CN102272504B - 增强防护件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于制造柔性管体的方法以及一类适合用于输送产品流体的柔性管体。柔性管体包括由包括至少一个防护定位元件的互锁防护带卷绕物构成的防护层以及位于防护层上由包括至少一个增强定位元件的增强带层构成的增强层。防护定位元件和增强定位元件将增强带卷绕物相对于相应的防护带卷绕物进行定位。

Description

增强防护件

技术领域

本发明涉及可以被用于传输流体例如产品流体等的柔性管。具体而非排它性地，本发明涉及柔性管体以及一种用于制造具有一层或多层防护层的柔性管体的方法，防护层由卷绕在防护层上的增强带层加强。

背景技术

传统上，柔性管被用于将产品流体例如油和/或气体和/或水从一个位置输送到另一个位置。柔性管在将海底位置连接到另一个海底位置或海平面位置时特别有用。柔性管通常被成形为一定长度的柔性管体以及一个或多个端部配件的组件。管体典型地被成形为构成容纳流体和压力的导管的复合管状材料层。管结构允许有大幅度的变形而不会在期望寿命期间造成削弱管功能性的弯曲应力。管体一般但非必要地构建为包括金属层和聚合物层的复合结构。柔性管可以在陆地上和/或在海底位置被用作流送管。柔性管也可以被用作跨接管或立管。

在很多已知的这种类型的柔性管中，“压力防护层”被用于帮助加强内部压力护套例如流体屏障层或衬套以及防止由于跨管作用的压差条件而造成的径向膨胀和破裂。因此，压力防护层对于柔性管的压力保持能力来说很重要。压力防护层还可用作提供抗塌缩性的主要增强层。

通常，用作箍带强度层的压力防护层通过这样的方式成形：将一根或多根条带螺旋地卷绕在下面的层周围，由此邻接的带卷绕物通过带卷绕物的一个边缘处的爪或钩与邻接卷绕物中相对边缘处对应的凹陷或凹谷区域互锁来互锁。

已知的压力防护轮廓有多种，而且很多都具有Zeta形或S形。一个这样的示例在公开号为EP 0929767的欧洲专利申请中有所说明。该申请公开了一种成形为具有螺旋卷绕的金属条带以提供抗破裂压力性的柔性导管。该条带具有前缘唇部或钩以及后缘钩，在螺旋地卷绕条带时，前缘唇部或钩以及后缘钩接合并互锁。

柔性管经常的挠曲以及内腔区域和外界环境之间的压差会导致压力防护层内邻接的卷绕物变成以未互锁的方式分离。这样可能会由于下面的内部压力护套或者上覆层能够侵入卷绕物之间而导致柔性管的损坏。而在更多的情况下，即使在保持互锁设置时，卷绕物也不能够承受由柔性管外面的高压或者柔性管内腔中的过压或突发压降造成的过高压差。

与现有技术中的防护轮廓相关联的另一个问题是制成防护带的材料以及制造防护带的方法限制了能够由一层或多层互锁的卷绕物提供的支撑量。因此柔性管体的结构限制就成为否则就可以使用柔性管体的环境限制的原因所在。

已知防护层的另一个问题是彼此邻接的卷绕物的相对移动可能会随着时间的流逝而造成卷绕物的磨损。磨损可能会导致卷绕物的损坏并最终导致柔性管体的损坏。

发明内容

本发明的一个目标是至少部分地缓解上述问题。

本发明实施例的一个目标是提供柔性管体，具有即使在承受径向跨越管体的明显压差时或者在柔性管体高度挠曲时仍然能够有效工作的增强压力防护层。

本发明实施例的一个目标是提供一种用于加强压力防护层的方法和装置，由此以固定的关系将用于加强压力防护的增强带固定在压力防护层相应的卷绕物中。

本发明的一个目标是提供一根或多根增强带相对于下面的压力拱层的刚性轴向定位。

根据本发明的第一种应用，提供了一种用于输送产品流体的柔性管体，包括：

由包括至少一个防护定位元件的互锁防护带卷绕物构成的防护层；以及

位于防护层上由包括至少一个增强定位元件的增强带层构成的增强层；其中

防护定位元件和增强定位元件将增强带卷绕物相对于相应的防护带卷绕物进行定位。

根据本发明的第二种应用，提供了一种制造柔性管体的方法，包括以下步骤：

将包括至少一个增强定位元件的增强带卷绕在由包括至少一个防护定位元件的互锁防护带卷绕物构成的防护层上；以及

通过定位元件将防护层卷绕物相对于相应的增强层卷绕物进行定位。

本发明的某些实施例为卷绕下面的压力拱层的增强带提供了刚性轴向定位。增强带相对于下方压力防护层的定位避免了各层的总体相对移动，否则这种相对移动可能会造成其中任何一层的磨损。这就允许将增强层用于充分动态的应用，否则在这样的应用中压力拱层和增强层之间的相对移动将会达到最大。

本发明的某些实施例在增强层和下面的压力防护层之间提供了较小或者为零的相对移动量。这就允许使用彼此直接接触的两个金属层，并且消除了在各层之间对单独的条带或耐磨层的需要，并提高了各层之间可允许的工作接触应力以为柔性管体提供更高的加压能力。

本发明的某些实施例为增强层的增强带提供了简化的形状，可以由通常与用于拉伸防护层而不是压力拱层的条带相关联的材料制成。这就允许使用更高强度的材料。而且与目前使用已知现有技术可允许的情形相比，可以使用更小的条带来承受更高的压差。因此，条带形状上的应力分布与目前使用已知现有技术可能达到的效果相比可以分布地更加均匀。

附图说明

现在将在下文中参照附图仅以示例的方式来介绍本发明的实施例，在附图中：

图1示出了柔性管体；

图2示出了立管、流送管和跨接管；

图3示出了压力防护层和上覆的增强层的截面图；以及

图4示出了一种可选的压力防护层和上覆的增强层。

在附图中，同样的附图标记表示同样的部件。

具体实施方式

通过本说明书对柔性管进行介绍。应该理解柔性管是一部分管体以及一个或多个端部配件的组件，管体的端部终止于每一个端部配件中。图1根据本发明的一个实施例示出了如何由构成容压导管的复合分层材料来形成柔性管体100。尽管在图1中示出了若干特定的层，但是应该理解本发明可宽泛地应用于包括两层或更多层的复合管体结构。另外要注意示出的层厚度仅仅是出于说明的目的。

如图1所示，管体包括最内部的构架层110和压力护套120。构架110提供互锁的金属构造，能够被用作最内层以完全或部分地防止内部压力护套120由于管减压、外部压力、拉伸防护压力和机械碾压载荷的原因而塌缩。应该理解本发明的实施例可应用于“光滑孔腔”以及这样的“粗糙孔腔”应用。

内部压力护套120用作流体保持层并且通常包括确保内部流体完整性的聚合物层。应该理解的是该层120本身可以包括若干数量的子层。应该意识到当使用了可选的构架层110时，内部压力护套120经常被称为屏障层。在没有这种构架110的操作(所谓的光滑孔腔操作)中，内部压力护套120可以被称作衬套。

压力防护层130被成形在内部压力护套120上并且是具有接近90度铺设角的结构层，该铺设角提高了柔性管体100对内部压力和外部压力以及机械碾压载荷的抵抗力。防护层130还在结构上支承内部压力护套120并且通常由互锁的金属构造组成。

增强层135被成形在压力防护层上。增强层的卷绕物可以恰好覆盖压力防护层的卷绕物或者可以部分地延伸在卷绕物之间的接合处上。

柔性管体包括覆盖压力防护层和增强层卷绕物的一层条带140。这被用于帮助支撑下面的层。

柔性管体100还包括一层或多层条带150以及第一拉伸防护层160和第二拉伸防护层170。每一层拉伸防护层160,170都是具有通常介于20度和55度之间的铺设角的结构层。每一层160,170都被用于承受拉伸载荷和内部压力。拉伸防护层160,170是成对地反向卷绕的。

柔性管体100还包括外护套180，外护套180包括用来保护柔性管体100不受海水渗透和其它外部环境、腐蚀、磨损和机械损坏影响的聚合物层。还可以包括一层或多层绝缘层190。其他的条带层195可以位于绝缘层和拉伸防护层之间。

每一根柔性管都包括至少一个部分，其有时与位于柔性管体至少一端的端部配件一起被称为柔性管体100的段或区段。端部配件提供在柔性管体和连接器之间形成过渡的机械装置。例如图1中所示的不同管层以用于转移柔性管和连接器之间的载荷这样的方式终止在端部配件中。

图2示出了适合用于将产品流体例如油和/或气体和/或水从海底位置210输送到浮动设施220的立管组件200。例如，在图2中，海底位置210是到海底流送管230的连接装置。柔性流送管包括全部或部分地搁置在海床上或埋在海床下的柔性管。浮动设施可以由平台和/或浮标或如图2所示的船提供。立管200被设置为柔性立管，也就是将船连接至海床装置的柔性管。可选地，柔性管可以被用作跨接管240。

图3根据本发明的第一实施例更加详细地示出了压力防护层130和增强层135。如图3中所示，压力防护层130是通过将具有预成形截面的防护带卷绕物互锁而成形。在图3示出的实施例中，防护带的总体截面通常为Z形，具有基本平坦的下表面300，下表面300在使用中安置在下面的压力护套120的外表面上。上表面301与内表面300间隔开并基本平行。大致为凹陷的区域302被成形在卷绕物的第一侧。大致为钩状的区域303在卷绕物的另一侧形成凸出的区域。唇部304通常在从底座300向上延伸的侧壁305处上翻。平台部分306被成形为凹陷区域302底部的凹谷。下翻唇部307被成形在条带的钩303的外周区域。侧壁308延伸在下翻唇部307和上表面301之间。另一侧壁部分309从平台部分306向上延伸至上表面301，并且类似地另一侧壁部分310从面朝下的平台区域311延伸至下底座300。

在制造柔性管体期间，具有该截面的条带被卷绕在下面的内部压力护套上。在卷绕条带时，新的卷绕物被定位成使条带的钩部303嵌套在前一(已经就位的)卷绕物的凹陷区域302内。新卷绕物的钩303的下翻唇部307延伸到前一卷绕物的上翻唇部304的上表面312以下。这样一来，由于向下延伸的唇部307的内侧壁与前一卷绕物的上翻唇部304的内侧壁相接触，因此即可避免柔性管使邻接的卷绕物弯曲裂开。在促使压紧卷绕物的弯曲期间，前一卷绕物第一侧的侧壁305将会与邻接卷绕物第二侧的侧壁310相接触。

根据本发明进一步的实施例，可以使用不同的用于防护带的截面。截面被选择为使得接触面被设置为使得在卷绕物被压在一起时以及邻接卷绕物类似地以互锁方式被嵌套在一起时不会造成损坏，从而确保卷绕物不能被完全拉开以至于彼此分离。

每一卷绕物的上表面301都具有凹陷区域330，凹陷区域330具有如图3中所示用虚线表示的预定截面轮廓。凹口330的形状被选择为与从上覆的增强带卷绕物的内表面350向外伸出的销状凸起340的对应截面相匹配。增强带的外表面360与增强带的内表面350间隔开并基本平行。左手侧和右手侧的弧形侧壁361,362分别延伸在内表面350和外表面360之间。

增强带具有预成形和预先确定的截面，并且在制造期间一旦层130成形就被卷绕在防护线缆层上。可选地增强带可以基本上同时地与防护带层的卷绕物一起卷绕。根据本发明更进一步的实施例，增强带和防护带可以被预成形在一起并且随后同时作为一个组件被卷绕到下面的层上。

凹口330和销340操作用于将增强层卷绕物相对于防护带层卷绕物适当地以所需位置定位。如图3中所示，增强层卷绕物相对于防护层卷绕物以完全覆盖的方式被适当地嵌入就位。用这种方式，在防护线缆层卷绕物相对于彼此侧向移动时，增强带卷绕物也以对应的方式移动。这样就确保了在增强层卷绕物的下表面350和下面的防护带层卷绕物的上表面301之间只有很少或者没有相对的摩擦运动。用这种方式即可完全避免或者至少部分避免增强带和防护带的表面磨损。

应该理解的是根据本发明某些其他的实施例，增强带可以相对于防护带卷绕物用这样的方式定位：其中增强层卷绕物至少部分地或者全部地延伸跨越防护带层的邻接的卷绕物之间的接口区域370。

应该意识到尽管图3中示出的增强层卷绕物具有大致为矩形的截面，但是这样的形状并不是对本发明的限定。类似地，尽管图3中示出的实施例具有从与防护线缆层上表面内的匹配凹口330相配合的内表面350伸出的向下延伸的销状结构，但是增强带自身可以被成形为具有凹口，而防护带层的上表面则具有销状结构。还应该意识到一个、两个或多个对应的凹口和销可以被成形在防护线缆层的上表面和增强层的下表面内，并且配合元件的任意组合均可被用于保持两卷绕物适当地定位。

图4根据本发明的另一实施例更加详细地示出了压力防护层130和增强层135。如图4中所示，压力防护层130是通过将具有预成形截面的防护带卷绕物互锁而成形。在图3示出的实施例中，防护带的总体截面大致为Z形，具有基本平坦的下表面400，下表面400在使用中安置在下面的压力护套120的外表面上。上表面与内表面400间隔开并基本平行。通常为凹陷的区域402被成形在卷绕物的第一侧。通常为钩状的区域403在卷绕物的另一侧形成凸出的区域。上翻的唇部404通常在从底座400向上延伸的侧壁405处上翻。平台部分406被成形为凹陷区域402底部的凹谷。下翻的唇部406被成形在条带的钩403的外周区域。侧壁408延伸在下翻的唇部407和上表面之间。另一侧壁部分409从平台部分406向上延伸至上表面，并且类似地另一侧壁部分410从面朝下的平台区域411延伸至下底座400。

在制造柔性管体期间，具有该截面的条带被卷绕在下面的内部压力护套上。在卷绕条带时，新的卷绕物被定位成使条带的钩部403嵌套在前一(已经就位的)卷绕物的凹陷区域402内。新卷绕物的钩403的下翻唇部407延伸到前一卷绕物的上翻唇部404的上表面412以下。这样一来，由于向下延伸的唇部407的内侧壁与前一卷绕物的上翻唇部404的内侧壁相接触，因此即可避免柔性管在使用中使邻接的卷绕物弯曲裂开。在促使压紧卷绕物的弯曲期间，前一卷绕物第一侧的侧壁405将会与邻接卷绕物第二侧的侧壁410相接触。

根据本发明进一步的实施例，可以使用不同的防护带截面。截面被选择为使得接触面被设置为使得在卷绕物被压在一起时以及邻接卷绕物类似地以互锁方式被嵌套在一起时不会造成损坏，从而确保卷绕物不能被完全拉开以至于彼此分离。

每一卷绕物的上表面都具有凹陷区域430，凹陷区域430具有如图4中所示用标记为A的虚线表示的预定截面轮廓。凹口430的形状被选择为与线缆435的对应截面相匹配。图4中示出的线缆是具有大致圆形截面的狭长元件，不过也可以使用具有矩形、正方形、六边形、U形、X形截面的线缆。线缆435类似地安置在由图4所示的交叉线B示出的凹口437内。该凹口被成形在上覆的增强带层的内表面450内。增强带的外表面460与增强带的内表面450间隔开并基本平行。增强带左手侧和右手侧的弧形侧壁461,462分别延伸在内表面450和外表面460之间。

增强带具有预成形和预先确定的截面，并且在制造期间一旦层130成形就被卷绕在防护线缆层上。线缆435类似地在将增强带卷绕到线缆435和防护带上之前即被卷绕在防护线缆层上。应该意识到可选地增强带可以基本上同时地与防护带层的卷绕物和定位线缆一起卷绕。根据本发明更进一步的实施例，增强带、定位线缆和防护带可以被预成形在一起并且随后同时作为一个组件被卷绕到下面的层上。防护带顶面内的凹口、定位线缆435以及上覆的增强带层下表面内的凹口操作用于将增强层卷绕物相对于防护带层卷绕物适当地以所需位置定位。如图4中所示，增强层卷绕物相对于防护层卷绕物以完全覆盖的方式被适当地嵌入就位。用这种方式，在防护层卷绕物相对于彼此侧向移动时，增强带卷绕物也以对应的方式移动。这样就确保了在增强层卷绕物的下表面450和下面的防护带层卷绕物的上表面之间只有很少或者没有相对的摩擦运动。用这种方式即可完全避免或者至少部分避免增强带和防护带的表面磨损。

应该理解的是根据本发明某些其他的实施例，增强带可以相对于防护带卷绕物用这样的方式定位：其中增强层卷绕物至少部分地或者全部地延伸跨越防护带层邻接的卷绕物之间的接口区域470。

应该意识到尽管图4中示出的增强层卷绕物具有大致为矩形的截面，但是这样的形状并不是对本发明的限定。类似地，尽管图4中示出的实施例在防护层和增强层之间具有用作定位元件的单根定位线缆，但是也可以使用共享类似形状但是也可以具有不同形状的一个、两个或多个这样的定位元件。

参照图3所示实施例中的凹口和销以及参照图4所示实施例中的定位线缆和双凹口为用于增强层的增强带相对于定位在下方的压力拱层卷绕物提供了刚性轴向定位。增强带相对于下层的定位避免了各层的总体相对移动，否则这种相对移动可能会造成其中一层或多层的磨损。这就允许将增强层用于充分动态的应用。

较小的相对移动量还允许使用彼此直接接触的两个金属层。这样就消除了在各层之间对单独的条带或耐磨层的需要，并且提高了各层之间可允许的工作接触应力以为组件提供更高的加压能力。

由于增强层带的形状简化，因此可以用通常与拉伸防护带或压力拱带相关联的材料制成。这就允许使用非常高强度的条带作为增强层卷绕物。

与目前使用已知现有技术可允许的情形相比，可以使用更小的条带来包含更高的压力。条带形状上的应力分布与现有已知的防护系统相比也可以分布地更加均匀。

根据本发明某些应用的增强层设计确保了每一根增强带都仅与下面的压力拱层的一区段相接触。因此在压力拱层拉长或收缩时，不会改变增强层中的接触情况。

两种带的形状和轮廓均可被适当地优化以生产出最佳性能的层。不过为了确保各层作用一致以及条带载荷分享，在制造柔性管体期间应用增强层时并不一定要向增强层施加拉伸载荷，这是有利的。可以向增强线缆适当地施加张力以压迫压力拱层。这导致环绕方向上的压缩载荷，从而允许使用柔性管体以在更高的压力下进行生产而不会超过材料的结构容量。

应该意识到在图4所示的实施例中，用作定位元件的杆/线缆435可以另外地被用于其他用途。例如，杆/线缆可以是能够被用于安装纤维光学测量仪以确定层的应变值或温度的管。可选地，如果杆/线缆是管，那么即可将其用于装载电缆以允许通过使用该电缆携带可以由外部监视器(未示出)获取的高频或高压信号而从完整的管外部监测线缆相对于其相邻线缆的位置。

贯穿此说明书的描述和权利要求，词语“包括”和“包含”以及这些词语的变型例如“包括有”和“包含有”意思是“包括但不限于”，而且这些词语不意在(且不会)排除其它部分、添加物、构件、整体或步骤。

贯穿此说明书的描述和权利要求，单数涵盖了复数，除非上下文另有要求。具体而言，当使用了不定冠词时，说明书应被理解为构想了复数以及单数，除非上下文另有要求。

结合本发明的特定应用、实施例或示例描述的特征、整体、特性、混合物、化学成分或组应被理解为可应用于本文中描述的任何其它应用、实施例或示例，除非与它们不相容。

Claims (21)

1.一种用于输送产品流体的柔性管体，包括：

由包括至少一个防护定位元件的互锁防护带卷绕物构成的防护层；以及

由包括至少一个增强定位元件的增强带层构成的增强层，所述增强层设在所述防护层上；其中

防护定位元件和增强定位元件将增强带卷绕物相对于相应的防护带卷绕物进行定位，使得所述增强层卷绕物相对于所述防护层卷绕物嵌入就位并且使得在所述防护层卷绕物相对于彼此侧向移动时，所述增强带卷绕物也以对应的方式移动。

2.如权利要求1所述的柔性管体，进一步包括：

包括从条带伸出的销元件或嵌入条带截面内的凹陷区域之一的防护定位元件以及包括销元件或凹陷区域中另一个的增强定位元件。

3.如权利要求2所述的柔性管体，进一步包括：

销元件嵌套在凹陷区域内以由此将增强带卷绕物相对于防护层卷绕物锁定就位。

4.如权利要求1所述的柔性管体，进一步包括：

包括嵌入防护带内的第一凹陷区域的防护定位元件；

包括嵌入增强带内的另一凹陷区域的增强定位元件；并且

增强层进一步包括卷绕在防护层和增强层之间且具有被设置用于嵌套在第一凹陷区域和另一凹陷区域内的截面的定位线缆。

5.如权利要求4所述的柔性管体，进一步包括：

定位线缆将增强带卷绕物相对于防护层卷绕物锁定就位。

6.如权利要求5所述的柔性管体，进一步包括：

定位线缆包括用于接纳纤维光缆和/或电缆的中空管。

7.如权利要求1所述的柔性管体，其中防护层内的每一卷绕物都只接触上覆的增强层内相应的一个区域。

8.如权利要求1所述的柔性管体，其中防护层内的每一卷绕物都只接触上覆的增强层内相应的一卷绕物。

9.如权利要求1所述的柔性管体，其中防护层和增强层通过任一中间层保持不分离。

10.如权利要求1所述的柔性管体，其中防护层包括压力防护层。

11.如权利要求1所述的柔性管体，其中防护层具有基本为S形、Z形或U形的截面。

12.一种柔性管，包括如权利要求1至11中的任意一项所述的柔性管体和至少一个端部配件。

13.一种跨接管、立管或流送管，包括如权利要求12所述的柔性管。

14.一种制造柔性管体的方法，包括以下步骤： 

将包括至少一个增强定位元件的增强带卷绕在由包括至少一个防护定位元件的互锁防护带卷绕物构成的防护层上；以及

通过定位元件将防护层卷绕物相对于相应的增强层卷绕物进行定位，使得所述增强层卷绕物相对于所述防护层卷绕物嵌入就位并且使得在所述防护层卷绕物相对于彼此侧向移动时，所述增强带卷绕物也以对应的方式移动。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

通过将防护带或增强带之一的销元件定位在防护带或增强带中另一个的相应的凹陷区域内而定位卷绕物。

16.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

通过在防护层上卷绕定位线缆而定位卷绕物，所述定位线缆位于由防护带的凹陷区域构成的防护定位元件内；以及

随后在防护层和定位的线缆卷绕物上卷绕增强带，增强带的增强定位元件包括用于接纳前述卷绕定位线缆的一部分的凹陷区域。

17.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

直接在防护层上或者直接在防护层和定位线缆上卷绕增强带。

18.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

在卷绕增强带时向增强层的增强带施加高拉伸载荷。

19.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

通过增强层压缩防护层。

20.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

避免防护层和增强层之间相应的轴向移动。

21.如权利要求16所述的方法，其中定位线缆包括管状元件，所述方法进一步包括以下步骤：将电缆和/或光缆沿管状元件内部定位。

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