柔性管体、制造其的方法以及细长带元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及细长带元件和形成柔性管体的方法。具体地，但并不排他地，本发明涉及一种用于形成一层柔性管体的带元件。
【背景技术】
[0002]传统上，柔性管用于将产出流体(诸如，石油和/或天然气)从一个位置输送到另一个位置。柔性管特别地用于将海底位置(其可以是深水下，例如，1000米或者更深)连接至海平面位置。管可以具有通常高达约0.6米的内径(例如，直径的范围可以为从0.05 !11达到0.6m)。柔性管通常形成为柔性管体和一个或者多个端部接头的组件。管体通常形成为层状材料的组合，这些层状材料形成承压导管。管结构允许大偏转，但不会产生损害管的寿命内的功能性的弯曲应力。管体通常构建为组合结构，该组合结构包括聚合物层、和/或复合材料层、和/或金属层。例如，管体可以包括聚合物层和金属层、或者聚合物层和复合材料层、或者聚合物层、金属层和复合材料层。
[0003]在许多已知柔性管设计中，管体包括一个或者多个抗压层。这类主要负荷层由径向力形成。例如，压力铠装层通常具有特定截面轮廓以联锁，以便能够保持和吸收由施加于管上的外部压力或者内部压力造成的径向力。缠绕线的截面轮廓有时被称为抗压轮廓，该缠绕线防止管因压力而倒塌或者爆炸。当压力铠装层由形成环部件的螺旋缠绕线形成时，来自于管上的外部压力或者内部压力的径向力使环部件膨胀或者收缩，从而将拉力负荷置于线上。
[0004]无粘结柔性管已用于深水(小于3，300英尺(1,005.84米))开发和超深水(大于3，300英尺)开发。对石油的需求日益增长，这样会使探测在环境因素更极端的更深处发生。例如，在这种深水环境和超深水环境中，海底温度增加了这样一种风险:产出流体冷却到可以导致管堵塞的温度。增加的深度也增加了与环境有关的压力，在该环境中，柔性管必须操作。例如，柔性管可能需要使用作用于管的外部压力来操作，该外部压力的范围为从0.1MPa至30 MPa。同样，输送石油、天然气或者水很可能产生从内部作用于柔性管的高压，例如，从孔流体作用于管的范围为从零至140 MPa的内部压力。结果，增加了柔性管体的压力铠装层和拉力铠装层对高水平性能的需求。
[0005]柔性管也可以用于浅水应用(例如，小于约500米深)或者甚至可以用于海滨(陆上)应用。
[0006]改进负荷响应，从而改进铠装层性能的一种方式是制造更厚更坚固的层，从而制造更稳健的材料。例如，对于通常由具有在层联锁中的相邻绕组(winding)的缠绕线形成的压力铠装层，由更厚的材料制造线会导致强度适当地提高。然而，随着更多材料的使用，柔性管的重量也随之增加。最后，在使用柔性管过程中，柔性管的重量可能成为限制因素。另夕卜，使用越来越厚的材料来制造柔性管会适当地增加材料成本，这也是一个缺点。
[0007]另外，由于某些抗压轮廓，与压力铠装层相邻的层可能会受到损害，特别是在相邻层的材料移动到在压力铠装层的相邻绕组之间的间隙中时。按照行业规则，所有柔性管结构在售出之前必须接受工厂验收试验(FAT)。这包括通过使用流体(诸如，在是平常使用压力的1.5倍的压力下的水)来使管孔增压。该水因此为增压介质。
[0008]向管施加内部压力(S卩，来自孔内部的压力)在所有层中产生径向膨胀，而这就是聚合物层产生变形和倾向于蔓延到叠置铠装层的间隙中的时候。在高压(约8000 psi/55MPa或者更多)下，在聚合物层内的结果应变分布在间隙周围的区域处，可能是高度局域化的，并且该聚合物材料可以通过空穴作用来变形，而不是通过塑性流动来变形。这又可以在聚合物层的径向内表面上依次导致微裂纹变形或者微裂缝变形。在任何后续加载(诸如，在正常用于输送产出流体期间经历的加载)期间，这种微裂纹然后可以延伸以形成贯穿聚合物层的更长/更深的裂缝。这增加了聚合物层出现故障的风险，并且最终导致压力安全壳的损失，从而对柔性管的寿命产生不利影响。
[0009]TO98/16770、TO2009/087348、W02010/055323、US2004/0182462、US2010/0059134、US6，739，355、US5，275，209、US6,192，941、US6，283,161、US6，065，501、EP1141606、EP1395769和US4，549，581公开了具有各种形状的截面的铠装层绕组。
【发明内容】
[0010]根据本发明的第一个方面，提供了一种用于在柔性管体中形成绕组螺旋地缠绕层的细长带元件，该带构造为按照螺旋方式，使用抗塌带来交替的缠绕，以形成抗塌层，其中，该带元件具有截面轮廓，该截面轮廓包括:
体部分，该体部分定位于抗塌带绕组之间，使得每个体部分至少部分地位于在相邻抗塌带绕组之间的间隙中；以及
至少一个翼部分，该至少一个翼部分从体部分的端区域延伸，该至少一个翼部分构造为跨越所述间隙，并且分别与相邻抗塌带绕组的径向内表面邻接。
[0011 ]根据本发明的第二个方面，提供了一种用于从海底位置输送流体的柔性管体，其包括:
流体保持层；
铠装层，其包括:
抗塌带，该抗塌带螺旋地缠绕流体保持层，其中，该带的相邻绕组联锁，从而使相邻绕组之间存在间隙，以及
细长带元件，按照螺旋方式，使用抗塌带来交替的缠绕该细长带元件，以形成铠装层，使得细长带元件至少部分地位于间隙内，并且构造为跨越间隙，以及以与流体保持层邻接的关系来设置。
[0012]根据本发明的第三个方面，提供了一种制造柔性管体的方法，该方法包括以下步骤:
提供流体保持层;以及
在流体保持层上螺旋地缠绕细长带元件和抗塌带，以形成交替绕组，其中，细长带元件至少部分地位于在相邻抗塌带绕组之间的间隙内，并且构造为跨越所述间隙，以与每个相邻抗塌带绕组的径向内表面邻接。
[0013]本发明的某些实施例提供了这样的优点:带元件可以螺旋地缠绕以形成铠装层的绕组，从而使在铠装层下方(径向向内)的层不经受在层中的接触应力和应变的大的变化。
[0014]本发明的某些实施例提供了这样的优点:减小了或者阻止了在相邻聚合物阻隔层或者衬垫中的突然应变变化。
[0015]本发明的某些实施例提供了一种桥接元件，该桥接元件用于在铠装线之间缠绕以形成铠装层。可以制造一种具有铠装层和径向内聚合物阻隔层或者衬垫的柔性管体。由于这种桥接元件，在聚合物层与铠装层之间的接触应力是大体上均匀的。
[0016]本发明的某些实施例提供了这样的优点:提供了一种具有改进的性能和寿命跨度的柔性管体。特别地，避免了流体保持层被冲破的可能性。
【附图说明】
[0017]参照附图在下文中进一步描述本发明的实施例，在附图中:
图1示出了柔性管体；
图2示出了提升器组件；
图3示出了已知柔性管体的一部分；
图4示出了在图3中示出的部分A的放大视图；
图5示出了根据本发明的柔性管的一部分；
图6示出了在图5中示出的部分B的放大视图；
图7示出了本发明的替代实施例；
图8示出了本发明的替代实施例；
图9示出了本发明的替代实施例；
图10a、图1Ob和图1Oc示出了本发明的替代实施例；
图11 a、图1lb和图1lc示出了本发明的替代实施例；
图12a、图1lb和图1lc示出了本发明的替代实施例；
图13a、图13b和图13c示出了本发明的替代实施例；
图14示出了本发明的替代实施例；
图15a和15b示出了本发明的替代实施例；
图16a和16b示出了本发明的替代实施例；
图17a和17b示出了本发明的替代实施例；
在附图中，相同的附图标记指代相同的部件。
【具体实施方式】
[0018]贯穿本说明书，将参考柔性管。应该理解，柔性管是管体的一部分和一个或者多个端部接头的组件，管体的各自端终止于该一个或者多个端部接头中的每个端部接头中。图1示出了管体100如何根据本发明的实施例由形成承压导管的层状材料的组合形成。虽然在图1中示出了许多特定层，但是需要理解，本发明广泛适用于包括由多种多样的可能材料制造的两层或者更多层的同轴管体结构。需要进一步注意，仅仅为了说明的目的，示出层厚度。如本文所使用，术语“复合材料”用于广泛涉及由两种或者更多种不同材料形成的材料，例如，由基体材料和增强纤维形成的材料。
[0019]如图1所示，管体包括可选的最内骨架层101。骨架提供了联锁构造，该联锁构造可以用作最内层以完全地或者部分地防止因管解压缩、外部压力以及拉力铠装压力负荷和机械破碎负荷而产生的内部压力护套102的倒塌。例如，骨架层通常为由不锈钢形成的金属层。骨架