NO830302L - Fleksibelt sperresjikt. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fleksible'sperresjikt og særlig, men ikke utelukkende produkter som fleksible slanger og fleksible membraner, der minst en side av pro-duktet under bruk vender mot tofaseblandinger av gass og olje.

Særlig når det gjelder tofaseblandinger som har et høyt trykk og dermed skaper høy trykkforskjell over det fleksible sperresjikt har tofaseblandingen, og særlig gassen som inneholdes i denne, tilbøyelighet til å trenge gjennom materialet i det fleksible sperresjikt og føre til forring-else av dette. Vanligvis er det fleksible sperresjikt av en laminert oppbygning og inneholder en innleiret forsterkningsstruktur, og i så tilfelle har man i tillegg risiko for at gass som trenger inn og forringer forsterkningen også har til-bøyelighet til å danne blærer mellom og fra tid til annen, også inne i lagene, noe som fører til en tilbøyelighet til at lagene løsner fra hverandre. Den nyttige levetid for pro-duktet blir dermed redusert.

For å redusere risikoen for en uønsket oppsamling av gass i det fleksible sperresjikt er det i andre lag enn det som har sin overflate i kontakt med tofaseblandingen, kjent å benytte materialer med høy permeabilitet, såsom silikongummi og materialer med tilsvarende permeabilitet. Eventu-ell . gass som trenger gjennom et overflatelag med lav permeabilitet, som er i kontakt med tofaseblandingen,vil da forholdsvis fritt kunne passere gjennom sperresjiktet uten særlig risiko for opphopning og dermed følgende blæredannelse.

En ulempe som er knyttet til anvendelse av silikongummi og en rekke materialer med tilsvarende permeabilitet er at de ikke har tilstrekkelig styrke til på en tilfredsstil-lende måte å holde fast på hverandre følgende deler av even-tuelle forsterkninger som finnes i sperresjiktlegemet. Selv om de er egnet til å danne et ytre overflatelag som vender fra den overflate som normalt er i kontakt med tofaseblandingen er disse materialer ikke egnet for anvendelse i det sentrale forsterkningsområde i det fleksible sperresjikt, idet dette ville føre til en tilbøyelighet i dette området til opphopning av gasser og dermed følgende blæredannelse ogforringelse av forsterkningsstrukturen. En ytterligere ulempe med silikongummi sammenliknet f.eks. med neopren, er omkost-ningene.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å komme frem .til et fleksibelt sperresjikt, f.eks. i en slange eller et membran som under bruk er i stand til å holde gasser eller tofasefluider ved høy trykkforskjell og der de ovennevnte ulemper og vanskeligheter er redusert eller overvunnet.

I henhold til et trekk ved foreliggende oppfinnelse skal et fleksibelt sperresjikt som skal holde på fluider under trykk omfatte et første lag av polymerisk materiale som når sperresjiktet er i bruk, skal vende mot det fluidum som holdes tilbake, og et andre lag som er formet av polymerisk materiale av den type som innbefatter tilsetningsstoffer som når de fjernes, resulterer i en betydelig økning av permeabiliteten av materialet i det annet lag, sammenliknet med det første lag.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre et fleksibelt sperresjikt som når tilsetningsstoffene fjernes for å danne det annet lag av det polymeriske materiale, skaper fibrilære baner som forholdsvis lett tillater passasje av gass, sammenliknet med det første lag.

Det første lag kan være i direkte kontakt med eller nær inntil, men ikke i direkte kontakt med det fluidum som skal holdes tilbake.

Uttrykket "fibrilare banedannelser, som her er benyttet skal bety både en liten dannelse med langstrakt form og også serier av banedannelser som ikke nødvendigvis er langstrakte eller i direkte forbindelse med hverandre, men som sammen danner en bane med lav permeabilitet gjennom det annet lag.

De fibrilare banedannelser fremkommer fortrinnsvis ved at det i det annet lag anvendes et polymerisk materiale av en art som innbefatter tilsetningsstoffer som fjernes fra materialet etterat dette er gitt den form som det normalt skal ha i det ferdige produkt.

Det fleksible sperresjikt kan omfatte en- forsterkningsstruktur som fortrinnsvis er innleiret i det annet lag av polymerisk materiale.

Permeabiliteten for materialet i det annet lag, før dannelsen av de fibrilare baner, kan være lavere enn permeabiliteten for materialet i det første lag idet dannelsen av de fibrilare baner vil øke den grad hvormed permeabiliteten i det annet lag blir større enn permeabiliteten i det første lag. Som et alternativ kan imidlertid det annet lag formes av et materiale som før dannelse av de fibrilare baner har en permeabilitet som er større enn eller lik den som gjelder det første lag.

Tilsetningsstoffet kan frigjøres eller fjernes fra det polymeriske materiale for å danne de fibrilare baner, enten som en del av fremstillingsprosessen for det fleksible sperresjikt eller under senere installasjon eller bruk av sperresjiktet.

For fleksible sperresjikt av den art som skal anvendes under vann kan man således benytte et vannoppløselig tilsetningsstoff slik at de fiibrale banedannelser fremkommer under installasjon eller bruk i stedet for under de forut-gående fremstillingsprosesser.

Spesielt velegnede tilsetningsstoffer for det polymeriske materiale i det annet lag innbefatter polyetylen-oksyder, såsom polyoks WSR30 og PEG 6000 og polyvinylalkohol med molekylvekt på 14000 (PVA 14000) (fra B.D.H. Chemicals Limited), idet disse stoffer er vannoppløselige.

De nevnte tilsetningsstoffer er særlig egnet for anvendelse i polymeriske materialer som neopren, nitril-gummi, styrenbutadiengummi og naturgummi.

Tilsetningsstoffene kan være oppløselige i berøring med det fluidum som..det fleksible sperresjikt omslutter og for hvilket det erønskelig å danne en bane med forholdsvis lav permeabilitet gjennom det annet lag, slik at tilsetningsstoffene frigjøres fra det fleksible sperresjikt av det fluidum som skal ledes. I alminnelighet er det allikevel å foretrekke ikke å stole på det fluidum som skal ledes når det gjelder dannelse av fibrilare baner i materialet i det annet lag på grunn av risikoen for fluidumopphopning og blæredannelse i den tid det tar å skape de fibrilare baner.

Oppfinnelsen er av særlig viktighet når det gjelder slanger eller fleksible rør for høye trykk til transport av varm råolje, f.eks. fra sjøbunnen til en stasjon på overflat-en eller et annet fjerntliggende sted. I dette tilfellet og ved andre anvendelser under vann kan det polymeriske materiale i det annet lag med fordel gjøres forholdsvis permeabelt etterat det er kommet på plass ved at sjøvann løser opp og skylder ut tilsetningsstoffene i det polymeriske materiale.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningen der: Fig. 1 viser en slange som er trinnvis skåret bort for å frilegge de på hverandre følgende lag og

fig. 2 viser i detalj et snitt gjennom en del av slangen på fig. 1.

Slangen som er vist, er en tretoms (75 mm) fleksibel høytrykksslange for transport av råolje.

Slangen omfatter et formbestandig indre foringslag 10 i form av en dobbeltviklet skrue av "316" rustfri ståltråd, der trådene har stort sett trapesformet tverrsnitt og ligger slik at kontaktflatene på trådene mellom på hverandre følgende viklinger i skruen har stort sett avkortet kjegleform og smalner av i motsatte retninger i forhold til slangens lengderetning.

Et innvendig foringslag av denne type er beskrevet mer i detalj i britisk patent nr. 2.002.084.

I tillegg til at det motstår sammenklemmende belastninger skal laget 10 danne en slitesterk foring som tillater passasje av. verktøy gjennom slangen uten at dette skader dens innside.

Foringslaget 10 er omgitt av et par viklelag 11 av glass fiberduk som legges som skrueviklede strimler slik at de virker som en radielt sett indre begrensning for et derpå følgende ekstrudert fluidumtett lag 12 av en fluoro- polymer foeks. fluoroplastmateriale, av en type som har høy motstandsdyktighet mot oljegjennomtrengning og som derved sørger for å holde oljen i slangen slik at den ikke lekker gjennom slangeveggen. Hensiktsmessige materiale for det flui-dumtette lag og som tilsvarer det nevnte første lag av polymerisk materiale innbefatter Tefzel, Teflon FEP og Teflon PFA (fra DuPont),og for å sikre en tilstrekkelig sperring mot lekkasje av den transporterte olje og gassene i denne regner man med at det tette lag bør ha en tykkelse på 5-9 mm.

Laget 12 er omgitt av et par viklede lag 13 som også består av skrueviklede strimler av glassfibervevnad. Disse lag tjener til å holde på plass fluorplastmaterialene, særlig når disse blir utsatt for høye trykk fra olje og gass i slangen.

Lagene 13 er omgitt av en primær forsterkningsstruktur som omfatter fire lag 14 av forsterkningselementer 15, beskrevet mer i detalj i det følgende, der elementene i hvert lag er viklet i skruelinjer tett sammen med elementene i de på hverandre følgende lag løpende i motsatte retninger.

Lagene 14 er omgitt av et par viklede lag 16 bygget opp stort sett svarende til lagene 13, men de er be-regnet på å virke som et sperresjikt som hindrer inntreng-ning av polymerisk materiale fra et ytre dekklag 17 ved dannelsen av dette ved ekstrudering. Det ytre dekklag 17 er av neopren selv om det i andre utførelser kan anvendes f.eks. silikongummi og nylon 11.

De nevnte forsterkningselementer 15 (se fig. 2) omfatter stålkjerner 15a med høy strekkfasthet omgitt av en beskyttende hylse 15b som tjener til å motvirke tæring av stålet med høy strekkfasthet på grunn av korroderende gasser eller væsker, som trenger gjennom veggen av slangen. Den beskyttende hylse eTTer kappe 15b er av et materiale som-f.eks. butylgummi, nylon eller Teflon, som har forholdsvis høy permeabilitet overfor råolje og gassene som er knyttet til denne. Den omhyllede kjerne er kapslet inn i en matrise av nyoprengummi 15c som har forholdsvis høy permeabilitet sammenliknet med materialet i hylsen 15b, og denne matrise er formet slik at forsterkningselementet får en kvadratisk utvendig profil. Ved vikling av elementet 15 i skrueform, og med viklingene tett sammen blir dermed nøyaktig innstil-ling og avstand gjort lettere når det gjelder kjernen i på

.hverandre følgende viklinger i forsterkningslaget.

I den ovenfor beskrevne utførelse inneholder neoprenmaterialet i dekklaget 17 og i omhylningsmatrisen 15c på forsterkningselementene, under oppbygningen av slangen, et vannløselig tilsetningsstoff, f.eks. PEG 6000, som er et voksliknende, fast stoff med molekylvekt 6000 eller polyoks-WSR 301 som er et pulver og har en molekylvekt på 4.000.000 eller PVA 14000. Tilsetningsstoffet blir skylt ut fra det polymeriske materiale som en del av fremstillingen eller på stedet når slangen blir senket ned i vann,idet man sørger for tilstrekkelig tid til at tilsetningsstoffet blir så godt som fullstendig skylt ut fra det polymeriske materiale før slangen tas i bruk til transport av varm råolje eller andre tofaseblandinger.

I den resulterende slange er det tettende fluorplastlag 12 det lag som spiller den viktigste rolle når det gjelder å holde olje og gass inne i slangen. Imidlertid vil de fluider som på grunn av de høye temperaturer og høye trykkforskjeller som virker over slangeveggen og som trenger gjennom det tettende fluorplastlag, kunne passere forholdsvis fritt gjennom det polymeriske materiale i matrisen 15c

og dekklaget 17 som har forholdsvis lav permeabilitet.

Det vesentlige bidrag til permeabiliteten for materialet i det annet lag av neopren skyldes dannelsen av de fibrilare baner, f.eks. i matrisen 15c og dekklaget 17

i det tidligere beskrevne eksempel, og resultatet er illu-strert med den nedenstående tabell over prøveresultater:

De her gjengitte permeabilitetstall er målt som cmVcm/s/cmVbar x 10 i luft med en temperatur på 20°C.

Det er fordelaktig at andelen av tilsetningsstoff kan inkluderes i det polymeriske materiale ligger i området 50 til 100 pphr. De fibrilare som er resultatet av oppløsning av tilsetningsstoffet behøver ikke henge sammen selv om en viss sammenheng er ønskelig under forutsetning av at den mekaniske helhet av det polymeriske materiale ikke blir uheldig påvirket.

Den forholdsvis høye permeabilitet av neopren-lagene 15, 17 resulterer i en fleksibel høytrykksslange som er så godt som ugjennomtrengelig for væsker, såsom hydro-karbonvæsker, men som, uten å bli skadet, tåler å bli gjennom-trengt av gasser som er tilknyttet det fluidum som transpor-teres med slangen.

Claims (10)

1. Fleksibelt sperresjikt for fluider under trykk, karakterisert ved at det første lag (12) av polymerisk materiale som når sperresjiktet er i bruk, er be-regnet på å ligge mot det nevnte fluidum og et andre lag (14,17) som er av polymerisk materiale og inneholder tilsetningsstoff som når det fjernes, resulterer i en betydelig økning i permeabiliteten for materialet i det annet lag sammenliknet med det første lag.

2. Fleksibelt sperresjikt som angitt i krav 1, karakterisert ved at tilsetningsstoffet er fjernet for derved , i det annet lag (14, 17) av polymerisk materiale frembringer fibrilare banedannelser som i" sammen-likning med materialet i det første lag (12) tillater passasje av gasser gjennom det annet lag forholdsvis lett.

3. Fleksibelt sperresjikt som angitt i krav 2, karakterisert ved at de fibrilare banedannelser er fremkommet ved at det i det annet lag (14,17) anvendes et tilsetningsstoff som fjernes fra materialet, etter forming av dette til den form det normalt skal ha på det ferdige produkt.

4. Fleksibelt sperresjikt som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert v e d at tilsetningsstoffet er vannløselig.

5. Fleksibelt sperresjikt som angitt i krav 4, karakterisert ved at tilsetningsstoffet er et polyetylenoksyd.

6. Fleksibelt sperresjikt som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert v e d at det er utstyrt med en forsterkningsstruktur (15) innleiret i det annet lag (14) av polymerisk materiale.

7. Fleksibel høytrykksslange, karakterisert ved at den omfatter forsterkningsstrukturen (15) og et fleksibelt sperresjikt som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, der det første lag av polymerisk materiale har stort sett rørform og der det annet lag (14, 17) av polymerisk materiale er anbrakt utenpå det første lag (12).

8. Fleksibel høytrykksslange som angitt i krav 7, karakterisert ved at det første lag (12) er et foringslag i slangen.

9. Fleksibel høytrykksslange som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at det annet lag (17) er et dekklag jjå slangen.

10. Fleksibel høytrykksslange som angitt i hvilket som. helst av kravene 7-9, karakterisert ved at forsterkningsstrukturen (15) er innleiret i det annet lag (14) av polymerisk materiale.