NO175550B - Fremgangsmåte ved fremstilling av laminatrör - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør. Mer spesielt vedrører foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør for injeksjon til et undervanns borehull tilkoblet mellom en moder-oljeplattform og en undervanns satelittstasjon. Laminatrøret kan også brukes til hydraulisk styring av ventiler i satelittstasjoner. Laminatrøret kan operere ved høye trykk, er kjemikalieresistent og kan spoles opp på en trommel.

Ved oljeutvinning til havs brukes det ofte en produksjons-plattform omgitt av flere borehull i avstand fra olje-plattformen. I den senere tid er det utviklet en spesiell produksjonsmetode for oljeutvinning fra borehull på store havdyp, hvor det ved hvert enkelt borehull er plassert en undervanns satelittstasjon med det nødvendige produksjons-utstyr som ventiler og lignende. Disse satelittstasjonene er forbundet via rørledninger til en moderplattform hvorfra kontrollen og produksjonen fra borehullet styres.

Ved oljeboring og oljeproduksjon til havs er det nødvendig å injisere kjemikalier til undervannsinstallasjoner samt hydraulikkmedium til ventiler og lignende, spesielt ved hydraulisk styring av ventiltreet over selve brønnhodet. Når en ventil i undervannsinstallasjonen skal åpnes eller lukkes, må dette skje på kortest mulig tid ved f.eks. utblåsninger.

Dersom det oppstår en ukontrollert utblåsing i et brønnhode, vil det ofte ta flere minutter før det hydrauliske signalet når frem til brønnhodet på grunn av lang responstid. Denne responstiden er et resultat av at fibrene i signalledningen er flettet uten matrisemateriale på utsiden av termoplast-slangen. Dette medfører at tøyningsvolumet blir stort og dermed øker responstiden. De miljømessige konsekvensene ved at det tar opptil flere minutter å stenge av en ukontrollert utblåsning under vann kan være meget store.

Kjente rørledninger for bruk som beskrevet over er hoved-sakelig stålrør av forskjellige typer samt termoplastslanger med en utvendig lastbærende flettet strømpe av polymerfiber. Fra GB 1.231.091 er det kjent et plastrør for undervannsbruk som kan bygges opp med et antall lag av forsterkende tråder og trådene legges under fremstillingen lagvis både som aksiell og radiell forsterkning, samt legges i spiralviklede lag.

Disse kjente rørledningene har imidlertid flere ulemper som at stålrørene vil korrodere og de armerte termoplastslangene har for lang responstid når hydrauliske signaler sendes over lengre avstander. Kjemikaliene som transporteres i termoplastslangene vil også kunne diffundere gjennom plast-materialet. En annen ulempe forbundet med anvendelse av kjente rør er at de ikke kan spoles opp, det vil si at de må legges ut i seksjoner og deretter skjøtes. Dette medfører betydelige kostnader på grunn av de ekstra foranstaltninger som må tas ved rørskjøting på store havdyp. En annen ulempe med kjente laminatrør med et indre rør av termoplast og et ytre komposittsjikt av herdeplast med armering, er at den mekaniske styrken mellom termoplasten og herdeplasten ikke er tilstrekkelig god. Dette skyldes at det er vanskelig å binde sammen ("grafte") en termoplast og en herdeplast.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør, hvor det fremstilte laminatrøret har betydelig lavere responstid enn kjente rørledninger og som kan fremstilles i uendelige lengder, slik at det ikke er nødvendig med skjøting av røret annet enn ved tilkoblingspunktene mellom rørledningen og tilkoblingsstedet.

I tillegg vil laminatrøret fremstilt i henhold til foreliggende fremgangsmåte være mer kjemikalieresistent enn tilsvarende stålrør.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør som kan spoles opp på en trommel, slik at laminatrøret kan legges ut ved hjelp av et konvensjonelt kabelutleggingsskip.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør som beskrevet over, hvor det dannes både en mekanisk og kjemisk binding ("grafting" ) mellom termoplasten og herdeplasten.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør for anvendelse ved oljeutvinning til havs, omfattende et termoplastisk indre rør belagt med et laminat av matrisemateriale bestående av et eller flere sjikt av armerende fibre valgt fra glassfiber, karbonfiber og polymerfiber eller kombinasjoner av disse, hvilket matrisemateriale er en herdeplast, hvilket laminatrør omfatter et indre termoplastisk rør belagt med et sjikt av langsgående armeringsfibre, en multidireksjonal matte, et sjikt med radiell 'forsterkning av armeringsfibre, en multidireksjonal armeringsmatte, langsgående armeringsfibre, en multidireksjonal matte og en radiell forsterkning av armeringsfibre, hvor alle sjiktene er bundet sammen med en herdeplast, kjennetegnet ved at termoplastrøret før lamineringen utsettes for en strekkbehandling i aksiell retning som forlenger røret tilsvarende et spenningsfritt termoplastrørs termiske forlengelse i aksiell retning ved herdeplastens herdetempera-tur, slik at termoplastrørets termiske forlengelse under herdeprosessen blir tilnærmet lik null.

Termoplastrøret kan før laminering påføres en polymer ved hjelp av en krysshodeekstruder, hvilken polymer danner en kjemisk binding mellom herdeplasten og termoplasten. Fig. 1 viser et snitt av et laminatrør i fremstilt i henhold fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk en fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 er en skisse som viser et eksempel på anvendelse av et laminatrør i henhold til oppfinnelsen.

I figur 1 er det vist en utførelsesf orm av et laminatrør fremstilt i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. I figuren er de enkelte sjiktene vist med lik tykkelse, men dette er kun av illustrative årsaker. Laminatrøret i figur 1 omfatter et indre termoplastisk rør 1, med et sjikt av langsgående glassfibre 2, en multidireksjonal matte 3, et radielt glassfibersjikt 4, en multidireksjonal matte 5, et langsgående glassfibersjikt 6, en multidireksjonal matte 7 og et radielt glassfibersjikt 8. Alle disse sjiktene er bundet sammen med en herdeplast.

Figur 2 viser skjematisk fremgangsmåten ved fremstilling av et laminatrør i henhold til oppfinnelsen. Termoplastrøret blir ekstrudert 9 og tilføres en strekkbelastning. Denne strekkbelastningen som forlenger røret, tilsvarer termo-plastrørets termiske forlengelse i aksiell retning ved herdetemperaturen. Termoplastrøret får da innefrosne spenninger i aksiell retning. Disse termiske spenningene vil senere bli utløst under herdeprosessen med en positiv virkning på bindingsforholdet mellom herdeplasten og termoplasten. Etter ekstruderingen av termoplastrøret blir dette mellomlagret, eller ført via en bufferstasjon (ikke vist) inn i produksjonsprosessen.

Umiddelbart før lamineringsprosessen starter, blir termo-plastrøret forbehandlet ved at det blir vasket 10 med et egnet avfettingsmiddel som f.eks. aceton og deretter slipt 11 utvendig med et roterende slipepapir f.eks. 40 grad sand-papir. Røret blir deretter vasket/skylt 12 med f.eks. aceton før røret går inn i produksjonsprosessen. Termoplastrøret kommer ikke kontakt med fett eller forurensende væsker under slipe/vaske-prosessen. Denne forbehandlingen av termoplast-røret er vist ved 10-12 i figur 2. Et alternativ til denne forbehandlingen omfatter påføring av en ter-polymer på termoplastrørets utside. Terpolymeren påføres med en krysshode ekstruder (ikke vist) og gir en kjemisk binding mellom herdeplast og termoplast.

Termoplastrøret er nå klart for laminatoppbygging hvor laminatet bygges opp på røret ved romtemperatur. Laminatet bygges altså opp direkte med termoplastrøret som bærer, slik at man slipper å bruke f. eks. en innvendig dor, noe som brukes ved kjente fremstillingsmetoder for laminatrør. Vanligvis fremstilles laminatrør ved å laminere/vikle fiber på en roterende dor. Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen roterer hverken termoplastrøret eller laminatet. Først blir det lagt et lag fiber direkte på termoplastrøret i langsgående retning ved 13. Glassfibertrådene blir strukket fra et magasin 14 med såkalte passere og passerer gjennom et bad 15 med herdeplast, der fibertrådene blir impregnert. Glassfibrene legges kant i kant slik at termoplastrøret blir helt dekket av glassfiber. Deretter blir det pålagt et sjikt med multidireksjonal matte ved 16. Utenpå dette laget legges det et lag med radiell glassfiber ved hjelp av en karusell 17. Deretter følger den multidireksjonale matten ved 18, som er impregnert med herdeplast før den legges på. Overflatematten er en tynn, filtlignende glassfibermatte.

Utenpå overflatematten legges et lag med langsgående glassfiber 19 som impregneres i et herdeplastbad 20, før den legges på.

Utenpå dette aksielle laget påføres et multidireksjonal matte ved 21. Deretter påføres et siste lag med radiell glassfiber ved hjelp av en roterende karusell 22.

Til slutt vikles det to lag med cellofantape 23 over laminatet for å forhindre tap av herdeplast og hindre siging av laminatet under den etterfølgende herdeprosessen.

Deretter går laminatrøret inn i herdeovnen 24 hvor epoksyen herdes. Herdeovnen er et rør som utvendig er isolert med mineralull. I røret er det montert en V-formet skinne som laminatrøret trekkes gjennom ved hjelp av et beltetrekk 25. Herdeovnen 24 har en vifte og et varmeelement med regulering.

Herdeovnens 24 lengde er bestemt av herdetiden og produk-sjonshastigheten. Laminatrøret skal være ferdig herdet når det kommer ut av herdeovnen 24.

Etter at laminatrøret kommer ut av herdeovnen 24, blir cellofanlaget spylt av. Røret avkjøles og spoles opp på en trommel 26 når det har fått romtemperatur. På grunn av at laminatrøret har en spenst og fungerer som en fjær, har trommelen motorfremtrekk.

En trekkwire legges mellom et beltefremtrekk 25 som trekker de langsgående fibrene og termoplastrøret gjennom produksjonsprosessen og inn i herdeovnen 24. Når laminatrørets ende kommer ut av herdeovnen 24 økes avstanden mellom gummibeltene og f reintrekket 25 trekker i selve laminatrøret.

Fremstillingen av laminatrøret er basert på at prosessen skal foregå kontinuerlig. Termoplastrøret kan i prinsippet fremstilles i ubegrensede lengder, og kan ved hjelp av kjent teknikk skjøtes, dersom dette skulle være nødvendig. Dersom det skulle oppstå et brudd i laminatrøret, kan dette skjøtes med en stålkobling etter at røret er ferdig herdet.

Termoplastrøret og det utvendige lastbærende laminatet får en mekanisk og kjemisk binding gjennom produksjonsprosessen. Denne bindingen skal forhindre at termoplastrøret blir revet løs fra laminatet når røret er i drift. Den mekaniske bindingen mellom termoplastrøret og laminatet oppnås ved den mekaniske skrubbingen og overflatevasking med løsningsmiddel av termoplastrøret før lamineringen samt en kjemisk binding mellom termoplasten og herderen i herdeplastplasten. I herdeovnen vil varmen som tilføres laminatet etter en tid overføres til termoplastrøret. På grunn av herdetemperaturen vil de termiske spenningene i termoplastrøret utløses og termoplastrøret vil trekke seg sammen i aksiell retning i like stor grad som røret ville ha utvidet seg dersom det ikke var blitt tilført en gitt strekkbelas-tning under ekstruderingen. Den reile lengdeutvidelsen til termoplastrøret blir tilnærmet lik null. Når herdeplastmaterialet begynner å herde, er termoplastrøret stabilisert og herdeplasten binder seg mekanisk og kjemisk til termoplastrørets overflate. Når laminatrøret kommer ut av herdeovnen vil temperaturen avta og herdeplasten og termoplastrøret vil trekke seg sammen. Den termiske behandlingen reduserer innefrosne spenninger i termoplastrøret. Resultatet av den tilførte aksial spenningen i termoplastrøret er at dette røret får en liten plastisk deformasjon etter at herdeprosessen er avsluttet og romtemperatur er nådd. Dette vil gi en bedre binding mellom termoplasten og herdeplasten og de permamente skjærspenningene vil bli redusert til et minimum. Dermed vil skjærspenningene mellom herdeplasten og termoplasten reduseres.

Laminatrøret blir utsatt for en rekke forskjellige belastninger under produksjon, transport, installasjon og drift. Komposittlaminatet er blitt bygget opp på grunnlag av de fysiske og miljømessige belastninger som opptrer fra produksjonen og ut rørets levetid.

L"tfra de antatte belastninger som laminatrøret utsettes for, kan selvfølgelig oppbyggingen av røret avvike fra det som er beskrevet over i forbindelse med fig. 1 og 2. Antall sjikt og retningen på de forskjellige sjiktene kan derfor varieres. Figur 3 viser et eksempel på anvendelse av et laminattrør fremstilt i henhold til fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen ved sammenkobling av en moder-plattform 37 med forskjellige undervanns satelittstasjoner 38, 39.

Laminatrøret kveiles inn på en trommel etter at det er produsert og transporteres med et leggeskip (kabelskip) til installasjonsstedet til havs. Laminatrøret spoles av trommelen og kobles til en oljeproduserende plattform og legges deretter ned i en forutbestemt leggerute. Dersom det er nødvendig kan røret graves ned i havbunnen under leggin-gen. Laminatrørets andre ende kobles til en forutbestemt undervannsinstallasjon (sub-sea template).

Laminatrør-seksjonen kan skjøtes sammen med metalliske koblinger der det måtte være nødvendig under installasjonen. Metallkoblingene limes på laminatrøret.

Laminatrøret kan transportere kjemikalier og/eller vann som kan injiseres i en oljetransportledning via et ventiltre. Kjemikaliene følger med oljestrømmen i rørledningen tilbake til moderplattf ormen, mens det kan injiseres vann i olje-brønnen for å øke den produserte oljemengden. Laminatrør kan også transportere olje/drivstoff som en flowline.

Laminatrøret kan også anvendes ved bruksområder på land. Røret kan i slike tilfeller installeres uten graving i områder hvor det ikke er fare for ytre fysiske skader eller miljøpåvirkninger. Røret kan eventuelt isoleres med et brannbeskyttende belegg i brannfarlige områder.

I landbaserte oljeproduksjonsbrønner kan laminatrøret benyttes til injeksjon av vann og transport av råolje fra oljebrønnen til lagringsstedet.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et laminatrør for anvendelse ved oljeutvinning til havs, omfattende et termoplastisk indre rør belagt med et laminat av matrisemateriale bestående av et eller flere sjikt av armerende fibre valgt fra glassfiber, karbonfiber og polymerfiber eller kombinasjoner av disse, hvilket matrisemateriale er en herdeplast, hvilket laminatrør omfatter-et indre termoplastisk rør (1) belagt med et sjikt av langsgående armeringsfibre (2) en multidireksjonal matte (3), et sjikt med radiell forsterkning av armeringsfibre (4), en multidireksjonal armeringsmatte (5), langsgående armeringsfibre (6), en multidireksjonal matte (7) og en radiell forsterkning av armeringsfibre (8), hvor alle sjiktene er bundet sammen med en herdeplast, karakterisert ved at termoplastrøret (7) før lamineringen utsettes for en strekkbehandling i aksiell retning som forlenger røret tilsvarende et spenningsfritt termoplastrørs termiske forlengelse i aksiell retning ved herdeplastens herdetempera-tur, slik at termoplastrørets termiske forlengelse under herdeprosessen blir tilnærmet lik null.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at termoplastrøret før laminering påføres en polymer ved hjelp av en krysshodeekstruder, hvilken polymer danner en kjemisk binding mellom herdeplasten og termoplasten .