CN102356264A - 复合挠性管和制造挠性管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的实施例涉及增强的挠性管以及制造增强挠性管的一个或多个实施例。增强的挠性管包括管结构、具有T形横截面的第一复合带构件以及具有T形横截面的第二复合带构件，其中第一复合带构件沿第一取向被缠绕在管结构上并且第二复合带构件沿第二取向被缠绕在管结构上。一个或多个实施例涉及形成挠性管的方法。

Description

复合挠性管和制造挠性管的方法

相关应用的交叉引用

本申请要求于2009年3月18日在美国递交的申请号为61/161,353的申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于在海底或陆上传导石油或其他流体的挠性管以及形成这种挠性管的方法。

背景技术

复合挠性可以部分地通过复合带堆叠或交叠来形成。复合带的堆叠或交叠可以由多个薄带的条来形成。然后复合带堆叠或交叠被螺旋地缠绕到管结构上。在复合带缠绕至管结构的过程中，在相邻缠绕的带之间可以形成间隙。结果，因为潜在地允许压力挤压或“撑破”管结构，这些间隙会降低管状管结构的压力整体性。

已经开发成多种系统和方法以改进相邻复合带堆叠或交叠的对准，但是在允许相邻的带交叠之间出现间隙由此允许管结构的表面面积的不完全或接近完全覆盖的情况下这种改进益处更大。

发明内容

一方面，本发明涉及一种挠性管，包括管状管结构、具有T形横截面的第一复合带构件以及具有T形横截面的第二复合带构件，其中第一复合带构件沿第一取向被缠绕在管结构上并且第二复合带构件沿第二取向被缠绕在管结构上。

另一方面，本发明涉及一种形成挠性管的方法。所述方法包括：形成具有T形横截面的第一带；形成具有T形横截面的第二带；沿第一取向在管结构上缠绕第一带；和沿第二取向在管结构上缠绕第二带。

附图说明

本发明的特征将通过下面的说明书、结合附图变得清楚。

图1是根据本发明的一个或多个实施例的挠性管的等距视图；

图2是根据本发明的一个或多个实施例的带堆叠或交叠的横截面放大视图；

图3是根据本发明的一个或多个实施例的带堆叠或交叠的横截面视图；

图4是示出相邻的带之间的不同间隙的根据本发明的一个或多个实施例的挠性管的部分截面视图；

图5是示出相邻的带之间无间隙的根据本发明的一个或多个实施例的挠性管的部分截面视图；

图6是用以制造根据本发明的一个或多个实施例的挠性管的设备的示意图。

具体实施方式

下文将通过参照附图介绍根据本发明公开的挠性管和形成挠性管的方法。

本发明可以包括在于2000年4月24日递交的名称为“Method ofForming a Composite Tubular Assembly(形成复合管状组件的方法)”美国专利第6,491,779号、于2002年9月27日递交的名称为“Composite TubularAssembly and Method of Forming Same(复合管状组件以及制造方法)”美国专利第6,804,942号、于2005年5月6日递交的名称为“Anti-collapseSystem and Method of Manufacture(抗崩塌系统以及制造方法)”美国专利第7,254,933号的公开基础上的改进，这些专利通过参考并入本文。

图1是根据本发明的一个或多个实施例的挠性管的等距视图。挠性增强管100可以通过应用复合带至管结构(例如复合挠性管的衬里或任何其他层)的表面而形成。如图所示，第一复合带102可以围绕管结构101缠绕。此外，第二复合带103还可以围绕管结构101缠绕。带102可以表现为或代表第一取向，带103可以表现为或代表第二取向。每个带102和103可以具有T形横截面。第一取向、带102可以相对于管结构101的表面形成倒置的“T”。第二取向、带103可以相对于管结构101的表面形成正常的“T”。复合带102和103可以由带的连续的缠绕而形成。然而，本领域技术人员应该认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，带102和103可以由多个带的段或部分的应用而形成。

根据本发明的一个或多个实施例的带的结构将参照图2进行描述。图2示出可以在本发明的一个或多个实施例中采用的复合带202的详细的横截面视图。复合带202由两个不同的区域：窄区域210和宽区域211形成。优选地，宽区域211的宽度是窄区域210的宽度的两倍，这允许在应用至管结构的表面期间的交叠，如下文中所述。然而，本领域技术人员应该认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，两个区域之间的宽度还可以采用其他关系。

如图2所示，复合带202可以用窄区域210和宽区域211以“T”形的方式形成。具体地，如图所示，带202是倒置的“T”。窄区域210还可以包括带的条220、221、222、223和224。宽区域211还可以包括带的条230、231、232、233和234。因此，复合带202可以由多个带的条220、221、222、223和224以及230、231、232、233和234形成。虽然窄区域210和宽区域211每一个可以由五个条形成，如图所示，但是本领域技术人员应该认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，带可以包括多于或少于十个带的条。此外，本领域技术人员应该认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，窄区域210和宽区域211可以具有不同的厚度(即，包括不同数量的或不同厚度的带的条)。

区域210和211可以分别由单个的带的多个层220、221、222、223和224以及230、231、232、233和234构造，这些带的多个层可以用环氧树脂或其他粘合材料粘合在一起。区域210和211可以单独地构造然后粘合在一起，或可以形成为单个T形结构。复合带202的T形横截面可以由与单个带的多个层不同的其他均质材料形成。例如，均质或增强的聚合物可以用于构造复合带202。具有或不具有补充的加强物的挤压材料也可以用于构造复合带202。此外，区域210和211可以具有不同的结构和/或厚度，使得更多或较少的刚性可以提供至每个区域210和211。

此外，复合带202可以包括材料的多层或层状的叠层。此外，虽然在图2中示出具有“直”的侧边，但是区域210和211可以是逐渐变细或成锥形。因此，带的条220、221、222、223和224以及230、231、232、233和234的宽度可以每一个是不同。例如，区域210的条的宽度可以随着它们较接近区域211的表面而增大或减小。或者，相反，带区域211的条的宽度可以随着它们较接近区域210的表面而增大或减小。此外，两个区域210和211可以包括逐渐变细或成锥形的区域，或者，这些区域的一个或另一个可以逐渐变细或成锥形。而且，在不脱离本发明的范围的情况下，区域210和211的每个单层可以允许以台阶的方式逐渐变细或成锥形、平滑地逐渐变细(例如倾斜的表面)或者任何其他逐渐变细或成锥形的方法或表面。

现在参照图3，示出了根据本发明的一个或多个实施例的带堆叠或叠层的横截面视图。复合带302在应用至管结构301的表面上时可以形成倒置的“T”，其可以包括窄区域310和宽区域311。此外，复合带303在应用至管结构301的表面上时可以形成正常的“T”，其可以包括窄区域312和宽区域313。正如上面提到的那样，宽区域311和313的宽度可以是窄区域310和312的宽度的两倍。带302可以以常规的方式缠绕到管结构301上面。带303可以沿与带302的取向相反的取向，然后缠绕到管结构301上。因为带302和303的宽区域311和313分别延伸超过带303和302的窄区域312和310，因此在带302和303之间可以发生交叠315或316。

如图所示，在宽区域311和313的宽度是窄区域310和312的宽度的两倍的情况下，交叠315可以是部分交叠，并且交叠316可以完全交叠。因为交叠315可以是部分交叠，因此在带302和303的邻近的区域之间可以包括间隙314和318。

带302和303可以具有类似的横截面和结构，或者包括纺织物的横截面和结构可以变化，只要交叠315是在相邻缠绕的带302和303之间。带302和303之间的主要的差别可以仅仅是带302和303的宽区域311和313和窄区域310和312的取向。带302可以具有与管结构301的表面接触的宽区域311，而带303可以具有与管结构301的表面接触的窄区域312。

正如图3所示，间隙314和318可以被包括在相邻缠绕的带302和303之间。再参照图4和5，将进一步描述间隙和交叠。在制造根据本发明的一个或多个实施例的挠性管的过程中，间隙414和418可以发生在相邻缠绕的带402和403之间，如图4所示。间隙414可以部分地缠绕管结构401的表面，因而形成内部间隙。间隙418可以形成外部间隙，并且如图所示，可以是向外部开放的。在制造期间，间隙414和418可以形成，因为当带402和403被缠绕到管结构401上时精确地对准它们是困难的。交叠415可以靠近内部间隙414以防止通过带402和403的缠绕之间的开口挤压管结构401，因为如果间隙414不靠近交叠415可以发生挤压。

例如，在制造期间可能发生间隙414，从而导致带402和403的宽区域411和窄区域410覆盖少于100％的管结构401的表面面积。应该理解，在没有本发明的情况下，需要覆盖管结构的表面的差不多100％以防止管结构由于管结构内部压力带来的挤压。然而，带402和403的宽区域411和窄区域410可以分别仅需要覆盖管结构401的表面面积的大约80-90％以便能够阻止间隙414之间的管结构401的挤压，并且可以允许在没有轴向挤压T形部分抵靠相邻的垂直T形部分的情况下弯曲管。在这种情况下，轴向指的是平行于管轴线的方向。即使在制造期间在相邻的带402和403可能没有精确地对齐下一个，这可以产生耐挤压的管。

图5示出没有间隙的带502和503。交叠516可以是仅存在交叠，由此消除了相邻缠绕的带502和503之间的所有的间隙。

参照图4和5，当带402和403以及带502和503分别被应用至管结构401和501的表面时，隔膜层419或519可以分别缠绕在相邻的带402和403以及带502和503之间。可以在应用带402或502之后和应用带403或503之前缠绕隔膜层419或519。隔膜层419或519可以是低摩擦层。隔膜层可以由聚乙烯、尼龙或其他类似的挠性热塑性或人造橡胶材料形成在相邻缠绕的带之间提供第摩擦。低摩擦层419或519可以允许相邻缠绕的带402和403以及502和503之间的相对移动。

参照图6描述根据本公开的一个或多个实施例的将复合带应用至管结构。图中示意地示出用于形成带602和603和将它们缠绕到管结构601上以形成挠性增强管600的典型布置。

通过示例，带的条620、621、622、623和624以及630、631、632、633和634可以通过集中模具640进料以形成带602。集中模具640可以包括用以形成想要的带结构的模具头641，并且在本发明中相对于管结构601的表面以倒置的“T”形形成带结构。带的条可以包括多层的、增强的带，或其他已知的成分。带的条620、621、622、623和624以及630、631、632、633和634可以用环氧树脂或其他粘合材料粘合在一起。带的条620、621、622、623和624可以形成带602的窄区域610，带的条630、631、632、633和634可以形成带602的宽区域611。最终的带602可以在集中模具640中被形成，并且可以通过模具头641离开集中模具640。在离开模具头641之后，带602可以被缠绕在管结构601的表面上面。

带的条625、626、627、628和629以及635、636、637、638和639也可以通过集中模具642进料。与集中模具640类似，集中模具642可以包括模具头643，用以沿想要的取向和以想要的结构形成复合带603。带的条625、626、627、628和629以及635、636、637、638和639可以用环氧树脂或其他粘合材料粘合在一起。带的条625、626、627、628和629可以形成带602的窄区域612，带的条635、636、637、638和639可以形成带602的宽区域613。最终的带603可以被形成并可以通过模具头643离开集中模具642。然后带603被缠绕在管结构601的表面上。带603可以被缠绕到管结构601上充分地靠近带602，使得带602的宽区域611可以与带603的宽区域613交叠。

此外，如图6所示，在制造期间在带602和603之间可以加入低摩擦带650。可以通过分离的卷轴机或进料机651提供低摩擦带650。低摩擦带650可以由聚乙烯、尼龙或其他类似的挠性热塑性或人造橡胶材料形成。低摩擦带650可以是可选的，并且可以在带602和603的组合被用以形成管结构601的外侧的加箍强度层的时候使用。加箍强度层可以提供抵抗管结构601由于内部压力带来的膨胀的抵抗力，或者其可以提供抵抗管结构601由于外部压力或外部径向负载带来的变形或崩塌的抵抗力。

可选地，还可以使用对准装置(未示出)将带602和603定位并缠绕在管结构601上。根据本发明的一个或多个实施例带602和603可以单独地用以缠绕管结构，例如复合挠性管的衬里或其他层。此外，如上面提到的，带602和603可以一起被用以在相邻的缠绕之间形成交叠。带602和603可以被应用为想要的多层。可以提供带以防止管结构的爆裂。带还可以，和/或替换地，用以防止管结构被周围或环境压力压破。进一步地，可以应用附加的层至管结构以提供轴向强度给施加附加的层的挠性管。

与管结构的表面接触的带可以以非粘合的关系被缠绕至管结构。带的随后的或附加的层也可以以非粘合的关系被缠绕至任何已存在的层。这种非粘合的布置可以允许每一层相对于管结构滑动，并且进一步地，带可以相对于彼此滑动。此外，带的层可以彼此是非互锁的关系。

有利地，本发明的一个或多个实施例可以提供挠性复合带结构和形成和使用带结构的方法以允许在制造过程中相邻缠绕的带之间形成间隙的同时，仍然为缠绕带的管结构提供耐压力。

而且，根据本发明的一个或多个实施例，管状的管结构可以缠绕具有T形横截面的第一复合带构件。第一复合带构件的至少一个区域可以比相对的区域宽(宽度方向较厚)。两个区域可以是类似的结构，或者可以不同地构造，使得可以提供不同的强度和刚性。较宽的区域可以是连续的内部、连接的区域。第一复合带构件可以缠绕到管结构上。第二复合带构件也可以具有T形横截面和至少一个比第二复合带构件的另一区域宽的区域。随后第二带沿与第一复合带构件的取向相反的取向被缠绕在管结构上，由此，第一复合带构件的宽区域和第二复合带构件的宽区域交叠。

根据本发明的一个或多个实施例的方法可以包括步骤：形成具有T形横截面的第一复合带的步骤，T形横截面由至少一个比相对的区域宽的区域限定；形成也可以具有T形横截面的第二复合带的步骤，T形横截面由至少一个比相对的区域宽的区域限定；在管结构上缠绕第一复合带的步骤，以及沿与第一复合带的取向相反的取向在管结构上缠绕第二复合带，由此第一和第二复合带的宽区域可以交叠。

有利地，根据本发明的一个或多个实施例，第一和第二复合带的交叠的宽区域可以防止任何间隙形成在相邻缠绕的复合带之间，这可以防止管结构在相邻缠绕的复合带之间挤压。因此，交叠的带可以允许在应用和制造期间管结构的表面面积的接近80-90％的范围的覆盖，同时仍然得到可以抵抗与现有技术中已知的粘合的和非粘合挠性管结构相当的内部压力和外部载荷的挠性管结构。因此，可以降低在制造挠性管过程中将带的层应用至管结构的表面的精确度。进一步，制造成本可以减小并且制造效率提高。

虽然这里公开包括两个相邻的且相反取向的T形带的单个层的应用，但是还可以根据需要增加带的附加的层到已有的层上。而且，根据本发明的一个或多个实施例，复合带可以组合使用以用作加箍层用以容纳管结构内的内部压力或抵抗外部压力或径向负载。进一步，根据本发明的一个或多个实施例，带还可以组合使用作为附加的或单独的层以形成在抵抗环境压力以防止管的崩塌的情况下的抗崩塌层。

虽然本发明已经通过有限数量的实施例给出，但是通过本发明的教导，本领域技术人员将会认识到在不脱离本发明的范围的情况下可以设计其他实施方式。因此，本发明的范围应该仅由所附的权利要求限定。

Claims (21)

1.一种增强的挠性管，包括：

管结构；

第一复合带构件，具有T形横截面；和

第二复合带构件，具有T形横截面，其中

第一复合带构件沿第一取向被缠绕在管结构上并且第二复合带构件沿第二取向被缠绕在管结构上。

2.根据权利要求1所述的增强的挠性管，其中第一复合带构件和第二复合带构件每一个包括材料的多个层叠的条。

3.根据权利要求2所述的增强的挠性管，其中材料的多个层叠的条是非金属的并且被粘合在一起。

4.根据权利要求1所述的增强的挠性管，其中第一取向包括第一复合带的使得T形相对于管结构的外表面倒置的取向。

5.根据权利要求1所述的增强的挠性管，还包括设置在第一和第二复合带构件之间的聚合物层。

6.根据权利要求5所述的增强的挠性管，其中聚合物层是低摩擦的以便在第一和第二复合带构件之间提供有限的滑动移动。

7.根据权利要求1所述的增强的挠性管，其中复合带构件的T形的宽区域包括第一区域并且复合带构件的T形的窄区域包括第二区域。

8.根据权利要求7所述的增强的挠性管，其中第一区域的厚度和纺织物结构与窄区域的厚度和纺织物结构不同。

9.根据权利要求7所述的增强的挠性管，其中第一带构件的第一区域与第二带构件的第一区域交叠。

10.根据权利要求1所述的增强的挠性管，其中带构件包括增强的挤压材料。

11.根据权利要求10所述的增强的挠性管，其中挤压材料选自基本上由金属、聚合物以及玻璃构成的组。

12.根据权利要求1所述的增强的挠性管，其中第一复合带构件和第二复合带构件中的至少一个包括平行于带的长度方向的至少一个逐渐变细或成锥形的表面。

13.一种形成挠性增强管的方法，所述方法包括步骤：

形成具有T形横截面的第一带；

形成具有T形横截面的第二带；

沿第一取向在管结构上缠绕第一带；和

沿第二取向在管结构上缠绕第二带。

14.根据权利要求13所述的方法，其中第一取向包括第一带的使得T形相对于管结构的外表面倒置的取向。

15.根据权利要求13所述的方法，其中第一带的宽部分与第二带的宽部分交叠。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在第一带和第二带之间将聚合物层缠绕在第一带上。

17.根据权利要求16所述的方法，其中聚合物是低摩擦层以便在第一和第二复合带构件之间提供有限的滑动移动。

18.根据权利要求13所述的方法，其中通过在集中模具中将多个带的条收集在一起形成第一和第二带。

19.根据权利要求18所述的方法，其中收集多个带的条的步骤还包括将带的条粘合在一起。

20.根据权利要求13所述的方法，其中第一和第二带包括挤压材料。

21.根据权利要求20所述的方法，其中挤压材料是增强的。

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