NO335930B1

NO335930B1 - Forsterket fleksibelt rør samt anvendelse av samme

Info

Publication number: NO335930B1
Application number: NO20140956A
Authority: NO
Inventors: Kristian Glejbøl; Jakob Wedel-Heinen; Jan Christian Rytter
Original assignee: Nat Oilwell Varco Denmark Is
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2015-03-23
Also published as: US6739355B2; US20030164196A1; WO2001081809A1; OA12248A; DE60106902D1; DE60132640D1; NO20140956L; NO20025077D0; CA2402980C; EP1277007A1; ATE281621T1; NO20025077L; EP1475560B1; CA2402980A1; US6889718B2; US20040182462A1; AU2001248298A1; NO335331B1; EP1277007B1; EP1475560A1

Abstract

Det er beskrevet et fleksibelt, forsterket rør, som innbefatter en indre fôring som er omgitt av en trykkarmering, er bygget opp ved sammenføyning av profiler, som har et antall spor. I henhold til oppfinnelsen er profilene utformet som K-profiler (10, 16, 17), som har spor (10a, 10b, 10c, 10d) som er anordnet i tilstøtende overflater til profilet. Når profilene blir brakt sammen, danner sporene et hulrom hvori det kan innføres låseelementer (12, 14, 18), hvis funksjon er å forhindre forskyvning av K-profilene ved rette vinkler til rørets aksialretning når dette utsettes for aksielle, kompressive krefter. Låseelementet kan være I-formet (14), sirkulært eller utformet som en wire (18) med et C-formet tverrsnitt. Låseelementet kan også være fremstilt enten av et stivt eller et elastisk, deformerbart materiale. Med et C-formet låseelement, blir ikke hele hulrommet, som er dannet av sporene, fylt ut. Det dannes derved en kanal gjennom hvilken uønskede fluider kan ledes bort eller gjennom hvilken rensevæsker kan tilføres.

Description

Forsterket fleksibelt rør samt anvendelse av samme

Foreliggende oppfinnelse vedrører et fleksibelt, armert rør, hvilket rør innbefatter en indre foring og en spiralviklet trykkarmering som omgir den indre foringen; hvilken trykkarmering innbefatter et antall tilstøtende armeringsprofiler, hvor hvert profil har et antall spor, idet minst to av sporene er tilveiebragt langs overflatene til de tilstøtende armeringsprofilene som danner et hulrom mellom dem, og et antall låseprofiler, hvilke låseprofiler er anpasset til å holde sammen de tilstøtende profilene;

Oppfinnelsen vedrører også anvendelse av røret for transport av fluider.

Rør av den ovennevnte type innbefatter vanligvis et indre barrierelag, den såkalte indre foringen, som danner en barriere mot utstrømning av fluidet som det er ønskelig å transportere gjennom røret. Videre innbefatter rør av den ovennevnte type et ytre barrierelag, den såkalte ytre foringen, som forhindrer at det ytre miljøet påvirker rommet mellom den indre og ytre foringen.

På utsiden av den indre foringen er det viklet et eller flere armeringslag, som ikke er kjemisk bundet til de resterende komponentene til røret, men kan bevege seg i forhold til disse, noe som gir røret fleksibilitet under utlegging og drift.

Hele rørarmeringen er vanligvis plassert mellom den indre og ytre foringen, men i visse tilfeller vil kun en del av armeringslagene være plassert mellom den indre og ytre foringen, mens den resterende del av armeringen er plassert utenpå den ytre foringen. Når en del av armeringen ligger på utsiden av den ytre foringen, kan det påføres et ytterligere lag på utsiden av røret, i den hensikt å beskytte det ytterste armeringslaget mot mekanisk beskadigelse.

For å forhindre sammenbrudd av den indre foringen, er innsiden av denne ofte kledd med et fleksibelt, viklet permeabelt rør, et såkalt skrog.

Den ovennevnte typen av fleksible rør, brukes blant annet for transport av fluider og gasser ved forskjellige vanndybder. De brukes spesielt i situasjoner hvor det er et meget høyt eller varierende vanntrykk langs rørets lengdeakse. Som et eksempel kan det nevnes stigerør som strekker seg fra havbunnen opp til en installasjon på eller nær havoverflaten. Rør av denne typen blir også brukt mellom installasjoner, som er anbragt ved store dybder på havbunnen, eller mellom installasjoner nær havoverflaten.

Noen av armeringslagene er viklet med en stor vinkel i forhold til rørets lengdeakse, og vil derfor primært være i stand til å absorbere radielle krefter som oppstår som et resultat av ytre eller indre trykk. Profilene forhindrer derved sammenbrudd eller brister i røret som et resultat av trykkpåvirkninger og blir derfor kalt trykkarmering.

Trykkarmeringen vil alltid ligge i rommet mellom rørets indre og ytre foring, og er vanligvis bygget opp av forskjellige metallprofiler.

Ved at det kan være tilstede meget høye indre trykk i røret, er det av stor betydning med en felles forankring, siden en glidning av disse langs rørets akse kan resulterer en for stor innbyrdes profilavstand, som kan resultere i skade på den indre foringen. Den innbyrdes mekaniske forankringen oppnås ved å utforme profilene på en slik måte at de låses sammen mekanisk når de blir viklet.

For å sikre røret fleksibilitet, er trykkarmeringen utformet slik at det tillates en begrenset innbyrdes bevegelse av de trykkbærende profilene.

Til forskjell fra trykkarmeringen, vil profiler, som er viklet med en liten vinkel i forhold til rørets lengdeakse, ikke være i stand til å absorbere radielle krefter i noen vesentlig grad, men på den andre siden være i stand til å absorbere krefter som opptrer i rørets lengdeakse. I det etterfølgende, vil denne typen armering blir benevnt som strekkarmering, idet dens primære oppgave er å absorbere strekkrefter som et resultat av indre trykk i røret og dets spenn. Strekkarmeringen er plassert enten i rommet mellom den indre og ytre foringen, eller på utsiden av den ytre foringen.

Undervisse driftsbetingelser, vil røret bli eksponert overfor kompressive, aksielle krefter, som vil komprimere røret. Under forutsetning av at strekkarmeringen er forhindret fra å ekspandere radielt, vil den være i stand til å absorbere disse kompressive kreftene. Dersom røret imidlertid er konstruert på en slik måte at den radielle ekspansjonen til rørets strekkarmering ikke er forhindret, vil strekkarmeringen ikke være i stand til å absorbere de kompressive, aksielle kreftene, ved at disse primært vil bli absorbert av den indre og ytre foringen. Denne kompresjonen kan fortsette inntil det frie volumet mellom trykkarmeringsprofilene er brukt opp, hvorefter de kompressive, aksielle kreftene primært vil bli absorbert av trykkarmeringen, som er fremstilt av et materiale med langt høyere stivhet enn den indre og ytre foringen. I denne forbindelse er det et problem at trykkarmeringen ikke er stabil under kompresjon, og årsaken er at trykkarmeringsprofilene vil ha en tendens til å gli ut over hverandre med påfølgende skade på røret.

Fra WO00/036324A er det kjent et armert, fleksibelt rør som har en innvendig foring omgitt av en trykkarmering som er omgitt av en strekkarmering. Trykkarmeringen er bygget opp av et antall profiler som kan gå i inngrep med hverandre.

WO00/09930 beskriver et rørformet, fleksibelt rør innbefattende en indre tetningshylse av polymer, en sylindrisk trykkhvelving bestående av en spiralviklet wire med åpninger mellom viklingene. Hvelvingen innbefatter langstrakte maskeringselementer som i det minst delvis maskerer åpningene mellom viklingene til tråden og er ved den indre hylsen, hvorved det påstås oppnådd at problemet med" «indre tetningshylsekryping» blir løst.

US 2 087 876 beskriver en selvbærende, fleksibel, ringformet streng uten en trykkarmering og uten indre understøttelsesorgan, tilsiktet som en hul leder for høyspentoverføring av elektrisk energi, hvilken streng innbefatter et mangfold spiralanordnede remser i et kant til kant-forhold som danner en rørformet konstruksjon og wirer anbragt mellom og som adskiller kantene til remsene, hvilke remser er sideveis adskillbare og i stand til å dreie på wirene. De viklede remsene har en liten vinkel i forhold til rørets retning, hvorved radialkrefter på strengen åpner remsene og resulterer i at radialkrefter ikke blir absorbert, det vil si et ganske annet resultat enn det til foreliggende oppfinnelse.

EP 0266720 A2 beskriver et plastrør bestående av et bånd med parallell sidekanter og minst en ytterribbe, hvor det langs båndkanten er anordnet utadragende flenser med hver sin endevulst. Grenene til et U-formet låsebånd omgriper disse flensene på en klemmelignende måte for å bevare røret i dets form.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny utforming av trykkarmeringsprofiler som forhindrer at profilene glir ut over hverandre.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å øke barriereegenskapene til trykkarmeringen, som i visse tilfeller kan øke det ferdige rørets funksjonalitet i betydelig grad.

Hensiktene med oppfinnelsen blir oppnådd med et fleksibelt, armert rør, hvilket rør innbefatter

(A) en indre foring; og

(B) en spiralviklet trykkarmering som omgir den indre foringen;

hvilken trykkarmering innbefatter

(a) et antall tilstøtende armeringsprofiler, hvor hvert profil har et antall spor, idet minst to av sporene er tilveiebragt langs overflatene til de tilstøtende armeringsprofilene som danner et hulrom mellom dem, og (b) et antall låseprofiler, hvilke låseprofiler er anpasset til å holde

sammen de tilstøtende profilene;

hvilket rør er kjennetegnet ved at de minst to sporene er låsespor og at det dannede hulrommet huser et låseelement.

Det er derved tilveiebragt organ i armeringen for å forhindre en ukontrollert, radiell forskyvning av de primære, spiralviklede profilene. Videre er det i armeringen tilveiebragt organ som forhindrer en fri, eller nesten fri strøm mellom den konkave og den konvekse siden av armeringen. Videre er de primære, spiralviklede profilene tilveiebragt med minst to spor, hvori det er plassert et profil av en annen type, hvorved det oppnås en låsing av de primære, spiralviklede profilene mot innbyrdes, ukontrollert aksiell forskyvning.

I en mest foretrukket utførelsesform, som beskrevet mer detaljer i krav 2, er profilet utformet som et K-profil med fire spor. Det oppnås herved en låsing mot ukontrollert, radiell forskyvning, ved at minst to spor er tilveiebragt langs tilstøtende overflater i K-profilene, og at et låseelement er anordnet i rommet som er dannet av de to tilstøtende sporene.

Med andre ord skiller utformingen av armeringen i henhold til oppfinnelsen seg fra hittil kjente trykkarmeringer ved en innbyrdes låsing av K-profilene, ikke bare langs den aksielle retningen, men også rettvinklet til denne, noe som kan tilskrives anvendelsen av låseprofiler og låseelementer med forskjellige funksjoner.

I en utførelsesform angitt i krav 3, har K-profilene to spor som er anordnet i hjørnene til profilet, og et l-profil er tilveiebragt i hulrommet som er dannet av den to sporene i tilstøtende profiler, hvorved det sikres at det i tilfelle av store trykkpåvirkninger, ikke er noen migrering av materiale, det vil si indre foringsmateriale, inn i rommene som er tilstede mellom profilene.

Foretrukne utførelsesformer som definerer forskjellige låseelementer er definert i kravene 4-7.

I en utførelsesform som er definert i krav 8, er låseelementet fremstilt av et elastisk deformerbart materiale, oppnås det en vesentlig barriere mot migrering av fluider mellom de konvekse og konkave delene av armeringen, som kan gi armeringen en viktig ekstra funksjonalitet når låseprofilet er utformet slik at deformasjonen av dette er nødvendig for at det skal kunne huses i de tilstøtende sporene.

I en utførelsesform som definert i krav 9, ved utforming av låseelementet som en wire med et C-formet tverrsnitt, sikres det at det blir tilveiebragt en langsgående kanal, som for eksempel kan brukes for å lede bort uønskede fluider eller tilførsel av rensevæsker eller lignende.

Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen er definert i de uselvstendige kravene 10-13.

Som nevnt, vedrører oppfinnelsen også anvendelse av røret. Denne anvendelsen er definert mer detaljert i krav 14.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart mer detaljert med henvisning til tegningen, hvor

fig. 1 viser en normal konstruksjon av et fleksibelt, forsterket rør med dets forskjellige lag,

fig. 2 viser en alternativ konstruksjon av et fleksibelt, forsterket rør, hvor strekkarmeringen er plassert på utsiden av den indre foringen,

fig. 3 viser et K-profil for trykkarmering i henhold til oppfinnelsen,

fig. 4 viser K-profiler i henhold til fig. 3 sammenføyd ved dannelsen av armeringen,

fig. 5 viser en andre utførelsesform av sammenføyde K-profiler i henhold til oppfinnelsen,

fig. 6 og 7 viser ytterligere utførelsesformer tilsvarende fig. 3, men med andre låseelementer, mens

fig. 8 viser en ytterligere utførelsesform av profilet i henhold til oppfinnelsen, hvor en tunge erstatter det ene av de tilstøtende sporene og låseprofilet.

I fig. 1 er det vist et rør som består av en indre foring 3, som omgir et skrog 1 bestående av spiralviklede metallbånd 2, som danner et indre rør. Under dets produksjon, blir metallbåndet 2 utformet med klaffer som danner inngrep med hverandre, slik at de derved låser de individuelle viklingene i metallbåndet 2 til hverandre på en slik måte at skrogetl blir fleksibelt. Siden det indre skroget 1 i seg selv ikke er impermeabelt, er hensikten med den omgivende foringen 3 å forhindre strømmen av fluider til eller fra innsiden av røret.

På utsiden av den indre foringen 3, er det et eller flere lag med metallprofiler 5, 6 viklet på en spiralformet måte, som danner en trykkarmering med viklinger med en stor vinkel i forhold til rørets lengderetning. Som en konsekvens den store vinkelen, vil disse profilene primært være i stand til å absorbere radielle krefter som oppstår på grunn av indre eller ytre trykk. Det indre trykket stammer fra drift av røret. Det ytre trykket stammer delvis fra de hydrostatiske trykket i omgivelsene, og delvis fra mekaniske påvirkninger under utlegging av røret. Viklingene danner derved en trykkarmering som forhindrer brudd i den indre foringen 3 som et resultat av et høyt trykk på innsiden av røret, eller dets sammenbrudd som følge av et høyt trykk på utsiden av røret.

Fig. 1 viser også en strekkarmering, som består av et eller flere spiralviklede lag 7,8, er tilveiebragt på utsiden av trykkarmeringen.

Mellom trykkarmeringen og strekkarmeringen kan det være anbragt en mellomliggende kappe, hvis hensikt er på forhindre at fluider migrerer mellom strekkarmeringen og trykkarmeringen. En ytre kappe 9 omgir til slutt disse lagene.

Siden oppfinnelsen ikke vedrører den mellomliggende kappen, strekkarmeringen og den ytre kappen, vil ikke disse elementene bli diskutert mer detaljert.

Sammenlignet med utførelsesformen i fig. 1, viser fig. 2 en alternativ plassering av rørets ytre foring.

En utførelsesform som vist i fig. 2, vil forhindre oppbygging av kompressive påkjenninger i strekkarmeringen 7, 8, noe som gjør denne utførelsesformen spesielt fordelaktig når strekkarmeringselementene er fremstilt av en fiberforsterket plastkompositt.

I henhold til oppfinnelsen, i en første utførelsesform vist i fig. 3, er trykkarmeringen bygget opp av K-profiler 10 som, i en første utførelsesform, har fire låsespor eller utsparinger 10a, 10b, 10c og 10d. Som vist i fig. 4, holdes disse K-profilene sammen av låseprofiler i form av C-profiler 11, som danner inngrep i sporene 10b, 10c, som ligger på utsiden av trykkarmeringen.

Det er også vist i fig. 4, at det i sporene 10a og 10d, som danner et hulrom langs tilstøtende kanter av K-profilet, er plassert et låseelement 12. Dette låseelementet 12 absorbere radielle krefter, som eller ville kunne forskyve K-profilene langs de tilstøtende kantene og medføre at K-profilene "tipper".

I fig. 5 sees en variant av K-profilet vist med henvisningstall 16. Dette korresponderer med profilet i fig. 3, men med den forskjellen at to hjørner til K-profilet 16 er utformet med utskjæringer for å huse et l-profil 15, hvis funksjon er å forhindre at materiale, så som foringsmateriale, strømmer fra innsiden av røret ut mot låseelementene og C-profilene, ved at en kompressiv kraft på l-profilet 15 fra innsiden av røret vil blokkere passeringen av materiale. Fig. 6 viser en utførelsesform tilsvarende den i fig. 4. Forskjellen er at sporene 61a, 61 d har en halvsirkelform, og at låseelementet 62 har et sirkulært tverrsnitt. Fig. 7 viser en utførelsesform lignende den i fig. 3, men nå med et låseelement 18 med et C-formet tverrsnitt plassert i hulrommet. Dette låseelementet medfører at ikke hele hulrommet fylles ut, men at det er tilveiebragt en kanal 19 i hulrommet. Denne kanalen kan eventuelt brukes for fjerning av uønskede fluider eller for tilførsel av rensevæsker i røret. Fjerningen kan for eksempel kontrolleres ved å danne en passende trykkdifferanse mellom endene av røret. Fig. 8 viser en variant 17 av K-profilet, som langs sine tilstøtende kanter (når to eller flere K-profiler danner inngrep med hverandre), er tilveiebragt med et spor 81 og en tunge 82 korresponderende med dette. På denne måten, blir det mulig å unngå bruk av låseelementer, som kan ha visse fordeler fra et produksjonsteknisk synspunkt.

For alle de beskrevne utførelsesformene gjelder det at materialet i det profilet som forhindrer glidning ikke vil være så tungt belastet som de omgivende K-profilene. Ved utformingen av dette profilet, er det derfor en stor frihet i valg av materialer andre enn materialet som K-profilene er fremstilt av, dersom dette skulle være formålstjenlig.

Som eksempler på bruk av alternative metaller, kan det nevnes en rund wire, se f. eks. fig. 6, hvor denne wiren kan være fremstilt av et metall eller en legering med et lavere halvlederpotensiale enn metallet som de omgivende K-profilene er fremstilt av. En slik metode vil sikre katodisk beskyttelse av K-profilene.

Et annet eksempel kan være i en utførelsesform som vist i fig. 7, kun med en sinkremse valset ned i C-profilet 18, som omgir K-profilene 10. Siden denne sinkremsen vil være i galvanisk kontakt med den omgivende armeringen, vil den forårsake en meget effektiv beskyttelse av systemet mot korrosjon.

Det er innlysende at foreliggende oppfinnelse kan utøves på andre måter enn de som er vist over og som fremdeles vil ligge innen patentkravenes beskyttelsesomf ang.

For eksempel kan K-profilene med fordel også brukes som indre trykkarmering i den indre foringen, i tilfeller hvor det er ønskelig å være armert mot meget store ytre kompressive krefter.

Videre er det en stor frihet ved bruk av prinsippene i oppfinnelsen i tilfeller hvor flere rør er forbundet ved hjelp av koblingselementer etc.

Claims

1. Fleksibelt, armert rør, hvilket rør innbefatter (A) en indre foring (3); og (B) en spiralviklet trykkarmering (5, 6) som omgir den indre foringen; hvilken trykkarmering innbefatter (a) et antall tilstøtende armeringsprofiler (10,16, 17), hvor hvert profil har et antall spor (1 Oa, 10b, 10c, 10d), idet minst to av sporene er tilveiebragt langs overflatene til de tilstøtende armeringsprofilene som danner et hulrom (19) mellom dem, og (b) et antall låseprofiler (11), hvilke låseprofiler er anpasset til å holde sammen de tilstøtende profilene; karakterisert vedat de minst to sporene er låsespor og at det dannede hulrommet huser et låseelement (12, 14, 62, 18).

2. Rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat et armeringsprofil er utformet som et K-profil med fire spor.

3. Rør i henhold til krav 2, karakterisert vedat K-profilet har to spor (13) som er anordnet i hjørnene av profilet og at et l-profil (15) er tilveiebragt i hulrommet som er dannet av de to sporene i tilstøtende profiler.

4. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1 - 3, karakterisert vedat låseelementet helt eller delvis fyller ut hulrommet.

5. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert vedat låseelementet (14) er utformet som et l-prof il.

6. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1 - 3, karakterisert vedat de minst to sporene (61a, 61 d) har en halvsirkelform.

7. Rør i henhold til krav 6, karakterisert vedat låseelementet er utformet med et i det vesentligste sirkulært tverrsnitt.

8. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert vedat låseelementet er fremstilt av et elastisk, deformerbart materiale.

9. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1 - 4, karakterisert vedat låseelementet er utformet som en wire med et C-formet tverrsnitt.

10. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert vedat låseprofilene er C-formede.

11. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1-10, karakterisert vedat profilene består av et materiale som helt eller delvis er fremstilt av metall, en metallegering eller et keramisk forsterket metallmateriale.

12. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1-11, karakterisert vedat profilene består av et materiale som helt eller delvis er fremstilt av en polymer eller en armert polymer.

13. Rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert vedat den indre foringen er omgitt av en spiralviklet trykkarmering.

14. Anvendelse av et fleksibelt, armert rør i henhold til hvilket som helst av kravene 1 - 13 for transport av fluider, så som vann, ammoniakk eller hydrokarboner, etc.