專利名稱：自由排放管道及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域為用于在海底及近海操作中輸送油和氣體或其它流體
的自由排放管道(free-venting pipe )以及生產(chǎn)該管道的方法。背景
本發(fā)明為公開于美國專利號6,804,942中的發(fā)明的改進，該專利6,804,942以引用方式并入本文。當公開于其中的管道用來傳輸壓縮氣體或包括氣體的流體時，久而久之， 一些氣體可能會滲透穿過內(nèi)部芯子(inner core )或管道，并聚集在內(nèi)部芯子和4齊壓件(extrusion)之間，在芯子上引起穩(wěn)定上升的內(nèi)部壓力。油氣行業(yè)及本領(lǐng)域中的技術(shù)人員通常將內(nèi)部芯子和擠壓件之間的空間稱為環(huán)形區(qū)域(annulus region )。雖然這本身在通常情況中不是問題，但如果管道的孔(bore)中的壓力比層之間的壓力釋放得快，則環(huán)形區(qū)域中積累的壓力可能會引起問題。當發(fā)生該種情況時，內(nèi)部芯子可能會由于逆向壓力差和它糟糕的環(huán)向強度(hoopstrength)而坍塌。隨著管道在其中被用于傳輸油和氣體的水的深度的增加，伴隨著更深的水深度處的增加的環(huán)境壓力，上迷問題可能會變得更加嚴重。
具有基于鋼的柔韌性管道的現(xiàn)有技術(shù)管道在過去已經(jīng)發(fā)生過管道坍塌(pipecoll叩se)，且因此，用于氣體傳輸?shù)默F(xiàn)有技術(shù)管道通常使用在內(nèi)部芯子下的中心互鎖的金屬骨架構(gòu)造。該金屬骨架提供足夠的徑向強度，以便經(jīng)受由上文所描述的場景產(chǎn)生的任何坍塌力，但管道的總直徑必然需要增加骨架厚度的兩倍。此外，包含骨架增加了相同性能的每個加固層，因為該加固層不得不被巻繞在更大的直徑上。此種構(gòu)型的一個例子被展示于美國專利6,978,806中?？梢酝ㄟ^經(jīng)由端部配件(end fitting)中的閥減輕兩個擠壓件之間的 壓力來給管道提供某些程度的保護，但是這對于所有情況是不夠的，且內(nèi) 部芯子的坍塌仍有可能發(fā)生。
Michael J. Bryant,本發(fā)明的發(fā)明人同樣在待決的已出版的美國專利 出版號US-2006-0249215-Al中解決了該問題，其中所教導的方法是通 過在形成于圍繞芯子的加固帶中的側(cè)向間隔開的開口中埋置聚合物來防 止芯子的坍塌。該埋置的聚合物隨后被結(jié)合到芯子，以便加強芯子的環(huán)向 強度以便防止它坍塌。

發(fā)明內(nèi)容
所需要的是一種能提供避免壓力在芯子上積累的結(jié)構(gòu)的裝置，進而消 除對增加結(jié)構(gòu)元件以便增加芯子的耐壓性的需要。
依據(jù)本發(fā)明的裝置包括可滲透的管狀芯子構(gòu)件，且圍繞該芯子構(gòu)件有 至少 一 個可;參透的環(huán)向力0固層(hoop reinforcement layer)。不可〖參透的膜
層被放置在環(huán)向加固層的外側(cè)，并且至少一個可滲透的拉伸加固層 (tensile reinforcement layer)祐_放置在該膜層的外側(cè)，由此，在自由排放 管道的任何層之間不存在自由體積(free volume )。
擠壓的、可滲透的聚合物外罩(jacket)通常設置在拉伸加固層的外 側(cè)，以使_提供耐磨能力(abrasion resistance )。
環(huán)向加固層和拉伸加固層一般地包括復合的層壓構(gòu)造，該層壓構(gòu)造包 括在如美國專利6,804,942中所示的層壓物之間具有樹脂的疊加的層壓 物。該疊加的層壓物可以使用"z"型的帶構(gòu)件包裹，由此，該疊加的層 壓物中的每一個被防止結(jié)合到相鄰的疊加的層壓物。該疊加的層壓物也可 以使用作為結(jié)果的"s"型的帶包裹，其中包裹的帶(wrappedtape)的方 向與"z"的方向逆向。"z"型與"s"型的相反方向?qū)е略谏a(chǎn)過程中在 相反方向包裹疊加的層壓物。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法包括步驟圍繞聚合物的耐壓芯子包裹至少一個環(huán) 向加固層，使用不可滲透的膜覆蓋環(huán)向加固層，以及使用至少一個拉伸加
5固層包裹該不可滲透的膜。 一般地，設置有兩個拉伸加固層，以平衡在包
裹各層時產(chǎn)生的包裹力(wrapping force )。聚合物外罩也可以圍繞*纟立伸加 固層被施加或擠壓。管狀芯子和聚合物外罩一般為穿孔的，以允許壓力穿 過而到達不可滲透的膜。
因為從自由排放管道的外面施加的流體壓力比如來自海洋深度的環(huán) 境壓力不被聚集在內(nèi)部芯子外側(cè)的各環(huán)形層內(nèi)，所以該內(nèi)部芯子在內(nèi)部芯 子的孔內(nèi)的壓力發(fā)生下降時不受到極端壓力。內(nèi)部芯子上的突然的壓力下 降可能會發(fā)生在例如，當位于海底中的管道從水面排放時。圍繞可滲透的 內(nèi)部芯子的單獨的不可滲透的膜以及至少 一個環(huán)向加固層被至少 一個拉 伸加固層圍繞，并且可以被可滲透的外部外罩圍繞。來自自由排放管道的 外面的流體壓力穿過該外部外罩，并穿過該一個或更多個拉伸加固層而到 達不可滲透的膜4齊壓件(membrane extrusion)。類似地，對于氣體和液體 為可滲透的內(nèi)部芯子的孔中的壓力穿過該內(nèi)部芯子，穿過該一個或更多個 環(huán)向加固層，并穿過任何抗擠壓層(anti-extrusion layer)而到達不可滲透 的膜擠壓件。因為壓力被允許穿過不可滲透的膜擠壓件外側(cè)的層，并且壓 力也被允許穿過不可滲透的膜擠壓件內(nèi)側(cè)的層，所以，在各層之間不存在 可能引起壓力被施加在內(nèi)部芯子上的環(huán)形區(qū)域。
在除了膜擠壓件以外的所有的擠壓層上形成穿孔確保了沒有其中壓 力可能積累的自由體積的環(huán)形區(qū)域。在常規(guī)的柔韌性的纖維加固的管道以 及依據(jù)API-17設計的鋼變化形式中，久而久之，環(huán)形區(qū)域中可能會積累 壓力。
只要除了膜擠壓層以外的所有的層為可滲透的，則可以根據(jù)需要添加 另外的拉伸加固層、環(huán)向加固層、抗擠壓層、潤滑層或擠壓層。依據(jù)水下 環(huán)境以及近海環(huán)境的需求，自由排放管道的設計也可以包括加重層。


圖1為本發(fā)明的一個實施方式的等軸測圖，其展示了帶有補充的抗擠 壓層的自由排放管道的層的外部。圖2為圖1的橫截面圖。
圖3為形成復合的層壓物(composite laminate )并被z帶分開的疊加 的帶的橫截面圖。
圖3a為形成復合的層壓物并被s帶分開的疊加的帶的橫截面圖。
圖4為一組曲線圖，展示了作用在不帶有當前發(fā)明的自由排放管道的 常規(guī)的柔韌性管道的內(nèi)部芯子上的可能的環(huán)空壓力(annuluspressure )和 作用在當前發(fā)明的自由排放管道的內(nèi)部芯子上的最大壓力差的對比。
執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式
現(xiàn)在參照圖1，字母A-1大致上指當前發(fā)明的自由排放管道。管狀芯 子11被典型地用環(huán)向加固層12包裹。該環(huán)向加固層12被展示為被抗擠 壓層16覆蓋。該抗擠壓層16有助于橋接在自由排放管道A-l被彎曲時 形成在環(huán)向加固層12內(nèi)的間隙，從而防止膜19層被擠壓通過形成于環(huán)向 加固層12內(nèi)的間隙。該抗擠壓層典型地由單層的玻璃加固帶形成，但可 以使用多個層或可選擇的材料，只要它們耐壓以便防止不可滲透的膜19 被壓(forced)在可能形成在環(huán)向加固層12的間隙之間即可。例如，在 一個實施方式中，玻璃加固帶的層可以改變?yōu)榫埘?比如Mylar ),或聚 酰胺，或其它聚合物的層。不可滲透的膜19被展示為被擠壓到抗擠壓層 16的外面。拉伸加固層20、 21典型地螺旋地圍繞膜19纏繞。外罩擠壓 件(jacket extrusion) 24隨后被擠壓到拉伸加固層20、 21的外面。外罩 擠壓件24為穿孔的，以允許流體壓力或氣體穿過外罩擠壓件24，然后穿 過拉伸加固層20、 21。該管狀芯子11以及外罩擠壓件24為穿孔的，以 允許氣體壓力滲透穿過各層到達膜19。在一個優(yōu)選的實施方式中， 一組 四個1/8"的孔被周向地設置，圍繞管狀芯子11和外罩擠壓件24均勻地 間隔開。沿著管狀芯子11和外罩擠壓件24的長度，該組孔間隔開大約6"。 也可以設置其它尺寸的穿孔以及不同數(shù)量的穿孔和間距。
抗擠壓層16可以被忽略。代替抗擠壓層16，可以將典型地由拉伸的 聚乙烯或聚酰胺或其它聚合物制成的包裹的帶包裹在環(huán)向?qū)?2周圍。該潤滑層有助于防止被潤滑層分開的各層彼此粘到一起。潤滑層也可以包括 由聚酰胺或其它低摩擦材料構(gòu)造成的擠壓的外罩。潤滑層也可以根據(jù)需要 在自由排放管道Al的其它層之間使用，以提供分離以及抗粘層。
在圖1中，環(huán)向加固層12以及拉伸加固層20、 21包括美國專利 6,804,942和6,491,779中公開的復合的層壓構(gòu)造。參照圖3，單個的帶條 32被疊在一起，并且每個作為結(jié)果的復合的層壓物B通過z帶34而與另 外的復合的層壓物B分開。作為結(jié)果的復合的層壓物也可以通過如圖3a 中所示的s帶34a而與另一個復合的層壓物B分開。z帶34或s帶34a 的使用取決于復合的層壓物層的包裹方向。通常，若在一個方向包裹時使 用z帶34,則在與此方向相反的方向包裹時使用s帶34a。帶條32 —般 由環(huán)氧基樹脂或樹脂結(jié)合在一起，而z帶或s帶防止復合的層壓物32在 它們固化時結(jié)合在一起。帶條32也可以是未結(jié)合的。
復合的層壓物B不是壓緊的，并且允許壓力通過間隙35 (圖3)和 35a (圖3a)經(jīng)過圍繞該復合的層壓物B而到達不可滲透的膜19。
應理解，也可以提供多個拉伸層、多個環(huán)向?qū)雍?或多個抗擠壓層， 或擠壓層，只要所提供的每層對于氣體為可滲透的，且有單個的不可滲透 的膜纟皮提供在可滲透的芯子的外面即可。該單個的不可滲透的膜可以為共 擠壓的多層構(gòu)造，或可以另行形成為以便能提供整體的不可滲透層。同樣， 可以添加一個層以便對自由排放管道A-l的想要的長度段或多個長度段 提供重量。例如，重量可以被加到本發(fā)明的管道以便形成懸鏈，如Michael J.Bryant的美國專利7,073,978所示。
圖4提供的圖展示了作用在不帶有當前發(fā)明的自由排放管道的常規(guī) 的柔韌性管道的內(nèi)部芯子上的可能的環(huán)空壓力和作用在當前發(fā)明的自由 排放管道A-1的內(nèi)部芯子上的最大壓力差的對比。在圖4中，環(huán)空壓力 4皮表示在y軸上，以及時間被表示在x軸上。環(huán)空壓力為在常規(guī)的柔韌性 管道的不可滲透層或半滲透層之間積累的壓力。曲線44展示了常M^的柔 韌性管道的孔的相對壓力或本發(fā)明的自由排放管道A-1的孔的相對壓力。 曲線45圖形地展示了可能在常規(guī)的柔韌性管道中產(chǎn)生的相對高的環(huán)空壓 力。曲線45中所展示的相對高的環(huán)空壓力將被作用在常規(guī)的柔韌性管道的內(nèi)部芯子的外側(cè)上，進而高壓力必然與內(nèi)部金屬骨架抵消，或者必須提 供其它的環(huán)向加固以便防止芯子的向內(nèi)坍塌。曲線42圖形地展示了在本
發(fā)明的自由排放管道A-l的芯子11外側(cè)的相對低的壓力。壓力差46為 本發(fā)明的自由排放管道A-l的孔中的壓力和芯子11外側(cè)的壓力之間的 差。壓力差48圖形地展示了常規(guī)的柔韌性管道的環(huán)空的壓力和本發(fā)明的 自由排放管道A-l的壓力之間的相對勢能。從圖4中環(huán)空壓力和時間的 曲線的對比可以看出，3艮明顯，本發(fā)明的自由排放管道A-l降低了芯子 11上的作為結(jié)果的或可能的環(huán)空壓力，進而降低了用于為常規(guī)的柔韌性 管道的內(nèi)部芯子增加強度的額外的環(huán)向?qū)踊蚱渌h(huán)向加固的需要。
本發(fā)明的上述公開內(nèi)容和描述為闡釋性的和示范性的，并且在所展示 明的精神。
權(quán)利要求
1.一種自由排放管道，其包括a.可滲透的管狀芯子構(gòu)件；b.可滲透的環(huán)向加固層，其在所述芯子構(gòu)件的外側(cè)；c.實質(zhì)上不可滲透的膜層，其在所述環(huán)向加固層的外側(cè)；以及d.可滲透的拉伸加固層，其在所述膜層的外側(cè)，由此，在所述自由排放管道的任何層之間不存在自由體積的環(huán)形區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的自由排放管道，其中，在所述拉伸加固層的 外側(cè)設置有可滲透的聚合物外罩。
3. 如權(quán)利要求1所述的自由排放管道，其中，所述環(huán)向加固層包括 復合的層壓構(gòu)造。
4. 如權(quán)利要求1所述的自由排放管道，其中，所述拉伸加固層包括 復合的層壓構(gòu)造。
5. 如權(quán)利要求3所述的自由排放管道，其中，所述復合的層壓構(gòu)造 包括疊加的層壓物，所述疊加的層壓物在層壓物之間具有樹脂。
6. 如權(quán)利要求5所述的自由排放管道，其中，所述疊加的層壓物被 包裹成"z"型，由此，所述疊;^口的層壓物中的每一個一皮防止結(jié)合到相鄰 的疊加的層壓物。
7. 如權(quán)利要求4所述的自由排放管道，其中，所述復合的層壓構(gòu)造 包括疊加的層壓物，所述疊加的層壓物在層壓物之間具有樹脂，并且其中 所述疊加的層壓物;故包裹成"z"型，由此，所述疊加的層壓物中的每一 個不會結(jié)合到相鄰的疊加的層壓物。
8. 如權(quán)利要求4所述的自由排放管道，其中，所述復合的層壓構(gòu)造 包括疊加的層壓物，所述疊加的層壓物在層壓物之間具有樹脂，并且其中 所述疊加的層壓物被包裹成"s"型，由此，所述疊加的層壓物中的每一個不會結(jié)合到相鄰的疊加的層壓物。
9. 如權(quán)利要求1所述的自由排放管道，其中，在所述環(huán)向加固層和 所述實質(zhì)上不可滲透的膜之間具有抗擠壓層，由此，施加在所述實質(zhì)上不 可滲透的膜的外側(cè)的壓力被防止擠壓到形成于所述環(huán)向加固層中的間隙 之間。
10. 如權(quán)利要求1所述的自由排放管道，其中，在所述環(huán)向加固層和所述實質(zhì)上不可滲透的膜之間具有潤滑層，由此，所述環(huán)向加固層以及所 述實質(zhì)上不可滲透的膜不會彼此粘貼。
11. 一種形成自由排放管道的方法，其包括步驟a. 形成聚合物管狀芯子，當在海底環(huán)境中傳輸油和氣體時，所述聚 合物管狀芯子承受內(nèi)部流體壓力；b. 圍繞所述芯子包裹至少一個環(huán)向加固層；a. 用實質(zhì)上不可滲透的膜覆蓋所述環(huán)向加固層；以及b. 用至少一個拉伸加固層包裹所述實質(zhì)上不可滲透的膜。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其包括另外的步驟圍繞所述拉伸加 固層施加穿孔的聚合物外罩。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其包括另外的步驟在所述管狀芯子 上形成穿孔。
全文摘要
一種自由排放管道以及形成該自由排放管道的方法，其包括可滲透的管狀芯子構(gòu)件，圍繞該芯子構(gòu)件有至少一個可滲透的環(huán)向加固層；實質(zhì)上不可滲透的膜層，其被放置在環(huán)向加固層的外側(cè)，以及至少一個可滲透的拉伸加固層，其被放置在膜層的外側(cè)，由此，在自由排放管道的任何層之間不存在自由體積的環(huán)形區(qū)域。該環(huán)向加固層和拉伸加固層包括層壓構(gòu)造。
文檔編號F16L11/00GK101663528SQ200780046821
公開日2010年3月3日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者邁克爾·J·布賴恩特 申請人:迪普弗萊克斯有限公司