CN104053937A - 柔性管体和制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种柔性管体以及制造柔性管体的方法。该柔性管体包括骨架层(303)，该骨架层(303)包括多个相邻的相互锁定的环形元件(301)，每个环形元件均包括主体部和填充材料，其中，该主体部与凸连接区域和凹连接区域连通，该凸连接区域用于与相邻环形元件的对应凹连接区域相互锁定，并且该凹连接区域用于与相邻环形元件的对应凸连接区域相互锁定，该填充材料填充由主体部、凸连接区域以及凹连接区域限定的环形区域。

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用于向柔性管体增添重量的低成本骨架层的柔性管体。

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。

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。

粗镗孔柔性管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。滑镗孔柔性管用以各种应用，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。当使用骨架时，流体保持层被称作屏障层。在某些应用中，可以使用排气阀，使得当环形区域中集聚的气体的压力达到预定水平(例如，3巴)时，气体被排出或返回到孔区域中。

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。

在用于浅水应用的某些滑镗孔柔性管组件中，在管对于周围环境而言过于漂浮并且可能会突然出现并浮在水面上时可能会产生问题，这对于使用者而言可能也是不理想的。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地缓和上述问题。

本发明的实施方式的目的在于提供一种具有经济实惠的抗塌陷的层的柔性管体。

本发明的实施方式的目的在于提供一种增大了重量的柔性管体而不会显著增大制造的成本或复杂性。

本发明的实施方式的目的在于以最少的额外成本提供一种具有比滑镗孔管更高的抗塌陷性的柔性管体。

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：

骨架层，该骨架层包括多个相邻的相互锁定的环形元件，每个环形元件均包括：

主体部，该主体部与凸连接区域和凹连接区域连通，该凸连接区域用于与相邻环形元件的相应凹连接区域相互锁定，并且该凹连接区域用于与相邻环形元件的相应凸连接区域相互锁定，以及填充材料，该填充材料填充由主体部、凸连接区域以及凹连接区域限定的环形区域。

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：

提供多个环形元件，所述多个环形元件包括：

主体部，该主体部与凸连接区域和凹连接区域连通，该凸连接区域用于与相邻环形元件的相应凹连接区域相互锁定，并且该凹连接区域用于与相邻环形元件的相应凸连接区域相互锁定，以及

填充材料，该填充材料填充由主体部、凸连接区域以及凹连接区

域限定的环形区域；以及

通过迫压凸连接部分或凹连接部分中的一者与相邻环形元件的对应的相应凹连接部分或凸连接部分将多个环形元件中的第一环形元件与另一相邻环形元件相互锁定。

本发明的某些实施方式提供了如下优势：出于经济实惠的目的生产了一种具有抗塌陷的层的柔性管体。本发明的某些实施方式提供了如下优势：生产了一种可以抵抗通常会塌陷滑镗孔管的压力并且还具有相对平滑的径向最内层的柔性管体。本发明的某些实施方式提供了如下优势：骨架层可以用于向柔性管体另外增添重量。这例如可以有助于使浅水中的柔性管稳定。

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示出了骨架层；

图4示出了呈剖面图形式的环形元件；

图5示出了图4的环形元件的展开图；以及

图6示出了形成中的环形元件。

在附图中，相同的附图标记指示相同的部件。

具体实施方式

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示出了如何根据本发明的实施方式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。还应当指出的是，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。应当理解到，本发明的某些实施方式能够应用于滑镗孔操作(即，没有骨架)以及这种粗镗孔应用。

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。

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。

图3示出了根据本发明的柔性管体的骨架层300的剖切部。该骨架层由多个圈状件或环形元件301形成，图4中示出了剖切圈状件301的展开图，并且图5示出了轮廓的另一展开图。

多个圈状件可以以并排同轴关系彼此靠近对准。独立圈状件可以与相互锁定在一起的相邻圈状件相互锁定在一起，从而形成柔性管体的骨架层。

每个圈状件301包括横截面为大致矩形的主体部303。该横截面的轮廓具有大致块状类型，该大致块状类型具有第一侧壁305和与第一侧壁305间隔开并且大致平行的第二侧壁307，第二侧壁307设置为大致垂直于下表面309，下表面309大致平行于另一上表面311并与该另一上表面311间隔开。侧壁、上表面以及下表面形成假想矩形。轮廓的拐角区域提供了“切除”区域313。切除区域提供了从主体部303向外并且随后朝向假想中心线C向下延伸的钩状区域315。在轮廓的直径相对的拐角区域处具有另一切除区域317。切除区域317提供了从主体部303向外并且随后朝向假想中心线C向上延伸的钩状区域319。然而，如本文中所使用的，为了清晰起见，另一钩状区域319将被标记为谷状凹陷区域319，从而有助于对两个区域315、319进行区分。以此，谷状凹陷区域319为基本相同的形状，而只是对钩状部315的轮廓进行径向旋转。

如图4和图5中所示，圈状件301由围绕填充材料323的壳体321形成，其中，该壳体321在这种情况下由HDPE(高密度聚乙烯)制成，该填充材料在这种情况下为水泥。尽管填充材料在此处被描述为水泥，但是也可以使用任何适当的填充材料。填充材料可以为具有或不具有树脂或陶瓷粘合剂的低成本重材料，例如混凝土、骨料、金属粉末、玻璃、沙子、陶瓷、石膏等或其组合。术语“重”在其最普遍的意义上意味着其密度高于水密度，即，用于将管结构的浮力补偿至如下水平：其将产生足够的稳定性来防止管在使用中的不适当运动。适当地，材料的密度在使用温度下可以大于等于水密度并且小于等于水密度的两倍。用于壳体的所使用的HDPE或其他相对低成本材料还有助于成本效率。

在制造骨架层时，圈状件的钩状区域套叠在相邻圈状件的谷状凹陷区域内。

现在将参照图6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。在第一步骤中形成多个环形元件(圈状件)。每个圈状件601可以参照图3、图4和图5根据以上所描述的来制造。

外壳体621首先利用吹塑模制技术由HDPE制造。壳体形成了具有经由其延伸的空间625的连续整体环形形状。孔口627在形成壳体的其余部分之后保留在壳体621中。

随后，呈可流动形式的水泥填充混合物623沿箭头A的方向穿过孔口627引入。水泥623被泵送到壳体中，直到其填充了壳体的所有部分或大多部分为止，从而延伸到所有围绕环形元件的本体部、钩状区域以及谷状凹陷区域中。

随后，环形元件以并排同轴关系对准，并且通过迫压第一环形元件的钩状部与相邻的环形元件的对应的谷状凹陷部来相互锁定，以此类推，直到实现类似于图3中所示出的层为止。应当理解，由于HDPE材料会具有一些塑性/柔性，并且水泥填充物呈可流动(非固定)形式，因此，钩状区域和谷状凹陷区域将足够柔韧以被迫压在一起并被套叠就位(其中，一个圈状件的钩状部坐置在相邻圈状件的切除部中)。

随后，当水泥填充物变硬时，该相互锁定是足够永久的，使得相邻的环形元件不能从它们的相邻元件释放。然而，环形元件形成为使得在沿着管体的纵向轴线的方向上的圈状件之间具有一定程度的横向运动(参见图3中的相邻圈状件之间的间隙302)。

在水泥变硬的同时，HDPE壳体的弹力足以保持圈状件之间的连接并限制任何过多的运动，从而确保牢固的相互锁定。

填充物623在固定时向层提供了适于抵抗塌陷并向整体管结构增加重量的牢固的且永久的相互锁定。

骨架层中的每个独立圈状件均形成了从而围绕孔区域的周向延伸的环形元件。由于每个圈状件轮廓的内表面是平的，因此骨架层的面向孔区域的表面相比已知的骨架层而言将是相对平滑的。

在替代性实施方式中，填充材料可以为每个环形元件的例如通过模制成形和硬化形成的第一成形部。随后，外壳体可以优选地在填充物具有某种程度的柔性的同时被包覆模制。随后，环形元件可以如上被相互锁定。

通过上述柔性管体，提供了一种增大了对来自环形件中集聚的气体的压力的抵抗的成本效益的“半粗镗孔”管，另外相比已知的骨架层具有更平滑的内表面，从而改善了流动特性。

可以对如上所述的详细设计进行各种修改。例如，尽管圈状件的横截面轮廓已经被描述为包括用于能够与相邻的圈状件相互锁定的钩状区域和谷状凹陷区域，但是应当意识到，也可以使用任何适当的凸-凹连接系统，例如插端和唇状件，或者唇状件和插端。

尽管壳体被描述为由HDPE形成，但是也可以使用任何适当的材料，例如聚合物和复合材料。尽管对于每个环形元件而言壳体已经被描述成形成为单个的、单一件，但是壳体同样也可以由接合在一起以形成整个壳体的两个或更多个单独部分形成。

尽管已经根据重和/或低成本填充物对环形元件的填充材料进行了描述，但是替代性地也可以使用诸如复合泡沫材料或珠或者气凝胶之类的绝缘材料。进一步地，聚合物护套可以在该骨架层上突出。该绝缘材料将向压力护套的径向内部提供更高水平的绝缘，从而可以在管的径向外层中使用更低温度的材料。例如还可以添加与图1中示出的管体类似的管体的其他层。

尽管上述方法使用吹塑模制来形成壳体，但是也可以使用压缩模制、注射模制、滚塑模制等。

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可以以除这些特征和/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 (24)

1.一种柔性管体，包括：

骨架层，所述骨架层包括多个相邻的相互锁定的环形元件，每个环形元件均包括：

主体部，所述主体部与凸连接区域和凹连接区域连通，所述凸连接区域用于与相邻环形元件的对应凹连接区域相互锁定，并且所述凹连接区域用于与相邻环形元件的对应凸连接区域相互锁定，以及

填充材料，所述填充材料填充由所述主体部、所述凸连接区域以及所述凹连接区域限定的环形区域。

2.根据权利要求1所述的柔性管体，其中，所述凸连接区域包括钩状区域，并且所述凹连接区域包括谷状凹陷区域。

3.根据权利要求1或2所述的柔性管体，其中，所述环形元件包括形成所述主体部、所述凸连接区域以及所述凹连接区域的聚合物或复合壳体。

4.根据权利要求3所述的柔性管体，其中，所述壳体包括HDPE。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的柔性管体，其中，所述填充材料包括如下材料：所述材料的密度在使用温度下大于等于水密度并且小于等于水密度的两倍。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的柔性管体，其中，所述填充材料包括具有或不具有树脂或陶瓷粘合剂的混凝土、水泥、骨料、金属粉末、玻璃、沙子、陶瓷、石膏等或其组合。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的柔性管体，其中，所述填充材料包括绝缘材料。

8.根据权利要求7所述的柔性管体，其中，所述绝缘材料为复合泡沫塑料或珠，或者气凝胶。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的柔性管体，其中，所述多个环形元件各自包括独立的圈状元件，所述圈状元件沿着所述柔性管体的孔区域以并排同轴的关系设置。

10.一种制造柔性管体的方法，所述方法包括：

提供多个环形元件，所述环形元件包括：

主体部，所述主体部与凸连接区域和凹连接区域连通，所述凸连接区域用于与相邻环形元件的对应凹连接区域相互锁定，并且所述凹连接区域用于与相邻环形元件的对应凸连接区域相互锁定，以及

填充材料，所述填充材料填充由所述主体部、所述凸连接区域以及所述凹连接区域限定的环形区域；以及

通过迫压所述多个环形元件中的第一环形元件的凸连接部分或凹连接部分中的一者与另一相邻环形元件的对应的相应凹连接部分或凸连接部分而将所述多个环形元件中的第一环形元件与另一相邻的环形元件相互锁定。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，提供所述多个环形元件的步骤包括提供壳体以限定所述环形区域，并且随后用所述填充材料填充所述壳体。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述壳体通过吹塑模制、压缩模制、注射模制或滚塑模制来进行模制。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述壳体被模制为单一件。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，提供所述多个环形元件的步骤包括首先将填充的环形区域形成为具有所述主体部、所述凸连接区域以及所述凹连接区域的圈状元件，以及随后围绕所述圈状元件设置壳体。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述壳体通过压缩模制或注射模制围绕所述圈状元件模制。

16.根据权利要求10至15中的任一项所述的方法，其中，所述凸连接区域包括钩状区域，并且所述凹连接区域包括谷状凹陷区域。

17.根据权利要求11至15中的任一项所述的方法，其中，所述壳体包括聚合物或复合材料。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述壳体包括HDPE。

19.根据权利要求10至18中的任一项所述的方法，其中，所述填充材料包括如下材料：所述材料的密度在使用温度下大于等于水密度并且小于等于水密度的两倍。

20.根据权利要求10至19中的任一项所述的方法，其中，所述填充材料包括具有或不具有树脂或陶瓷粘合剂的混凝土、水泥、骨料、金属粉末、玻璃、沙子、陶瓷、石膏等或其组合。

21.根据权利要求10至18中的任一项所述的方法，其中，所述填充材料包括绝缘材料。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述绝缘材料为复合泡沫塑料或珠，或者气凝胶。

23.一种参照附图基本上如文中所描述的柔性管体。

24.一种参照附图基本上如文中所描述的方法。