[發明專利]具有多層中間層的熱塑性復合材料管材

有效

• 申請號: 201810018661.5
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108284659B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: J.貝格爾;H.里斯;J.弗拉諾施;R.格林;H.貝耶
• 申請（專利權）人: 贏創運營有限公司
• 主分類號: B32B37/06
• 分類號: B32B37/06;B32B1/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 邵長準;楊戩

本發明涉及具有多層中間層的熱塑性復合材料管材。本發明還涉及制造該熱塑性復合材料管材的方法以及該熱塑性復合材料管材的用途。通過在關鍵工藝步驟中的相同聚合物的復合材料實現了更好的粘附質量。這樣制造的管材尤其適用于石油或天然氣開采中的海上應用。

技術領域

本發明提供了一種柔性的、纖維增強的復合材料管材，其包括內襯（Innenliner，以下也簡稱“襯里”），一個或多個帶材層以及布置在內襯和帶材層之間的并且將它們接合的單層或多層的中間層，以及它們的制造方法。內襯的材料、帶材層的基體和中間層的聚合物是熱塑性的。根據本發明的復合材料管材用于石油和天然氣開采，特別是用于石油或天然氣的海上開采，用作立管（Riser），用作臍管（Umbilical），用于將從海底開采的油或天然氣從鉆井輸送到立管或用于在陸地上的輸送。

背景技術

在現有技術中，在這種應用領域中常常使用所謂的未接合柔性管材。這種管材包括通常呈塑料管形式的內襯，其用于防止輸送流體的外溢，以及在該內襯的外側上的一個或多個鎧裝層（Armierungsschichten）。所述未接合柔性管材可以包括附加層，例如在內襯的內側上的一個或多個鎧裝層，以防止在高外部壓力下內襯的坍塌。這種內部鎧裝通常稱為屠體（Karkasse）。另外，可以包括外殼，以便提供阻止液體從外部環境滲入鎧裝層或進一步進入內部的聚合物或金屬功能層的屏障，并且作為應對外部機械應力的保護。

例如在WO 01/61232，US 6 123 114和US 6 085 799中描述了典型的未接合柔性管材；它們還更詳細地描述在API Recommended Practice 17B，“Recommended Practicefor Flexible Pipe”，第三版，2002年3月，以及API Specification 17J，“Specificationfor Unbonded Flexible Pipe”，第二版，1999年11月。

在本文中，術語“未接合”是指所述層中的至少兩個，包括鎧裝層和塑料層，沒有彼此粘附地接合。在實踐中，所述管材包括至少三個鎧裝層，它們在整個管長度上不直接或間接地（即通過其它層）彼此接合。這使得管材可彎曲和足夠柔性，從而可以將其卷起來用于運輸目的。

在傳統的未接合柔性管材中，一個或多個鎧裝層通常由螺旋狀布置的鋼絲、鋼型材或鋼帶組成，其中形成的各層可以相對于管軸具有不同的卷繞角度（抗拉鎧裝）以及主要在圓周方向上卷繞的壓力鎧裝。在這種未接合柔性管材中，鋼構件經受傳輸介質的腐蝕作用。由于由此產生的材料選擇以及復雜的構造，這種管材相對昂貴。特別是在深海中的海上石油開采用的較長立管的情況下，高的固有重量是非常不利的。

一段時間以來，已經有關于熱塑性復合材料管材的應用的進展的描述。這些管材具有作為內層的單層或多層內襯（由熱塑性材料構成）。在其上牢固接合地或在一些情況下未接合地例如通過卷繞單向纖維增強的帶材而施加復合材料層。這種復合材料管材例如描述在WO 95/07428和WO 99/67561中。此外，其制造描述在WO 02/095281，WO 2006/107196，WO 2012/118378，WO 2012/118379和WO 2013/188644中。

在這些復合材料管材的情況下，一個普遍的問題是，在次優材料組合的情況下，在富含纖維的帶材層和鄰接的表面之間的粘附不足以承受安裝和操作中的應力，特別是在海上應用中，例如配件的接合或用夾持裝置的安裝，以及這種結構所經受的嚴苛測試條件。這里例如提及在快速氣體壓縮測試中或者在劇烈彎曲力的作用下的層脫離。因此，在現有技術中優選嘗試將相同類型的聚合物用于帶材基體和鄰接的表面，例如內襯的外表面（參見例如“Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel PipeSystem For Oil & Gas”；由J.L.C.G. de Kanter和J. Leijten在英國愛丁堡舉行的2009年ICCM 17會議上的報告）。