NO842144L - Roer for transport av flytende medium ved hoeyt trykk - Google Patents

Description

Rør for transport av flytende medium ved høyt trykk.

Oppfinnelsen angår et rør for transport av flytende medium under høyt innvendig og utvendig trykk, nærmere bestemt et rør av det slag som er angitt i innledningen til patentkrav 1.

Slike rør brukes i stigende grad for formål under vann, hvor rørene utsettes for høye innvendige og utvendige trykk. Veksling i trykkforholdene, f.eks. ved steark reduksjon av det indre trykket, skaper store påkjenninger. Slike trykkendringer kan f.eks. skje ved driftsstans eller ved at gasslommer er innesluttet i væskeformet medium.

Slike rør blir blandt annet brukt for transport av olje, gass , vann mm. på store dyp, f.eks. transport av olje/gass fra brønnhoder til produksjonsplattformer. Med de økende utvinningsdybder blir det stilt stadig større krav til rørkvalitet.

Ei rekke ulike armerte fleksible rør er utviklet og tatt i bruk som undervannsledninger for slike formål. Felles for disse er bruken av en tettende, innvendig membran av en polymer, et system av armeringsviklinger av stålbånd eller -tråder og ei utvendig korrosjons-beskyttende, tett kappe av et polymert materiale. For å kunne beskytte røret mot utvendig hydraulisk trykk, og altså hindre sammenpressing, er disse rørkonstruksjonene ofte forsterket med et viklingslag av profilerte sammen-gripende bånd, enten plassert innvendig i det tettende polymere røret eller umiddelbart utenpå.

En slik rørkonstruksjon er beheftet med flere ulemper. Ved transport av gassholdig jordolje eller natur-gass, kan det diffundere gass gjennom det innvendige polymere rør. Denne"gassen kan ikke unnslippe gjennom den utvendige, tette, korrosjonsbeskyttelsen og det kan derfor bygges opp betydelige trykk i mellomrommet mellom det innvendige røret og kappa. Dette kan forårsake to former for svikt. Enten kan den utvendige kappa sprenges eller det innvendige røret kan knekke sammen i forbindelse med trykk-reduskjon innvendig.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape et rør hvor disse ulempene er unngått og hvor risikoen for sprengning eller sammenklapping ved utilsiktete trykk-forskjeller er redusert til et miniumum og fjernet ved de mest aktuelle bruksformål.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å skape et rør som er enkelt å tilvirke slik at produksjons-kostnadene kan holdes på et moderat nivå. Ifølge oppfinnelsen kan disse formål oppnås og i tillegg enkelte andre fordeler, ved at røret blir utformet i samsvar med den karakteriserende delen av patentkrav 1.

Ved å velge så høy veggtykkelse på den indre rørdelen, som angitt, får røret evne til å motstå relativt langvarige -hydraulisk utvendig overtrykk ved de tempera-turer og trykknivå som er aktuelle, uten at røret knekkes. Oppfinnelsen kan i praksis realiseres på forskjellige måter og med forskjellige detaljer innenfor ramma angitt i patentkrav 1. Slike detaljer og trekk vil gå fram av den etterfølgende beskrivelsen av forskjellige utførelseseksempler og dessuten av patentkravene.

I tegningene er det illustrert eksempler på utførelse av oppfinnelsen, idet : fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en del av rørveggen ved en første utførelsesform,

fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom en del av rørveggen i en andre utførelsesform,

fig. 3 viser i skjematisk perspektivriss snitt gjennom bånd som kan brukes for å danne armering i røret, mens fig. 4 viser et aksialsnitt av en del av rørveggen ved en alternativ utførelsesform med en innleiret støttespiral av metall eller fiberarmert plast.

I fig. 1 er det vist en utførelsesform av et rør med en indre stamme eller rørdel 11 av polyamid som er omgitt av ei vikling 12 av tynne bånd av sjøvannsbestandig, høyfast kobberlegering. Dette er dekket av et viklingslag 13 med balanserte krysslagte viklinger av fiberarmerte bånd av epoksyplast og et overliggende lag 14 av fiberarmerte bånd for opptak av aksielle krefter. Denne sammenstillingen er dekket av en diffusjonsåpen, mekanisk beskyttende kappe 15 som dessuten skal hindre utknekning av aksialarmeringen 14.

Den innvendige rørdel 11 har et høyt forhold mellom godstykkelsen og ytterdiameteren, over ca. %. fortrinnsvis i området 1/10 - 1/5. Dette har vært hovedvirke-midlet for å motstå utvendig overtrykk uten at det skjer noen innknekning av røret.

For å motvirke at den indre rørdelen, som er tilvirket av et forholdsvis mykt materiale, trenger ut i spalten mellom de innerste armeringsbåndene i viklingen 13, er det mellom disse to delene plassert viklingslaget 12. Denne viklingen er lagt slik (se fig. 2) at den vil ha evne til elastisk tøyning som tilsvarer rørets tøyning i aksiell retning under bruk. Bredden og tykkelsen på disse båndene, samt materialkvalitet velges ut i fra de krav som stilles i hvert enkelt brukstilfelle.

Viklingene 13 og 14 kan utformes på forskjellige måter.

Enten kan kreftene opptas av- et visst antall par med kryssende lag med en viklevinkel i forhold til røraksen på 54,74 grader. Et slikt viklemønster gir ét balansert opptak av de kreftene som skylder det innvendige hydrauliske trykket. De to lagene 13 og 14 vil da danne en integrert enhet.

Alternativt .kan det brukes et indre lag med en høy viklevinkel, ca. 80 % } og et ytre lag 14 med en lav viklevinkel, ca. 10 %. Denne utformingen gir også langt bedre mulighet for opptak av aksielle krefter, f.eks. på grunn av strekkpåkjenninger under håndtering og legging av trykkløse rør.

Mellom de ytterpunkter som er beskrevet overfor, finnes det ei lang rekke alternativer av kombinasjoner mellom viklevinkler og sammensetninger.

I fig. 3 er det illustrert hvordan viklingene kan være bygget opp av flere, parallelltløpende, tynne bånd, f.eks. med en materialtykkelse på 0,2 - 0,3 mm, som sammen-limes under påvirkning. Limfugen mellom de enkeltes lag skal i dette tilfelle bare fiksere enkeltbåndene, uten å overføre skjærkrefter av betydning. Ved å vikle med så tynne bånd som 0,2-0,3 mm og først etter bøying av båndene å sammenlime dem til en tykkere og samvirkende enhet, kan man utnytte en større effektiv del av båndenes tøybarhet for kraftopptaking.

Rørets utvendige kappe 15 skal primært hindre skader på de armerende viklingslagene 14 og 13. Den skal videre kunne slippe gjennom gasser som diffunderer ut gjennom den indre rørdelen 11 uten at stort gasstrykk dannes i mellomrommet. Dessuten bør den motvikre groing under bruk i vann. Beskyttelsen må ikke nødvendigvis være tett mot inntrengning av sjøvann eller ferskvann, siden viklingslagene 13 og 14 skal være korrosjonsbestandig. Mekanisk beskyttelse og motstand mot groing kan oppnås ved et viklingslag av kobberlegerte bånd.

Viklingene 13 og 14 må tåle å stå under strekk ved lang tids bruk i kontakt med sjøvann. Et nærliggende materialvalg er en herdplast armert med parallelltliggende, kontinuerlig fibre av glass, aramid e.l. orientert i båndenes lengderetning. Slike bånd kan tilvirkes med høyt fiberinnhold og får høy fasthet og stor E-modul i lengde-retningen selv under statisk og dynamisk langtidspåkjenning i sjøvann.

For å oppnå høy nyttelast,må de bøyespenningene som eventuelt dannes i armeringsviklingene 13 og 14 ved påvikling, holdes så lave som mulig. Dette kan oppnås enten ved bruk av tynne bånd som på forhånd er tilvirket rette i egnet utstyr. Alternativt kan det brukes noe tykkere bånd, som på forhånd er tilvirket med en krumning som omtrent tilsvarer viklingens. Slike bånd må ikke gjøres tykkere enn at de tøyninger som skjer under vikleprosessen holdes på et akseptabelt nivå.

I fig. 4 er det illustrert en alternativ utførelsesform hvor det i den indre rørdelen er innleiret en skruelinjeformet eller ringformet armering 16, f.eks. av rundstål eller fiberarmert epoksyplast. Det kan f.eks. brukes en vanlig stålkvalitet med 5 mm diameter og en spiralstigning på 20 mm. En slik armering vil styrke evnen til å motstå utvendig trykk og hindre sammenklemming av røret, men gir samtidig fleksibilitet i aksiell retning.

Utenpå den indre rørdelen 11 er det viklet en vanntett tape 17. Over denne er det viklet ei kappe 18 som tilsvarer viklinga 12 i fig. 1.

Armeringen er i dette tilfelle delt i en indre tangensial armering 19 viklet med stigning ca. 80° og ei ytre aksialarmering 20 med stigning ca. 20°. Mellom disse er det plassert et tettende lag 21 som tilsvarer kappa 18.

Den indre rørdelen 11 kan tilvirkes ved sentri-fugalstøpning i ei roterende form, idet armeringsspiralen 16 blir innlagt i forma forut for tilførselen av materialet.

Et rør ifølge oppfinnelsen kan brukes for opp-henting av olje fra et brønnhode under vann, det kan brukes for frakt av olje med nedsenkete rørledninger og det kan brukes som vannledning eller kloakkledning som er nedsenket på moderate vanndyp. De forskjellige bruksområdene stiller naturligvis forskjellig krav til bestandighet og styrke. Både sammensetningen og dimensjoneringen av røret kan derfor variere etter bruksområde og trykkforhold.

Røret ifølge oppfinnelsen kan oppta betydelig større trykk enn kjente plastrør med tilsvarende materialforbruk. En videre fordel ved det nye røret er at en ikke er avhengig av stål som armeringsmateriale. På denne måten løser en et betydelig korrosjonsproblem. Dette gjør det igjen mulig å bruke en utvendig beskyttelse som er åpen for gass og væske, slik at det ikke oppstår problem ved oppbygging av gasstrykk i mellomrommet mellom en indre og en ytre rørdel.

En annen viktig fordel ved røret ifølge oppfinnelsen er en vesentlig lavere vekt enn tilsvarende kjente høytrykksrør. Dette fører til at røret kan transporteres flytende på sjøoverflaten og senkes med enkle metoder.

Claims (9)

1. Rør for transport av flytende og/eller gassaktig medium under stort innvendig og/eller utvendig hydraulisk trykk, med en indre rørdel av plast, hvilken er omgitt av armering, karakterisert ved at den indre rørdelen (11) er radialt knekningsstiv og aksielt bøyelig og at den er omgitt av en strekkfast armering (13,14) av korrosjonsbestandig materiale med et omsluttende mekanisk beskyttelseslag.

2. Rør i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den indre rørdelen (11) har en veggtykkelse som ikke underskrider ca. 8 % av. rørets innvendige diameter.

3. Rør i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at armeringen er omgitt av et for hydrokarbonér relativt diffusjonsåpent, lag (15).

4. Rør i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at det mellom den indre rørdelen (11) og armeringen (13,14) er anbragt et viklingslag (12) av et sjøvannsbestandig, fast båndmateriale, som er viklet med en viss overlapning som gir røret en viss fleksibilitet.

5. Rør i samsvar med et av kravene.1-4 karakterisert ved at armeringen består av ett eller flere par viklinger (13,14) som er lagt kryssende i forhold til hverandre.

6. Rør i samsvar med krav 5, karakteris ert ved at viklingene (13,14) har viklekomponenter som er laminert av tynne bånd som er sammenklebet under vikleprosessen.

7. Rør i samsvar med krav 5 eller 6, karakterisert ved at armeringsviklingen består av en dobbelt båndvikling med krysslegging av de to delene, idet den ene delen (13) vikles med en vinkel på ca 80 grader og den andre delen (14) med en vinkel påC3 20 grader i forhold til røraksen.

8. Rør i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at en skruelinjeformet eller ringformet armering av metall eller glassfiberarmert plast i strengform er innleiret i den indre rørdelen (11) slik at stor stivhet oppnås i ringretning, men liten stivhet i lengderetning..

9. Rør i samsvar med et av kravene 1-8, karakterisert ved at et vanntett, diffusjonsåpent sjikt (15 ) er plassert mellom den indre rørdelen (11) og de omsluttende delene, evt. også under det ytre beskyttelses-laget.