[发明专利]柔性管体和制造方法

说明书

公开了一种柔性管体和制造柔性管体的方法。所述方法包括：提供一根或多根复合材料细丝(302)来作为丝束(310)；围绕所述丝束施加编带单元(304)来作为编织束(310)；围绕柔性管道层(502)螺旋缠绕所述编织束(310)；以及随后使所述一根或多根复合材料细丝(302)固化(510)。

技术领域

本发明涉及一种柔性管体和制造柔性管体的方法。具体地但非排它性地，本发明涉及在柔性管体的防护层中使用复合材料以及对复合材料的细丝进行布置和固化以形成防护层的方法。

背景技术

通常，柔性管道被用于将诸如石油和/或天然气和/或水之类的产品流体从一个位置运输到另一位置。柔性管道对于将水下位置(水下位置可以在水下较深，比如水下1000米或更深)连接到海平面位置是特别实用的。管道可以具有通常高达大约0.6米的内径(例如，直径的范围可以从0.05m到0.6m)。柔性管道通常被形成为柔性管体和一个或多个端部接头的组件。管体通常被形成为形成承压导管的分层材料的组合。管道结构允许发生较大挠曲而并不产生损害管道的功能性(在管的使用寿命期间)的弯曲应力。管体一般被组装成包括聚合物层和/或金属层和/或复合材料层的组合结构。例如，管体可包括聚合物层和金属层，或聚合物层和复合材料层，或金属层和复合材料层。

在很多已知的柔性管道设计中，管体包括一个或多个压力防护层。这些层上的主要载荷由径向力形成。压力防护层通常具有特定的横截面轮廓以便互锁，从而能够维持和吸收由管道上的外部压力或内部压力造成的径向力。因此而防止管道由于压力而被压溃或爆裂的绕丝横截面轮廓有时也被称为抗压轮廓。当压力防护层由形成环圈部件的螺旋缠绕丝线形成时，源于管道上的外部压力和内部压力的径向力导致环圈部件膨胀或收缩，将张力载荷施加在丝线上。

在很多已知的柔性管道设计中，管体包括一个或多个张力防护层。所述层上的主要载荷是张力。在高压应用中(例如深水环境或超深水环境)，张力防护层经受高的张力载荷，所述高的张力载荷源自内部压力端盖载荷与柔性管体自身支撑的重量的组合。因为旷日持久地经历这种条件，这可以引起柔性管道的失效。

非粘结的柔性管道已经被用于深水(小于3300英尺(1005.84米))和超深水(大于3300英尺)开采中。对石油日益增长的需求导致了在环境因素更为极端的越来越深的水域中进行开采。例如，在这种深水和超深水环境中，海底温度增大了产品流体被冷却到导致管道阻塞的温度的风险。增加的深度还增大了与柔性管道所必须工作的环境相关联的压力。例如，柔性管道可被要求在作用在管道上的范围从0.1MPa到30Mpa的外部压力下工作。同样地，输送石油、气体或水将致使高的压力从内部作用在柔性管道上，例如，源于钻孔流体的范围从零到140Mpa的内部压力作用在所述管道上。因此，对柔性管体的压力防护层和张力防护层的高的性能水平的需求日益增加。

柔性管道也可以用于浅水应用(例如小于大约500米的深度)或甚至用于海岸(陆上)应用。

一种改进载荷响应并且借此改进防护层的性能的方法是：使用更厚且强度更大并且因此更强健的材料来制造这些层。例如对于压力防护层，其中这些层经常由缠绕丝线与互锁的层中的相邻缠绕物形成，由更厚的材料制造这些丝线使得强度适当地增加。然而，更多的材料的使用导致柔性管道的重量增加。最后，柔性管道的重量可以成为使用柔性管道中的限制因素。附加地，使用更厚的材料显著地增加了材料成本，这也是一个缺点。

金属防护丝线可在管道的长度上显著地增加柔性管体的重量。可将复合材料作为金属的替代物，以便为管体提供足够的强度而不显著地增加重量。

过去使用的一种用于在某些方面缓解上述问题的方法是：使用纤维增强聚合物材料(或复合材料)作为柔性管道中的结构单元。复合材料提供了高的比强度且能够降低管道重量(降低顶部张力)，并且与已知的金属材料相比增加了管道的耐化学性。复合材料最初可提供为“预浸材料”，即预先浸渍有纤维。