CN101571218A - 柔性管的绝热 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种柔性管本体和一种制造柔性管本体的方法。柔性管本体包括一个内部压力护套,以及至少一个包括包含有多个空腔的网状层的绝热层,和外护套层。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性管本体,该柔性管本体可被用来形成适合于输送矿物油、原油或类似生产流体的类型的柔性管。特别是,但并不限于的,本发明涉及一种具有形成为柔性管本体的带有空腔的中间层的绝热层的柔性管本体。
背景技术
传统的柔性管被用来从一地至另一地传输产品流体,例如油和/或气和/或水。柔性管在将海下或水下位置连接到海平面位置中特别有用。柔性管一般形成为管本体和一个或多个端部配装件的组件。柔性管本体通常形成为多层材料制的复合体,所述复合体形成一个含有流体和压力的导管。管结构允许大的偏斜而不引起在其寿命期间消弱管的功能的弯曲应力。管本体通常但不必须构造为包括金属和聚合物层的复合结构。
在许多已知的柔性管设计中,所述管包含一个或多个抗拉铠装层。在这样的层上的主要载荷是张力。在高压应用中,如在深水和超深水环境中,抗拉铠装层承受来自内部压力端帽载荷的高拉伸载荷以及重量。由于这些情形持续时间长,这可能会导致柔性管的失效。
无粘合或无结合的柔性管已经成为对深水(少于3300英尺(1005.84米))和超深水(大于3300英尺)的胜任者开发已超过15年。90年代早期,这项技术使工业开始在深水中进行生产,且随后在90年代晚期,该技术实现了在深达大约6500英尺(1981.2米)的超深水。在通常典型的自由悬挂式提升装置构形和柔性管可以运行的情况下,大于6500英尺的水深挤压封装件。
对石油日益增加的需求导致开采发生在环境因素更加恶劣的越来越大的水深中。在这种深水和超深水环境中,水底或洋底温度增加了产品流体冷却到可能导致管堵塞的温度的风险。例如,当输送原油时可能由于石蜡形成而发生柔性管的内腔或内孔的阻塞。作为一种克服这种问题的技术,过去就已提出,应当围绕柔性管的屏障层设置一种绝缘层,屏障层是形成沿其输送流体的内腔的层。在将管的内腔与外部低温进行隔绝方面绝热在某种程度上一直是有效的,从而有助于防止阻塞。然而,所提供的绝热效果一直是有限的。
与已知的隔热技术有关的又一个问题是,绝热层的形成可以是一个复杂的过程,其中包括在制造过程中进行精心对准或调整,加热和冷却等步骤。应该意识到,先有的已知绝热技术略微增加了制造柔性管本体的费用和时间。
发明内容
本发明的一个目的是至少部分缓解上述的问题。
本发明的另一个目的是提供一种柔性管本体,该柔性管本体可使用在能够输送产品流体的类型的柔性管本体,输送柔性管本体包括至少一个介于柔性管本体的诸如屏障层或内衬的内部压力护套与外防护层之间的热绝热层。
本发明的另一个目的是提供柔性管本体,所述柔性管本体包含一个或多个绝热层,所述绝热层可以简单、快速地进行制造并且还可提供一个非常有效的热阻来阻止在径向上通过柔性管本体的热能流动。
本发明的又一个目的是提供一种提升装置组件,跨接装置(jumper),流动管线(flowline)和/或一种制造能够在深水和超深水环境中使用的柔性管的方法。
依照本发明的第一方面,提供有一种用于柔性管的柔性管本体,所述柔性管本体包括:
内部压力护套;
至少一个绝热层,所述绝热层包括一个包含有多个空腔的网状层;以及
外护套。
依照本发明的第二方面,提供有一种制造柔性管本体的方法,所述方法包括以下步骤:
提供管状的内部压力护套;
在所述内部压力护套之上形成绝热层,所述绝热层包括包含有多个空腔的网状层;
在所述绝热层之上形成外护套层。
本发明的具体实施例提供有柔性管本体,其中在屏障层或内衬(或衬管)与外护套层之间形成绝热层。可以形成一个或多个这样的绝热层,每个绝热层包括包含有多个空腔的网状层。所述网状层可能是织造的细丝的编织物或织物,所述细丝之间的孔构成空腔、或所述网状层是一片薄的材料,其上的空腔由多个通孔或盲孔形成。
本发明的实施例提供有绝热层,所述绝热层具有许多空腔,在所述空腔中可容纳绝热流体,例如空气或气体或某些其它绝热材料,如气凝胶材料。
本发明的实施例提供有同轴管,所述共轴管有至少一个介于管的内层与外层之间的低导热率(或导热性)的绝热层。所述绝热层可以是编织物或冲压出的片或其他这样的结构,所述绝缘层用作提高管壁的热阻的装置。这样的成空隙型的绝热管线将减少流动的流体例如原油的热损失,延缓石蜡结晶的开始以及延缓或防止管的内表面上的固态材料的沉积。因此,管道“清洁”的需求可以得到延迟或取消。
附图说明
下文将参照附图,仅通过示例描述本发明的实施例,其中:
图1示出了柔性管本体;
图2示出了悬链线式提升装置,流动管线或跨接管。
图3示出绝热层;
图4示出网状件或幅面部件上的孔;
图5示出编织物;以及
图6示出织造物细丝。
在附图中相同的部分使用相同的附图标记。
具体实施方式
本说明书全文提及一种柔性管道。将会理解,柔性管道是一部分管本体以及一个或多个端部配装件(或接头)的组件,所述管本体的端部或终止于每个端部配装件中。图1图示出如何根据本发明的实施例由形成含有压力的导管的多层材料的复合体而形成管本体100。虽然图1图示出多个特定的层,但应当理解,本发明广泛地适用于包含两层或多层的复合管本体结构。还应注意到,示出的层的厚度只供说明目的。
如图1所图示的,管本体通常包括最内构架层101。该构架层提供互锁的金属构造,所述构架层可用作最内层,以全部或部分地防止内部压力护套102由于管减压、外部压力、拉伸铠装压力(tensile armour pressure)和机械挤压载荷等引起的塌陷。将会理解的是,本发明的实施例可应用于“平滑内膛”,以及“粗糙内膛”应用。
内部压力护套102作为流体保持层,且通常包括聚合物层,以确保内部流体的稳定性或完整性。应当明白,这样的层本身可能包括多个子层。将会理解,当使用可选的构架层时,内部压力护套经常被称作屏障层。在没有这样一种构架层的工作(所谓平滑内膛工作)中,内部压力护套经常被称作内衬。
压力铠装层103是带有接近90°的捻角(lay angle)的结构层,它增加柔性管对内部和外部压力以及机械挤压载荷的抵抗。该结构层也在结构上支撑内部压力护套且通常包括互锁的金属构造。
柔性管本体还可包括一个或更多的带层104以及第一抗拉铠装层105和第二抗拉铠装层106。每个抗拉铠装层是带有通常在20°和55°之间的捻角的结构层。每个抗拉铠装层用来维持拉伸载荷和内部压力。所述抗拉铠装层通常成对地反向缠绕。
柔性管本体通常也包括外部护套107,外部护套107包括用来保护管不受海水和其它外部环境物质渗透、腐蚀、磨损和机械损伤的聚合物层。
每个柔性管包括至少一个部分,所述部分连同位于柔性管的至少一个端部处的端部配装件有时称为管本体100的区段或节段。端部配装件提供在柔性管本体和连接器之间形成过渡的机械装置。例如,在图1中示出的不同管层以使得载荷在柔性管和连接器之间传递的方式终止于端部配装件。
图2示出了适合于从海下位置(或位置设备)201输送如油和/或气体和/或水的产品流体到给浮动设施202的提升组件(或立管组件)200。例如,在图2中,海下位置201是海下流动管线。柔性流动管线203包括柔性管,全部或部分座放在海底(或海床)204上或埋在海底下面并在静态应用中使用。浮动设施可以通过平台和/或浮筒或如图2所示的船提供。提升装置200设置为柔性提升装置,即将船连接到海底装置的柔性管。
如本领域技术人员熟知的,将会理解,存在有各种不同类型的提升装置。本发明的实施例可与任何形式的提升装置一起使用,比如自由悬浮式(自由的,悬链式提升装置),某种程度上受到限制的提升装置(浮标,链条),完全受约束的或封装在管道(I或J形管)中的提升装置。
图2也图示出柔性管本体的各部分如何被用做流动管线205或跨接装置206。
再参照图1,绝热层108设于外部压力护套107下。如图1所示,绝热层本身可由多个层形成,或根据本发明的实施例也可以是单层结构。绝热层108提供了在同轴管中的中间层,并提高了对于通过管径向向外流动的热量的中间热阻。离开传输流体、沿着中央内腔或中心孔运行并且进入寒冷的海底环境的热能因此被减少了。将会理解的是,柔性管本体100可能包括一个、两个或多个位于多层柔性管本体的选定层之间的绝热层。
图3图示出根据本发明实施例的绝热层108的示例。所述绝热层包括下面的挤出层(或挤压出的层)300,蜂窝状的金属网状层301和外部挤出层302。在形成绝热层108方面,在生产管过程中形成径向内挤出层,且在这个层保持柔软的同时在所述内挤出层附近形成预成型的蜂窝状的金属网状层。然后所述挤出层固化将网状层和挤出层“锁定”在一起。所述网状层301可以片状的形式添加或适当地预制成环绕着挤出层缠绕的带。由于当网状层被径向引入时挤出层是柔软的这一事实,网状层的内缘区域303将沉入到挤出层中。网状层301和下面的挤出层300因此有效地成为一个一体层(或整体的层)。之后,将另一个外挤出层302挤压到网状层301的顶部之上,有效地将网状层夹置在两个挤出层300、302之间。外挤出层302被挤压的方式,使得当外挤出层与网状层相遇时它是柔软的。在设定外部挤出层以前,径向外缘区域304因而就成为嵌入到外挤出层302的下表面中,从而下面的挤出层300、网状层301和外挤出层302有效地成为一个单一体的绝热层。由绝热层或绝热层内的层提供的截面接触区域相对于由相邻层提供的截面接触区域有所减少。
网状层301包括连接在一起的多个六边形单元305(图3中突出标记了一个)。每个六角形单元的中央区域306确定出一个空腔,当外挤出层302在中间的网状层301和下面的挤出层300之上被挤压出时所述空腔内存有空气。这样就将空气和任何其它这样的流体存留于每个空腔306中。
适当地,在所述网状层之上将所述外挤出层302挤压出之前,可以将具有特别低热传导率U的材料导入到空腔中。所述流体可以是空气、惰性气体或气凝胶材料或其他类似物。这种气凝胶产品的热传导率范围通常为0.009-0.022w/mk。
网状层301利用常规的技术预形成,且可以由各种备选的材料制成,如不锈钢,钛,康铜(constantin),蒙乃尔铜-镍合金(monel),因科内镍合金(inconelalloy)或因科洛依合金(incoloyl alloy)以及其它类似材料。在图3图示出一种蜂窝图案同时,图4图示出如何可选择地使用各种预制的金属层或扩展的金属层。图4a图示出如何利用在金属本体401上预制的细长槽400构成狭槽孔构型。图4b图示出可如何形成圆孔402,以及图4c图示出如何形成方孔。将会理解,本发明并不局限于任何特定的预制的形状。
在生成网状层301时,对一个金属片进行穿孔,以产生图3和图4所图示出的空腔区域。将会理解,与在金属片上打通孔不同,可备选地形成盲孔。同样地,与利用穿孔的金属片或包含盲孔的金属片不同,可采用具有弄平的、标准的或装饰的结构的材料的延展性的金属网(webbing)。将会理解,如果形成盲孔,那么内部或外部挤出层300、302之一可被省略,因为网状层本身就包括封闭每个空腔的开口侧的必要的结构。
图5图示出根据本发明的备选实施例织造物层500可如何用作网状层以在柔性管本体100中形成绝热层。图5中示出的织造物网状层500被图示为在图6a和6b中更清晰示出的平织物(plain weave),其中由网状层提供的热阻,在许多方面,可以通过在制造过程中控制编织物的几何物理参数来决定。如图6a所示,每种编织物包括经线6001、6002和纬线6011、6012。经线600的厚度d可以大于、小于或等于纬线601的厚度x。在织物细丝或纱线之间形成的敞开的空间602构成在使用中的网状层的空腔。
按照上面关于图3和图4说明的的穿孔或延展的网状层的材料,织物500的细丝可以由任何具有足够低的导热系数值k的材料形成,从而绝热层108在柔性管本体100中提供热阻。适合的细丝材料因而可以是金属层,如钛、铀、康铜(constantin),因科内镍合金(inconel)、蒙乃尔铜-镍合金(monel)、不锈钢或镍铬或类似材料。代替使用金属织物,细丝可以由其它类型的材料制成,例如塑性材料,像可以抵抗工作环境下的压缩载荷的聚合物,可适当地采用像尼龙PA11或PA12或类似物。
将会理解,当已经在上文针对由中间网状层和各外部挤出层形成的绝热层108描述了本发明实施例的同时,本发明的其它实施例就可以只利用位于柔性管本体的其它层之间的网状层。也就是说,省略上述的挤出层。在这类情况下,编织材料或织物材料制的网状层,或者全部或部分穿孔的板,或者延展的金属或者塑料板,作为片状物或片状件或者作为围绕柔性管本体的下层的预制成形的带状物或带装件,用在其之上形成的柔性管本体的上层包裹起来。这种外层形成体在网状层所形成的空腔中存留有空气或其他绝热流体。
适当地,如上文描述的网状层可以形成在柔性管本体的一层之上,而金属带层包绕或缠绕于网状层上。这有助于在柔性管本体中分散载荷并避免蠕变。然而高热阻凝胶层,如气凝胶,可选地形成在包绕的金属带层的外表面上,柔性管本体的另外的层形成在凝胶层上方。在此实施例中,上面提到的挤出层也是可选的。
将会理解,当已经针对金属网状层的使用描述了本发明实施例的同时,本发明的实施例也可以使用塑料或其他非金属类型的材料用于网状层。适当地,编织物/网格或筛网是不可压缩的,以便各邻近的层接触。
整个本申请文件的说明书和权利要求中,术语“包括”和“包含”,以及这类词语的各种形式,例如“由...组成”和“含有”,含义都是“包括,但不限于”,并且并非意在(没有)排除其他的部分,附加,成分,数目或步骤。
整个本申请文件的说明书和权利要求中,单数“一个”,也包括多个的情况,除非文中另有所指。特别是不定冠词的使用,这类说明应被理解为考虑复数也考虑单数,除非文中另有要求。
与本发明的某一方面、实施例或范例结合说明的特性,数字,特征,化合物,化学成分或化学族,应被理解为适用于本文所说明的任何其它方面、实施例或范例,除非与之不能相容。
Claims (28)
1.一种用于柔性管的柔性管本体,所述柔性管本体包括:
内部压力护套,
至少一个绝热层,所述绝热层包括包含有多个空腔的网状层;以及外护套。
2.如权利要求1所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
所述网状层包含织物细丝,所述细丝之间的多个孔确定出所述空腔的相应位置。
3.如权利要求1或2所述柔性管本体,其特征在于,其还包括:
所述细丝包括金属丝。
4.如权利要求1所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
所述网状层包括网状物,所述网状物包含在所述网状物中预制的多个盲孔或通孔。
5.如权利要求4所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
所述孔以预定的图案进行预制。
6.如权利要求4或5所述的柔性管本体,其特征在于,所述网状层是金属片。
7.如前述权利要求中任一项所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
所述绝热层包含有螺旋地包绕在所述内部压力护套之上的网状带。
8.如权利要求7所述的柔性管本体,其特征在于,所述网状带直接被包绕在至少一个径向位于所述内部压力护套和所述外护套之间的中间层的外表面上。
9.如前述权利要求中任一项所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
所述绝热层还包括内挤出层和外挤出层,所述网状层置于所述内挤出层和所述外挤出层之间。
10.如权利要求9所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
位于所述网状层与所述内挤出层和/或所述外挤出层之间的金属层。
11.如权利要求10所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
所述金属层包括螺旋地包绕屏障层的金属带薄层。
12.如前述权利要求中任一项所述的柔性管本体,其特征在于,其还包括:
气凝胶材料设置于多个所述空腔之中。
13.如权利要求1到11中任一项所述柔性管本体,其特征在于,其还包括:
绝热流体设置所述网状层的多个空腔之中。
14.如前述权利要求中任一项所述的柔性管本体,其特征在于,
流体保持层包括屏障层或内衬。
15.一种包含如前述权利要求中任一项所述的柔性管本体的柔性管,所述柔性管包括:
两个端部配装件,每个所述端部配装件位于管本体的两端的对应一端上,其中,绝热层包括在所述端部配装件之间延伸的连续层。
16.一种包括如权利要求15所述的柔性管的提升装置,流动管线或跨接装置。
17.一种制造柔性管本体的方法,所述方法包括以下步骤:
提供管状的内部压力护套;
在所述内部压力护套之上形成绝热层,所述绝热层包括包含有多个空腔的网状层;以及
在所述绝热层之上形成外护套层。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,形成绝热层的所述步骤还包括以下步骤:
在所述内部压力护套之上缠绕织造的细丝带。
19.如权利要求17所述的方法,其特征在于,形成绝热层的所述步骤还包括以下步骤:
在所述内部压力护套之上缠绕包括多个预成形的孔的网状物带。
20.如权利要求17或18所述的方法,其特征在于,其还包括以下步骤:
在所述内部压力护套之上挤压出内层;
在挤出内层之上缠绕网状层;以及
并且在所述网状层之上挤压出外层。
21.如权利要求20所述的方法,其特征在于,其还包括以下步骤:
在缠绕所述网状层的同时,在固化之前内挤出层至少部分保留流体,由此将至少一部分网状物置入所述内挤出层。
22.如权利要求21所述的方法,其特征在于,其还包括以下步骤:
在所述网状层之上挤压出外挤出层,使得至少一部分网状物被置入所述外挤出层。
23.如权利要求17至19中任一项所述的方法,其特征在于,其还包括以下步骤:
在所述网状层之上和/或在网状层之下螺旋地包绕金属带。
24.如权利要求17到23中任一项所述的方法,其特征在于,其还包括以下步骤:
在所述网状层的多个空腔中设置气凝胶。
25.如权利要求17到24中任一项所述的方法,其特征在于,流体保持层是屏障层或内衬。
26.一种如权利要求1至13中任一项所述的、用于提取、输送或精炼矿物油或有关液体、或输送如液态氨的低温液体的柔性管本体的用途。
27.一种参照附图如上文充分描述的方法。
28.一种参照附图如上文充分描述的所构造和所布置的装置。
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