DK176945B1

DK176945B1 - Fleksibelt, rørformet rør med et anti-slidhylster

Info

Publication number: DK176945B1
Application number: DKPA200701769A
Authority: DK
Inventors: Jean Hardy
Original assignee: Technip France Sa
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2010-06-14
Also published as: US7770603B2; GB2441066B; NO339979B1; US20080190507A1; GB0721348D0; WO2006120320A1; GB2441066A; NO20075523L; FR2885672A1; FR2885672B1; AU2006245653B2; BRPI0611228B1; AU2006245653A1; DK200701769A; BRPI0611228A2

Description

DK 176945 B1

Titel: Fleksibelt, rørformet rør til transport af hvdrocarboner.

Den foreliggende opfindelse angår fleksible, rørformede rør til transport af hy-drocarboner.

5

Den angår nærmere bestemt et rør af typen beskrevet i de standardiserede dokumenter publiceret af the American Petroleum Institute (API) og især trykskrif-teme API 17J og API RP 17B.

10 Denne type rør omfatter successive lag, som er uafhængige af hinanden og består af på den ene side af skruelinjeformede vindinger, af bånd og/eller profilerede wirer og, på den anden side, af i det mindste ét hylster fremstillet af polymermateriale. Hvor metallagene har funktion med at optage de mekaniske kræfter, både indre og ydre, har polymerhylstrene den funktion, at de tilveje-15 bringer indvendig og udvendig tætning.

De forskellige lag er til en vis udstrækning bevægelige i forhold til hinanden, så de tillader at røret kan bøje. En række strukturer eksisterer for sådanne rør. De har alle generelt en multilags helhed kaldet en trykhvælving, som er beregnet til 20 at optage de radiale kræfter, og en multilagshelhed, som er beregnet til at optage de aksiale kræfter.

Sædvanligvis består trykhvælvingen, som er anbragt på den indvendige side af røret, af en skruelinjeformet vinding med kort-stigning af en profileret wire, og 25 lagene, som er beregnet til at optage de aksiale kræfter, som er anbragt på ydersiden af røret, består generelt af et par armeringslag bestående af krydsede wirer viklet skruelinjeformet med en lang stigning.

For yderligere at forhindre i det mindste to af disse armeringslag i at komme di-30 rekte i kontakt med hinanden, noget der kunne få dem til at blive slidt for tidligt, er et relativt tyndt mellemliggende lag af plastmateriale indskudt.

2 DK 176945 B1

Der kan især henvises til trykskriftet EP O 929 767, som beskriver et rør udstyret med et sådant mellemliggende anti-slidlag.

Det er kendt at fremstille et sådant anti-slidlag ved skruelinjeformet vikling af et 5 anti-slidbånd fremstillet ved ekstrudering af et polyamid-baseret eller polyolefin-baseret plastmateriale.

Imidlertid forringes disse mellemliggende lag hurtigt, når de fleksible rør underkastes store spændinger såsom dem, der optræder, når de betjener visse off-10 shore oliefelter, idet de ligger i en stor dybde, og hvor hydrocarbonen har en høj temperatur på ca. 13013. Under sådanne betingelser kan disse mellemliggende anti-slidlag udsættes for temperaturer tæt ved 110°C og kontakttryk på ca. 300 til 400 bar.

15 Formålet med nærværende opfindelse er at opnå et fleksibelt rørformet rør, hvis mellemliggende anti-slidlag af plastmateriale ikke blot er modstandsdygtigt mod alvorlige arbejdsbetingelser, men også kan opnås for en fordelagtig pris.

20 Til dette formål og i henhold til et første aspekt tilvejebringer opfindelsen et fleksibelt, rørformet rør til transport af hydrocarboner, hvilket rørformet rør omfatter i det mindste to metalliske armeringslag adskilt af et anti-slidlag fremstillet af et plastmateriale, idet hvert af nævnte lag bliver fremstillet ved skruelinjeformet vikling af et aflangt metalelement, og nævnte anti-slidlag bliver fremstillet ved 25 skruelinjeformet vinding af et bånd af nævnte plastmateriale; i henhold til opfindelsen omfatter nævnte plastmateriale en amorf polymer, hvis glasovergangstemperatur er imellem 175 og 25513.

Således beror ét træk ifølge opfindelsen på anvendelsen af en amorf polymer, i 30 sig selv eller som en blanding, hvis glasovergangstemperatur er mellem 175 og 255“C, i det anvendte plastmateriale til at danne et mellemliggende anti-slidlag.

For eksempel er glasovergangstemperaturen af den amorfe polymer imellem 210 og 240Ό.

3 DK 176945 B1

Selv om amorfe polymerer med høj ydelse ikke er anbefalet i anvendelser, i hvilket tribologiske kvaliteter er ønsket og specielt slidbestandighed, viser det sig meget overraskende, at sådanne materialer bevarer deres egenskaber gen-5 nem levetiden for det fleksible rørformede rør. Andre materialer kunne med fordel tilrådes, blandt dem halv-krystallinske materialer med høj ydelse, men disse er på den ene side ikke lette at fremstille ved ekstrussion i form af lange bånd, noget som er absolut nødvendigt med henblik på at kunne tape rørene, og på den anden side er de yderst kostbare.

10 I henhold til én særlig fordelagtig første udførelsesform ifølge opfindelsen er nævnte amorfe polymer en polymer, som indeholder en sulfongruppe eller nærmere bestemt en sulfongruppe, som er en gruppe omfattende et svovlatom og to oxygenatomer forbundet til svovlatomet via to dobbeltbindinger. Sådanne po-15 lymerer bliver normalt anvendt i området for plastisk sprøjtestøbning. De er ikke kendte inden for området for ekstrusion, i hvilke polymerer med høj molekylvægt skal anvendes.

Som følge deraf og takket være anvendelsen af relativt billige polymerer, som 20 indeholder sulfongrupper, hvor glasovergangstemperaturen på sådanne polymerer i gennemsnit er tæt ved 220^, er det melleml iggende anti-slidlag relativt bestandigt og kryber ikke mellem de viklede elementer af hvert af armeringslagene, hvis afstand kan være op til få millimeter. Især kryber det ikke, når det forøges til en temperatur på ca. 110Ό og bliver udsat for tryk tæt ved 400 bar.

25 Disse betingelser kan være kombineret i tilfælde af betjening af dyb-havs oliebrønde. Endvidere giver disse polymerer, som indeholder sulfongrupper, plastmaterialet høj hydrolysemodstand, hvilket derved forsinker deres ældning.

Fortrinsvis er nævnte amorfe polymer en polyphenylsulfon (PPSU), som har alle 30 de mekaniske, termiske og ældningskarakteristikker, som kræves.

4 DK 176945 B1

Endvidere omfatter nævnte plastmateriale mindst 60 vægt% af nævnte amorfe polymer, idet balancen, dannet af en række additiver, især fyldstoffer, som følge deraf vil være mindre end 40%.

5 Med fordel indeholder nævnte plastmateriale yderligere et fyldstof, som er beregnet til at nedsætte friktionskoefficienten af plastmaterialet, således at armeringslagene kan virke i forhold til hinanden, når røret bøjes, idet det mellemliggende plastmaterialelag så tillader, at armeringslagene gnider mod det, til trods for de høje tryk, som udøves. I henhold til en foretrukken udførelsesform har 10 plastmaterialet en vægtandel af fyldstoffet på mindre end 20%. Dette resulterer i en god friktionskoefficient for det mellemliggende lag imod armeringslagene, mens der stadig opretholdes tilstrækkelig mekanisk ydelse til anvendelsen.

For eksempel er fyldstoffet et syntetisk materiale af den fluorholdige eller per-15 fluorholdige polymertype med en molekylvægt, som er tilstrækkelig til anvendelsen, i olie, pasta eller pulverform. Fyldstoffet kan også bestå af molybdændisul-fid eller forbindelser baseret på alifatiske fedtkæder, ligegyldig om de er halogeneret eller ikke.

20 Endvidere giver det således fremstillede plastmateriale anti-slidlagene krybe-modstand i de fleksible, rørformede rør, som tidligere anvendte plastmaterialer ikke har. Krybningen af anti-sliglagene mellem vindingerne af armeringslagene af en fleksibel struktur er et komplekst fænomen, som er vanskeligt at modellere og kræver et enormt antal forsøg under servicebetingelser for de fleksible rør.

25 Yderligere tilvejebringer de tekniske data af kommercielt til rådighed værende polymerer ingen information eller egenskaber, som tillader et rimeligt valg af polymer til at opnå løsning af dette tekniske krybningsproblem. 1 henhold til en anden udførelsesform ifølge opfindelsen inkluderer nævnte 30 plastmateriale yderligere en halvkrystallinsk polymer, f.eks. en polyetherether-keton (PEEK) blandet med den amorfe polymer i et vægtforhold på mindre end 20%, f.eks. mellem 5 og 15% af polyetheretherketon, for at have gavn af egen- 5 DK 176945 B1 skaberne både af den amorfe polymer og af den halvkrystallinske polymer, som i almindelighed frembyder gode tribologiske egenskaber.

Desuden har nævnte plastmateriale fortrinsvis en elastisk trækmodul eller træk-5 moduler målt i henhold til ASTM D 638 standard, ved en temperatur op 20“C, på imellem 18oo og 3200 MPa. Dette giver båndet af plastmateriale en bøj-ningsstivhed, som tillader det at blive viklet skruelinjeformet omkring røret uden nogen vanskelighed. For eksempel er denne trækmodul imellem 2100 og 2700 MPa.

10

Fortrinsvis har det mellemliggende lags plastmateriale en trækstyrke ved flydning eller flydestyrke på mere end 40 MPa og med fordel 60 MPa for derved at være i stand til at tåle at blive anbragt omkring et armeret lag, under hvilken et bånd af plastmateriale kan udsættes for spændinger i størrelsesordenen adskil-15 lige tiere af MPa.

Yderligere, og særlig fordelagtigt, har nævnte plastmateriale en trækforlængelse ved flydning eller flydeforlængelse på mere end 5% og fortrinsvis mere end 7% for derved at være tilstrækkelig elastisk til at følge bevægelserne af det flek-20 sible rør i drift.

Yderligere og fortrinsvis har nævnte plastmateriale en forlængelse ved brud på mere end 20% og fortrinsvis mere end 50%.

25 I henhold til et andet aspekt tilvejebringer opfindelsen en fremgangsmåde til at fremstille et fleksibelt rørformet rør til transport af hydrocarboner, hvilken fremgangsmåde er af typen, hvor mindst to aflange metalelementer er viklet skruelinjeformet i rækkefølge for at danne to armeringslag, idet bånd af plastmateriale bliver viklet i skruelinjeform mellem nævnte armeringslag for at danne et anti-30 slidlag; i henhold til opfindelsen anvendes et plastmateriale omfattende en amorf polymer, hvis glasovergangstemperatur er mellem 175 og 255Ό, til at danne nævnte bånd. Desuden og særlig fordelagtigt bliver plastmaterialet eks- 6 DK 176945 B1 truderet for derved at forenkle behandlingen af materialet, især for derved at danne tynde lag eller ark af stor længde.

Fortrinsvis er nævnte lag spaltet med henblik på at fremstille nævnte bånd for at 5 konditionere dem til at blive installeret på en rørfremstillingsanordning. Endvidere er nævnte bånd med fordel stød-svejst ved ultralydssvejsning.

Andre træk og fordele ifølge opfindelsen vil fremgå ved læsning af den efterfølgende beskrivelse af særlige udførelsesformer ifølge opfindelsen, anført som 10 eksempel, og med henvisning til den vedføjede tegning, hvorpå - figuren er et partielt skematisk billede i perspektiv af et fleksibelt, rørformet rør ifølge opfindelsen.

15 Figuren viser således partielt en del af et fleksibelt rør 2 omfattende, fra indersiden 4 til ydersiden 6: et fleksibelt metalrør eller et skelet 7, fremstillet af en skruelinjeformet vinding med kort-stigning af metalstrimler eller wirer; et indre tætningshylster eller trykhylster 8 anbragt omkring skelettet 7; et dækningslag 10 mellem skelettet 7 og trykhylsteret 8; en trykhvælving 16 dannet af en vikling 20 med kort stigning omkring trykhylsteret 8 af en låst profileret metalwire, som er beregnet til at optage de indre trykkræfter; et første trækarmeringslag 18 og et andet trækarmeringslag 20. Disse armeringslag er dannet af wirer viklet med en lang stigning og beregnet til at optage de langsgående trækkræfter, som det fleksible rør 2 kan være udsat for.

25

Yderligere og i overensstemmelse med opfindelsen har røret 2 en første skruelinjeformet vinding 22 af et bånd af plastmateriale med henblik på at danne et første anti-slidlag mellem trykhvælvingen 16 og det første armeringslag 18, og en anden skruelinjeformet vinding 24 af et bånd af samme plastmateriale med 30 henblik på at danne et andet anti-slidlag mellem de to armeringstræklag 18, 20.

Takket være disse to anti-slidlag, er armeringslagene 18, 20 og trykhvælvingen 16 respektivt ikke direkte i berøring med hinanden, således at der, når det flek- 7 DK 176945 B1 sible rør 2 bøjes, ikke er noget slid som følge af, at metalarmeringslagene gni-der imod hinanden.

Disse plastbånd omfatter en amorf polymer, hvis glasovergangstemperatur er 5 mellem 175 og 255^, og fortrinsvis mellem 210 og 2 40^, og frembringes ved ekstrusion.

Plastforbindelserne, som kan anvendes, og mere bestemt typen af amorf polymer, som er egnet, vil blive forklaret i detaljer efterfølgende.

10

Amorfe polymerer, som ikke er kendte for deres tribologiske egenskab, dvs. deres modstand mod friktionsslid, har vist sig at være fremragende materialer i denne antislidanvendelse af armeringslag.

15 De amorfe polymerer, som har vist sig at være gode kandidater i førnævnte anvendelse er polysulfon (PSU), polyethersulfon (PES), polyphenylsulfon (PPSU) og polyetherimid (PEI), hvis glasovergangstemperaturer er mellem 185 og 250^. Blandt disse polymerer viser dem, som indeholder en sulfongruppe (PSU, PES og PPSU), sig at være de mest modstandsdygtige.

20

Dette er fordi de har en trækmodulus, som er tæt ved 2500 MPa og en brudforlængelse på mere end 60%. Yderligere har de en flydeforlængelse på mere end 5% og en flydestyrke på mere end 60 MPa.

25 Ved endvidere at blande det med fluor eller perfluorforbindelser af polytetra-fluorethylen (PTFE) eller perfluorpolyether (PFPE) typen eller også med molyb-dændisulfid er det muligt ikke blot at forøge hårdheden af plastmaterialet, men desuden at forbedre dets friktionskoefficient med metalarmeringerne.

30 Desuden er hydrolysemodstanden og den kemiske modstand af førnævnte amorfe materialer meget væsentlig højere end den for f.eks. polyamider, som hidtil har været anvendt til at fremstille antislidlag.

8 DK 176945 B1

Tilmed har de optagede amorfe materialer en glasovergangstemperatur godt over servicetemperaturen, som plastmaterialet udsættes for, ved maksimum 1100, på en sådan måde, at de mekaniske egenskaber i brug kun lige er påvirket.

5

Derfor bevarer materialerne på den ene side deres anti-slidegenskaber og, på den anden side forringes de ikke i løbet af tiden og under bevægelserne af de fleksible rørformede rør til trods for spændingerne, og især er de sammentrykkende spændinger ekstremt høje, ca. 300 til 400 bar.

10

Andre semikrystallinske polymerer kunne være egnede på grund af deres egenskaber og specielt deres tribologiske karakteristikker. Disse er især polyether-etherketon (PEEK), polyimid (PI), flydende krystalpolymerer (LCP'er), poly-phthalamid (PPA) og polyethylensulfid (PPS). Imidlertid har disse alle ulempen 15 ved at være kostbare og ikke lette at behandle, især til fremstilling af lag ved ekstrusion. Desuden skal forstærkende fyldstoffer f.eks. af glasfiber eller car-bonfibertypen tilsættes til dem med henblik på at forøge deres deformationskapacitet under belastning.

20 Imidlertid har de været blandet med førnævnte amorfe polymerer med en grænse på 20 vægt%, fortrinsvis mellem 5 og 15 vægt% for derved at tilføre tribologiske egenskaber intrinsisk til de semikrystallinske polymerer på det førnævnte plastmateriale.

25 Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til at fremstille fleksible, rørformede rør til at transportere hydrocarboner.

Vægtforholdet af den amorfe polymer i plastmaterialet er større end 60% og fortrinsvis større end 80%. I henhold til én særlig udførelsesform ifølge opfindelsen 30 er polyphenylsulfon (PPSU) blandet med 15% polytetrafluorethylen (PTFE) og ekstruderet gennem en meget bred arkmatrice, f.eks. 1,00 meter bred, for derved at opnå et langt ark med en tykkelse på 1,5 mm og en bredde på ca. 1,00 meter.

9 DK 176945 B1 I henhold til en anden udførelsesform ifølge opfindelsen omfatter blandingen 80% polyphenylsulfon (PPSU), 10% polyetheretherketon (PEEK) og 10% poly-tetrafluorethylen (PTFE).

5 Samtidigt bliver arket, efter at være blevet kølet, viklet op for at frembringe en moderspole på nogle få hundrede meter i længde.

Dernæst bliver arket spaltet med henblik på at opnå bånd 50 til 100 mm i bredde, som bliver genvundet på datterspoler, for at blive installeret på en konventi-10 onel båndvikler monteret på linje med en spiralagtig eller armeringsanordning til at nedlægge metalarmeringswirer. Som følge deraf er der ikke noget behov for at modificere eller tilpasse nævnte eksisterende båndvindingsanordning med henblik på at installere disse bånd af plastmateriale derpå.

15 Ifølge fremgangsmåden bliver en profileret wirer først skruelinjeformet, med en kort stigning, for at fremstille trykhvælvingen 16. Dernæst bliver et plastbånd af den førnævnte type, som indeholder en amorf polymer, viklet skruelinjeformet for at fremstille den første vinding 22 på trykhvælvingen 16. Dette plastbånd bliver generelt påført med et træk omkring 100 til 150 daN, som påfører en mid-20 delspænding på båndet på ca. 10 til 20 MPa.

Yderligere og i henhold til ét særligt fordelagtigt træk ifølge opfindelsen er plastbåndene stød-svejst, når dette er nødvendigt, ved ultralydspunktsvejsning. For at gøre dette bliver de to ender af båndene, som skal stød-svejses, ført sam-25 men, det ene over det andet, og en egnet sonotrode bliver påført til de to ender.

Dernæst bliver det første trækarmeringslag 18 dannet på den første vikling 22 og et bånd af plastmateriale bliver igen viklet skruelinjeformet på trækarme-ringslaget 18 for at danne den anden vinding 24.

30

Endelig bliver det andet trækarmeringslag 20 påført til den anden vinding 24 og så dækket med et beskyttende hylster 26.

10 DK 176945 B1

Imidlertid kan andre lag, ligegyldig om de er fremstillet af plastmateriale eller metal, være inkorporeret i det fleksible rør 2 opstrøms for trykhvælvingen 16 eller nedstrøms for det andet trækarmeringslag 20.

5

Claims

1. Fleksibelt, rørformet rør (2) til transport af hydrocarboner, hvilket fleksible, rørformede rør omfatter mindst to metalliske armeringslag (18, 20), som er ad- 5 skilt af et anti-slidlag (24), som er fremstillet af et plastmateriale, idet hvert af lagene er fremstillet af en skruelinjeformet vinding af et aflangt metallisk element, og nævnte anti-slidlag (24) er fremstillet ved skruelinjeformet vinding af et bånd af nævnte plastmateriale, kendetegnet ved, at nævnte plastmateriale omfatter en amorf polymer, hvis glasovergangstemperatur er mellem 175 og 255ΧΪ. 10

2. Fleksibelt, rørformet rør ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte amorfe polymer er en polymer, som indeholder en sulfongruppe.

3. Fleksibelt, rørformet rør ifølge krav 2, kendetegnet ved, at nævnte amorfe 15 polymer er en polyphenylsulfon.

4. Fleksibelt, rørformet rør ifølge et af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at nævnte plastmateriale omfatter mindst 60 vægt% af nævnte amorfe polymer.

5. Fleksibelt, rørformet rør ifølge et af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at nævnte plastmateriale yderligere inkluderer et fyldstof, som er beregnet til at nedsætte friktionskoefficienten af nævnte plastmateriale.

6. Fleksibelt, rørformet rør ifølge krav 5, kendetegnet ved, at nævnte plast-25 materiale har en vægtdel af fyldstof på mindre end 20%.

7. Fleksibelt, rørformet rør ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at nævnte fyldstof er et fluorholdigt eller perfluorholdigt, syntetisk materiale.

8. Fleksibelt, rørformet rør ifølge et af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at plastmaterialet yderligere indeholder en semikrystallinsk polymer. 12 DK 176945 B1

9. Fleksibelt, rørformet rør ifølge krav 8, kendetegnet ved, at nævnte plastmateriale har en vægtdel af semikrystallinsk polymer på mindre end 20%.

10. Fleksibelt, rørformet rør ifølge et af kravene 1 til 9, kendetegnet ved, at 5 nævnte plastmateriale har en elastisk trækmodul på mellem 1800 og 3200 MPa.

11. Fleksibelt, rørformet rør ifølge et af kravene 1 til 10, kendetegnet ved, at nævnte plastmateriale har en flydestyrke på mere end 40 MPa. 10

11 DK 176945 B1

12. Fleksibelt, rørformet rør ifølge et af kravene 1 til 11, kendetegnet ved, at nævnte plastmateriale har en flydeforlængelse på mere end 5%.

13. Fremgangsmåde til fremstilling af et rørformet, fleksibelt rør (2) til transport 15 af hydrocarboner, hvilken fremgangsmåde er af typen, hvor i det mindste to aflange metalelementer er viklet skruelinjeformet i rækkefølge for at danne to armeringslag (18, 20), idet plastmaterialebånd er viklet skruelinjeformet mellem nævnte armeringslag for at danne et anti-slidlag (24), kendetegnet ved, at et plastmateriale omfattende en amorf polymer, hvis glasovergangstemperatur er 20 mellem 175 og 255^, bliver anvendt til at danne næ vnte bånd.

14. Fremgangsmåde ifølge krav 13, kendetegnet ved, at plastmaterialet bliver ekstruderet i form af lange ark.

15. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 13 eller 14, kendetegnet ved, at nævnte lag er spaltet med henblik på at opnå nævnte bånd.

16. Fremgangsmåde ifølge krav 15, kendetegnet ved, at nævnte bånd er stød-svejst ved ultralydssvejsning. 30 forTECHNIP FRANCE Chas. Hude A/S