NO342067B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av en fleksibel rørkonstruksjon - Google Patents

Abstract

Det beskrives en fleksibel rørkonstruksjon (10), ment for offshoreoljeproduksjon. Det beskrives videre en fremgangsmåte for fremstilling derav. Nevnte rør omfatter en impermeabel indre kanal og minst en omhylling (20) av en termoplastisk elastomerpolymer med definert tykkelse rundt en indre kanal (18). Ifølge oppfinnelsen omfatter den termoplastiske elastomerpolymer en polypropylenba-sert termoplastisk polymer og en elastomer basert på en etylen-propylen-dien terpolymer, og omfatter videre et kompatibiliserende middel for å øke blandbarheten mellom nevnte polypropylenbaserte, termoplastiske polymer, og nevnte elastomer basert på en etylen-propylen-dien terpolymer.

Description

FREMGANGSMÅTE FOR FREMSTILLING AV EN FLEKSIBEL RØRKONSTRUKSJON

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av en fleksibel rørkonstruksjon i store lengder, ment for transport av fluider for produksjon av olje offshore, samt de derved oppnådde konstruksjoner.

Oppfinnelsen angår mer spesielt visse hylser eller omhyllinger for konstruksjonen, fremstilt av polymermaterialet.

Ifølge oppfinnelsen henviser uttrykket "fleksibel rørkonstruksjon" både til fleksible undervannsrørledninger og undervanns kontroll- eller navlestrenger, såkalte ”umbilicals”, så vel som fleksible rørkonstruksjoner som kombinerer funksjonene for fleksible rørledninger og undervanns navlestrenger.

Fleksible undervanns eller nedsenkede rørledninger benyttes i det vesentlige til å transportere olje eller gass som utvinnes fra en offshoreavsetning eller -forekomst. De kan også benyttes for å transportere sjøvann under trykk, ment for injisering inn i avsetningene for å øke produksjonen av hydrokarboner.

Disse fleksible rørledninger er tildannet av et sett av forskjellige sjikt der hvert er ment for å bidra til at rørledningen motstår belastninger og påkjenninger for offshorebruk eller –installasjon. Disse sjikt omfatter særlig polymeromhyllinger eller –hylser og armeringssjikt som er dannet ved viklinger av tilformede metalltråder, løkker eller filamenter fremstilt av komposittmateriale.

De fleksible rørledninger omfatter generelt, innenfra og utover, minst ett indre forseglingsrør ment for å transportere fluidet som skal transporteres, armeringssjikt rundt det indre rør og en ytre, beskyttende polymerhylse rundt armeringssjiktene. Det indre armeringssjiktet består generelt av et polymermateriale og i dette tilfellet kan det også angis ved uttrykket "indre forseglingshylse" eller "trykkhylse" eller tilsvarende. Det finnes imidlertid fleksible nedsenkede rørledninger der det indre forseglingsrøret er et tynnvegget, korrugert metallrør som de som er beskrevet i WO98/25063. I visse tilfeller er en mellomliggende polymerhylse også tilveiebrakt mellom det indre forseglingsrør og den ytre beskyttende hylse, for eksempel mellom to armeringssjikt.

Det fleksible rør kan videre omfatte et termisk isolasjonssjikt, anordnet mellom armeringssjiktene og den ytre, beskyttende hylse. Dette termiske isolasjonssjikt består generelt av en skruevikling av syntaktiske skumstrimler.

Slike fleksible rør er beskrevet i standardiseringsdokumenter som er publisert av "American Petroleum Institute" (API), API 17J "Specification for Unbonded Flexible Pipe" og API RP 17B "Recommended Practice for Flexible Pipe".

Undervanns navlestrenger benyttes hovedsaklig for å transportere fluider, energi og signaler til nedsenket utstyr, for eksempel ventiler, brønnhoder, samlere, pumper eller separatorer, med henblikk på å forsyne energi og også å overvåke og fjernstyre aktivatorer for disse deler av utstyret. Fluidene som transporteres for disse anvendelser er generelt hydrauliske kontrolloljer. Undervanns navlestrenger kan også benyttes for å transportere forskjellige fluider ment for injisering i hovedledningen eller –røret for hydrokarbontransport med henblikk på enten å lette strømmen av nevnte hydrokarbon, for eksempel ved injisering av kjemiske midler med henblikk på å forhindre dannelse av hydratplugger eller metan for å gjøre det lettere for oljen å stige til overflaten ("gassløft" metoden) eller for å sikre vedlikehold av hovedrøret, for eksempel ved å injisere korrosjonsinhibitorer.

En undersjøisk navlestreng består av en enhet av ett eller flere indre forseglingsrør og eventuelt elektriske kabler og/eller fiberoptiske kabler, idet enhetene er tildannet ved en skrueformet eller S/Z vikling for nevnte rør og kabler slik at enheten er fleksibel; enheten kan så være omgitt av armeringssjikt og en ytre, beskyttende polymerhylse. Disse indre forseglingsrør hvis funksjon er å transportere de ovenfor nevnte fluider, har generelt en diameter meget mindre enn den ytre diameter av den totale enhet. Et indre forseglingsrør for en mateledning består generelt av enten et metallforseglingsrør eller et impermeabelt polymerrør omgitt av ett eller flere armeringssjikt.

Slike nedsenkede rørledninger er beskrevet i standardiseringsdokumenter publisert av "American Petroleum Institute"

Dokumentet US 6 102 077 beskriver en fleksibel rørkonstruksjon som kombinerer funksjonene for et fleksibelt, nedsenket rør og en nedsenket nav- eller mateledning. I sentrum omfatter disse konstruksjoner et fleksibelt rør med en stor diameter som benyttes for å transportere hydrokarboner, idet nevnte sentrale, fleksible rør er omgitt av et antall av perifere rør med en liten diameter, satt sammen i skrueform eller i en S/Z modus rundt det sentrale, fleksible rør, idet de perifere rør benyttes for å virke tilsvarende de i navlestrengene, særlig ved hydraulisk kontroll eller injeksjon av fluider. Slike fleksible rørkonstruksjoner er velkjente for fagfolk på området ved uttrykket ”Integrated Subsea Umbilical” og ”Integrated Production Bundle”. Disse strukturer med stor diameter er generelt omgitt av en ytre polymerhylse.

Ifølge foreliggende oppfinnelse dekker uttrykket ”indre forseglingsrør” både den indre polymerhylse eller trykkhylsen for et fleksibelt, nedsenket rør, eller metall- eller polymerfluidtransportrørene til en undervanns navlestreng. Uttrykket ”impermeabelt indre rør” henviser i sin tur til en del av den fleksible rørkonstruksjonsenhet idet delen omfatter minst et indre forseglingsrør. Disse definisjoner gjelder også fleksible rørkonstruksjoner som kombinerer funksjonene for et fleksibelt undervannsrør og en undervanns navlestreng.

Dokumentet WO03/083344 i foreliggende søkers navn beskriver bruken av en termoplastisk elastomerpolymer, (TEP), for fremstilling av en ytre omhylling eller hylse eller den mellomliggende hylse for fleksible, nedsenkede rør. Spesifikt er disse polymerer velegnet for slike anvendelser idet de er mindre kostbare enn de polyamider som har vært benyttet tidligere. Disse polymerer er også naturlig tilpasset for fremstilling av ytre eller mellomliggende polymeromhyllinger for undervanns navlestrenger, eller fleksible rørkonstruksjoner som kombinerer funksjonene for et fleksibelt undervannsrør og en undervanns navlestreng.

Fremgangsmåtene for fremstilling av disse rørtyper er velkjente, når det gjelder de ovenfor nevnte omhyllinger eller hylser fremstilt av polymermaterialet, og mer spesielt den ytre omhylling eller hylse for den mellomliggende omhylling eller hylse, ekstruderes disse direkte rundt armeringssjiktene i røret eller ledningen. Således er det første trinn å omgi den indre trykkomhylling med minst et strekkresistent sjikt og som oftest med minst et annet trykkresistent sjikt. Det neste trinn er å varmeekstrudere et mykgjort sjikt av en termoplastisk elastomerpolymer inkludert en olefinpolymer blandet med en elastomer, og til slutt avkjøles det nevnte sjikt for å oppnå minst en andre polymeromhylling eller –hylse med en på forhånd bestemt tykkelse rundt armeringssjiktene. Ekstruderingen gjennomføres ved hjelp av en ekstruder utstyrt med et krysshode.

Inntil nå har disse polymeromhyllinger vært tildannet med relativt liten tykkelse og typisk mindre enn 10 mm, og fremgangsmåten for å benytte den ovenfor nevnte termoplastiske elastomerpolymer har gjort det mulig å oppnå økonomiske omhyllinger som gir god mekanisk styrke. På grunn av økningen av vanndybdene og den ytre diameter for de fleksible rørkonstrusjoner, så vel som de termiske isoleringskrav, har det imidlertid vært foretatt forsøk for å øke spesielt tykkelsen av de termoplastiske elastomerpolymeromhyllinger. Uheldigvis er det funnet at totalt sett er de mekaniske egenskaper for de termoplastiske elastomeromhyllinger med stor tykkelse som oppnås med dette, er utilfredsstillende. Særlig har forlengelse ved brudd for de termoplastiske elastomeromhyllinger som fremstilles i henhold til de tidligere metoder, hatt en tendens til å synke sterkt når tykkelsen for hylsen eller omhyllingen er mer enn 15 mm, noe som medfører den mangel at man må øke den minimale radius med hvilken det fleksible rør kan bøyes uten risikoen for å forårsake brudd i nevnte tykke omhyllinger.

Dokumentet EP1619218 beskriver et forslag som tar sikte på å løse dette problem. Denne løsning består hovedsaklig av å tilsette et kjernedannende middel til den termoplastiske, elastomere polymer, og deretter å behandle den ekstruderte omhylling slik at den ikke har en for høy hardhet. Imidlertid angår de eneste testresultater som presenteres på side 9 i dette dokumentet prøver av ekstruderte strimler med en tykkelse på 2 mm, det vil si liten tykkelse, og gjelder derfor kun tilfeller som ikke er representative for de der de ovenfor nevnte problemer oppstår. Videre deduserer forfatteren fra disse ikke-representative tester at denne løsning skulle gjøre det mulig å løse sprøhetsproblemet for eksterne omhyllinger med en tykkelse mer enn 5 mm, eller 10 mm, eller sågar 15 mm. Imidlertid har foreliggende søker gjennomført fullskalatester når det gjelder dette forslag til løsning og funnet at forlengelsen ved brudd for disse tykke, ytre omhyllinger som fremstilles på denne måte, forblir utilstrekkelige, slik at risikoen for at hylsene skal briste, ennå ikke er overvunnet.

Videre er et teknisk problem som også oppstår, og som foreliggende oppfinnelse tar sikte på å løse, å tilveiebringe en fleksibel rørkonstruksjon og en fremgangsmåte for fremstilling av et slikt rør, der minst den ytre beskyttende omhylling eller hylse, eller en mellomliggende omhylling eller hylse, fremstilt av termoplastisk elastomerpolymer, motstår arbeidsbelastningene for konstruksjonen selv når tykkelsen for omhyllingen er redusert sammenliknet med tykkelsen for omhyllingene som fremstilles i henhold til den kjente teknikk.

Andre eksempler av kjent teknikk er funnet i EP1,619,218A1; WO95/23685A1;

US6,100,334A; WO2004/033551A2; US2006/0014903A1; US6,465,551B1 og US2006/0116474A1.

Oppfinnelsen er definert av de selvstendige krav. De avhengige krav definerer fordelaktige utførelsesformer.

For dette formål og i henhold til et første aspekt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av en fleksibel, rørformet konstruksjon, ment for oljeproduksjon offshore, idet fremgangsmåten er av den type i henhold til hvilken: det først tilveiebringes et impermeabelt, indre rør og en termoplastisk elastomerpolymer; hvoretter et mykgjort sjikt av nevnte termoplastiske elastomerpolymer tildannes ved varm ekstrudering rundt det impermeable, indre rør; hvoretter nevnte mykgjorte sjikt avkjøles for å gi minst en polymeromhylling eller –hylse med en på forhånd bestemt tykkelse rundt det impermeable, indre rør; hvoretter, ifølge oppfinnelsen, nevnte termoplastiske elastomerpolymer omfatter en termoplastisk polymer basert på polypropylen (PP) og en elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dienmonomerer (EPDM) og et kompatibiliserende middel tilveiebringes deretter for sammenblanding med nevnte termoplastiske elastomerpolymer og nevnte kompatibiliseringsmiddel før nevnte varmekstrudering, for å øke blandbarheten mellom nevnte termoplastiske polymer basert på polypropylen og nevnte elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dienmonomerer (EPDM) under ekstruderingen, ved hjelp av hvilke forlengelsen til brudd for nevnte polymeromhylling økes.

Således er et karakteristikum for foreliggende oppfinnelse bruken av et kompatibiliseringsmiddel ment for å øke stabiliteten for den termoplastiske polymer og elastomer i hverandre under ekstruderingen, der det ene er basert på polypropylen (PP) og den andre er basert på en terpolymer av etylen-propylen-dien monomerer (EPDM). På denne måte er det funnet at de mekaniske egenskaper for omhyllingen er mer homogene gjennom hele tykkelsen. Videre vil en slik omhylling eller hylse være mindre tilbøyelig til oppriving og mer generelt vil den være sterkere uansett de tyngre arbeidsbelastninger.

Det har tidligere ikke vært mulig å observere en slik fordel for kompatibiliseringsmidlet på grunn av at omhyllingene med liten tykkelse som oppnås i henhold til kjente metoder, har hatt homogene mekaniske egenskaper gjennom hele tykkelsen. Således har bruken av en omhylling med en større tykkelse, for eksempel mer enn 15 mm, satt søkelyset på et teknisk problem som tidligere ikke var reist. Spesifikt er det funnet at de mekaniske karakteristika for den termoplastiske elastomerpolymer i stor grad avhenger av avkjølingsbetingelsene etter ekstrudering. Således har de ytterste omhyllingsdeler og som en konsekvens de som avkjøles hurtigst, i luft eller i vann etter dannelse av det mykgjorte sjikt av termoplastisk elastomerpolymer rundt det impermeable indre rør, overlegne, mekaniske karakteristika sammenliknet med omhyllingsdelene som ligger nær nevnte impermeable, indre rør. De sistnevnte omhyllingsdeler blir helt åpenbart avkjølt langsommere. En sammenheng er derfor fastslått mellom avkjølingshastigheten for den mykgjorte polymer og de mekaniske egenskaper som oppnås etter avkjøling. Imidlertid er det ingen økonomisk åpenbare industrielle midler for avkjøling av det mykgjorte sjikt etter ekstrudering homogent gjennom hele tykkelsen. Fordi optiske analyser viser dannelsen av store krystallitter i den ytre hud og små krystallitter i den indre hud, ble et forsøk først gjennomført for å innarbeide et kjernedannende eller nukleerende middel for å homogenisere den krystallinske struktur. Mot alle forventninger har imidlertid denne løsning (i tillegg beskrevet i dokumentet EP1619218) ikke gjort det mulig å øke de mekaniske egenskaper for omhyllingen i tilstrekkelig grad, på tross av homogenisering av den krystallinske struktur.

Videre, og dette er en av fordelene ved oppfinnelsen, ble det tatt sikte på at kompatibiliseringsmidlet som tillater bedre kohesjon mellom fasene av de to typer polymer, og som en konsekvens bedre mekanisk styrke for det avkjølte materialet, innarbeides i den termoplastiske elastomerpolymer før ekstrudering. Dette resultat er overraskende fordi, i fravær av kjernedannelsesmidlet har den ekstruderte omhylling eller hylse sterke, krystallinske heterogeniteter, særlig når tykkelsen for omhyllingen eller hylsen er mer enn 10 mm, og disse heterogeniteter syntes å være lite påvirket av nærværet av kompatibiliseringsmidlet. Videre, og i henhold til den kjente teknikk og særlig EP1619218, var det antatt at sprøhetsproblemet for disse tykke omhyllinger i det vesentlige var forbundet med en for lav avkjølingshastighet etter ekstrudering idet denne for langsomme avkjøling forårsaket en eksessiv vekst av krystallitene. Den naturlige løsning på dette problem som ble antatt å være hovedproblemet, var derfor å tilsette et kjernedannende middel. Imidlertid ble det deretter, etter prøver, funnet at dette problem med krystallittstørrelse og heterogenisitet i realiteten var sekundært og at et annet teknisk problem assosiert med et annet hovedproblem, var avgjørende for hylsekvaliteten, og at tilsetning av et kompatibiliseringsmiddel gjorde det mulig å løse dette andre hovedproblem. Dette andre hovedproblem syntes å være forbundet med den store, termiske gradient for tykkelsen av omhyllingen eller hylsen under avkjølingen umiddelbart etter ekstrudering. Dette fordi avkjølingen av omhyllingen ved ekstruderutløpet skjer hovedsaklig gjennom det ytre og varmen fjernes i det vesentlige via luft i anlegget eller ved kjølevanntanker gjennom hvilke rør føres etter det slipper ut fra ekstruderhodet. Når det gjelder omhyllinger med stor tykkelse har den termiske gradient som er resultatet av dette fenomen, en stor amplitude, den ytre flate av omhyllingen avkjøles hurtigere enn den indre flate. Den smeltede polymer størkner hurtig i nærvær av den ytre flate av omhyllingen og størkningsfronten skrider frem mot den indre flate med en tiltakende langsom hastighet. I blandingen som utgjør polymeren i omhyllingen er elastomeren i en tilstand av faste noduler dispergert i en termoplastisk matriks av polypropylen idet matriksen befinner seg i smeltet tilstand under ekstruderingen og størkner så progressivt i løpet av avkjølingen. Under den radiale progresjon av størkningsfronten har de faste EPDM noduler en tendens til å bli forskjøvet radialt i omhyllingen og blir konsentrert nær den indre flate av omhyllingen, det vil si den sone som størkner sist. Grunnen til denne fortrengning eller forskyvning er ikke kjent, men den syntes å henge sammen med kombinasjonen av den sterke, termiske gradient og den lave avkjølingshastighet nær den indre flate. Resultatet som observeres i forbindelse med de kjente løsninger er en signifikant forskjell mellom sonene som ligger nær den indre, henholdsvis den ytre flate. Når det gjelder en tykk hylse eller omhylling i henhold til kjent teknikk, for eksempel respektivt polypropylen- og EPDM konsentrasjoner i masse-% på 70 % henholdsvis 5 %, er slike observert nær den ytre flate, mens henholdsvis 65 % henholdsvis 10 % er observert nær den indre flate og der polypropylenkonsentrasjonen faller radialt med 5 % og EPDM konsentrasjonen øker radialt i samme størrelsesorden. Disse kjemiske sammensetningsgradienter er imidlertid ikke alene noen forklaring på grunnen til problemet, men de syntes å utgjøre en indikator som avdekker et annet, underliggende problem som sannsynligvis er forbundet med morfologien og strukturen for polymeren. Videre er det observert at tilsetning av et kompatibiliseringsmiddel av typen SEBS eller polyolefin, gjør det mulig vesentlig å redusere den kjemiske sammensetningsgradient når det gjelder tykkelse i omhyllingen, og at denne reduksjon i kjemisk sammensetningsgradient ledsages av en forbedring i de mekaniske egenskaper for omhyllingen, særlig når det gjelder dens forlengelse ved brudd. Det syntes som om nærværet av dette kompatibiliseringsmiddel har hatt effekten av å redusere mobiliteten for EPDM nodulene under størkningsfasen der kompatibiliseringsmidlet utøver en forankringsrolle mellom polypropylenmodulene og EPDM nodulene.

Fortrinnsvis tilveiebringes en polymer, valgt blant polymerer basert på polyolefin eller styren-etylen-butadien-styren (SEBS) som kompatibiliseringsmiddel. På denne måte tillater en slik polymer, som på den ene side har kjemiske funksjoner eller grupper med en affinitet for elastomeren, og på den andre side, kjemiske funksjoner eller grupper med affinitet for den termoplastiske polymer, en større blandbarhet for de to typer av polymer med hverandre når de varmekstruderes. Fortrinnsvis er den valgte styren-etylen-butadien-styren videre en ikke-podet, lineær triblokkpolymer.

Videre blir med fordel et kjernedannende middel tilveiebrakt og nevnte kjernedannende middel, nevnte kompatibiliseringsmiddel, nevnte termoplastiske polymer basert på polypropylen og nevnte elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dien monomerer, blandet sammen før varmekstruderingen for å øke krystalliseringshastigheten for polymerene og deretter å homogenisere den krystallinske struktur i tykkelsen gjennom hele det mykgjorte sjikt og så omhyllingen eller hylsen. De kjernedannende midler gjør det mulig å initiere krystalliseringsreaksjonene for polymerene ved å fremme dannelsen av krystallittene umiddelbart etter at polymeren er mykgjort, ved en temperatur som ligger over glassdannelsestemperaturen. Det skal påpekes at avkjølingsbetingelsene for den termoplastiske elastomerpolymer etter ekstrudering direkte innvirker på størrelsen og densiteten for de krystalliserte soner. Imidlertid gjør kjernedannelsesmidlet som initierer dannelsen av krystallittene det mulig meget hurtig å oppnå en relativt homogen fordeling av disse krystalliserte soner både når det gjelder tykkelsen av omhyllingen og videre over hele omkretsen av omhyllingen. Det er også observert at alltid når det har vært et kompatibiliseringsmiddel gjør tilsetningen av et kjernedannende middel det mulig ytterligere å øke forlengelse ved brudd selv ved hjelp av det samme kjernedannende middel, uten nærværet av et kompatibiliseringsmiddel, noe som ikke fører til forbedring i de mekaniske karakteristika og særlig forlengelse ved brudd. Så vidt vites er dette første gang at denne kompatibiliseringsmiddel/kjernedannende middel –synergi er observert på området for tykke omhyllinger.

I henhold til en spesielt fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen består et kjernedannende middel av et fosfatsalt og/eller et dikarboksylatsalt, tilveiebrakt for å gi en enda bedre fordeling av de krystalliserte soner gjennom hele tykkelsen av omhyllingen.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen tilveiebringes det en termoplastisk elastomerpolymer omfattende mellom 40- og 70 vekt-% av nevnte termoplastiske polymer basert på polypropylen, mellom 10- og 20 vekt-% av nevnte elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dien monomerer, og mellom 1-og 20 vekt-% av nevnte kompatibiliseringsmiddel. På denne måte oppnås det en omhylling eller en hylse hvis mekaniske egenskaper, særlig når det gjelder forlengelse ved brudd, gjør det mulig å unngå risiko for at hylsen rives opp eller brister. Spesielt og slik det skal forklares i større detalj nedenfor, har materialet i hylsen som oppnås ifølge fremgangsmåten ovenfor en forlengelse ved brudd på mer enn 200 %, uansett posisjonen i tykkelsen av omhyllingen og uansett verdien for denne tykkelse, mens materialet i hylsene som oppnås ifølge den kjente teknikk, og nær det impermeable rør, når hylsen har en tykkelse på mellom 15 og 20 mm, har en forlengelse ved brudd på mellom 7 og 50 %, avhengig av overflatebetingelsene ved grenseflaten til det indre rør. I henhold til den kjente teknikk og under disse betingelser, der den indre flate av omhyllingen har en god overflatetilstand, er forlengelsen ved brudd i størrelsesorden 50 %. I soner der den indre flate av hylsen på den annen side har indenteringer forbundet med geometrien av det underliggende sjikt, kan forlengelsen ved brudd være lavere og forringet og kan synke til rundt 7 %. Når imidlertid den fleksible rørkonstruksjon bøyes til den tillatte, minimale radius, kan den ytre polymerhylse erfare en forlengelse i størrelsesorden 5 til 7 % langs den sterkest strukne generatrise. Således gjør foreliggende oppfinnelse det mulig i vesentlig grad å øke forlengelse ved brudd og derfor å bevege seg bort fra risikosonen.

Videre tilveiebringes det en termoplastisk elastomerpolymer omfattende mellom 0,1-og 1 vekt-% av nevnte kjernedannende middel for å initiere krystalliseringsreaksjonene for polymerene når de samarbeider med polymeren.

Fortrinnsvis blir et mykgjort sjikt av nevnte termoplastiske elastomerpolymer dannet ved varmekstrudering rundt nevnte impermeable, indre rør for å oppnå en polymeromhylling eller –hylse med en tykkelse på mer enn 10 mm rundt nevnte impermeable, indre rør. På grunn av kompatibiliseringsmidlet så vel som kjernedanningsmidlet har for eksempel en omhylling homogene, mekaniske karakteristika gjennom tykkelsen av omhyllingen som oppnås, selv om avkjølingshastighetene for det ekstruderte polymersjikt er forskjellig.

I henhold til et andre aspekt angår foreliggende oppfinnelse en fleksibel rørkonstruksjon ment for oljeproduksjon offshore der den fleksible rørkonstruksjon omfatter et impermeabelt, indre rør og minst en polymeromhylling eller hylse med en på forhånd bestemt tykkelse rundt nevnte impermeable, indre rør, idet omhyllingen oppnås ved varmekstrudering av et mykgjort sjikt av nevnte termoplastiske elastomerpolymer rundt nevnte impermeable indre rør, og ved avkjøling av det mykgjorte sjikt der, i henhold til oppfinnelsen, nevnte termoplastiske elastomerpolymer omfatter en termoplastisk polymer basert på polypropylen og en elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dien monomerer, og som videre omfatter et kompatibiliseringsmiddel for sammenblanding med nevnte termoplastiske elastomerpolymer og nevnte kompatibiliseringsmiddel før nevnte varmekstrudering, for å øke blandbarheten for nevnte termoplastiske polymer basert på polypropylen og nevnte elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dien monomerer under ekstrudering, ved hjelp av hvilke forlengelse ved brudd for polymeromhyllingen økes.

Således ligger et karakteristikum i bruk av et middel som kompatibiliserer med den termoplastiske polymer og elastomeren under ekstrudering for derved å gi en termoplastisk elastomerpolymer som, under arbeidsbetingelsene for trykk og temperatur for rørkonstruksjonen, har enhetlige, mekaniske karakteristika gjennom hele omhyllingen for å motstå de belastninger det tas sikte på. Fortrinnsvis er nevnte kompatibiliseringsmiddel en (ko)polymer valgt fra gruppen polymerer omfattende polymerer basert på polyolefin eller styren-etylen-butadien-styren (SEBS). Disse polymerer har fordelen av at de produseres i stor grad i industrien og kan oppnås til fordelaktige priser.

Videre omfatter nevnte termoplastiske elastomerpolymer fortrinnsvis et kjernedannende middel, ment for å indusere en homogen fordeling av krystallitter over nevnte på forhånd bestemte tykkelse under avkjølingsfasen for derved å oppnå sferolitter fordelt enhetlig både i tykkelsen av omhyllingen og over omkretsen av omhyllingen. Fortrinnsvis omfatter nevnte kjernedannende middel et fosfatsalt og/eller et dikarboksylatsalt.

I henhold til et fordelaktig karakteristikum omfatter nevnte termoplastiske elastomerpolymer mellom 40- og 70 vekt-% av nevnte termoplastiske polymer, basert på polypropylen, mellom 10- og 20 vekt-% av nevnte elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dien monomerer, og mellom 1- og 20 vekt-% av nevnte kompatibiliseringsmiddel for å oppnå tilfredsstillende mekaniske egenskaper og å gjøre det mulig å unngå risiko for oppriving. Videre omfatter nevnte termoplastiske elastomerpolymer fortrinnsvis mellom 0,1- og 1 vekt-% kjernedannende middel. I tillegg har nevnte polymeromhylling eller –hylse en tykkelse på mer enn rundt 10 mm rundt nevnte impermeable indre rør, og har identiske mekaniske egenskaper over det hele.

I henhold til en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen omfatter nevnte impermeable, indre rør, innenfra og utover i røret, en indre polymerforseglende omhylling og armerende filamenter viklet rundt nevnte indre polymere forseglingshylse for å danne minst et armerende sjikt. En fleksibel, rørformet ledning som vanligvis benyttes for offshoretransport av hydrokarboner, tilveiebringes på denne måte. Ifølge foreliggende søknad dekker uttrykket armeringsfilament spesielt metalltråder eller filamenter av komposittmaterialet, for eksempel basert på glass- eller karbonfibere, og vevede bånd eller strimler eller armerende kabler fremstilt av metallisk materiale eller av høystyrkefibere, for eksempel av aramidtypen.

Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå ved et studium av den følgende beskrivelse av en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen, gitt som illustrasjon, men uten begrensning og også under henvisning til de ledsagende figurer der:

Figur 1 er et delvis skjematisk riss i perspektiv og i snitt av et fleksibelt rør oppnådd ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og

Figur 2 er et skjematisk perspektivriss av en installering for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Figur 1 viser delvis en fleksibel rørkonstruksjon 10 som skal beskrives før fremstillingsmetoden beskrives, noe det søkes beskyttelse for. Denne rørstruktur er et rør ment særlig for transport av hydrokarboner og har, innenfra og utover, en impermeabel, indre trykkhylse 12, gjennom hvilken et hydrokarbon kan strømme. Denne indre trykkhylse 12 er omgitt av et armeringssjikt 14 dannet av en vikling med kort stigning av en formet metalltråd som er innspent og ment for å ta opp de indre trykkrefter fra den indre hylse 12. Rundt armeringssjiktet 14 er det viklet 2 sjikt av strekkarmering 16, 18 med lang stigning idet disse er ment for å ta opp de langsgående strekkrefter som røret utsettes for. Disse to sjikt av strekkarmering 16, 18, viklet rundt armeringssjiktet, i seg selv rundt den indre trykkhylse, utgjør sammen det impermeable, indre rør. Til slutt har det fleksible rørelement 10 en ytre, beskyttende omhylling 20 ment for å beskytte de ovenfor nevnte armeringssjikt 14, 16, 18. Gjenstanden for oppfinnelsen angår mer spesielt denne ytre, beskyttende omhylling 20. Det skal imidlertid påpekes at en mellomliggende omhylling av samme type kan innføres mellom armeringssjiktene 14, 16, 18, og at det kan fremstilles av det samme polymermaterialet og i henhold til samme fremstillingsmetode slik det skal beskrives nedenfor.

Under henvisning til figur 2 skal det først beskrives en installasjon som gjør det mulig å fremstille et fleksibelt, rørformet element av den ovenfor nevnte type og mer spesielt den ytre, beskyttende hylse 20.

Således omfatter installasjonen skjematisk en ekstruder 22 med en drivskrue 24 og som i sin tur omfatter en trakt eller fyllebinge 26 ved en av endene og injeksjonsdysen 28 ved den andre av endene. Til forskjell fra ekstrudere utstyrt med en injeksjonsform har ekstruderen 22 som vises her et krysshode 30 ment for et rør 32 som er tildannet for gjennomgang og tilpasset forbindelse til injeksjonsdysen 28. Røret beveges fra oppstrømsenden 31 av krysshodet 30 og til nedstrømsenden 35. Konvensjonelt blir polymerene i form av granuler innført i fyllebingen 26 og de oppvarmes og mykgjøres inne i drivskruen 24 og drives i smeltet form gjennom krysshodet 30 som er tilpasset til å tildanne et sylindrisk sjikt 33 av mykgjort polymer, over det ytterste armeringssjikt 18 av røret 32 som fremstilles. Dette sjikt av polymer har en tykkelse på mer enn 15 mm.

Utenfor nedstrømsenden 35 av krysshodet 30 blir røret belagt med det sylindriske sjikt 33 av mykgjort polymer så avkjølt, enten i luft eller ved føring gjennom et vannbad. Imidlertid er forandringen fra ekstruderingstemperaturen, som er mer enn glassdannelsestemperaturen for polymerene og nær smeltetemperaturen, og til romtemperaturen ikke umiddelbar. Således blir, når sjiktet begynner å bevege seg gjennom avkjølingssonen, en radial termalgradiens satt opp gjennom tykkelsen av den ytre omhylling der det utvendige er kaldere enn det innvendige. Helt klart forsvinner denne gradient etter en viss tid.

Således omfatter den termoplastiske elastomerpolymer som benyttes for å tildanne den ovenfor nevnte ytre hylse, en første blanding som inkluderer en vulkanisert elastomer basert på en terpolymer av etylen-propylen-dien monomerer (EPDM) og en termoplastisk polymer basert på polypropylen (PP). Fortrinnsvis er denne første blanding fremstilt ved en dynamisk vulkaniseringsmetode som gjør det mulig å oppnå en fornettet elastomerfase fordelt i form av fine partikler som er fordelt eller dispergert i matriksen av den termoplastiske polymer. De mekaniske egenskaper for omhyllingen eller hylsen 20 er forbedret på denne måte. Denne metode som er velkjent for fagfolk på området, er beskrevet spesielt i US 3 037 954. Denne første blanding omfatter i vekt-% rundt 60 % termoplastisk polymer og 15 % elastomer. Formuleringen for denne første blanding inkluderer også myknere og fyllstoffer. Det skal påpekes at denne første blanding markedsføres særlig under merket ”Santoprène 203-50” av ”ExxonMobil”.

En andre blanding som inkluderer et kompatibiliseringsmiddel, særlig når det gjelder en styren-etylen-butadien-styren (SEBS), innarbeides i denne første blanding. Den valgte SEBS er fortrinnsvis en lineær triblokkopolymer basert på styren og etylenbutadien, markedsført under merket ”Kraton<®>G-1650” fra ”Kraton Polymers”. Denne andre blanding angis generelt som en mastersats. Denne andre blanding kan også inkludere et kjernedannende middel som omfatter et fosfatsalt eller et dikarboksylatsalt. For eksempel er dette kjernedannende middel et bisyklo[2.2.1]heptandikarboksylatsalt. Det sistnevnte markedsføres av ”Milliken” under referansen ”HPN-68”. I henhold til en foretrukket utførelsesform tilveiebringes det således en andre blanding som på vektbasis inkluderer 46 % kompatibiliseringsmiddel i form av et styren-etylenbutadien-styren og 8 % av et kjernedannende middel, bisyklo[2.2.1]heptandikarboksylatsaltet.

Den første blanding og den andre blanding ble så blandet sammen i et forhold på 100 vektdeler av den første blanding til 8 vektdeler av den andre blanding, for å gi en tredje blanding. Denne operasjon kan gjennomføres automatisk oppstrøms ekstrudereren ved hjelp av en kjent innretning som er kjent som en gravimetrisk blandedoserer. Den første og andre blanding tilveiebringes i form av granuler som mates til de to innløp av blandingsdosereren der denne gir en homogen blanding av granulene i de ønskede andeler, ved utløpet. Utløpet av blandingsdosereren er direkte forbundet med mottakerdelen av ekstruderen.

Således vil kompatibiliseringsmidlet, her styren-etylen-butadien-styren (SEBS), gjøre det mulig å øke evnen for den termoplastiske polymer basert på polypropylen (PP) og elastomeren, når de to polymerer smeltes samen. Således er disse to kategorier av polymer ikke vesentlig blandbare med hverandre når de smeltes. På denne måte utgjør den første og andre blanding sammen en tredje blanding som omfatter 55,5 % termoplastisk polymer basert på polypropylen, 14 % av en terpolymer av etylenpropylen-dien monomerer, 3,4 % kompatibiliseringsmiddel, det vil si styren-etylenbutadien-styrenmidlet og 0,6 % kjernedannende middel, det vil si bisyklo[2.2.1]heptandikarboksylatsaltet.

Det skal påpekes at i den foregående formulering er en fordelaktig formulering en at andre formuleringer også kan være egnet. Således er den termoplastiske polymerblanding fortrinnsvis mellom 40- og 70 vekt-% av den totale formulering. Hva angår elastomeren er denne mellom 10- og 20 vekt-%. Kompatibiliseringsmidlet for sin del er mellom 1- og 20 vekt-%. Det kjernedannende middel, hvis det innarbeides i den termoplastiske elastomer, er til stede mellom 0,1- og 1 %.

Det er helt klart at formuleringen også omfatter konvensjonelle og velkjente additiver som termalstabilisatorer, antioksidanter, anti-UV midler, fyllstoffer eller myknere.

Således blir den tredje blanding eller sluttformuleringen, som foreligger i form av en blanding av granuler, innført i mottakerbingen 26 i den apparatur som er vist i figur 2. På denne måte blir et mykgjort og homogent sjikt av den tredje blanding tildannet ved varmekstrudering rundt det ytterste armeringssjikt hvoretter dette sjikt avkjøles for å oppnå en polymeromhylling med en på forhånd bestemt tykkelse rundt armeringssjiktet.

Tester er gjennomført for å verifisere ytelsen for denne omhylling og sammenlikne dens egenskaper med de til omhyllinger fremstilt i henhold til kjent teknikk. Disse tester bestod i fullskalaekstrudering av en ytre omhylling med en tykkelse som varierte mellom 10 og 20 mm rundt en fleksibel rørkjerne med en diameter i størrelsesorden 225 mm. Nevnte kjerne omfatter her alle de konvensjonelle sjikt for et fleksibelt rør bortsett fra en ekstern omhylling eller hylse. Enkeltskrueekstrudere med en diameter på 150 mm og 155 mm ble benyttet. Problemer i henhold til den kjente teknikk ble testet og var på den ene side blandingen polypropylen/EPDM uten kjernedannende middel eller kompatibiliseringsmiddel, og på den annen side blandingen polypropylen/EPDM med et kjernedannende middel, men uten kompatibiliseringsmiddel. Det kjernedannende middel som ble benyttet var et bisyklo[2.2.1]heptandikarboksylatsalt i henhold til det som er beskrevet i EP1619218.

Hylseprøver ble så tatt og analysert i et laboratorium. Det ble først observert at omhyllingene ifølge oppfinnelsen hadde tilfredsstillende mekaniske karakteristika, selv når tykkelsen for hylsen er mer enn 15 mm. Teoretisk ville det være bedre å benytte forlengelsesverdien ved terskelverdien for å klassifisere og selektere egnede materialer, men terskelforlengelsesmålinger er ikke pålitelige når det gjelder disse meget duktile polymerer. Videre ble det fastslått at med den samme prøvetakings- og testmetode at omhyllingene fremstilt i henhold til oppfinnelsen hadde en større forlengelse ved brudd enn de som ble fremstilt i henhold til den kjente teknikk, særlig når det gjelder de der hylsen hadde en tykkelse på mer enn 15 mm, typisk 20 mm og der spenningen på teststykkene ble tatt i proksimitet til den indre overflate. I de mest alvorlige tilfeller kunne forlengelsen ved brudd for materialene ifølge oppfinnelsen være mer enn 2 ganger høyere enn materialene ifølge den kjente teknikk.

Ved så i realiteten å analysere den ovenfor nevnte, fordelaktige formulering sammenliknet med formuleringer ifølge den kjente teknikk, ble en viss reduksjon i de mekaniske egenskaper for omhyllingsegenskaper som lå nær armeringssjiktet, observert når tykkelsen for omhyllingen øker. Ikke desto mindre er ikke bare forlengelsen ved brudd for disse omhyllingsdeler med den ovenfor nevnte fordelaktige formulering større, uansett tykkelsen av omhyllingen, men videre øker forskjellen mellom omhyllingene som oppnås fra de to formuleringer med valget i favør av omhyllingen som fremstilles med den fordelaktige formulering. Således, for en omhylling eller en tykkelse på 5 mm er forlengelsen ved brudd for omhyllingsdelen som ligger nær armeringssjiktet 500 % for omhyllingen som oppnås med den ovenfor nevnte, fordelaktige formulering, og 450 % for omhyllingen som oppnås med formuleringen ifølge den kjente teknikk. Når tykkelsen for omhyllingen er 10 mm er disse forlengelser respektivt 300 henholdsvis 200 %. Når tykkelsen for omhyllingen er 20 mm vil disse forlengelser ved brudd respektivt finnes til å være 200 henholdsvis 50 %. Videre fører de to ovenfor nevnte oppløsninger ifølge den kjente teknikk til forlengelser ved brudd med samme størrelsesorden og tilsetning av et kjernedannende middel syntes ikke å ha noen signifikant effekt på de mekaniske egenskaper for omhyllingen, særlig når det gjelder tykke omhyllinger. Således er forlengelsen ved brudd for materialet ifølge oppfinnelsen minst 200 % gjennom tykkelsen av omhyllingen for tykkelser mellom 15 og 20 mm, noe som betydelig forbedrer fleksibiliteten for de hylser eller omhyllinger som femstilles på denne måte.

Det ble også gjennomført prøver under betingelser tilsvarende de som er beskrevet ovenfor, på den ene side ved bruk av blandingen polypropylen/EPDM med kompatibiliseringsmiddel, men uten kjernedannende middel, og på den annen side blandingen polypropylen/EPDM med kompatibiliseringsmiddel og med kjernedannende middel. Når tykkelsen for omhyllingen er 20 mm er forlengelsene ved brudd så funnet til å være 200 % henholdsvis 250 %. På grunn av kombinasjonen av et kompatibiliseringsmiddel og et kjernedannende middel er forlengelsen til brudd for materialet ifølge oppfinnelsen således minst 250 % gjennom tykkelsen av omhyllingen, for tykkelser mellom 15 og 20 mm, noe som i vesentlig grad forbedrer fleksibiliteten for omhyllinger og hylser som produseres på denne måte.

Det ble videre undersøkt om tykkelsesmålingene for omhyllingene av termoplastisk elastomermateriale som ble fremstilt på denne måte, kunne gjennomføres nøyaktig og pålitelig med konvensjonelle metoder for ikke-destruktiv undersøkelse ved ultralydekografi, noe som ikke alltid har vært mulig med termoplastiske elastomerpolymerer ifølge den kjente teknikk. Dette fordi det i omhyllingene eller hylsene med stor tykkelse, fremstilt ifølge den kjente teknikk, var vanskelig å oppnå pålitelige målinger for tykkelsen med disse ultralydmetoder fordi utbredelseshastigheten for ultralyden ikke var homogen nok gjennom omhyllingens tykkelse. På den annen side og i lys av det nye materialet ifølge oppfinnelsen, er på den ene side utbredelseshastigheten for ultralyden meget mer homogen gjennom tykkelsen av omhyllingen, og på den annen side blir ultralydsvekkelsen sterkt redusert slik at målingen ved ultralydekografi er mer pålitelig og mer nøyaktig. Denne ikke-destruktive undersøkelse tillater således at tykkelsen av den termoplastiske elastomeromhylling kan måles kontinuerlig under fremstillingen av den rørformede konstruksjon.

I henhold til en annen formulering som et eksempel, ble kompatibiliseringsmidlet øket til 15 % i den tredje blanding. Det ble så observert at egenskapene når det gjelder forlengelse ved brudd for hylsen, ble øket. Man vil imidlertid merke seg at på den annen side blir den termiske resistens for omhyllingen vesentlig påvirket. Når det gjelder visse applikasjoner er det nødvendig å bibeholde sterke, termale isoleringsegenskaper for det fleksible rør. Således er det påvist at formuleringen av den tredje blanding med fordel burde inkludere mellom 2- og 5 % av kompatibiliseringsmidlet basert på styrenetylen-butadien-styren (SEBS). På denne måte er den termale konduktivitet for polymeren i omhyllingen som oppnås på denne måte, mindre enn 0,2 W/m.K., noe som tillater at fleksible rørledninger som fremstilles på denne måte, kan tilveiebringes med god termisk isolering. Under andre omstendigheter kan et annet kompatibiliseringsmiddel innarbeides i formuleringen for å erstatte polymeren basert på styren-etylen butadien-styren (SEBS), særlig en polymer basert på polyolefin og mer spesielt polyetylen. For eksempel kan det polyetylen som markedsføres under merket ”Exceed 1018CA” av ”Exxon”, benyttes. Dette er en lineær heksenkopolymer som hører til familien lineære lavdensitetspolyetylener (LLDPE).

Det ble også undersøkt at innen 20 vekt-% grensen av formuleringen vil, jo mer andelen av dette kompatibiliseringsmiddel økes, de mekaniske egenskaper og særlig forlengelsen for polymeren i den oppnådde omhylling, forbedres.

I henhold til en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen fremstilles det en rørkonstruksjon av navlestrengstypen. Således settes det sammen et indre forseglingsrør og elektriske kabler. Nevnte enhet gjennomføres ved skrueformet oppvikling av rørene og kablene slik navlestrengen er fleksibel. Enheten som så utgjør et impermeabelt, indre rør, er omgitt av en ytre forseglingsomhylling av termoplastisk elastomerpolymer i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som beskrevet ovenfor.