CN105163931A - 柔性管体和制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种柔性管体和制造柔性管体的方法。所述方法包括：提供两根或更多根非粘结的复合材料细丝(302)来作为非粘结的丝束(310)；围绕所述丝束施(310)加编带单元(304)，以便借此形成包括所述非粘结的细丝(302)的编织束(310)；以及围绕柔性管体层(502)螺旋缠绕所述编织束(310)。

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柔性管体的方法。具体地但非排它性地，本发明涉及在柔性管体的防护层中使用复合材料以及对复合材料的细丝进行布置和固化以形成防护层的方法。
背景技术
通常，柔性管道被用于将诸如石油和/或天然气和/或水之类的产品流体从一个位置运输到另一位置。柔性管道对于将水下位置(水下位置可以在水下较深，比如水下1000米或更深)连接到海平面位置是特别实用的。管道可以具有通常高达大约0.6米的内径(例如，直径的范围可以从0.05m到0.6m)。柔性管道通常被形成为柔性管体和一个或多个端部接头的组件。管体通常被形成为形成承压导管的分层材料的组合。管道结构允许发生较大挠曲而并不产生损害管道的功能性(在管的使用寿命期间)的弯曲应力。管体一般被组装成包括聚合物层和/或金属层和/或复合材料层的组合结构。例如，管体可包括聚合物层和金属层，或聚合物层和复合材料层，或金属层和复合材料层。
在很多已知的柔性管道设计中，管体包括一个或多个压力防护层。这些层上的主要载荷由径向力形成。压力防护层通常具有特定的横截面轮廓以便互锁，从而能够维持和吸收由管道上的外部压力或内部压力造成的径向力。因此而防止管道由于压力而被压溃或爆裂的绕丝横截面轮廓有时也被称为抗压轮廓。当压力防护层由形成环圈部件的螺旋缠绕丝线形成时，源于管道上的外部压力和内部压力的径向力导致环圈部件膨胀或收缩，将张力载荷施加在丝线上。
在很多已知的柔性管道设计中，管体包括一个或多个张力防护层。所述层上的主要载荷是张力。在高压应用中(例如深水环境或超深水环境)，张力防护层经受高的张力载荷，所述高的张力载荷源自内部压力端盖载荷与柔性管体自身支撑的重量的组合。因为旷日持久地经历这种条件，这可以引起柔性管道的失效。
非粘结的柔性管道已经被用于深水(小于3300英尺(1005.84米))和超深水(大于3300英尺)开采中。对石油日益增长的需求导致了在环境因素更为极端的越来越深的水域中进行开采。例如，在这种深水和超深水环境中，海底温度增大了产品流体被冷却到导致管道阻塞的温度的风险。增加的深度还增大了与柔性管道所必须工作的环境相关联的压力。例如，柔性管道可被要求在作用在管道上的范围从0.1MPa到30Mpa的外部压力下工作。同样地，输送石油、气体或水将致使高的压力从内部作用在柔性管道上，例如，源于钻孔流体的范围从零到140Mpa的内部压力作用在所述管道上。因此，对柔性管体的压力防护层和张力防护层的高的性能水平的需求日益增加。
柔性管道也可以用于浅水应用(例如小于大约500米的深度)或甚至用于海岸(陆上)应用。
一种改进载荷响应并且借此改进防护层的性能的方法是：使用更厚且强度更大并且因此更强健的材料来制造这些层。例如对于压力防护层，其中这些层经常由缠绕丝线与互锁的层中的相邻缠绕物形成，由更厚的材料制造这些丝线使得强度适当地增加。然而，更多的材料的使用导致柔性管道的重量增加。最后，柔性管道的重量可以成为使用柔性管道中的限制因素。附加地，使用更厚的材料显著地增加了材料成本，这也是一个缺点。
金属防护丝线可在管道的长度上显著地增加柔性管体的重量。可将复合材料作为金属的替代物，以便为管体提供足够的强度而不显著地增加重量。
过去使用的一种用于在某些方面缓解上述问题的方法是：使用纤维增强聚合物材料(或复合材料)作为柔性管道中的结构单元。复合材料提供了高的比强度且能够降低管道重量(降低顶部张力)，并且与已知的金属材料相比增加了管道的耐化学性。复合材料最初可提供为“预浸材料”，即预先浸渍有纤维。
拥有高强度、高硬度纤维的热固性复合材料并不柔软，并且不能够像金属那样塑性变形并且具有受限的极限应变(大约2％或更小)。复合材料用于制造具有合理尺寸的部段，因此引起制作过程中的难题。热固性材料被限定为：在固化之后不能再融化的材料。热固性材料为处于其未固化或部分固化状态的材料。在本文中，已经固化的热固性复合材料被限定为热固物。热固性复合材料可被形成为带，并且被加热以便使材料固化。然而，当缠绕所形成的带以创造管状管体的层时，应力被引入到材料中，这将影响性能。在缠绕到圆柱形基部上期间，带在两个平面中弯折，这将引起翘曲(warping)。
WO2012/131315公开了一种生产柔性管体的方法，其中，预浸复合材料在恒定的张力下供给并且螺旋缠绕在流体保持层上。随后，缠绕层进入加热炉，预浸材料在加热炉处固化。
US6,165,586公开了用于增强管路的平坦条带，所述平坦条带包括一层单纤维粗纱(filamentaryroving)。WO99/49259公开了用于柔性管道的复合碳纤维防护层，所述复合碳纤维防护层包括碳纤维丝束。
提供用于形成柔性管体的改进或替代性方法是有意义的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于制造柔性管体的方法，所述方法包括：
提供两根或更多根非粘结的复合材料细丝来作为非粘结的丝束；
围绕所述丝束施加编带单元，以便借此形成包括非粘结的细丝的编织束；以及
围绕柔性管体层螺旋缠绕所述编织束。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于从水下位置输送流体的柔性管体，所述柔性管体包括：
内层；以及
设置在所述内层之上的防护层，
其中，所述防护层通过下述过程取得：
提供两根或更多根非粘结的复合材料细丝来作为非粘结的丝束；
围绕所述丝束施加编带单元，以便借此形成包括非粘结的细丝的编织束；以及
围绕所述内层螺旋缠绕所述编织束。
特定实施例提供的优点是：与实心拉挤部段相比，包括非粘结的细丝的编织束更为柔性，从而使得细丝能够进行缠绕并且使得细丝能够相对于彼此或相对于被它们覆盖的物体到达它们自然或优选的位置。
特定实施例提供的优点是：当一定长度的材料“就地”固化时(即，不在固化阶段之后被成形到新的位置)，防护层以大致或完全不存在径向应力的方式形成。
特定实施例提供了一种柔性管道，与具有标准防护层的管道相比，该柔性管道具有减轻的重量和改进的性能。复合材料以受控的重量提供高的强度。对于有需要的应用，可以选择专用的材料。然而应领会的是，本发明尤其适合于深水或超深水作业，在深水或超深水作业中，管道上的压力由于长管道的重量以及周围的水自身的重量而更高，并且每单材料重量的高强度至关重要。
附图说明
将在下文中参照附图对本发明的实施例进行进一步描述，其中：
图1a和图1b示出柔性管体；
图2示出了立管组件；
图3示出了编织机；
图4a示出用于形成防护层的编织束；
图4b示出用于形成防护层的另一编织束；
图4c示出用于形成防护层的另一编织束；
图5示出用于生产柔性管道的设备；
图6示出了另一编织束；
图7示出了又一编织束；
图8示出了又一编织束；以及
图9至图14示出用于制造柔性管体的方法的流程图。
在附图中，相同的附图标记表示相似的部分。
具体实施方式
在整个说明书中，都将参照柔性管道。应当理解的是，柔性管道是一段管体和一个或多个端部接头的组件，其中管体的相应端部终止于各个端部接头。图1a示出了管体100是如何可以由形成承压管道的分层材料的组合形成的。尽管在图1a中示出了多个特定层，但应当理解的是，本发明广泛适用于包括两个或更多个由多种可能的材料制造而成的层的同轴管体结构。例如，管体可以由聚合物层、金属层、复合材料层或不同材料的组合形成。另外还需注意的是，层的厚度仅以示例性的目的示出。如本文中所使用的，术语“复合材料”用于广泛地表示由两种或更多种不同材料形成的材料，例如由基体材料和增强纤维形成的材料。
如图1a所示，管体包括可选的最内骨架层101。骨架提供了能够用作最内层的互锁结构，以整体地或局部地防止内部压力壳层102由于管道失压(decompression)、外部压力、以及张力防护压力和机械压毁负载而导致的压溃。应领会的是，特定的实施例可被应用到“光滑孔”工作中(即，不具有骨架)和“粗糙孔”工作中(具有骨架)。
内部压力壳层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。应当理解的是，该层自身可以包括多个子层。应当理解的是，当可选的骨架层被使用时，内部压力壳层通常被本领域技术人员称作障壁层。在没有这样的骨架的工作(所谓的光滑孔工作)中，内部压力壳层可以被称作内衬。
可选的压力防护层103为结构层，该层增大了柔性管对外部和内部压力以及机械压毁负载的耐受性。该层还结构性地支撑内部压力壳层，并且通常可以由具有接近90°的捻角(layangle)的缠绕丝线的互锁结构形成。
柔性管体还包括可选的第一张力防护层105和可选的第二张力防护层106。每个张力防护层都被用于承受张力载荷和内部压力。张力防护层通常由多根金属丝线(为该层提供强度)形成，所述多根金属丝线位于内层上方并且沿着管道的长度以通常介于10°到55°之间的捻角螺旋缠绕。张力防护层通常成对地对向缠绕。张力防护层通常为例如由碳钢形成的金属层。张力防护层也可以由复合材料、聚合物或其它材料或材料的组合形成。
所示出的柔性管体还包括可选的带层104，带层104有助于包含下面的层并且在一定程度上防止相邻层之间的磨损。带层可以是聚合物或复合材料或材料的组合。
柔性管体通常还包括可选的隔离层107和外壳层108，外壳层108包括用于保护管道抵抗海水的渗透和其它外部环境、腐蚀、磨损和机械损伤的聚合物层。
图1b示出另一管体100’，示出了弹性防护丝线105，106的可能的捻角。
每根柔性管道包括至少一段(有时称作一节或一部分)管体100以及位于柔性管道的至少一个端部处的端部接头。端部接头提供了一种形成柔性管体与连接器之间的过渡部的机械装置。例如在图1a或图1b中示出的不同的管层以如下方式终止于端部接头：传递柔性管道与连接器之间的载荷。
图2示出了适于将诸如石油和/或天然气和/或水之类的产品流体从水下位置201输送到飘浮设施202的立管组件200。例如，在图2中，水下位置201包括水下流动输送管线。柔性流动输送管线205包括柔性管道，该柔性管道整体地或局部地靠置在海底204上或埋置在海底下方并且在静态应用中被使用。飘浮设施可以通过平台或浮体或如图2中示出的船只提供。立管组件200被设置为柔性立管，也就是将船只连接到海底设施的柔性管道203。柔性管道可以为具有连接端部接头的成段的柔性管体。
应当领会的是，如本领域技术人员所知晓的，存在有不同类型的立管。本发明的实施例可以与任何类型的立管一起使用，例如自由悬挂的(自由的、悬链立管)、在一定程度上受到限制(浮体、链条)的立管、完全受限的立管或包封在管(I型或J型管)中。
图2还示出了柔性管道的一部分如何可以用作流动输送管线205或跨接管线206。
图3和图4a示出了通过示例性实施例的方法形成的张力防护丝线300。防护丝线300包括一根或多根复合材料细丝302。此处具有多根细丝302，在本文的说明中，单根复合材料细丝可被称为丝束。
更具体地，复合材料细丝可以是一定长度的复合材料(例如，纤维、杆、条、棱柱)并且可包括单向的复合纤维(例如，复合基体材料加上增强纤维)。在这一示例中，复合材料细丝为具有作为增强单元的单向碳纤维的环氧树脂。基体材料和纤维的复合材料能够由卓尔泰克有限公司(ZoltekCompanies，Inc)的预浸材料(pre-preg)获得。这种预浸材料能够处于部分固化的状态，固化被化学地延缓以便能够容易处理连续的预浸材料而具有材料上的均匀的、最小的应力分布。基体和纤维(纤维的体积分数)的比例为大约50％。然而，诸如热固性聚酰亚胺、双马来酰亚胺、酚类和改性环氧树脂之类的热固性预浸材料也是合适的。增强纤维可以是任何合适的纤维，例如，玻璃纤维、陶瓷纤维、金属纤维、聚合物纤维(例如，芳族聚酰胺纤维)或它们的混合物。纤维的体积分数可以是介于大约40％到大约75％之间的任何数额，适于介于大约40％到65％之间。复合材料进一步包括诸如色素或增塑剂之类的其它改性剂。合适地，大部分增强纤维被沿着张力防护单元的纵向轴线纵向地定向。可包括一些横向的或成角度的纤维，以便有助于结构的稳定。例如，超过50％，或60％，或70％，或80％，或90％的纤维可以沿材料长度的大致轴向的方向对准。这种定向能够有助于在使用期间稳定所述防护单元。在另一示例中，复合材料细丝可包括热固性材料(例如，环氧树脂)或未固化材料(例如，诸如聚偏氟乙烯(PVDF)或聚醚醚酮(PEEK))或弹性材料(例如，丁基橡胶)或热塑性弹性体(例如，橡胶改性聚丙烯)或这些材料的掺杂物。
在这一示例中，复合材料细丝的横截面通常呈圆形并且具有大约1mm的直径。当然，也可以使用其它的横截面形状，例如，正方形、椭圆形或其它形状或不规则形状。此外，当然可以使用其它的横截面直径，例如介于0.5mm到6mm之间，适于介于0.8mm到1.2mm之间。
参照图9，多根细丝302被沿纵向集束在一起以作为丝束。也就是说，细丝302被聚拢在一起以大体上与至少一根其它细丝接触并且被临时地保持为一束。
细丝302为非粘结的细丝，即，它们相对于彼此可以自由移动(并且未固结)。
编带(braid)单元304被围绕着丝束施加，以形成包括非粘结细丝的编织束310，如图3所示。编织机306用于将线股的编带施加到丝束上。编织机在现有技术中已知，并且出于简洁的原因而不再进一步描述。然而，编带的具体织法和密度可被预先确定，以便适合于待集束的细丝的类型和数量。
编带用于将复合材料细丝302作为束310保持在合适的位置。在特定实施例中，编带单元还可保护和/或强化复合材料细丝。在这一示例中，编带单元(纤维)304为聚丙烯带，但是该编带单元也可以是(或包括)聚合物带、聚合物纤维、聚乙烯、PVDF、增强聚合物带、纤维纱、热塑性材料、热固性材料、玻璃纤维复合材料带、芳族聚酰胺纤维纱、具有热塑性包层(encapsulation)的带或纤维、具有部分热固性基体浸渍物的带或纤维或它们的组合。
编织束310围绕柔性管道径向内层螺旋缠绕，以形成防护层。在通常使用中，防护单元以大约20度到88度的捻角缠绕到管道的轴线上。应领会的是，单根编织束可被螺旋地缠绕以形成一层，或可提供多根编织束并且作为相邻缠绕物施加以便形成一层。
图5示出用于将编织束310缠绕在柔性管体的径向内层502上的设备。内层502被使用引导装置508定位，并且在编织束围绕柔性管体内层旋转时以预定速度横向移动，以便围绕所述内层螺旋缠绕所述编织束。编织束310以预定角度和速度朝向内层502供给，以便围绕内层缠绕。引导元件504、506、508有助于在精确的螺旋缠绕成形中更准确地定位编织束，并且可适当地用于将编织束预成型为螺旋曲线并在缠绕到内层上之前控制编织束形状。换言之，编织束310被施加到层502，所述编织束通过包括引导元件504、506和508的设备的旋转和编织束310的供给以及层502的线性位移而被围绕层502缠绕。
当然，替代性地，内层502可以旋转而供给束310以及引导元件504、506和508保持在固定的位置。缠绕的编织束形成张力防护层的形状。
尽管仅示出了一根供给束310，也可以使用另外的供给束来允许另外的防护丝线缠绕到管体上。另外的防护丝线将增加层中的防护丝线的数量(和相对密度)。可将单元(编织束)的合适数量选择成：所述单元被配置成能够相对于彼此移动但是整体上仍然为管道的内层和柔性管道提供足够的支撑。
应领会的是，另一层防护单元能够通过沿与第一层防护单元相反的方向对向缠绕或沿相同的螺旋方向缠绕来设置在第一层防护单元之上。例如，为了平衡管道被加压或处于张力载荷下时引入的扭矩，所期望的是沿所述第一层相反的螺旋方向缠绕另外的层。但是如果说是另外的层被配置成与第一层连续地相互作用并且互锁，所期望的是沿与第一层相同的方向缠绕另外的层。
还应领会的是，在一个连续工序中，另一层防护单元可被设置在第一层防护单元上并与所述第一层相连(inserieswith)，借此使得制造工序更为有效地将多个层设置在柔性管道上。
在编织束的螺旋缠绕之后，复合材料细丝302随后通过在加热炉510中加热而被固化，从而借此改变复合材料细丝302的一个或多个物理和/或机械性能。因为管体的横向运动，使得管体被供送穿过加热炉510并且接受预定时间的加热。
当然，如果编带单元包括部分热固性基体浸渍物或其它可固化材料，则加热步骤可被配置成还将编带单元固化。根据材料以及加热时间和强度，复合材料细丝在加热步骤期间还可与编带单元一起固化或与编带单元固结。所述细丝还可相互固结。复合材料细丝可在编带单元未被固化或固结时被固化或固结。
通过应用至少一个压力辊子而使得固结可以被加强或控制，所述至少一个压力辊子可在加热步骤之后将压力施加到管道上的编带单元的外表面上。这些压力辊子可被构造成围绕所述管道旋转，大体沿着编带单元的路径或沿着沿管道的轴向路径。应理解的是，可以设想所述至少一个压力辊子的替代物，例如执行与至少一个压力辊子相似的功能的滑板(skids)，或具有预定尺寸的环形模具(die)，所述管道穿过所述环形模具以便固结材料并控制所述管道的外径。
在当前实施例中，加热炉510被设置为220℃以便使防护单元310的环氧树脂开始固化；但是应清楚的是，也可以选择其它温度，温度影响环氧树脂的固化时间并因此影响管体穿过加热炉的速度。
在这一实施例中，环氧树脂通过加热炉而在加热区域中固化。将清楚的是，材料可以替代性地通过其它方法固化，例如通过应用其它形式的辐照或化学固化。固化可包括使用热量或化学物质或它们二者的组合来处理复合材料细丝302，以便改变至少一种物理和/或机械性能，例如强度或杨氏模量。应当领会的是，编带结构也可经受所述热和/或化学物质的处理，并且因此也可被固化。
正如本文中所使用的，术语“固化”表示热固性材料中的使该材料永久硬化的化学变化(如现有技术中所知)。
正如本文中所使用的，术语“固结”表示将材料中的多种材料或多个部分接合成一体。
在上述方法中，复合材料细丝由部分固化的预浸材料形成。替代性地，所述细丝可以由未固化的材料并且随后使用相同的方法形成。
在另一替代性实施例中，最初能够以固化的形式提供复合材料细丝，并且随后执行上述的方法(但是如果不需要的话，则省略固化步骤(例如，加热步骤))(参见图10)。
应领会的是，提供丝束、分隔层、编带单元以及缠绕编织束的步骤可以是连续的过程，并且这些步骤无需中断。换言之，这些步骤的时间交叠(overlap)，尤其如果生产过程是连续的话。
在上述方法的变型中，附加层被添加到防护丝线以作为细丝3021和编带单元3041之间的分隔层350，如图4b所示。在此示例中，分隔层由一层连续的聚丙烯材料形成；但是应领会的是，也可以使用其它合适的材料，例如聚氨酯或聚四氟乙烯(PTFE)。细丝3021由预浸热固性材料形成(如上文所述的细丝302)。编带单元3041为具有纤维的聚丙烯带，所述纤维具有部分热固性基体浸渍物。
参照图11，细丝3021被沿纵向集束在一起以作为丝束。
随后，分隔层350被添加在丝束之上，以便包围呈大致圆柱形构造的丝束。所述分隔层350可通过挤压来施加，或呈围绕成束的细丝螺旋缠绕的带。
编带单元3041被设置在分隔层350之上(即，分隔层的径向外侧)以形成编织束3101。将编带单元3041添加在分隔层之上的方法以与上文所述的关于编带单元304的方法相同的方式执行。
剩余的为了形成用于柔性管道的防护丝线3001的步骤可以与上文所述的关于防护丝线300的部分相同。简要地说，即，编织束被缠绕在柔性管道层或心轴上，并且随后穿过加热炉以使热固性材料固化。
提供分隔层350有助于确保的是：即使在编带单元和/或细丝经历了固化阶段(加热步骤)之后，编带单元3041和细丝3021仍旧能够作为独立的单元发挥作用和移动。换言之，分隔层有助于确保编带单元在被加热期间不与细丝固结或粘结固化。
在上述任一示例描述的步骤的可选的附加内容中，润滑剂或未固化的树脂或其它基体材料可在施加编带单元之前被施加到丝束上(参见图12)。例如，诸如硅油或石墨之类的润滑剂可被施加到复合材料细丝的表面上。举例而言，这有助于确保：每根细丝依然为分立的单元，并且在固化阶段(即，加热步骤)期间不与其它单元固结。
替代性地，可能期望的是，复合材料细丝在固化之后被固结。如此，未固化的环氧树脂的基体可被施加，以大致填充相邻细丝之间的空间。设置在细丝上的分隔层是可选的。然而，如果基体材料(在固化之前的时间内)是可流动的，则分隔层是有用的。
合适地，分隔层还可以贯通复合材料细丝施加，以便将丝束的一部分和另一部分分隔开。因此，分隔层有效地将丝束分成例如两部分或三部分或更多部分，从而产生子丝束，子丝束通过编带单元而被聚拢为一束。
图4c示出另一示例性实施例。多个单元与参照图4a进行的描述相似并且出于简洁的原因不在赘述。
防护丝线3002包括两个或更多个复合材料细丝3022、分隔层3502、编带单元3042和外层352。分隔层3502为一层连续的材料，所述一层连续的材料设置成包围丝束并防止任何未固化的基体材料在包括细丝3022的芯部区域和编带的区域之间流动。在此示例中，分隔层由聚丙烯材料形成；但是应领会的是，也可以使用其它合适的材料，例如聚氨酯或聚四氟乙烯。在这种情况下，外层352的形式和材料与分隔层相同，但是在另一示例中外层可具有不同的厚度和/或不同的材料。
参照图13，细丝3022被沿纵向集束在一起以作为丝束。
随后，分隔层3502被添加在丝束之上，以便包围呈大致圆柱形构造的丝束。
编带单元3042被设置在分隔层3502之上(即，分隔层的径向外侧)以形成编织束3102。这能够以与关于编带单元304所描述的相同的方式执行。
基体材料(例如，环氧树脂)被施加至缠绕的编织束的外表面。在此情况下，编织束穿过树脂池(即，填充有未固化的、流体形式的环氧树脂的池子)。基体材料覆盖编带单元3042并且被留存在编带单元的空隙之间，借此形成相对光滑的外层。基体材料被防止穿过分隔层3502并且不到达细丝3022。
在此情况下，同样为连续的聚丙烯材料的另一层(外层)352被围绕编带单元/环氧树脂层添加，以便有助于防止环氧树脂在固化之前流走。应领会的是，根据基体材料的粘度和固化之前的时间，可能不需要所述层352(参见图14)。
所产生的编带单元随后围绕柔性管道层螺旋缠绕(如上文中参照图4a和图5所述)。
通过在加热炉中加热所述层，基体材料和部分固化的细丝被固化(如上文中参照图5所述)。当然，基体材料能够通过其它方法来固化或固结，例如应用其它方式的辐照或化学固化。
产生的防护层具有螺旋缠绕的张力防护单元3002(最终的编织束)，并且该单元由于环氧树脂被施加到编带单元而具有相对光滑的外表面。环氧树脂外表面有助于强化所述单元并且为防护层提供进一步的保护。如上所述的防护层可通过与一个或多个其它层(例如参照图1所描述的那些层)相结合用作柔性管体的一部分。例如，柔性管体可包括例如为流体保持层(内衬)的内层和例如为张力防护层的防护层，所述张力防护层被设置在所述内层之上。可通过上述方法形成任何防护层。
对如上所述的详细设计方案的多种修改都是可能的。例如，尽管防护层已经在上文中描述，但是相同的技术可被应用于形成柔性管体的任何其它强化层。
尽管如上所述的方法描述了将编织束缠绕在管体的径向内层之上，但是替代性地，编织束可被缠绕在可随后被移除的心轴之上。
应领会的是，在上述的任何示例中，提供丝束、分隔层(如果需要)、编带单元、外层(如果需要)以及缠绕编织束的步骤可以是连续的过程，并且这些步骤无需中断。换言之，这些步骤的时间交叠(overlap)，尤其如果生产过程是连续的话。
应领会的是，在上述的任何示例中，可以按与所描述的顺序不同的顺序进行这些不同的步骤。例如，对于丝束围绕管道层/心轴缠绕并且随后固化的任何示例而言，存在下述替代性实施例：丝束被首先固化并且随后围绕管道层/心轴缠绕。在另一实施例中，对于基体材料被添加到编织束、围绕管道层/心轴缠绕并且随后固化的示例而言，能够以如下方式替代性地执行：围绕管道层/心轴缠绕编织束，并且随后添加基体材料，并且然后使所产生的层固化。
附加地，如果在束围绕管道固结期间使用压力辊子，则这一过程还可用于将束单元在某种程度上成形为所需的形状(例如，梯形)，或用于确保束单元的相邻缠绕物之间的受控制且恒定的空隙。这种控制有助于确保所制造的管道的柔性。
尽管整个上述管道层被加热以便使细丝(和/或基体材料和/或编带材料)固化，但是替代性的是，选择性的固化或选择性的热源可被用于仅仅固化所述细丝(和/或基体材料和/或编带材料)(并且不作用于其它单元，例如编带或其它管道层)。替代性加热器件的一个示例是使用感应加热。
在可选的另一步骤中，可通过已知的方式使丝束的一端或两端融化以便防止细丝个体和编带单元在端部区域处分离。例如，这可通过在所述端部区域中固结或固化所述细丝来完成，在所述端部区域中固结或固化所述细丝通过在所述区域中添加待固化的基体材料来实现。
尽管上文已经描述了多根细丝来形成丝束，但是该束也可由单根细丝602，702构成，如图6或图7所示。细丝可经过编织以形成外编带604，704。细丝可具有任何横截面，例如所示的圆形或矩形。
另一可选步骤是包括至少一根其它材料(例如，金属材料)的细丝、杆或丝线以便提供额外的优点：金属丝线可用于在施加所述束到管道期间通过所述金属丝线的塑性变形维持束单元中所成形的形状；金属丝线还可被用作加热单元，该加热单元在加热/固化步骤期间被感应电流激励，借此从内部加热所述束单元/细丝。因此，尽管上文描述的多根细丝都为同一类型的材料，但是可将多种类型材料组合起来以提供具有特定性能的编织束。一个实施例是在束中包括一根或多根金属丝线或线股作为加固单元，在固结和固化之前，所述加固单元充当其它细丝和编带的支撑物，能够有利于在至少一定程度上保持引导元件504、506和508赋予的预成形，并且能够在使用感应现象加热并固化所述编织束时充当结构内的加热单元。所述金属丝线将仅提供有限的长度并且一旦细丝被固化就支撑在柔性管体中。
编带自身的材料可以适于提供耐磨性或柔性管道的这些层之间的低的摩擦系数。所述材料可以从涂层纱或天然具有低摩擦特性的材料的纤维中选择，材料或涂层纱或纤维的合适的摩擦系数的范围为0.04-0.7，例如0.05-0.4，例如0.05-0.25。对编织的类型和编织结合在一起的纤维的组合进行选择，以便提供外编带的所需的形状和性能。
外编带还可以是按如下方式选择的材料：引导元件504、506和508赋予的任何预成形形状被维持，直到编织束中的树脂的固化完成时。所述预成形形状可包括矩形、圆形、S形或Z形、T形、C形或X形束。这些形状的组合可被共同使用在管道的同一层中，从而提供相互支撑和相互作用。
编带材料还可在固化之间和固化期间充当树脂的障壁，并且因此确保柔性管体结构中的相邻的编织束不由于固化过程而被粘结在一起，为柔性管道成品提供了非常柔性的结构。
图8示出另一替代性实施例，其中，平坦的矩形细丝沿它们的较宽侧被集束在一起，并且随后施加编带单元804以形成编织束。
在图7和图8中示出的平坦的矩形细丝可具有矩形横截面，所述矩形横截面具有1mm的厚度(即，矩形的两个尺寸之较小的那个)。此外，当然可以使用其它的横截面厚度，例如介于0.75mm到1.5mm之间，适于介于0.8mm到1.2mm之间。
对于上述布置而言，与其它已知布置相比，通过所述方法生产的管体具有增强的柔性。提供非粘结的细丝使细丝能够缠绕以形成圆筒状层，并且能够相对于彼此或相对于被它们覆盖的物体到达它们自然或优选的位置。与相同材料量的实心拉挤部分相比，这种层具有增强的柔性。细丝在柔性管体层的组装期间能够自由移动，因此在制造期间减小了材料上的张力。形成防护层的复合材料细丝上的弯曲应力被最小化，这与已知的布置相比可以为最终产品提供增加的强度和使用寿命。在一定程度上，所形成的防护层在所形成的管体的使用期间可具有增强的柔性，这在柔性管道被用作立管时十分有用，例如这样可以应对来自海水的运动。
在复合材料细丝上提供编带单元在帮助保护丝线于弯曲变形下不被损坏方面是十分有用的。
这种防护层的复合材料的“就地”固化使得防护层能够充分地形成或在材料内部完全不存在残余应力，这是因为材料在固化之后不被显著地弯曲或再成形。弯曲半径和扭曲在材料处于其预固化阶段时发生(不影响材料)，并且在材料固化之后没有弯曲或扭转应力被施加到所述材料(除了在管道工作期间预计的应力)。这与已知的防护层相比产生了高质量的产品，因为防护单元比含有一些残余应力的已知防护单元含有更多可用的强度。所述产品在单位量材料强度方面比已知的防护层更为高效，并且因此使更长的管道或更深的应用称为可能。
本领域技术人员将会清楚的是，与上述实施例中的任一个相关地进行描述的特征能够在不同的实施例之间可互换地应用。上述实施例为用于表明本发明的各种特征的示例。
在本文的整个说明书和权利要求书中，术语“包括”和“包含”以及其变型意味着“包括但不限于”，并且这些术语并非意在(并且不)排除其它组分、添加物、部件、整体或步骤。在本文的整个说明书和权利要求书中，单数包含复数，除非在上下文中另外有要求。具体地，在使用不定冠词时，本文应当被理解为考虑了复数以及单数，除非在上下文中另外有要求。
除非是与其不相容的，结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学组分或组应当被理解为适用于本文中描述的任何其它方面、实施例或示例。本文中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)，和/或本文中公开的任何方法或过程的步骤可以以任意组合方式组合，除了这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明延伸至本文中(包括任何所附权利要求、摘要和附图)公开的特征的任何新颖的特征或任何新颖的组合，或延伸至本文中公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的步骤或任何新颖的组合。
读者可以将注意力放到与本申请的说明书同时提交或者在前提交的并且利用该说明书对于公众查阅是开放的所有论文和文献，并且所有这些论文和文献的内容都通过参考结合到本文中。

Claims (30)

1.一种制造柔性管体的方法，包括：
提供两根或更多根非粘结的复合材料细丝来作为非粘结的丝束；
围绕所述丝束施加编带单元，以便借此形成包括非粘结的细丝的编织束；以及
围绕柔性管体层螺旋缠绕所述编织束。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使所述编织束固化的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述固化的步骤包括在围绕柔性管体层螺旋缠绕所述编织束的步骤之后使所述编织束固化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述非粘结的细丝包括部分固化的聚合物、未固化的聚合物、固化的聚合物、金属、环氧树脂、弹性体或它们的组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括将润滑剂或树脂或基体材料施加到非粘结的复合材料细丝上的步骤。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括将基体材料施加到所述编织束上的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述将基体材料施加到所述编织束上的步骤在所述围绕柔性管体层螺旋缠绕所述编织束的步骤之前执行；并且进一步包括：在所述围绕柔性管体层螺旋缠绕所述编织束的步骤之前的将附加层施加到所述编织束的步骤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：
在围绕所述丝束施加编带单元的步骤之前，围绕所述丝束的至少一部分施加分隔层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括使用所述编带单元赋予所述编织束以横截面形状的步骤。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括加热所述编织束的步骤，以及进一步包括在加热步骤之后使用接触压力来赋予所述编织束以横截面形状的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，使用至少一个辊子或滑板沿围绕所述柔性管体的螺旋路径施加或沿着所述柔性管体轴向地施加所述接触压力。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，使用环形模具或环圈施加所述接触压力，所述柔性管体沿轴向方向穿过所述环形模具或环圈。
13.一种用于从水下位置输送流体的柔性管体，包括：
内层；以及
设置在所述内层之上的防护层，
其中，所述防护层通过下述过程取得：
提供两根或更多根非粘结的复合材料细丝来作为非粘结的丝束；
围绕所述丝束施加编带单元，以便借此形成包括非粘结的细丝的编织束；以及
围绕所述内层螺旋缠绕所述编织束。
14.根据权利要求13所述的柔性管体，其中，一根或多根所述复合材料细丝包括单向的复合纤维。
15.根据权利要求13或14所述的柔性管体，其中，一根或多根所述复合材料细丝包括热固性或热塑性材料。
16.根据权利要求15所述的柔性管体，其中，一根或多根所述复合材料细丝包括增强纤维。
17.根据权利要求16所述的柔性管体，其中，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、含氟聚合物、聚偏氟乙烯、迪尼玛、聚合物带、聚合物纤维、增强聚合物带、纤维纱、热塑性材料、热固性材料、玻璃纤维复合材料带、芳族聚酰胺纤维纱、金属丝线、具有热塑性包层的带或纤维、具有部分热固性基体浸渍物的带或纤维，或它们的组合。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的柔性管体，其中，编带单元包括聚合物带、聚合物纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、含氟聚合物、聚偏氟乙烯、迪尼玛、增强聚合物带、纤维纱、热塑性材料、热固性材料、玻璃纤维复合材料带、芳族聚酰胺纤维纱、金属丝线、具有热塑性包层的带或纤维、具有部分热固性基体浸渍物的带或纤维、组合有或覆有聚四氟乙烯的任何上述纤维或带，或它们的组合。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的柔性管体，其中，所述复合材料细丝或每根复合材料细丝具有：大致矩形的横截面，或大致圆形的横截面，或大致Z形的横截面，或大致T形的横截面，或大致C形的横截面，或X形的横截面。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的柔性管体，其中，所述编织束或每个编织束通过引导元件被预成形为螺旋体。
21.根据权利要求20所述的柔性管体，其中，由于包括加固单元，所述预成形体或每个预成形体在集束基体固化之前保持其预成形的螺旋体形状。
22.根据权利要求20或21所述的柔性管体，其中，多种形状的组合被使用在管体的同一层中。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的柔性管体，其中，通过编带单元来防止用于复合材料细丝的固化过程期间编织单元之间的粘结。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的柔性管体，其中，通过利用感应现象对所述丝束内的单元的直接加热实现或促进用于复合材料细丝的固化过程。
25.根据权利要求13至23中任一项所述的柔性管体，其中，通过使用红外加热或微波加热或直接辐照加热或传导加热或对流加热实现或促进用于复合材料细丝的固化过程。
26.根据权利要求13至25中任一项所述的柔性管体，其中，一根或多根所述复合材料细丝包括油质润滑剂、蜡或未固化的树脂。
27.根据权利要求13至26中任一项所述的柔性管体，其中，所述防护层通过下述过程取得：提供另一丝束并围绕该丝束施加编带单元以作为另一编织束，然后执行将所述编织束和所述另一编织束螺旋缠绕并将复合材料细丝固化的步骤。
28.一种柔性管道，包括如权利要求13至26中任一项所述的柔性管体以及一个或多个连接至所述柔性管体的端部接头。
29.一种大体如上所述并参照附图的方法。
30.一种大体如上所述并参照附图的柔性管体。
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