NO172006B - Slange eller fleksibelt roer med et indre lekkasjetett deksel - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en slange eller fleksibelt rør med et indre lekasjetett deksel, en armering som omfatter i det minste to par av lag av skrueformet snodde tråder, idet de to lag av det samme par er tildannet av like tråder som er lagt ved samme armeringsvinkel men i motsatt retning, samt et ytre beskyttelsesdeksel.

Foreliggende oppfinnelse vedrører spesielt slanger for transport av fluider under trykk, f.eks. spesielt hydrokarboner som fremskaffes under operasjon av undervannsbrønner.

Søkerens selskap produserer og markedsfører, i større lengder, slike slanger som oppviser gode mekaniske egenskaper, spesielt strekkstyrke, motstand overfor knusing og overfor det indre trykk fra det transporterte fluidum.

Således produserer søkerens selskap slanger som hovedsakelig omfatter et lekasjetett deksel, en armering med en strekkstyrke som vanligvis er tildannet av to kryssede lag, som hvert består av tråder som er anordnet i skrueform rundt slangen med samme dekselvinkel, samtidig som trådene i de to lag er spunnet med motsatte vinkler i forhold til slangeaksen, en trykkbestandig armering som omfatter et eller flere lag av festede strimler eller tildannede tråder som er spunnet med skrueform under en vinkel i nærheten av 90° i forhold til slangeaksen, samt et ytre deksel. Disse slanger er av typen "glatt boring".

De slanger som er av typen "ru boring", omfatter ytterligere, under det interne lekasjetette deksel, en armering med motstand mot knusning og mot yttertrykk, hovedsakelig omfattende en skrueformet vinning med en liten stigning av en eller flere festbare former, spesielt stålstrimler.

I noen tilfeller blir den trykkbestandige armering elimi-nert, og trådene i de to armerte lag blir deretter plassert under likevektsvinkelen, nemlig 55°, i forhold til slange-

aksen. i

t

Ved noen anvendelser, spesielt i det tilfelle hyor slangene som blir benyttet for oppsamling av hydrokarboner som produseres fra undervannsbrønner, må graves ned, dvs. plasseres på bunnen av en grøft som er tildannet i under-vannsbunnen, er det vesentlig å unngå en betydelig aksiell forlengelse av slangen under drift under påvirkning av det indre trykk av det fluidum som transporteres, fordi en slik aksiell forlengelse bevirker en deformasjon av slangen, hvilket innebærer den risiko at slangen kan bringes ut av grøften.

Der er utført forsøk som går ut på at slanger skal utsettes for så liten forelengelse som mulig under drift-under høyt indre trykk.

Således er det i FR-A 2 557 254 omtalt en slange<i>, omfattende en armering med strekkstyrke som består av minst et par av deksellag generelt påført med en dekselvinkel mellom 15 og 45" i forhold til slangeaksen, samt en trykkbestandig armering omfattende et eller flere lag av skrueformede

tråder. Dette dokument gir anvisning på bruken av bestemte

i

forhold mellom stivheten av trådene og de skrueformede lag av trykkbestandig armering samt lagene av tråder som utgjør armeringen med strekkstyrke.

i i

Ved det vanlige tilfelle hvor alle trådene er av samme

i

materiale, f.eks. stål, blir forholdet redusert !til et forhold av tykkelser.

i

Dersom elastisitetmodulene for trådene i de skrUeformede lag og hos trådene i lagene av armering med strekkstyrke er like, oppnår man et høyt tykkelsesforhold (mellom 2,5 og 8) mellom armeringen med strekkstyrke og den trykkbestandige armering, som i vesentlig grad øker den linjære .vekt av slangen og således kostnaden. i

i

Videre er det ikke mulig å oppnå full fordel av driftshastigheten hos armeringsmaskinene, som i praksis er klart større enn driftshastigheten hos en sno-maskin.

Dessuten er det ifølge FR-A 2 464 423 foreslått å bruke en armering bestående av en flerhet av par av kryssede lag av dekseltråder. Imidlertid gir denne publikasjon ingen konstruktiv løsning som sikrer dimensjonen stabilitet, spesielt i akseretningen for slangen under påvirkning av et indre trykk. Videre er det anslått at forekomsten av et eller flere par av lag som er snodd under en vinkel på 90° i forhold til slangeaksen, dvs. der foreligger et tilfelle av snodde tråder med de ulemper som er omtalt ovenfor.

De studier som er utført av søkerens selskap, viser at når en slange blir satt under indre trykk, vil der suksessivt opptre to stadier av aksialdeformasjon.

For det første vil der under en forholdsvis svak økning i trykk, f.eks. opp til 5MPa, observeres en forholdsvis stor aksialdeformasjon som uunngåelig opptrer utifrå forekomsten av fremstillingsmellomrom mellom lagene av armeringstråder og utifrå det forhold at det foreligger deformasjon av de fyllmaterialer som etter valg plasseres mellom armerings-lagene.

Dersom der ikke blir foretatt spesielle konstruktive forholdsregler, vil der da opptre en etterfølgende deformasjonsfase som kan være betydelig når det indre trykk er høyt, noe som er tilfelle ved praktiske anvendelser hvor driftstrykket kan nå verdier på flere titalls MPa.

Oppfinnelsen går ut på å fremskaffe en slange, som ved hjelp av spesielle konstruktive forholdsregler, fremviser bare en svak eller ingen deformasjon under den annen fase av nevnte deformasjon.

Forholdsreglene som foreslås ifølge den foreliggende oppfinnelse, gjør det mulig å fremskaffe slanger som når de settes under trykk, kan fremskaffe en avkortning under den annen deformasjonsfase, idet denne avkortning kan tilføyes en avkortning som allerede oppnås under den første deformasjonsfase og kompenserer totalt eller delvis for en forlengelse som ville opptre under den første deformasjonsfase.

Med andre ord gjør oppfinnelsen det mulig å oppnå slanger hvis dimensjonene variasjoner, spesielt i aksialretningen, kan styres perfekt, for å fremskaffe en viss forlengelse under påtrykk av et høyt indre trykk, dersom en slik forlengelse er tillatt, idet man tar i betraktning bruksbe-tingelser, en dimensjonsstabilitet eller også en styrt avkortning.

Dette formål oppnår man i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved en slange av den innledningsvis angitte art, som er kjennetegnet ved at alle tråder er lagt ved en av to armeringsvinkler, idet den ene er mindre enn 55° (<a>a) mens den annen er større enn 55° (<a>b), samtidig som trådene i det minste ett par av lag oppviser den samme armeringsvinkel aa, slik at:

og trådene i minst ett par av lag oppviser den samme armeringsvinkel cxb, slik at: idet lagene er innrettet til å tilfredsstille relasjonen:

med:

na = antall av par av lag som er armert ved vinkel aa , n^j = antall av par av lag som er dekket ved vinkel ^j, ,

ka^ (og henholdsvis kbj) = stivheten ved aksialfor-lengelse av trådene i hvert par av armeringslag i (og henholdsvis j) armert ved vinkel aa (og henholdsvis ^t,) ,

idet k er definert ved k=T/c

idet T er spenningen hos den tilsvarende tråd og c er den relative forlengelse av tråden,

1'a^ (og henholdsvis l'bj) = gjennomsnittlig verdi av den bredde som okkuperes av tråder, dvs. bredden av tråden målt i tverrsnitt av tråden og i planet tangensielt til den sylinder som fremskaffes ved armeringslaget forøket ved klaringen mellom to suksessive tråder, idet denne bredde er bestemt ved:

idet

Dk er den gjennomsnittlige diameter av laget av tråder, ak er dekselvinkelen,

N^ er antallet av dekseltråder,

Di er innerdiameteren av det første lag av indre armeringstråder,

Dma er gjennomsnittsdiameter av na par av lag armert ved vinkelen cxa,

Dmb er gj ennomsnittsdiameteren av nj-, par av lag armert ved vinkel cxj-,.

For fordelaktig utførelsesformer for slanger i henhold til den foreliggende oppfinnelse, skal forholdet fortrinns-Rpo

vis tilfredsstille relasjonen:

og mer spesielt relasjonen:

dersom det er ønsket i alle tilfeller å oppnå en forkortning av slangen under anvendelse av indre trykk.

Ved en spesiell utførelsesform for oppfinnelsen er der fremskaffet to par armeringstråder, idet verdien Rp da er definert ved følgende relasjon:

Dersom der benyttes flate armeringstråder som ligger inntil hverandre eller tilnærmet ligger inntil hverandre med rektangulære eller flate seksjoner av et eneste linjært elastisk materiale og med tykkelser på trådene for de to indre lag og for de to ytre like lag, respektive, vil slangen i henhold til den foreliggende oppfinnelse være kjennetegnet ved følgende relasjon:

idet Re utgjør forholdet mellom tykkelsen på armeringstrådene som er plassert henholdsvis under vinkler oca og oc^, samtidig som lai og 6-bj utgjør tykkelsene av de respektive lag plassert under vinkler aa og oc^. Fortrinnsvis vil forholdet -Si Rpo tilfredsstille relasjonen: og spesielt:

De lag av armeringstråder som oppviser den mindre dekselvinkel (aa) blir fordelaktig plassert på innsiden i forhold til lagene med armeringstråder som oppviser den større vekselvinkel (ab) for i alle tilfeller å oppnå en avkortning under den første deformasjonsfase.

Som armeringstråder i henhold til oppfinnelsen, er det mulig å bruke tråder av stål eller sammensatte materialer, f.eks. omfattende mineralfibre, f.eks. glass eller karbon, eller organiske fibre, f.eks. aramidfibre som er innlemmet i en matrise av termoplastisk harpiks, f.eks. polyamidharpiks, eller termoherdene plast, f.eks. en epoksyharpiks.

I henhold til oppfinnelsen kan armeringstrådene bestå av enkelttråder eller kabler som er tildannet av ståltråder.

Armeringstrådene kan også bestå av parallelle fibre av plastmateriale, f.eks. polyester omgitt av en kappe eller et deksel.

Plast- eller elastomerdeksler eller -kapper kan plasseres mellom parene av trådlag eller lagene av et par.

Det er mulig i henhold til oppfinnelsen å fremskaffe konstruksjoner både av den glatte boringstype og den ru boringstype.

KORT OMTALE AV TEGNINGSFIGUREN

På den vedføyde tegningsfigur er skjematisk anskueliggjort en slange i henhold til oppfinnelsen.

DETALJERT OMTALE AV UTFØRELSESFORM

På figuren er der vist et ytre beskyttende deksel eller kappe 1 av plastisk eller elastomer materiale, et par lag av armeringstråder 2, 3 som er montert under en vinkel ab, et par av lag av armeringstråder 4, 5 som er montert under en vinkel aa, samt et indre lekasjetett deksel 6 av plastisk eller elastomer materiale. På det viste eksempel av en konstruksjon av typen ru boring, er der ytterligere anordnet en indre armering 7, f.eks. av fastgjort strimmel, som sikrer motstand mot knusing og ytre trykk.

Der vil nå bli omtalt utførelsesformer for slanger i henhold til oppfinnelsen.

Der ble undersøkt fem slanger med egenskaper som er angitt i følgende tabell:

De første fire slanger oppviser en konstruksjon med ru boring, svarende til den som er anskueliggjort på tegningsfiguren.

Eksemplet i henhold til kolonne 5 beskriver også en konstruksjon med ru boring, som på det indre lekasjetette deksel omfatter to par av lag av armeringstråder som er montert under den samme vinkel ota.

Ved eksemplene 1, 2 og 5 er der tilføyet mellomliggende deksler mellom par av lag av armeringstråder.

Armeringstrådene utgjøres av høymotstandsdyktige ståltråder (elastisk grense av størrelsesorden 140 daN/mm<2>) som er flate og hovedsakelig anordnet butt i butt.

Etter at der er påtrykket indre trykk og etter den første deformasjonsfase som hovedsakelig utgjøres av å ta opp spillerommene ved fremskaffelsen, ble der for hver av slangene som ble undersøkt, oppnådd følgende relative lengdevariasjoner ved et indre trykk på 40 MPa.

Slange 1: + 3,8 x 10~<3>

Slange 2: - 3,7 x 10~<3>

Slange 3: - 1,2 x 10~<3>

Slange 4: - 1,8 x IO13

Slange 5: - 1,3 x 10~<3>

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med spesielle utførelsesformer, er det åpenbart innlysende at denne ikke på noen måte er begrenset, og at det er fullt mulig å utføre en flerhet av variasjoner og modifikasjoner av oppfinnelsen uten derved å fravike oppfinnelsens omfang og ånd.

Claims (9)

1. Slange eller fleksibelt rør med et indre lekasjetett deksel (6), en armering (2, 3, 4, 5) som omfatter i det minste to par av lag av skrueformet snodde tråder, idet de to lag av det samme par er tildannet av like tråder som er lagt ved samme armeringsvinkel men i motsatt retning, samt et ytre beskyttelsesdeksel (l), karakterisert ved at alle tråder er lagt ved en av to armeringsvinkler, idet den ene er mindre enn 55° (<a>a) mens ^en annen er større enn 55" (<a>b)/ samtidig som trådene i det minste ett par av lag oppviser den samme armeringsvinkel aa , slik at: og trådene i minst ett par av lag oppviser den samme armeringsvinkel ocb, slik at: idet lagene er innrettet til å tilfredsstille relasjonen: med: na = antall av par av lag som er armert ved vinkel aa , nj-, = antall av par av lag som er dekket ved vinkel ^ , ka^ (og henholdsvis kbj) = stivheten ved aksialfor-lengelse av trådene i hvert par av armeringslag i (og henholdsvis j) armert ved vinkel aa (og henholdsvis ab) , idet k er definert ved k=T/c idet T er spenningen hos den tilsvarende tråd og c er den relative forlengelse av tråden, 1'a^ (og henholdsvis l'bj) = gjennomsnittlig verdi av den bredde som okkuperes av tråder, dvs. bredden av tråden målt i tverrsnitt av tråden og i planet tangensielt til den sylinder som fremskaffes ved armeringslaget forøket ved klaringen mellom to suksessive tråder, idet denne bredde er bestemt ved: idet Dk er den gjennomsnittlige diameter av laget av tråder, ak er dekselvinkelen, Nfc er antallet av dekseltråder, Di er innerdiameteren av det første lag av indre armeringstråder, Dma er gjennomsnittsdiameter av na par av lag armert ved vinkelen aa, Dmb er gjennomsnittsdiameteren av n^ par av lag armert ved vinkel a^.

2. Slange som angitt i krav 1, karakterisert ved følgende relasjon:

3. Slange som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved følgende relasjon:

4. Slange, spesielt i henhold til krav 1, omfattende flate armeringstråder som ligger butt i butt eller tilnærmet butt i butt og har rektangulære eller flate seksjoner av et eneste lineært elastisk materiale, karakterisert ved følgende relasjon: idet Re utgjør forholdet mellom tykkelsene av de armeringstråder som er lagt henholdsvis ved vinkler aa og <oc>j3/ og £ai og £bj utgjør tykkelsene av de respektive lag som er plassert under vinkler aa og o^.

5. Slange som angitt i krav 4, hvor forholdet — RPo txlfredsstiller relasjonen:

6. Slange som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at forholdet £i Rpo tilfredsstiller relasjonen:

7. Slange som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter to par av armeringstråder.

8. Slange som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at lagene med armeringstråder som oppviser den mindre armeringsvinkel aa er plassert på innsiden i forhold til de lag av armeringstråder som oppviser den større armeringsvinkel °- b.

9. Slange som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den ytterligere omfatter under den lekkasjetette armering, en knusnings- og yttertrykkbestandig armering (7) bestående av en skrueformet vikling med en svak stigning med en eller flere innbyrdes låsbare profiler.