[发明专利]用于制造连续复合材料管的方法、用于制造连续复合材料管的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造连续复合材料管（composite tube）的方法，尤其是制造热塑性复合材料管的方法。

背景技术

具有较长长度的管是已知的，并且经常用于水下或地下的应用中，或是作为陆上输油管线（flowline），但其应用并不限于此。例如，连续管优选用于陆上或海上的勘探、生产、干预（intervention）以及钻井应用，其中可以发现海上应用的好处最大。这些应用可能经常需要数百米长到数千米长的管道。

通常使用的是钢管，但是所述钢管有诸如腐蚀、疲劳、屈服、焊接敏感、重量等缺点。另外，长度相对长的钢管依靠连续油管输送可能是困难的。此外，为了制造较长长度的钢管，通常将钢管的不同的段焊接起来，这可能是耗时的制造过程，其中焊缝可能形成管道的薄弱点。

因此，已经尝试生产相对长的复合材料管。已知有不同的技术（例如编织或纤维等）以分段的加工方式或几乎连续的加工方式来生产复合材料管。

已知有数种方法来制造长度较长的复合材料管（连续管）。例如，缠绕机生产线被使用来将干纤维或预浸渍的预浸渍纤维带以及树脂缠绕到衬垫上或之前的层上，以建立所述带或纤维的不同层的层压件。所述复合材料管的结构可以是非结合的也可以是所谓的结合的；在所述非结合的结构中，结构元件是松散的并且不相互结构性连接；在所述结合的结构中，所述元件被结构性连接并且形成一牢固的结构。此外，所述复合管的结构可基于热固性或热塑性聚合物。

所述带和/或所述带中的纤维上的显著的预张力可在热固性复合材料固化期间或热塑性复合材料固结期间被用于提供固结压力。所述层压件产生之后，所述层压件通过加热被固化或固结。对于非结合的管可省略通过加热进行的固化或固结，并且所述松散层可按原样使用或用聚合物的挤出层覆盖。

现有的复合材料管的缺点例如是：非结合管的有限的外部压力抗性、热固性管的微裂纹、热固性管的有限的抗冲击性、有限的耐化学性、有限的对快速的气体压降的抗性、热固性管的有限的缠绕能力、有限的内部抗压强度等。

此外，这些传统的加工可能要求产品以一个单一的生产步骤制造。另外，在热固性层压件的情况下传统的制造过程使制造所述管的时间周期受到限制，和/或使生产速度受到限制。另外，所述传统的过程通常需要复杂的生产机械。

另外，可能要求的相对高的张力，当施加预张力到所述带和/或纤维上时，所述相对高的张力可能会导致所述带和/或纤维破裂，并且可能导致在所述管中的相对高的残余应力。在制造过程中使用预张力意味着为所述纤维和/或所述带使用相对大的缠绕角度。在加工期间的预张力可引发加载到所述衬垫或基体上的扭转载荷，所述扭转载荷可使所述管变形并且对所述管的质量和/或机械强度产生不利的影响。

此外，已知对于固结的热固性的或热塑性的管或层压件的制造，可以使用其中没有预张力或预张力有限的带的布置或纤维的布置过程。在所述带被施加到所述产品的区域（被称为咬入点区域（nip-point area））中，挤压体（例如辊或瓦状件（shoe））被用于施加压力到所述层压件以在所述咬入点区域处将所述带固结到基体上。

在WO 2006/107196中描述了制造连续热塑性复合材料管的一个示例。公布文本WO 2006/107196描述了一种用于制造纤维强化管的设备。当带通过挤压辊在所述咬入点被挤压到所述管衬垫上时，所述带被缠绕到所述管衬垫上。所以，所述带被同时缠绕并挤压到所述管衬垫上。可选地，可在所述咬入点处对所述带进行加热。下一带层可被缠绕并挤压到之前已缠绕的带层上。然而，这一方法的缺点是例如产生的产品质量差、机械复杂并且加工速度仍然有限。

由于这些缺点，传统的复合材料管没有被广泛地使用，尤其是在海上、水下、井下、钻井以及高压应用中。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于生产长度相对长的复合材料管的方法，所述方法消除了上述缺点中的至少一个。

另外，本发明提供了根据权利要求1的一种用于制造连续复合材料管的方法。

本发明涉及一种主要用于制造结合管的过程。结合或固结的层压件具有较好的机械性能、具有承受压力载荷（例如外部压力）的能力、应对组合载荷工况或非轴向载荷并且对快速的气体压降有较好的抗性。