[发明专利]具有较高耐温性的柔性管

说明书

本发明提供具有无粘合层的多层结构柔性管。为简单起见和根据英语用法，其在下文中被称作无粘合柔性管。这种管以高阻力阻碍气体从传送的流体中扩散出来并因此可特别有利地用于传送原油、天然气、甲醇、CO₂等。

无粘合柔性管本身是现有技术。这种管含有作为屏障防止传送的流体逸出的通常为塑料管形式的内衬，以及在这种内衬外的一个或多个增强层。该无粘合柔性管可含有附加层，例如在内衬的内侧的一个或多个增强层以防止内衬在高的外部压力下崩塌。这种内部增强通常被称作帘布层（Karkasse）。此外，可以包含外部套管以提供屏障防止液体从外部环境渗入到增强层或其它位于内部的聚合物功能层或金属功能层中。

例如在WO 01/61232、US 6 123 114和US 6 085 799中描述了典型的无粘合柔性管；此外，它们在API Recommended Practice 17B, Recommended Practice for Flexible Pipe, 第3版, 2002年3月中以及在API Specification 17J, Specification for Unbonded Flexible Pipe , 第2版, 1999年11月中被详细表征。

表述“无粘合”在本文中是指至少两个层，包括增强层和塑料层，没有构造性相互连接。在实践中，该管道包含沿管道长度既不直接也不间接（即通过其它层）相互连接的至少两个增强层。以这样的方式管道变得可弯曲并足够柔韧以用于运输。

这种无粘合柔性管以各种设计在海上用途和各种陆上用途中用于输送液体、气体和浆料。例如可以将它们用于输送在沿管道（例如以从海底延伸至位于或接近于海面的装置的上升管形式）长度存在极高或极不同的水压的那里的流体，以及通常用作在不同装置之间输送液体或气体的管道、用作以极大深度铺设在海底的管道或用作在接近海面的装置之间的管道。

在常规柔性管中，一层或多层增强层大多由螺旋状布置的钢丝、钢型材或钢带构成，其中各层可以相对于管轴以不同的缠绕角度来形成。另外还有这样的实施方式，在其中至少一个增强层或所有增强层由通常嵌入聚合基质中的纤维，例如由玻璃纤维（例如以纤维束或纤维织物形式）构成。

在现有技术中，内衬通常由聚烯烃如聚乙烯（也可以将其交联）、由聚酰胺如PA11或PA12、或由聚偏二氟乙烯（PVDF）构成。

聚乙烯具有在与原油或天然气接触时显著溶胀并随后蠕变的缺点。此外，传送的非极性介质通过聚乙烯壁向外强烈渗出。因此，聚乙烯通常不用于直接接触产品流的管道，而是主要用于注水管。

聚酰胺，如PA11或PA12由于它们极好的机械性质、优异的耐烃性和仅仅小的溶胀而非常好地适合作为内衬的材料。在出版物OTC 5231 Improved Thermoplastic Materials for Offshore Flexible Pipes中已详细描述聚酰胺的特别适用性。但是，它们仅能在最多大约70℃下使用，因为在更高的温度下由于包含在原油或天然气中的工艺水出现越来越多的水解。由于这种水解令聚酰胺的分子量如此强烈地减小，使得机械性质显著变差且最终管道破坏。在API 17TR2 中描述了用于PA11的测定水解性能的详细检验程序并可同样用于PA12。

PVDF在最多130℃下使用。取决于改性，甚至在最高约130℃的较高温度下其也是刚性的，具有小的压缩变形。然而在130℃以上的温度下，在内部压力下降时，则被预计会起泡和微发泡。PVDF尤其在超临界CO₂中强烈溶胀至大约25%；在压降时出现的起泡由良好的渗透屏障（这等同于差的扩散）造成。在这种情况下，在该层内发生局部气体解吸，其中超过了该材料的内聚强度。

在许多情况中，从源头出来的原油或天然气具有明显高于130℃的温度。为了通过柔性管开发这种资源，需要一步前置的用于冷却介质的工艺步骤。因此希望提供在较高温度下也可以使用的无粘合的柔性管，以便能够精简该工艺步骤。

在WO 2008/125807中描述了用于在管道（Umbilical）中输送例如热甲醇的柔性管，其包含PEEK或聚亚苯基硫醚的内层。该管的内径在4-500 mm的范围，而PEEK的层厚为0.7-5 mm。但是，因为在无粘结柔性管的情况下，要求至少2 mm和典型的3-20 mm的层厚，以便确保安装和操作所需的层的机械稳定性，所以这里由已知PEEK的高刚性将产生这样的管道，其没有足够的柔性，以便能够以可接受的半径被缠绕在卷筒上。