CN104081100A - 柔性管体和制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种柔性管体(400)和制造柔性管体的方法。该柔性管体(400)包括抗塌陷层(404)和流体保持层(406)，该流体保持层(406)以从抗塌陷层(404)径向向外的方式设置，其中，该抗塌陷层(404)包括具有如下横截面轮廓的至少一个细长材料带：该横截面轮廓具有位于60％至95％之间的填充系数。

Description

柔性管体和制造方法

技术领域

本发明涉及一种柔性管体和制造方法。特别地，但非排他性地，本发明涉及一种具有相比已知设计的改善性能的抗塌陷层的柔性管体。

背景技术

传统的柔性管用于将诸如油和/或气体和/或水之类的产品流体从一个位置传输至另一位置。柔性管在将海底位置(其可以为深水下，也就是说1000米或更深)连接至海平面位置方面特别有用。该管可以具有通常达到大约0.6米的内径。柔性管大致以柔性管体与一个或更多个端部配件的组件的形式形成。管体通常以形成承压导管的分层材料的组合的形式形成。该管结构允许大的挠曲而不引起弯曲应力在管的使用寿命期间损害管的功能。管体大体上以包括金属层和聚合物层的组合结构的形式形成。

本说明将自始至终参照柔性管。应当理解，柔性管为管体的一部分与一个或更多个端部配件的组件，管体的相应端部在所述一个或更多个端部配件中的每个端部配件中终止。图1示出了如何通过形成承压导管的分层材料的组合来形成管体100。尽管图1中示出了许多特定的层，但是要理解，本发明能够广泛应用于包括由各种可能的材料制造的两层或更多层的同轴管体结构。层厚度仅为说明性的目的而示出。

如图1中所示，管体包括可选的最内骨架层101。骨架提供了可以用作最内层的互锁构造以完全地或部分地防止由于管降压、外部压力以及拉伸装甲压力和机械压碎载荷而引起的内压力护套102的塌陷。

内压力护套102用作流体保持层，并且包括确保内部流体整体性的聚合物层。应当理解到，该层自身可以包括若干子层。应当理解到，当使用可选的骨架层时，内压力护套通常被本领域的技术人员称作屏障层。在没有这种骨架的操作(所谓的滑膛孔操作)中，内压力护套可以被称作衬里。

可选的压力装甲层103为具有接近90°的躺角(lay angle)的结构层，这增大了柔性管对内、外压力和机械压碎载荷的抵抗。该层还在结构上支承内压力护套，并且通常由互锁构造构成。

柔性管体还包括可选的第一拉伸装甲层105和可选的第二拉伸装甲层106。每个拉伸装甲层均为具有通常介于10°与55°之间的躺角的结构层。每层均用来承受拉伸载荷和内部压力。拉伸装甲层通常成对地反向缠绕。

所示出的柔性管体还包括有助于容纳基层(underlying layers)并在一定程度上防止相邻层之间的磨损的可选的带层104。

柔性管体通常还包括可选的绝缘层107和外护套108，该外护套108包括用来保护管免受腐蚀、磨损、机械损害以及海水和其他外部环境的渗透的聚合物层。

每个柔性管均包括管体100的有时也称作段部或部段的至少一部分以及位于柔性管的至少一个端部处的端部配件。端部配件提供了形成柔性管体与连接件之间的过渡的机械装置。例如如图1中示出的不同的管层以在柔性管与连接件之间传递载荷的方式在端部配件中终止。

图2示出了适于将诸如油和/或气体和/或水之类的产品流体从海底位置201传输至浮动式设施202的提升器组件200。例如，在图2中，海底位置201包括海底流动线路。柔性流动线路205包括整体或部分地静置在海床204上或埋藏在海床下面并用于静态应用的柔性管。浮动式设施可以通过平台和/或浮标或者如图2中所示的船来提供。提升器组件200设置为柔性提升器，也就是说，设置为将船连接至海床设备的柔性管203。柔性管可以为柔性管体连接端部配件组成。

应当理解到，如本领域的技术人员已知的，存在不同类型的提升器。本发明的实施方式可以与诸如自由悬浮(自由的、悬链式提升器)、在一定程度上被限制的提升器(浮标、链条)、总体上限制或封闭在管道(I或J管道)中的提升器之类的任何类型的提升器一起使用。

图2还示出如何能够使用柔性管的一部分作为流动线路205或跨接线(jumper)206。

非粘结的柔性管已经用于深水(小于3,300英尺(1,005.84米))和超深水(大于3,300英尺)的开发。对油的需求日益增大，导致了对油的勘探出现在越来越深的环境因素更加极端的位置处。例如在这种深水和超深水环境中，海底温度增大了将产品流体冷却至可能会引起管阻塞的温度的风险。增加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。因此，对用于柔性管体的层的高水平性能的需求增大。

柔性管还用于浅水应用(例如小于大约500米深)或者甚至陆地(陆上)应用。

如上所述，粗镗孔和滑镗孔柔性管是已知的。滑镗孔柔性管包括被称作为衬里的流体保持层。衬里的平滑内表面限定了流体沿着其传输的孔。滑镗孔柔性管用于各种应用，例如用于注水或者用于浅水应用。然而，有时在当孔的压力下降时，柔性管的位于衬里与径向外层之间的环形区域中所积聚的压力可能会引起衬里塌陷，并且这导致了不可逆的损害。因此，在抗塌陷是重要的某些应用中，在流体保持层内使用骨架层。这是所谓的粗镗孔应用，并且通常由螺旋形缠绕状条以如图3中的横截面所示出的互相锁定的形式形成的骨架层通过支承流体保持层防止了流体保持层在孔的压力下降的情况下的塌陷。

已知的骨架层通常对管体的内表面提供了更小的光洁度，这可能会不利地影响穿过管的流体流量。

US2006/0130924公开了一种包括覆盖有防湍流护套的骨架的柔性管。然而，该护套仍然允许穿过孔的流体流中的涡流。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种柔性管体，该柔性管体包括：

抗塌陷层；以及

流体保持层，该流体保持层以从抗塌陷层径向向外的方式设置，

其中，该抗塌陷层包括具有如下横截面轮廓的细长材料带：该横截面轮廓具有位于60％至95％之间的填充系数。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造柔性管体的方法，该方法包括：

提供抗塌陷层；以及

提供流体保持层，该流体保持层以从该抗塌陷层径向向外的方式设置；

其中，该抗塌陷层包括具有如下横截面轮廓的细长材料带：该横截面轮廓具有位于60％至95％之间的填充系数。

本发明的某些实施方式提供了如下优势：柔性管体的骨架式层可以设置为具有相比已知骨架层改善的抗塌陷性能。

本发明的某些实施方式提供了如下优势：柔性管体设置为具有大的抗塌陷性并且还用作具有平滑径向最内层的滑镗孔式管。

本发明的某些实施方式提供了如下优势：以新的方式利用已知技术和设备提供了一种改善的柔性管体。

附图说明

下文中将参照附图对本发明的实施方式进行进一步描述，在附图中：

图1示出了柔性管体；

图2示出了提升器组件；

图3示出了已知骨架层的横截面；

图4示出了根据本发明的实施方式的柔性管体；

图5示出了图4的管体的横截面；

图6示出了抗塌陷层的绕线的横截面轮廓；

图7a示出了具有填充系数为100％的带；

图7b示出了具有填充系数为小于100％的带；

图8示出了本发明的方法；以及

图9示出了管体的替代性横截面。

在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

图4和图5示出了根据本发明的柔性管体400。管体400由叠加的大致圆筒形层形成，叠加的大致圆筒形层包括用于形成用于在使用中面向孔流体的大致平滑内表面的热塑性聚合物的最内支承层402。支承层402具有从孔面向表面延伸穿过至径向外表面的多个通孔403。通孔的数目和布置可以由本领域的技术人员来确定。例如，通孔在直径方面可以为大约5mm并且间隔开大约20mm，并且可以在挤压后机械穿孔到层402中。支承层402的厚度大约在4mm至15mm之间。

在支承层402上设置有抗塌陷层404。抗塌陷层404由以具有接近90°的躺角的多个连续绕线圈成螺旋形地缠绕的细长金属带形成。每个绕线均具有如下所述的并且在一般情况下为大致Z形的横截面轮廓。该轮廓使一个绕线的后缘适于覆在相邻绕线圈的前缘上并锁定至该相邻绕线圈的前缘。

应当理解到，本说明书将自始至终参照细长材料带，并且应当理解到，该术语广泛地理解为包括具有可以围绕基层结构以螺旋形形状缠绕的预制横截面的任何细长结构。

如图5和图6中所示，抗塌陷层404的横截面的轮廓具有大致块状类型，其中，主体部段621置于前缘622与后缘623之间。该轮廓包括前缘钩状部624和后缘钩状部625。前缘谷状凹陷部627设置在主体621与钩状部624之间。后缘谷状凹陷部627设置在主体621与后缘钩状部625之间。带的轮廓具有形成了管状体的在带螺旋形缠绕时形成的内表面的表面628以及形成了螺旋形缠绕层的外部表面的外表面629。在该实施方式中，外表面629具有沿从主体朝向后缘的方向朝向内表面逐渐缩小的逐渐缩小形部段630。

谷状凹陷区域的臂以及钩状区域的臂的宽度足够大以允许在轴向方向上在相邻绕线之间的一定程度的期望的运动量，以能够使得柔性管挠曲。然而，带的轮廓将仅允许在轴向方向上的有限程度的运动。层404在径向方向上受到其在支承层402与以下所描述的径向外层之间的位置的限制。

适当地，根据本发明的实施方式，该带为具有预制横截面的金属带。然而，应当理解到，该带也可以由能够提供用于应用的所需物理特性的任意适当材料制成。该带例如可以为碳钢或不锈钢或钛合金，或者塑料或其他非金属材料，或者具有金属或聚合物基体的复合结构。

抗塌陷层404的轮廓具有位于60％至95％之间的填充系数。更适当地，填充系数位于75％至95％之间。在这方面中，填充系数被理解为矩形体的被材料填充的横截面轮廓的百分比。例如如图7a中所示，具有跨度为1个节距(pitch1x)的矩形轮廓的带将具有100％的填充系数。如果该带如图7中所示将凹槽移除，则填充系数将小于100％。

柔性管层的抗塌陷性将取决于包括填充系数、层在径向方向上的总厚度、层的周向直径以及材料强度(杨氏模量)在内的各种因素。

应当指出的是，诸如图3中示出的骨架层之类的已知骨架层的填充系数为大约55％。

在抗塌陷层404上方设置有流体屏障层406，该流体屏障层406为在抗塌陷层上方挤压的例如PE、PA11、PA12、PEX、PVDF等的聚合材料，从而用作防止孔流体进一步移动到管体中的密封件。屏障层406可以由已知的材料制成并且由已知方法形成。

可以根据特定应用所需的向管体增添任何其他层来形成柔性管体，例如如图4中所示出的可选的压力装甲层408。

现在将参照图8对制造根据本发明的实施方式的柔性管体的方法进行描述。在第一步骤中，抗塌陷层通过成螺旋形地缠绕具有大致Z形的横截面轮廓的细长材料带而形成，该轮廓具有大致矩形主体以及前缘和后缘，并且填充系数位于60％至95％之间。在第二步骤中，在抗塌陷层上挤压有流体保持层(屏障层)。

在另一实施方式中，作为第一步骤，最内聚合物支承层在芯棒上挤压成，并且随后如上所述抗塌陷层和屏障层设置在支承层上。

通过上述发明，填充系数比用于提供抗塌陷性的当前已知骨架层更大。因此，根据本发明的柔性管体的抗塌陷性将被极大地改善。应当指出的是，抗塌陷性是在没有引入昂贵的新材料或大幅地重新设计管尺寸的情况下改善的。因此，管孔将足够宽以允许更大的流量。

此外，由于抗塌陷层设置在支承层上方，因此，支承层在还具有粗镗孔先前保留的高抗塌陷性的情况下向柔性管提供了大致滑镗孔。

另外，由于抗塌陷层提供了在轮廓方面的大致平坦表面(即，没有起伏的平滑表面)，并且支承层也提供了在轮廓方面的大致平坦表面(即，没有起伏的平滑表面)，因此在使用中，应当防止流体流中的由振动引起的涡流和旋涡。

通过上述发明，来自孔的产品流体将能够渗透穿过通孔并且少量地位于抗塌陷层的绕线之间。渗透流体随后将大致淤积位于通孔与绕线的区域中，从而用作柔性管体的孔与径向外层之间的绝缘层。该绝缘层将有助于增大柔性管的其余层的承温能力。例如，保持来自装甲层等的孔流体的径向外屏障层可以使用相对廉价的材料，或者相比已知的屏障层可以相对更薄。通过本发明，集聚的静态流体通常将意味着相比标准骨架层的更少的热损失。

可以对如上所述的细节设计进行各种修改。例如，尽管通孔已经被描述为机械穿孔到支承层中，但是该通孔也可以为在支承层的材料中经由化学反应在挤压期间产生的空隙，或者为在材料没有变硬时或材料变硬之后的稍后在挤压之后通过其他方法产生的孔。该通孔可以为具有适当尺寸的孔洞、狭槽、开口、孔口等。

尽管抗塌陷层在上文中已经被描述为具有大致Z形的横截面轮廓，但是替代性地，该层例如可以由具有不同横截面轮廓的细长材料带形成。例如，该轮廓可以为通常意义上的矩形、C形形状(已知为“C形夹件”)、T字形、I形、K形、X形(本领域中已知的压力护套层的所有轮廓形状)，或者任何其他适当的形状。

例如，如图9中所示，管体可以由叠加的大致圆筒形层形成，该层包括用于形成用于在使用中面向孔流体的大致平滑内表面的最内支承层902。支承层902具有从孔面向表面延伸穿过至径向外表面的多个通孔903。

在支承层902上设置有抗塌陷层904。抗塌陷层904由以具有接近90°的躺角的多个连续绕线圈成螺旋形地缠绕的两个细长金属带形成。每个绕线均具有已知为C形夹件轮廓的横截面轮廓(如现有技术中已知的用于压力装甲层的轮廓)。每个带的轮廓均为大致C形，这两个带设置成使得第一带覆在相邻第二带的两个绕线上并与该相邻第二带的两个绕线进行锁定。

在抗塌陷层904上可以设置有用作防止孔流体进一步移动到管体中的密封件的流体屏障层906。可以根据特定应用所需的向管体添加任何其他层来形成柔性管体，例如如图9中所示出的可选的压力装甲层908。

本领域的技术人员应当清楚的是，关于上述实施方式中的任何实施方式所描述的特征能够在不同实施方式之间以可互换的方式适用。上述实施方式为示例以示出本发明的各种特征。

贯穿本说明书的描述与权利要求，词“包括”与“包含”以及它们的变型意味着“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、整体或步骤。贯穿本说明书的描述和权利要求，除非上下文另外要求，否则单数包括了复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另外要求，否则本说明书应当理解为设想了复数和单数。

除非本文中描述的实施方式或示例与其互不相容，否则结合本发明的特殊方面、实施方式或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学根或化学基团应当理解为能够适用于任何其他方面。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)以及/或者如此公开的任何方法或过程的所有步骤都能够以除这些特征和/或步骤中的至少某些特征和/或步骤互相排斥的组合以外的任何组合进行组合。本发明不受任何前述实施方式的细节的限制。本发明延伸至本说明书中公开的特征中的任何新颖特征或任何新颖组合(包括任何所附权利要求、摘要和附图)，或者延伸至如此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖步骤或任何新颖组合。

读者的关注针对与本说明书同时提交或在本说明书之前提交的与本申请相关的并且与本说明书一起向公众审查开放的所有文件和文档，并且所有这些文件和文档的内容通过参引并入本文中。

Claims (19)

1.一种柔性管体，包括：

抗塌陷层；以及

流体保持层，所述流体保持层以从所述抗塌陷层径向向外的方式设置，

其中，所述抗塌陷层包括具有如下横截面轮廓的至少一个细长材料带：所述横截面轮廓具有位于60％至95％之间的填充系数。

2.根据权利要求1所述的柔性管体，其中，所述横截面轮廓为大致Z形的并且具有大致矩形主体以及前缘和后缘。

3.根据权利要求2所述的柔性管体，其中，所述细长带以多个连续绕线圈成螺旋形地缠绕，以形成所述抗塌陷层，其中，一个绕线的后缘适于覆在相邻绕线圈的前缘上并且锁定至所述相邻绕线圈的所述前缘。

4.根据权利要求3所述的柔性管体，其中，所述横截面轮廓包括在所述前缘上的钩状区域以及在所述后缘上的钩状区域。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的柔性管体，还包括以从所述抗塌陷层径向向内的方式设置的支承层。

6.根据权利要求5所述的柔性管体，其中，所述支承层或衬里包括延伸穿过所述支承层或衬里的多个通孔。

7.根据权利要求6所述的柔性管体，其中，所述通孔为孔洞或狭槽或其他这种空隙。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的柔性管体，其中，所述抗塌陷层定形成允许所述支承层形成大致平滑的径向内表面。

9.根据权利要求8所述的柔性管体，其中，所述抗塌陷层形成大致平滑的径向内表面。

10.一种制造柔性管体的方法，所述方法包括：

提供抗塌陷层；以及

提供流体保持层，所述流体保持层以从所述抗塌陷层径向向外的方式设置；

其中，所述抗塌陷层包括具有如下横截面轮廓的至少一个细长材料带：所述横截面轮廓具有位于60％至95％之间的填充系数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述横截面轮廓为大致Z形的并且具有大致矩形主体以及前缘和后缘。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括以多个连续绕线圈成螺旋形地缠绕所述细长带，以形成所述抗塌陷层，其中，一个绕线的后缘适于覆在相邻绕线圈的前缘上并且锁定至所述相邻绕线圈的所述前缘。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述横截面轮廓包括在所述前缘上的钩状区域以及在所述后缘上的钩状区域。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的方法，还包括以从所述抗塌陷层径向向内的方式设置支承层。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述支承层包括延伸穿过所述支承层的多个通孔。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述抗塌陷层定形成允许所述支承层形成大致平滑的径向内表面。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述抗塌陷层形成大致平滑的径向内表面。

18.一种参照附图基本上如本文中所描述的柔性管体。

19.一种参照附图基本上如本文中所描述的方法。