软管线的连接端头、软管线和相关的安装方法与流程

本发明涉及输送流体的软管线的连接端头，软管线具有压力护套、相对于压力护套布置在外面的联锁压力拱、以及相对于联锁压力拱布置在外面的至少一拉伸加固层，拉伸加固层具有多个加固件，连接端头具有：

-联锁压力拱的端部区域，

-每个加固件的至少一端部部分，

-端拱和固定在端拱上的盖，端拱和盖之间限定接纳室，用于接纳加固件的每个端部部分，

-压力护套的前嵌接凸缘，其嵌装在端拱上，相对于联锁压力拱的端部区域布置在外面，

-锁定系统，用于使联锁压力拱相对于端拱进行锁定。

有利地，软管线是一条非粘合的软管，用于穿过水域例如海洋或者河湖输送烃类。作为变型，软管线是由加固件加固的脐带式管线或者海底缆线。

背景技术：

这种软管例如根据美国石油学会制定的规范文件API 17J(非粘合软管规范)和API RP 17B(软管的推荐做法)制造。

导管一般由一套叠置同心层形成。根据本发明，其视为“非粘合”，导管各层中至少一层适于在导管弯曲时相对于各层纵向移动。特别是，一根非粘合导管是一根没有使形成导管的各层连接的粘合材料的导管。

导管一般穿过水域布置在井下装置与水面浮动或固定装置之间，井下装置用于收集在水域底部开采的流体，水面浮动或固定装置用于收集和分配流体。水面装置可以是半水下平台，浮式采油、储油和卸油系统，或者另一种浮动装置。

这些导管中某些导管在非常条件下使用。因此，被输送的烃类可具有压力和非常高的温度，例如500巴至1500巴的压力，110℃至130℃的温度。此外，如果导管布置在深海，其必须能耐受非常高的外压，例如，如果导管布置在2500米的深度，大约耐受250巴的外压。

用于深海的导管也必须耐受非常大的拉力，其通常为数十吨，使用中和/或在海上铺设时会受到。

此外，如果水面装置随海况浮动和活动，那么，连接海底与水面装置的上行管有时可能经受数百万曲率变化周期。因此，这些上行管也必须能够持久耐受疲劳动应力。

连接端头尤其受到影响，也必须设计成耐受这种工作条件。

但是，现有的软管端头有时在软管的压力拱与端头的接合处，存在薄弱区域。这种薄弱区域可能产生轴向移动，甚至压力拱与端头松脱。

本发明旨在减小软管在所述导管的端头处发生轴向移动和/或压力拱断裂的危险。

技术实现要素：

为此，本发明涉及前述类型的端头，其中，锁定系统具有弯曲保持装置，弯曲保持装置径向安装在联锁压力拱的端部区域与前嵌接凸缘之间。

单独地或者根据技术上可行的任何组合，本发明的端头可具有以下一个或多个特征：

-弯曲保持装置具有至少两个分开的周边机构，优选具有至少三个分开的周边机构。

-每个周边机构具有弯曲板的形状。

-周边机构沿联锁压力拱的同一横向段的周边分布。

-周边机构在联锁压力拱上在圆周上彼此隔开至多10毫米。

-周边机构用碳钢制成。

-联锁压力拱具有至少一个槽，弯曲保持装置具有与槽互补的凸棱。

-弯曲保持装置的凸棱无螺纹连接地插入在联锁压力拱的槽中。

-锁定系统具有将弯曲保持装置轴向锁紧在前嵌接凸缘上的轴向锁紧机构，轴向锁紧机构有利地选自螺栓、无头螺钉、平头螺钉、球头螺钉。

-锁定系统具有保持环，保持环布置在联锁压力拱与前嵌接凸缘之间，与弯曲保持装置进行接触。

-保持环与联锁压力拱一起形成弯曲保持装置的保持槽座，弯曲保持装置插入在保持槽座中。

本发明还涉及软管线，其具有：

-至少一压力护套，

-至少一联锁压力拱，其相对于压力护套布置在外面，

-至少一拉伸加固层，其相对于联锁压力拱布置在外面，加固层具有多个加固件，

-至少一个上述连接端头。

本发明还涉及上述类型的连接端头的安装方法，其包括以下步骤：

-提供围绕压力护套布置的联锁压力拱的端部区域，

-围绕联锁压力拱的端部区域安置前嵌接凸缘，

-使前嵌接凸缘安装在端拱上，

其特征在于，所述安装方法还包括安装相对于端拱锁定联锁压力拱的锁定系统，锁定系统具有弯曲保持装置，弯曲保持装置径向安装在联锁压力拱的端部区域与前嵌接凸缘之间。

本发明的安装方法可具有一些特征，弯曲保持装置据此具有至少两个分开的周边机构，所述安装方法包括使每个周边机构无螺纹连接地贴合在联锁压力拱上。

附图说明

根据下面仅作为例子参照附图所作的说明，本发明将得到更好的理解，附图如下：

-图1是软管中央部分的局部结构解剖立体图，

-图2是图1所示的根据本发明的第一种实施方式的导管的端头的沿中央轴向平面的局部半剖面图，

-图3是图2所示的端头中的锁定系统的立体图，

-图4是根据本发明的第二种实施方式的软管的端头的相关部分的沿中央轴向平面的剖面图，

-图5是根据本发明的第三种实施方式的软管的端头的相关部分的沿中央轴向平面的剖面图，以及

-图6是根据本发明的第四种实施方式的软管的端头的相关部分的沿中央轴向平面的剖面图。

具体实施方式

下文中，“外”和“内”一般应理解为相对于导管的轴线X-X'径向定向，“外”应理解为在径向上距离导管的轴线X-X'较远，“内”应理解为在径向上距离导管的轴线X-X'较近。

“前”和“后”应理解为相对于导管的轴线X-X'轴向定向，“前”应理解为距离导管的中央较远，离导管端部之一较近，“内”应理解为距离导管的中央较近，离导管端部之一较远。导管的中央是导管的与其两端部等距离的点。

软管线2的第一实施例局部示于图1。在后面所述的实施例中，软管线2是软导管。作为变型，软管线2是海底管线或者脐带式管线。

软导管2具有中央部分12，部分地示于图1。在中央部分12的每个轴向端部，软导管2具有端头14，其中相关部分示于图2。图2上，除端头14之外，示出了与端头14邻接的一部分中央部分12。

如图1所示，软导管2限定一条供流体最好是石油流体流通的中央通道16。中央通道16沿轴线X-X'在软导管2的上游端部与下游端部之间延伸。中央通道连通穿过端头14。

软导管2用于穿过水域(未示出)布置在流体尤其是烃类的开采设备中。

水域例如是海洋或者湖泊。流体开采设备处水域深度例如为500米至3000米。

流体开采设备具有水面装置，尤其是浮动水面装置，以及井下装置(未示出)，它们之间间最好由软导管2进行连接。

软导管2最好是“非粘着”(英语术语为“unbonded”)的导管。

软导管2的至少两层相邻的层在导管弯曲时，彼此相对自由纵向移动。

有利地，软管的所有层彼此相对自由移动。这种导管例如在美国石油学会(API)公布的规范文件API 17J和API RP 17B中述及。

如图1所示，导管2围绕轴线X-X'限定多个同心层，其沿中央部分12连续延伸到导管端部的端头14。

在图1和2所示的实施例中，导管2具有至少一个以聚合物材料为基础的第一管状护套20，其最好构成一个压力护套。

导管2还具有至少一层拉伸加固层24、25，其相对于压力护套20布置在外面。

在该实施例中，导管2还具有一个内套26，其布置在压力护套20内。

导管2也具有一个压力拱28、31，其间置在压力护套20与之间所述拉伸加固层24、25之间。

在图1和2所示的实施方式中，压力拱28、31由两层叠加层构成。

压力拱28、31的最内层是联锁压力拱28，其与压力护套20进行接触。联锁压力拱28由一根或多根线以短螺距呈螺旋形卷绕而成，形成彼此联锁的线匝。相邻线匝之间的联锁的作用是，控制线匝之间的间隙，限制压力护套20在这些间隙内蠕动的现象。

压力拱28、31的最外层是一层护套加强层31(加强压力拱)。护套31由一根或多根以短螺距呈螺旋形卷绕的非联锁线形成，例如由具有基本上呈矩形的截面的线形成。护套31的作用是加强联锁压力拱28，增大导管2的抗压强度。用于输送烃类的导管具有非常高的压力，一般具有这种护套31。US6415825提出具有一个联锁压力拱和一个护套的软管的实施例。

所谓“以短螺距卷绕”，是指螺旋角的绝对值接近90°，通常为75°至90°。

此外，导管2具有一个外护套30，其环绕拉伸加固层24、25，用于保护导管2的内层。

压力护套20用于密封保持通道16中输送的流体。其由聚合物材料形成，所述聚合物材料例如以聚乙烯这样的聚烯烃为主要成分，以PA 11或PA 12这样的聚酰胺为主要成分，或者以多氟乙烯这样的氟化聚合物为主要成分。

压力护套20的厚度例如为5毫米至20毫米。

压力护套20具有一个端部部分32，其插入在端头14中。

套26例如由成型金属箔卷成螺旋形而形成。箔匝最好彼此联锁。套26的主要功能是承受径向挤压力。

套26这里完全是金属的。

在该实施例中，套26布置在压力护套20内。因此，导管由于套26的几何形状而称为“粗孔”。

套26适于与压力护套20中流通的流体进行接触。

形成套26的成型金属箔的螺旋形缠绕为短螺距，即其螺旋角的绝对值接近90°，通常为75°至90°。

压力拱28、31的主要功能是承受与压力护套20内的压力有关的径向力。

联锁压力拱28在其全长上限定至少一个螺旋形槽33。槽33尤其示于图1和2。

联锁压力拱28例如由一根金属成型丝围绕护套20呈螺旋形卷绕而成。成型丝一般具有复杂的几何形状，尤其是Z形、T形、U形、K形、X形、或者I形几何形状。

联锁压力拱28例如围绕压力护套20短螺距旋绕而成，即螺旋角的绝对值接近90°，通常为75°至90°。

联锁压力拱28在压力护套20的端部部分32的外部，具有一个插入在端头14中的端部区域35。压力护套20的端部部分32向前轴向延伸，超出联锁压力拱28的端部区域35。

本发明的软导管2具有至少一层加固层24、25，其由至少一个细长加固件29呈螺旋形缠绕而成。

在图2所示的实施例中，软导管2具有多层加固层24、25，尤其是一层施加在压力拱28、31上的内加固层24和一层围绕其布置外保护层30的外加固层25。

每层加固层24、25具有围绕导管的轴线X-X'以长螺距纵向卷绕的加固件29。

所谓“以长螺距卷绕”，是指螺旋角的绝对值小于60°，通常为25°至55°。

加固层24、25的主要功能是承受施加在导管2上的轴向拉伸力，尤其是在立管情况下与悬垂重量有关的轴向拉伸力。

第一层24的加固件29一般相对于第二层25的加固件29沿反向角度进行卷绕。因此，第一层24的加固件29的卷制角度等于+α，α为25°至55°，布置成与第一加固层24接触的第二加固层25的加固件29的卷制角度例如等于-α0.。

加固件29例如由金属线形成，尤其是铁磁钢线，或者复合材料带，例如碳纤维加强带。在图2所示的实施例中，加固件29例如由铁磁钢金属线形成。

加固件29各具有一个插入在端头14中的端部部分34。端部部分34延伸至布置在端头14中的一个自由端36。其最好在端头14中具有一条具有轴线X-X'的准螺旋形径迹，螺旋围绕在一个圆锥形包络面上。

在图2所示的实施例中，对于每层加固层24、25来说，加固件29的端部部分34首先与轴线X-X'保持一定距离地发散，然后从一个后分离点62向前自由端36向轴线X-X'会聚。

外护套30用于防止流体从软导管2外向内渗透。其最好用聚合物材料制成，尤其是以聚乙烯这样的聚烯烃为主要成分、或者以PA 11或PA 12这样的聚酰胺为主要成分的聚合物材料。

外护套30的厚度例如为5毫米至15毫米。

护套31相对于联锁压力拱28布置在外面。护套31间置在联锁压力拱28与第一加固层24的加固件29之间。

护套31的厚度例如为5毫米至30毫米。

护套31具有一个支撑环31A，其套装在护套31上。

如图2所示，除压力护套20的端部部分32、加固件29的端部部分34和联锁压力拱28的端部区域35之外，每个端头14具有一个端拱50和一个从拱50向后轴向凸起的外连接盖51。盖51与端拱50一起限定一个接纳室52，其接纳加固件29的端部部分34和联锁压力拱28的端部区域35。

端头14在接纳室52的前部还具有一个围绕压力护套20的前密封装置54、以及一个相对于端拱50锁定联锁压力拱28的锁定系统55。端头14也具有一个围绕外保护层30的后密封装置56。

在该实施例中，端拱50用于使导管2通过一个端部凸缘连接于另一个连接端头14，或者连接于终端设备。

端拱50具有一个中央孔，其用于接纳压力护套20的端部，且使流过中央通道16的流体流向导管2外。

盖51具有一个围绕轴线X-X'延伸的管形周壁70。周壁70具有一个后边缘72，其向后轴向延伸，超出端拱50。

盖51径向向外限定室52。端拱50和压力护套20的端部部分32径向向内限定室52。

接纳室52最好填以填料，用于使加固件24、25的端部部分34固定在室52中。填料例如是树脂这样的环氧树脂。

前密封装置54和联锁压力拱28的端部区域35相对于加固件29径向向内定位。后密封装置56向后轴向限定室52。加固件29的保持环75B定位在外护套30的前端与第一加固层25的前端之间。

前密封装置54定位在端头14的前部，与端拱50进行接触。

其具有一个用于接合在压力护套20上的前嵌接环86，以及环86的一个前嵌接凸缘，如图2示意地所示。

前凸缘87嵌装在端拱50的一个后横向表面上。其相对于联锁压力拱28的端部区域35布置在外面。

前嵌接凸缘87向前轴向推动前嵌接环86，使之对压力护套20的端部部分32施加径向压力。特别是，前环86在拱50的一个倾斜面上的移动，使前嵌接环86径向移动，以致前嵌接环86径向接合在压力护套20上。

前嵌接凸缘87最好通过连接螺栓31B连接于支撑环31A。

如图1至3所示，锁定系统55具有联锁压力拱28的一个端环99和一个弯曲保持装置100，所述弯曲保持装置100径向安装在联锁压力拱28的端部区域35与前嵌接凸缘87之间。

锁定系统55还具有锁紧机构102，其使保持装置100轴向锁紧在前嵌接凸缘87上。

在图2所示的实施例中，保持装置100插入在由前嵌接凸缘87限定的一个后凸肩95中。

如图1和3所示，保持装置100具有至少两个分开的周边机构104。

在图1至3所示的实施例中，保持装置100具有四个分开的周边机构104。

每个周边机构104具有一个弯曲板的形状。围绕每个周边机构104的轴线X-X'的角度范围小于120°，最好小于90°。

周边机构104沿联锁压力拱28的同一横向段的周边分布。因此，周边机构104彼此邻接地布置在联锁压力拱28的外廓上。

周边机构104在联锁压力拱28上在圆周上彼此隔开至多10毫米。

如图3所示，每个周边机构104具有凸棱106，其与联锁压力拱28的槽33的连续周长互补。凸棱106径向上向轴线X-X'凸起。特别是，凸棱106轴向分开的距离相应于槽33的间距。

优选地，保持装置100的周边机构104的凸棱106无螺纹连接地插入在联锁压力拱28的槽33中。

在该实施例中，周边机构104用碳钢制成。

锁紧机构102通过通道110穿过前嵌接凸缘87，凸起在由前嵌接凸缘87限定的后凸肩95中。

有利地，保持装置100的每个周边机构104面对着前嵌接凸缘87的至少一条通道110，其中插入一个锁紧机构102。因此，每个周边机构104通过至少一个锁紧机构102，保持贴靠在联锁压力拱28上。

锁紧机构102最好选自螺栓、无头螺钉、平头螺钉和球头螺钉。锁定机构102例如是无头压紧螺钉。

在图2所示的实施例中，通道110是穿过前嵌接凸缘87的螺纹通道，锁紧机构102是平头螺钉或者拧在通道110中的球头螺钉。螺钉的平头端部或者球头端部对保持装置100的周边机构104施加轴向压力。

后密封装置56安装在前密封装置54之后。

其具有至少一个嵌接外护套30的后嵌接环88，以及后环88的固定在盖51上的一个后紧固凸缘90。

现在来说明软管线2的连接端头14的安装方法。

首先，所述方法包括提供软管线2。压力护套20的一个端部部分32去绝缘层。

联锁压力拱28的端部区域35相对于压力护套20的端部部分32布置在外面，也要去绝缘层。

护套31的支撑环31A围绕其安装。

因此，保持装置100安装在联锁压力拱28的端部区域35上。

为此，周边机构104径向紧贴在端部区域35上，在区域35的同一截面的周边上隔开。保持装置100的周边机构104的凸棱106不是拧入而是径向插入在联锁压力拱28的槽33中。

然后，前嵌接凸缘87围绕联锁压力拱28的端部区域35安装成，保持装置100接纳在前嵌接凸缘87限定的后凸肩95中。

然后，前嵌接环86围绕压力护套20的端部部分32插入在前嵌接凸缘87之前。

然后，端拱50围绕压力护套20的端部部分32插入。

因此，前嵌接凸缘87被强制推动，直至支靠在端拱50的后表面上，与压力护套20进行嵌接。前嵌接凸缘87向端拱87的后表面的轴向移动，最好借助于一个配有本领域技术人员公知的液压作动筒的工具进行。一旦压力护套嵌接结束，前嵌接凸缘由若干螺钉固定于端拱50。

然后，锁紧机构102插入在前嵌接凸缘87的通道110中，对保持装置100的周边机构104施加压力，从而使保持装置100保持在由前嵌接凸缘87限定的后凸肩95中。

一旦该操作结束，联锁压力拱28的端部区域35固定于端头14的端拱50，这种固定由前嵌接凸缘87、使前嵌接凸缘87连接于端拱50的螺钉、周边机构104和保持装置100进行。

因此，前嵌接凸缘87和支撑环31A之间的连接螺栓31B定位，分别固定在前凸缘87和支撑环31A上。

因此，锁定系统55使联锁压力拱28相对于端拱50进行锁定，从而减少相对移动乃至使端头14失去密封性的危险。

实际上，当导管2输送高压流体时，该流体施加的压力会在端头14处施加轴向作用力，趋向于使端头14离开中央部分12。这种拉断应力称为基本作用力，可能与用于上行连接件的导管的悬垂重量有关的拉断作用力累加在一起。这些拉断应力由拉伸加固件24、25及其在端头14中的固定加以吸收。但是，事实证明，在极限温度和压力条件下，拉伸加固件24、25的固定系统可能不足以相对于端头14尤其是相对于前嵌接凸缘87，完全固定联锁压力拱28的端部。然而，在不完全固定时，联锁压力拱28的端部与嵌接凸缘87的后端面的分开间隙会略微增大，从而可在极限温度和压力条件下，导致压力护套20在该过大间隙内进行过大蠕动，因而导致端头14失去密封性。在联锁压力拱28的端部相对于端头14完全锁定时，本发明避免形成过大间隙，从而尤其是当导管输送具有非常高的压力和温度(例如1500巴的压力和150℃的温度)的烃类时，提高端头14的安全可靠性。

由分开的周边机构104形成的保持装置100适合于联锁压力拱28的不同几何形状。特别是，这种保持装置100适合于具有圆度缺陷的压力拱。

保持装置100的凸棱106插入在联锁压力拱28的槽33中，无需用螺钉固定，便于制造联锁压力拱28和保持装置100，便于使保持装置100安装在联锁压力拱28上。

根据图4所示的第二种实施方式，与参照图2所述的第一种实施方式的端头14相同的构件，不予重复说明。仅说明不同的构件。

锁定系统55具有一个保持环115，其径向布置在联锁压力拱28与前嵌接凸缘87之间，位于保持装置之后。保持环115与保持装置100进行接触。

前嵌接凸缘87限定一个外凸肩117，其布置在后凸肩95之后，外凸肩117接纳保持环115。

前凸缘87在外凸肩117中具有内螺纹，以便拧紧保持环115。

保持环115间置在保持装置100与护套31之间。

在图4所示的实施例中，锁紧机构102是螺钉。

图4所示的第二种实施方式的端头14的安装方法的步骤，与图2所示的第一种实施方式的安装方法的步骤相同，故不予重复说明。仅说明不同之处。

安装方法包括围绕联锁压力拱28，在护套31的前部，预先安装保持环115。

然后，所述方法包括在保持环115的前部，安装周边机构100。

如前所述，端拱50然后围绕保持装置100插入，以使每个周边机构进入凸肩95中。

因此，保持环115拧在外凸肩117中。

因此，在该实施例中，保持装置100沿横向方向和纵向方向进行锁定。

根据图5所示的第三种实施方式，与参照图2所述的第一种实施方式的端头14相同的构件，不予重复说明。仅说明不同的构件。

锁定系统55还具有一个保持环215，其在保持装置100与前嵌接凸缘87之间布置在凸肩95中。保持环215相对于保持装置100布置在外面，贴靠在保持装置100上。

保持环215连同保持装置100，接纳在后凸肩95中。

保持环215与联锁压力拱28一起形成保持装置100的一个保持槽座220，保持装置100插入在保持槽座220中。保持环215限定一个后止动件221，使保持装置100锁定在槽座220中。

保持环215由至少两个彼此装配的环部分形成。

锁紧机构102通过通道110穿过前嵌接凸缘87，在后凸肩95中凸起，对前保持环215施加压力。因此，在该第三种实施方式中，锁紧机构102与保持环215接触。保持装置100本身保持在由保持环215与后止动件221配合限定的保持槽座220中。

在图5所示的实施例中，锁紧机构102是无头螺钉和平头螺钉。例如，无头螺钉可锁定保持环215，平头螺钉可通过相对于前凸缘87和支撑环31A布置在外面的连接螺栓31B，使前嵌接凸缘87连接于支撑环31A。

图5所示的第三种实施方式的端头14的安装方法的步骤，与图2所示的第一种实施方式的安装方法的步骤相同，故不予重复说明。仅说明不同之处。

安装方法包括安装周边机构104，如前所述。

因此，保持环215的两个部分围绕周边机构104安装，覆盖保持装置100的周边机构104，且使止动件221布置在周边机构104的后部。

因此，端拱50安装在保持装置100上，保持环215插入在凸肩95中。

根据图6所示的第四种实施方式，与参照图2所述的第一种实施方式的端头14相同的构件，不予重复说明。仅说明不同的构件。

锁定系统55具有一个保持环315，其轴向布置在前嵌接凸缘87与护套31的端部之间。保持环315围绕联锁压力拱28，与保持装置100的后端面进行接触。

在图6所示的实施例中，锁紧机构102一方面是径向定向的螺钉360，另一方面是纵向定向的螺钉350。纵向定向螺钉350使前嵌接凸缘87连接于保持环315，其作用是纵向锁定保持环350，使之保持接触在保持装置100的后端面上。径向定向螺钉360的主要功用是确保保持装置100的凸棱106正确进入联锁压力拱28的槽33中。

图6所示的第二种实施方式的端头14的安装方法的步骤，与图2所示的第一种实施方式的安装方法的步骤相同，故不予重复说明。仅说明不同之处。

安装方法包括围绕联锁压力拱28，在护套31的前部，预先安装保持环315。

然后，所述方法包括在保持环115的前部，安装周边机构100和前嵌接凸缘。

然后，保持装置100沿横向方向和纵向方向进行锁定，紧固径向定向螺钉360和纵向定向螺钉350。

然后，前嵌接环86和端拱围绕压力护套20进行布置。

最后，使端拱50纵向接近前嵌接凸缘87，直至这两个部件一个支承在另一个上，进行压力护套20的嵌接。

本领域技术人员应该理解，分开的机构是其间不需要进行机械连接的机构。