加强型海洋平台采油管道的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于海洋平台采油【技术领域】，涉及一种加强型海洋平台采油管道，包括无缝钢管和多个支撑架，两者焊接成为一体，其特征为还包括整体硫化橡胶和钢丝绳，钢丝绳沿螺旋线方向缠绕在无缝钢管及支撑架周围，硫化橡胶外表面是圆柱形，把钢丝绳、无缝钢管、支撑架全都包裹在里面，硫化橡胶内部相邻的两部分之间没有缝隙、没有空隙、没有连接界面，整体是连续相，硫化橡胶和贴在一起的无缝钢管表面、支撑架表面和钢丝绳绳丝表面紧密粘接在一起。本实用新型抗冲击能力强，抗腐蚀能力强。
【专利说明】
加强型海洋平台采油管道
【技术领域】
[0001]本实用新型属于海洋平台采油【技术领域】，涉及一种海洋平台采油管道，具体涉及一种加强型海洋平台采油管道。
【背景技术】
[0002]早期的海洋平台采油管道多采用裸露的原钢管道，该管道在海洋中受海水冲击和腐蚀，使用寿命较短，损坏后会引发设备故障，继而造成极大的经济损失。
[0003]近期有研究人员在原钢管道表面附加了橡胶防护层。
[0004]申请号为200320111197.3的中国实用新型专利，标题为《海洋平台采油管线》，其技术特征为包括钢制管道，在其凸凹麻面的外壁上依次粘接结合为一体的至少两层胶浆层和橡胶层构成的防护层。
[0005]该实用新型具有耐海水腐蚀、抗冲击性能强的优点，有效延长了海洋平台采油管道的使用寿命。但是它存在三个缺点。首先，钢制管道表面的凸凹麻面确实能增大橡胶和钢材的接触面积，能增强接触面的粘结强度，不过制造起来不太容易，到目前为止没发现有专门的加工设备，通常靠人工使用錾子加工，劳动强度较大，效率不高，提高了该实用新型的制造成本。其次，橡胶层通过胶浆相互冷粘接或与钢材的凸凹麻面的外壁冷粘接并不可靠，相互粘接的接触面容易留下缝隙，原本是平面的橡胶层与凸凹麻面的钢管外壁粘接，橡胶层平面被强制扭曲成与钢管外壁相吻合的凸凹麻面形状，不可避免的会有内应力，在外部冲击作用下局部小面积容易脱开，继而发展成较大面积的缝隙，各处缝隙连通起来，海水容易浸入，最后导致钢管外壁腐蚀。再次，使用冷加工方式使原来是平面的橡胶层强制弯折成圆形，再使用粘接剂把接缝连接起来，橡胶层始终有展成平面的趋势，在海水冲击作用下接缝容易松动脱开，容易进入接缝内。
[0006]申请号为200920024053.1的中国实用新型专利，标题为《新型海洋平台采油管道》，所描述的采油管道由钢管本体和橡胶层组成，钢管本体外套有至少一层以上的橡胶层，所述的钢管本体外壁上分布有支撑架，所述的橡胶层填充在钢管本体与支撑架之间，在橡胶层外设有一层橡胶层。
[0007]该实用新型也是使用冷加工方式使橡胶层附着在钢管表面，与前一个实用新型有同样的缺点，不过它所增加的支撑架确实有效，能提高橡胶与钢材的接触面积，提高粘接强度。
[0008]如何进一步提高海洋平台采油管道的可靠性，是一个亟待解决的课题。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种加强型海洋平台采油管道。
[0010]本实用新型是通过以下技术方案来实现的，即一种加强型海洋平台采油管道，包括无缝钢管和多个支撑架，两者焊接成为一体，其特征为还包括整体硫化橡胶和钢丝绳，钢丝绳沿螺旋线方向缠绕在无缝钢管及支撑架周围，硫化橡胶外表面是圆柱形，把钢丝绳、无缝钢管、支撑架全都包裹在里面，硫化橡胶内部相邻的两部分之间没有缝隙、没有空隙、没有连接界面，整体是连续相，硫化橡胶和贴在一起的无缝钢管表面、支撑架表面和钢丝绳绳丝表面紧密粘接在一起。
[0011]以上所述的无缝钢管还可以在外表面设左旋、右旋或左、右旋交叉型螺旋沟槽，硫化橡胶有和这些沟槽相吻合的形状，橡胶和沟槽内的金属表面紧密粘接在一起。
[0012]可以在加工厂里面生产出10至20米长规格的加强型海洋平台采油管道，然后运送至使用现场，再把它们首尾相连组成一条长管道，其整个加工过程是这样的。
[0013]首先加工无缝钢管。所使用的无缝钢管长度和预期的一根加强型海洋平台采油管道长度相同。在车床上车削得到螺旋形沟槽。车床是非常普通的机械加工设备，普通的车床操作工就能操作加工，相对于加工凸凹麻面的钢管外壁，其工作效率有大幅提高，劳动强度大幅降低，加工造价相应降低。车削完成，再焊上支撑架，根据管径大小，支撑架的数量可以调整，一般是3?8个，均匀分布。高度也根据管径大小有所不同。焊完后清除焊渣。要注意所有表面不得留有焊渣、氧化皮、油污，否则会给下一步工序埋下质量隐患，可以通过充分打磨、抛丸处理或使用化学溶剂去除这些有害物质。
[0014]在橡胶压延机上生产出生橡胶片，然后裁成需要的宽度，比如共设四个支撑架，在两个支撑架之间的无缝钢管表面扇形区域，覆盖上弯成四分之一圆形状的扇形区生橡胶片，在表面使劲按压，使胶条表面和无缝钢管表面、和支撑架表面充分接触，并排出封在夹层里面的空气，然后在该生橡胶片外表面再覆盖上一层弯成四分之一圆形状的扇形区生橡胶片，由于弯曲半径变大，其宽度也相应增大，然后再充分按压并排出封在夹层里面的空气，就这样一层一层地向外贴，直到生橡胶片外表面对齐或略高于支撑架上边缘，每两个相邻的支撑架之间都贴满生橡胶片。外面再覆盖上弯成整圆的生橡胶片，即环形区生橡胶片，接缝处如果太宽，可以使用更细小的生胶条填充，如果接缝处有重叠可以把多余的剪掉，充分按压和排出夹层空气，外面再覆盖上环形区生橡胶片，由于弯曲半径变大，外层生橡胶片的展开宽度要比里面相邻的宽，相邻的两层生橡胶片的接缝要错开，不要对齐，一直往外贴，到达需要的直径时缠上钢丝绳，缠成螺距均匀的螺旋线形状，完成后外面再按上面的步骤贴生橡胶片，直到外直径比预期的采油管道直径大5?8%为止。钢丝绳螺旋线所处的圆柱面直径一般等于多个支撑架上边缘组成的圆柱面直径和最外层生橡胶片圆柱面直径的平均值。为了便于排出夹层中的空气，每贴一层可以使用锥子在生橡胶片上刺多个孔。每贴一层生橡胶片以前，在待粘贴的生橡胶片表面和金属表面上刷适量胶浆，以增强其粘接效果。
[0015]毛坯的外直径比预期的采油管道直径大5?8%，是为了毛坯有足够的胶料填充各处的空隙，使融化的流体能保持足够大的压力。多余的胶料从模具的溢料口自动溢出。
[0016]贴胶完成后再硫化，使用的工具是硫化模具，分上模、下模两部分，分别有半圆柱形空腔，两部分对在一起组成整个圆柱形空腔，这个空腔的直径大小和成品的加强型海洋平台采油管道相吻合。模具内有加热装置。一般是逐段硫化，比如要加工20米长的预成型的采油管道毛坯，使用7.5米长的硫化模具，分三次硫化，从一端开始，先硫化7.5米，然后把采油管道毛坯移动6.5米，其中有I米长已经硫化的一段再次放在硫机内，是因为靠近模具端部这一段的压力和温度都不如中部的稳定，硫化质量不太好，所以重复硫化一次，完成后把采油管道毛坯再移动6.5米，硫化结束后这一根就加工完成了。也有整体硫化的，比如采油管道毛坯长10米，选用一次硫化10米的硫化机，一次就可以硫化完成。
[0017]硫化时所要控制的条件是这样的。先预热模具至150?170°C，再把采油管道毛坯放在上、下模具之间并压紧，使内部压力保持在3?5MPa，保持温度150?170°C，保持30?40分钟。在此过程中，生橡胶片受热融化变成粘稠的流体状，两层生橡胶片之间的界面消失，两边之间的接缝消失，形成均匀的粘稠液体，在压力作用下里面的气泡流动出来，粘稠液体可以流动到任何一个角落，包括钢丝绳绳丝之间的间隙、螺旋形沟槽的槽沿和槽底。在这种环境下生橡胶开始硫化，里面所包含的硫元素发生交联反应。硫化时间结束，停止加热，但是还不能打开模具，再保持15分种，打开模具冷却并检查质量。温度、压力和时间随着尺寸不同而变化，生橡胶整体厚度尺寸较大时，选用较高的温度、压力，保持更长的时间。
[0018]硫化结束后，原来塑性的多块生橡胶片转变成丰有弹性的整体硫化橡胶，胶料中含有粘接剂成分，使硫化橡胶和钢材的接触面紧密地粘接在一起，相对于冷粘接的方法，硫化橡胶性质均匀稳定，内部相邻两部分之间没有缝隙、没有空隙、没有连接界面，是连续的整体，把钢材表面严密地封在里面，能有效抵制海水浸入。如果钢材表面有焊渣、氧化皮、油污，则和橡胶粘接不牢或不能连接在一起，严重地影响产品的质量。
[0019]生橡胶片加热融化变成粘稠的流体状后流动形成和螺旋形沟槽相吻合的形状，然后经硫化变成弹性固体，这种形状是自然状态，不是靠外力强制扭曲成的，内部相邻各部分之间不存在内应力，相对于冷粘接的方式有更稳定的物理性质。
[0020]增加了钢丝绳的橡胶层在受到外力冲击时，能辅助承受冲击力，同时也能辅助将冲击力分散到更远处的橡胶材料上和无缝钢管上，使更大范围的材料共同承担冲击力，从而避免局部产生较剧烈的应力变化，所以有更好的强度性能。
[0021]硫化完成后的加强型海洋平台采油管道在使用现场安装时，需要一根一根首尾连接起来。需要连接的两个端头，首先去除橡胶，离端头400毫米以内的完全去除，400?800毫米范围内的做成圆锥形状，离端头近处直径较小，远处直径较大。然后把无缝钢管联接起来，可以是焊接，也可以是法兰联接，支撑架对齐也焊接起来，最后清除焊渣、污物。注意保护剥开的橡胶面，不得溅上焊渣，不得被电焊弧光照射，否则会埋下质量隐患。
[0022]联接完成后包覆生橡胶片，到特定的直径时连接钢丝绳并缠绕在生橡胶片圆柱面上，继续包覆生橡胶片，完成后固定上硫化模具开始硫化，步骤同前面所述，不再重复。硫化后接头处新增加的硫化橡胶和原来的硫化橡胶连接面融为一体，分不清哪里是连接界面，成为一个整体。
[0023]联接完成的加强型海洋平台采油管道，从最上端至最下端，橡胶层成为一个整体，中间没有接缝，能有效防止海水浸入、无缝钢管锈蚀。
[0024]本实用新型的有益效果是:抗冲击能力强，抗腐蚀能力强。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图中所示:1.硫化橡胶；1-1.扇形区生橡胶片；1-2.环形区生橡胶片；1-3.缝隙；
2.钢丝绳；3.无缝钢管；3-1.右旋型螺旋沟槽；3-2 ;支撑架；3-3.左旋、右旋交叉型螺旋沟槽；4.上模；4-1.加热装置；5.下模；5-1.加热装置；
[0026]图1为本实用新型实施例1的三维结构示意图；
[0027]图2为本实用新型实施例1的正面剖视图，硫化橡胶全剖视，钢丝绳2、无缝钢管3局部剖视；
[0028]图3为图2中沿A-A线的剖视图；
[0029]图4为图2中B处放大视图，即被硫化橡胶I包覆住的钢丝绳横截面图；
[0030]图5是把预成型的采油管道毛坯放在硫化模具中硫化结构示意图；
[0031]图6是把预成型的采油管道毛坯放在硫化模具中硫化横截面示意图；
[0032]图7为本实用新型实施例2的三维结构示意图。
[0033]注:图中画阴影线的部分是剖切面。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
[0035]实施例1:参见图1至图6。
[0036]如图1至图3所示，一种加强型海洋平台采油管道，包括无缝钢管3和四个支撑架3-2，两者焊接成为一体，其特征为还包括整体硫化橡胶I和钢丝绳2，钢丝绳2沿螺旋线方向缠绕在无缝钢管3及支撑架3-2周围，硫化橡胶I外表面是圆柱形，把钢丝绳2、无缝钢管
3、支撑架3-2全都包裹在里面，硫化橡胶I内部相邻的两部分之间没有缝隙、没有空隙、没有连接界面，整体是连续相，硫化橡胶I和贴在一起的无缝钢管3表面、支撑架3-2表面和钢丝绳2绳丝表面紧密粘接在一起。
[0037]以上所述的无缝钢管3在外表面设有右旋型螺旋沟槽3-1，硫化橡胶I有和这些沟槽相吻合的形状，硫化橡胶I和沟槽内的金属表面紧密粘接在一起。
[0038]本实施例在加工厂里面生产出20米长规格的加强型海洋平台采油管道，然后运送至使用现场，再把它们首尾相连组成一条长管道，其整个加工过程是这样的。
[0039]首先加工无缝钢管3。所使用的无缝钢管长度和预期的一根加强型海洋平台采油管道长度相同。在车床上车削得到右旋型螺旋沟槽3-1，如图1和图2所示。车床是非常普通的机械加工设备，普通的车床操作工就能操作加工，相对于加工凸凹麻面的钢管外壁，其工作效率有大幅提高，劳动强度大幅降低，加工造价相应降低。车削完成，再焊上四个支撑架3-2，均匀分布。焊完后清除焊渣。表面充分打磨不留焊渣、氧化皮、油污。
[0040]在橡胶压延机上生产出生橡胶片，然后裁成需要宽度的胶条，在两个支撑架3-2之间的无缝钢管3表面，覆盖上弯成四分之一圆形状的扇形区生橡胶片1-1，如图6所示，在表面使劲按压，使生橡胶片1-1表面和无缝钢管3表面、和支撑架3-2表面充分接触，并排出封在夹层里面的空气，生橡胶片1-1如有多余则剪裁去掉，如有较大缝隙1-3则填入相应大小的细胶条，然后在该层生橡胶片外表面再覆盖上一层弯成四分之一圆形状的扇形区生橡胶片1-1，由于弯曲半径变大，其宽度也相应增大，然后再充分按压并排出封在夹层里面的空气，就这样一层一层地向外贴，直到生橡胶片1-1外表面对齐或略高于支撑架3-2上边缘，每两个相邻的支撑架3-2之间都贴满生橡胶片1-1。外面再覆盖上弯成整圆的环形区生橡胶片1-2，接缝1-3处如果太宽，可以使用更细小的生胶条填充，如果接缝处有重叠可以把多余的剪掉，充分按压和排出夹层空气，外面再覆盖上环形区生橡胶片1-2，由于弯曲半径变大，外层生橡胶片的展开宽度要比里面相邻的宽，相邻的两层生橡胶片的接缝1-3要错开，不要对齐，一直往外贴，到达需要的直径时缠上钢丝绳2，缠成螺距均匀的螺旋线形状，完成后外面再按上面的步骤贴生橡胶片1-2，直到外直径比预期的采油管道直径大5?8%为止。钢丝绳螺旋线所处的圆柱面直径等于多个支撑架3-2上边缘所处的圆柱面直径和最外层生橡胶片直径的平均值，不要让钢丝绳2和支撑架3-2顶部直接接触，避免在使用中因摩擦使钢丝绳2断丝。为了便于排出夹层中的空气，每贴一层可以使用锥子在生橡胶片上刺多个孔。每贴一层生橡胶片以前，在待粘贴的生橡胶片表面和金属表面上刷适量胶浆，以增强其粘接效果。
[0041]毛坯的外直径比预期的采油管道直径大5?8%，是为了毛坯有足够的胶料填充各处的空隙，使融化的流体能保持足够大的压力。多余的胶料从模具的溢料口自动溢出。
[0042]贴胶完成后再硫化，使用的工具是硫化模具，分上模4和下模5两部分，分别有半圆柱形空腔，两部分对在一起成为整个圆柱形空腔，这个空腔的直径大小和成品的加强型海洋平台采油管道相吻合。模具内有加热装置4-1和5-1。本实施例要加工20米长的预成型的采油管道毛坯，使用7.5米长的硫化模具，分三次硫化，从一端开始，先硫化7.5米，然后把采油管道毛坯移动6.5米，其中有I米长已经硫化的一段再次放在硫化模具内，是因为靠近模具端部这一段的压力和温度都不如中部的稳定，硫化质量不太好，所以重复硫化一次，完成后把采油管道毛坯再移动6.5米，硫化结束后这一根就加工完成了。
[0043]硫化过程中是这样控制条件的。先预热模具至160°C，再把采油管道毛坯放在上模4和下模5之间并压紧，使内部压力保持在4MPa，保持温度160°C，保持35分钟。在此过程中，生橡胶片受热融化变成粘稠的流体状，两层胶片之间的界面消失，接缝1-3消失，形成均匀的粘稠液体，在压力作用下里面的气泡流动出来，粘稠液体可以流动到任何一个角落，包括如图4所示的钢丝绳绳丝之间的间隙、螺旋形沟槽的槽沿和槽底。在这种环境下生橡胶开始硫化，里面所包含的硫元素发生交联反应。硫化时间结束，停止加热，但是还不能打开模具，再保持15分种，打开模具冷却并检查质量。
[0044]硫化结束后，原来塑性的生橡胶片转变成丰有弹性的硫化橡胶，胶料中含有粘接剂成分，使硫化橡胶I和钢材的接触面紧密地粘接在一起，相对于冷粘接的方法，硫化橡胶I性质均匀稳定，硫化橡胶相邻的两部分之间没有缝隙、没有空隙、没有连接界面，是连续相的整体，把钢材表面严密地封在里面，能有效抵制海水浸入。如果钢材表面有焊渣、氧化皮、油污，则和橡胶粘接不牢或不能连接在一起，严重地影响产品的质量。
[0045]生橡胶加热融化变成粘稠的流体状后流动形成和螺旋形沟槽相吻合的形状，然后经硫化变成弹性固体，这种形状是自然状态，不是靠外力强制扭曲成的，内部相邻两部分之间不存在内应力，相对于冷粘接的方式有更稳定的物理性质。
[0046]增加了钢丝绳的橡胶层在受到外力冲击时，能辅助承受冲击力，同时也能辅助将冲击力分散到更远处的橡胶材料上和无缝钢管上，从而避免局部产生较剧烈的应力变化，所以有更好的抗冲击性能。
[0047]硫化完成后的加强型海洋平台采油管道在使用现场安装时，需要一根一根首尾连接起来。需要连接的两个端头，首先去除橡胶层，离端头400毫米以内的完全去除，400?800毫米范围内的做成圆锥形状，离端头近处直径较小，远处直径较大。然后把无缝钢管3联接起来，可以是焊接，也可以是法兰联接，支撑架2-3也对齐焊接起来，最后清除焊渣、污物。注意保护剥开的橡胶面，不得溅上焊渣，不得被电焊弧光照射，否则会埋下质量隐患。
[0048]联接完成后包覆生橡胶片，到特定的直径时连接钢丝绳2并缠绕在生橡胶片圆柱面上，继续包覆生橡胶片，完成后固定上硫化模具开始硫化，步骤同前面所述，不再重复。硫化后接头处新增加的硫化橡胶和原来的硫化橡胶连接面融为一体，已经区分不清界面。
[0049]联接完成的加强型海洋平台采油管道，从最上端至最下端，橡胶层成为一个整体，中间没有接缝，能有效防止海水浸入、无缝钢管锈蚀。
[0050]实施例2:参见图7。
[0051]无缝钢管3在外表面设有左旋、右旋交叉型螺旋沟槽3-3，其它结构、作用和制作方法同实施例1。
【权利要求】
1.一种加强型海洋平台采油管道，包括无缝钢管和多个支撑架，两者焊接成为一体，其特征为还包括整体硫化橡胶和钢丝绳，钢丝绳沿螺旋线方向缠绕在无缝钢管及支撑架周围，硫化橡胶外表面是圆柱形，把钢丝绳、无缝钢管、支撑架全都包裹在里面，硫化橡胶内部相邻的两部分之间没有缝隙、没有空隙、没有连接界面，整体是连续相，硫化橡胶和贴在一起的无缝钢管表面、支撑架表面和钢丝绳绳丝表面紧密粘接在一起。
2.根据权利要求1所述的加强型海洋平台采油管道，其特征为无缝钢管在外表面设左旋、右旋或左、右旋交叉型螺旋沟槽。
3.根据权利要求2所述的加强型海洋平台采油管道，其特征为硫化橡胶有和无缝钢管沟槽相吻合的形状。
4.根据权利要求1所述的加强型海洋平台采油管道，其特征为支撑架的数量是3?8个。
【文档编号】E21B17/00GK204163637SQ201420477033
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年8月23日 优先权日:2014年8月23日
【发明者】巴建彬, 罗迎春 申请人:巴建彬