架層改善的抗塌陷性能。
[0028]本發(fā)明的某些實施方式提供了如下優(yōu)勢:柔性管體設(shè)置為具有大的抗塌陷性并且還用作具有平滑徑向最內(nèi)層的滑鏜孔式管。
[0029]本發(fā)明的某些實施方式提供了如下優(yōu)勢:以新的方式利用已知技術(shù)和設(shè)備提供了一種改善的柔性管體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下文中將參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行進一步描述，在附圖中:
[0031]圖1示出了柔性管體；
[0032]圖2示出了提升器組件；
[0033]圖3示出了已知骨架層的橫截面；
[0034]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的柔性管體；
[0035]圖5示出了圖4的管體的橫截面；
[0036]圖6示出了抗塌陷層的繞線的橫截面輪廓；
[0037]圖7a示出了具有填充系數(shù)為100%的帶；
[0038]圖7b示出了具有填充系數(shù)為小于100%的帶；
[0039]圖8示出了本發(fā)明的方法；以及
[0040]圖9示出了管體的替代性橫截面。
[0041 ]在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。

【具體實施方式】
[0042]圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的柔性管體400。管體400由疊加的大致圓筒形層形成，疊加的大致圓筒形層包括用于形成用于在使用中面向孔流體的大致平滑內(nèi)表面的熱塑性聚合物的最內(nèi)支承層402。支承層402具有從孔面向表面延伸穿過至徑向外表面的多個通孔403。通孔的數(shù)目和布置可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員來確定。例如，通孔在直徑方面可以為大約5mm并且間隔開大約20mm,并且可以在擠壓后機械芽孔到層402中。支承層402的厚度大約在4mm至15mm之間。
[0043]在支承層402上設(shè)置有抗塌陷層404?？顾輰?04由以具有接近90°的躺角的多個連續(xù)繞線圈成螺旋形地纏繞的細長金屬帶形成。每個繞線均具有如下所述的并且在一般情況下為大致Z形的橫截面輪廓。該輪廓使一個繞線的后緣適于覆在相鄰繞線圈的前緣上并鎖定至該相鄰繞線圈的前緣。
[0044]應(yīng)當理解到，本說明書將自始至終參照細長材料帶，并且應(yīng)當理解到，該術(shù)語廣泛地理解為包括具有可以圍繞基層結(jié)構(gòu)以螺旋形形狀纏繞的預(yù)制橫截面的任何細長結(jié)構(gòu)。
[0045]如圖5和圖6中所示，抗塌陷層404的橫截面的輪廓具有大致塊狀類型，其中，主體部段621置于前緣622與后緣623之間。該輪廓包括前緣鉤狀部624和后緣鉤狀部625。前緣谷狀凹陷部627設(shè)置在主體621與鉤狀部624之間。后緣谷狀凹陷部627設(shè)置在主體621與后緣鉤狀部625之間。帶的輪廓具有形成了管狀體的在帶螺旋形纏繞時形成的內(nèi)表面的表面628以及形成了螺旋形纏繞層的外部表面的外表面629。在該實施方式中，外表面629具有沿從主體朝向后緣的方向朝向內(nèi)表面逐漸縮小的逐漸縮小形部段630。
[0046]谷狀凹陷區(qū)域的臂以及鉤狀區(qū)域的臂的寬度足夠大以允許在軸向方向上在相鄰繞線之間的一定程度的期望的運動量，以能夠使得柔性管撓曲。然而，帶的輪廓將僅允許在軸向方向上的有限程度的運動。層404在徑向方向上受到其在支承層402與以下所描述的徑向外層之間的位置的限制。
[0047]適當?shù)兀鶕?jù)本發(fā)明的實施方式，該帶為具有預(yù)制橫截面的金屬帶。然而，應(yīng)當理解到，該帶也可以由能夠提供用于應(yīng)用的所需物理特性的任意適當材料制成。該帶例如可以為碳鋼或不銹鋼或鈦合金，或者塑料或其他非金屬材料，或者具有金屬或聚合物基體的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0048]抗塌陷層404的輪廓具有位于60%至95%之間的填充系數(shù)。更適當?shù)?，填充系?shù)位于75%至95%之間。在這方面中，填充系數(shù)被理解為矩形體的被材料填充的橫截面輪廓的百分比。例如如圖7a中所示，具有跨度為I個節(jié)距(Pitchlx)的矩形輪廓的帶將具有100%的填充系數(shù)。如果該帶如圖7中所示將凹槽移除，則填充系數(shù)將小于100%。
[0049]柔性管層的抗塌陷性將取決于包括填充系數(shù)、層在徑向方向上的總厚度、層的周向直徑以及材料強度(楊氏模量)在內(nèi)的各種因素。
[0050]應(yīng)當指出的是，諸如圖3中示出的骨架層之類的已知骨架層的填充系數(shù)為大約55%。
[0051]在抗塌陷層404上方設(shè)置有流體屏障層406，該流體屏障層406為在抗塌陷層上方擠壓的例如PE、PAl1、PA12、PEX、PVDF等的聚合材料，從而用作防止孔流體進一步移動到管體中的密封件。屏障層406可以由已知的材料制成并且由已知方法形成。
[0052]可以根據(jù)特定應(yīng)用所需的向管體增添任何其他層來形成柔性管體，例如如圖4中所示出的可選的壓力裝甲層408。
[0053]現(xiàn)在將參照圖8對制造根據(jù)本發(fā)明的實施方式的柔性管體的方法進行描述。在第一步驟中，抗塌陷層通過成螺旋形地纏繞具有大致Z形的橫截面輪廓的細長材料帶而形成，該輪廓具有大致矩形主體以及前緣和后緣，并且填充系數(shù)位于60%至95%之間。在第二步驟中，在抗塌陷層上擠壓有流體保持層(屏障層)。
[0054]在另一實施方式中，作為第一步驟，最內(nèi)聚合物支承層在芯棒上擠壓成，并且隨后如上所述抗塌陷層和屏障層設(shè)置在支承層上。
[0055]通過上述發(fā)明，填充系數(shù)比用于提供抗塌陷性的當前已知骨架層更大。因此，根據(jù)本發(fā)明的柔性管體的抗塌陷性將被極大地改善。應(yīng)當指出的是，抗塌陷性是在沒有引入昂貴的新材料或大幅地重新設(shè)計管尺寸的情況下改善的。因此，管孔將足夠?qū)捯栽试S更大的流量。
[0056]此外，由于抗塌陷層設(shè)置在支承層上方，因此，支承層在還具有粗鏜孔先前保留的高抗塌陷性的情況下向柔性管提供了大致滑鏜孔。
[0057]另外，由于抗塌陷層提供了在輪廓方面的大致平坦表面(即，沒有起伏的平滑表面)，并且支承層也提供了在輪廓方面的大致平坦表面(即，沒有起伏的平滑表面)，因此在使用中，應(yīng)當防止流體流中的由振動引起的渦流和旋渦。
[0058]通過上述發(fā)明，來自孔的產(chǎn)品流體將能夠滲透穿過通孔并且少量地位于抗塌陷層的繞線之間。滲透流體隨后將大致淤積位于通孔與繞線的區(qū)域中，從而用作柔性管體的孔與徑向外層之間的絕緣層。該絕緣層將有助于增大柔性管的其余層的承溫能力。例如，保持來自裝甲層等的孔流體的徑向外屏障層可以使用相對廉價的材料，或者相比已知的屏障層可以相對更薄。通過本發(fā)明，集聚的靜態(tài)流體通常將意味著相比標準骨架層的更少的熱損失。
[0059]可以對如上所述的細節(jié)設(shè)計進行各種修改。例如，盡管通孔已經(jīng)被描述為機械穿孔到支承層中，但是該通孔也可以為在支承層的材料中經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)在擠壓期間產(chǎn)生的空隙，或者為在材料沒有變硬時或材料變硬之后的稍后在擠壓之后通過其他方法產(chǎn)生的孔。該通孔可以為具有適當尺寸的孔洞、狹槽、開口、孔口等。
[0060]盡管抗塌陷層在上文中已經(jīng)被描述為具有大致Z形的橫截面輪廓，但是替代性地，該層例如可以由具有不同橫截面輪廓的細長材料帶形成。例如，該輪廓可以為通常意義上的矩形、C形形狀(已知為“C形夾件”)、T字形、I形、K形、X形(本領(lǐng)域中已知的壓力護套層的所有輪廓形狀)，或者任何其他適當?shù)男螤睢?br> [0061]例如，如圖9中所示，管體可以由疊加的大致圓筒形層形成，該層包括用于形成用于在使用中面向孔流體的大致平滑內(nèi)表面的最內(nèi)支承層902。支承層902具有從孔面向表面延伸穿過至徑向外表面的多個通孔903。
[0062]在支承層902上設(shè)置有抗塌陷層904?？顾輰?04由以具有接近90°的躺角的多個連續(xù)繞線圈成螺旋形地纏繞的兩個細長金屬帶形成。每個繞線均具有已知為C形夾件輪廓的橫截面輪廓(如現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于壓力裝甲層的輪廓)。每個帶的輪廓均為大致C形，這兩個帶設(shè)置成使得第一帶覆在相鄰第二帶的兩個繞線上并與該相鄰第二帶的兩個繞線進行鎖定。
[0063]在抗塌陷層904上可以設(shè)置有用作防止孔流體進一步移動到管體中的密封件的流體屏障層906?？梢愿鶕?jù)特定應(yīng)用所需的向管體添加任何其他層來形成柔性管體，例如如圖9中所示出的可選的壓力裝甲層908。
[0064]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當清楚的是，關(guān)于上述實施方式中的任何實施方式所描述的特征能夠在不同實施方式之間以可互換的方式適用。上述實施方式為示例以示出本發(fā)明的各種特征。
[0065]貫穿本說明書的描述與權(quán)利要求，詞“包括”與“包含”以及它們的變型意味著“包括但不限于”，并且其不意在(也不)排除其他部分、添加物、部件、整體或步驟。貫穿本說明書的描述和權(quán)利要求，除非上下文另外要求，否則單數(shù)包括了復(fù)數(shù)。特別地，在使用不定冠詞的情況下，除非上下文另外要求，否則本說明書應(yīng)當理解為設(shè)想了復(fù)數(shù)和單數(shù)。
[0066]除非本文中描述的實施方式或示例與其互不相容，否則結(jié)合本發(fā)明的特殊方面、實施方式或示例描述的特征、整體、特性、化合物、化學(xué)根或化學(xué)基團應(yīng)當理解為能夠適用于任何其他方面。本說明書中公開的所有特征(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)以及/或者如此公開的任何方法或過程的所有步驟都能夠以除這些特征和/或步驟中的至少某些特征和/或步驟互相排斥的組合以外的任何組合進行組合。本發(fā)明不受任何前述實施方式的細節(jié)的限制。本發(fā)明延伸至本說明書中公開的特征中的任何新穎特征或任何新穎組合(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)，或者延伸至如此公開的任何方法或過程的步驟中的任何新穎步驟或任何新穎組合。
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【權(quán)利要求】
1.一種柔性管體,包括: 抗塌陷層；以及 流體保持層，所述流體保持層以從所述抗塌陷層徑向向外的方式設(shè)置， 其中，所述抗塌陷層包括具有如下橫截面輪廓的至少一個細長材料帶:所述橫截面輪廓具有位于60% 至95%之間的填充系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性管體，其中，所述橫截面輪廓為大致Z形的并且具有大致矩形主體以及前緣和后緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性管體，其中，所述細長帶以多個連續(xù)繞線圈成螺旋形地纏繞，以形成所述抗塌陷層，其中，一個繞線的后緣適于覆在相鄰繞線圈的前緣上并且鎖定至所述相鄰繞線圈的所述前緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性管體，其中，所述橫截面輪廓包括在所述前緣上的鉤狀區(qū)域以及在所述后緣上的鉤狀區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的柔性管體，還包括以從所述抗塌陷層徑向向內(nèi)的方式設(shè)置的支承層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性管體，其中，所述支承層或襯里包括延伸穿過所述支承層或襯里的多個通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性管體，其中，所述通孔為孔洞或狹槽或其他這種空隙。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的柔性管體，其中，所述抗塌陷層定形成允許所述支承層形成大致平滑的徑向內(nèi)表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性管體，其中，所述抗塌陷層形成大致平滑的徑向內(nèi)表面。
10.一種制造柔性管體的方法，所述方法包括: 提供抗塌陷層；以及 提供流體保持層，所述流體保持層以從所述抗塌陷層徑向向外的方式設(shè)置； 其中，所述抗塌陷層包括具有如下橫截面輪廓的至少一個細長材料帶:所述橫截面輪廓具有位于60%至95%之間的填充系數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述橫截面輪廓為大致Z形的并且具有大致矩形主體以及前緣和后緣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以多個連續(xù)繞線圈成螺旋形地纏繞所述細長帶，以形成所述抗塌陷層，其中，一個繞線的后緣適于覆在相鄰繞線圈的前緣上并且鎖定至所述相鄰繞線圈的所述前緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述橫截面輪廓包括在所述前緣上的鉤狀區(qū)域以及在所述后緣上的鉤狀區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任一項所述的方法，還包括以從所述抗塌陷層徑向向內(nèi)的方式設(shè)置支承層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述支承層包括延伸穿過所述支承層的多個通孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，所述抗塌陷層定形成允許所述支承層形成大致平滑的徑向內(nèi)表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述抗塌陷層形成大致平滑的徑向內(nèi)表面。
18.—種參照附圖基本上如本文中所描述的柔性管體。
19.一種參照 附圖基本上如本文中所描述的方法。
【文檔編號】F16L11/08GK104081100SQ201280065223
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】杰弗瑞·斯蒂芬·格拉哈姆 申請人:韋爾斯特里姆國際有限公司