EA027794B1

EA027794B1 - Шлангокабель

Info

Publication number: EA027794B1
Application number: EA201401002A
Authority: EA
Inventors: Йорн Бустен; Рулоф Мариссен
Original assignee: ДСМ АйПи АССЕТС Б.В.
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2017-09-29
Also published as: EP2826042A1; US20150034202A1; MX355157B; EA201401002A1; US9677693B2; MX2014010871A; WO2013135609A1; MY185064A; CN104170027A

Abstract

Изобретение относится к шлангокабелю, содержащему несколько из функциональных элементов для обеспечения гидравлической передачи, электрической передачи, передачи сигнала и передачи химических веществ, в котором, по меньшей мере, некоторые из указанных функциональных элементов содержат волокнистую оплетку, содержащую высокопрочные полиолефиновые волокна.

Description

Настоящее изобретение относится к шлангокабелю, содержащему несколько из функциональных элементов для обеспечения гидравлической передачи, передачи электричества, передачи сигнала и передачи химического вещества, например, к подводной установке и от нее. Такой шлангокабель в основном используется в морской добыче углеводородов, однако он также может быть использован в других отраслях промышленности, где передача, по меньшей мере, энергии, сигналов и текучих сред должна быть объединена предпочтительно в одном устройстве.

Известный шлангокабель раскрыт в АО 2011/131969 и содержит элементы шлангокабеля, такие как электрические кабели, волоконно-оптические кабели и шланги, а также элементы, принимающие нагрузку, действующую на шлангокабель. Несущими элементами в АО 2011/131969 являются синтетические канаты, содержащие высокопрочные органические волокна. Другие раскрытия шлангокабелей, армированных сталью, приведены, например, в И8 6472614; АО 93/17176; ОБ 2316990; И8 6472614; АО 2005/124095; И8 2007/0251694; ОВ 2326177; АО 2005/124095 и И8 6472614.

Известные шлангокабели, в частности известный из АО 2011/131969, имеют ряд преимуществ, например они могут быть использованы на больших глубинах и/или при большей или более жесткой динамической нагрузке. Они также имеют преимущественные механические свойства, особенно в осевом направлении, и могут обеспечить более простое изготовление, монтаж и ремонт.

Однако, в частности, во время подводного монтажа шлагокабеля несколько факторов играют важную роль. Обычно шлангокабель, который представляет собой сложную слоистую систему труб и кабелей, устанавливают с монтажной платформы путем размотки из устройства хранения лебедкой. Также важно отметить, что даже во время хранения и транспортировки нежелательные напряжения могут воздействовать на шлангокабель. В процессе установки шлангокабель подвергается различным нагрузкам, например сминающим нагрузкам, вызываемым монтажным оборудованием, но также и нагрузкам, создаваемым ветром и волнами. Кроме того, известно, что самые высокие нагрузки и, в частности, наиболее высокие нагрузки на растяжение и изгиб возникают в верхней части шлангокабеля, то есть секции в части от монтажной платформы. Эти нагрузки, в сочетании со слишком высокой или слишком низкой гибкостью шлангокабеля, могут негативно сказываться на сложных взаимодействиях между его слоями и вызывать трение между указанными слоями, что, в свою очередь, может повредить шлангокабель.

Кроме того, сложные взаимодействия, происходящие внутри шлангокабеля, и требования к нему ставят трудные задачи для инженеров-конструкторов. Возросшие требования, например, к более высокому напряжению, более высокой мощности, более высоким температуре и давлению и меньшему весу, особенно для глубоководных подводных шлангокабелей, может заставить инженеров конструировать такие системы с большим запасом прочности, что, в свою очередь, может привести к еще более сложным системам и/или более высокой стоимости.

Поэтому желательно предложить шлангокабель, в меньшей степени отягощенный вышеуказанными недостатками или вообще без них. В частности, представляется необходимым шлангокабель, который имеет оптимальную гибкость и может выдерживать различные нагрузки, действующие на него для достижения благоприятного результата при определенных условиях. Представляется необходимым шлангокабель, который обеспечивает большую свободу в выборе конструкции с учетом конкретных требований к нему.

Настоящее изобретение предлагает шлангокабель, содержащий несколько из функциональных элементов для обеспечения гидравлической передачи, передачи электричества, передачи сигнала и передачи химического вещества, в котором, по меньшей мере, некоторые из указанных функциональных элементов содержат волокнистую оплетку, содержащую высокопрочные полиолефиновые волокна. Предпочтительно все функциональные элементы, обеспечивающие гидравлическую связь в указанном шлангокабеле, содержат указанную волокнистую оплетку, более предпочтительно все указанные функциональные элементы, содержащиеся в шлангокабеле, содержат указанную волокнистую оплетку.

Было установлено, что шлангокабель настоящего изобретения, для простоты называемый также шлангокабель изобретения, имеет гибкость, необходимую для предотвращения износа функциональных элементов, входящих в него, в процессе его монтажа. В частности, было установлено, что гибкость шлангокабеля изобретения может быть оптимизирована так, что трение между функциональными элементами может быть уменьшено ниже порогового значения износа, при этом обеспечивая достаточное трение для обеспечения достаточного распределения нагрузки между различными элементами шлангокабеля, требуемого во время монтажа указанного шлангокабеля.

Другим преимуществом изобретения является то, что шлангокабель может обеспечить безопасную и быструю установку. После установки шлангокабель изобретения может показать оптимальную реакцию динамической усталости, т.е. оптимизированное распределение нагрузки между его различными элементами.

Далее описаны различные предпочтительные результаты осуществления шлангокабеля изобретения. В предпочтительном осуществлении, по меньшей мере, некоторые из функциональных элементов шлангокабеля изобретения содержат волокнистую оплетку, причем мас.% волокнистой оплетки от функционального элемента, рассчитанный относительно общей массы указанного элемента, составляет по меньшей мере 0,1 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,5 мас.%, наиболее предпочтительно

- 1 027794 по меньшей мере 1,0 мас.%. Обычно в шлангокабеле существует разница между массой различных функциональных элементов шлангокабеля, например масса функциональных элементов, обеспечивающих гидравлическую связь, может отличаться от массы функциональных элементов, обеспечивающих прохождение сигнала или мощности. Было установлено, что большая свобода в выборе конструкции и оптимальные свойства могут быть достигнуты при регулировке мас.% волокнистой оплетки с учетом функциональной принадлежности конкретного функционального элемента. Предпочтительно мас.% волокнистой оплетки от функционального элемента, рассчитанное относительно общей массы указанного элемента, составляет не более 25 мас.%, более предпочтительно не более 10 мас.%, наиболее предпочтительно не более 5 мас.%.

Предпочтительно по меньшей мере часть функциональных элементов, более предпочтительно все функциональные элементы, содержащие волокнистую оплетку, имеют внешнюю поверхность, которая сформирована волокнистой оплеткой. Другими словами, обычно функциональный элемент, такой как, например, силовой кабель, имеет стенку, содержащую слоистую структуру. Предпочтительно внешний слой стенки функционального элемента содержит волокнистую оплетку.

Волокнистая оплетка функциональных элементов шлангокабеля изобретения также может быть покрыта и/или импрегнирована различными материалами, улучшающими различные свойства указанной волокнистой оплетки, или даже обеспечивающими их функциональность. Любой материал, пригодный для нанесения покрытия или импрегнирования, может быть использован в соответствии с настоящим изобретением, как, например, расплавы полимерных материалов, таких как термопласты, термореактивные пластики и эластомеры, в особенности полиолефины и полиолефиновые сополимеры, такие как полипропилены и полиэтилены, например полиэтилен низкой плотности (ПЭНП); жидкокристаллические полимеры; сополимеры акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС); сополимеры стирол-акрилонитрил (САН); полиакрилаты поливинилацетата (ПВА) и этилвинилацетата (ЭВА); полиамиды; полибутадиены; эпоксидные смолы; полиимиды; силиконовые и фторосиликоновые каучуки и т.п. Также может быть использована жидкая рецептура, такая как суспензии различных твердых веществ в жидкой среде. Предпочтительно жидкая среда представляет собой воду. Подходящие примеры твердых материалов, пригодных для изготовления указанных суспензий, в частности суспензий на водной основе, включают полиуретаны, эпоксидные смолы, воски, каучуки и материалы на основе силикона.

Волокнистая оплетка, используемая в соответствии с настоящим изобретением, содержит высокопрочные полиолефиновые волокна. Предпочтительные полиолефиновые волокна представляют собой волокна, изготовленные из гомополимеров или сополимеров полипропилена или полиэтилена. Более предпочтительно полиолефин представляет собой полиэтилен, наиболее предпочтительно полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (ИНМ^РЕ). Под иНМХУРЕ в описании подразумевается полиэтилен, имеющий характеристическую вязкость (IV) по меньшей мере 3 дл/г, более предпочтительно по меньшей мере 4 дл/г, наиболее предпочтительно по меньшей мере 5 дл/г. Предпочтительно IV составляет не более 40 дл/г, более предпочтительно не более 25 дл/г, более предпочтительно не более 15 дл/г. IV может быть определена в соответствии с ΆδΤΜ Ό1601 (2004) при 135°С в декалине, время растворения составляет 16 ч, ВНТ (бутилированный гидрокситолуол) в качестве антиоксиданта в количестве 2 г/л в растворе, экстраполяцией вязкости, измеренной при различных концентрациях на нулевую концентрацию. Волокно из иНМХУРЕ предпочтительно представляет собой сформованное из геля волокно, т.е. волокно, изготовленное способом формования из геля. Примеры процессов формования из геля для изготовления иНМХУРЕ волокна описаны в многочисленных публикациях, включая ЕР 0205960 А, ЕР 0213208 А1, И8 4413110, ОВ 2042414, ΟΒ-Ά-2051667, ЕР 0200547 В1, ЕР 0472114 В1, \\'О 01/73173 А1, ЕР 1,699,954 и в Айуапсе ИЬте δρίηηίη§ ТесЬпо1оду, Ей. Т. №-1карта. ХУоойНеай РиЫ. Ый. (1994), ΙδΒΝ 1855731827.

Под волокном в описании подразумевается удлиненное тело, имеющее размер по длине и поперечный размер, например ширину и толщину, причем размер по длине намного больше, чем поперечные размеры. Термин волокно также включает различные варианты, например элементарная нить (филамент), тесьма, полоса, лента и т.п., имеющие однородное или неоднородное поперечное сечение. Волокно может иметь непрерывную длину, также известное как филамент, или быть дискретной длины и в этом случае относится в данной области техники к штапельному волокну. Предпочтительным волокном для использования в соответствии с изобретением является филамента, имеющая, по существу, округлое поперечное сечение. Пряжа, используемая для целей изобретения, представляет собой удлиненное тело, содержащее множество волокон.

Высокопрочные полиолефиновые волокна, используемые в соответствии с изобретением, предпочтительно представляет собой волокна, имеющие предел прочности при растяжении по меньшей мере 0,5 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 1,2 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 3,5 ГПа. Когда полиолефиновые волокна представляют собой иНМХУРЕ волокна, указанные иНМХУРЕ волокна предпочтительно имеют предел прочности при растяжении по меньшей мере 1,2 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 ГПа, наиболее предпочтительно по меньшей мере 3,5 ГПа. Предпочтительно полиолефиновые волокна имеют модуль упругости при растяжении по меньшей мере 30 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 50 ГПа, более пред- 2 027794 почтительно по меньшей мере 60 ГПа. Предпочтительно полиолефиновые волокна представляют собой ИНМ^РЕ волокна, имеющие модуль упругости при растяжении по меньшей мере 50 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 60 ГПа, наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 ГПа.

Денье полиолефиновых волокон и, в частности, ИНМ^РЕ волокон, используемых в изобретении, предпочтительно составляет от 0,5 до 20, более предпочтительно от 0,7 до 10, наиболее предпочтительно от 1 до 5 денье на филаменту (άρί). Если пряжа, содержащая указанные волокна, используется для изготовления волокнистой оплетки, денье указанной пряжи предпочтительно составляет от 100 до 3000 ден, более предпочтительно от 200 до 2500 ден, наиболее предпочтительно от 400 до 1000 ден.

В специальном осуществлении полиолефиновые волокна, используемые в соответствии с изобретением, имеют лентообразную форму, или, другими словами, указанные полиолефиновые волокна являются полиолефиновыми лентами. Предпочтительно указанные полиолефиновые ленты представляют собой ИНМ^РЕ ленты. Лента (или плоская лента) для целей настоящего изобретения представляет собой волокно с отношением размеров поперечного сечения, т.е. отношение ширины к толщине, предпочтительно составляющим по меньшей мере 5:1, более предпочтительно по меньшей мере 20:1, более предпочтительно по меньшей мере 100:1 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1000:1. Лента предпочтительно имеет ширину от 1 до 600 мм, более предпочтительно от 1,5 до 400 мм, более предпочтительно от 2 до 300 мм, более предпочтительно от 5 до 200 мм и наиболее предпочтительно от 10 до 180 мм. Лента предпочтительно имеет толщину от 10 до 200 мкм и более предпочтительно от 15 до 100 мкм. Под отношением размеров поперечного сечения в описании подразумевается отношение ширины к толщине.

В предпочтительном осуществлении волокнистая оплетка, используемая в соответствии с изобретением, содержит текстильный материал, содержащий высокопрочное полиолефиновое волокно. Указанный текстильный материал может быть любого плетения, известного в данной области техники, например тканым, трикотажным, платированным, плетеным или нетканым материалом или их комбинацией. Трикотажные текстильные материалы могут быть уточновязанными, например однофонтурным трикотажным полотном или двухфонтурным трикотажным полотном, или основовязанными. Примером нетканого материала является войлок или текстильный материал, в котором волокна идут, по существу, вдоль общего направления, в основном параллельно. Дальнейшие примеры тканых, трикотажных или нетканых материалов, а также используемые методы их изготовления описаны в НаибЪоок о£ Тесйшса1 ТехШек, ΙδΒΝ 978-1-59124-651-0 в гл. 4-6, их раскрытие включено в описание ссылкой. Описание и примеры плетеных текстильных материалов описаны в том же руководстве в гл. 11 и, в частности, в параграфе 11.4.1, их раскрытие включено в описание ссылкой.

Указанный текстильный материал наиболее предпочтительно является тканым текстильным материалом. Предпочтительные осуществления тканых текстильных материалов включают ткань гладкого (миткалевого) переплетения, ластичного переплетения, рогожка, саржевого переплетения, переплетения панама, переплетения воронья лапа и атласного переплетения, хотя также могут быть использованы более сложные переплетения, такие как трехмерное переплетение. Более предпочтительно тканый текстильный материал является тканью гладкого переплетения, наиболее предпочтительно тканый текстильный материал представляет собой ткань с переплетением рогожка. В одном осуществлении волокна, используемые для изготовления тканого текстильного материала, являются лентами. Было установлено, что волокнистая оплетка, содержащая такой тканый текстильный материал, может также уменьшить разрыв шлангокабеля, например, за счет избыточной деформации различных элементов в нем, и также может улучшить стабильность шлангокабеля. В частности, может быть изготовлен шлангокабель, дающий меньше выгибов, петель и перегибов.

Шлангокабель изобретения также может содержать армирующие элементы, называемые далее первичными армирующими элементами. Первичные армирующие элементы в шлангокабеле предназначены для принятия нагрузки и, в частности осевой нагрузки, действующей на указанный шлангокабель. Первичные армирующие элементы могут быть, например, тросами, проходящими вдоль шлангокабеля, такими как раскрытые в \УО 2011/131969, или так называемыми кожухами, например сетка вокруг шлангокабеля. Такие первичные армирующие элементы предпочтительно также содержат полиолефиновые волокна, более предпочтительно ИНМ^РЕ волокна.

Шлангокабель изобретения может быть использован в различных применениях и может обеспечить следующие преимущества:

ί) меньше инцидентов во время транспортировки и/или монтажа; ϊϊ) оптимальная надежность и безопасность;

ίίί) может обеспечить меньшее число конструктивных недостатков и увеличения свободы при конструировании и оптимизации, например, меньшей, более простой и легкой конструкции, что, в свою очередь, может привести к увеличению срока службы.

Шлангокабель изобретения предпочтительно является подводными шлангокабелем, т.е. используется для контроля подводных конструкций с морской платформы, плавучего основания, с берега. Подводные шлангокабели обеспечивают различные функциональные связи между указанными платформой, подводным оборудованием и берегом.

Шлангокабель изобретения также может быть использован в качестве скважинного шлангокабеля,

- 3 027794

т.е. шлангокабеля, используемого для управления скважинным оборудованием или контролируемым с поверхности подземным оборудованием, например предохранительными клапанами.

Другие конкретные шлангокабели изобретения могут быть электрогидравлическими шлангокабелями для мультиплексных систем; управляющими электрогидравлическими шлангокабелями; шлангокабелями контроля введения химических реагентов; шлангокабелями добычной скважины; электрооптическими шлангокабелями; шлангокабелями пневмопушки; управляющими шлангокабелями; шлангокабелями подводного изолирующего клапана (881У); силовыми шлангокабелями; шлангокабелями верхней части платформы; шлангокабелями капитального ремонта скважины; обслуживающими шлангокабелями; аварийными шлангокабелями; шлангокабелями заканчивания скважины и шлангокабелями аппарата с дистанционным управлением (КОУ).

Методы измерения.

Механические свойства при растяжении, т.е. прочность и модуль упругости полиолефиновых волокон, определены на мультифиламентных пряжах, как указано в ΑδΤΜ Ό885Μ, с использованием номинальной измерительной базы волокна 500 мм, скорости траверсы 50%/мин и зажимов ΙηδΐΓοη 2714, типа ИЬег Опр Ό5618Ο. Для расчета прочности измеренные усилия растяжения делятся на титр, определенный взвешиванием 10 м волокна; значения в ГПа рассчитывают с учетом обычной плотности полимера, например, для ϋΗΜνΡΕ 0,97 г/см³.

Механические свойства при растяжении полиолефиновых лент: предел прочности при растяжении и модуль упругости при растяжении определяют и измеряют при 25°С на лентах шириной 2 мм в соответствии со стандартом Ό882, используя номинальную измерительную базу ленты 440 мм, скорость траверсы 50 мм/мин.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Шлангокабель, содержащий несколько функциональных элементов для обеспечения гидравлической передачи, электрической передачи, передачи сигнала и передачи химических веществ, в котором, по меньшей мере, некоторые из указанных функциональных элементов содержат волокнистую оплетку, содержащую высокопрочные полиолефиновые волокна.
2. Шлангокабель по п.1, в котором мас.% волокнистой оплетки функционального элемента, рассчитанный относительно общей массы указанного элемента, составляет по меньшей мере 0,1 мас.%.
3. Шлангокабель по п.1, в котором мас.% волокнистой оплетки, рассчитанный относительно массы функционального элемента, составляет не более 25 мас.%.
4. Шлангокабель по любому из пп.1-3, в котором волокнистая оплетка образует наружную поверхность функциональных элементов.
5. Шлангокабель по любому из пп.1-4, в котором функциональные элементы имеют стенки, имеющие слоистую структуру, в которой наружные слои содержат волокнистую оплетку.
6. Шлангокабель по любому из пп.1-3, в котором волокнистая оплетка покрыта или импрегнирована термопластичным полимером, термореактивным полимером или эластомером.
7. Шлангокабель по любому из пп.1-6, в котором полиолефиновые волокна представляют собой волокна, изготовленные из гомополимеров или сополимеров полипропилена или полиэтилена.
8. Шлангокабель по любому из пп.1-7, в котором полиолефиновые волокна представляют собой волокна, изготовленные из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (ИНМ^РЕ).
9. Шлангокабель по любому из пп.1-8, в котором полиолефиновые волокна имеют предел прочности при растяжении, составляющий по меньшей мере 0,5 ГПа.
10. Шлангокабель по любому из пп.1-9, в котором полиолефиновые волокна имеют линейную плотность, составляющую от 0,5 до 20 денье на филаменту (брГ).
11. Шлангокабель по любому из пп.1-10, в котором полиолефиновые волокна имеют лентообразную форму.
12. Шлангокабель по любому из пп.1-11, в котором полиолефиновые волокна представляют собой полиолефиновые ленты с шириной от 1 до 600 мм и толщиной от 10 до 200 мкм.
13. Шлангокабель по любому из пп.1-12, в котором волокнистая оплетка представляет собой текстильный материал, изготовленный из высокопрочных полиолефиновых волокон.
14. Шлангокабель по любому из пп.1-13, в котором волокнистая оплетка представляет собой тканый текстильный материал, изготовленный из высокопрочных полиолефиновых волокон.