CN112066101A - 一种柔性立管及其交织型抗拉铠装层 - Google Patents

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余杨
张振兴
王巍巍
傅一钦
张阳
张传杰
尤敏杰
吴凡蕾
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Abstract

本发明公开了一种柔性立管及其交织型抗拉铠装层，其包括内层抗拉铠装层和外层抗拉铠装层，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层采用交织对称缠绕的方式互锁连接为一体，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层两者分别沿着顺逆时针相反的方向以一定的螺旋角度旋转延伸缠绕。本发明正交交织型抗拉铠装层耗材更少，结构简单，不需要借助其它材料的前提下实现了自身结构强度的提高，具有较好的实用性和经济性。

Description

一种柔性立管及其交织型抗拉铠装层
技术领域
本发明涉及属于海洋领域柔性立管技术领域，具体是指一种抗拉铠装层。
背景技术
随着世界对油气资源的需求不断增加，陆地和近海可开采资源日益减少，海洋资源的开发受到越来越多的重视。虽然我国油气资源储量丰富，尤其是南海就有300亿吨的原油和16万亿立方米的天然气，但由于我国油气资源开发技术储备有限，导致南海丰富油气资源正遭受周边国家的疯狂掠夺，因此，提高我国深海油气资源装备的研发技术任重道远。
立管系统作为连接水下油气生产系统和浮式生产储卸油装置的关键结构。立管系统分为钢性立管和柔性立管，其中，钢性立管的生产建造、安装、维修和维护周期长且费用高，难以回收，且容易受到复杂海况影响。柔性立管具有强抗腐蚀能力，相对钢性立管，更加轻便，易于安装、维修、维护和回收利用，在深海油气开发领域得到了广泛的使用，目前80%油田的立管系统采用的是柔性立管。
柔性立管是连接海底水下生产系统和水上浮式生产系统的关键结构。水上浮式生产系统包括FPSO（浮式生产储卸油装置）、浮式平台、半潜式平台或张力腿平台等。柔性立管可以在水平和垂直方向移动，灵活性较强，能够很好地抵御浮体运动和复杂环境引起的外部荷载。
柔性立管又分为粘性柔性立管和非粘性柔性立管，二者均具有多层不同形状和材料的复合结构组成。粘性柔性立管通过物理挤压或者化学工艺将各层进行粘合处理，相邻层间不能发生相互分离和滑移。非粘性柔性立管各层按照一定顺序进行精细装配，相邻层之间无粘性允许相互分离和滑移，具有更好的灵活性能够承受更大的轴向力和弯矩，适用范围更广，造价更低。
目前，现有常规的非粘性柔性立管的组成包括：骨架层、抗压铠装层、抗拉铠装层、防摩擦层、防腐蚀层、内外部护套层等共同构成。其中，抗拉铠装层一般为两层正交的条带式钢索沿圆柱螺旋线缠绕形成，其缠绕角度在30～40度之间，主要用于抵御柔性立管由于浮体运动产生的张力，保护立管系统安全运营。
专利公开号为CN107102410A的发明专利公开了一种内嵌光纤的深海立管抗拉铠装层，在抗拉铠装层内部嵌入环氧树脂材料胶合的光纤连接传感器，实现立管信息的实时监测。虽然通过嵌入光纤为抗拉铠装层实现了信息传输的功能，但是其对柔性立管本身的强度任何实际帮助，而且嵌入光纤的工艺复杂，操作难度大，检测维修困难。
如图1所示，为现有技术中的常规多层柔性立管1的示意图，由内向外分别为：以承受内部荷载及自重的骨架层1-1，防止内部流体泄露的密封内衬套1-2，以承受外部荷载的铠装层，包括抗压铠装层1-3和内抗拉铠装层1-5和抗拉铠装层1-7，正交缠绕的抗拉铠装层1-5和抗拉铠装层1-7两层配合使用可以起到抗扭抗拉的作用，抗压耐摩擦层1-4和抗拉耐摩擦层1-6减少层间摩擦影响，外层护套1-8防止外部环境导致腐蚀或破坏。抗拉铠装层1-5和抗拉铠装层1-7位于柔性立管的抗压耐摩擦层1-4和外层护套1-8之间，中间夹有抗拉耐摩擦层1-6，通常由正交缠绕的条形不锈钢制成。抗拉压铠装层1-5和抗拉压铠装层1-7承担着抵御柔性立管1外部拉力和扭转荷载的功效，是柔性立管1最主要的功能性结构之一。抗拉铠装层1-5和抗拉压铠装层1-7的抗拉伸和抗扭转强度直接关系着柔性立管的整体的结构强度，是保证海洋油气安全生产和运营的关键。
图2为图1中所述常规正交型抗拉铠装层1-5和抗拉铠装层1-7的缠绕形式示意图，抗拉铠装层1-5和抗拉铠装层1-7均为条形不锈钢材料，矩形截面，内外两层以80°正交缠绕，中间夹有抗拉耐摩擦层1-6。抗拉铠装层1-5、抗拉铠装层1-7抗拉耐摩擦层1-6的层与层间容易发生摩擦和滑移，锁紧程度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：可以减少抗压铠装层的层与层之间摩擦和滑移，提高了层与层之间相互锁紧强度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种交织型抗拉铠装层，其包括内层抗拉铠装层和外层抗拉铠装层，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层采用交织对称缠绕的方式互锁连接为一体，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层两者分别沿着顺逆时针相反的方向以一定的螺旋角度旋转延伸缠绕。
优选地，所述内层抗拉铠装层和外层抗拉铠装层为不锈钢材质的钢条，其截面积均为矩形。
优选地，所述螺旋角度为范围70°。
优选地，所述外层抗拉铠装层为顺时针方向旋转延伸缠绕。
优选地，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层的厚度和宽度相同。
本发明还公开了技术方案为：一种柔性立管，其由内向外分别包括：骨架层、密封内衬套、抗压耐摩擦层、所述的交织型抗拉铠装层以及外层护套。
本发明的技术效果在于：1.本发明的抗压铠装层为正交交织型，仅仅包括内层抗拉铠装层和外层抗拉铠装层共两层，采用交织对称缠绕的方式互锁连接为一体，省去了现有技术中的抗拉耐摩擦层。有效减少了顺时针抗拉铠装层与逆时针抗压铠装层之间的层间摩擦和滑移，同时也减少了抗拉铠装层与内外护套之间的接触间隙，能够提高了柔性立管的使用寿命。
2.本发明的抗拉铠装层自缠绕互锁连接方法，使两层正交的抗拉铠装层紧密连接，提高了相邻抗拉铠装层之间的连接性，不会因为复杂环境荷载或浮体剧烈运动而发生错位的现象，提高了抗拉铠装层之间相互咬合强度。
3.本发明的柔性立管在不增加任何材料的情况下，有效提高铠装层的保护作用，进而提高了柔性立管整体的抗拉、抗压和抗弯能力，提高抗拉铠装层的抵御台风等极端海况的能力，进而提高整个柔性立管的安全性能，保证油气生产的正常运营。
附图说明
图1是现有技术中常规柔性立管的结构示意图；
图2是现有技术中常规抗拉铠装层示意图；
图3是本发明交织型抗拉铠装层的主视图的结构示意图；
图4为本发明交织型抗拉铠装层的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图3和图4所示，为本发明一种交织型抗拉铠装层2，其包括内层抗拉铠装层2-5和外层抗拉铠装层2-7，所述内层抗拉铠装层2-5和所述外层抗拉铠装层2-7采用正交交织对称缠绕的方式互锁连接为一体，所述内层抗拉铠装层2-5和所述外层抗拉铠装层2-7两者分别沿着顺逆时针相反的方向以一定的螺旋角度旋转延伸缠绕。本实施例中，螺旋角度为范围70°，所述内层抗拉铠装层2-5和外层抗拉铠装层2-7螺旋形的交织型，限制了抗拉铠装层在水平和垂直方向上的运动，还很好地提高了柔性立管的灵活性。
外层抗拉铠装层2-7和内层抗拉铠装层2-5均为不锈钢材质的钢条，其截面积均为矩形。外层抗拉铠装层2-7和内层抗拉铠装层2-5的厚度和宽度相同，便于交织的时候才能形成平整的铠装层。
外层抗拉铠装层2-7为顺时针方向旋转延伸缠绕，相反，内层抗拉铠装层2-5以逆时针方向旋转延伸缠绕，外层抗拉铠装层2-7和内层抗拉铠装层2-5在相交的节点相互编织锁紧。避免了柔性立管由于大位移运动响应导致两层抗拉铠装层发生错位。
本发明还公开了技术方案为：一种柔性立管，其由内向外分别包括：骨架层、密封内衬套、抗压耐摩擦层、所述的交织型抗拉铠装层以及外层护套内层抗拉压铠装层2-5与外层抗拉铠装层2-7采用的交织对称缠绕的互锁形式如图4所示，省去了原本用于减少内外抗拉铠装层之间相互摩擦影响的抗拉耐摩擦层（如图1中所示的抗拉耐摩擦层1-6），间接减少了柔性立管层与层之间不必要的摩擦。内层抗拉铠装层2-5逆时针旋转，外层抗拉铠装层2-7顺时针旋转，两者相互交织缠绕，相互互锁交织形式进行连接，比常规抗拉铠装层具有以下优势：
1）本发明正交交织型抗拉铠装层比起常规抗拉铠装层具有更少的层数，省去了抗拉耐摩擦层，减少了不必要的层间接触和滑移问题。
2）本发明正交交织型抗拉铠装层之间互锁更紧密，避免了柔性立管由于大位移运动响应导致两层抗拉铠装层发生错位，而导致柔性立管整体抗性下降的问题，在一定程度上提高了柔性立管的结构强度。
3本发明正交交织型抗拉铠装层，不仅没有限制了抗拉铠装层在水平和垂直方向上的运动，还很好地提高了柔性立管的灵活性。
3）本发明正交交织型抗拉铠装层耗材更少，结构简单，不需要借助其他材料的前提下实现了自身结构强度的提高，具有较好的实用性和经济性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种交织型抗拉铠装层，其特征在于，其包括内层抗拉铠装层和外层抗拉铠装层，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层采用正交交织对称缠绕的方式互锁连接为一体，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层两者分别沿着顺逆时针相反的方向以一定的螺旋角度旋转延伸缠绕。
2.根据权利要求1所述的交织型抗拉铠装层，其特征在于，所述内层抗拉铠装层和外层抗拉铠装层为不锈钢材质的钢条，其截面积均为矩形。
3.根据权利要求1所述的交织型抗拉铠装层，其特征在于，所述螺旋角度为范围70°。
4.根据权利要求1所述的交织型抗拉铠装层，其特征在于，所述外层抗拉铠装层为顺时针方向旋转延伸缠绕。
5.根据权利要求1所述的交织型抗拉铠装层，其特征在于，所述内层抗拉铠装层和所述外层抗拉铠装层的厚度和宽度相同。
6.一种柔性立管，其特征在于，其由内向外分别包括：骨架层、密封内衬套、抗压耐摩擦层、如权利要求1~5任一项所述的交织型抗拉铠装层以及外层护套。
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