用于制造柔性管状管道的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造柔性管状管道的方法，该管道用于传送碳氢化合物，还涉及一种由这样的方法制成的柔性管状管道。
【背景技术】
[0002]这样的管道特别地用于在海底装备和表面装备之间的碳氢化合物的离岸传输。
[0003]它们由多个叠置金属和塑料层构成，这在它们上赋予机械属性，和将它们对它们所传输的碳氢化合物和周围环境密封的属性。并且，柔性管状管道从内部朝向外部通常包括:由切割螺旋带制成的金属骨架、聚合物材料压力护套、金属线制成、具有短节距且形成压力顶的螺旋缠绕件、以长节距绕所述压力顶缠绕的至少一层牵引铠装线和外保护套。
[0004]如果管道被减压，金属骨架使得可以防止覆盖的压力护套向内坍塌。在柔性管状管道制造期间，压力护套绕金属骨架同轴地直接挤出，该金属骨架通过挤出头平移驱动。压力护套通常由热塑性聚合物制成，且特别是基于聚偏氟乙烯的聚合物。在压力护套已经被冷却之后，至少一个金属线以短节距绕其螺旋地缠绕，形成非毗连线圈。以此方式形成的压力顶将使得可以针对径向应力保护压力护套，所述径向应力通过海床的外部静水压力(hydrostatic pressure)施加且通过金属骨架内循环的碳氢化合物流体施加。此外，通过其构造，其允许管道弯曲。
[0005]线圈在它们之间限定间隔或空间，通常称为“绕包间隙(buttgaps)”。这些绕包间隙的宽度和深度是金属线形状、其厚度以及螺旋节距的函数。然后则绕压力顶以长节距螺旋地缠绕至少一层，其包括多个铠装牵引线，特别地使得可以吸收施加在管道上的牵引力。最后，铠装牵弓I线覆盖有外保护护套，其经由挤压头直接挤出。
[0006]柔性管状管道则是通过将内部带到特定压力一特定时间段而被证明和测试。施加在管道上的压力则被按照内部压力的函数预先限定，该内部压力是其开始服役时容易受到的压力。根据分别涉及由美国石油学会起草的未胶结柔性管道和Kill&Choke系统的文件API 17J和API 16C以及其参照的应用标准，在适当时，该压力是服役压力的1.3或1.5倍。后者高达大约一千巴，或甚至几千巴。
[0007]当管道被加压时，例如通过将水注入到内部，压力护套将不仅压靠压力顶的内部面，且还在绕包间隙的位置处局部地变形。压力护套的外表面因此倾向于在绕包间隙内蠕变(creep)，同时在压力护套厚度内，收缩发生在蠕变区域的每侧。此外，在相反侧，朝向与骨架接触的压力护套的内表面，观察到空穴现象的结果。
[0008]管道的加压，特别是在测试阶段期间，因此通过使压力护套在外在压力顶的绕包间隙的位置处和在内在骨架的位置处局部地变形而弱化该压力护套。在绕包间隙的位置处，聚合物材料径向地变形，且出现可导致材料脱层的内部应力。并且，服役中管道的老化加速，特别是对于在巨大深度的应用，那里温度和压力都高。
[0009]为了缓解压力护套蠕变到顶的绕包间隙中的问题，已经设想在压力护套和压力顶之间施加抗蠕变层。例如在缠绕压力顶的金属线之前，该抗蠕变层通过将聚合物的带绕着压力护套螺旋缠绕而被制造。
[0010]但是，利用该蠕变层需要补充的操作，即使其通过防止压力护套蠕变到绕包间隙而解决与空穴相关的问题，其表示附加的成本。此外，如果要求压力护套没有蠕变，这还涉及确保该层的整体性被保持至少二十年。
【发明内容】
[0011]并且，产生的且本发明目的要解决的问题是能够制造一种柔性管状管道，不仅使得当管道加压时其压力护套保持其完整性，且使得其可以有利成本制造。
[0012]为此，根据第一方面，本发明提出一种制造柔性管状管道的方法，所述管道用于传输碳氢化合物(hydrocarbons)，所述方法包括以下步骤:a)形成热塑性聚合物材料的可变形管状压力护套，所述护套具有外表面和相对的内表现，所述内表面限定用于碳氢化合物的内部流动空间；b)将金属线以短节距绕所述压力护套螺旋地缠绕，以便形成置于所述外表面上的线圈(turns)，所述线圈在其之间限定相继的(successive)间隔；c)将多个销装(armor i ng)牵引线以长节距螺旋地绕所述线圈缠绕;和最终d)将所述内部流动空间变为比给定压力Pd大的压力P，从而所述压力护套的所述外表面在所述间隔的位置处径向地变形。根据本发明，在步骤d)中，所述压力护套同时变为比给定温度Td大的温度T，以便能够释放所述变形的外表面的所述聚合物材料的内应力，以在所述间隔的位置处获得径向变形部的小幅度。
[0013]本发明的一个特征因此在于，利用热能，用于将压力护套在受到内压力时带到给定温度Td。因此，聚合物材料的内应力不仅被释放且被最小化。因而，可以看出，在蠕变期间发生的压力护套的外表面进入绕包间隙的偏移明显减小蠕变区域任一侧的收缩的幅度。并且，与压力护套的外表面的变形相关联的应力位置，产生聚力损失区域，在蠕变区域的位置处更低。则可以省去在压力护套和压力顶之间使用相对昂贵的屏蔽膜，其随时间容易劣化。另外，在压力护套内表面那侧更多的空穴现象的后果以及压力护套外表面中的偏移部中一开始存在的聚力损失区域不再发生。
[0014]将可以看到，所述热塑性聚合物材料具有玻璃转变温度TdP比所述第一玻璃转变温度1^大的副转变温度Tg，。用于制造压力护套的热塑性聚合物是半晶质聚合物。并且，它们具有两个主要相，晶质相和无定形相。晶质相对应于组织成晶化薄片的聚合物区域，它们一起成组为球粒。
[0015]玻璃转变温度，聚合物的特征，源于该无定形相在玻璃态和橡胶态之间转变，其中，在玻璃态中，聚合物相对较硬。但是在材料中存在两种类型的无定形相，第一类型中，与球粒相对地，无定形相是总体自由的，在第二类型中，无定形相以球粒捕获在晶质薄片之间。因此，自由的无定形相类型和被约束的无定形相类型之间形成差别。并且，该第二类型无定形相从玻璃态向橡胶态的转变所必须的热能的量本身大于允许第一类型无定形相的转变的热能的量。因此，对于该类型的材料可以看到两个不同的转变温度:由差示扫描量热计(DSC)或动态机械分析(DMA)确定的玻璃转变温度Tg，和由动态机械分析确定的副转变温度Tg，。相应地，根据本发明的特别有利的实施例，所述给定温度Td在TdPTg，之间。Td可等于或大于Tg，，但出于成本原因，优选的是设定温度Td在Tg和Tg，之间。
[0016]所述给定温度Td优选地接近所述副玻璃转变温度Tg，。所述给定温度Td有利地大于环境温度To，其平均值为18°C。显然，环境温度作为地理位置的函数变化。取决于围绕金属骨架挤出的热塑性聚合物材料的本质，该给定温度Td例如在40°C至80°C之间，或甚至大于80。。。
[0017]根据本发明的有利实施例，在步骤d)中，所述给定压力Pd大于大气压力Po。实际上，给定压力Pd必须大于柔性管状管道的服役压力，以便预期可导致劣化的任何缺陷。因此考虑的是，如果管道的压力护套抵抗大于服役压力的内部压力，其可在足够长的时间段抵抗服役压力。
[0018]在步骤d)中，所述内部流动空间优选地在第一时间段ti期间变为第一压力P1，在第二时间段^期间变为第二压力p2。因此，在挤出和冷却压力护套步骤之后由于温度和压力变化导致的材料中引入的残余应力将由于应力释放机构而减弱，在步骤d)期间由所述内部流动空间加压产生的压力护套中的应力位置被限制。并且，还减弱空穴现象。此外，压力护套的聚合物材料的机械特征由于压力的作用而影响减小。
[0019]在所述第一和第二时间段tjPt2期间，所述内部流动空间有利地被变为小于所述给定压力Pd