用于运输或储存气体或用于在海底开采离岸油田的多层结构体制造技术

本发明专利技术涉及用于运输或储存气体或者用于在海底开采油或气田的多层结构体，其从内侧至外侧包含至少一个密封层和至少一个复合增强层，所述最内的复合增强层熔接至所述最外的相邻的密封层，所述密封层由如下组合物组成：该组合物主要包含至少一种半结晶热塑性聚合物P1i(i＝1至n，n为密封层数)，其根据ISO 11357

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运输或储存气体或用于在海底开采离岸油田的多层结构体


[0001]本专利申请涉及用于运输或储存气体、或者用于在海底开采油或气田的复合多层结构体，并且涉及用于制造所述结构体的方法。

技术介绍

[0002]开采位于海洋的油田使得所使用的材料、和特别地管道经受极端条件，所述管道连接平台的各种海底装置和运送提取的烃，所述烃一般在高温和高压(例如，700巴)下运输。
[0003]因此，在设备的操作期间，存在严重的所使用的材料的机械强度以及热和化学耐受性的问题。这样的管道必须特别地承受热油、气、水、和这些产物中的至少两种的混合物达最高到20年的期间。
[0004]常规地，这些管道含有通过螺旋卷绕的异型金属条带(诸如卷边接缝的(lock
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seamed)条带)而形成的非密封的金属内层。此金属内层(给予管道其形状)包覆(一般通过挤出进行)有旨在提供密封的聚合物层。
[0005]此鞘(sheath)必须主要地：
[0006]能够被连续挤出，任选地挤出在内部骨架的支撑体上，
[0007]足够柔性，以适应在柔性管道的现场制造、铺设和使用的操作期间对所述柔性管道施加的弯曲(由于膨胀或提起所述柔性管道以改变使用场所而引起的动作)，
[0008]承受压缩力后的蠕变，其由于温度水平而加剧。当管线受到被运输的流出物的压力时，蠕变在其上带有鞘的金属增强物(例如Z形自锁缝或T形缝)之间的间隙(空隙或游隙)中发生，
[0009]足够化学稳定的，以使其化学特性及其密封在所述柔性管道的寿命期间不以禁止性的方式恶化。
[0010]为了运输或储存气体或者为了开采油和气田，使用如下的复合管道是有益的：其由被复合材料制成的外粘接层(adhesive layer)所增强的亦称为衬垫的该密封鞘构成(提供管道的密封以及化学和磨损耐受性)，其是由以相继的层沉积在衬垫上的单向(UD)带(tape)以相对于管道轴一个或多个取向角度通过长丝(filament)卷绕而制造的，以向所述复合管道提供足够的柔韧性。所述复合增强物使得管道能够承受压力(流体的内部压力以及以大的深度在海洋中使用的情况下的外部压力)。
[0011]此技术是由公司Airborne开发的技术，其例如在文献FR 2964173中。
[0012]更近来，Technip(WO2012118379)已经显示出对此管道概念的关注：其与金属外部增强物相结合(目的在于摆脱目前离岸柔性管道的内部骨架)，并且任选地所述金属增强物构成压力拱。
[0013]然而，对于此类型的复合管道所设想的解决方案是基于如下：对于衬垫和复合物的基体使用相同的聚合物，以保证衬垫和复合物之间卓越且耐久的粘附。
[0014]例如，Airborne已经开发了多种柔性管道，其不具有内部骨架并且具有粘附至复合增强物的密封鞘，所述柔性管道包含：具有PA11 FC复合物的PA11衬垫(JIP于2011年完成)或者具有PA12 FC复合物的PA12衬垫，或者甚至具有PVDF FC复合物的PVDF衬垫。然而，所有这些结构体都具有如下缺点：复合增强物的基体具有比管道的使用温度Tu低的玻璃化转变温度Tg；即，在基于PA11或PA12的管道的情形中，干燥状态中的Tg为50℃，而管道使用温度Tu为60至80℃；以及在PVDF的情形中，Tg为
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40℃，而在连续操作中的使用温度为100℃以上并且通常接近130℃。在特定的PVDF情形中，基体的刚度(模量)在其Tg以上保持为高的，直至其达到在100℃左右的另一转变(α转变)，超出该转变之后基体的行为变成纯橡胶状的。因而，在TP基体复合管道的所有以上工业和商业情形中，复合增强物的基体在复合管道使用温度Tu下均处于完全橡胶化的状态。
[0015]为了解决此问题和为了使其基体具有高于最大使用温度的Tg的复合增强物在使用温度(在此情形中为130℃)下不处于橡胶化状态，Kutting&Total、然后是Vitrex和Magma已经开发了如下解决方案：由PEEK密封鞘(或衬垫)构成，其还通过具有PEEK基体的复合物增强。PEEK的Tg为140℃，并且因此满足高刚度的要求，因为此Tg高于最大使用温度。缺点是，结果，所述密封鞘(衬垫)也是非常刚性的，这可限制其耐疲劳性，并且对于生产柔性管道而言是主要缺点。此外，此类型的密封套管的加工温度非常高(典型地380
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400℃)，并且这在常见的转变工艺(其为管路挤出)的情形中在工具作业和工艺控制方面造成了主要困难。
[0016]此外，Ticona(Celanese)与Airborne一道提供了包含PPS FC增强物和PPS密封鞘的复合管道。
[0017]对于Tu>90℃，此结构体对于复合物基体造成了与基于PVDF的解决方案相同的问题(即，Tg<Tu)，并且另外存在转变温度的问题(对于PPS和PVDF，典型地分别为350℃对250℃)。
[0018]对于Tu<90℃，PPS是适合于复合物的基体的，但是密封鞘(衬垫)挤出温度的问题仍然存在，其高刚度的问题(其限制了复合管道的柔韧性)及其低耐疲劳性的问题(由于大于Tu的Tg)也是如此。
[0019]因而，仍要在一方面优化复合物的基体，以优化其在高温下的机械强度，并且在另一方面优化构成密封衬垫的材料，以优化其应用温度而不使复合增强物对密封衬垫的粘附劣化。因而，为了确保与复合物的基体的至少部分混溶性而将实施的对构成密封鞘的材料的组成进行的任选的改变不应当导致该衬垫的挤出温度与聚酰胺和PVDF目前实践的温度相比显著增加(即保持<300℃、优选地<290℃、甚至更优先地<250℃)。
[0020]这些问题通过提供本专利技术的多层结构体并且尤其是柔性管道而得以解决，其为完全结合的、“双材料”复合管道，并且是由高强度复合增强物沉积(特别地通过长丝卷绕)在事先在相对低的温度下挤出的衬垫上而构成的。复合物和衬垫之间的粘附非常良好。
[0021]因此，本专利技术涉及如下的多层结构体：其选自用于运输或储存气体或者用于在海底开采油或气田的储罐、管道或管路(管，tube)，其从内侧至外侧包含至少一个密封层和至少一个复合增强层，
[0022]所述最内的复合增强层熔接至所述最外的相邻的密封层，
[0023]所述密封层由如下组合物组成：该组合物主要包含至少一种半结晶热塑性聚合物
P1i(i＝1至n，n为密封层数)，其根据ISO 11357
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3:2013测量的Tm小于280℃、特别地小于265℃，
[0024]各密封层的所述至少一种热塑性聚合物可为相同或不同的，并且所述复合增强层的至少一个由呈连续纤维形式的纤维状材料组成，所述纤维状材料浸渍有如下组合物：该组合物主要包含至少一种热塑性聚合物P2j，(j＝1至m，m为增强层数)、特别是半结晶热塑性聚合物P2j，所述热塑性聚合物P2j本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.多层结构体，其选自用于运输或储存气体或者用于在海底开采油或气田的储罐、管道或管路，其从内侧至外侧包含至少一个密封层和至少一个复合增强层，所述最内的复合增强层熔接至所述最外的相邻的密封层，所述密封层由如下组合物组成：该组合物主要包含至少一种半结晶热塑性聚合物P1i(i＝1至n，n为密封层数)，其根据ISO 11357
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3:2013测量的Tm小于280℃、特别地小于265℃，各密封层的所述至少一种热塑性聚合物可为相同或不同的，并且所述复合增强层的至少一个由呈连续纤维形式的纤维状材料组成，所述纤维状材料浸渍有如下组合物：该组合物主要包含至少一种热塑性聚合物P2j，(j＝1至m，m为增强层数)、特别是半结晶热塑性聚合物P2j，所述热塑性聚合物P2j具有根据ISO 11357
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3:2013测量的大于所述结构体的最大使用温度(Tu)的Tg，其中Tg≥Tu+20℃，Tu大于50℃、特别地大于100℃，从所述气体运输或气体储存排除氢，并且排除选自用于运输或储存氢的储罐、管道或管路的多层结构体。2.根据权利要求1的多层结构体，其中各增强层的各聚合物P1i是与相邻层的各聚合物P1i部分或完全能混溶的，各增强层的各聚合物P2j是与相邻层的各聚合物P2j部分或完全能混溶的，并且聚合物P21是与和其相邻的聚合物P11部分或完全能混溶的，所述聚合物的完全或部分混溶性是通过两种树脂在混合物中的玻璃化转变温度的差异相对于两种树脂在混合之前的玻璃化转变温度的差异来定义的，当所述差异等于0时混溶性为完全的，并且当所述差异不同于0时混溶性为部分的。3.根据权利要求1或2之一的多层结构体，其特征在于，各密封层包含相同类型的聚合物、特别地聚酰胺。4.根据权利要求1或2之一的多层结构体，其特征在于，各增强层包含相同类型的聚合物、特别地聚酰胺。5.根据权利要求3或4之一的多层结构体，其特征在于，各密封层包含相同类型的聚合物、特别地聚酰胺，并且各增强层包含相同类型的聚合物、特别地聚酰胺。6.根据权利要求1至5之一的多层结构体，其特征在于，其具有单一密封层和单一增强层。7.根据权利要求1至6之一的多层结构体，其特征在于，所述结构体为柔性管道。8.根据权利要求1至7之一的多层结构体，其特征在于，包含所述聚合物P1和P2的所述组合物还包含使得它们能够吸收适合于熔接的辐射的添加剂，诸如炭黑、碳纳米管(CNT)、或石墨烯。9.根据权利要求1至8之一的多层结构体，其特征在于，包含所述聚合物P2j的所述组合物是对适合于熔接的辐射透明的。10.根据权利要求8或9之一的多层结构体，其特征在于，熔接是通过选自激光、IR加热或感应加热的系统实施的。11.根据权利要求1至10之一的多层结构体，其特征在于，所述聚合物P1i为聚酰胺。12.根据权利要求1至10之一的多层结构体，其特征在于，所述聚合物P2j为聚酰胺。13.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：G霍克斯泰特，
申请(专利权)人：阿科玛法国公司，
类型：发明
国别省市：