NO335076B1

NO335076B1 - Oppkveilbart komposittrør med sensor

Info

Publication number: NO335076B1
Application number: NO20001756A
Authority: NO
Inventors: Stephen C Nolet; Peter A Quigley
Original assignee: Fiberspar Spoolable Prod Inc
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2014-09-08
Also published as: NO20001756D0; GB0011314D0; GB2346189A; GB2346189B; WO1999019653A1; NO20001756L; US6004639A; CA2305148C; US6361299B1; US6706348B2; US20020119271A1; US20040096614A1; CA2305148A1

Abstract

Kveilbart komposittelement med en sensor og en energileder innbakt i komposittelementet. Det kveilbare komposittelementet er i stand til å bli kveilet på en spole for lagring og for bruk i oljefeltsapplikasjoner. Det kveilbare røret utviser unike anisotrope egenskaper som fremskaffer for bedre brudd og sammenklappingstrykk, for bedre øket strekkfasthet, trykkfasthet, og lastbæringsevne, mens det fortsatt er tilstrekkelig bøybart til å bli kveilet på en spole i en åpen borings konfigurasjon. Det kveilbare komposittrøret kan omfatte et innvendig beskyttende lag, et innvendig trykkbarrierelag, et grenseflatelag, fiberkompositt-lag, et utvendig trykkbarrierelag, og et ytre beskyttende lag.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt kveilbare rør passende for bruk innenfor oljeindustrien, særlig kveilbare produksjonsrør bestående av et komposittmateriale.

Kveilbare produksjonsrør, dvs. kveilbare produksjonsrør som kveiles på en spole, blir ofte brukt i en rekke oljebrønn-operasjoner. Typiske oljebrønn-operasjoner omfatter kjøring av en wire-ledningskabel nedihulls med brønn-verktøy, og overhaling av brønner, ved levering av forskjellige kjemikalier nedihulls, og utføring av operasjoner på den innvendige overflaten av borehullet. Rørene som blir brukt foreskrives ofte å være kveilbare slik at røret kan bli brukt i kombinasjon med en brønn og så bli transportert på en spole til en annen brønnplassering. Stålkveilrør blir typisk i stand til å være kveilbart fordi stålet som blir brukt i produktet utviser høy duktilitet (dvs. evnen til å dedysere plastisk). Uheldigvis, forårsaker repetert spoling og bruk av kveilrør av stål, tretthets-ødeleggelse som uten forvarsel forårsaker at kveilrøret brekker og går i stykker. Farene ved å operere stålkveilrør, dvs. risiko for personell og høye økonomiske kostnader som resultatet av nedtid som trengs for å hente opp de avbrutte rørseksjonene, fremtvinger at stålkveilrør tas ut av bruk etter et relativt lite antall turer inn i en brønn.

Stål kveilrør har også vist seg å bli utsatt for ekspansjon etter gjentatt bruk. Rørekspansjon resulterer i redusert veggtykkelse med tilknyttet reduksjon i trykkfasthet av kveilrøret. Stålkveilrør kjent innenfor fagområdet, er typisk begrenset til et innvendig trykk på omtrent 5.000 psi (34 MPa). Følgelig reduseres høyere trykk og kontinuerlig bøying typisk stålkveilrørets integritet og levetid.

Eksempelvis, er den for tiden aksepterte industristandarden for stålkveilrør av en A-606 type 4 modifisert HSLA stål med flytegrense i området fra 70 ksi (483 MPa) til 80 ksi (552 MPa). HSLA-stålkveilrøret gjennomgår bøying, under bruk og opphenting av røret, over en radius som er betydelig mindre enn den minste bøyingsradiusen som er nødvendig for materialet for å forbli i en elastisk tilstand. Den gjentatte bøyingen av stålkveilrør inn og ut av plastisk deformasjon induserer ikke-reparerbar skade til stålrørlegemet og som fører til tretthetsbrudd ved få sykler.

I tillegg, når stålkveilrøret blir utsatt for høye innvendige trykk og bøye-belastninger, utsettes det isotropiske stålet for høye tredimensjonale spenninger påført av tilleggstrykket og bøyebelastningene. De høye tredimensjonale spenningene resulterer i betydelig plastisk deformasjon av røret og diameterøkning av rørlegemet, vanligvis henvist til som "buling" ("ballooning"). Når stålkveilrøret opplever buling, reduseres den gjennomsnittlige veggtykkelsen i røret, og forårsaker ofte sprekking av stålrøret i området med avtatt eller forminsket tykkelse.

Stålkveilrør opplever også tynning av rørveggene på grunn av den korrosive virkningen av materialene som blir brukt i prosessen ved å overhale brønnen og på grunn av materialene plassert på den innvendige overflaten av brønnboringen. Tynningen som resulteres av korrosive virkninger, av forskjellige materialer forårsaker en avtakning i trykk og strekkfasthetsklassifiseringen av stålkveilrøret.

Det er derfor ønskelig å fremskaffe et ikke-stålkveilrør som er i stand til å bli brukt og kveilet under borehullsforhold, og som ikke lider av begrensningene til stålkveilrør, og som i tillegg er motstandsdyktig mot kjemikalier.

I hovedsak er ikke-metalliske rørstrukturer i henhold til kjent teknikk og som er konstruert for å bli kveilet og også for å transportere fluider, laget som en slange enten de er kalt en slange eller ikke. Et eksempel på en slik slange er Feucht-strukturen i US patent 3.856.052 som har langsgående forsterkninger i side-veggene for å tillate at en fleksibel slange klapper sammen hovedsakelig i et plan. Imidlertid, er strukturen en klassisk slange med vulkaniserte polyesterkordelag som ikke er i stand til å motstå kompressive krefter eller høye utvendige trykklaster. Slangene tar typisk i bruk en elastomer eksempelvis i gummi for å holde fibrene sammen, men de bruker ikke et plastbindemiddel med høy elastisitetsmodul eksempelvis epoksy. Slangene er konstruert til å bli bøyd og til å motstå innvendig trykk, men er normalt ikke utsatt for utvendig trykk eller høye aksiale trykk eller strekkbelastninger.

Fra US 5,209,136 fremgår det en vaierledningskabel med komposittestaver plassert i en avstand fra hverandre.. Stavene er aksialt plassert mellom en lang-strakt, fleksibel membran og en fleksibel, utvendig hylse som er separat fra, men omgir membranen.

Fra US 4,446,892 framgår det en slange for fluidtransport med to eller flere lag og som omfatter et avfølingselement plassert mellom lagene.

Fra US 5,469,916 fremgår det et system for dybdemålinger i en brønnboring ved bruk av komposittkveilrør.

Fra US 4,336,415 fremgår det en sammenstilling med fleksibelt komposittrør for å lede fluider langs et flertall strømningsveier.

Fra US 5,499,661 fremgår det et rør med komposittlag med ulig elastisistetsmodul.

Fra US 5,188,872 fremgår det et strukturelement med høy bøyestyrke.

Når endene av en slange utsettes for motsettende krefter, kalles det at slangen er under belastning eller spenning. Strekkspenningen ved et spesielt tverrsnitt av slangen defineres som forholdet av kraften påført den seksjonen av motstående krefter til tverrsnittsarealet av slangen. Spenningen kalles strekk-spenning, som betyr at hver del strekker på hverandre.

Videre henvisning til en slange utsatt for motstående krefter, viser uttrykket deformasjon til den relative forandringen i dimensjon eller fasong av slangen som er utsatt for spenninger. Eksempelvis, når en slange utsettes for motsettende krefter, vil en slange hvis naturlige lengde er LO forlenge seg med en lengde L1 = LO + Delta L, der Delta L er forandringen av slangens lengde forårsaket av de motstående kreftene. Strekkspenningen i slangen defineres så som forholdet av Delta L til LO, dvs. forholdet av økningen i lengde i forhold til den naturlige lengden.

Lengden foreskrevet for å gi en viss deformasjon avhengig av beskaffen-heten til materialet under spenning. Forholdet mellom spenning og deformasjon, eller spenningen pr. enhet deformasjon, kalles elastisitetsmodul. Jo større elastisitetsmodulen er, jo større er spenningen nødvendig for en gitt deformasjon.

For et elastomermateriale, eksempelvis det som blir brukt i slanger, er forlengelsen ved brudd så høy (større enn 400%) og forholdet mellom spenning og deformasjonsresponsen så meget ikke-lineær, at det er vanlig å definere en modul som samsvarer med en spesifikk forlengelse. Modulen for et elastomermateriale samsvarer med 200% forlengelse typisk i området fra 300 psi (2 MPa) til 2000 psi.

(14 MPa) Til sammenligning, er elastisitetsmodulen for et typisk plastmatrise-materiale som ble brukt i et komposittrør i området fra 100.000 psi (690 MPa) til 500.000 psi (3500 MPa) eller mer, som i forhold til deformasjon for brudd fra 2% til 10%. Denne store forskjellen i modul og spenning ved brudd mellom gummi og plast og følgelig mellom slanger og komposittrør er det hva som tillater at en slange lett kan sammenklappe til en hovedsakelig flat stilling under relativt lave

utvendige trykk. Denne store forskjellen eliminerer også slangenes evne til å bli påført høyt aksialt strekk eller trykkbelastninger, mens plastmaterialets høyere modulegenskaper brukt i et komposittrør er hovedsakelig stive for å overføre belastninger til fibrene og følgelig å motstå høye utvendige trykk og aksiale spenninger og kompresjon uten å klappe sammen.

Fremgangsmåten for å konstruere et komposittrør som kan motstå høye utvendige trykk og trykkbelastninger omfatter bruk av komplekse kompositt-mekanikkingeniør-prinsipper for å sikre at røret har tilstrekkelig styrke. Det har ikke tidligere blitt vurdert mulig å bygge et sant komposittrør som er i stand til å bli bøyd til en relativt liten diameter, og å være i stand til å bære innvendig trykk og høye strekk- og trykkspenninger i kombinasjon med høye utvendige trykkforskrifter eller krav. Spesifikt, vil en slange ikke opprettholde høye kompresjons- og utvendige trykklaster.

Videre prøver de kveilbare rørene som ofte blir brukt innenfor industrien å identifisere de omgiende forholdene som oppleves av det kveilbare røret under oljebrønnoperasjoner. Disse omgiende forhold, eksempelvis temperatur, trykk og aksial deformasjon kan påvirke nedihullsoperasjoner.

Følgelig, er det et formål med denne oppfinnelsen å fremskaffe en anordning for å fremskaffe hovedsakelig ikke-jern kveilbart rør som ikke lider av de strukturelle begrensningene av stålkveilrør, og som er i stand til å bli brukt og kveilet under borehullsforhold.

Et annet formål med oppfinnelsen omfatter å fremskaffe et kveilrør som er i stand til å gjentatte ganger bli kveilet og bøyet uten at det lider av tretthet tilstrekkelig til å forårsake brudd og ødeleggelse av det kveilede røret.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å fremskaffe et kveilbart kompo-sittrør som identifiserer eller forholder seg til utvalgte omgiende forhold.

Disse og andre mål vil fremgå av beskrivelsen som følger.

Sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører således et rørformet komposittelement for å ta i bruk spoling i en åpen boringskonfigurasjon på en spole og for avspoling for bruk. Det rørformede komposittelementet omfatter et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag. Et komposittlag er formet av fibre og en matrise, der komposittlaget og trykkbarrierelaget sammen utgjør en vegg i det rørformede elementet. En optisk fiber strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet og er innbakt i veggen i det rørformede elementet. En optisk sensor er integrert dannet i nevnte optiske fiber og er forbundet for signalmessig kommunikasjon ved hjelp av nevnte optiske fiber, slik at nevnte optiske sensor reagerer på omgiende forhold for det rørformede elementet og kommuniserer med et signal i forhold til dette langs nevnte optiske fiber.

Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen således et rørformet komposittelement for kveiling i en åpenborings konfigurasjon på en spole og for avspoling for å tas i bruk. Det rørformede komposittelementet omfatter et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag. Et komposittlag er dannet av fibre i en polymermatrise. Komposittlaget og trykkbarrierelaget utgjør sammen en vegg i det rørformede elementet, og disse opprettholder et hovedsakelig sylindrisk tverrsnitt når de tas i bruk og blir kveilet på en spole. En optisk fiber strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet og er innbakt i veggen på det rørformede elementet. En utvortes sensor er med i veggen på det rørformede elementet og denne er forbundet for signalmessig kommunikasjon ved hjelp av nevnte optiske fiber, slik at sensoren reagerer på det omgiende forhold for det rørformede elementet og kommuniserer med nevnte optiske fiber som et signal som reagerer på denne.

Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen en grenseflateanordning for et rør-formet komposittelement som har minst én fluidpassasje og som har et sett med en eller flere energiledere. Grenseflateanordningen omfatteren kombinasjon av trykktettingsmidler som er inngripbare med det kveilbare rørformede elementet for fluidmessig kommunikasjon med fluidpassasjen deri og for opprettholdelse av et trykkdifferential mellom passasjen og omgiende forhold, lastbæremidler som er inngripbare med det rørformede kveilbare elementet for overføring av mekaniske belastninger mellom det kveilbare rørformede elementet og grenseflateanordningen, og en energikopler for signalmessig kommunikasjon med minst én energileder i det kveilbare rørformede elementet, der grenseflateanordningen ytterligere er innrettet for fjernbart og utbyttbart inngrep med ytterligere utstyr.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører videre et rørformet komposittelement for kveiling i en konfigurasjon med åpen boring på en spole og for avspoling for bruk. Det rørformede komposittelementet omfatter et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag, og et komposittlag utformet av fibre og en matrise. Komposittlaget og trykkbarrierelaget og utgjør sammen en vegg i det rørformede elementet. En første energileder og en andre energileder strekker seg i lengderetningen langs nevnte rørelement og er integrert i veggen i det rørform-ede element. Et sett med minst to sensorer er montert med veggen av nevnte rørformede element og fordelt langs lengden av det rørformede komposittelement. De minst to sensorene er forbundet i parallell mellom nevnte første energileder og nevnte andre energileder. Nevnte sett med sensorer reagerer på et omkringliggende forhold for nevnte rørformede element og kommuniserer et signal som reaksjon på dette langs energilederen.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører videre et rørformet komposittelement for spoling i en konfigurasjon med åpen boring på en spole og for avspoling for å bli satt i drift. Nevnte rørformede komposittelement omfatter et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag, og et komposittlag dannet av fibre og en matrise. Nevnte komposittlag og nevnte trykkbarrierelag danner sammen en vegg i nevnte rørformede element. En første energileder og en andre energileder strekker seg lengderetningen langs nevnte rørformede element og er integrert i veggen av nevnte rørformede element. Et første sett av minst to sensorer er montert i veggen av nevnte rørformede element og er forbundet for signalkommunikasjon ved hjelp av nevnte første energileder og strekker seg langs lengden av nevnte rørformede komposittelement. Et sett på minst to sensorer montert med veggen av nevnte rørformede element, er forbundet for signalkommunikasjon ved hjelp av nevnte andre energileder og strekker seg langs lengden av nevnte rør-formede komposittelement. Nevnte sensorer reagerer på omkringliggende forhold for nevnte rørformede element og kommuniserer med et signal i forhold til dette langs nevnte energiledere.

Oppfinnelsen kan imøtese de foregående formål ved å fremskaffe et komposittrørelement som tilbyr potensialet med å overgå ytelsesbegrensninger i forhold til isotropiske metaller som for tiden blir brukt ved utforming av kveilrør, og som føler de omgiende forhold av komposittkveilrøret. Det rørformede komposittelementet er utformet av et komposittlag og et trykkbarrierelag som tillater at komposittrøret ved gjentatte ganger blir kveilet og avkveilet fra en spole. Det rørformede komposittelementet i kan omfatte et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag og et komposittlag som sammen består av en vegg av komposittrøret, og en energileder innbakt i veggen og som strekker seg langs lengden av røret, og en sensor montert i veggen. Komposittlaget er utformet av et kompositt av fibre og et matrissemateriale. Sensoren er forbundet med energilederen slik at sensoren kan kommunisere et signal ved hjelp av energilederen. Sensoren reagerer til omgiende forhold for komposittrørelementet ved å kommunisere et signal av energien av energilederen som reagerer på de omgiende forhold.

I ett aspekt av oppfinnelsen, kan sensoren være integrert utformet med energilederen. Sensorer integrert utformet med lederen kalles innvendige sensorer.

Andre aspekter av oppfinnelsen fremskaffer forskjellige typer sensorer for å identifisere forskjellige omgiende forhold. Komposittrørelementer kan omfatte, individuelt eller i kombinasjon: akustiske sensorer, optiske sensorer, mekaniske sensorer, elektriske sensorer, fluidsensorer, trykksensorer, deformasjonssensorer, temperatursensorer og kjemiske sensorer.

Optiske sensorer kan klassifiseres som interferometriske sensorer eller som optiske intensitetssensorer. Optiske intensitetssensorer omfatter lysspredningssensorer, spektraltransmiserende sensorer, strålingstapsensorer, reflektanssensorer og modulforandringssensorer. Andre type optiske sensorer er Bragg-grating-sensoren som kan bli plassert i en fiberoptisk kabel.

Mekaniske sensorer omfatter piezoelektriske sensorer, vibrasjonssensorer, plasseringssensorer, hastighetssensorer, deformasjonssensorer, og akselera-sjonssensorer. Elektriske sensorer omfatter sensorer eksempelvis strømsensorer, spenningssensorer, resistivitetssensorer, elektrisk feltsensorer, og magnetisk feltsensorer, og fluidsensorer omfatter fluidhastighetssensorer, fluidisk intensitetssensorer, og fluidisk densitetssensorer. En annen type sensor, trykksensoren, omfatter absolutt trykksensorer og differensialtrykksensorer. Mens temperatur-sensorene omfatter termoelementer, resistanstermometere og optiske pyrometere.

Sensorene kan plasseres over hele komposittrørelementet. Fortrinnsvis er sensoren montert med veggen utformet av komposittlaget og trykkbarrierelaget. Særlig kan sensoren bli innbakt i komposittlaget eller trykkbarrierelaget, eller en sensor kan være plassert mellom trykkbarrierelaget og komposittlaget. Tilleggsaspekter ved oppfinnelsen fremskaffer eller imøtekommer montering av sensoren på den innvendige overflaten av komposittrørelementet.

Ytterligere egenskaper ved oppfinnelsen omfatter tilleggssensorer som kommuniserer signaler ved hjelp av energilederen i komposittrørelementet. Den første sensoren og hvilke som helst tilleggssensorer kan være fordelt langs lengden av en enkel energileder, for derved å danne en fordelt sensor. Disse fordelte sensorene kan kommunisere ved hjelp av den ene energilederen. I tillegg, kan antallet sensorer utformet i den fordelte sensoren være plassert ved forskjellige plasseringer langs komposittrørelementet.

Andre egenskaper ved oppfinnelsen omfatter en andre energileder. I én utførelsesform, kan sensorene være forbundet i parallell med en første energileder og en andre energileder. I en annen utførelsesform, kan den første sensoren ene og alene være forbundet med den første energilederen, mens den andre sensoren trenger kun å være forbundet med den andre energilederen.

Energilederne kan være utformet av forskjellige energiledende medier, inkludert hydrauliske medier, pneumatiske medier, elektriske medier og optiske medier. Det optiske mediet omfatter enkelt-modus optisk fiber, flermodus optisk fiber og plastoptisk fiber. Videre kan energilederne være innbakt i det rørformede elementet med forskjellige orienteringer. Eksempelvis, kan energilederen strekke seg spiralformet langs lengden av komposittrørelementet. Alternativt, kan energilederen strekke seg hovedsakelig aksialt langs lengden av komposittrøret. I tillegg, kan en multippel energileder strekke seg spiralformet eller aksialt langs kompositt-rørets lengde.

Komposittrørelementet kan omfatte andre lag i tillegg til trykkbarrierelaget og komposittlaget. Komposittelementet kan omfatte et grenseflatelag for å behjelpe sammenbinding mellom trykkbarrierelaget og komposittlaget. Komposittelementet kan omfatte et innvendig beskyttende lag eller et utvendig beskyttende lag. I tillegg, kan komposittelementet omfatte et ytre trykkbarrierelag.

Forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen finnes som omfatter én eller flere av lagene beskrevet over. I én utførelsesform, omfatter det kveilbare komposittrøret et innvendig trykkbarrierelag og et ytre komposittlag. I alle ut-førelsesformene, kan røret bli konstruert for å omfatte eller utelukke et mellomlag i en sandwichkonstruksjon mellom det innvendige trykklaget og komposittlaget. Andre utførelsesformer fremskaffer for et komposittrør omfattende et innvendige trykkbarrierelag, et komposittlag, og et ytre trykklag. Ytterligere utførelsesformer omfatter et indre trykkbarrierelag, et komposittlag, et utvendig trykklag og et utvendige beskyttende lag. Mens det i tilleggsutførelsesformer, kan komposittlaget omfatte kun et innvendig trykkbarrierelag, et komposittlag og et ytre beskyttende lag. Et ytterligere aspekt omfatter et innvendig beskyttende lag, et innvendig trykkbarrierelag, et komposittlag, en utvendig trykkbarriere, og et utvendig beskyttende lag. Oppfinnelsen betrakter også et kveilrør med et innvendig komposittlag omgitt av det innvendige trykkbarrierelag.

Komposittrørelementet i henhold til et ytterligere aspekt av oppfinnelsen, kan omfatte en grenseflate plassert ved en ende av komposittrørelementet. Grenseflaten er også forbundet med energilederen for å koble signaler som strømmer langs energilederen med utvendig utstyr. Det utvendige utstyret kan eksempelvis være en signalprosessor.

En tilleggsutførelsesform av oppfinnelsen fremskaffer en grenseflateanordning for det kompositt-kveilbare rørformede elementet. Grenseflate-anordninger omfatter et trykktetningselement, et lastbærende element, og en energikobler. Trykktetningselementet kan gå i inngrep med det kveilbare rør-formede elementet for fluidmessig kommunikasjon med en fluidpassasje i komposittrørelementet. Trykktetningselementet opprettholder en trykkforskjell mellom passasjen og de omgiende forhold. Lastbæringselementet går i inngrep med det kveilbare rørformede elementet og overfører en mekanisk belastning mellom det kveilbare rørformede elementet og grenseflateanordningen. Energikobleren forbinder med minst én energileder i det kveilbare rørformede elementet for signalkommunikasjon.

En ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen fremskaffer et rørformet komposittelement for kveiling på en spole og for avspoling for bruk, der kompositt-rørelementet omfatter et innvendig beskyttende lag, et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag, og et komposittlag utformet av fibre og en matrise. Komposittlaget og trykkbarrierelaget og det innvendige beskyttende laget utgjør sammen en vegg i det rørformede elementet.

Kort beskrivelse av tegningene

En mer fullstendig forståelse av oppfinnelsen kan oppnås ved henvisning til tegningene der: FIGUR 1 er et tverrsnitt av et komposittrørelement konstruert i henhold til oppfinnelsen som omfatter en foring, et komposittlag, en energileder og en sensor; FIGUR 2 er et sideriss av et utflatet komposittlag, konstruert i henhold til oppfinnelsen, som har triaksialt flettede fiberkomponenter og som er passende for å konstruere komposittlaget av komposittrøret vist på FIG. 1; FIGUR 3 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med en innvendig foring omgitt av flere komposittlag; FIGUR 4 er et sideriss, med et delvis snitt, av et komposittrørelement konstruert i henhold til oppfinnelsen med en foring, et mellomlag og et komposittlag; FIGUR 5 er et tverrsnitt av komposittrørelementet i henhold til oppfinnelsen med et trykkbarrierelag, et innvendig komposittlag og en energileder og en sensor; FIGUR 6 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med et innvendig beskyttende lag; FIGUR 7 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med et utvendig trykkbarrierelag; FIGUR 8 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med et ytre beskyttende lag; FIGUR 9 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med et utvendig trykkbarrierelag og et ytre beskyttende lag; FIGUR 10 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med et innvendig beskyttende lag, et utvendig trykkbarrierelag og et ytre beskyttende lag; FIGUR 11 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 10 med flere energiledere og flere sensorer; FIGUR 12 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med energilederen og sensoren innbakt i trykkbarrierelaget; FIGUR 13 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med energilederen og sensoren innbakt i komposittlaget; FIGUR 14 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med energilederen og sensoren plassert mellom trykkbarrierelaget og komposittlaget; FIGUR 15 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med en andre energileder spiralformet orientert og forbundet med en andre sensor; FIGUR 16 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med en andre energileder aksialt orientert og forbundet med en andre sensor; FIGUR 17 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med sensoren montert til komposittrørelementet; FIGUR 18 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med en fordelt sensor; FIGUR 19 er et tverrsnitt av komposittrørelementet på FIG. 1 med en rekke sensorer forbundet i parallell mellom to energileder; FIGUR 20 illustrerer bøyeforløpet som oppstår når kveilrøret kjøres inn og ut av en brønnboring; FIGUR 21 illustrerer komposittrørelementet på FIG. 1 forbundet med en signalprosessor; FIGUR 22 illustrerer komposittrørelementet på FIG. 18 forbundet med en optisk signalprosessor; FIGUR 23 viser skjematisk en signalprosessor forbundet med flere energiledere innbakt i komposittrørelementet på FIG. 1; og FIGUR 24 viser en grenseflate montert til komposittrørelementet på FIG. 1.

Detaljert beskrivelse av de illustrerte utførelsesformene

Komposittfibre (grafitt, Kevlar, glassfiber, boron, etc.) har en rekke egenskaper inkludert høy styrke, høy stivhet, lav vekt, etc, imidlertid, er spennings-deformasjonsresponsen av komposittfibre lineær før brudd og er følgelig ikke duktil. Kveilrør av kompositter må følgelig forholde seg til deformasjons-begrensningene på en annen måte, dvs. ved å fremskaffe en konstruksjon som imøtekommer behovene med en nær elastisk respons eller med store deforma-sjoner av matrisen. En slik komposittinnretning må ha høy motstand mot bøye-spenninger og i innvendige og utvendige trykk. Den må også ha høy aksiell stivhet, høy strekk og trykkfasthet og være motstandsdyktig mot skjærspenninger. Alle disse egenskapene kombineres i komposittrørelementet i henhold til oppfinnelsen for å fremskaffe et kveilrør som kan bøyes til en radius samsvarende med oppkveiling på en spole av fornuftig størrelse.

P.K. Mallick definerer i boken med tittelen Fiber- Reinforced Composites.Materials, manufacturing and Design, et kompositt på den følgende måte: "Fiberforsterkede komposittmaterialer består av fibre med høy styrke og høy modul innbakt eller sammenlimt til en matrise med bestemte grenseflateer (grenser) mellom seg. Generelt sett er fibrene det hovedlastbærende elementet, mens den omgiende matrisen holder dem med en ønsket plassering og orientering, virker som et lastoverførende medium mellom dem, og beskytter dem mot ødeleggelser fra omgivelsene p.g.a. forhøyede temperaturer og fuktighet, som et eksempel". Denne definisjonen definerer komposittene som de på den måten de blir brukt i denne oppfinnelsen med fibrene valgt fra en rekke tilgjengelige materialer inkludert karbon, aramid og glass og matrisen eller harpiksen valgt fra en rekke tilgjengelige materialer inkludert termosetresiner eksempelvis epoksy og vinylestere eller termoplastiske harpikser eksempelvis polyetereterketon (PEEK), polyeterketonketon (PEKK), nylon, etc. Komposittstrukturer er i stand til å bære en rekke laster i kombinasjon eller uavhengig, inkludert strekk, trykk, trykk, bøying og torsjon.

Websters sin Ninth New Collegiate Dictionary definerer slange som "et fleksibelt rør for å overføre fluider". Til sammenligning, er en slange svært forskjellig fra et komposittrør. Slangeprodukter eksempelvis navlestrenger ble brukt for undersjøiske formål og rekonstruert av fibre med høy styrke eksempelvis aramid, dakron, eller nylon lagt ned i et geodetisk mønster på en substrat-plastforing rørstruktur. Alternativt kan en slange være konstruert av fiber med høy styrke med et bindemiddel med lav modul eksempelvis gummi. I begge tilfellene, er en slange konstruert til å motstå trykklaster og å utvise god bøyingsfleksibilitet, men en slange har svært begrenset evne til å motstå kompresjonsmessige, strekk og torsjonsmessige laster eller utvendig trykk.

Komposittrøret beskrevet i denne oppfinnelsen kan motstå høye innvendige trykk og kan også motstå høye kompresjonsmessige, strekkmessige og utvendig trykk og torsjonsmessige belastninger uavhengig eller i kombinasjon. Slike egenskaper er avgjørende hvis røret skal bli brukt innenfor bruksområder eksempelvis som kveilrør der røret dyttes inn i et høytrykksreservoar og for å overvinne friksjonen for bevegelse inne i brønnboringen, særlig ved sterkt avvikende eller horisontale brønner. I tillegg er røret foreskrevet å bære sin egen vekt som det henges opp i forut 20.000-fot eller mer i en brønnboring og å være i stand til å ha en høy strekkfasthet for å ekstrahere verktøy eller for å overvinne fastsetting fra sand og sirkulerende faste stoffer som har falt sammen rundt røret. Slike laster i tilfellet med kveilrør i dype brønner kan overgå 20.000 pund. I andre bruksområder må røret også være i stand til å motstå høye torsjonslaster.

Ved utforming av komposittstrukturer, kan flere vel kjente teknikker bli brukt eksempelvis pultrusion, fiberoppkveiling, fletting og støping. Ved pultrusion, blir fibrene trukket gjennom en harpiksimpregneringsanordning, og så gjennom dyser for å fremskaffe den ønskede fasong. Alternativt kan harpiksen sprøytes direkte inn i formen. Varmeforming og herdingsstrukturer er fremskaffet i forbindelse med formene. Ved fibervikling, utformes de forskjellige lagene som danner kompositt-strukturen hvert av dem ved å vikle eller omkapsle fibre og en polymermatrise rundt en stamme eller en annen underliggende struktur som fremskaffer en ønsket fasong. En triaksial flettestruktur kan bli fremstilt ved bruk av fiberviklingsteknikker vedlagt i Quigley, US patent nr. 5,188,872 og i Quigley, US patent nr. RE 35,081, der begge herved er innarbeidet som henvisning.

FIGUR 1 illustrerer et komposittrør 10 konstruert av en hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarriere 12 og et komposittlag 14. Komposittkveilrøret er hovedsakelig utformet som et element forlenget langs akse 17. Kveilrøret kan ha en rekke rørformede tverrsnittsfasonger, inkludert sirkulær, oval, rektangulær, kvadratisk, polygonal og lignende. Det illustrerte røret har et hovedsakelig sirkulært tverrsnitt. Komposittrøret omfatter også en energileder 70 som strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet, og en sensor 72 montert sammen med det rørformede elementet.

Sensoren 72 er en struktur som avføler enten absoluttverdien eller en forandring i verdi av en fysisk egenskap eller størrelse. Eksempelsensorer for identifisering av fysiske egenskaper omfatter akustiske sensorer, optiske sensorer, mekaniske sensorer, elektriske sensorer, fluidmessige sensorer, trykksensorer, temperatursensorer, deformasjonssensorer og kjemiske sensorer.

Optiske sensorer er diskutert i utgaven fra 12. februar 1996 av the Japanese Technology Evaluation Center Panel på Optoelektronikk i Japan og USA. Donald B. Keck skrev kapitlet på optiske sensorer og spesialfibre. Dokumentet er publisert for WTEC Hyper-Librarian, med internettadresse http:// itri. loyola. edu/ opto. Dette dokumentet er herved innarbeidet som en referanse.

Optiske sensorer omfatter intensitetssensorer som måler forandringer i intensiteten av én eller flere lysstråler og interferometriske sensorer som måler faseforandringer i lysstrålene forårsaket av interferensen mellom de to lysstrålene. Optiske intensitetssensorer baserer seg på lysspredning, spektraloverførings-forandringer, mikrobøying eller strålingstap, reflektansforandringer og forandringer i modusmessige egenskaper av fiberoptikken for å detektere målbare forandringer.

Optisk kjemiske sensorer bruker fiberoptikk for å utføre fjernspektroskopi (enten ved absorpsjon eller fluorescens) av en substans.

Optiske temperatursensorer omfatter de sensorene som: fra et fjernt-liggende sted overvåker sortlegemeutstråling; identifiserer optiske sti-lengde-forandringer, via et interferometer, i et materiale med en kjent termisk ekspansjon-skoeffisient og refraktiv indeks som en funksjon av temperatur; overvåker absorpsjonsegenskapene for å bestemme temperaturen; og overvåker fluorescensutstrålingsavtakningstider fra dopede sammensetninger for å bestemme temperaturen. Eksempelvis, kan optiske fibre som har Bragg Grating innetset bli brukt for å avføle temperaturen med en interferometerteknikk.

Bragg Gratings kan også bli brukt for å måle deformasjon. Særlig, kan en refraktiv indeks grating dannes på en enkel-modus optisk fiber og den reflekterte og overutsendte bølgelengden av lys fra gratingen kan overvåkes. Den reflekterte bølgelengden av lys varierer som en funksjon av deformasjonsindusert forlengelse av Bragg Gratingen. Andre optiske sensorer måler deformasjon ved stimulert Brillouin-spredning og gjennom polarimetri i dobbeltbrytende materialer.

Hybridsensorer som omfatter optiske fibre kan også bli utformet for å detektere elektriske og magnetiske felt. Eksempelvis, overvåker den optiske fiberen forandringer i noen eller andre materialer, eksempelvis et piezokrystall, som forandres som en funksjon av elektrisk eller magnetiske felt. For eksempel, kan den optiske fiberen bestemme dimensjonsmessige forandringer i et piezo- elektrisk eller piezomagnetisk materiale som blir utsatt for hhv. elektriske eller magnetiske felt. Bragg Gratings i en optisk fiber kan også bli brukt for å måle høye magnetiske felt. Særlig, har the Naval Resarch Laboratory identifisert at reflekt-anten fra en Bragg Grating som en funksjon av bølgelengden forandret seg for høyre og venstre sirkulært polarisert lys. The Naval Research Laboratory observerte at magnetiske felt kan detekteres ved interferometrisk avlesning av faseforskjellen p.g.a. Bragg Grating bølgelengdeforskyvninger.

Fiberoptiske sensorer for måling av strøm finnes også. Hoya Glass og Tokyo Electric Power Co. identifiserte at en enkel-modus optisk fiber laget av flintglass (med mye bly) kan bli brukt for å føle strøm. Strøm måles ved å observere rotasjonen av polarisert lys i den optiske fiberen.

Optiske trykksensorer finnes som baserer seg på bevegelige diafragmaer, Fabry-Perot-interferometere eller mikrobøying. Den bevegelige diafragmaen avføler typiske forandringer i trykk påført tvers over diafragmaen ved bruk av piezoresistorer montert på diafragmaen. Resistansen i piezoresistoren varierer ettersom diafragmaen bøyer seg som reaksjon på forskjellige trykknivåer. Fabry-Perot-interferometere kan omfatte to parallelle reflekterende overflater hvori én av overflatene beveger seg som respons til trykkforandringer. Interferometerne detekterer så bevegelsen av overflaten ved å sammenligne interferensmønstrene utformet av lys som reflekterer fra den bevegelige overflaten. Mikrobøyings-sensorer kan bli utformet av to motstående riflete plater som bøyer fiberen som respons til trykknivået. Signaltapet i fiberen som resultat av bevegelsen fra de motstående riflete platene kan måles, for derved å avføle forflytning og trykk-forandring.

Forskjellige optiske sensorer finnes for måling av forflytning og stilling. Enkle optiske sensorer måler forandring i retroreflektans av lys som passerer gjennom en optisk fiber. Forandringen i retroflektans oppstår som et resultat av bevegelse av en nærliggende speiloverflate.

I tillegg, kan optiske sensorer bli brukt for å måle akustikk og vibrasjon. For eksempel, kan en optisk fiber kveiles rundt en svingende sylinder. Forandringer i akustiske bølger eller vibrasjoner gjør at sylinderen bøyes og i sin tur induserer mekaniske spenninger i kveilen med optiske fibre. Spenningene i de optiske fibrene kan måles interferometrisk og er representativt for de akustiske bølgene eller vibrasjonene som påvirker sylinderen.

Mekaniske sensorer som er passende for bruk i komposittrørelementet 10 omfatter piezoelektriske sensorer, vibrasjonssensorer, posisjonssensorer, hastighetssensorer, deformasjonssensorer (strekklapper) og akselerasjons-sensorer. Sensor 72 kan også velges fra de elektriske sensorene, eksempelvis strømsensorer, spenningssensorer, resistivitetssensorer, elektriske feltsensorer og magnetiske feltsensorer. Fluidmessige sensorer som passer for å bli utvalgt som sensor 72 omfatter strømningshastighetssensorer, fluidiske intensitetssensorer, og fluidiske densitetssensorer. I tillegg kan sensoren 72 bli valgt å være en trykksensor, eksempelvis en absolutt-trykksensor eller en differensialtrykksensor. Eksempelvis, kan sensoren 72 være en halvledertrykksensor med en bevegelig diafragma med piezoresistorer montert på denne.

Sensor 72 kan også velges å være en temperatursensor. Temperatursensorer omfatter termoelementer, resistenstermometere og optiske pyrometre. Et termoelementer bruker det forhold at forbindelser mellom ulike metaller eller legeringer i en elektrisk krets frembringer en spenning hvis de har forskjellig temperatur. Resistenstermometre består av en kveil tynn tråd. Kobbertråder føres fra den tynne tråden til en resistensmålingsanordning. Ettersom temperaturen varierer, forandres resistansen i kveilen med tynn tråd.

FIGUR 1 illustrerer også en energileder forbundet med sensoren 72 og som er innbakt i komposittrørelementet. Energilederen 70 kan enten være et hydraulisk medium, et pneumatisk medium, et elektrisk medium, et optisk medium eller et hvilket som helst materiale eller substans som er i stand til å bli modulert via datasignaler eller energi. Eksempelvis, kan energilederen være et fluidugjennomtrengelig rør for å lede hydraulisk eller pneumatisk energi langs lengden av komposittrøret. Den hydrauliske eller pneumatiske energien kan bli brukt for å styre eller drive driften av en maskin, eksempelvis aktivering av en ventil, opererbart koblet til komposittrøret. Alternativt, kan energilederen være et elektrisk ledende medium, eksempelvis en kobberledning, for overføring av styring, data eller kraftsignaler til en anordning som er opererbart koblet til komposittrøret. Energilederen kan også velges fra et optisk medium, eksempelvis fiberoptikk, for overføring av et optisk signal langs komposittrøret. Forskjellige typer optiske fibre, eksempelvis enkel-modusfibre, flermodusfibre eller plastfibre kan være mer passende avhengig av type sensor 72 som er forbundet med lederen 70. Komposittrøret kan omfatte én eller flere av de beskrevne energilederne.

Den hydrauliske styringsledningsutførelsesformen av energilederen 70 som ble brukt i komposittrøret 10 kan enten være utformet av metall eller et polymermateriale. I tilfellet med metallstyringsledning, kan metallet som danner den hydrauliske ledningen omfatte, individuelt eller i kombinasjon, stål, kobber, titan, bly eller rustfritt stål. Hydrauliske styringsledninger har typisk en diameter på mindre enn<1>/4 tomme (12,7mm). I tilfellet med en polymerisk hydraulisk ledning, kan polymermaterialene som utgjør den hydrauliske ledningen være termoplaster eller herdeplaster eller metall/polymerkompositter. Eksempelvis, kan den hydrauliske ledningen være utformet av homo-polymerer, ko-polymerer, komposittpolymerer eller ko-ekstruderte komposittpolymerer. Polymermaterialene som danner den hydrauliske ledningen velges fortrinnsvis fra en gruppe forskjellige polymerer, inkludert, men ikke begrenset til: polyvinylidenfluorid, etylentetrafluoretylen, tverrbundet polyetylen ("PEX"), polyetylen og polyester. Andre eksempler på termoplastiske polymerer omfatter materialer eksempelvis polyfenylensulfid, polyetersulfon, polyetylentereftalat, polyamid, polypropylen og acetyl.

Den hydrauliske ledningen kan også omfatte fibre for å øke lastbæringsstyrken til den hydrauliske ledningen og den totale lastbæringsstyrken av det kveilbare komposittrøret 10. Eksempler på komposittfibre omfatter grafitt, kevlar, glassfiber, boron og polyesterfibre og aramid.

Hydraulikkledningsutførelsesformen av energilederen 70 kan være utformet for å være motstandsdyktig til korrosive kjemikalier eksempelvis heterocykliske aminer, uorganiske svovelsammensetninger, og nirogene og acetyleniske organiske sammensetninger. Tre typer materialer, polyvinylidenfluorid ("PVDF"), etylentetrafluoretylen ("ETFE"), og polyetylen ("PE") har blitt funnet å imøtekomme de vanskeligere kjemiske egenskapene som kreves i spesielle bruksområder som omfatter komposittkveilrør. To spesielt attraktive materialer i forbindelse med hydraulikkledningen er RC10-089 graden PVDF, fremstilt ved Atochem og Tefzel® laget av DuPont.

Med andre aspekter, omfatter hydraulikkledningsutførelsesformen av energilederen 70 kopolymerer utformet for å oppnå forbedrede egenskaper, eksempelvis korrosjonsmotstand, slitasjemotstand og elektrisk motstand. For eksempel, kan en hydraulisk ledning bli utformet av en polymer og et tilsetningsstoff slik at den hydrauliske ledningen har høy elektrisk motstand, eller slik at den hydrauliske ledningen avgir oppbygning av statisk ladning inne i komposittrøret 10. Særlig kan karbon sort bli tilført et polymermateriale for å danne en hydraulisk ledning med en resistivitet i størrelsesorden av 10<8>ohms/centimeter.

Som ytterligere illustrert på FIGUR 1, omfatter komposittlaget 14 og trykk-barrieren 12 en vegg 74 i det rørformede elementet 10. Energilederen 70 er innbakt i veggen 74 og sensoren 72 er montert med veggen 74 i det rørformede element. Sensoren er forbundet med energilederen slik at et signal som blir generert av sensoren kan bli kommunisert ved hjelp av energilederen 70. For eksempel kan sensoren 72 generere et signal som reagerer til omkringliggende forhold i det rørformede element 10 og sensoren kan kommunisere dette signalet på energilederen 70.

En sensor 72 montert med veggen skal tolkes innenfor omfanget av dette dokumentet til å omfatte en sensor tilknyttet på utsiden av veggen eller en sensor plassert inne i veggen. Eksempelvis, kan en sensor 72 montert med veggen 74 være en sensor plassert inne i et trykkbarrierelag 12 som illustrert på FIG. 12 eller det kan være en sensor plassert inne i komposittlaget 14 som illustrert på FIG. 13, eller det kan være en sensor plassert mellom trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14 som illustrert på FIG. 14. Videre, kan sensoren 72 montert med veggen 74 være en sensor montert til det utvendige av veggen som vist på FIG. 17.

Trykkbarrierelaget 12 tjener som et trykkinneholdende element for å motstå lekkasje av innvendige fluider fra det innvendige av komposittrøret 10. I én ut-førelsesform, er trykkbarrierelaget 12 metallisk og i en annen utførelsesform er trykkbarrierelaget 12 utformet av et polymermateriale, og i en tredje utførelsesform er trykkbarrierelaget utformet av en metall/polymerkompositt eksempelvis et metall og en polymerfolie. Polymermaterialene som danner laget 12 kan ha en aksiell elastisitetsmodul som overgår 100.000 psi. Et trykkbarrierelag 12 med en modul som overgår 100.000 psi er å foretrekke ettersom det er indikerende for et rør som er i stand til å bære høyt innvendig trykk. I tillegg, tillater et trykkbarrierelag med en aksiell elastisitetsmodul på mindre enn 500.000 psi, fortrinnsvis at trykkbarriere laget kan bøye seg, i stedet for at det deler seg fra komposittlaget, ettersom komposittrøret kveiles eller bøyes rundt en spole.

I tilfellet med et metalltrykkbarrierelag, kan metallene som danner trykkbarrierelaget omfatte, individuelt eller i kombinasjon, stål, titan, bly, kobber eller rustfritt stål. I tilfellet der det er et polymertrykkbarrierelag, kan polymermaterialene som utgjør trykkbarrierelaget 12 være termoplaster eller herdeplaster. Eksempelvis, kan trykkbarrierelaget være utformet av homopolymerer, kopolymerer, komposittpolymerer eller koekstruderte komposittpolymerer. Homopolymerer henviser til materialer utformet av en enkel polymer, kopolymerer viser til materialer utformet ved å blande to eller flere polymerer, og komposittpolymerer viser til materialer utformet av to eller flere diskrete polymerlag som har blitt permanent sammenlimt eller sammensatt. Polymermaterialene som danner det innvendige trykkbarrierelaget velges fortrinnsvis fra en gruppe av forskjellige polymerer, inkludert, men ikke begrenset til: polyvinylidenfluorid, etylentetrafluoretylen, tverrbundet polyetylen ("PEX"), polyetylen og polyester. Andre eksempler på termoplastpolymerer omfatter materialer eksempelvis polyfenylensulfid, polyetersulfon, polyetylentereftalat, polyamid, polypropylen og acetyl.

Trykkbarrierelaget 12 kan også omfatte fibre for å øke lastbærestyrken i trykkbarrierelaget og den totale lastbærestyrken til det kveilbare komposittrøret 10. Eksempler på komposittfibre omfatter grafitt, kevlar, glassfiber, boron og polyesterfibre og aramid.

Trykkbarrierelaget 12 kan være utformet for å være motstandsdyktig mot korrosive kjemikalier, eksempelvis heterocykliske aminer, uorganiske svovel-forbindelser og nitrogen- og acetylenorganiske sammensetninger. Tre typer trykkbarrierelagsmaterialer, dvs. polyvinylidenfluorid ("PVDF"), etylentetrafluoretylen ("ETFE") og polyetylen ("PE") har blitt funnet å møte de vanskelig kjemiske egenskapene eller kravene i de spesielle bruksområdene som omfatter komposittkveilrør. To spesielt attraktive materialer for trykkbarrierelaget er RC10-089-graden av PVDF, fremstilt av Atochem og Tefzel® fremstilt av DuPont.

I andre utførelsesformer av trykkbarrierelaget 12 omfatter trykkbarrierelaget ko-polymerer utformet for å oppnå forbedret trykkbarrierelagegenskaper, eksempelvis korrosjonsmotstand, slitasjemotstand og elektrisk motstand. Eksempelvis kan et trykkbarrierelag 12 være utformet av en polymer og et tilsetningsstoff eksempelvis slik at trykkbarrierelaget har høy elektrisk motstand eller slik at trykkbarrierelaget avgir oppbygning av statisk elektrisitet inne i komposittrøret 10. Særlig kan karbonsort bli tilsatt et polymermateriale for å danne et trykkbarrierelag 12 med en resistivitet i størrelsesorden på 10<8>ohm/cm. Følgelig danner karbonsorttilsetningsstoffet et trykkbarrierelag 12 med en økt elektrisk ledningsevne som fremskaffer en evne til å utlade statisk elektrisitet. Evnen til å utlade utladningsevnen forhindrer fortrinnsvis antennelse av brennbare fluider som sirkuleres inne i komposittkveilrøret 10.

I et ytterligere aspekt av oppfinnelsen, har trykkbarrierelaget 12 en mekanisk forlengelse på minst 25%. Et trykkbarrierelag med en mekanisk forlengelse på minst 25% kan motstå den økte bøyingen og strekkingen som påføres trykkbarrierelaget ettersom det kveiles på en spole og blir satt inn i og fjernet fra forskjellige brønnboringer. Følgelig, øker de mekaniske forlengelsesegenskapene til trykkbarrierelaget levetiden til komposittkveilrøret 10.1 tillegg, har trykkbarrierelaget 12 fortrinnsvis en smeltetemperatur på minst 250° Fahrenheit (121°C) slik at trykkbarrierelaget ikke forandrer seg under framstillingsprosessen for å utforme komposittkveilrøret. Et trykkbarrierelag med disse egenskapene har typisk en radiell tykkelse i området fra 0,02 - 0,25 tommer (0,508mm-6,35mm).

Trykkbarrierelaget kan virke som et kjøretøy for å overføre kjemikalier som virker på det innvendige av brønnboringen, og trykkbarrierelaget kan også fremskaffe en kanal for å overføre fluider som driver eller styrer maskiner som operativt er koblet med komposittrøret.

Komposittlaget 14 kan være utformet med en rekke lag, der hvert lag har fibre plassert med en matrise, eksempelvis en polymer, harpiks eller termoplast. Fortrinnsvis har matrisen en strekkmodul på minst 250.000 psi (1700 MPa) og har en maksimal strekkforlengelse på minst 5% og har en glassomdannelses-temperatur på minst 180 grader Fahrenheit (82°C). Fibrene omfatter strukturelle fibre og fleksible garnkomponenter. De strukturelle fibrene er utformet av enten karbon, nylon, polyester, aramid, termoplast eller glass. De fleksible garnkomp-onentene eller flettefibrene, er utformet av enten nylon, polyester, aramid, termoplast eller glass. Fibrene omfattet i lag 14 kan vevde, flettet, strikket, være sting, omkretsmessig viklet eller spiralviklet. Spesielt kan fibrene være biaksialt eller triaksialt flettet. Komposittlaget 14 kan være utformet via pultrusion- prosesser, fletteprosesser eller kontinuerlige filamentviklingsprosesser. Et rør utformet med trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14 danner et komposittrør med en strekkforlengelse på minst 0,25% og er i stand til å opprettholde en åpen boringskonfigurasjon mens det blir spolt på en spole.

Trykkbarrierelaget 12 illustrert på FIG. 1, kan også omfatte utsparinger eller kanaler på den utvendige overflaten av trykkbarrierelaget. Utsparingene øker sammenbindingsstyrken mellom trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14 ved å påføre en ujevn overflate for fibrene i komposittlaget 12 og hake seg på. Utsparingene kan ytterligere øke sammenbindingsstyrken mellom trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14 hvis utsparingene er fulgt opp med et matrisemateriale. Matrisen virker som et lim, og forårsaker at komposittlaget bindes fast til det underliggende trykkbarrierelaget 12. Fortrinnsvis er utsparingene spiralformede på trykkbarrierelaget i forhold til den langsgående aksen 17.

FIG. 2 viser et "utflatet" riss av et foretrukket komposittlag 14 med en fiberkomponent 20 innvevd med en rekke tilsvarende eller forskjellige fiberkomponenter, her vist som en spiralformet med klokken orientert fiberkomponent 16 og en mot klokken helisk orientert fiberkomponent 18. Konfigurasjonen av lag 14 vist på FIG. 2 er fortrinnsvis angitt som et triaksialt vevd lag. Fiberkomponentene 16, 18 og 20 er opphengt i en matrise 22.

Spiralorienterte fibre er fibre som følger en spiralbane. Spiralfibre vikler seg typisk rundt en stamme som er underliggende for komposittrøret eller de vikler seg rundt underliggende lag av komposittrøret. Eksempelvis følger de spiralmessig orienterte fibrene en vei som kan sammenlignes med utsparingene rundt akselen på en vanlig skrue. En spiralformet fiber kan bli beskrevet til å ha en aksiell vektor, en orienteringsvinkel, og en omslagsretning. Den aksiale vektoren indikerer at den spiralformede fiberen kan følge en vei langs lengden av røret 10 ettersom den går i en spiral rundt røret, i motsetning til en fiber som kontinuerlig vikles rundt en spesiell del av røret 10 uten å strekke seg langs rørets lengde. Orienterings-retningen til den spiralformede fiberen indikerer den spiralformede fiberens vinkel i forhold til en definert akse, eksempelvis den langsgående aksen 17. For eksempel er en spiralformet fiber med en vinkel på 0° en fiber som strekker seg parallelt med den langsgående aksen og vikler seg ikke rundt røret 10, mens en fiber med en

vinkel på 90° vikler seg i omkretsen rundt røret 10 uten å strekke seg langs rørets

lengde. Omslagsretningen av den spiralformede fiberen beskrives enten som med klokken eller mot klokken som omslagsretningen rundt røret 10.

Fiberkomponentene kan være utformet av karbon, glass, aramid (eksempelvis kevlar® eller twaron®), termoplast, nylon eller polyester. Fortrinnsvis virker fibrene 16 og 18 som flettefibre og er utformet av enten nylon, polyester, aramid, termoplast eller glass. Fiber 20 øker komposittlagets 14 og det kveilbare rørets 10 aksiale styrke.

Matrisematerialet 22 er vanligvis et polymermateriale eksempelvis epoksy med høy styrke, stor forlengelse og god slagseiget. Andre alternative matriser omfatter nylon-6, vinylester, polyester, polyeterketon, polyfenylensulfid, polyetylen, polypropylen og termoplasturetaner.

Fiber 20 strekker seg i en spiral eller hovedsakelig aksialt i forhold til den langsgående aksen 17. Den spiralmessige orienterte fiberkomponenten 16 og 18 har en tendens til stramt å binde den langsgående fiberkomponenten 20 med matrisematerialet 22 i tillegg til å fremskaffe økt bøyestivhet langs aksen 17 og økt torsjonsfasthet rundt aksen 17. De spiralmessige orienterte fiberkomponentene 16 og 18 kan være innvevd i hverandre. Frem til dette har etterfølgende krysninger av to fiberkomponenter 16 og 18 hatt etterfølgende "over" og "under" geometrier.

I ett aspekt av oppfinnelsen, omfatter komposittlaget en triaksial fletting som omfatter en aksialt strekkende fiberkomponent 20, en andre fiberkomponent 16 som strekker seg med klokken og en tredje fiberkomponent 18 som strekker seg mot klokken, hvori fibre 20 er innvevd med enten fiber 16 eller fiber 18. Hvert spiralmessig orienterte fiber 16, 18 kan derfor anses som en flettet fiber. I visse aspekter av oppfinnelsen, binder en enkelt flettefiber, eksempelvis fiber 16 fiberkomponenten til et gitt lag sammen med sammenvevingen av den flettede fiber 16 med seg selv og med det aksialt strekkende fiber 20. En fiber er innvevd med seg selv, eksempelvis ved etterfølgende omhylning av fiberen rundt elementet og å lage en sløyfe med seg selv ved hver omhylning.

I et annet aspekt av oppfinnelsen, er den aksialt strekkende strukturelle fiberen 20 orientert i forhold til en første vinkels 28 langsgående akse 17. Typisk er fiber 20 spiralmessig orientert ved den første vinkelen 28 i forhold til den langsgående aksen 17. Den første vinkelen 28 kan variere mellom 5° - 20°, i forhold til aksen. Den første vinkelen 28 kan også variere mellom 30° - 70°, i forhold til aksen 17. Selv om det er foretrukket å ha fiber 20 orientert ved en vinkel på 45° i forhold til aksen 17.

Flettefiber 16 er orientert i forhold til den strukturelle fiberen 20 ved en andre vinkel 24 og flettefiber 18 er orientert i forhold til strukturell fiber 20 med en tredje vinkel 26. Vinkelen av de flettede fibrene 16 og 18, i forhold til strukturell fiber 20, kan varieres mellom +/-10°og +/- 60°. I ett aspekt av oppfinnelsen, er fibrene 16 og 18 orientert med en vinkel på +/-200 i forhold til fiber 20.

En mekanisme ved sammenbrudd av komposittrøret under belastning, særlig under bøying/trykk og strekk og trykkbelastning, antas å være utviklingen av mikrosprekker i harpiksen og introduksjonen av mikroskopiske feil mellom fibrene. Utviklingen av enkelte mikrosprekker antas også å være uunngåelige p.g.a. av de betydelige lastene som påføres røret under fremstilling og bøying av røret. Imidlertid, kan virkningene av disse mikrosprekkene og de mikroskopiske feilene begrenses eller bremses ved å begrense fremvekst og akkumulering av mikrosprekkene og de mikroskopiske feilene under fremstilling og bruk av komposittkveilrøret. Søkerne har oppdaget at valg av fibrene 16 og 18 fra gruppen av fibre som består av nylon, polyester, glass og aramid, demper og stopper fremveksten av de mikroskopiske feilene. Følgelig, forbedrer valg av fibre 16 og 18 fra de spesielt anførte materialene ødeleggelsestoleranse og utmatningsfasthet av komposittkveilrøret 10.

Søkeren har videre bestemt at det totale volumet av et hvilket som helst fibrøst materiale i et hvilket som helst valgt lag av komposittkveilrøret påvirker de totale mekaniske egenskapene av komposittkveilrøret 10, inkludert en reduksjon i utbredning av sprekker (propagation). I tillegg følger det at det totale volumet av et hvilket som helst spesielt fibrøst materiale i hele komposittkveilrøret også påvirker komposittkveilrørets 10 mekaniske egenskaper. Et komposittkveilrør med forbedret styrke og slitestyrkeegenskaper oppnås ved å utforme et komposittlag 14 hvori det kombinerte fibervolumet til det med klokken dreiende og mot klokken dreiende flettede fibre 16 og 18 består av mindre enn 20% av det totale fibervolumet i komposittlaget 14. Ytterligere i henhold til denne utførelsesformen, bør fibervolumet av den aksialt strekkende fiber 20 bestå av minst 80% av fibervolumet av komposittlaget 14. Fortrinnsvis, omfatter det første komposittlaget 14 minst 80% av fibervolumet av hovedsakelig kontinuerlige fibre orientert relativt til rørets langsgående akse 17 ved en vinkel mellom 30-70°.

Når matrisen 20 tilføres komposittlaget 14, utgjør volumet av matrisen i laget 14 typisk 35% eller mer av volumet i komposittlaget 14. Følgelig, utgjør det

kombinerte volumet av alle fibrene i komposittlaget 14 mindre enn 65% av volumet av komposittlaget 14. Følgelig er det opplagt at volumet av fibrene 16 og 18 utgjør mindre enn 13% av det totale volumet av komposittlaget 14 og at volumet av fiber 20 utgjør minst 52% av det totale volumet av komposittlaget 14.

Matrisen 20 i komposittlaget 14 velges slik at tverrgående skjærdeforma-sjon i laminatet kan opptas uten at integriteten av kveilkomposittrøret 10 brytes. Deformasjonene er vanligvis et resultat av bøying av det kveilbare komposittrøret over spolen. Disse deformasjonene påfører ikke betydelige aksiale spenninger på fiberen, men de påfører betydelige spenninger i matrisen 20. Følgelig bør matrisen 20 velges slik at den maksimale strekkforlengelsen er større enn eller lik 5%. Søkeren har ytterligere vist at ved å velge en matrise med en strekkmodul på minst 100.000 psi tilfører evnen for kveilrøret å motstå for stor deformasjon p.g.a. bøying. I samsvar med det ytterligere aspektet av oppfinnelsen, har matrisen 20 også en glassgrenseflatestemperatur på minst 180° Fahrenheit slik at harpiksens egenskaper ikke forandres ved bruksområder som innebærer høye temperaturer for det kveilede komposittrøret 10. Strekkmodulklassifiseringen og strekkfor-lengelsesklassifiseringen måles hovedsakelig ettersom kveilkomposittrøret fremstilles ved 70°Fahrenheit. Matrisematerialer med disse egenskapene omfatter epoksy, vinylester, polyester, uretaner, fenoler, termoplaster eksempelvis nylon, polyropelen og PEEK.

FIGUR 3 illustrerer et kveilet komposittrør 10 med et innvendig trykkbarrierelag 12, et første komposittlag 14A, et andre komposittlag 14B, et tredje komposittlag 14C, og der sensoren 72 er innbakt i komposittlagene. Hvert av komposittlagene er utformet av fibre innbakt i en matrise, og hvert av komposittlagene omgir etterfølgende og innkapsler det underliggende komposittlaget eller trykkbarrierelaget. Minst én av komposittlagene, 14A, 14B, 14C omfatteren spiralmessig orientert fiber i en matrise. Fortrinnsvis, inneholder minst ett av komposittlagene 14A, 14B, 14C et lag som beskrevet på FIG. 2. Særlig, har ett av komposittlagene 14A, 14B, 14C en første spiralmessig strekkende fiber, en andre med klokken strekkende fiber, og en tredje mot klokken strekkende fiber, der den første fiber er innvevd med minst én av de andre eller de tredje fibrene. De andre to komposittlagene inneholder fibre i en matrise. Fibrene kan strekke seg aksialt, de kan være omhyllet omkretsmessig, de kan være omhyllet i en spiral, de kan være biaksialt flettet eller triaksialt flettet.

I henhold til ett aspekt av oppfinnelsen, velges alle fibrene i hvert av komposittlagene fra det samme materialet. I andre aspekter med oppfinnelsen, velges alle fibrene i hvert av komposittlagene fra forskjellige materialer. Eksempelvis, kan komposittlaget 14A omfatte et triaksialt flettet lag med spiralmessig orienterte fibre med en retning med klokken og mot klokken der fibrene er utformet av polyester og der de har en spiralmessig strekkende fiber utformet av glass; komposittlaget 14B kan omfatte et lag med omkretsmessig viklet kevlarfiber, og komposittlaget 14C kan omfatte et triaksialt flettet lag med spiralmessig orienterte fibre som går med klokken og mot klokken utformet av glass og med spiralmessige strekkende fibre utformet av karbon.

Søkerne har oppdaget at tilleggskomposittlag, i tillegg eller forbi utgangs-komposittlaget 14 på FIG. 1, forbedrer egenskapene til det kveilede kompositt-røret. Særlig, skaper samvirke mellom tilleggskomposittlagene en synergivirkning som man ikke finner i enkle komposittlag. Søkeren oppdaget at komposittlag med karbonfibre bærer proporsjonalt mer av lasten ettersom deformasjonen i det kveilede komposittrøret 10 økes, sammenlignet med en tilsvarende konstruksjon som bruker glassfibre eller aramidfibre. Mens et komposittlag som tar i bruk kevlar (for eksempel aramid) fibre fremviser utmerkede trykk/cykliske bøyingsegenskaper for det kveilede komposittrør 10. Kevlarfibrene har en svakhet sammenlignet med karbonfibrene i forbindelse med trykkmessige eller kompressiv styrke. Følgelig, fremskaffer et kveilet komposittrør 10 som innbefatter både kevlar og karbon en komposittstruktur med forbedrede egenskaper som ikke finnes i komposittstrukturer med komposittlag utformet kun av karbonfibre eller kevlarfibre.

Følgelig omfatter ett aspekt av oppfinnelsen et komposittlag 14A utformet av karbonfibre og polyesterfibre i en triaksialt flettet struktur og et andre komposittlag 14B utformet av kevlarfibre. Kevlarfibrene kan innarbeides i enten en vanlig bi-aksiell fletting, triaksiell fletting eller spiralformet fletting. Eksempelvis, kan det andre komposittlaget omfatte to sett aramidfibre sammenflettet biaksialt. Det kveilede komposittrøret 10 med et innvendig komposittlag 14A utformet med karbonfibre og et utvendig komposittlag 14B utformet med kevlarfibre fremskaffer et kveilet komposittrør med en balansert styrke i to retninger og fremskaffer et kveilet komposittrør med en begrensende kraft som hjelper til med å opprettholde den lokale utbulingen av delaminerte underlag og etterfølgende delaminerings-vekst, for derved å forbedre utmatningsfastheten til det kveilede komposittrøret 10. Selvfølgelig kan dette aspektet av oppfinnelsen omfatte et tredje komposittlag 14C på utsiden av det andre komposittlaget 14B. Det tredje komposittlag 14C kan, for eksempel, omfatte en matrise og en fiber spiralmessig orientert i forhold til den langsgående aksen 17.

I et annet aspekt av oppfinnelsen, og som illustrert på FIGUR 3, omfatter komposittlaget 14A et triaksialt flettet lag med en aksialt strekkende fiber utformet av karbon og med en i urretningen strekkende fiber og en i mot urretningen strekkende fiber der begge er utformet av polyester. I tillegg, er den spiralmessige strekkende fiber 20 orientert med en 45° vinkel i forhold til det kveilede kompositt-rørets 10 akse. Ytterligere i henhold ti denne utførelsesformen, er komposittlaget 14B triaksialt flettet og omfatter en spiralmessig strekkende fiber utformet av karbon og orientert ved en vinkel på 45° i forhold til den kveilede komposittrørets 10 akse 17. Komposittlaget 14B omfatter videre en med-urs strekkende andre fiber og en mot-urs strekkende tredje fiber utformet av polyester. Det tredje komposittlaget 14C er biaksialt flettet og omfatter en kevlarfiber som strekker seg spiralmessig og som er orientert med en 54° vinkel i forhold til komposittkveilrørets 10 akse 17.

FIGUR 4 illustrerer et komposittkveilrør forlenget langs en akse 17 og der dette har et innvendig trykkbarrierelag 12, et grenseflatelag 56, og et komposittlag 14. Sensor 72 og energileder 70 er vist innbakt i komposittlaget 14 i komposittelementet 10. Grenseflatelaget 56 omgir trykkbarrierelaget 12 og ligger i lag mellom trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14. Grenseflatelaget 56 forbedrer vedheft mellom det innvendige trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14.

Fortrinnsvis er trykkbarrierelaget 12 integrert tilknyttet komposittlaget 14. Imidlertid, kan en alternativ utførelsesform trykkbarrierelaget 12 være ikke sammenheftet eller delvis sammenheftet med komposittlaget 14. Under visse driftsforhold som oppleves ved nedihullstjeneste, vil rørets utvendige overflate ikke være sammenheftet med komposittlaget 14, kunne det utvendige trykket tvinge trykkbarrierelaget å bukle seg og separere seg fra komposittlaget slik at trykkbarrierelaget klapper sammen. I tillegg, kan belastning og bøying av røret introdusere mikroskopiske sprekker i komposittlaget 14 som kunne virke som mikroskopiske kanaler for introduksjonen av det utvendige trykket som blir påført direkte på den utvendige overflaten av trykkbarrierelaget 12. Igjen, kunne disse utvendige trykkene forårsake at trykkbarrierelaget 12 klapper sammen. Grenseflatelaget 56 fremskaffer en mekanisme for sammenhefting eller sammenbinding av trykkbarrierelaget 12 med komposittlaget 14 slik at trykkbarrierelaget ikke klapper sammen under høye utvendige trykk. Grenseflatelaget 56 kan også redusere oppsprekking og fremvekst av sprekker langs komposittlaget 14 og trykkbarrierelaget 12.

I henhold til ett aspekt av oppfinnelsen, omfatter grenseflatelaget 56 en fiberforsterket matrise der fibervolumet er mindre enn 40% av det totale volumet av grenseflatelaget 56. Matrisen og det fiberutformede grenseflatelaget 56 tjener hovedsakelig som et sammenlimingslag som hefter trykkbarrierelaget 12 til komposittlaget 14. Fibrene inne i grenseflatelaget 56 kan være orientert på forskjellige måter, inkludert vevet eller ikke vevet struktur. Fortrinnsvis, er fibrene inne i grenseflatelaget 56 polyesterfibre. Et grenseflatelag med denne strukturen er i stand til å hindre at trykkbarrierelaget separerer seg fra komposittlaget selv når trykkforskjellen mellom det utvendige og innvendige av røret 10 overgår 1.000 psi (7MPa).

Matrisen inne i grenseflatelaget 56 kan omfatte et fylt polymerlag eller et ufylt polymerlag. Et fylt polymerlag brukeren polymermatrise med tilsetningsstoffer som modifiserer egenskapene i polymerlaget. Tilsetningsstoffene som ble brukt i det fylte polymerlaget omfatter partikler og fibre. Eksempelvis kan karbonsvart pulver tilføres polymerlaget for å øke konduktiviteten av grenseflatelaget 56, eller oppkuttede glassfibre kan tilføres polymerlaget for å øke grenseflatelagets 56 stivhet.

I henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, har grenseflatelaget en aksial elastisitetsmodul som ligger mellom elastisitetsmodulen til trykkbarrierelaget 12 og elastisitetsmodulen til komposittlaget 14. Grenseflatelaget 56 har følgelig en elastisitetsmodul som virker som en grenseflate mellom elastisitets modulen av trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14. Ved å fremskaffe en grenseflateselastisitetsmodul, hjelper grenseflatelaget til med å hindre at trykkbarrierelaget 12 trekker seg vekk fra komposittlaget 14 under bøyevirkningen i komposittkveilrøret 10.

Grenseflatelaget 56 øker videre det kveilede komposittrørets 10 utmatningslevetid. Grenseflatelagets 56 struktur oppnår dette ved å dempe skjærspenningene påført langs det kveilede komposittrørets 10 lengde. Ved å dempe skjærkreftene, reduserer grenseflatelaget oppsprekking og fremvekst av sprekker langs komposittlaget 14.

FIGUR 5 illustrerer et komposittrør 10 forlenget langs akse 17 og konstruert av en hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarriere 12 og et komposittlag 14. Det rørformede komposittelementet omfatter en energileder 70 som strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet, og en sensor 72 montert sammen med det rørformede elementet. Energilederen 70 og sensoren 72 er innbakt i komposittlaget 14.

Utførelsesformen av komposittrøret 10 vist på FIG. 5 har et trykkbarrierelag plassert på utsiden av komposittlaget 14.1 henhold til denne utførelsesformen av oppfinnelsen, tjener komposittlaget 14 til å redusere slitasje og skade til trykkbarriere forårsaket av omgiende faktor inne i røret eller forårsaket av substanser innvendig i røret 10.

I henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, kan kompositt-røret på FIG. 5 være utformet uten energilederen 70 og uten sensoren 72. Dette rørformede elementet er utformet med et innvendig komposittlag omkapslet av en trykkbarriere. Tilleggslag kan så tilføres dette rørformede elementet. Tilleggs-lagene som blir tilført omfatter laget illustrert på FIGUR 10.

FIGUR 6 illustrerer et rørformet komposittelement 10 med et innvendig trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, og et innvendig beskyttende lag 80. Energilederen 70 og sensoren 72 er innbakt i komposittrøret 10. Særlig, er lederen og sensoren innbakt i en vegg av komposittrøret 10, hvori komposittlaget 14 og trykkbarrierelaget 12 utgjør veggen. Lederen og sensoren blir vanligvis ikke innbakt i det beskyttende laget 80.

Det innvendige beskyttende laget 80 fremskaffer motstand mot substanser som passerer inne i det rørformede komposittelementet 10, eksempelvis korrosive fluider eller en kabel. Det innvendige beskyttende laget kan være utformet av et fylt eller ufylt polymerlag, eller så kan det innvendige beskyttende laget være utformet av et metall. Alternativt, kan det innvendige beskyttende laget 80 være utformet av en fiber, eksempelvis kevlar eller glass, og en matrise. Fibrene i det innvendige laget 80 kan være vevet i et nett eller et vevemønster, eller fibrene kan være flettet eller spiralformet flettet.

Det har ytterligere blitt oppdaget av søkeren at partikler kan tilføres det innvendige beskyttende laget for å øke slitasjemotstanden av det innvendige beskyttende laget 80. Partiklene som blir brukt kan omfatte et hvilket som helst av de følgende, individuelt eller i kombinasjon med hverandre: keramer, metaller, polymerer, silikaer, eller fluorinerte polymerer. Tilføring av Teflon® (MP 1300) partikler og et aramidpulver (PD-T polymer) til matrisen av det innvendige beskyttende lag 80 har vist seg som en effektiv måte å redusere friksjonen og å øke slitasjemotstanden.

I tilfellet der det innvendige beskyttende laget omfatter fibre, er partiklene tilført det innvendige beskyttende laget 80 slik at de består av mindre enn 20 volum-% av matrisen. I tilfellet der det innvendige beskyttende laget ikke inneholder fibre, kan partikler eksempelvis Teflon® MP 1300 også bli tilført det beskyttende polymerlaget. Når det innvendige laget 80 ikke omfatter fibre, omfatter partiklene typisk mindre enn 60% ved å belegge volumet av det innvendige beskyttende laget 80.

FIGUR 7 illustrerer et komposittkveilrør forlenget langs en akse 17 som har et innvendig trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, og et ytre trykkbarrierelag 58. Trykkbarrierelaget 58 hindrer gass eller væsker (dvs. fluider) plassert utvendig i forhold til røret 10 fra å penetrere inn i komposittkveilrøret.

Det er av to grunner viktig at fluidene ikke penetrerer inn i komposittlaget 14. For det første kan et fluid som penetrerer gjennom røret 10 til trykkbarrierelaget 12 bygge seg opp til et tilstrekkelig trykknivå som vil være i stand til å gjøre at trykkbarrierelaget 12 klapper sammen. For det andre, kan fluid som penetrerer det kveilede komposittrøret 2 under påvirkning i brønnboringen 36 gasse ut når kveilekomposittrøret 10 returneres til atmosfæretrykk.

Følgelig, kan et kveilet komposittrør 10 fungere effektivt uten et trykkbarrierelag 58 under visse forhold. For eksempel, er, når mikro-sprekker og feil i komposittlaget 14 ikke utvikler seg til en størrelse som tillater at fluider penetrerer komposittlaget 14, et trykkbarrierelag ikke nødvendig. Imidlertid, foretrekkes bruk at vet trykkbarrierelag 58 når mikro-sprekker og passasjer gjennom komposittlaget 14 tillater for migrering av fluider. Som illustrert på FIG. 7, er trykkbarrierelaget 58 hovedsakelig plassert på utsiden av komposittlaget 14.

Trykkbarrierelaget 58 kan være utformet av et metall, en termoplast, varme-herdende filmer, en elastomer eksempelvis en gummiplate, eller metall/- polymerkompositter eksempelvis en metallpolymerfolie. Alle disse forskjellige materialene kan fungere som en trykkbarriere fordi de hovedsakelig hindrer diffu-sjon av fluider. Foretrukne egenskaper for trykkbarrierelaget omfatter lav perme-abilitet for fluider (dvs. gasser eller væsker), høy forlengelse og sammenheftbarhet med komposittlag 14. Det er også foretrukket at trykkbarrierelaget 58 har en mini-mum strekkforlengelse på 10% og en aksiell elastisitetsmodul på mindre enn 750.000 psi. (5200 MPa)Disse verdiene for strekkforlengelse og elastisitetsmodul måles ved 70° Fahrenheit (21 ° C) under fremstilling av det kveilede komposittrøret 10. Permeabiliteten for trykkbarrierelaget bør være mindre enn 0,4 x 10 til -10 ccs pr. sekund cm<2->cm-cmhg.

Det ugjennomtrengelige trykkbarrierelaget 58 kan være utformet av en ugjennomtrengelig film utformet av metaller eller polymerer. Eksempelvis, omfatter akseptable polymerfilmer filmber utformet av polyester, polyimid, polyamid, polyvinylfluorid, polyvinylidenfluorid, polyetylen og polypropylen eller andre termoplaster.

Den ugjennomtrengelige filmen med lag 58 kan være et sømløst polymerlag som blir koekstrudert eller utformet via en pulveravleiringsprosess. Alternativt, kan den ugjennomtrengelige filmen bli spiralmessig omhyllet eller omkretsmessig omhyllet rundt komposittlaget for å danne en overlappende og fullstendig barriere. Det vil si at fibre eller materialet som danner trykkbarrierelaget må bli omhyllet på en slik måte at det ikke dannes spalter og at trykkbarrierelaget 58 på denne måten er tett.

Et annet aspekt av oppfinnelsen fremskaffer for et trykkbarrierelag 58 med et sammensmeltet partikkellag. Et sammensmeltet partikkellag er utformet ved å male opp et polymermateriale til et svært fint pulver. Det fine pulveret blir så varmesammensmeltet på de andre materialene som danner trykkbarrierelaget 58 eller på det underliggende komposittlaget 14.

FIGUR 8 illustrerer en utførelsesform av komposittrørelementet 10 med et innvendig trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, og et utvendig beskyttende lag 60. Komposittrøret 10 omfatter også energilederen 70 og sensoren 72 innbakt i komposittlaget 14.

Det ytre beskyttende laget 60 fremskaffer avslitningsmotstand og slitasjemotstand ved å danne en utvendig overflate på det kveilede komposittrøret som har en lav friksjonskoeffisient for derved å forårsake at gjenstander glir av det kveilede komposittrøret. I tillegg, fremskaffer det ytre beskyttende laget 60 et sømløst lag for å holde det innvendige laget i det kveilede komposittrøret sammen. Det ytre beskyttende laget kan være utformet av et fylt eller ufylt polymerlag, spiralmessig omhyllete filmer, eller metall/polymerkompositter. Alternativt kan det utvendige beskyttende lag 60 være utformet av et fiber, eksempelvis kevlar eller glass, og en matrise. Fibrene i det utvendige beskyttende laget 60 kan være vevet i et nett eller vevemønster rundt de innvendige lag i det kveilede komposittrøret 10, eller fibrene kan være flettet eller spiralmessig flettet rundt de innvendige lagene i røret 10.1 begge tilfellene, kan fibrene i det utvendige beskyttende laget være omhyllet spiralmessig rundt de innvendige lagene i det kveilede kompositt-røret 10 for å fremskaffe en sømløs struktur.

Det har videre blitt oppdaget av søkeren at partikler kan tilføres det utvendige beskyttende laget for å øke slitasjemotstanden til det utvendige beskyttende laget 60. Partiklene som blir brukt kan omfatte hvilke som helst av de følgende, individuelt eller i kombinasjon med hverandre: keramer, metaller, polymerer, silikaer, eller fluorinerte polymerer. Tilsetning av Teflon® (MP 1300) partikler og et aramidpulver (PD-T polymer) til det utvendig beskyttende laget 60 hvis matrise, har vist seg å være en effektiv måte for å redusere friksjon og å øke slitasjemotstand.

I tilfellet der det utvendige beskyttende laget omfatter fibre, er partiklene som blir tilsatt det utvendige beskyttende lag 60 slik at de består av minst 20 volum-% av matrisen. I tilfellet der det utvendige beskyttende laget ikke inneholder fibre, kan et partikkelformig materiale, eksempelvis Teflon® MP 1300 også tilsettes det polymeriske beskyttende laget. Når det utvendige laget 60 ikke om fatter fibre, omfatter partiklene typisk mindre enn 60% ved beleggvolum av det utvendige slitasjefaste laget 60. FIGUR 9 illustrerer en utførelsesform av det komposittformige rørelementet 10 med et innvendig trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, et utvendig trykkbarriere 58 og et utvendig beskyttende lag 60. En energileder 70 er forbundet med en sensor 72, og både lederen og sensoren er innbakt i komposittlaget 14. FIGUR 10 illustrerer en utførelsesform av komposittrørelementet 10 med et innvendig beskyttende lag 80, et innvendig trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, en utvendig trykkbarriere 58, og et utvendig beskyttende lag 60. En energileder 70 er forbundet med en sensor 72, og både forbindelsesleddet og sensoren er innbakt i komposittlaget 14. FIGUR 11 illustrerer en utførelsesform av komposittrørelement 10 med et innvendig beskyttende lag 80, et innvendig trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, en utvendig trykkbarriere 58 og et utvendig beskyttende lag 60. En energileder 70 strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet og forbindes med en sensor 72. En andre energileder 70A strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet og forbindes med en andre sensor 72A. En tredje energileder 70B strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet og forbindes med en tredje sensor 72B.

Som vist på FIG. 11, kan det rørformede elementet omfatte flere sensorer forbundet med flere energiledere. Hver av sensorene kan være plassert ved forskjellige plasseringer langs komposittelementet 10. Foreksempel kan sensorene være aksialt plassert, omkretsmessig plassert eller spiralmessig plassert fra hverandre langs komposittrørelementet 10. De mange sensorene kan være separat forbundet med energiledere som vist på FIG. 11, eller de mange sensorene kan være forbundet med en enkelt leder som vist på FIG. 18.

Flere sensorer danner en matrise med sensorer som spenner over komposittrørelementet. Matrisen av sensorer gir økt nøyaktighet ved lokalisering av posisjonen, i forhold til det rørformede elementet, til de omgiende forhold som blir målt av sensorene.

FIGUR 12 illustrerer et komposittkveilrør forlenget langs en akse 17 hvori komposittrøret omfatter et trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, en energileder 70, og en sensor 72. Energilederen fremskaffer en vei for å overføre kraft, kommunikasjon, data eller styringssignaler fra overflaten ned gjennom røret til en maskin tilknyttet enden av røret, og energilederen kan fremskaffe en signal-kommunikasjonsvei med en sensor 72 forbundet med energilederen 70.

Som illustrert på figurene 12-14, kan energilederen 70 og sensoren 72 være plassert hvor som helst inne i en vegg 74 på det rørformede elementet 10 utformet av trykkbarrierelaget 12 og komposittlaget 14. For eksempel viser figur 12 energilederen 70 og sensoren 72 innbakt i trykkbarrierelaget 12; figur 13 viser energilederen 70 og sensoren 72 innbakt i komposittlaget 14; og figur 14 viser energilederen 70 og sensoren 72 plassert mellom komposittlager 14 og trykkbarrierelaget 12.

Generelt sett kan lederen og sensoren bli innbakt inne i eller tilstøtende til hvilket som helst komposittlag eller trykkbarrierelag plassert inne i det rørformede elementet 10. Men det er fordelaktig å plassere energilederen i de lagene nær-mest den innvendige overflaten av røret og ikke i de lagene plassert nær den utvendige overflaten av røret. Hvis en energileder er plassert ved den utvendige overflaten av røret er det mer sannsynlig at den blir utsatt for korrosive overflater eller materialer plassert på utsiden av røret 10. I tillegg, vil en energileder plassert nær det innvendige av røret 10 bli utsatt for mindre bøyedeformasjoner sammenlignet med en energileder plassert nær utsiden av røret.

En energileder kan være innbakt i hvilket som helst av lagene som danner røret 10 ved bruk av de samme fremgangsmåter kjent innenfor fagområdet for å tilføre et fiber til komposittlaget. Typisk, blir en energileder 70 med minst én sensor 72 tilknyttet dertil viklet på en sonde eller en hvilken som helst underliggende struktur mens man påfører en matrise. Energiledere kan også tilsettes et fiberkompositt-lag ved hjelp av en pultrusjon-prosess. Eksempelvis kan energilederen trekkes gjennom en harpiksimpregneringsanordning også gjennom dyser for å fremskaffe den ønskede fasongen.

En viktig betraktning under plassering av lederen 70 i de innvendige om-rådene av komposittrøret 10 er å sikre at bøyedeformasjonene på lederen 70 minimaliseres. Dette er spesielt kritisk hvis lederen 70 er en fiberoptisk kabel. Imidlertid, kan fiberoptiske kabler utformet av plast eliminerer noen av disse problemene fordi optiske plastkabler er mindre utsatt for ødeleggelse ved bøyedeformasjoner.

Som vist på fig. 15, kan energilederne være spiralmessig orientert i forhold til komposittrørets langsgående akse 17 for å minimalisere bøyedeformasjonen på energilederne. Komposittrørelementet 10 omfatter et innvendig trykkbarrierelag 12, et komposittlag 14, en første energileder 70A tilknyttet den første sensor 72A, og en sensor energileder 70B tilknyttet en andre sensor 72B. Den første energilederen 70A og den andre energilederen 70B vikles rundt det rørformede elementet 10 i en retning mot klokken.

Den spiralmessige orienteringen av energilederne 70A, 70B tillater at trykkdeformasjonene som påføres den seksjonen av energilederen som er plassert på den innvendige bøyen av røret og bli forflyttet med ekspansjons-deformasjonene som oppleves av den seksjonen av lederen som er plassert på den utvendige bøyen av røret. Det vil si, at lederen 70A, 70B er i stand til hovedsakelig å fordele de motstående deformasjonene som er et resultat av bøyevirkn-ingen på komposittrøret tvers over lengden av lederen 70A, 70B, for derved å redusere skaden på energilederen. Figur 16 illustrerer et komposittrørelement med energiledere 70A, 70B som strekker seg hovedsakelig parallelt med aksen 17 på det rørformede elementet 10. De aksialt strekkende lederne 70A og 70B er forbundet med henholdsvis sensorene 72A og 72B. Orientering av lederne aksialt langs lengden av røret 10 øker komposittrørets aksiale stivhet og strekkfasthet. Som videre vist på figur 16, kan lederne 70A og 70B bli orientert slik at de er motstående hverandre i forhold til diameteren. Figur 17 illustrerer et komposittrørelement 10 utformet med et trykkbarrierelag 12 og ete komposittlag 14. Energilederen 70 er forbundet med sensor 72 og leder 70 er innbakt inne i det rørformede elementet 10. Sensoren 70 er montert til det rørformede elementet 10. Særlig er sensoren 72 montert til den innvendige overflaten av røret 10, slik at minst én del av sensoren strekker seg inn i det innvendige av røret eller slik at en kanal strekker seg fra sensoren til det innvendige av røret.

Sensor 72 vist på figur 17 er en "punkt-sensor". Punkt-sensorer drives kun i et enkelt punkt. Eksempelvis kan en punkt-sensor være ved en ende av en energileder som fører energi til og fra sensoren langs en bane av energilederen. Punkt-sensorer er også illustrert på figurene 1 og 5-14. Begge figurene 16 og 17 illustrerer komposittrørelementer der hvert har to punkt-sensorer. Figur 18 illustrerer et komposittrørelement med en "fordelt sensor". Fordelte sensorer finnes når avfølingen utføres i flere punkter langs lengden av energilederen. Særlig, omfatter komposittrøret 10 illustrert på figur 18 en energileder 70 med sensorer 76A, 76B, og 76C fordelt langs lengden av energilederen. Eksempler på fordelte sensorer omfatter optiske fibre med Bragg Gratings fordelt langs lengden av den optiske fiberen for å måle deformasjon eller temperatur. Sensorene 76A, 76B og 76C er også forbundet i serier langs energilederen 70. Figur 19 illustrerer et komposittrørelement med sensorer forbundet i parallell. Komposittrørelementet omfatter en første sensor 78A, en andre sensor 78B, en tredje sensor 78C, en første energileder 82, og en andre energileder 84. Hver av sensorene 78A, 78B og 78C omfatter en inngangsside forbundet med den første energilederen 82; og hver av sensorene 78A, 78B og 78C omfatter en ut-gangsside forbundet med energilederen 84. I denne innretningen, kan inn-gangssignalene mottas av sensorer fra den første energilederen 82 og ut-gangssignaler kan sendes av sensorene langs den andre energilederen 84. Figur 20 illustrerer bøyningssykler som et kveilet komposittrør 10 utsettes for når det utføres en typisk kveilrørsdrift. Røret 10 settes inn og fjernes fra en brønnboring 36 plassert under jordoverflaten. En spole 42 er anbrakt på overflaten og komposittkveilrøret 10 lagres på spolen 42. En innsetningssammen-stilling 38 er plassert på overflaten over brønnboringen 36. Innsetningssammenstillingen 38 omfatter typisk et rullebelte 40 som blir brukt til å føre det kveilede komposittrøret 10 gjennom innsetningssammenstillingen 38 inn i brønnboringen 36. Det kveilede komposittrøret 10 blir typisk utsatt for seks bøyningshendelser ettersom det settes inn og fjernes fra brønnboring 36. Den første bøynings-hendelsen 44 finner sted når det kveilede komposittrøret 10 trekkes av service-sporene 42. Når det kveilede komposittrøret 10 når sammenstillingen 38, passerer kveilrøret gjennom to bøyehendelser 46 og 48. Bøyehendelsene 50, 52 og 54 er en reversering av bøyehendelsene 44, 46, 48 og oppstår ettersom det kveilede komposittrøret 10 blir trukket ut av brønnboringen 36. Innsetting og opptrekking av røret 10 resulterer følgelig i en total av seks bøyningshendelser for hver rundtur for det kveilede komposittrøret 10. Dagens stålrør som blir brukt innenfor området kan hovedsakelig bli kjørt tre ganger gjennom bøynings-hendelsene beskrevet på figur 20 i forbindelse med høye innvendige trykk før stålrøret brytes. Til sammenligning, kan det kveilede komposittrøret i henhold til søkerens oppfinnelse bli kjørt 10 000 ganger gjennom bøyningshendelsene beskrevet på figur 20.

Figur 21 illustrerer et komposittrørelement 10 med en energileder 70 forbundet med en signalprosessor 86. Energilederen 70 er innbakt i kompositt-rørelementet 10. Signalprosessoren er vist, i henhold til et aspekt av denne utførelsesformen, som å inkludere en valgfri kopler 88, en kilde 90, og en detektor 92. Signalprosessoren kan være plassert utvendig på komposittrørelementet 10, eller signalprosessoren kan være innbakt i komposittrørelementet.

Signalprosessoren 86 mottar data fra sensoren 72 i form av energi utsendt over energilederen 70. Signalprosessoren prosesserer så det mottatte signal. Prosesseringen utført av signalprosessoren kan omfatte omdannelse av signalet, filtrering av signalet, prøvetakning (sampling) av signalet eller forsterkning av signalet. Driften utført av signalprosessoren 86 forbedrer hovedsakelig forståelsen av signalet som blir overført over energilederen 70. For eksempel kan signalprosessoren 86 forsterke og på ny sende ut signaler over energilederen 70, dvs. signalprosessoren kan virke som en repeteringskrets.

Et annet aspekt av oppfinnelsen, kan signalprosessoren omfatte en kilde 90 for å sende ut et energisignal over energilederen 70, og en detektor for å motta et energisignal fra energilederen 92. Signalprosessoren kan også omfatte en valgfri kopler 88 som et mellomledd eller for multipleksing av kilden 90 og detektoren 92 med energilederen.

Energisignaler som sendes ut av kilden 90 plasseres på energilederen 70 ved hjelp av kopler 88. Energisignalet når sensoren 72 og modifiseres av samvirke mellom sensoren 72 og omgiende forhold i komposittrørelementet 10. Sensoren 72 sender ut de modifiserte energisignalene over energilederen 70. Kopleren 88 tjener så som et mellomledd med detektoren 90 med energilederen 70 slik at detektoren kan identifisere mønstrene i det modifiserte energisignalet. Detektoren bestemmer omgiende forhold avfølt av detektor 72 ved å sammenligne egenskapene eller størrelsene på energisignalet overført av kilde 90 med egenskapene eller størrelsene på det modifiserte energisignalet.

Figur 22 illustrerer et rørformet komposittelement 10 med en energileder 70 innbakt deri og forbundet med en signalprosessor 86. Energilederen 70 omfatter tre sensorer 94A, 94B og 94C integrert utformet med energilederen.

Der sensorene er integrert utformet med energilederen, dvs. der sensoren er innbakt i eller er en del av energilederen, kalles sensorene innvortes sensorer. Sensorer 94A, 94B og 94C er innvortes sensorer. Når sensorene er utvendig i forhold til energilederen og energilederen kun registrerer og overfører et signal generert av energilederen, kalles sensorene utvortes sensorer. En utvortes sensor er illustrert eksempelvis på figur 17.

Eksempler på utvortes sensorer omfatter bevegelse av giftere for å avføle deformasjon, og fiber-til-fiber-koplere til å avføle forflytning. Eksempler innvendig sensorer omfatter optiske fibre som avføler deformasjon ved bruk av mikrobøy-ingstap av det optiske fiber, modifiserte optiske fiberbelegning brukt for å gjøre spektroskopimålinger, og Bragg Gratings etset på en optisk fiber som modifiserer interferens mønstre basert på forandringer i deformasjon av det optiske fiber.

Figur 22 illustrerer videre et optisk system koplet med en optisk sensor innbakt i komposittrørelementet 10 for å avføle en utvalgt omgiende forhold for rørformede elementet 10. Spesielt, kan energilederen 70 være en optisk fiber innbakt inne i komposittlaget 14 på det rørformede elementet. Sensorene 94A, 94B og 94C kan representere Bragg Grating integrert utformet inne i energilederen 70. Signalprosessor 86 er et optisk system for å måle en utvalgt omgiende tilstand. Signalprosessor 86 omfatter en lyskilde 98, en optisk detektor 100 og en optisk kopler 96.

Under drift genererer lyskilden 98 en bredbånds lyskilde som lyser opp den optiske kopleren 96. Den optiske kopleren er typisk en stråledeler, sender så ut lysestrålen inn i den optiske fiberen 70. Den første Bragg Grating 94C reflekterer en bølgelengde av lyset og lar det resterende passere på Bragg Grating 94B. Bragg Grating 94B reflekterer så en bølgelengde av lyset og lar det gjenværende passere til Bragg Grating 94C. Bragg Grating 94C reflekterer så en bølgelengde av lyset. Den optiske kopleren 96 forbinder også den optiske detektoren 100 med den optiske fiberen. Forandringer i de omgiende forhold for røret 10 kan modifisere reflekteringen av lys fra Bragg Gratings 94A, 94B, 94C. Den optiske detektoren måler energien til lyset i det optiske fiber. Energien eller kraften på utgangssignalet er indikerende for lysstrålene som blir reflektert av sensorene 94A, 94B og 94C. Drift av Bragg Gratings er mer fullstendig vedlagt i Fernald et al., US-patent nr. 5 394 488, med tittelen "Optical Fiber Grating Based Sensor"; og i Dunphy et al., US-patent nr. 5 426 297, med tittelen "Multiplexed Bragg Grating Sensors"; der begge av disse herved er innarbeidet som referanse.

Figur 23 illustrerer en skjematisk representasjon av en signalprosesserings-enhet 86 og koplet med en optisk fiber 120 og koplet med en optisk fiber 122. Hver av de optiske fibrene 120, 122 er innbakt i komposittrørelementet. De optiske fibre 120 er imidlertid ikke sammenbundet med det rørformige komposittelementet, mens det optiske fibre 122 er fastklebet eller heftet til det rørformige komposittelementet. Hvert av de optiske fibrene 120, 122 omfatter en rekke sensorer fordelt langs lengden av de optiske fibrene. Fortrinnsvis er sensorene som er fordelt langs de optiske fibrene 120, 122 Bragg Gratings.

Under drift, forvrenges de optiske fibrene 120 ettersom temperaturen i kompositt-rørelementet forandrer seg. Denne forvrengningen av de optiske fibrene som en funksjon av temperatur forandrer også reflektiviteten av Bragg Gratings fordelt langs fiber 120 som en funksjon av temperatur. Følgelig detekterer Bragg Gratings i fiber 120 temperaturen i det rørformige komposittelementet. Den optiske fiberen 120 er imidlertid fastheftet eller fastklebet til det rørformede elementet 10. Som et resultat av dette forvrenges det optiske fiber 122 primært på grunn av deformasjon i komposittrøret og ikke på grunn av temperaturen i komposittrøret. Denne forvrengningen er av det optiske fiber 122 som en funksjon av deformasjon forårsaker også Bragg Gratings i det optiske fiber 122 og forandre seg som en funksjon av deformasjon. Følgelig detekterer Bragg Gratings i fiber 122 deformasjon i det rørformede komposittelementet.

Figur 24 illustrerer et rørformet komposittelement 10 med energiledere 70 og 70A innbakt deri. En grenseflate 109 er fjernbart og utbyttbart montert på enden av det rørformede komposittelementet 10. Grenseflaten 109 omfatter en lastbærende forbindelse 110, en trykktetning 112 og energikoplere 114 og 114A.

Under drift er grenseflaten montert på enden av røret 10 for å forbinde røret med et annet utstyr, eksempelvis en signalprosessor, en anordning for å operere på innvendig i brønnen, eller et annet rør. Grenseflaten kan også virke for rett og slett å tette enden av røret. Den lastbærende forbindelsen 110 på grenseflaten 109 overfører aksiell, spiralformet, og radiell belastning fra det rørformede komposittelementet til grenseflaten 109. Trykktetningen 112 opprettholder trykk-differentialet eller trykkforskjellen mellom fluidpassasjen inne i det rørformede elementet og de omgiende forhold som omgir det rørformede elementet 10. Energilederne 114 og 114A frembringer en struktur for å forbinde energilederne 70 og 70A for å forbinde henholdsvis energilederne 70 og 70A, med annet utstyr.

Det skal også forståes at følgende krav er for å dekke alle generiske og spesifikke egenskaper med oppfinnelsen hittil beskrevet, og alle utsagn av omfanget av oppfinnelsen, språklig sett, kan falle der i mellom.

Etter å ha beskrevet oppfinnelsen, er hva som kreves som nytt og som ønskes sikret av patent er:

Claims

1. Rørformet komposittelement (10) for å ta i bruk spoling i en åpen boringskonfigurasjon på en spole (42) og for avspoling for bruk,karakterisert vedat det rørformede komposittelementet (10) omfatter (a) et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag (12), (b) et komposittlag (14) formet av fibre og en matrise, der komposittlaget (14) og trykkbarrierelaget (12) sammen utgjør en vegg i det rørformede elementet (10), (c) en optisk fiber (70,120,122) som strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet (10) og som er innbakt i veggen i det rørformede elementet (10) og (d) en optisk sensor (72) integrert dannet i nevnte optiske fiber (70, 120, 122) og som er forbundet for signalmessig kommunikasjon ved hjelp av nevnte optiske fiber (70, 120, 122), slik at nevnte optiske sensor (72) reagerer på omgiende forhold for det rørformede elementet (10) og kommuniserer med et signal i forhold til dette langs nevnte optiske fiber (70,120,122).

2. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat den optiske sensoren (72) er en interferometrisk sensor (70).

3. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat den optiske sensoren (72) er en optisk intensitetssensor (70).

4. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 3, karakterisert vedat den optiske intensitetssensoren (72) velges fra en gruppe bestående av lysfordelingssensorer, spektral utsendelsessensorer, strålingstapsensorer, reflektanssensorer og modusforandringssensorer.

5. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat sensoren (72) er innbakt i komposittlaget (14).

6. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat sensoren (72) er innbakt i trykkbarrierelaget (12).

7. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat sensoren (72) er plassert mellom trykkbarrierelaget (12) og komposittlaget (14).

8. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat sensoren (72) er montert på den innvendige overflaten av det rørformede komposittelementet (10).

9. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat det ytterligere omfatter minst én tilleggssensor (70) innrettet for signalmessig kommunikasjon ved hjelp av energilederen (70), der sensoren (72) og tilleggssensoren (72) danner et sett sensorer fordelt langs lengden av energilederen (70).

10. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 9, karakterisert vedat sensoren (72) og tilleggssensoren (72) er plassert ved forskjellige plasseringer i veggen på det rørformede komposittelementet (10).

11. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 9, karakterisert vedat den videre omfatter midler for å danne en andre energileder (70) innbakt i veggen på det rørformede elementet, der sensoren (72) og tilleggssensoren (72) er forbundet i parallell mellom energilederen og de andre energileder-midlene.

12. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter en andre energileder (70) innbakt i veggen på det rørformede elementet (10) og minst én tilleggssensor montert sammen med veggen på det rørformede elementet (10) og som er innrettet for signalmessig kommunikasjon ved hjelp av den andre energilederen.

13. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat energilederen strekker seg i en spiral langs lengden av det rørformede komposittelementet (10).

14. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat det videre omfatter en aksialt strekkende andre energileder innbakt i veggen og plassert diametralt motsatt i forhold til nevnte optiske fiber (70, 120, 122).

15. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat nevnte optiske fiber (70,120, 122) er valgt fra en gruppe bestående av enkelt-modus fiber, flermodus fiber eller plastfiber.

16. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat trykkbarrierelaget (12) er utformet av et materiale valgt fra gruppen bestående av metaller, polymerer og metall/polymerkompositter.

17. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 16,karakterisert vedat trykkbarrierelaget (12) er et polymer valgt fra gruppen bestående av polyvinylidenfluorid, etylentetrafluoroetylen, tverrbundet polyetylen, polyamid, polyetylen og polyester.

18. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 17,karakterisert vedat det ytterligere omfatter et innvendig beskyttende lag (80) utformet av fibre innbakt i en matrise, der det innvendige beskyttende laget er plassert innvendig i trykkbarrierelaget (12) og der komposittlaget (14) er plassert utvortes i forhold til trykkbarrierelaget (12).

19. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat fibrene som danner komposittlaget (14) omfatter en gruppe fibre spiralmessig orientert langs lengden av det rørformede komposittelement.

20. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 19,karakterisert vedat minst 80% av gruppen fibre, ved fibervolum, er spiralmessig orientert med en vinkel på mellom 30° og 70° i forhold til den langsgående aksen på det rørformede komposittelementet (10), slik at det rørformede komposittelementet (10) kan kveiles på spolen (42) i en åpen-borings rørkonfigurasjon.

21. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat den maksimale strekkdeformasjonen av det rørformede komposittelementet (10) når det er kveilet på en spole (42) er 0,25%.

22. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat elastisitetsmodulen for det rørformede komposittmodulet er større enn 100 000 psi.

23. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat det ytterligere omfatter et ytre trykkbarrierelag (12) som innkapsler komposittlaget (14) og hvori komposittlaget (14) innkapsler det fluidugjennomtrengelige trykkbarrierelaget (12), der det utvendige trykkbarrierelaget (12) motstår penetrering av fluider inn i det rørformede komposittelementet (10).

24. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat det ytterligere omfatter et ytre beskyttende lag (80) plassert utvendig i forhold til komposittlaget (14), der det utvendige beskyttende laget (80) fremskaffer slitasjemotstand for det rørformede komposittelementet (10).

25. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 24,karakterisert vedat det beskyttende laget (80) er av et materiale valgt fra gruppen bestående av keramer, polymerer, fylte polymerer, fiberkompositter, silikater, fluorinerte polymerer og metaller.

26. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 24 karakterisert vedat det ytterligere omfatter et utvendig trykkbarrierelag (12) plassert mellom det ytre beskyttende laget (80) og komposittlaget (14) og hvori komposittlaget (14) er plassert utvendig i forhold til det fluidugjennomtrengelige trykklaget (12).

27. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 25,karakterisert vedat det ytterligere omfatter et innvendig beskyttende lag plassert innvendig i forhold til det fluidugjennomtrengelige trykkbarrierelaget (12).

28. Rørformet komposittelement (10) i henhold til krav 1, karakterisert vedat det ytterligere omfatter en grenseflate plassert ved en ende av det rørformede komposittelementet (10) og er forbundet med nevnte optiske fiber (70, 120, 122) for kopling av signaler fra nevnte optiske fiber (70, 120,

122) med en signalprosessor (86) når denne er forbundet med grenseflaten.

29. Rørformet komposittelement (10) for kveiling i en åpenborings konfigurasjon på en spole (42) og for avspoling for å tas i bruk, karakterisert vedat det rørformede komposittelementet (10) omfatter (a) et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag (12), (b) et komposittlag (14) dannet av fibre i en polymermatrise der komposittlaget (14) og trykkbarrierelaget (12) sammen utgjør en vegg i det rørformede elementet, og der disse opprettholder et hovedsakelig sylindrisk tverrsnitt når de tas i bruk og blir kveilet på en spole (42), (c) en optisk fiber (70, 120, 122) som strekker seg i lengderetningen langs det rørformede elementet (10) og som er innbakt i veggen på det rørformede elementet, og (d) en utvortes sensor (72) med i veggen på det rørformede elementet (10) og der denne er forbundet for signalmessig kommunikasjon ved hjelp av nevnte optiske fiber (70,120,122), slik at sensoren (72) reagerer på det omgiende forhold for det rørformede elementet (10) og kommuniserer med nevnte optiske fiber (70, 120, 122) som et signal som reagerer på denne.

30. Grenseflateanordning for et rørformet komposittelement (10) som har minst én fluidpassasje og som har et sett med en eller flere energiledere (70),karakterisert vedat grenseflateanordningen omfatter en kombinasjon av (a) trykktettingsmidler som er inngripbare med det kveilbare rørformede elementet (10) for fluidmessig kommunikasjon med fluidpassasjen deri og for opprettholdelse av et trykkdifferential mellom passasjen og omgiende forhold, (b) lastbæremidler som er inngripbare med det rørformede kveilbare elementet for overføring av mekaniske belastninger mellom det kveilbare rørformede elementet (10) og grenseflateanordningen, og (c) en energikopler for signalmessig kommunikasjon med minst én energileder (70) i det kveilbare rørformede elementet, der grenseflateanordningen ytterligere er innrettet for fjernbart og utbyttbart inngrep med ytterligere utstyr.

31. Rørformet komposittelement (10) for kveiling i en konfigurasjon med åpen boring på en spole (42) og for avspoling for bruk, karakterisert vedat det rørformede komposittelementet (10) omfatter (a) et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag, (b) et komposittlag (14) utformet av fibre og en matrise, der komposittlaget (14) og trykkbarrierelaget (12) og det sammen utgjør en vegg i det rørformede elementet, (c) en første energileder (70) og en andre energileder som strekker seg i lengderetningen langs nevnte rørelement og som er integrert i veggen i det rørformede element, og (d) et sett med minst to sensorer montert med veggen av nevnte rørformede element og fordelt langs lengden av det rørformede komposittelement, idet de minst to sensorene (72) er forbundet i parallell mellom nevnte første energileder (70) og nevnte andre energileder, idet nevnte sett med sensorer reagerer på et omkringliggende forhold for nevnte rørformede element og kommuniserer et signal som reaksjon på dette langs energilederen.

32. Rørformet komposittelement i henhold til krav 1, hvori nevnte optiske sensor er en "Bragg Grating" etset inn i nevnte optiske fiber.

33. Rørformet komposittelement i henhold til krav 29, hvori nevnte optiske sensor er en interferometrisk sensor.

34. Rørformet komposittelement i henhold til krav 29, hvori nevnte optiske sensor er en optisk intensitetssensor.

35. Rørformet komposittelement i henhold til krav 34, hvori nevnte optiske intensitetssensor er valgt fra en gruppe bestående av lysspredningssensorer, spektraltransmitterende sensorer, radioaktive tapssensorer, reflektanssensorer og modalendringssensorer (modal change sensors).

36. Rørformet komposittelement i henhold til krav 29, hvori nevnte sensor er integrert i nevnte komposittlag.

37. Rørformet komposittelement i henhold til krav 29, hvori nevnte sensor er integrert i nevnte trykkbarrierelag.

38. Rørformet komposittelement i henhold til krav 29, hvori nevnte sensor er plassert mellom nevnte trykkbarrierelag og nevnte komposittlag.

39. Rørformet komposittelement i henhold til krav 29, hvori nevnte sensor er montert til den innvendige overflaten av nevnte komposittrørelement.

40. Rørformet komposittelement i henhold til krav 29, hvori den optiske fiberen er valgt fra en gruppe bestående av enkeltmodusfibere (single-mode fibers), flermodusfibre (multimode fibers), eller plastfibre.

41. Rørformet komposittelement for spoling i en konfigurasjon med åpen boring på en spole og for avspoling for å bli satt i drift, idet nevnte rørformede komposittelement omfatter (a) et hovedsakelig fluidugjennomtrengelig trykkbarrierelag, (b) et komposittlag dannet av fibre og en matrise, idet nevnte komposittlag og nevnte trykkbarrierelag sammen danner en vegg i nevnte rørformede element, (c) en første energileder og en andre energileder som strekker seg lengderetningen langs nevnte rørformede element og som er integrert i veggen av nevnte rørformede element, (d) et første sett av minst to sensorer montert i veggen av nevnte rørform-ede element og som er forbundet for signalkommunikasjon ved hjelp av nevnte første energileder og som strekker seg langs lengden av nevnte rørformede komposittelement, og (e) et sett på minst to sensorer montert med veggen av nevnte rørformede element og som er forbundet for signalkommunikasjon ved hjelp av nevnte andre energileder og som strekker seg langs lengden av nevnte rørformede komposittelement, idet nevnte sensorer reagerer på omkringliggende forhold for nevnte rør-formede element og kommuniserer med et signal i forhold til dette langs nevnte energiledere.

42. Rørformet komposittelement i henhold til krav 41, hvori nevnte første energileder er forbundet (bonded) med nevnte rørformede komposittelement.

43. Rørformet komposittelement i henhold til krav 42, hvori nevnte andre energileder ikke er forbundet med nevnte rørformede komposittelement.