CN105179832A - 一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成及其制备方法，包括软管和与软管相连接的接头，软管从内至外依次包括内层胶片、第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层和外层防护胶片，第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层共同构成骨架结构，铜导线层是由2根铜导线交叉螺旋缠绕而成，2根铜导线在近管体两端60mm处预留铜导线线头，铜线头穿过外层防护胶片，外露长度为300mm，软管与接头扣压连接时，铜导线线头与接头一并扣压连接。本发明的目的是提供一种管体轻便、弯曲性能好、耐负压、承压强度高且进行运输和抽吸作业时顺畅自如的软管；同时提供了一种制作上述软管的制作方法。

Description

一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶产品制备领域，具体涉及一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成及其制备方法。

背景技术

在以往的海洋钻井平台设计中，由于受到软管产品结构设计和材料选配及生产工艺的限制，普通的工业用输油橡胶软管无法满足苛刻的海洋条件下海洋钻井平台高频的使用要求，油品输送管道系统设计中，很大一部分的输送管道设计都使用了硬管替代，因而导致了管体自重加大，易断裂，更改、维护不方便，成本增加等诸多问题，同时，由于软管需要进行抽吸动作完成作业，但一般的管体在进行抽吸作业时经常发生管体由于负压而发生管体吸扁甚至变形的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种管体轻便、弯曲性能好、耐负压、承压强度高且进行运输和抽吸作业时顺畅自如的软管；同时提供了一种制作上述软管的制作方法。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，包括软管和与软管相连接的接头，所述软管从内至外依次包括内层胶片、第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层和外层防护胶片，所述第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层共同构成骨架结构。

骨架结构的胶布层为4层，分别为第一胶布层、第二胶布层、第三胶布层、第四胶布层，铜导线层和弹簧钢丝层夹于第二层胶布层与第三层胶布层之间。胶布角度采用54°44′平衡角度，或者大变角角度，承压高，伸长率低，能够实现4倍工作压力的安全系数，保证软管优良的弯曲效果。

胶布层为聚酯帘布或者尼龙帘布，优选聚酯帘布。

铜导线层是由2根铜导线交叉螺旋缠绕而成，2根铜导线在近管体两端60mm处预留铜导线线头，铜线头穿过外层防护胶片，外露长度为300mm。软管与接头扣压连接时，铜导线线头与接头一并扣压连接。

内胶片层以丁腈橡胶为主料，添加金属氧化物和硫黄为硫化体系、噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂为硫化促进剂体系、防老剂和石蜡为防老化体系、二辛脂和松焦油为软化增塑体系、炭黑和碳五树脂。

外胶层片采用三元乙丙橡胶作为主体材料，硫化体系采用以金属氧化物为硫化体系，以噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂为硫化促进体系，以抗臭氧剂为防护体系，增加胶料的抗臭氧和紫外线老化，为了保证胶料的粘合性能，添加了石油树脂作为辅助材料。

该软管总成的制备方法，包括如下步骤制成：

调制脱模剂，将脱模剂搅拌均匀至呈乳白色液体；擦拭用于缠绕软管的芯棒表面，在芯棒上涂一层调制完成的脱模剂；在芯棒的外表面上缠绕内层胶片，缠绕应平整无皱褶，缠绕无缝隙；在内胶片层外交叉以平衡角度缠绕1层或2层胶布层，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙；胶布层外交叉螺旋缠绕2道铜导线，并在距两端端部切割面60mm处留铜导线线头，铜导线线头长300mm；在铜导线层外部缠绕高强度的弹簧钢丝，按照一定的螺距，软管整体缠绕；在弹簧钢丝层外再次交叉以平衡角度缠绕1层或2层胶布层，以54°44′角交叉缠绕(或者变换其他角度)，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙；缠绕的胶布层外再缠绕外层防护胶片，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙，预留的铜导线线头穿过外层防护胶片外，在扣压接头时与接头扣压连接，使两端接头导通；使用尼龙水布缠绕在外层防护胶片外，缠绕3层，尼龙水布接头间距应不小于1m。

在硫化罐中放入硫化台车，关闭硫化罐的排汽阀，打开硫化罐的进汽阀进行温罐，温罐条件为0.16MPa×10～20min；温罐结束后，开启硫化罐的排气阀排出蒸汽，罐内无激汽流时，打开罐盖拉出硫化车；将硫化台车软垫整理好，把缠好尼龙水布的软管排列在硫化车上捆牢，将硫化台车送入硫化罐，并关好罐盖；打开进汽阀，向罐内送入蒸汽，当温度达到140℃时，开始计算正硫化时间，硫化时间依据不同的管径大小有所调整；硫化结束后，开启排气阀排出蒸汽，罐内无激汽流时，打开罐盖，拉出硫化车并用冷水冷却缠有尼龙水布的胶管；将硫化后的胶管固定在成型机上，将尼龙水布导开，将软管连同芯棒存放在通风处；将芯棒从软管中取出；将处理好的软管摆平直线放置，对软管进行长度切割；软管使用扣压式接头，将软管端部切割整齐后，装配接头的内芯套和缩压外套，通过扣压设备对外部的缩压外套的挤压，对软管形成挤压压缩，起到接头防拔脱的作用和对内胶形成密封作用。接头可以是碳钢材质的，也可以是不锈钢316、不锈钢316L或铜和其他材质。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：本发明产品软管总成具有耐海洋气体性能优异、输送介质适应性强、管体轻便、弯曲性能好、承压强度高、变形小、抗拉强度高、操作简单、安装使用方便、性能稳定的优点。

管体的内胶层片的设计，采用耐油性能优异的丁腈橡胶(NBR)作为主体橡胶材料，既保证了胶料的耐油性又保证了耐天候老化性，金属氧化物和硫黄为硫化体系，以噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂为硫化促进剂体系，胶料中采用高填充量炭黑补强的方法提高胶料的耐压性和耐磨性，以新型防老剂和石蜡为防老化体系，以二辛脂和松焦油为软化增塑体系。增粘材料采用了碳五树脂，保证了胶料的物理机械性能和黏合。使内胶层材料具备了良好的耐高压、耐磨耗、耐腐蚀性能。

管体的外胶层片的设计，选用三元乙丙橡胶作EPDM为主体材料，经与合理科学的配方设计，辅助绿色、环保、高效的防老体系，采用合适的补强体系、硫化体系，使外胶配方具有综合的耐海洋气候和耐紫外线等老化性能。

软管有耐负压功能，在60秒时间内将管体的真空压力升到-80kpa，保持时间10分钟以上，保压过程胶管内部和外部，无脱层、扁塌或凹陷现象。

附图说明

图1是本发明软管各结构层示意图；

图2为软管与接头组装示意图；

图3为接头扣压示意图；

图4为本发明的方法的流程示意图。

图中：1－内层胶片、2－第一胶布层、3－铜导线层、4－弹簧钢丝层、5－第二胶布层、6－外层防护胶片、7－内芯套、8－缩压外套、9－软管

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例详细描述本发明：

实施例1：

如图1所示，本发明的一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，包括软管和与软管相连接的接头，接头包括内芯套和缩压外套，软管从内至外依次包括内层胶片、第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层和外层防护胶片，第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层共同构成骨架结构，铜导线层是由2根铜导线交叉螺旋缠绕而成，2根铜导线在近管体两端处预留铜导线线头，铜导线线头距软管两端端部切割面60mm处外露至外层防护胶片外，外露长度为300mm；铜线头穿过外层防护胶片，软管与接头扣压连接时，该铜导线线头与接头一并扣压连接。

胶布层选用聚酯帘布。

内胶片层为以丁腈橡胶为主料，添加金属氧化物和硫黄为硫化体系、噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂为硫化促进剂体系、防老剂和石蜡为防老化体系、二辛脂和松焦油为软化增塑体系、炭黑和碳五树脂。

外胶层片为外胶层片采用三元乙丙橡胶作为主体材料，硫化体系采用以金属氧化物为硫化体系，以噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂为硫化促进体系，以抗臭氧剂为防护体系，增加胶料的抗臭氧和紫外线老化，为了保证胶料的粘合性能，添加了石油树脂作为辅助材料。外胶的平均粘合强度大于3N/mm。

参见图4，该软管总成的制备方法，包括如下步骤制成：

调制脱模剂，将脱模剂搅拌均匀至呈乳白色液体；擦拭用于缠绕软管的芯棒表面，在芯棒上涂一层调制完成的脱模剂；在芯棒的外表面上缠绕内层胶片，缠绕应平整无皱褶，缠绕无缝隙；在内胶片层外交叉以平衡角度缠绕1层或2层胶布层，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙；胶布层外交叉螺旋缠绕2道铜导线，并在距两端端部切割面60mm处留铜导线线头，铜导线线头长300mm；在铜导线层外部缠绕高强度的弹簧钢丝，按照一定的螺距，软管整体缠绕；在弹簧钢丝层外再次交叉以平衡角度缠绕1层或2层胶布层，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙胶布角度采用54°44′平衡角度；缠绕的胶布层外再缠绕外层防护胶片，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙，预留的铜导线线头穿过外层防护胶片外，在扣压接头时与接头扣压连接，使两端接头导通；使用尼龙水布缠绕在外层防护胶片外，缠绕3层，尼龙水布接头间距应不小于1m。

在硫化罐中放入硫化台车，关闭硫化罐的排汽阀，打开硫化罐的进汽阀进行温罐，温罐条件为0.16MPa×10～20min；温罐结束后，开启硫化罐的排气阀排出蒸汽，罐内无激汽流时，打开罐盖拉出硫化车；将硫化台车软垫整理好，把缠好尼龙水布的软管排列在硫化车上捆牢，将硫化台车送入硫化罐，并关好罐盖；打开进汽阀，向罐内送入蒸汽，当温度达到140℃时，开始计算正硫化时间，硫化时间110分钟；硫化结束后，开启排气阀排出蒸汽，罐内无激汽流时，打开罐盖，拉出硫化车并用冷水冷却缠有尼龙水布的胶管；将硫化后的胶管固定在成型机上，将尼龙水布导开，将软管连同芯棒存放在通风处；将芯棒从软管中取出；将处理好的软管摆平直线放置，对软管进行长度切割；参见图3和图4，软管使用扣压式接头，将软管端部切割整齐后，装配接头的内芯套和缩压外套，通过扣压设备对外部的缩压外套的挤压，对软管形成挤压压缩，起到接头防拔脱的作用和对内胶形成密封作用。

使用本实施例方法制得的型号为XY20的软管，尺寸1-1/2"，内径为38mm，外径为58mm。

实施例2

软管总成除下述部分，其它与实施例1相同。

骨架结构的胶布层为4层，分别为第一胶布层、第二胶布层、第三胶布层、第四胶布层，铜导线层和弹簧钢丝夹于第二层胶布层与第三层胶布层之间，胶布缠绕角度采用54°44′平衡角度。

使用本实施例方法制得的型号为XY20的软管，尺寸2"，内径51mm，外径70mm。

实施例3

软管总成除下述部分，其它与实施例1相同。

骨架结构的胶布层为4层，分别为第一胶布层、第二胶布层、第三胶布层、第四胶布层，铜导线层夹于第二层胶布层与第三层胶布层之间，胶布缠绕角度采用51°44′平衡角度。

使用本实施例方法制得的型号为XY20的软管，尺寸3"，内径76mm，外径97mm。

实施例4

软管总成除下述部分，其它与实施例1相同。

骨架结构的胶布层为4层，分别为第一胶布层、第二胶布层、第三胶布层、第四胶布层，铜导线层夹于第二层胶布层与第三层胶布层之间，胶布缠绕角度采用53°44′平衡角度。

胶布层选用尼龙帘布。

使用本实施例方法制得的型号为XY20的软管，尺寸4"，内径102mm，外径129mm。

性能测试

试验对象：取实施例1、实施例2、实施例3、实施例4所得的4个型号的软管，及对照组软管，对照组软管(对照组软管由内胶层，一层钢丝编织层和外胶层组成)。

试验条件：

1、长度变化率：将软管放直后注满自来水，排除空气后连接到试压工装。开启压力泵，将压力升到试验压力(1.5倍的工作压力),保持试验压力至少5分钟,验收标准:软管不应有滴漏、渗漏、鼓胀或局部脱层现象,在工作压力下软管长度变化率不大于±8％。

结果见下表：

2、爆破压力与工作压力比值：试验管长度最短1米，将软管放直后注满自来水，排除空气后连接到试压工装，开启压力泵，以均匀的升压速度在不低于60秒，不高于240秒的时间内将压力升到爆破压力，如果达到爆破压力后软管未出现爆破，继续升高压力，至软管爆破，验收标准:爆破压力不小于4倍的工作压力。

结果见下表：

3、体积变化率：内胶层和外胶层分别取3个试样，50mm长*25mm宽*2mm厚，计算内胶层和外胶层的平均初始体积。将试片置于ASTMIRM902标准油后，放在不低于100℃的加热箱内连续浸泡时间为70小时。然后分别测量出浸泡后的内胶层和外胶层各3个试样平均体积，计算体积变化率。验收标准：内胶层平均体积变化率应小于等于15％，外胶层平均体积变化率应小于等于75％。

结果见下表：

4、弯曲性能：在-25℃的环境温度下，将胶管放置24小时，在8-10秒的时间内将胶管弯曲在半径为最小弯曲半径2倍的芯棒上，并使软管末端的角度小于90度。观察胶管内外层是否出现龟裂或破裂，将胶管温度恢复到室温(大约20℃),启动压力泵，将压力升到工作压力的1.5倍，胶管外覆盖层不能出现龟裂或渗漏。

结果见下表：

5、外胶粘合强度：取160mm长度的成品软管沿轴向切成两半，取其中一半，沿轴向平行切两刀，间隔为25±0.5mm，注意不应切透胶布。试样数量3个。用手工将外胶层与胶布剥离足够的长度，以保证该剥开端被夹在试验机的夹具上。将被剥离层夹在移动夹持器上，使条状试样剥离角约为180度。启动试验机进行剥离，夹持器移动速度50±5mm/min，自动记录至少100mm长度的剥离力。计算出每个试样的剥离力中位数为粘合强度，平均粘合强度大于3N/mm。

结果见下表：

6、耐负压功能在60秒时间内将管体的真空压力升到-80kpa，保持时间10分钟以上，保压过程胶管内部和外部，无脱层、扁塌或凹陷现象。

结果见下表：

其它测试指标见下表：

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，包括软管和与软管相连接的接头，其特征在于，所述软管从内至外依次包括内层胶片、第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层和外层防护胶片，所述第一胶布层、铜导线层、弹簧钢丝层、第二胶布层共同构成骨架结构。

2.如权利要求1所述的一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，其特征在于，骨架结构的胶布层为4层，分别为第一胶布层、第二胶布层、第三胶布层、第四胶布层，铜导线层和弹簧钢丝层夹于第二层胶布层与第三层胶布层之间。

3.如权利要求1所述的一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，其特征在于，所述铜导线层是由2根铜导线交叉螺旋缠绕而成，2根铜导线在近管体两端60mm处预留铜导线线头，铜线头穿过外层防护胶片，外露长度为300mm。

4.如权利要求1或3所述的一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，其特征在于，所述软管与接头扣压连接时，铜导线线头与接头一并扣压连接。

5.如权利要求1所述的一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，其特征在于，所述内胶片层以丁腈橡胶为主料，添加金属氧化物和硫黄为硫化体系、噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂为硫化促进剂体系、防老剂和石蜡为防老化体系、二辛脂和松焦油为软化增塑体系、炭黑和碳五树脂。

6.如权利要求1所述的一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成，其特征在于，所述外胶层片采用三元乙丙橡胶作为主体材料，硫化体系采用以金属氧化物为硫化体系，以噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂为硫化促进体系，以抗臭氧剂为防护体系，增加胶料的抗臭氧和紫外线老化，为了保证胶料的粘合性能，添加了石油树脂作为辅助材料。

7.如权利要求1所述的一种应用于海洋钻井平台耐负压的输送跨接和抽吸软管总成的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤制成：

1)调制脱模剂，将脱模剂搅拌均匀至呈乳白色液体；

2)擦拭用于缠绕软管的芯棒表面，在芯棒上涂一层步骤1)调制完成的脱模剂；

3)在芯棒的外表面上缠绕内层胶片，缠绕应平整无皱褶，缠绕无缝隙；

4)在内胶片层外交叉以平衡角度缠绕1层或2层胶布层，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙；

5)在步骤4)的胶布层外交叉螺旋缠绕2道铜导线，并在距两端端部切割面60mm处留铜导线线头，铜导线线头长300mm；

6)在铜导线层外缠绕高强度的弹簧钢丝，按照5－30mm的螺距缠绕软管；

7)在弹簧钢丝层外再次交叉以平衡角度缠绕1层或2层胶布层，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙；

8)在步骤7)缠绕的胶布层外再缠绕外层防护胶片，缠绕平整无皱褶，缠绕无缝隙，步骤5)预留的铜导线线头穿过外层防护胶片外，在扣压接头时与接头扣压连接，使两端接头导通；

9)使用尼龙水布缠绕在外层防护胶片外，缠绕3层，尼龙水布接头间距应不小于1m；

10)在硫化罐中放入硫化台车，关闭硫化罐的排汽阀，打开硫化罐的进汽阀进行温罐，温罐条件为0.16MPa×10～20min；

11)温罐结束后，开启硫化罐的排气阀排出蒸汽，罐内无激汽流时，打开罐盖拉出硫化车；

12)将硫化台车软垫整理好，把缠好尼龙水布的软管排列在硫化车上捆牢，将硫化台车送入硫化罐，并关好罐盖；

13)打开进汽阀，向罐内送入蒸汽，当温度达到140℃时，开始进行硫化；

14)硫化结束后，开启排气阀排出蒸汽，罐内无激汽流时，打开罐盖，拉出硫化车并用冷水冷却缠有尼龙水布的胶管；

15)将硫化后的胶管固定在成型机上，将尼龙水布导开，将软管连同芯棒存放在通风处；

16)将芯棒从软管中取出；

17)将处理好的软管摆平直线放置，对软管进行长度切割；

18)软管使用扣压式接头，将软管端部切割整齐后，装配接头的内芯套和缩压外套，通过扣压设备对外部的缩压外套的挤压，对软管形成挤压压缩，起到接头防拔脱的作用和对内胶形成密封作用。