具有水泥涂层的海底绝缘管道制造技术

一种改进的热绝缘、耐冲击、耐磨蚀的管道和一种耐冲击的柔性水泥材料。这种水泥材料在水下能够保持热传导率低，适用于水下绝缘管道，并包括：水凝水泥、闭孔骨料和聚合改性剂，闭孔骨料在高静水压下其吸水率低，聚合改性剂提高了凝固的水泥材料的韧性，减少其孔隙度。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种绝缘管道及绝缘管道材料，特别涉及一种价格合理、耐磨蚀的海底绝缘管道。低温下，流体通过管道会受到诸如石油这种液态产品的高粘度和蜡状结构以及诸如天然气产品水合物结构的阻碍。这类问题可以用热绝缘管道来解决。但是在陆地上的热绝缘管道就很昂贵，海底热绝缘管道的价格就更高了。为了使其价格合理，一般采用给产品中注入各种化学物质以减少海底管道所需要的绝缘性能。然而，近来在较深的冷水区从海底采油系统中开采出越来越多石油及天然气，从开采处到井口就需要有专门线路来输送化学物质以降低其粘度。这样，随着深度的增加，提高了绝缘管道的价格，事实上也意味着用这种替换方案来解决昂贵的绝缘管道设有什么吸引力。陆地绝缘管道所使用的各种材料包括膨胀软木、聚合物泡沫、硅酸钙等。从某种程度上说，海底绝缘管道更复杂，因为大多数绝缘材料的空隙被水浸透而使它们的传导性降低。一些绝缘材料与不透水的闭孔结构相结合，但是所有绝缘材料都有某些深度限制，在这种深度下，多孔结构遭到破坏，而大多数材料在水深不足几百英尺的深度下其多孔结构就发生损坏。进一步说，大多数普通绝缘材料几乎很少有耐冲击、耐磨蚀或耐挤压性，因此，大多数绝缘材料必须用外壳包封起来。如果水深超过材料静压极限，则外壳也必须使绝缘材料与静压头隔离。如果分段铺设管道，实际需要将每个单独段预制成一个单独的耐压罐。由于耐压套管太坚硬而不能做成筒状，所以一般将设置有几根钢筋的管道装入坚固的高弹体柔性涂层中、或插入填充或掺有其它轻型材料的高弹体柔性涂层中。这样材料包括如氯丁橡胶和EPDM橡胶、EPDM橡胶和填充玻璃微球体的聚氨基甲酸乙酯高弹体以及填充有软木的硬质胶。除非需要的绝缘性能很小，否则以这种方式形成的绝缘管道的总费用比较高，甚至高于利用耐压防护外壳所需要的费用，而耐压防护外壳是利用了较便宜的绝缘材料。尽管上述这些高弹体的费用是诸如聚丙烯这样的热塑性塑料费用的三到四倍，但对于热塑性塑料来说，需要使用挤压装置供料，这使热塑性塑料的需求被限制在很小的应用场合。这样缺点大大超过了材料费用所带来的益处。塑料和高弹体的另一个缺点是操作温度限制在190°-250°F范围内。在任何地方铺设管道或穿过岩石引管道，都会出现需要防止管道遭受冲击和磨蚀影响而设置防腐蚀涂层的问题。其中一种防腐蚀涂层方法是采用混凝土涂层，但这种办法由于会增加重量而使应用受到了限制。而对于海底管道，混凝土管道通常增加管道重量，使管道空的时候不会漂浮。有两种典型的共同用于将混凝土供给干线管的装置。其中一种装置是利用通常所说的“冲击法”，这种方法能使湿混凝土随着旋转电刷的旋转而喷注或抛注从而碰冲在旋转或轴向运动的管道上。另一种装置所使用的方法是将混凝土堆积在一个宽带子上，该带子成螺旋地缠绕在轧辊上，当轧辊外面的带子挤压混凝土时形成均匀的厚度。典型额定重量型的混凝土即使是干的也不是一种非常好的绝缘体，若浸透了水就更遭。通常在许多应用场合，利用轻型混凝土混合物作为绝缘材料。这类混合物中的一些是依赖于各种加气化学物质，而其它一些则是与轻型蜂窝骨料相混合。其中一些是闭孔骨料例如膨胀珍珠岩，但是，即使这些闭孔骨料通常吸收水，仍认为水泥粘合剂的孔隙度是有好处的，因为它减少了传导性。所有这些绝缘混凝土比额定重量型混凝土有更多的孔，因此其传导率随着吸水率的增加会按指数规律上升。公布的数据已证明，干密度大约为98磅/立方英尺膨胀页岩轻型混凝土，对于相同样品浸湿后的传导率大约为烘炉烤干后传导率的三倍。进一步说，保持绝缘管道给定温降所需的材料量随着材料热传导率的增加按指数规律增加。最后，对于一定量的孔隙度允许深水中的高静压使吸水率达到最大。由于大多数轻型混凝土混合物原本缺乏韧性，因此，涂层这些材料不能很容易地解决上述问题。为了防止水浸入，涂层必须能够填补管道铺设时所形成的裂隙。美国第3，782，985号专利中公开了一种通常称作煤胞的空心轻型飘尘物质，它可与水凝水泥混合形成低密度、低孔隙度、低传导率及高强度的材料。利用玻璃微球体和一些其它具有高抗压强度的闭孔骨料可以获得类似的效果。在现有技术中，人们都知道烟硅可以减少混凝土的孔隙度而提高其强度。美国第4，505，320号专利中曾经揭示了将基本等同量的烟硅和含有玻璃纤维的煤胞添加到水凝水泥中可以提高抗压和抗拉强度。硅烟基本减少了吸水率，而纤维提高了其抗拉强度，但这种材料仍不宜作为常用的绝缘材料，这是因为1.硅烟提高了费用和密度。而在正常情况下，增加密度会导致传导率相应地增加。2.通常，绝缘混凝土是分层包在如钢这样的柔性材料上，并且衬底层受负载膨胀或弯曲时而产生弯曲变形。而烟硅提高了抗拉和抗挠强度，但减少了韧性。因此，当衬底层弯曲时，导致绝缘材料断裂。3.为了获得低传导率，绝缘混凝土所使用的多孔骨料与混合物总量之比很高。上述两个专利都展示了这样一个事实，尽管要求水与水泥之比高于普通混凝土，但仍能获得低渗透率。在这两个专利中，即使用建议的提高含水量，混合物的流动性仍很差。事实上，一个原因，如果不是需要含水量高的主要原因，涉及到糊剂的流动性，而不是任何反应的需要。当材料凝固时，收集材料表面排出的水可以观察到这一点。事实上，缺乏流动性的结果会导致混合物重量太低而不能克服其粘度。如果为了获得较好的流动性而增加含水量，当轻型煤胞漂浮在水面上时，这会失去混合物的均匀性。增加水的含量同样也增加了材料的收缩性，因此，当材料在管道上凝固时，会产生断裂。而目前所使用的混合物与美国第3，782，985和4，505，320号专利中所描述的混合物格外不同，它是将聚合改性剂或将取代一些或所有硅烟的聚合改性剂添加到美国第4，505，320号专利所描述的材料中。将烟硅添加到重量百分比为15～35%的高浓度水泥中时，固化物质的孔隙度变得非常低，但细致不连续的“微裂隙”会在整个固化材料中产生。这些微裂隙会变成吸收性的主要因素，当凝固的材料浸在水中很短时间时可用肉眼清楚地观察到这一点。当材料变干时，很难用肉眼观察到的裂隙，在其表面有水珠时，则可清楚地观察到。因此，有人提出，微裂隙产生由于水泥基质的孔隙度很低以致于在排水过多时产生裂隙。不管这种假设能否完全解释这种现象，在混合物中用较少水则裂隙会很少又很小的事实支持了这种解释。而纤维的添加减少了微裂隙。本专利技术的目的是提供一种水泥组合物和一种价格合理的绝缘管道，以及一种含有合适衬底层的层状绝缘组合物，而水泥组合物可凝固或粘合在该衬底层上。这种组合物的韧性大于前述两种类似组合物的韧性，并且传导率低。组合的组合物价格合理，可作为管道涂层，这种涂层能保持管道潜入水中时热传导率低，而在铺设过程中管道弯曲时不产生断裂。此外，除有这种涂层的结果等于给管道提供了一种耐高冲击和抗腐蚀的套管壳。这种绝缘材料包括三种主要成分(1)水凝水泥;(2)能够提高固化组合物韧性的聚合改性剂;以及(3)闭孔耐压骨料。水泥组合物最好包括(a)一种重量百分比为40-55%的粘合剂组分，该粘合剂组合的重量占总重量的4～5成，并包括(1)重量占30成的Ⅲ型卜特兰水泥;(2)重量占0-9成的硅烟;以及(3)重量占0.1-1成的聚合改性剂。以及(b)重量百分比为40-22%的飘尘煤胞;(c)重量百分比为1-2%的超增塑剂;以及(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂有水泥材料的管道，其中水泥材料包括水凝水泥和闭孔骨料，所述闭孔骨料在高静压下吸收率很低，所述的组合物形成一定的厚度，基本能阻止管道内物的温度降低。

【技术特征摘要】
US 1992-11-30 07/982,9551.一种涂有水泥材料的管道，其中水泥材料包括水凝水泥和闭孔骨料，所述闭孔骨料在高静压下吸收率很低，所述的组合物形成一定的厚度，基本能阻止管道内物的温度降低。2.一种绝缘组合物，包括(a).重量百分比为38～55%的粘合剂组分，包括(1).重量占3成的水凝水泥;(2).重量占0～0.9成的硅烟;以及(3).重量占0.1～1成的聚合改性剂;以及(b).重量百分比为40～25%的飘尘煤胞、玻璃微球体或两者的组合;以及(c).足够量的水以获得所希望的浓度，通常该浓度为18～22%;所述的组合物在水下具有韧性、耐高冲击、耐磨蚀、吸水率低以及热传导率低。3.根据权利要求2所述的绝缘组合物，其特征是，所述的聚合改性剂包括聚丙烯酸脂、丁二烯或苯乙烯/丁二烯胶乳。4.根据权利要求2所述的绝缘组合物，其特征是，一些或所有所述聚合改性剂是一种蜡或热塑性塑料，在蜡或热塑性塑料凝固期间或凝固之后，加热所述的组合物，使其温度超过蜡或热塑性塑料的熔点，长时间保持这个温度使聚合物熔化并扩散到空隙或裂隙中。5.根据权利要求2所述的绝缘组合物，其特征是，所述水凝水泥是卜特兰水泥、高铝水泥或卜特兰水泥和高铝水泥的混合物。6.根据权利要求3所述的绝缘组合物，其特征是，所述水凝水泥是卜特兰水泥、高铝水泥或卜特兰水泥和高铝水泥的混合物。7.根据权利要求4所述的绝缘组合物，其特征是，所述的水凝水泥是卜特兰水泥、高铝水泥或卜特兰水泥和高铝水泥的混合物。8.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其特征是分散有纤维。9.根据权利要求2所述的绝缘组合物，其特征是，分散有纤维。10.根据权利要求3所述的绝缘组合物，其特征是，分散有纤维。11.根据权利要求5所述的绝缘组合物，其特征是，分散有纤维。12.根据权利要求2所述的绝缘组合物，其特征是，添加有防水剂。13.根据权利要求7所述的绝缘组合物，另外含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦R萨姆纳，
申请(专利权)人：格伦R萨姆纳，
类型：发明
国别省市：US[美国]