CN110094583A - 用于海洋复合软管的异型材和骨架层及含该骨架层的产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海洋复合软管的异型材和骨架层及含该骨架层的产品，该异型材包括横截面呈类G型截面的钢带，钢带包括顺次连接为一体的第一横臂、第一弧形臂、第二横臂、第二弧形臂、第三横臂、第三弧形臂和第四弧形臂；该由若干上述异型材缠绕互锁形成；含该骨架层的海洋复合软管从内至外依次为骨架层、内衬层、互锁抗压铠装层、非互锁抗压铠装层、第一耐磨层、第一抗拉铠装层、第二耐磨层、第二抗拉铠装层和外包覆层。本发明的异型材通过缠绕互锁连接，互锁结构之间有间隙允许相对移动，保证海洋复合软管具有良好的柔性，通过变形来抵御外界载荷，适用于深海恶劣的海洋环境。

Description

用于海洋复合软管的异型材和骨架层及含该骨架层的产品

技术领域

本发明涉及一种异型材及骨架层，具体涉及一种用于海洋复合软管的异型材和骨架层及含该骨架层的产品。

背景技术

在陆上油气勘探开发已经到了高熟阶段，油气产量不断减少，大油气田日趋枯竭的趋势下，于是人们逐渐将目光投向海洋。目前世界海洋油气探明可采储量为13215亿桶(约1802.53×108t)油当量,占全球含油气盆地总储量的三分之一以上。

近年来国外兴起的柔性复合软管由于其具有柔性、耐低温、耐腐蚀、不易结蜡、容易铺设安装、可以重复利用等优点，已经广泛应用到海底尤其是深海的油、气和水输送。柔性复合管道主要分为粘结性复合软管和非粘结性复合软管。由于非粘结型复合软管是由金属层和聚合物层复合而成，不需要化学物质进行粘结，层与层之间允许相对滑动，而且用户可以根据自己的实际需要在设计时适当增加或者减少层数(比如保温层)，各层之间允许存在相对位移，管道的弯曲能力也随之得到提高。因此，非粘结复合软管能更好的适应海洋中的复杂环境。

目前，非粘结复合软管的应用越来越广泛并且已经成为海洋柔性管道市场的主流管道，非粘结性复合软管多用于长距离、高压的管道输送，在超深水海洋开发中具有非常广泛的应用前景。非粘结性复合软管一般由骨架层、内衬层、抗压铠装层、耐磨层、抗拉铠装层、绝缘层、外护套层等多层构成的复合管体结构，其中骨架层主要提供抵抗外部压力载荷，提供足够的径向刚度来支撑内衬管，防止结构压溃破坏。骨架层互锁缠绕结构使得相邻截面存在一定的间隙，虽然能使其具有更好的柔性，但是在轴向运动过大或管道弯曲程度较大时，有可能出现达到材料屈服极限或者导致互锁结构卡死的问题，使得管道结构完整性被破坏。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于海洋复合软管的异型材和骨架层及含该骨架层的产品，该异型材通过缠绕互锁连接，互锁结构之间有间隙允许相对移动，保证复合软管具有良好的柔性，通过变形来抵御外界载荷，适用于深海恶劣的海洋环境。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于复合软管的异型材，该异型材包括横截面呈类G型截面的钢带，所述钢带包括顺次连接为一体的第一横臂、第一弧形臂、第二横臂、第二弧形臂、第三横臂、第三弧形臂和第四弧形臂；其中，所述第一横臂、第三横臂和第二横臂在竖直方向由高到低分布且相互平行，所述第一弧形臂和第二弧形臂的圆弧开口均朝向所述第二横臂内侧，所述第三弧形臂的圆弧开口朝向所述第二横臂下侧，所述第四弧形臂的圆弧开口朝向所述第二横臂上侧；所述第一横臂与所述第二横臂之间的间距等于所述第三弧形臂和第四弧形臂在竖直方向的最大间距；所述第一横臂的长度约等于所述第三弧形臂和第四弧形臂在水平方向的最大间距的五分之三；所述第一弧形臂与所述第二弧形臂之间的间距大于所述第三横臂与所述第三弧形臂、第四弧形臂和第二弧形臂横向距离之和的二倍；所述第一弧形臂的圆弧半径比所述第二弧形臂的圆弧半径大半个所述钢带的厚度；所述第三弧形臂与所述第四弧形臂的圆弧半径相等。

所述的异型材，优选的，所述第一横臂的内壁面与其下壁面和上壁面的连接处均呈圆角。

所述的异型材，优选的，所述第一弧形臂的内壁面与所述第一横臂的下壁面和所述第二横臂的上壁面的连接处呈弧形，所述第一弧形臂的外壁面与所述第一横臂的上壁面和所述第一横臂的下壁面的连接处呈弧形。

所述的异型材，优选的，所述第二弧形臂的外壁面与所述第三横臂的上壁面和所述第二横臂的下壁面的连接处呈弧形，所述第二弧形臂的内壁面与所述第三横臂的下壁面和所述第二横臂的上壁面的连接处呈弧形。

所述的异型材，优选的，所述第四弧形臂的内壁面与其上壁面和下壁面的连接处呈弧形，所述第三弧形臂的上壁面和所述第三横臂的上壁面的连接处呈弧形，所述第三弧形臂的下壁面和所述第三横臂的下壁面的连接处呈弧形。

一种用于海洋复合软管的骨架层，该骨架层由若干上述的异型材缠绕互锁形成，即第一个异型材的第一横臂插入至第二个异型材的第二横臂与第三弧形臂和第四弧形臂形成的槽体中，第三个异型材的第一横臂插入至所述第二个异型材的第二横臂与第三弧形臂和第四弧形臂形成的槽体中，以此类推进而形成缠绕互锁结构。

所述的骨架层，优选的，当所述第一个异型材的第一横臂插入至所述第二个异型材的第二横臂与第三弧形臂和第四弧形臂形成的槽体中时，所述第二个异型材的第四弧形臂的内壁面与所述第一个异型材的第一弧形臂的内壁面之间要保留一定的间隙，所述间隙距离大约为半个所述钢带的厚度，其余缠绕互锁的异型材亦然。

所述的骨架层，优选的，所述第一个异型材和第三个异型材之间存在间隙，并在临近海洋复合软管内部的所述间隙中加入工形插件。

所述的骨架层，优选的，所述异型材的材质为不锈钢钢带且为中空结构，所述不锈钢钢带的空腔中填充有热阻材料、高强度材料或绝缘材料；所述工形插件的材质为抗碳氢化合物以及酸性气体腐蚀的聚合物材料。

一种含上述骨架层的产品，该产品从内至外依次为骨架层、内衬层、互锁抗压铠装层、非互锁抗压铠装层、第一耐磨层、第一抗拉铠装层、第二耐磨层、第二抗拉铠装层和外包覆层，所述骨架层为上述的骨架层。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供的异型材的横截面呈类G型，能够缠绕互锁，在保证复合软管具有良好柔性的同时，有效防止流动时涡流的产生，因此能用于海洋复合软管。当海洋复合软管发生弯曲时，由于相互咬合截面之间存在间隙，允许异型材相邻截面为了一定的柔性在一定空间内发生相对运动。2、由于传统的S型截面骨架层间隙过大，易形成涡流，而本发明采用横截面呈类G型的异型材可以消除间距，很大程度的减小了涡流带来的流动损失，并且类G型截面承压效果也优于S型截面的骨架层。3、本发明的相邻异型材间的工形插件保证了骨架层内表面的光滑性，在输送效率方面得到了改善。4、本发明异型材的内部为中空，可填充热阻材料来减弱管道与周围环境的换热，亦可根据需要填充其他材料来提供额外强度或者绝缘性能。5、本发明各臂体的端面连接处圆角能够避免出现直角这样的尖点，为海洋复合软管弯曲时提供缓冲空间，直角可能在海洋复合软管弯曲时产生划痕，产生完整性问题。

附图说明

图1为本发明异型材的截面示意图；

图2为本发明骨架层的截面示意图；

图3为本发明海洋复合软管的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1所示，本发明提供的用于海洋符合软管的异型材，该异型材包括横截面呈类G型截面的钢带35，钢带35包括顺次连接为一体的第一横臂10、第一弧形臂11、第二横臂12、第二弧形臂14、第三横臂15、第三弧形臂16和第四弧形臂17。其中，第一横臂10、第三横臂15和第二横臂12在竖直方向由高到低分布且相互平行，第一弧形臂11和第二弧形臂14的圆弧开口均朝向第二横臂12内侧，第三弧形臂16的圆弧开口朝向第二横臂12下侧，第四弧形臂17的圆弧开口朝向第二横臂12上侧。第一横臂10与第二横臂12之间的间距等于第三弧形臂16和第四弧形臂17在竖直方向的最大间距，第一横臂10的长度约等于第三弧形臂16和第四弧形臂17在水平方向的最大间距的五分之三，第一弧形臂11与第二弧形臂14之间的间距大于第三横臂15与第三弧形臂16、第四弧形臂17和第二弧形臂14横向距离之和的二倍，第一弧形臂11的圆弧半径比第二弧形臂14的圆弧半径大半个钢带35的厚度，第三弧形臂16与第四弧形臂17的圆弧半径相等。

在上述实施例中，优选的，第一横臂10的内壁面20与其下壁面21和上壁面19的连接处均呈圆角。

在上述实施例中，优选的，第一弧形臂11的内壁面22与第一横臂10的下壁面21和第二横臂12的上壁面23的连接处呈弧形，第一弧形臂11的外壁面18与第一横臂10的上壁面19和第一横臂12的下壁面33的连接处呈弧形。

在上述实施例中，优选的，第二弧形臂14的外壁面32与第三横臂15的上壁面31和第二横臂12的下壁面33的连接处呈弧形，第二弧形臂14的内壁面24与第三横臂15的下壁面25和第二横臂12的上壁面23的连接处呈弧形。

在上述实施例中，优选的，第四弧形臂17的内壁面28与其上壁面29和下壁面27的连接处呈弧形，第三弧形臂16的上壁面30和第三横臂15的上壁面31的连接处呈弧形，第三弧形臂16的下壁面26和第三横臂15的下壁面25的连接处呈弧形。

如图2所示，基于上述实施例提供的异型材，本发明还提供了一种用于海洋符合软管的骨架层，该骨架层由若干个异型材缠绕互锁形成，即第一个异型材Ⅰ的第一横臂10插入至第二个异型材Ⅱ的第二横臂12与第三弧形臂16和第四弧形臂17形成的槽体中，第三个异型材Ⅲ的第一横臂10插入至第二个异型材Ⅱ的第二横臂12与第三弧形臂16和第四弧形臂17形成的槽体中，以此类推进而形成缠绕互锁结构。

在上述实施例中，优选的，当第一个异型材Ⅰ的第一横臂10插入至第二个异型材Ⅱ的第二横臂12与第三弧形臂16和第四弧形臂17形成的槽体中时，第二个异型材Ⅱ的第四弧形臂17的内壁面与第一个异型材Ⅰ的第一弧形臂11的内壁面之间要保留一定的间隙，间隙距离大约为半个钢带35的厚度，其余缠绕互锁的异型材亦然。这样的互锁结构具有良好的柔性，适用于海洋复合软管。

在上述实施例中，优选的，由于第一弧形臂11与第二弧形臂14之间的间距大于第三横臂15与第三弧形臂16、第四弧形臂17和第二弧形臂14横向距离之和的二倍，因此第一个异型材Ⅰ和第三个异型材Ⅲ之间存在间隙，在临近海洋复合软管内部的间隙中加入工形插件34，当海洋复合软管发生弯曲时允许骨架层的异型材相邻截面在一定空隙内发生相对运动，并保持一定的柔性，而且工形插件34可以有效的抑制脉动涡流或者减小脉动带来的不利影响；另外一个优势是可以提高骨架层内表面的光滑度，减小流动摩阻损失，从而降低流动压降，以提高海洋复合软管的水力效率，同时也可以降低振动，降低海洋复合软管的疲劳失效的概率。由此，本发明异型材形成的骨架层相邻截面保持一定柔性的同时在一定空间内允许海洋复合软管发生相对运动。

在上述实施例中，优选的，异型材的材质优选为不锈钢钢带且为中空结构，不锈钢钢带的空腔中填充有热阻材料、高强度材料或绝缘材料，由此热阻材料可以提供良好的保温效能，高强度材料可以提供额外强度，绝缘材料可以提供较好的绝缘性能，使形成的骨架层具有良好的适应性；工形插件34的材质保证柔性的前提下优选抗碳氢化合物以及酸性气体腐蚀的聚合物材料。

如图3所示，基于上述实施例提供的骨架层，本发明还提供了一种含上述骨架层的产品(即海洋复合软管)，该海洋复合软管从内至外依次为骨架层1、内衬层2、互锁抗压铠装层3、非互锁抗压铠装层4、第一耐磨层5、第一抗拉铠装层6、第二耐磨层7、第二抗拉铠装层8和外包覆层9。其中，骨架层1为由上述若干个异型材缠绕互锁形成的骨架层，用来抵抗外压荷载，提供足够的径向刚度来支撑内衬管，防止外压压溃；内衬层2形成输送流体的密封层，防止内部流体泄露；互锁抗压铠装层3和抗压铠装层非互锁4承受管体内压及部分外压；第一耐磨层5和第二耐磨层7能够防止金属与金属之间接触磨损；第一抗拉铠装层6和第二抗拉铠装层8用来承受轴向拉力；外包覆层9可以抵抗机械损坏，防止海水腐蚀及海洋生物和船舶的破坏。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于复合软管的异型材，其特征在于，该异型材包括横截面呈类G型截面的钢带(35)，所述钢带(35)包括顺次连接为一体的第一横臂(10)、第一弧形臂(11)、第二横臂(12)、第二弧形臂(14)、第三横臂(15)、第三弧形臂(16)和第四弧形臂(17)；

其中，所述第一横臂(10)、第三横臂(15)和第二横臂(12)在竖直方向由高到低分布且相互平行，所述第一弧形臂(11)和第二弧形臂(14)的圆弧开口均朝向所述第二横臂(12)内侧，所述第三弧形臂(16)的圆弧开口朝向所述第二横臂(12)下侧，所述第四弧形臂(17)的圆弧开口朝向所述第二横臂(12)上侧；

所述第一横臂(10)与所述第二横臂(12)之间的间距等于所述第三弧形臂(16)和第四弧形臂(17)在竖直方向的最大间距；

所述第一横臂(10)的长度约等于所述第三弧形臂(16)和第四弧形臂(17)在水平方向的最大间距的五分之三；

所述第一弧形臂(11)与所述第二弧形臂(14)之间的间距大于所述第三横臂(15)与所述第三弧形臂(16)、第四弧形臂(17)和第二弧形臂(14)横向距离之和的二倍；

所述第一弧形臂(11)的圆弧半径比所述第二弧形臂(14)的圆弧半径大半个所述钢带(35)的厚度；

所述第三弧形臂(16)与所述第四弧形臂(17)的圆弧半径相等。

2.根据权利要求1所述的异型材，其特征在于，所述第一横臂(10)的内壁面(20)与其下壁面(21)和上壁面(19)的连接处均呈圆角。

3.根据权利要求1所述的异型材，其特征在于，所述第一弧形臂(11)的内壁面(22)与所述第一横臂(10)的下壁面(21)和所述第二横臂(12)的上壁面(23)的连接处呈弧形，所述第一弧形臂(11)的外壁面(18)与所述第一横臂(10)的上壁面(19)和所述第一横臂(12)的下壁面(33)的连接处呈弧形。

4.根据权利要求1所述的异型材，其特征在于，所述第二弧形臂(14)的外壁面(32)与所述第三横臂(15)的上壁面(31)和所述第二横臂(12)的下壁面(33)的连接处呈弧形，所述第二弧形臂(14)的内壁面(24)与所述第三横臂(15)的下壁面(25)和所述第二横臂(12)的上壁面(23)的连接处呈弧形。

5.根据权利要求1所述的异型材，其特征在于，所述第四弧形臂(17)的内壁面(28)与其上壁面(29)和下壁面(27)的连接处呈弧形，所述第三弧形臂(16)的上壁面(30)和所述第三横臂(15)的上壁面(31)的连接处呈弧形，所述第三弧形臂(16)的下壁面(26)和所述第三横臂(15)的下壁面(25)的连接处呈弧形。

6.一种用于海洋复合软管的骨架层，其特征在于，该骨架层由若干权利要求1-5中任一项所述的异型材缠绕互锁形成，即第一个异型材(Ⅰ)的第一横臂(10)插入至第二个异型材(Ⅱ)的第二横臂(12)与第三弧形臂(16)和第四弧形臂(17)形成的槽体中，第三个异型材(Ⅲ)的第一横臂(10)插入至所述第二个异型材(Ⅱ)的第二横臂(12)与第三弧形臂(16)和第四弧形臂(17)形成的槽体中，以此类推进而形成缠绕互锁结构。

7.根据权利要求6所述的骨架层，其特征在于，当所述第一个异型材(Ⅰ)的第一横臂(10)插入至所述第二个异型材(Ⅱ)的第二横臂(12)与第三弧形臂(16)和第四弧形臂(17)形成的槽体中时，所述第二个异型材(Ⅱ)的第四弧形臂(17)的内壁面与所述第一个异型材(Ⅰ)的第一弧形臂(11)的内壁面之间要保留一定的间隙，所述间隙距离大约为半个所述钢带(35)的厚度，其余缠绕互锁的异型材亦然。

8.根据权利要求6所述的骨架层，其特征在于，所述第一个异型材(Ⅰ)和第三个异型材(Ⅲ)之间存在间隙，并在临近海洋复合软管内部的所述间隙中加入工形插件(34)。

9.根据权利要求8所述的骨架层，其特征在于，所述异型材的材质为不锈钢钢带且为中空结构，所述不锈钢钢带的空腔中填充有热阻材料、高强度材料或绝缘材料；

所述工形插件(34)的材质为抗碳氢化合物以及酸性气体腐蚀的聚合物材料。

10.一种含上述骨架层的产品，该产品从内至外依次为骨架层(1)、内衬层(2)、互锁抗压铠装层(3)、非互锁抗压铠装层(4)、第一耐磨层(5)、第一抗拉铠装层(6)、第二耐磨层(7)、第二抗拉铠装层(8)和外包覆层(9)，其特征在于，所述骨架层(1)为权利要求6-9任一项所述的骨架层。