柔性管体和制造方法技术

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)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性管体和制造方法
本专利技术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，本专利技术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。
技术介绍
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。拥有高强度、高硬度纤维的热固性复合材料并不柔软，并且不能够像金属那样塑性变形并且具有受限的极限应变(大约2％或更小)。复合材料用于制造具有合理尺寸的部段，因此引起制作过程中的难题。热固性材料被限定为：在固化之后不能再融化的材料。热固性材料为处于其未固化或部分固化状态的材料。在本文中，已经固化的热固性复合材料被限定为热固物。热固性复合材料可被形成为带，并且被加热以便使材料固化。然而，当缠绕所形成的带以创造管状管体的层时，应力被引入到材料中，这将影响性能。在缠绕到圆柱形基部上期间，带在两个平面中弯折，这将引起翘曲(warping)。WO2012/131315公开了一种生产柔性管体的方法，其中，预浸复合材料在恒定的张力下供给并且螺旋缠绕在流体保持层上。随后，缠绕层进入加热炉，预浸材料在加热炉处固化。US6,165,586公开了用于增强管路的平坦条带，所述平坦条带包括一层单纤维粗纱(filamentaryroving)。WO99/49259公开了用于柔性管道的复合碳纤维防护层，所述复合碳纤维防护层包括碳纤维丝束。提供用于形成柔性管体的改进或替代性方法是有意义的。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于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来作为丝束；围绕所述丝束施加编带单元来作为编织束；围绕柔性管道层螺旋缠绕所述编织束；以及随后使所述一根或多根复合材料细丝固化。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于从水下位置输送流体的柔性管体，所述柔性管体包括：内层；以及设置在所述内层之上的防护层，其中，所述防护层通过下述过程取得：提供一根或多根复合材料细丝来作为丝束；围绕所述丝束施加编带单元来作为编织束；围绕所述内层螺旋缠绕所述编织束；以及随后使所述一根或多根复合材料细丝固化。本专利技术的特定实施例提供的优点是：与实心拉挤部段相比，编织束更为柔性，从而使得细丝能够以大体不存在张力的方式进行缠绕并且使得细丝能够相对于彼此和被它们覆盖的物体到达它们自然或优选的位置。本专利技术的特定实施例提供的优点是：由于一定长度的材料“就地”固化(即，不在固化阶段之后被成形到新的位置)，所以防护层以大致或完全不存在径向应力的方式形成。本专利技术的特定实施例提供了一种柔性管道，与具有标准防护层的管道相比，该柔性管道具有减轻的重量和改进的性能。复合材料以受控的重量提供高的强度。对于有需要的应用，可以选择专用的材料。然而应领会的是，本专利技术尤其适合于深水或超深水作业，在深水或超深水作业中，管道上的压力由于长管道的重量以及周围的水自身的重量而更高，并且每单材料重量的高强度至关重要。附图说明将在下文中参照附图对本专利技术的实施例进行进一步描述，其中：图1a和图1b示出柔性管体；图2示出了立管组件；图3示出了编织机；图4示出根据本专利技术的用于形成防护层的编织束；图5示出用于生产柔性管道的设备；图6示出了本专利技术的另一编织束；图7示出了本专利技术的又一编织束；以及图8示出了本专利技术的又一编织束。在附图中，相同的附图标记表示相似的部分。具体实施方式在附图中，相同的附图标记表示相似的部分。在整个说明书中，都将参照柔性管道。应当理解的是，柔性管道是一段管体和一个或多个端部接头的组件，其中管体的相应端部终止于各个端部接头。图1a示出了管体100是如何根据本专利技术的实施例由形成承压管道的分层材料的组合形成的。尽管在图1a中示出了多个特定层，但应当理解的是，本专利技术广泛适用于包括两个或更多个由多种可能的材料制造而成的层的同轴管体结构。例如，管体可以由聚合物层、金属层、复合材料层或不同材料的组合形成。另外还需注意的是，层的厚度仅以示例性的目的示出。如本文中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造柔性管体的方法，包括：提供一根或多根复合材料细丝来作为丝束；围绕所述丝束施加编带单元来作为编织束；围绕柔性管体层螺旋缠绕所述编织束；以及随后使所述一根或多根复合材料细丝固化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.12 GB 1306667.51.一种制造柔性管体的方法，其特征在于，所述方法包括：提供两根或更多根复合材料细丝来作为丝束，每个复合材料细丝包括一定长度的复合基体材料和增强纤维，其中，每个复合材料细丝处于未固化状态；围绕所述丝束施加编带单元来作为编织束；提供另一丝束；围绕所述另一丝束施加编带单元来作为另一编织束；围绕柔性管体层螺旋缠绕所述编织束和所述另一编织束并且作为相邻缠绕物以形成一层，其中，每个编织束通过引导元件被预成形为螺旋体，其中，由于包括加固单元，每个预成形的编织束在集束基体固化之前保持其预成形的螺旋体形状；以及随后使复合材料细丝固化。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在施加所述编带单元之前将润滑剂或未固化的树脂施加到所述丝束的步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述两根或更多根复合材料细丝之间施加复合基体材料的步骤。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述两根或更多根复合材料细丝包括单向的复合纤维。5.一种用于从水下位置输送流体的柔性管体，其特征在于，所述柔性管体包括：内层；以及设置在所述内层之上的防护层，其中，所述防护层通过下述过程取得：提供两根或更多根复合材料细丝来作为丝束，每个复合材料细丝包括一定长度的复合基体材料和增强纤维，其中，每个复合材料细丝处于未固化状态；围绕所述丝束施加编带单元来作为编织束；提供另一丝束；围绕所述另一丝束施加编带单元来作为另一编织束；围绕所述内层螺旋缠绕所述编织束和所述另一编织束并且作为相邻缠绕物以形成一层来作为所述防护层，其中，每个编织束通过引导元件被预成形为螺旋体，其中，由于包括加固单元，每个预成形的编织束在集束基体固化之前保持其预成形的螺旋体形状；以及随后使复合材料细丝固化。6.根据权利要求5所述的柔性管体，其中，所述两根或更多根复合材料细丝包括单向的复合纤维。7.根据权利要求5或6所述的柔性管体，其中，所述两根或更多根复合材料细丝包括热固性或热塑性材料。8.根据权利要求5所述的柔性管体，其中，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、纤维纱、金属丝线、具有热塑性包层的带或纤维、具有部分热固性基体浸渍物的带或纤维，或它们的组合。9.根据权利要求5或6所述的柔性管体，其中，编带单元包括聚合物纤维、玻璃纤维、碳纤维、纤维纱、金属丝线、具有热塑性包层的带或纤维、具有部分热固性基体浸渍物的带或纤维、组合有或覆有聚四氟乙烯的任何上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：维尼特·库马尔·杰哈，内维尔·多兹，詹姆士·罗伯特·拉托，
申请(专利权)人：通用电气石油和天然气英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB