專(zhuān)利名稱(chēng)：包纏有干纖維的管道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及增強(qiáng)的金屬管段和用于制造這類(lèi)增強(qiáng)管段的方法，上 述增強(qiáng)的金屬管段包括供在高壓流體輸送應(yīng)用中使用的包纏有干纖維的金
屬管。
背景技術(shù)：
隨著全世界范圍對(duì)天然氣的需求日益增長(zhǎng)，對(duì)開(kāi)發(fā)位于遠(yuǎn)處的天然氣 源的需要變得越來(lái)越重要。然而，經(jīng)常是，建造為從這種遠(yuǎn)的位置輸送天 然氣所必需的基礎(chǔ)設(shè)施的高成本打消了對(duì)開(kāi)發(fā)這些天然氣源的經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)。 因此，有必要降低與建造如輸送天然氣到市場(chǎng)上的管線的設(shè)施有關(guān)的成本。
近年來(lái)，已有幾家主要的石油和天然氣公司把相當(dāng)大的資源投入到研
制供在大直徑天然氣管線、如直徑范圍從36英寸到54英寸范圍的管線中 4吏用的高強(qiáng)度鋼。美國(guó)石油組織(API)規(guī)范5L已發(fā)展出簡(jiǎn)寫(xiě)的專(zhuān)用術(shù)語(yǔ) 來(lái)表示管線鋼的等級(jí)，其中使用字母"X"，其后跟隨與它的最小屈服強(qiáng) 度相對(duì)應(yīng)的數(shù)字。例如，X100鋼具有100,000磅/平方英寸(psi)的最小 屈服強(qiáng)度，同樣，X120鋼具有120，000psi的最小屈服強(qiáng)度。 一般，X70或 更低等級(jí)(的鋼)被認(rèn)為是"普通強(qiáng)度鋼，，，而高于X70的等級(jí)、通常從 等級(jí)X80開(kāi)始(的鋼)被認(rèn)為是"高強(qiáng)度鋼"。
高強(qiáng)度鋼具有較低的抗裂性，因此如果管道變損壞并形成裂紋，則該 裂紋可以沿著管線傳播許多英里。為了防止這些擴(kuò)展蔓延的裂紋，可以沿 著管線在一些位置處、例如每2-4英里放置止裂器。止裂器可包括圍繞管 道外表面設(shè)置的焊接的鋼環(huán)或粘結(jié)的復(fù)合材料環(huán)。代表性的復(fù)合材料止裂 器由德克薩斯州休斯頓的Clock Spring公司制造和銷(xiāo)售。此外，高強(qiáng)度鋼
5的制造能力低、高強(qiáng)度鋼的焊接復(fù)雜，并且高強(qiáng)度鋼比普通強(qiáng)度鋼的塑性 應(yīng)變能力低，上述情況會(huì)限制高強(qiáng)度鋼在要求高塑性應(yīng)變能力的應(yīng)用、如 安裝在例如永凍土層和地震區(qū)中的管線中的使用。
因此，為了開(kāi)發(fā)位于遠(yuǎn)方的天然氣源，需要將天然氣輸送到市場(chǎng)上的 經(jīng)濟(jì)的方式。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)管段，所述增強(qiáng)管段包括金屬管、圍繞所述金屬 管設(shè)置的干纖維層和覆蓋所述干纖維層的外部管襯。在一實(shí)施例中，干纖 維層增加金屬管的圓周強(qiáng)度。在另一實(shí)施例中，金屬管包括具有約為
70，000psi (X70)或更小的屈服強(qiáng)度的普通鋼管，或者包括具有大于 70，000psi的最小屈服強(qiáng)度的高強(qiáng)度鋼管。金屬管可包括耐蝕合金。在一實(shí) 施例中，金屬管抑制在使用期間可能會(huì)產(chǎn)生的裂紋。金屬管可包括棵露管 或涂層管，其中金屬管可以預(yù)涂覆一有機(jī)涂層或陽(yáng)極金屬涂層。在另一實(shí) 施例中，金屬管通過(guò)巻繞到金屬管上的鋁陽(yáng)極條或者通過(guò)施加到干纖維層 上的pH摻加鹽(pH spiking salt)來(lái)防止腐蝕。在另一實(shí)施例中，金屬管 包括品質(zhì)下降的管道。
干纖維可以選自包括玻璃纖維、碳纖維、高密度聚乙烯纖維、或酰胺 類(lèi)纖維的組，而干纖維層可包括由多個(gè)平行絞合線束所形成的絲帶，每個(gè) 絞合線束都包括多個(gè)長(zhǎng)絲。外部管襯可包括噴涂的或者包纏的管襯。在一 實(shí)施例中，外部管襯包括彈性體管襯，所述彈性體管襯包括聚脲、聚氨酯、 或者HNBR橡膠。在另一實(shí)施例中，外部管村包括圍繞干纖維形成的焊接 金屬包層。在又一實(shí)施例中，外部管襯形成防潮層。
金屬管可包括足夠承受在使用期間所施加的軸向載荷的壁厚。在一實(shí) 施例中，干纖維層的厚度基本上等于金屬管的壁厚，且干纖維層可使金屬 管的圓周強(qiáng)度近似加倍。金屬管可具有在64英寸或更小的范圍內(nèi)的標(biāo)稱(chēng)直 徑。在一實(shí)施例中，增強(qiáng)管還包括絕熱層。在各種不同實(shí)施例中，氣體管 線、液體管線、隔水管(riser)、或者節(jié)流和壓井管線(choke and kill line)包括增強(qiáng)管段。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種制造增強(qiáng)管段的方法，所述方法包括在
金屬管上包纏干纖維層，和用外部管襯覆蓋所述干纖維層，從而形成第一 包纏有干纖維的金屬管。在一實(shí)施例中，包纏干纖維層包括圍繞金屬管環(huán)
形巻繞多個(gè)干纖維。在各實(shí)施例中，用外部管襯覆蓋干纖維層包括噴涂涂 層或者包纏管襯。在又一實(shí)施例中，所述方法包括在干纖維層上包纏絕熱
材料層。所述方法還可包括鄰近第一包纏有干纖維的金屬管設(shè)置第二包 纏有干纖維的金屬管，通過(guò)焊接部將第二包纏有干纖維的金屬管連接到第
一包纏有干纖維的金屬管上，用干纖維層包纏所述焊接部，及在圍繞焊接 部設(shè)置的干纖維層上形成外部管襯，從而形成包纏有干纖維的焊接區(qū)。在 一實(shí)施例中，第一和第二包纏有干纖維的金屬管在制造設(shè)施中形成，而包 纏有干纖維的焊接部在野外場(chǎng)所形成。
在又一方面，本發(fā)明涉及增強(qiáng)品質(zhì)下降的金屬管的方法，所述方法包 括用干纖維層包纏品質(zhì)下降的金屬管以增加品質(zhì)下降的金屬管的圓周強(qiáng) 度，和用外部管襯覆蓋所述干纖維層。
為了更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，其中
圖l是包纏有干纖維的金屬管的放大的側(cè)剖圖2是圖1的包纏有干纖維的金屬管的放大的端^L圖3是金屬管段當(dāng)用干玻璃纖維包纏時(shí)的側(cè)面透視圖4是圖3的包纏有干纖維的管段當(dāng)用形成外部彈性體管襯的涂層噴
涂時(shí)的側(cè)面透^L圖5是兩個(gè)分別如圖3和4所示地被包纏和噴涂的包纏有干纖維的管
段在焊接在一起之前的放大的側(cè)視圖6是焊接在一起的圖5所示的兩個(gè)管段的側(cè)面透視圖，其中焊接部
由干玻璃纖維包纏；
圖7是圖6的焊接的管道在焊接部用干纖維包纏然后用形成外部彈性體管襯的涂層噴涂之后的側(cè)面透視圖；和
圖8是圖7的焊接的管道在試驗(yàn)受到失效壓力之后的側(cè)面透視圖，其 中所述失效壓力近似為沒(méi)有干纖維包層的焊接的管道的失效壓力的兩倍。
具體實(shí)施例方式
在下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，用某些術(shù)語(yǔ)來(lái)表示具體的安裝部件。 本文不打算在那些名稱(chēng)不同但功能相同的那些部件之間進(jìn)行區(qū)分。在下面 的討論和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)"包括"和"包含"以開(kāi)放式的方式使用， 并因此應(yīng)理解為是指"包括，但不限于……"。
如本文所用的，術(shù)語(yǔ)"管道，，表示任何運(yùn)送加壓氣體或液體的管狀物， 如管線、隔水管、管路、及節(jié)流和壓井管線。
如本文所用的，管道的術(shù)語(yǔ)"壓力能力，，、"額定壓力"和"圓周強(qiáng) 度"全都涉及在徑向方向上不會(huì)由于爆裂而破壞的情況下，管道所能包含 的以磅/平方英寸(psi)為單位測(cè)量的內(nèi)部壓力的量。
如本文所用的，管道的術(shù)語(yǔ)"軸向強(qiáng)度"和"軸向能力"二者均涉及 在軸向不斷裂的情況下，管道所能承受住的以psi為單位測(cè)量的軸向載荷。
如本文所用的，術(shù)語(yǔ)"普通強(qiáng)度鋼，，涉及具有70，000psi或更小最小屈 服強(qiáng)度的鋼，亦即X70等級(jí)或更低等級(jí)的鋼。
如本文所用的，術(shù)語(yǔ)"高強(qiáng)度鋼"涉及具有大于70,000psi的最小屈服 強(qiáng)度的鋼，亦即大于X70等級(jí)的鋼材。
如本文所用的，術(shù)語(yǔ)"耐蝕合金"涉及含有合金元素如鎳、鉻、鈦或 鈷的材料。這些材料包括不銹鋼、鎳基合金、鈥合金等。通常使用的等級(jí) 是奧氏體不銹鋼如合金316、馬氏體不銹鋼如合金13Cr、雙相不銹鋼如合 金2205、和鎳基合金如合金625。
現(xiàn)在參照
包纏有干纖維的管道的各種不同實(shí)施例，其中在多 個(gè)視圖中始終將相同的標(biāo)號(hào)用于相同的部件。附圖中示出了并且本文將詳 細(xì)說(shuō)明包纏有干纖維的管道的一些具體實(shí)施例，同時(shí)應(yīng)該理解，本公開(kāi)僅 是代表性的，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明限于那些本文圖示的和說(shuō)明的實(shí)施例。本文所公開(kāi)的包纏有干纖維的管道的實(shí)施例及制造這種管道的方法可以在任何 受其額定壓力限制的金屬管線系統(tǒng)中使用，無(wú)論該額定壓力是由高壓氣體 或高壓液體產(chǎn)生。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易意識(shí)到，包纏有干纖維的 管道的各種不同的實(shí)施例可在任何類(lèi)型的加壓流體系統(tǒng)中應(yīng)用。此外，可 以應(yīng)用本文所一^開(kāi)的方法來(lái)增加以前安裝好的管道的額定壓力，上述安裝 好的管道可以是管線、隔水管、節(jié)流和壓井管線、或者某些其它高壓系統(tǒng) 的組成部分，它們由于腐蝕、4曼蝕和/或磨損而品質(zhì)下降。
圖1和圖2分別用剖視圖和端視圖示意性示出有代表性的增強(qiáng)管段 100。增強(qiáng)管段100包括金屬管狀物或金屬管110、環(huán)繞在金屬管110上的 干纖維層120和噴涂的外部彈性體管襯130。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)意 識(shí)到，在增強(qiáng)管段IOO中可以任選地包括其它材料層，如絕熱材料例如氣 凝膠的層。
在一實(shí)施例中，金屬管110可以用耐蝕合金制造，以輸送腐蝕性氣體 或液體。 一種這樣的應(yīng)用可以是輸送腐蝕性濕氣的管路，其中這種管路的 直徑通常為8英寸-14英寸。對(duì)更大的直徑，金屬管IOO可以用內(nèi)部覆蓋 耐蝕合金的碳鋼管來(lái)制造。對(duì)于干氣應(yīng)用來(lái)說(shuō)，金屬管襯或金屬管110可 以是由直徑為36英寸至54英寸的普通強(qiáng)度鋼如X70制成的通常為40至 60英尺長(zhǎng)的管接頭。普通強(qiáng)度鋼由于容易在市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)、高抗裂性、高彈性 應(yīng)變能力和容易焊接而遠(yuǎn)比高強(qiáng)度鋼更理想。金屬管110的壁厚可以改變。 在一實(shí)施例中，4艮據(jù)增強(qiáng)管段100上的預(yù)計(jì)軸向載荷來(lái)確定壁厚，而增強(qiáng) 管段100圓周強(qiáng)度由金屬管110的壁厚和干纖維層120的厚度二者形成。
干纖維層120包括由多個(gè)平行絞合線束組成的絲帶，其中每個(gè)絞合線 束都包括多個(gè)長(zhǎng)絲，如玻璃纖維束、碳纖維束、高密度聚乙烯纖維束、酰 胺類(lèi)纖維束或其它類(lèi)似材料束。干纖維層120的目的是增加增強(qiáng)管段100 的圓周強(qiáng)度，并因此增加它的額定壓力。在給定的內(nèi)部壓力載荷下，棵露
金屬管110中圓周應(yīng)力(as)和軸向應(yīng)力(CTa)之間的關(guān)系如下列方程所
示
9因此，如果金屬管110的壁厚選擇成滿(mǎn)足軸向應(yīng)力(C7a)的要求，則金屬 管IIO只能經(jīng)受住圓周應(yīng)力(CTs)要求的一半。
這意味著棵露的金屬管110承受內(nèi)部壓力載荷的能力受其圓周強(qiáng)度所
限制。圍繞金屬管110施加干纖維層120可以顯著增加增強(qiáng)管段100的圓
周強(qiáng)度和額定壓力。例如，如本文示例部分中所述，試驗(yàn)和分析表明，施
加包括其厚度近似等于金屬管110壁厚的玻璃纖維的干纖維層120使增強(qiáng) 管段IOO的圓周強(qiáng)度近似加倍，并因此使其額定壓力近似加倍。本領(lǐng)域技 術(shù)人員很容易理解，干纖維層120的厚度可以才艮據(jù)所用的纖維材料、金屬 管110的壁厚、增強(qiáng)管段100的所希望的額定壓力以及其它因素而改變。
外部管襯130包圍干纖維層120，并可包括彈性體管襯如聚脲或聚氨 酯、橡膠如HNBR橡膠、或其它類(lèi)似材料。在另一實(shí)施例中，外部管襯 130可包括圍繞干纖維層120形成的焊接金屬包層。外部管襯130的用途 是雙重的。首先，干纖維層120可以是松散的，因此外部管襯130當(dāng)噴涂 或包纏在干纖維層120上時(shí)，起將干纖維層120保持在一起并保持到金屬 管110上的作用。其次，外部管襯130可以起防潮層的作用，以便防止水 氣截留在干纖維層120內(nèi)并最后造成沿著金屬管110外表面的腐蝕。本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以很容易理解，外部管襯130的厚度也可以改變。在各實(shí)施 例中，金屬管IIO起初可以是棵露的，或者可以施加有涂層以耐腐蝕，如 抵抗當(dāng)外部管襯130破損時(shí)可能截留在干纖維層120中的任何水氣。在一 實(shí)施例中，金屬管110、尤其是用碳鋼制造的金屬管IIO用噴涂到金屬管 110外表面上的有機(jī)涂層如環(huán)氧涂層凝膠或?qū)Ｓ猛繉幽z、或者陽(yáng)極金屬 涂層如鋁或鋅來(lái)預(yù)涂覆。在另一實(shí)施例中，碳鋼金屬管110可以通過(guò)將鋁 陽(yáng)極帶巻繞到金屬管110上、或者通過(guò)將pH摻加鹽加入干纖維層120中 來(lái)防止腐蝕，上述pH摻加鹽起著增加任何可能在金屬管110周?chē)M(jìn)入的 水的pH值從而降低腐蝕速率的作用。在又一個(gè)實(shí)施例中，可以用常規(guī)方 式將聚乙烯涂層擠出到金屬管110的外表面上。
如圖1所示，在制造增強(qiáng)管段100的過(guò)程中，金屬管110的端部140 可以保持棵露，這意味著它們既不用干纖維層120包纏，也不噴涂干燥以形成外部彈性體管襯130的涂層。在安裝過(guò)程中，在這些端部140處將相鄰的增強(qiáng)管段100焊接在一起。因此，希望在安裝之前保持金屬管110的端部140沒(méi)有千纖維層120和外部彈性體管襯130，以便保證有效的焊接。圖3至圖7示意性示出用于圖l和圖2的增強(qiáng)管段100的制造方法的一個(gè)實(shí)施例。如圖3所示，所述制造方法從金屬管110如由普通強(qiáng)度鋼制成的接頭開(kāi)始，上述金屬管110安裝到纖維巻繞機(jī)150上，其中，將干纖維的長(zhǎng)絲125從多個(gè)線軸(未示出)拉出并經(jīng)由對(duì)準(zhǔn)裝置160引導(dǎo)發(fā)送以便圍繞金屬管110包纏。金屬管110可在兩端140處固定，并通過(guò)纖維巻繞機(jī)150旋轉(zhuǎn)，此時(shí)干纖維125以環(huán)繞的方式圍繞金屬管110從一端包纏到另一端并再返回，直至干纖維125被施加到所希望的厚度以形成干纖維層120。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4，在金屬管110已經(jīng)包纏了達(dá)到所希望的厚度的干纖維層120之后，將包纏有纖維的金屬管110從纖維巻繞機(jī)150中取出，而金屬管110的端部140可以貼上膠帶或者用其它方式蓋住，以^t可以用自動(dòng)的或者手持式的油漆噴槍或其它裝置將涂層135噴涂在干纖維層120上。覆蓋金屬管110的端部140防止涂層135涂覆到這些表面上，所述這些表面最后在管線安裝過(guò)程中是焊接區(qū)。在一實(shí)施例中，噴涂的涂層135在室溫下干燥以形成外部彈性體管襯130而不需要固化。 一旦此外部彈性體管襯130變干，則可將膠帶或其它覆蓋物從金屬管110的端部140除去。
在另一些實(shí)施例中，在將金屬管110從纖維巻繞機(jī)150中取出之前將外部管襯130施加在干纖維層120上。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)圍繞干纖維層120包纏未固化的HNBR橡膠帶或等效物來(lái)施加外部管襯130，然后通過(guò)加熱來(lái)固化該未固化的HNBR橡膠帶或等效物。在另一種實(shí)施例中，外部管村130是通過(guò)螺旋式焊接圍繞干纖維層120包纏的金屬板材來(lái)施加的。然后增強(qiáng)管段100準(zhǔn)備好輸送到安裝現(xiàn)場(chǎng)。
在到達(dá)安裝現(xiàn)場(chǎng)后，可以將兩個(gè)增強(qiáng)管段100定位成端部140對(duì)著端部140以用于焊接，如圖5所示。在焊接完成之后，每個(gè)焊接區(qū)170都可以包纏干纖維層120以加強(qiáng)焊接部，如圖6所示，然后圍繞焊接區(qū)170噴涂涂層135，所述涂層135干燥以形成外部彈性體管襯130，如圖7所示。 圖6示出在車(chē)間里通過(guò)纖維巻繞機(jī)150用干纖維125包纏焊接區(qū)170,但 焊接區(qū)170也可以用專(zhuān)用巻繞機(jī)在野外包纏，上述專(zhuān)用巻繞機(jī)圍繞焊接的 增強(qiáng)管段100旋轉(zhuǎn)，而所述增強(qiáng)管段100保持位置不動(dòng)。這種類(lèi)型的野外 巻繞機(jī)通常用于制造連續(xù)而可纏繞的復(fù)合管。
使用本文所述的增強(qiáng)管段100與替代物如高強(qiáng)度鋼管和包纏有復(fù)合材 料的鋼管相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。包括普通強(qiáng)度鋼的金屬管IIO可以在全世界 許多供貨商那里買(mǎi)到，不像高強(qiáng)度鋼管僅由少數(shù)幾家鋼廠制造，因而導(dǎo)致 高采購(gòu)價(jià)格和長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的交貨時(shí)間。與高強(qiáng)度鋼不同，普通強(qiáng)度鋼還可自 抑制，以防止裂紋擴(kuò)展蔓延并省去對(duì)止裂器的需求。增強(qiáng)管段100的干纖 維層120使得可將較薄管壁的金屬管IIO用于較高的內(nèi)部壓力，從而降低 了重量和運(yùn)輸成本，因?yàn)楦衫w維的密度小于鋼密度的1/3。另外，干纖維層 120起絕熱器的作用，因而降低了加熱或冷卻要求的成本。而且，使用較 薄的管壁降低了焊接和制造的成本。
本文所公開(kāi)的增強(qiáng)管段100還優(yōu)于包纏有復(fù)合材料的鋼管，因?yàn)樗?制造期間既不需要涂覆樹(shù)脂，也不需要隨后的固化，這也減少了時(shí)間和費(fèi) 用。此外，野外焊接增強(qiáng)管段100遠(yuǎn)比野外焊接包纏有復(fù)合材料的管道的 復(fù)雜性要小得多，因?yàn)楦衫w維125的高溫限制超過(guò)600"C，而復(fù)合材料的 高溫限制約為150'C。另外，干纖維層120遠(yuǎn)比復(fù)合材料輕得多，因此運(yùn) 輸成本更低。
當(dāng)金屬管110包括耐蝕合金時(shí)，本文所公開(kāi)的增強(qiáng)管段100也是成本 有效的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用干纖維125的包層，只需要一半壁厚以達(dá)到相同的 額定壓力，所述干纖維125遠(yuǎn)比耐蝕合金輕得多和便宜得多。例如，玻璃 纖維的強(qiáng)度大于^4目不銹鋼強(qiáng)度的4倍，密度小于雙相不銹鋼密度的1/3， 且成本為^目不銹鋼成本的約1/10。
示例
進(jìn)行了各種試驗(yàn)以證明在高壓應(yīng)用中利用包纏有干纖維的普通強(qiáng)度鋼 管作為高強(qiáng)度鋼或包纏有復(fù)合材料的鋼的代用品的可行性。用0.35英寸的干玻璃纖維環(huán)繞一段壁厚為0.25英寸的標(biāo)稱(chēng)直徑為12 英寸的X70管，然后噴涂0.1英寸的聚脲層。所述聚脲層變千以形成彈性 體管襯。將4500psi的內(nèi)部壓力施加到所述管段上約5分鐘，然后撤去。 然后將內(nèi)部壓力增加到失效，該失效在大約于7800psi下在環(huán)形焊接部處 發(fā)生。
這個(gè)試驗(yàn)表明，千玻璃纖維層顯著增加了 X70管的額定壓力，并且還 將失效的模態(tài)從環(huán)形(爆裂)改變成軸向失效。在不包纏玻璃纖維的情況 下，壁厚為0.25英寸的12英寸X70管在約3900psi的爆裂壓力下就已經(jīng) 失效了 ，上述壓力是在該壓力下預(yù)期X70管中的軸向應(yīng)力已達(dá)到X70鋼管 的極限拉伸強(qiáng)度的壓力，所述極限拉伸強(qiáng)度為93，600psi。因此，0.35英寸 厚的干玻璃纖維層使X70管的額定壓力近似加倍。
作為對(duì)照，該試驗(yàn)用另一段具有0.25英寸壁厚的12英寸標(biāo)稱(chēng)直徑的 X70管重復(fù)，但該管段不是被包纏干纖維，而是被環(huán)繞復(fù)合層壓制品，所 述復(fù)合層壓制品包括在環(huán)氧樹(shù)脂中的玻璃纖維，然后將所述管段放在爐子 中以使復(fù)合材料固化。將4500psi的內(nèi)部壓力施加到所述管段上約5分鐘， 然后撤去。然后，將內(nèi)部壓力增加到失效，所述失效在大約7400psi下在 環(huán)形焊接部處發(fā)生。這個(gè)試驗(yàn)表明，干纖維至少在增加X(jué)70管的額定壓力 方面與復(fù)合材料包層一樣有效。
為了試驗(yàn)野外包纏的焊接區(qū)的強(qiáng)度，將兩段每個(gè)都大約2英尺長(zhǎng)和具 有0.25英寸壁厚的12英寸標(biāo)稱(chēng)直徑的X70管預(yù)先用0.35英寸的干玻璃纖 維包纏，并噴涂0.1英寸的聚脲層，其中在每個(gè)管段的一端處都留下約3 英寸的露出的焊接區(qū)。
然后將這兩個(gè)管段焊接在一起，并將露出的焊接區(qū)包纏約0.35英寸干 玻璃纖維，并噴涂0.1英寸的聚脲層，以便在焊接部上形成彈性體管襯， 如圖7所示。將端蓋焊接到每個(gè)管段的另一端上。將4500psi的內(nèi)部壓力 施加到這兩個(gè)焊接的管段上大約5分鐘，然后撤去。然后，將內(nèi)部壓力增 加到失效，所述失效在大約7800psi下在管段之間的環(huán)形焊接部處發(fā)生。 但是，該失效不是災(zāi)難性的，而是如圖8所示，損壞局限在環(huán)形焊接部170
13的區(qū)域處，在該處一段千纖維層120膨脹并撕開(kāi)，從而在外部管襯130中 形成小裂口，并露出撕下的干纖維120。該試驗(yàn)表明，野外包纏的焊接區(qū) 在增加X(jué)70管的額定壓力方面與預(yù)先包纏的管段一樣有效。
盡管已經(jīng)示出和說(shuō)明了包括包纏有干纖維的金屬管的增強(qiáng)管段的不同 實(shí)施例及相應(yīng)的制造這種增強(qiáng)管段的方法，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ζ?做出修改而不脫離本發(fā)明的精神或教導(dǎo)。本文所述的實(shí)施例僅是代表性的 而不是限制性的。設(shè)備和方法的許多變型和修改都是可能的，且都在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于本文所述的實(shí)施例，而僅受 下面的權(quán)利要求書(shū)限制，所述權(quán)利要求書(shū)的范圍應(yīng)當(dāng)包括權(quán)利要求的主題 的所有等同物。
權(quán)利要求
1. 一種增強(qiáng)管段，包括金屬管；干纖維層，所述干纖維層圍繞所述金屬管設(shè)置；和外部管襯，所述外部管襯覆蓋所述干纖維層。
2. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，干纖維層增加金屬 管的圓周強(qiáng)度。
3. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管包括具有約 70,000psi (X70)或更小屈服強(qiáng)度的普通鋼管。
4. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管包括具有大 于70，000psi的最小屈服強(qiáng)度的高強(qiáng)度鋼管。
5. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管包括耐蝕合金。
6. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管抑制在使用 期間可能逐漸形成的裂紋。
7. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管包括棵露管。
8. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管包括涂層管。
9. 如權(quán)利要求8所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管預(yù)涂裝有有 機(jī)涂層。
10. 如權(quán)利要求8所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管預(yù)涂裝有陽(yáng) 極金屬涂層。
11. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管是防腐蝕的。
12. 如權(quán)利要求11所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管上巻繞有 鋁陽(yáng)極條。
13. 如權(quán)利要求11所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，干纖維層上施加 有pH摻加鹽。
14. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管包括品質(zhì)下降的管。
15. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，干纖維選自包括玻 璃纖維、碳纖維、高密度聚乙烯纖維、或酰胺類(lèi)纖維的組。
16. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，干纖維層包括由多 個(gè)平行絞合線束組成的絲帶，其中每個(gè)絞合線束都包括多個(gè)長(zhǎng)絲。
17. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，外部管襯包括噴涂 或包纏的管襯。
18. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，外部管襯包括彈性 體管村。
19. 如權(quán)利要求18所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，所述彈性體管襯 包括聚脲、聚氨酯、或HNBR橡膠。
20. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，外部管襯包括圍繞 干纖維形成的焊接金屬包層。
21. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，外部管襯形成防潮層。
22. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管包括足以承 受在^f吏用期間所施加的軸向載荷的壁厚。
23. 如權(quán)利要求22所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，干纖維層具有基 本上等于金屬管壁厚的厚度。
24. 如權(quán)利要求23所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，干纖維層近似使 金屬管的圓周強(qiáng)度加倍。
25. 如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，金屬管具有在64 英寸或更小范圍內(nèi)的標(biāo)稱(chēng)直徑。
26. 如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段，其特征在于，該增強(qiáng)管段還包括 絕熱層。
27. —種氣體管線，包括如權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)管段。
28. —種液體管線，包括如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段。
29. —種隔水管，包括如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段。
30. —種節(jié)流和壓井管線，包括如權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)管段。
31. —種制造增強(qiáng)管段的方法，包括 在金屬管上包纏干纖維層；和用外部管襯覆蓋所述干纖維層，從而形成第一包纏有干纖維的金屬管。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，包纏干纖維層包括圍 繞金屬管環(huán)繞多個(gè)干纖維。
33. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，用外部管襯覆蓋所述 干纖維層包括噴涂涂層。
34. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，用外部管襯覆蓋所述 干纖維層包括包纏管襯。
35. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該方法還包括在干纖 維層上包纏絕熱材料層。
36. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該方法還包括 鄰近第一包纏有干纖維的金屬管設(shè)置第二包纏有干纖維的金屬管； 通過(guò)焊接部將第二包纏有干纖維的金屬管連接到第一包纏有干纖維的金屬管上；用干纖維層包纏焊接部；以及在圍繞焊接部設(shè)置的干纖維層上產(chǎn)生外部管村，從而形成被干纖維包 纏的焊接區(qū)。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述第一和第二包纏 有千纖維的金屬管在制造設(shè)施中形成，而被干纖維包纏的焊接區(qū)在野外場(chǎng)所形成。
38. —種增強(qiáng)品質(zhì)下降的金屬管的方法，包括 用千纖維層包纏品質(zhì)下降的金屬管，以增加該品質(zhì)下降的金屬管的圓周強(qiáng)度；和用外部管襯覆蓋所述干纖維層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)管段(100)，其包括金屬管(110)、圍繞金屬管(110)設(shè)置的干纖維層(120)和覆蓋干纖維層(120)的外部管襯(130)。一種制造增強(qiáng)管段(100)的方法包括在金屬管(110)上包纏干纖維層(120)和用外部管襯(130)覆蓋干纖維層(120)，從而形成第一包纏有干纖維(120)的金屬管(110)。一種增強(qiáng)品質(zhì)下降的金屬管(110)的方法包括用干纖維層(120)包纏品質(zhì)下降的金屬管(110)以增加該品質(zhì)下降的金屬管(110)的圓周強(qiáng)度，和用外部管襯(130)覆蓋所述干纖維層(120)。
文檔編號(hào)B29C70/08GK101484300SQ200780025192
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者M·M·薩拉瑪 申請(qǐng)人:科諾科菲利浦公司