CN103807523A

CN103807523A - 一种耐高温、耐高压增强热塑性复合管及其生产装置

Info

Publication number: CN103807523A
Application number: CN201410038369.1A
Authority: CN
Inventors: 李志雄; 李桦
Original assignee: PROGRESSIVE GUANGZHOU NEW TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: PROGRESSIVE GUANGZHOU NEW TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明公开了一种耐高温、耐高压增强热塑性复合管，由内向外依次包括内管、增强层、外管；所述内管和增强层之间设置有内绝热层，所述增强层和外管之间设置有外绝热层。此外还公开了上述耐高温、耐高压增强热塑性复合管的生产装置。本发明复合管道耐高温、耐高压，通过绝热层的设置，能使增强层处于稳定的环境中而不致影响增强层的使用性能，使得管道在复杂的油田环境中仍能保持良好的状态；而且，可提供几千米连续管的生产供应和使用，为井下油气田等领域的实际生产带来了极大的便利。

Description

一种耐高温、耐高压增强热塑性复合管及其生产装置

技术领域

本发明涉及增强热塑性复合管技术领域，尤其涉及一种适用于油气田、高压注水管及高压潜油管的柔性增强热塑性复合管及其生产装置。

背景技术

油气田的开采要克服井下（2000～4000m）注水、井下抽油等难题，因而对管道的特性提出了很高的要求，应用于油气田的管道必须耐高温耐高压。目前用于油气田的管道一般采用钢管或玻璃钢管，但是钢管重量大、易腐蚀、使用寿命短；而玻璃钢管抗蠕变性能差，维修难度大、报废后难以再利用，易造成环境污染。此外，这两种管材的连续长度仅为6～9m，用于井下2000～4000m的深度，需要大量的连接管件，这对于实际生产过程是不利的。而单纯的塑料管对温度非常敏感，可承受的压力也大大下降。为解决上述难题，增强热塑性塑料管（RTP）得以推广和应用，该管材既能够承受较高工作压力，同时还保持了聚乙烯管道一定的柔韧性，适宜于应用在石油及天然气开采、高压长距离输送天然气以及各种需要较高压力输送介质的管线领域。

目前，现有技术增强热塑性塑料管其增强材料主要有芳纶纤维、聚酯纤维、钢丝、钢带等。但芳纶纤维价格高；聚酯纤维尽管降低了成本，但性能不佳；以钢丝、钢带作为增强材料，虽然比传统的钢管及铸铁管质量轻、耐腐蚀、使用寿命长，但不能盘卷供应、使用压力不够高。

此外，从目前实际应用情况来看，RTP管已在陆上油气田，如大庆油田、长庆油田、塔里木油田等使用或试用，主要用于输水管线、注醇管线，以及油气的集输管线等；而井下的连续管由于在现场油气井工艺操作方面往往达不到相应的技术指标，因此井下高温高压连续管的开发目前只是一个开始，是井下油气田及高温高压应用领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以承受高温、高压的增强热塑性复合管，使得管道能适应复杂的油气田环境，以及作为高压注水管及高压潜油管等使用。本发明的另一目的在于提供上述增强热塑性复合管的生产装置，以实现几千米连续管道的生产和盘卷供应。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种耐高温、耐高压增强热塑性复合管，由内向外依次包括内管、增强层、外管；所述内管和增强层之间设置有内绝热层，所述增强层和外管之间设置有外绝热层。

本发明复合管在中间增强层的内外均敷设了绝热层，使得管道具有保温隔热的性能，同时，内绝热层/外绝热层还能够使增强层处于稳定的环境中，不致影响增强层的使用性能。

为有效防止管道输送流体的热量散失，本发明所述内绝热层、外绝热层采用中空陶瓷微珠/中空玻璃微珠与塑料混合组成的绝热材料，所述中空陶瓷微珠/中空玻璃微珠占绝热材料的30～60wt%。为不影响管道的柔性，所述内绝热层/外绝热层的厚度为2～10mm。

进一步地，本发明所述增强层至少为二层、且呈紧密缠绕排列；所述增强层间还设置有呈螺旋状缠绕的纵向增强带，即在增强层间呈间隙地缠绕增强材料而形成螺旋状纵向增强带。增强热塑性复合管，通过紧密缠绕排列在内管上而呈直线状缠绕的增强层，增强了管道的拉伸强度和承压能力。在此基础上，通过纵向增强带的敷设，进一步提高了管道产品纵向拉伸强度的同时，也使得弯曲半径变小并受力均匀。本发明所述纵向增强带与内管轴向之间的角度为0～60°，优选0～15°，以获得高指标的纵向拉伸强度。

上述方案中，本发明所述二层增强层与一层纵向增强带呈间隔设置，即纵向增强带每隔二层增强层进行缠绕敷设，也可以在多层增强层之间敷设。

为进一步增加管道的承压能力，本发明所述增强层采用玻璃纤维预浸带；根据耐温指标性能的不同，所述内管采用耐热聚乙烯PERT、聚酰胺PA、聚偏氟乙烯PVDF，所述外管采用聚乙烯PE、交联聚乙烯PEX、耐热聚乙烯PERT、聚酰胺PA、聚偏氟乙烯PVDF。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述耐高温、耐高压增强热塑性复合管的生产装置，包括依次串联设置的包含有内绝热层挤出机的内管设备装置、缠绕机组、包含有外绝热层挤出机的外管设备装置；所述内绝热层挤出机、外绝热层挤出机均以独立式/共挤式设置。

进一步地，所述缠绕机组由一个或一个以上缠绕设备单元串联形成；所述每个缠绕设备单元包括依次串联设置的至少一个增强层缠绕机、纵向增强带敷设缠绕机、至少一个增强层缠绕机。通过在原有增强层缠绕的基础上，增加纵向增强带敷设缠绕机，实现纵向增强带在增强层层间的敷设。

进一步地，本发明所述每个增强层缠绕机的后序均设置有加热装置，使层间能够紧密粘接而不影响原有管道的力学性能。此外，根据管道产品的使用要求，增强层之间也可以不粘接。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明复合管道耐高温、耐高压，并可提供几千米连续管的使用，为井下油气田等领域的实际生产带来了极大的便利。

(2)本发明通过在中间增强层的内外敷设绝热层，使得管道具有保温隔热的性能，同时还能使增强层处于稳定的环境中，不致影响增强层的使用性能，使得管道在复杂的油田环境中仍能保持良好的状态。

(3)采用中空陶瓷微珠/中空玻璃微珠与塑料混合组成的绝热材料，在防止热量散失的同时，使得中间增强层的综合性能不会受输送流体及周围环境的影响，大大增强了管道的适用性。

(4)采用独立敷设的纵向增强带，可以自由选用不同材料、不同宽度、不同数量及螺旋角组合，从而得到最合适的轴向拉伸强度，使得产品性能更为优化。

(5)可选择不同的基本管材以适应不同的使用环境，同时实现了几千米连续管的生产和盘卷供应。

(6)生产方式灵活、便于调整。内绝热层/外绝热层可以采用独立式，即在内管/外管挤出后通过内绝热层挤出机/外绝热层挤出机进行敷设；也可以采用共挤式，即通过共挤模头实现内绝热层/外绝热层在内管/外管上的敷设。此外，可以在各增强层之间进行加热粘接，使层间粘接效果良好并且不影响原有管道的力学性能。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

图1是本发明实施例之一增强热塑性复合管的结构示意图；

图2是图1所示实施例中螺旋状纵向增强带的敷设示意图；

图3是图1中的A处放大示意图；

图4是本发明实施例之二生产装置的结构原理示意图之一；

图5是本发明实施例之二生产装置的结构原理示意图之二。

图中：内管1，内绝热层2，增强层3，纵向增强带4，外绝热层5，外管6，中空陶瓷微珠/中空玻璃微珠7，塑料8，内管设备装置9，内管挤出机9a，内管定径及冷却装置9b，内管冷却水槽9c，内管除水烘干装置9d，内管牵引机9e，内管预热装置9f，内绝热层挤出机9g，绝热层冷却水槽9h，内层和内绝热层共挤模头9i，缠绕机组10，第一增强层缠绕机10a，第一加热装置10b，第二增强层缠绕机10c，第二加热装置10d，纵向增强带敷设缠绕机10e，第三增强层缠绕机10f，第三加热装置10g，第四增强层缠绕机10h，第四加热装置10i，扩展区B，外管设备装置11，外绝热层挤出机11a，外层挤出机11b，风冷装置11c，外层冷却水槽11d，除水烘干装置11e，成品管牵引机11f，成品管切割机11g，前成品管卷取机11h，后成品管卷取机11i，外层和外绝热层共挤出模头11j

具体实施方式

实施例一：

图1、图2所示为本发明一种耐高温、耐高压增强热塑性复合管的实施例。如图1所示，包括内管1、内绝热层2、增强层3、纵向增强带4、外绝热层5、外管6。

内绝热层2敷设在内管1上。增强层3通过紧密缠绕排列在敷设有内绝热层2的内管1上而呈直线状缠绕，增强层3可以缠绕二层或二层以上，相邻增强层3间以左右交叉缠绕。纵向增强带4每隔二层增强层3进行缠绕敷设，也可以在多层增强层3之间敷设。如图1所示，本实施例增强层3为四层，纵向增强带4以螺旋状呈间隙缠绕在第二层增强层3上（见图2），纵向增强带4与内管1轴向之间的角度为0～60°，以0～15°为宜。

外绝热层5敷设在最外层增强层3上，外管6则设置在最外层敷设有外绝热层5的增强层3上。

根据适用环境的不同以及输送流体温度的不同，内管1可以选用不同耐温指标的材料，如耐热聚乙烯PERT、聚酰胺PA、聚偏氟乙烯PVDF，其中耐热聚乙烯可以在高于80℃的环境下使用，聚酰胺可以在150℃下长期使用，聚偏氟乙烯的长期使用温度为-40～150℃。

根据管道不同的外部使用环境，外管6可以选用聚乙烯PE、交联聚乙烯PEX、耐热聚乙烯PERT、聚酰胺PA、聚偏氟乙烯PVDF，其中聚乙烯的耐低温性能优良，在-60℃力学性能优良，耐热聚乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯三种材料的耐热性能良好。

增强层3采用玻璃纤维预浸带，其规格可以有0.25mm、0.3mm、0.5mm、0.6mm等多种系列厚度，可承受15MPa以上的高压。

内绝热层2、外绝热层5采用由中空陶瓷微珠（或中空玻璃微珠）7填充混合于塑料8如PE9形成的绝热材料（见图3）。中空陶瓷微珠7（或中空玻璃微珠）占绝热材料的30～60wt%，例如可以是40wt%、50wt%。所采用中空陶瓷微珠的性能如表1所示。为不影响管道的柔性，内绝热层2、外绝热层5的厚度为2～10mm。

表1中空陶瓷微珠的性能

实施例二：

图4、图5所示为实施例一耐高温、耐高压增强热塑性复合管的生产装置的实施例，包括依次串联设置的包含有内绝热层挤出机9g的内管设备装置9、缠绕机组、包含有外绝热层挤出机11a的外管设备装置11。

内绝热层挤出机9g、外绝热层挤出机11a可以采用如图4所示的独立式设置，即内管设备装置9包括依次串联设置的内管挤出机9a、内管定径及冷却装置9b、内管冷却水槽9c、内管除水烘干装置9d、内管牵引机9e、内管预热装置9f、内绝热层挤出机9g、绝热层冷却水槽9h；外管设备装置11包括依次串联设置的外绝热层挤出机11a、外层挤出机11b、风冷装置11c、外层冷却水槽11d、除水烘干装置11e、成品管牵引机11f、成品管切割机11g、前成品管卷取机11h、后成品管卷取机11i。

此外，内绝热层挤出机9g、外绝热层挤出机11a也可以采用如图5所示的共挤式设置，即内管设备装置9包括依次串联设置的内管挤出机9a、内绝热层挤出机9g、内层和内绝热层共挤模头9i、内管定径及冷却装置9b、内管冷却水槽9c、内管除水烘干装置9d、内管牵引机9e、内管预热装置9f；外管设备装置11包括依次串联设置的外绝热层挤出机11a、外层挤出机11b、外层和外绝热层共挤出模头11j、风冷装置11c、外层冷却水槽11d、除水烘干装置11e、成品管牵引机11f、成品管切割机11g、前成品管卷取机11h、后成品管卷取机11i。

如图4、图5所示，缠绕机组由一个或一个以上缠绕设备单元10串联形成。每个缠绕设备单元10包括依次串联设置的第一增强层缠绕机10a、第一加热装置10b、第二增强层缠绕机10c、第二加热装置10d、纵向增强带敷设缠绕机10e、第三增强层缠绕机10f、第三加热装置10g、第四增强层缠绕机10h、第四加热装置10i。可根据实际需要，在扩展区B增设扩展多个缠绕机组。

本实施例采用的是内管（及内绝热层）挤出、外管（及外绝热层）挤出和缠绕机在同一条生产线进行的标准型排列方式。此外还可采用以下两种排列方式：

(1)往复缠绕型排列。内管（及内绝热层）挤出、外管（及外绝热层）挤出和缠绕机虽然在一条生产线上，但是经内管（及内绝热层）挤出管道、经过缠绕机缠绕增强后，并不马上进入外管（及外绝热层）挤出工位，而是又回到缠绕机组进行第二轮缠绕，如此类推经过n轮缠绕达到要求后，再经过外管（及外绝热层）挤出工位进行外覆。这样可以以较少的缠绕机往复对管道进行增强材料的缠绕，在增多缠绕层数的同时并没有增加新增设备的成本。

(2)直管缠绕型排列。直管道放置于内管区，管道经牵引到达缠绕机组进行缠绕，缠绕后的管道再次放置于内管区进行第二轮缠绕，如此往复，可进行无限多次缠绕。这种缠绕排列方式将内管（及内绝热层）和外管（及外绝热层）独立于增强材料缠绕之外进行生产，通过较少的缠绕机便可实现很多的缠绕层数。

Claims

1.一种耐高温、耐高压增强热塑性复合管，由内向外依次包括内管(1)、增强层(3)、外管(6)；其特征在于：所述内管(1)和增强层(3)之间设置有内绝热层(2)，所述增强层(3)和外管(6)之间设置有外绝热层(5)。

2.根据权利要求1所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管，其特征在于：所述内绝热层(2)、外绝热层(5)采用中空陶瓷微珠/中空玻璃微珠(7)与塑料(8)混合组成的绝热材料，所述中空陶瓷微珠/中空玻璃微珠(7)占绝热材料的30～60wt%。

3.根据权利要求2所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管，其特征在于：所述内绝热层(2)/外绝热层(5)的厚度为2～10mm。

4.根据权利要求1所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管，其特征在于：所述增强层(3)间还设置有呈螺旋状缠绕的纵向增强带(4)。

5.根据权利要求4所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管，其特征在于：所述纵向增强带(4)与内管(1)轴向之间的角度为0～60°。

6.根据权利要求4所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管，其特征在于：所述二层增强层(3)与一层纵向增强带(4)呈间隔设置。

7.根据权利要求1所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管，其特征在于：所述增强层(3)采用玻璃纤维预浸带；所述内管(1)采用耐热聚乙烯PERT、聚酰胺PA、聚偏氟乙烯PVDF；所述外管(6)采用聚乙烯PE、交联聚乙烯PEX、耐热聚乙烯PERT、聚酰胺PA、聚偏氟乙烯PVDF。

8.权利要求1所述具有耐高温、耐高压增强热塑性复合管的生产装置，其特征在于：包括依次串联设置的包含有内绝热层挤出机(9g)的内管设备装置(9)、缠绕机组、包含有外绝热层挤出机(11a)的外管设备装置(11)；所述内绝热层挤出机(9g)、外绝热层挤出机(11a)均以独立式/共挤式设置。

9.根据权利要求8所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管的生产装置，其特征在于：所述缠绕机组由一个或一个以上缠绕设备单元(10)串联形成；所述每个缠绕设备单元(10)包括依次串联设置的至少一个增强层缠绕机、纵向增强带敷设缠绕机(10e)、至少一个增强层缠绕机。

10.根据权利要求9所述的耐高温、耐高压增强热塑性复合管的生产装置，其特征在于：所述每个增强层缠绕机的后序均设置有加热装置。