柔性管子和用于其的耦合器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于高压力或高压力/高温度应用的柔性管子或软管，并且特别地，虽然不是排他地，涉及在管子或软管和金属耦合构件之间的密封的连接部的构建。在本发明的一个实施方案中，加强工具被结合入柔性管子或软管的内衬垫中。本发明的柔性管子或软管主要地意图适合于烃类液体或气体和/或水的运输。还公开了用于制造具有上文提到的特征的柔性管子或软管的方法。虽然术语“管子”和“软管”在本发明的公开内容全文中被大体上同步地使用，但是管子可以被理解为是比软管相对地较不柔性的，如果上下文如此允许的话。
[0002]发明背景
[0003]柔性管子或软管在油气开采的领域中在在岸和离岸应用二者中使用，主要地用于流体和气体的运输。术语“柔性”将被理解为排除实质上刚性的构造，例如钢管子。柔性管子或软管典型地被用于把被加压的高温度原油和气体从基于海床的井口运输至浮式平台或处理设施。然而，它们同样地适合于携带宽的范围的目的在于增强或保持生产量的注射或服务流体。因此，柔性管子软管被暴露于内部和外部压力和温度二者的宽的变化。
[0004]典型的管子或软管压力和温度额定值在例如美国石油组织(API)标准7K，第5版，2010 年 6 月，名称为 ‘Drilling and Well Servicing Equipment’ 中公开(见段落 9.6.1、9.6.3.1和表格9)。另外的关于在柔性管子或软管(典型地具有3〃和更高的直径)中经历的压力和/或温度条件的指导可以在API标准，16C(见表格3.4.1,3.4.2,3.4.3和3.5.2.1)，0CIMF，17J和17K中找到。在中等直径软管中压力额定值将典型地是几百bar (例如具有10至超过10MPa的数量级)，并且将随着增加的软管直径减少。柔性管子或软管必须能够抵抗约_40°C至+132°C的典型的温度条件，取决于应用。
[0005]柔性管子可以被分割为两个类别:粘合的和非粘合的。非粘合的柔性管子典型地包括多个金属防护层和聚合物抗磨损/抗摩擦层，由此在至少两个毗邻的层之间的一定程度的相对滑移是可能的。即使当一个层被内嵌在另一个内时，非粘合的特征也可能被简单的拉拔试验表明，例如将钢索加强层从其围绕的聚合物基质拉拔出来的拉拔试验。该试验是基于 ‘Standard Test Method for Rubber Property-Adhes1n to Steel Cord，(ASTMD2229-85) ’的适应性修改的版本。
[0006]普遍地用于与非粘合的管子相似的应用的范围的粘合的管子排除毗邻的层之间的任何滑移。粘合的管子采用内弹性体的或热塑性衬垫管子，其有时被在底层的金属骨架上挤出或被结合到底层的金属骨架并且被防护层围绕。整个的管子可以被认为是被粘合的(涂覆黄铜的或镀锌的)金属线缆或丝和弹性体层的复合物，如下文提到的，可能包括热塑性内衬垫层。粘合的管子被测试以确保它们能够抵抗快速的气体减压事件，快速的气体减压事件可能导致在它们的最内的层中的起泡现象。粘合的柔性管子类型可以被用作柔性的升管、装载软管或用于开采的软管(旋转软管、扼流和节流软管、泥和水泥软管)。
[0007]为了避免液体和气体渗透损失，热塑性管子或具有热塑性内衬垫的管子经常地被采用从而增强其的总体的密封能力。然而，某些流体或气体可以是非常侵蚀性的并且导致某些聚合物或塑料衬垫的快速的降解，特别是在较高的温度。为了解决该问题，已知的是采用在管子和/或其的内衬垫(如果存在的话)内的更化学地惰性的聚合物类型，例如交联聚乙烯(PEX)、聚酰胺11/12 (PAl 1/PA12)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚醚醚酮(PEEK)。虽然这些工程聚合物提供在耐热性、酸性腐蚀抵抗性、抗裂化行为、低气体/液体渗透性等等的方面的许多优点，但是它们已知是在确保与软管耦合器的良好的品质的密封(即管子至管子或管子至端部接头连接)上较不有效的。经常地，这些衬垫被内(不锈钢)骨架加强。
[0008]为了确保管子或其的内衬垫和耦合器之间的可靠的密封(即管子至管子或管子至端部接头连接)，所有的‘泄漏路径’必须被消除。泄漏路径是任何允许被加压的流体或气体与更低压力状态均衡化的路径。在管子构造内在毗邻的层或材料之间的织物、气穴(airpocket)、防护线缆或任何连续的粘合失效均可以导致这样的‘泄漏路径’，导致局部化的气体/液体积聚，导致起泡以及，最终地，柔性管子的失效。安全的并且有效的密封是对于高压力高温度的粘合的管子的基本的安全性要求。据发明人所知，粘合的软管的所有的制造商迄今已经采用基于弹性体的密封化合物，例如在GB2329439B(Antal等人)中公开的那个。
[0009]弹性体构成最柔性的、可变形的并且弹性的三个类别的非金属的聚合物材料。所有的弹性体的一个行为特性是它们是对气体和蒸气固有地可渗透的。当被在柔性管子内用于高温度/高压力应用时，溶解的气体的向弹性体的结构内的微空隙中的传输使管子在快速的减压事件期间更易于破裂，即由此当管子的外部的压力被损失时气泡在微空隙内形成。这种类型的管子失效被称为‘爆炸性减压’并且导致管子密封和/或内衬的严重失效。
[0010]在为使‘爆炸性减压’最小化的努力中，用于高温度/高压力应用的柔性管子典型地采用内热塑性衬垫以减少液体/气体渗透的可能性；以及位于热塑性衬垫径向地内侧的内部条状缠绕的钢骨架以减少起泡的可能性。虽然这样的预防性的措施通常是沿着管子的长度有效的，但是在管子和其的耦合器之间的密封的连接部(即管子至管子或管子至端部接头连接)是保持经受密封压力的区域。这样的压力来源于机械地施加的压缩和/或来源于正在被密封的流体的流体静压力的压缩。
[0011]在它们的功能的性质的方面，弹性体是软的，实质上弹性的并且实质上不可压缩的。这样的特征使弹性体适合于作为在管子和其的耦合器的界面处的初级的密封部的使用。弹性体的固有的不可压缩性意味着高应力可以被抵抗，并且高压力可以被适应，当弹性体材料被高度地约束时。弹性体的密封部因此是对于高温度/高压力应用的自动的选择。然而，弹性体的失效或退化的多个模式被充分地记载，如在健康和安全执行局报告第 320 (2005)号，名称为:‘Elastomers for fluid containment in offshore oil andgasproduct1n:Guidelines and review’ (ISBN 0 7176 2969 4)中的表格 I 和 2 中汇总的。在表格I中，“快速气体减压或爆炸性减压(ED) ”的失效模式被如下地描述当外部压力被损失时，在高压力条件下被溶解在弹性体中的气体从溶液出来并且形成在材料中的气泡。气泡可以足够地生长以导致材料(例如密封部)的或界面(例如软管中的衬垫和毗邻的层之间的)的断裂。
[0012]考虑到弹性体的失效或恶化的已知的模式，上文仅描述了其中的一个，本发明的发明人得出了这样的结论:具有对于提供相对于目前的密封性能的可识别的改进同时简化总体的管子构造和制造的方法的可选择的柔性管子安排的需要。特别地，在柔性管子或软管和任何相关联的耦合器的在更长的时期内抵抗恶劣的条件的方面的进一步的改进将是高度地期望的。
[0013]发明概述
[0014]根据本发明的第一方面，提供一种合成聚合物柔性管子，包括:
[0015](i)围绕柔性管子的端部的防护层；
[0016](ii)管子親合器，该管子親合器被布置在管子的端部处并且围绕防护层；
[0017](iii)被管子耦合器的凹陷的部分界定的密封区域；以及
[0018](iv)被布置在密封区域中的密封材料；
[0019]其中所述管子端部延伸入密封区域中并且被结合到密封材料，并且其特征在于密封材料是非弹性体的并且密封材料和柔性管子二者都包含选自包括热塑性塑料和热固性塑料的组的同一个类别的合成聚合物。
[0020]可选择地，柔性管子和密封材料中的每个包含半结晶的热塑性材料。
[0021]在一个实施方案中，密封材料作为可注射的流体或熔融的合成聚合物被提供。
[0022]在一个可选择的实施方案中，密封材料作为固态的可熔融的密封体被提供。
[0023]可选择地，固态的可熔融的密封体包括选自包括以下项目的组的一种或多种金属颗粒:纤维、粗晶粒、碎肩、或细粉末。
[0024]可选择地，不同的大小的金属颗粒被分布遍及固态的可熔融的密封体。
[0025]可选择地，仅柔性管子的内衬垫层包含延伸入密封区域中的半结晶的热塑性材料。
[0026]可选择地，加强材料被设置在内衬垫层内但是未结合到其的半结晶的热塑性材料。
[0027]可选择地，加强材料被设置在内衬垫层内，加强材料借助于粘合性束缚层被完全地结合到内衬垫层的半结晶的热塑性材料。
[0028]可选择地，加强材料包括被螺旋地缠绕的钢索和/或钢丝。
[0029]可选择地，两个或两个以上单独的被螺旋地缠绕的钢索和/或钢丝被以互锁方式安排。
[0030]可选择地，加强材料被以缠绕方式以相对于柔性管子的纵向轴线的在25度至85度之间的角度安排在内衬垫层内。
[0031]可选择地，加强材料包括选自包括以下项目的列表的一种或多种纤维线和/或粗纱:玻璃纤维、碳纤维、UHmwPE (超高分子量聚乙烯)纤维和芳香聚酰胺纤维。
[0032]可选择地，电加热元件被设置在内衬垫层内。
[0033]可选择地，电加热元件包括选自包括以下项目的列表的一种或多种材料:传导性的丝、传导性的电缆、传导性的织物或传导性的复合物。
[0034]可选择地，内衬垫层的半结晶的热塑性材料通过聚合物至聚合物结合被直接地结合到密封材料的半结晶的热塑性材料。
[0035]可选择地，密封材料的半结晶的热塑性材料通过聚合物至金属结合被直接地结合到管子耦合器。
[0036]可选择地，密封材料的半结晶的热塑性材料经过中间粘合性束缚层被间接地结合到内衬垫层和/或管子耦合器。
[0037]可选择地，粘合性束缚层也包含半结晶的热塑性材料。
[0038]可选择地，内衬垫层和/或密封材料的半结晶的热塑性材料是聚偏二氟乙烯(PV