NO335072B1 - Fleksibelt, armert rør og anvendelse av samme - Google Patents

Abstract

Et armert, fleksibelt rør består av en indre foring (3) som omgir et skjelett (1, 2). På den andre side av den indre foring (3) befinner det seg to armeringslag, hvor det innerste (5, 6) er et trykkarmeringslag, mens det ytterste (7, 8) er et strekkarmeringslag. En ytre mantel (9) påføres til slutt rundt armeringslagene. Med det formål å sørge for liten overføring av varme gjennom rørveggene ekstruderes ett eller flere varmeisolasjonslag (10) på utsiden av den indre foring, hvor lagene avhengig av røranvendelsen for eksempel kan bestå av en polymer eller polymer blanding, et polyolefin som f.eks. polypropylen, eller et polyketon. Det fleksible rør ifølge oppfinnelsen egner seg spesielt til bruk i utvinning, transport eller raffinering av mineralolje eller relaterte fluider.

Description

FLEKSIBELT, ARMERT RØR OG ANVENDELSE AV SAMME

Denne oppfinnelse vedrører et armert, fleksibelt rør omfattende en indre foring som omgir et skjelett, og hvor det på yttersiden av den indre foring befinner seg et trykkarmeringslag og et strekkarmeringslag som er beskyttet mot omgivelsene ved hjelp av en ytre mantel, og videre omfattende et varmeisolerende lag på utsiden av den indre foring.

Oppfinnelsen vedrører også en anvendelse av røret.

Rør av ovennevnte type omfatter vanligvis en indre foring som danner en barriere mot utstrømning av fluidet som transporteres gjennom røret. Den indre foring er omviklet med ett eller flere armeringslag som ikke er kjemisk bundet til den indre foring, men som kan bevege seg i forhold til denne, hvilket sikrer fleksibiliteten i røret under legging og drift.

Rundt armeringslagene er det anordnet en ytre mantel med det formål å danne en barriere mot inntrengning av fluider fra røromgivelsene til armeringslagene. For å forhindre at den indre foring kollapser, er denne på innsiden ofte forsynt med et fleksibelt, omviklet rør, et såkalt skjelett.

De ovennevnte typer fleksible rør benyttes blant annet til transport av fluider og gasser ved ulike vanndybder. De brukes spesielt i situasjoner hvor det eksisterer meget høye eller varierende vanntrykk langs rørets lengdeakse. Som eksempler kan nevnes stigerør som strekker seg fra havbunnen og opp til en installasjon på eller nær havoverflaten. Rør av denne type brukes også mellom installasjoner som befinner seg ved store dyp på havbunnen, eller mellom installasjoner nær havoverflaten.

Armeringslagene som benyttes som trykkarmering, er som oftest konstruert på en slik måte at de omfatter ulike metallprofiler. Ved vikling med stor vinkel i forhold til rørets lengdeakse vil disse profiler være i stand til å absorbere radialkrefter som forårsakes av utvendig eller innvendig trykk mot røret. Blant annet forhindrer profilene således at røret kollapser eller eksploderer som en følge av trykk, og benevnes derfor trykkfaste profiler.

På motsatt vis vil profiler, nærmere bestemt strekkarmeringslag, som er viklet med liten vinkel i forhold til rørets lengdeakse, ikke i noen betydelig grad være i stand til å absorbere radialkrefter, men på den annen side kan de absorbere krefter som virker langs rørets lengdeakse. I det følgende kalles denne type profiler strekkfaste profiler.

De strekkfaste profiler og de trykkfaste profiler danner sammen rørets armering. I dette armeringslag eksisterer det også et fritt volum med en slik form at det kan ventileres, hvorved det forhindres at det bygger seg opp et destruktivt trykk som en følge av diffusjon.

Et problem som oppstår i forbindelse med bruk av rør av den ovenfor beskrevne type, er at varmeoverføringen gjennom rørveggene kan være ganske betydelig. Ved visse anvendelser er dette kritisk, siden denne type rør ofte brukes til å transportere fluider som man ønsker å holde ved en temperatur som avviker fra omgivelsestemperaturen. Som et eksempel på en slik anvendelse kan nevnes overføring av råolje mellom to installasjoner. Dersom råoljetemperaturen faller under en bestemt kritisk grense, kan det dannes jordvoks og faste hybrider i røret, hvilket resulterer i tilstopping av røret.

For å opprettholde varmeoverføringen gjennom rørveggene på et akseptabelt nivå, er det kjent å vikle ett eller flere lag av bånd laget av såkalt syntaktisk skum, på utsiden av rørets strekkfaste armering, men på innsiden av den ytre mantel. Dette skum inneholder en stor mengde hule glasskuler som har meget høy bestandighet mot knusing, og et polymert matriksmateriale. Syntaktisk skum har et lavt varmeledningstall, hvorved bruk av dette materiale reduserer varmeoverføringen gjennom rørveggene til et akseptabelt nivå.

Bruken av syntaktisk skum innebærer imidlertid et stort antall begrensninger, hvor den viktigste er at skummets fasthet ofte ender opp med å være den faktor som begrenser anvendelsen av røret. Altså har det syntaktiske skum meget høy bestandighet mot hydrostatisk knusing, men kun begrenset bestandighet mot deformasjon og skade forårsaket av lokal mekanisk påvirkning. Et andre problem forbundet med bruken av syntaktisk skum er at det kan være vanskelig å forutsi dette materiales egenskaper over lang tid.

Amerikansk patent nr. 4402346 A beskriver et armert, fleksibelt rør med minst et forsterkningslag og et varmeisolerende lag, der det varmeisolerende laget er fremstilt av et materiale med lav eller høy gjennomtrengning for gass og beskytter mot destruktiv opphopning av gasser som kan oppstå under bruk av røret.

Amerikansk patent nr. 5 934 335 beskriver et armert, fleksibelt rør av typen som defineres i ingressen til krav 1. Varmeisolasjonslaget ifølge dette skrift er ikke tenkt å skulle beskytte mot destruktiv opphopning av gasser og kondens i området mellom den indre foring og varmeisolasjonslaget.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å anordne en ny fremgangsmåte, hvorved det sikres en tilstrekkelig lav varmeoverføring gjennom rørveggene, og videre å sikre at det ikke oppstår en destruktiv opphopning av gasser og kondens i området mellom den indre foring og det ekstruderte lag.

Formålet med oppfinnelsen oppnås ved at varmeisolasjonslaget er gjennomtrengelig for fluider.

Som beskrevet i krav 2, kan man der hvor varmeisolasjonen består av ett, to eller flere lag, velge et første indre lag ut fra ønsket om liten gjennomtrengelighet for fluidet som transporteres i røret, mens et andre lag kan velges ut fra ønsket om å sikre tilstrekkelig varmeisolasjon mellom fluidet som transporteres gjennom røret, og rørets armeringslag.

Det ekstruderte lag konfigureres fortrinnsvis med tilstrekkelig gjennomtrengelighet, for eksempel ved å forsyne varmeisolasjonen med et antall små huller, som beskrevet i krav 7.

I tillegg beskrives ytterligere hensiktsmessige utførelser av oppfinnelsen i de øvrige avhengige krav.

Som nevnt, vedrører oppfinnelsen også en anvendelse av røret.

Anvendelsen beskrives nærmere i krav 9.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet nærmere med henvisning til tegningen, som kun omfatter én figur, og som viser oppbygningen av et armert, fleksibelt rør ifølge oppfinnelsen med dettes ulike lag.

Figuren viser et rør omfattende en indre foring 3 som omgir et skjelett 1 bestående av et spiralviklet metallbånd 2, hvor dette danner et indre rør. Under produksjon tildannes metallbåndet 2 med fliker som går i inngrep med hverandre, slik at de med dette låser metallbåndets 2 enkelte viklinger sammen på en slik måte at skjelettet 1 kan bøyes i sin egen lengderetning.

Siden det indre skjelett 1 i seg selv ikke er ugjennomtrengelig, er formålet med

den omgivende indre foring 3 å hindre fluider i å strømme til eller fra innsiden av røret. Siden den indre foring velges ut fra ønsket om liten diffusjon av gasser fra innsiden av røret til armeringslaget, er det som oftest ikke mulig å samtidig lage dette av et materiale som innehar tilstrekkelig varmegjennomgangsmotstand til å sikre rørets funksjon.

Derfor påføres det ett eller flere tilleggslag 10 (figuren viser ett lag) rundt den indre foring 3 ved hjelp av ekstrudering. Dette eller disse lags oppgave er å sikre god nok varmeisolasjon mellom fluidet som transporteres inni røret, og det omgivende armeringslag. Dette gir stor frihet når det gjelder å velge materialet eller materialene i disse lagene, ved at hensynet til gjennomtrengelighet (permeabilitet) ikke er viktig.

På utsiden av varmeisolasjonslaget (-ene) 10 vikles ett eller flere lag av profiler 5, 6 i en spiral, idet nevnte profiler danner viklinger med en stor vinkel i forhold til rørets lengderetning. Som følge av den store vinkelen er profilene primært i stand til å absorbere radialkrefter som oppstår som et resultat av innvendig eller utvendig trykk. Det innvendige trykk oppstår under drift av røret. Det utvendige trykk oppstår dels som et resultat av det hydrostatiske trykk i omgivelsene, dels som et resultat av mekaniske påvirkninger under legging av røret. Viklingene danner dermed en trykkarmering som hindrer den indre foring 3 og varmeisolasjonslagene i å eksplodere som følge av høyt trykk inne i røret, eller i å kollapse som følge av høyt trykk på utsiden av røret.

Det kan også sees på figur 1 at det på utsiden av trykkarmeringen er anordnet strekkarmering bestående av ett eller flere spiralviklede lag 7, 8.

Mellom trykkarmeringen og strekkarmeringen kan det anordnes en mellommantel (ikke vist på figuren) hvis formål er å forhindre fluidvandring mellom strekkarmeringen og trykkarmeringen. Disse lag omsluttes til slutt av en ytre mantel 9.

I tillegg til varmeisolasjonsegenskapene må varmeisolasjonslaget ifølge oppfinnelsen oppfylle en rekke andre krav som forklares nedenfor.

I utformingen og produksjonen av laget må dette utformes på en slik måte at den destruktive opphopning av fluider i grenselaget mellom laget og foringen forhindres, ved at det sørges for en formålstjenlig og effektiv transportvei fra grenselaget til armeringslaget. Det finnes flere måter å besørge dette på, og blant disse kan nevnes: - ved å forsyne det ekstruderte lag med defekter som kan sørge for en forholdsvis uhindret transport mellom grenseflaten og armeringslaget, - ved å velge et varmeisolasjonslag med passelig dårlige barriereegenskaper mot gassene som kan diffundere gjennom den indre foring, - ved å sørge for en transportvei mellom grenseflaten og armeringslaget ved sluttenden av røret.

Kombinasjoner av ovennevnte fremgangsmåter vil også kunne benyttes. Dessuten vil den indre foring og varmeisolasjonslaget som en følge av det innvendige trykk i røret, kunne presses ut i armeringslaget. Dersom varmeisolasjonslaget presses ut gjennom armeringsbåndene, vil dette medføre en betydelig grad av reduksjon i rørets fleksibilitet. Det er derfor viktig at varmeisolasjonslaget har den nødvendige mekaniske fasthet, slik at det ikke klemmes eller deformeres uforholdsmessig under produksjon, legging og drift av røret.

Man kan forestille seg flere utførelser av varmeisolasjonslaget, avhengig av anvendelsen.

I det følgende vil tre eksempler på bruken av det armerte rør ifølge oppfinnelsen bli beskrevet nærmere:

Eksempel 1

En oljebrønn leverer et fluid som i det vesentlige består av hydrokarboner og CO2. Siden oljen i brønnen har en temperatur på 120°C, velges PVDF (polyvinylidenfluorid) for bruk i foringen, idet PVDF egner seg spesielt godt for bruk ved høye temperaturer og har meget lav gjennomtrengelighet for CO2. Foringen kan imidlertid ikke gi sikkerhet mot for kraftig nedkjøling av oljen, og derfor ekstruderes et lag PP (polypropylen) rundt foringen. Siden PP har mye dårligere barriereegenskaper mot CO2enn PVDF, vil det ikke forekomme noen destruktiv trykkoppbygning i grenselaget. Samtidig vil PP-laget sørge for at varmeoverføringen mellom innsiden av røret og armeringslaget holdes på et akseptabelt nivå. Siden PP-lagets permeabilitet minsker med temperaturen, vil det være nødvendig å forsyne et meget tykt PP-lag med defekter som vil fungere som transportveier for diffunderte gasser.

Eksempel 2

En oljebrønn leverer et fluid som i det vesentlige består av en blanding av aromatiske hydrokarboner og vann. Siden temperaturen i oljebrønnen er lav, velges PA11 (polyamid 11) for bruk i foringen. Et polyketon velges som varmeisolasjonsmateriale. For å forhindre opphopning avvann i grenselaget, lages en rekke små huller i varmeisolasjonslaget, hvilket sørger for at vann som diffunderer fra innsiden av røret og inn i grenselaget, kan slippe ut.

Eksempel 3

En oljebrønn leverer et fluid som nesten forårsaker voksdannelse, hvilket betyr at det for røret kreves en meget stor evne til varmeisolasjon. Rundt den indre foring, som er laget av PE (polyetylen), påføres etflerlags varmeisolasjonslag bygget opp av et lag av ekstrudert, syntaktisk skum på hvilket ekstruderes et lag med fast polypropylen. På grunn av den lave temperaturen er ikke diffusjon gjennom den indre foring noe problem, og dermed tas det ingen videre forholdsregler for å forhindre destruktiv oppbygning av gasser i grenselagene. Her er varmeisolasjonslaget bygget opp av to lag, dvs. et lag av syntaktisk skum med utmerkede varmeisolasjonsegenskaper og et ytre lag av PP, som har dårligere varmeisolasjonsegenskaper, men på den annen side har utmerkede fasthetsegenskaper.

Det vil være innlysende at isolasjonen kan konfigureres på mange andre måter enn som beskrevet i ovennevnte eksempler, hvilke kun fungerer som en illustrasjon på mangfoldet av muligheter som finnes for konfigurasjon av varmeisolasjonen innenfor rammen av patentkravene.

Claims (9)

1. Armert, fleksibelt rør omfattende en indre foring (3) som omgir et

   skjelett (1, 2), og hvor det på utsiden av den indre foring befinner seg et trykkarmeringslag og et strekkarmeringslag (5, 6, 7, 8) som beskyttes mot omgivelsene av en ytre mantel (9); og videre omfattende et varmeisolasjonslag (10) på utsiden av den indre foring,

   karakterisert vedat varmeisolasjonslaget (10) er gjennomtrengelig for fluider.
2. 2 . Armert, fleksibelt rør som angitt i krav 1,

   karakterisert vedat varmeisolasjonslaget består av ett, to eller flere lag.
3. 3. Armert, fleksibelt rør som angitt i krav 1-2,karakterisert vedat hele eller en del av varmeisolasjonen består av en homogen polymer eller polymer blanding.
4. 4. Armert, fleksibelt rør som angitt i krav 1-3,karakterisertv e d at hele eller en del av varmeisolasjonen består av et polyolefin, fortrinnsvis av en polypropylenlignende type.
5. 5. Armert, fleksibelt rør som angitt i krav 1-3,karakterisertv e d at hele eller en del av varmeisolasjonen består av et polyketon.
6. 6. Armert, fleksibelt rør som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat varmeisolasjonen er forsynt med midler som muliggjør god nok fjerning av materialer som diffunderer til grenselaget mellom den indre foring og varmeisolasjonen.
7. 7. Armert, fleksibelt rør som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat varmeisolasjonen er forsynt med en rekke små huller.
8. 8. Armert, fleksibelt rør som angitt i krav 2,karakterisert vedat de to lag består av et syntaktisk skum og av polypropylen.
9. 9. Anvendelse av et fleksibelt rør som angitt i krav 1 - 8 for utvinning, transport eller raffinering av råolje eller relaterte fluider, eller for transport av kalde fluider som for eksempel flytende ammoniakk.