混合材料增強型非粘結柔性管的製作方法

2023-06-13 18:09:11

混合材料增強型非粘結柔性管的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及石油開採用管材製造【技術領域】，具體的說是一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於由內而外分別設有以下結構層：金屬內骨架層、聚合物內襯層、金屬抗壓層、非金屬外骨架層、非金屬拉伸層和外保護層，其中相鄰的結構層之間分別設有抗磨層；所述抗磨層採用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬10-30mm，金屬內骨架層由S型組件互鎖後形成的金屬帶纏繞製成，厚度範圍為8.00-9.00mm；內襯層採用高分子聚合物製成，金屬抗壓層厚度為7.00-8.00mm；非金屬外骨架層由纏繞帶交叉纏繞製成；本實用新型與現有技術相比，能夠有效增強管體強度，進而提高管體抗壓、抗拉能力，降低管道自身重量。
【專利說明】混合材料增強型非粘結柔性管

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油開採用管材製造【技術領域】，具體的說是一種能夠有效提高管體抗壓、抗拉能力並能降低管道自身重量的特別適用於石油天然氣工業用的混合材料增強型非粘結柔性管。

【背景技術】
[0002]眾所周知，石油及天然氣開發過程中對輸送油/氣的管道需求大大增加，現有的油/氣管道根據特性可以分為鋼製管道和柔性管道，由於柔性管道具有能夠適應不同的輸送環境、抵抗變形力、抗腐蝕、可回收、安裝方便等特點，在油氣開採過程中被廣泛用作輸送管、立管、懸跨管等。
[0003]當柔性管應用於油井的採注作業時，由於採注的油井深達數千米，用作採注管的柔性管除了要克服自身重力外還要承受外接設備對其施加的牽引力，同時還需要承受較大的壓力、拉力，因此管材本身重量不宜過重，現有的柔性管具由多層結構複合組成，如文獻CN102889437A所公開的一種柔性複合油管，由內而外依次設有高分子內管層、用於抵抗內壓的抗壓層、用於抵抗外界拉力的抗拉層、用於固定抗拉層的固定層以及高分子外管層，其中抗壓層為纖維編織層，根據使用需要可以設有2-4層單層纖維編織層，抗拉層為採用滌綸纖維、尼龍纖維、玻璃纖維、聚乙烯限位、芳綸纖維、玄武巖纖維、聚酯纖維和碳纖維中的一種或幾種製成的沿高分子內管層的延伸方向平行布置的纖維層。
[0004]上述現有技術存在以下缺點，(I)柔性管整體強度不足，在使用過程中容易發生斷裂；(2)採用沿管體延伸方向平行布置的纖維構成的抗拉層抗拉力弱；(3)抗壓層的耐壓程度較差，容易在內外同時受力情況下破損。


【發明內容】

[0005]本實用新型針對現有技術存在的缺點和不足，提出了一種能夠有效提高管體抗壓、抗拉能力並能降低管道自身重量的特別適用於石油天然氣工業用的混合材料增強型非粘結柔性管。
[0006]本實用新型可以通過以下措施達到:
[0007]—種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於由內而外分別設有以下結構層:金屬內骨架層、聚合物內襯層、金屬抗壓層、非金屬外骨架層、非金屬拉伸層和外保護層，其中相鄰的結構層之間分別設有抗磨層；所述抗磨層採用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30_60mm，抗磨層厚度2_3mm ；
[0008]金屬內骨架層由S型組件互鎖後形成的金屬帶纏繞製成，厚度範圍為8.00-9.00mm ；
[0009]內襯層採用高分子聚合物製成，管壁厚度為4至20mm ；
[0010]金屬抗壓層由不鏽鋼Z型組件互鎖形成的金屬帶纏繞製成，厚度範圍為7.00-8.00 mm ；
[0011]非金屬外骨架層由採用熱塑性/熱固性樹脂和纖維製成的纏繞帶交叉纏繞製成；
[0012]非金屬拉伸層採用聚乙烯和高強度纖維帶纏繞製成；
[0013]外保護層採用高分子聚合物管。
[0014]本實用新型中金屬內骨架層採用由S形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向(管體延伸方向)纏繞角度為85-90度，纏繞製成，所述S形組件設有連接段，連接段的前端和後端分別設有一個U型彎頭，其中U型彎頭的末端可以設有鎖緊凸起，使兩個相鄰的S形組件互鎖時不易滑脫。
[0015]本實用新型中金屬抗壓層採用由Z形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向呈纏繞角度為85-90度，纏繞製成，所述Z形組件的兩個末端均設有用於鉤掛相鄰的Z形組件的鉤掛凸起。
[0016]本實用新型所述非金屬外骨架層，作用為抵抗外骨架層以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-80°，纏繞帶帶寬可以為30mm。
[0017]本實用新型所述非金屬拉伸層採用高強度纖維帶，按螺旋式纏繞製成，纏繞的層合角為30°至60°，高強度纖維帶寬度範圍為30-60mm ;所述拉伸層包括內拉伸層和外拉伸層，其中內拉伸層採用高強度纖維帶按50° -60°交叉纏繞而成，高強度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層採用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為30°至60°，內拉伸層和外拉伸層分別設有偶數層由纏繞帶纏繞的纖維層，可以是2層4、6層，優選4層，每2層為一組，每組中第一層以50-60度角纏繞，第二層採用120-130度角纏繞。
[0018]本實用新型中用於纏繞製成拉伸層的高強度纖維帶可以選用以下幾種材料中的一種或幾種，玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、樹脂纖維、聚乙烯基酮，聚乙烯醚，乙酸乙烯酯，混合型環氧乙烯基酯，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基芳族、丙烯酸類聚合物，丙烯酸共聚物，聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯腈。
[0019]本實用新型與現有技術相比，能夠有效增強管體強度，進而提高管體抗壓、抗拉能力，降低管道自身重量。
[0020]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0021]附圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0022]附圖2是本實用新型中金屬內骨架層的結構示意圖。
[0023]附圖3是本實用新型中金屬抗壓層的結構示意圖。
[0024]附圖標記:金屬內骨架層1、聚合物內襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5、外保護層6、抗磨層7、S形組件8、Z形組件9、連接段10、U型彎頭11、鎖緊凸起12、鉤掛凸起13。
[0025]【具體實施方式】:
[0026]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0027]如附圖1所示，本實用新型提出了一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於由內而外分別設有以下結構層:金屬內骨架層1、聚合物內襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護層6，其中相鄰的結構層之間分別設有抗磨層7 ;所述抗磨層7採用尼龍纖維帶以45度角纏繞,帶寬30-60mm,抗磨層7的厚度為2_3mm ;金屬內骨架層I由S型組件8互鎖後形成的金屬帶纏繞製成，厚度範圍為8.00-9.00 mm ;聚合物內襯層2採用高分子聚合物製成，管壁厚度為4至20mm ;金屬抗壓層3由不鏽鋼Z型組件9互鎖形成的金屬帶纏繞製成，厚度範圍為7.00-8.00 mm ;非金屬外骨架層4由採用熱塑性/熱固性樹脂和纖維製成的纏繞帶交叉纏繞製成；非金屬拉伸層5採用聚乙烯和高強度纖維帶纏繞製成；
[0028]外保護層6採用高分子聚合物管。
[0029]如附圖2所示，本實用新型中金屬內骨架層I採用由S形組件8互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向(管體延伸方向)纏繞角度為85-90度，纏繞製成，所述S形組件8設有連接段10，連接段10的前端和後端分別設有一個U型彎頭11，其中U型彎頭11的末端可以設有鎖緊凸起12，使兩個相鄰的S形組件8互鎖時不易滑脫。
[0030]如附圖3所示，本實用新型中金屬抗壓層3採用由Z形組件9互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向呈纏繞角度為85-90度，纏繞製成，所述Z形組件9的兩個末端均設有用於鉤掛相鄰的Z形組件9的鉤掛凸起13。
[0031]本實用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-80°，纏繞帶帶寬可以為30mm。
[0032]本實用新型所述非金屬拉伸層5採用高強度纖維帶，按螺旋式纏繞製成，纏繞的層合角為30°至60°，高強度纖維帶寬度範圍為10-30mm;所述拉伸層包括內拉伸層和外拉伸層，其中內拉伸層採用高強度纖維帶按50° -60°交叉纏繞而成，高強度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層採用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為30°至60°，內拉伸層和外拉伸層分別設有偶數層由纏繞帶纏繞的纖維層，可以是2層4、6層，優選4層，每2層為一組，每組中第一層以50-60度角纏繞，第二層採用120-130度角纏繞。
[0033]本實用新型中用於纏繞製成拉伸層的高強度纖維帶可以選用以下幾種材料中的一種或幾種，玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、樹脂纖維、聚乙烯基酮，聚乙烯醚，乙酸乙烯酯，混合型環氧乙烯基酯，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基芳族、丙烯酸類聚合物，丙烯酸共聚物，聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯腈。
[0034]實施例1:
[0035]一種混合材料增強型非粘結柔性管，金屬內骨架層1、聚合物內襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護層6，其中相鄰的結構層之間分別設有抗磨層7 ;所述抗磨層7採用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm，抗磨層7的厚度為2-3mm ;所述骨架層I採用金屬絲按互鎖結構製成，金屬絲線徑為3.2mm,骨架層I厚度為8.5 mm,
[0036]所述金屬抗壓層3採用不鏽鋼互鎖結構,厚度為7.5 mm,
[0037]所述非金屬拉伸層5採用聚乙烯和高強度纖維帶，按螺旋式纏繞製成，纏繞的層合角為48°，高強度纖維帶寬度為15mm,非金屬拉伸層5包括內拉伸層和外拉伸層,其中內拉伸層採用高強度纖維帶按60°交叉纏繞而成，高強度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層採用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為60° ;
[0038]本實用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為55°，纏繞帶帶寬為30mm ；
[0039]外保護層6採用高分子聚合物管,管壁厚度5mm ；
[0040]與傳統柔性管相比，上述對比，抗拉強度提高60%，抗壓性能提高65%。。
[0041]實施例2:
[0042]一種混合材料增強型非粘結柔性管，金屬內骨架層1、聚合物內襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護層6，其中相鄰的結構層之間分別設有抗磨層7 ;所述抗磨層7採用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm，抗磨層7的厚度為2-3mm ;所述金屬內骨架層I採用金屬絲按互鎖結構製成，金屬絲線徑為3.5mm，金屬內骨架層I厚度為8.8 mm,
[0043]所述金屬抗壓層4採用不鏽鋼互鎖結構，厚度為7.6 mm,
[0044]所述非金屬拉伸層5採用聚乙烯和高強度纖維帶，按螺旋式纏繞製成，纏繞的層合角為42°，設有內拉伸層和外拉伸層，其中內拉伸層設有由纏繞帶纏繞的4層纖維層，夕卜拉伸層設有由纏繞帶纏繞的2層纖維層，高強度纖維帶寬度為18mm ；
[0045]本實用新型所述非金屬拉伸層5包括內拉伸層和外拉伸層，其中內拉伸層採用高強度纖維帶按55°交叉纏繞而成，高強度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層採用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為55° ;
[0046]本實用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為58°，纏繞帶帶寬為30mm ；
[0047]外保護層6採用高分子聚合物管，管壁厚度8mm ；
[0048]與傳統柔性管相比，上述對比，抗拉強度提高60%，抗壓性能提高65%。。
[0049]實施例3:
[0050]本實用新型提出一種混合材料增強型非粘結柔性管，金屬內骨架層1、聚合物內襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護層6，其中相鄰的結構層之間分別設有抗磨層7 ;所述抗磨層7採用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm，抗磨層7的厚度為2-3mm ;所述金屬內骨架層I採用金屬絲按互鎖結構製成，金屬內骨架層I由採用金屬絲製成的S型組件7按互鎖結構製成，金屬絲線徑範圍為3.6mm,骨架層厚度範圍為
8.8 mm,
[0051]所述抗壓層採用不鏽鋼互鎖結構，厚度範圍為7.8 mm,
[0052]所述拉伸層採用聚乙烯和高強度纖維帶，按螺旋式纏繞製成，纏繞的層合角為36°，高強度纖維帶寬度範圍為22mm。
[0053]本實用新型所述非金屬拉伸層5包括內拉伸層和外拉伸層，其中內拉伸層採用高強度纖維帶按50°交叉纏繞而成，高強度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層採用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為50°。
[0054]本實用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為55°，纏繞帶帶寬為30mm ；
[0055]外保護層6採用高分子聚合物管,管壁厚度5mm ；
[0056]與傳統柔性管相比，上述對比，抗拉強度提高80%以上，抗壓性能提高80%以上。
[0057]本實用新型與現有技術相比，能夠有效增強管體強度，進而提高管體抗壓、抗拉能力，降低管道自身重量。
【權利要求】
1.一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於由內而外分別設有以下結構層:金屬內骨架層、聚合物內襯層、金屬抗壓層、非金屬外骨架層、非金屬拉伸層和外保護層，其中相鄰的結構層之間分別設有抗磨層；所述抗磨層採用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm,抗磨層厚度2_3_ ;金屬內骨架層由S型組件互鎖後形成的金屬帶纏繞製成,厚度範圍為8.00-9.00 mm ;內襯層採用高分子聚合物製成,管壁厚度為4至20_ ;金屬抗壓層由不鏽鋼Z型組件互鎖形成的金屬帶纏繞製成，厚度範圍為7.00-8.00 mm ;非金屬外骨架層由採用熱塑性/熱固性樹脂和纖維製成的纏繞帶交叉纏繞製成； 非金屬拉伸層採用聚乙烯和高強度纖維帶纏繞製成；外保護層採用高分子聚合物管。
2.根據權利要求1所述的一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於金屬內骨架層採用由S形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向纏繞角度為85-90度，纏繞製成，所述S形組件設有連接段，連接段的前端和後端分別設有一個U型彎頭，其中U型彎頭的末端設有鎖緊凸起，使兩個相鄰的S形組件互鎖時不易滑脫。
3.根據權利要求1所述的一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於金屬抗壓層採用由Z形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向呈纏繞角度為85-90度，纏繞製成，所述Z形組件的兩個末端均設有用於鉤掛相鄰的Z形組件的鉤掛凸起。
4.根據權利要求1所述的一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於所述非金屬外骨架層，作用為抵抗外骨架層以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-80°，纏繞帶帶寬為30mm。
5.根據權利要求1所述的一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於所述非金屬拉伸層採用高強度纖維帶，按螺旋式纏繞製成，纏繞的層合角為30°至60°，高強度纖維帶寬度範圍為10-30_;所述拉伸層包括內拉伸層和外拉伸層，其中內拉伸層採用高強度纖維帶按50° -60°交叉纏繞而成，高強度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層採用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為30°至60°。
6.根據權利要求5所述的一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於內拉伸層和外拉伸層分別設有偶數層由纏繞帶纏繞的纖維層，每2層為一組，每組中第一層以50-60度角纏繞，第二層採用120-130度角纏繞。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的一種混合材料增強型非粘結柔性管，其特徵在於用於纏繞製成拉伸層的高強度纖維帶可以選用以下幾種材料中的一種或幾種，玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、樹脂纖維、聚乙烯基酮，聚乙烯醚，乙酸乙烯酯，混合型環氧乙烯基酯，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基芳族、丙烯酸類聚合物，丙烯酸共聚物，聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯腈。
【文檔編號】F16L11/04GK203963298SQ201420359068
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】白勇, 王森, 叢日峰 申請人:山東冠通藍海石油管材有限公司