CN112682586B - 用于浸没在水域内的输送天然气和/或石油流体的柔性管 - Google Patents

Abstract

用于浸没在水域内的输送天然气和/或石油流体的柔性管。本发明涉及用于输送天然气和/或石油流体的柔性管，用于浸没在水域内，柔性管从外向内具有：密封外套，用于限制水域的水进入柔性管内；至少一个外加强结构件，用于加强柔性管以抵抗内部径向力和/或拉力；保护内套(6)；环形空间，由密封外套和保护内套(6)限定，外加强结构件布置在环形空间内；管形内加强结构件(8)，用于加强柔性管以抵抗施加在柔性管上的外部径向力，具有至少一个螺旋形空隙(10)和用于限制天然气和/或石油流体从内部通道流向环形空间的至少一个密封件(11)，密封件(11)呈螺旋状卷绕于至少一个螺旋形空隙(10)内。本发明可减少外加强结构件的腐蚀。

Description

用于浸没在水域内的输送天然气和/或石油流体的柔性管

技术领域

本发明涉及用于在水域内输送天然气和/或石油流体的柔性管的技术领域。

本发明的技术领域尤其涉及非粘合(英文术语为“unbonded”)型柔性管。

背景技术

一般来说，在海底环境输送天然气和/或石油流体的柔性管浸没在深度可能超过3000米的水域内。其尤其有利于在海底设备与海面设备之间载送天然气和/或石油流体。其也可用于连接两个海底设备。一些柔性管还可用于连接两个海面设备。

柔性管的结构在现有技术中广为公知，尤其在美国石油研究所公布的标准文献API RP 17B(Recommended Practice for Flexible Pipe《柔性管的推荐使用》))和API17J(Specification for Unbonded Flexible Pipe《非粘合柔性管的技术规格》)中述及。

柔性管一般由一组叠置的同心层形成。该柔性管被视为“非粘合”型，因为柔性管多层中的至少一层能在柔性管弯曲时相对于相邻层纵向移动。特别是，非粘合柔性管是没有连接形成柔性管各层的粘结材料的柔性管。

柔性管从内向外一般具有通常称为骨架或内骨架的内加强结构件、密封聚合物内套、至少一个外加强结构件、以及密封聚合物外套。

内骨架的主要作用是承接例如与静水压力有关的径向紧压作用力。内骨架用异型金属带以短螺距卷绕以形成彼此间卡扣的螺旋圈而制成。表述“以短螺距”体现了螺旋形盘绕圈的特征，螺旋形盘绕圈具有绝对值为70°至90°之间的螺旋角。内骨架的螺旋角的绝对值一般接近85°。一般来说，金属带截面呈S形。因此，金属带的每个螺旋圈与相邻螺旋圈配合，从而形成内加强结构件的卡扣。

密封聚合物内套更通常地称为“耐压套”(英文术语为“pressure sheath”)或“内套”，是围绕内加强结构件挤压成型的套。其主要作用是使天然气和/或石油流体禁闭在柔性管内部。因此，密封聚合物内套限定用于天然气和/或石油流体流通的内部通道。内套布置在外加强结构件内侧。

外加强结构件用于加强柔性管以抵抗径向力和/或轴向力。柔性管一般具有两个加强结构件。例如，柔性管从内向外具有一耐压铠甲和一些抗拉铠装层。耐压铠甲(英文术语为“pressure armor”)一般由金属型丝以短螺距围绕密封聚合物内套按接合的螺旋圈卷绕而形成。因此，耐压铠甲可承接与柔性管中流通的流体的压力有关的径向力。耐压铠甲具有绝对值一般接近85°的螺旋角。抗拉铠装层的作用是承接施加在柔性管上的拉力。这些抗拉铠装层由以长螺距围绕耐压铠甲卷绕的铠装件形成。表述“以长螺距”体现了螺旋形盘绕的特征，所述螺旋形盘绕具有绝对值小于或等于60°的螺旋角。柔性管一般具有一对或两对交叉的抗拉铠装层，这些层的螺旋角的绝对值通常为20°至60°之间，有利地为25°至55°之间。铠装件通常称为铠装丝，一般由金属材料或复合材料构成。密封聚合物外套通常称为外套，是围绕外加强结构件挤压成型的套。该外套的作用尤其是保护外加强结构件以防腐蚀，当柔性管浸没于水底时尤其如此。

尽管耐压套对于碳氢化合物和其他输送的流体例如水是密封的，但是少量气体可穿过它缓慢散逸，当温度和压力高时尤其如此。这种现象主要涉及小尺寸分子，尤其是气态水、以及二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)和甲烷(CH₄)。因此，当天然气和/或石油流体包含一种或多种所述气体时，一种或多种所述气体可穿过不密封的内骨架，然后穿过耐压套散逸，再积聚到位于耐压套与外套之间的环形空间中。由于环形空间中存在水——水例如可能源于外套意外破裂或者穿过耐压套散逸的气态水的冷凝，这些气体可能造成金属元件腐蚀以及外加强结构件的可能存在的复合材料件的化学老化。外加强结构件的金属元件的腐蚀于是可能导致柔性管过早破裂。

因此有必要提供一种具有有限破裂危险的、用于浸没在水域内的输送天然气和/或石油流体的柔性管。

发明内容

为此，本发明提出一种用于输送天然气和/或石油流体的柔性管，柔性管用于浸没在水域内，所述柔性管从其外向内具有：

-密封外套，用于限制水域的水进入柔性管内，

-至少一个外加强结构件，用于加强柔性管以抵抗内部径向力和/或拉力，

-保护内套，

-环形空间，由密封外套和保护内套限定，外加强结构件布置在环形空间内，

-管形内加强结构件，用于加强柔性管以抵抗施加在柔性管上的外部径向力，管形内加强结构件具有：

-异型带，异型带呈螺旋状卷绕以形成管形内加强结构件，所述异型带的相邻螺旋圈彼此卡扣，所述异型带限定至少一个螺旋形空隙。

本发明的特征在于管形内加强结构件还具有：

-至少一个密封件，用于限制天然气和/或石油流体从内部通道流向环形空间，密封件呈螺旋状卷绕于至少一个螺旋形空隙内。

内加强结构件具有螺旋形间隙，天然气和/或石油流体中含有的气体小分子例如二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)或甲烷(CH₄)又或者气态水分子可能通过这些螺旋形间隙进入、然后穿过密封聚合物内套散逸。根据本发明，密封件封闭这些螺旋形间隙中的至少部分间隙，以阻止天然气和/或石油流体穿透内加强结构件流通。这样，内加强结构件不再允许天然气和/或石油流体通过，从而形成大大限制了可能从柔性管内散逸到环形空间中的气体量的一种密封结构件。因此，借助于本发明，环形空间中存在的腐蚀性气体量保持极少，低于可能引起外加强结构件劣变的阈值。

根据本发明的一种实施方式，异型带的横截面具有：

-第一端部区域，具有下支承自由端、由第一横向连接分支部连接于下支承自由端的上支承分支部，

-第二端部区域，具有下支承分支部、由第二横向连接分支部连接于下支承分支部的上支承自由端，

-中央区域，具有第三横向分支部，第三横向分支部使第一端部区域的上支承分支部连接于第二端部区域的下支承分支部，

并且，第一螺旋圈的第二端部区域的上支承自由端插入相邻螺旋圈的第一端部区域的下支承自由端与上支承分支部之间，以形成管形内加强结构件的卡扣。

内加强结构件的构形可承接外部径向力，通常是与施加在柔性管上的静水压力有关的外部径向力，其可达到300巴，甚至更高。因此，所述卡扣在每个螺旋圈之间形成轴向幅度可改变的一个分离区(déjoint)，从而允许柔性管弯曲。分离区的轴向幅度尤其由每个螺旋圈的第二横向连接分支部加以限定。因此，内加强结构件对于柔性管应用来说是足具柔软性和强度的。

根据本发明的一种实施方式，螺旋形空隙由第一螺旋圈的第二端部区域的下支承分支部以及由相邻螺旋圈的第一端部区域的下支承自由端径向限定，

和/或由第一螺旋圈的第二端部区域的上支承自由端以及由相邻螺旋圈的第一端部区域的下支承自由端径向限定，

和/或由第一螺旋圈的第二端部区域的上支承自由端以及由相邻螺旋圈的第一端部区域的上支承分支部径向限定。

有利地，该实施方式可提高内加强结构件的密封性。实际上，在每个螺旋圈之间，存在通向柔性管内部的一个轴向分离区和通向密封聚合物内套的一个轴向分离区。内外轴向分离区的幅度在柔性管弯曲时发生变化，从而确保柔性管的柔韧性。相反，轴向分离区的幅度变化会使密封件的插入困难，因为密封件要确保足够的密封功能，无法适应轴向分离区的幅度变化。因此，有利地，密封件在其中呈螺旋形卷绕的螺旋形空隙，具有基本上不变的相对于柔性管轴线沿径向的幅度。因此，尽管螺旋圈轴向移动以适应柔性管弯曲，但内加强结构件的密封性都得到保持。

根据本发明的一种实施方式，一螺旋圈的第一端部区域的下支承自由端具有第一区段，第一区段从第一横向连接分支部延伸至第二区段，第二区段具有朝向相邻螺旋圈的第二端部区域的下支承分支部的凹面。

借助于这种凹形，管形内加强结构件的壁的厚度大于或等于异型带厚度的四倍。这提高了内加强结构件抗内外压力的强度。

根据本发明的一种实施方式，螺旋形空隙由一螺旋圈的下支承分支部以及由相邻螺旋圈的下支承自由端的第二区段径向限定。

有利地，该实施方式可确保在内加强结构件内的密封件的稳定性。实际上，下支承自由端的凹面可将密封件机械固定在螺旋形空隙内。另外，在这种构形中，柔性管内存在的压力加强内加强结构件的密封性，因为其将增大密封件与异型带之间的接触压力。因此，在这种构形中，在柔性管内存在的压力作用下，密封件趋向于变形，以增大密封件在螺旋形空隙中所占据的体积，从而也加强内加强结构件的密封性。

根据柔性管的一种实施方式，一螺旋圈的第二端部区域的上支承自由端具有第一区段，第一区段从第二横向连接分支部延伸至第二区段，第二区段具有朝向相邻螺旋圈的第一端部区域的上支承分支部的凹面；并且，螺旋形空隙还由上支承自由端的所述第二区段以及由相邻螺旋圈的第一端部区域的上支承分支部限定。

根据柔性管的一种实施方式，内加强结构件具有多个密封件。

所述多个密封件可填充内加强结构件内的多个间隙。因此，这可加强内加强结构件对输送的天然气和/或石油流体的密封性，从而限制穿过密封聚合物内套散逸的气体小分子例如二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)、甲烷(CH₄)又或气态水的数量。

根据柔性管的一种实施方式，密封件具有椭圆形横截面。

可替换地，根据本发明，密封件具有矩形横截面。

密封件的横截面的不同几何形状可确保内加强结构件的密封性最佳。实际上，这些几何形状适合于空隙的几何形状。

根据柔性管的一种实施方式，密封件的厚度小于或等于异型带的厚度的一半。

对于具有矩形横截面的密封件来说，其厚度有利地小于或等于异型带厚度的一半。螺旋形密封件的厚度越小，气体例如二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)、甲烷(CH₄)又或气态水进入环形空间内的流量就越少。另外，这种厚度可最小化内加强结构件内的螺旋形间隙的径向幅度，从而加强其密封性。

根据柔性管的一种实施方式，密封件具有主体，主体由金属或聚合物材料形成。

例如二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)、甲烷(CH₄)又或气态水的气体小分子的单位长度体积流量(débit volume linéique)在80℃的温度下以及在密封聚合物内套内为40巴的压力下，约为10^-7平方厘米/秒。尤其由金属材料形成的密封件内的单位长度体积流量在80℃的温度和在40巴的压力下，小于10^-7平方厘米/秒。因此，这可显著减少这些气体分子在环形空间内部的数量。

另外，聚合物材料具有很大的柔韧性，这允许不会显著增大内加强结构件的刚度。于是可促使柔性管弯曲而不会降低内加强结构件的密封性。

例如，根据本发明，聚合物材料选自于热塑性塑料或弹性体或热塑性弹性体。

根据柔性管的一种实施方式，所述材料具有填料，填料用于减小密封件与异型带之间的摩擦系数。

根据柔性管的一种实施方式，密封件具有聚合物涂层，聚合物涂层用于加强所述密封件对天然气和/或石油流体的密封性。

根据柔性管的一种实施方式，密封件具有至少一个加强件，用于提高密封件的抗压强度。

根据柔性管的一种实施方式，密封件例如通过胶接被固定于异型带的至少一部分。

密封件化学固定于内加强结构件的异型带的至少一部分，这允许尽管柔性管弯曲时螺旋圈轴向移动，均可使密封件保持在螺旋形空隙中。

附图说明

通过阅读下面参照附图进行的仅作为例子给出的说明，本发明将得到更好理解，附图中：

图1是根据本发明的柔性管的一区段的透视图；

图2是图1所示柔性管的内加强结构件的异型带的一个螺旋圈的沿包含柔性管轴线的平面所作的半剖面图；

图3是图1所示柔性管的内加强结构件和内套的沿包含柔性管轴线的平面所作的半剖面图；

图4A是内加强结构件的与相邻螺旋圈卡扣的一螺旋圈的沿包含柔性管轴线的平面所作的半剖面图，示出螺旋圈之间具有第一内轴向分离区Ji1的第一位置；

图4B类似于图4A，示出螺旋圈之间具有第二内轴向分离区Ji2的第二位置；

图5A是内加强结构件的与相邻螺旋圈卡扣的一螺旋圈的沿包含柔性管轴线的平面所作的半剖面图，其具有呈螺旋形卷绕于螺旋形空隙内的密封件；

图5B至5D类似于图5A，示出一些实施变型；

图6是根据另一实施变型的内加强结构件的沿包含柔性管轴线的平面所作的半剖面图。

具体实施方式

根据本发明的柔性管1例如以透视图示于图1中。

柔性管1用于浸没在水域内，以输送天然气和/或石油流体。

特别是，柔性管1确保在海底装置与海面装置之间、在两个海底装置之间、又或者在两个海面装置之间输送天然气和/或石油流体。海底装置例如是歧管(英文术语为“manifold”)、井口(英文术语为“wellhead”)、或者可连接柔性管的任何其他海底结构。海面装置例如是：固定平台，例如自升式钻井平台(英文术语为“jack-up rig”)；或者活动平台，例如所谓FPSO(英文术语为“Floating Production Storage and Offloading”)的浮式生产、储油、卸油船；或者，可连接柔性管的任何其他海面装置。

柔性管1浸没的水域例如是湖泊、海或洋。水域深度为50米至5000米之间，一般为100米至2500米之间。因此，施加在柔性管1上的静水压力可高达到500巴。

天然气和/或石油流体由多相混合物、由甲烷、二氧化碳、硫化氢和其他气体分子形成的气相、以及可能存在的包括砂的固相形成，其中多相混合物包括由密度可变的饱和和/或不饱和的直链和/或环状的多种含碳化合物和水形成的多个液相。天然气和/或石油流体在井出口的温度一般为50℃至200℃之间，通常为50℃至130℃之间。天然气和/或石油流体的压力高于100巴，高于300巴，高于500巴，或者高于1000巴。本发明尤其适合于以下情况：天然气和/或石油流体的二氧化碳局部压力为50巴至100巴之间、乃至高于100巴，和/或其硫化氢局部压力高于10毫巴、高于100毫巴、乃至高于1巴。

柔性管1具有多个同心的聚合物层、金属层和可能还有复合材料层，这些层围绕轴线A-A’布置。

在下面的说明中，表述“外”指径向上相对更远离柔性管1的轴线A-A’。表述“内”则指径向上相对更接近柔性管1的轴线A-A’。

柔性管1从外向内具有密封外套2、外加强结构件3、内套6和内加强结构件8。

密封外套2用于限制水域的水进入柔性管1内。外套2还可限制柔性管1在例如安装时的磨损。

外套2与水域的水接触。外套2的厚度为5毫米至15毫米之间。例如，外套用聚合物材料制成，聚合物材料例如选自聚烯烃如聚乙烯、或者聚酰胺如聚酰胺11或聚酰胺12。根据另一实施例，外套2的材料是聚对苯二甲酰对苯二胺(poly(p-phénylènetéréphtalamide))。

外套2由管形密封结构挤压成型而制成。根据另一实施例，外套2由带材挤压成型、继而卷绕以形成密封管形结构件而制成。

外加强结构件3用于加强柔性管1以抵抗内部径向力和/或拉力。

外加强结构件3布置在外套2内。

在图1所示的实施例中，柔性管1具有两个外加强结构件3，它们由一对抗拉铠装层4和一耐压铠甲5形成。

所述一对抗拉铠装层4用于加强柔性管1以抵抗尤其与柔性管1的重量有关的拉力。

所述一对抗拉铠装层4由多个铠装件41呈螺旋形卷绕而形成。这些铠装件41以长螺距卷绕，长螺距表征了绝对值为20°至60°之间、有利地为25°至55°之间的螺旋角。为确保所述一对抗拉铠装层4在内外压力作用下平衡，第一抗拉铠装层4的铠装件41以与第二抗拉铠装层4的铠装件41的螺旋角相反的螺旋角卷绕。

铠装件41例如由金属材料形成，金属材料选自于不锈钢、或者含0.1％至0.8％之间的碳的碳钢、或者低合金钢，或者这些材料的混合材料。低合金钢表征每种合金元素的含量小于5％且锰含量小于1％的合金。根据一替换例，铠装件41由一种复合材料形成，该复合材料包含纤维例如碳纤维，纤维埋置在聚合物基体例如环氧树脂中。根据另一种实施方式，聚合物基体选自于例如聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯，又或者聚芳醚酮如聚醚醚酮。复合材料可减轻所述一对抗拉铠装层4的重量，从而减轻柔性管1的总重量。

柔性管1可具有一对或两对抗拉铠装层4。

耐压铠甲5用于加强柔性管1以抵抗尤其是与柔性管1内存在的压力有关的内部径向力。耐压铠甲5布置在抗拉铠装层4对内侧。

耐压铠甲5具有金属型材以短螺距呈螺旋形盘绕的盘绕圈。所谓“短螺距”，是指绝对值为70°至90°之间、有利地为85°的螺旋角。

耐压铠甲5的金属型材的横截面一般呈U形、T形、K形、Z形或I形。

根据压力和温度条件，柔性管1可以没有耐压铠甲5。

另外，柔性管1具有保护内套6。

内套6布置在加强结构件3内侧。内套6尤其布置在耐压铠甲5内侧。在内加强结构件8失去密封性的情况，内套6给予柔性管1保护。内套6还构成具有光滑表面的支承件，光滑表面上形成外加强结构件3。实际上，内加强结构件8一般具有不规则表面，不规则表面可能降低外加强结构件3抵抗径向和/或轴向力的强度。

内套6由聚合物材料形成。内套6的聚合物材料选自于聚烯烃例如聚乙烯或聚丙烯、聚酰胺例如聚酰胺11或聚酰胺12、含氟聚合物例如聚偏氟乙烯(polyfluorure devinylidène)、聚芳醚酮如聚醚醚酮。

根据另一种实施方式，内套6由复合材料形成，复合材料包括埋置在聚合物基体中的加强件。加强件例如是碳纤维，聚合物基体由例如选自下列材料的材料形成：环氧树脂，聚酰胺，聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯，聚芳醚酮例如聚醚醚酮。

内套6例如具有1毫米至20毫米之间的厚度。其一般挤压成型来制成。

外套2和内套6限定环形空间7，外加强结构件3布置在环形空间中。

柔性管1可具有附加的金属和/或聚合物层。例如，柔性管1可具有隔热套，隔热套例如围绕外加强结构件3进行布置。因此，环形空间7可具有多个子环形空间，这些子环形空间由内套6和由附加的聚合物或金属层、和/或由外套2和由附加的聚合物或金属层加以限定。

有利地，根据本发明，在柔性管1弯曲时，外加强结构件3相对于外套2和相对于内套6自由纵向移动。换句话说，外加强结构件3没有粘合材料。柔性管1是非粘合型。

关于外套2、抗拉铠装层4对、耐压铠甲5和可能还有内套6的几何形状、材料、布置和制造，例如可参考由美国石油研究所公布的2014年5月第4版的标准文献API 17J、以及2014年5月第5版的API 17B。

另外，管形内加强结构件8用于加强柔性管1以抵抗外部径向力。

内加强结构件8可限制柔性管1在尤其可高达至500巴的静水压力作用下发生塌陷的危险。内加强结构件8与天然气和/或石油流体接触。

内加强结构件8具有异型带9，其卷绕成螺旋状以形成一种管形结构。

根据本发明，所谓“异型带”，是指其初始横截面通过弯折发生过改变以便获得具有不同几何形状的最终横截面的一种带。异型带9的横截面应理解为沿垂直于柔性管1的轴线A-A’的平面所作的截面。

异型带9的厚度为0.5毫米至3.5毫米之间。

内加强结构件8的壁的厚度例如大于或等于异型带9的厚度的四倍。有利地，内加强结构件8的壁的厚度为异型带9的厚度的四倍至六倍之间。这可提高内加强结构件8抗内外压力的强度。

异型带9以短螺距卷绕成螺旋状。所谓“短螺距”，是指绝对值为70°至90°之间、有利地为85°的螺旋角。

异型带9由耐输送的天然气和/或石油流体的物理化学特性的金属材料形成。

如图3所示，根据本发明，异型带9的相邻螺旋圈彼此卡扣。所谓卡扣，是指异型带9的相邻螺旋圈一起配合，以便一个螺旋圈的轴向移动受到相邻螺旋圈限制。

所述卡扣用于提高内加强结构件8在对柔性管1施加的静水压力作用下和在内部压力作用下的强度。

如图3所示，异型带9的相邻螺旋圈彼此卡扣，限定通向柔性管1内侧的内轴向分离区Ji和通向柔性管1外侧的外轴向分离区Je。布置在内加强结构件8上的内套6趋向于局部蠕变到外轴向分离区Je中。另外，内轴向分离区Ji限定了粗糙的内表面。柔性管1于是在本发明技术领域中称为非光滑通道(英文术语为“rough bore”)式管。

内轴向分离区Ji和外轴向分离区Je确保内加强结构件8的柔韧性。实际上，在柔性管1贮存、安装和工作时，柔性管1经受弯曲作用。内轴向分离区Ji和外轴向分离区Je的幅度允许适应柔性管1的曲率半径。其沿柔性管1的轴线在相邻螺旋圈的两个相邻区域之间测得。

例如，图4A示出在拱背的第一内轴向分离区Ji1，其源于柔性管1的大幅弯曲，即源于柔性管1的小曲率半径。在图4B上，柔性管1比图4A上受较小弯曲作用，从而导致小于Ji1的第二内轴向分离区Ji2。在图4B上，柔性管1的曲率半径大于图4A上柔性管的曲率半径。

另外，异型带9具有S形横截面。

有利地，如图2所示，异型带9的横截面具有第一端部区域12、第二端部区域13和中央区域14。

第一端部区域12具有下支承自由端15、由第一横向连接分支部17连接于下支承自由端15的上支承分支部16。

根据一特别有利的实施例，第一端部区域12的下支承自由端15形成有第一区段22，所述第一区段22从第一横向连接分支部17延伸到第二区段23。第二区段23具有凹面。凹面可增大内加强结构件8的壁的厚度，从而提高其抗内外压力的强度。如图3所示，凹面朝向相邻螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18。有利地，一螺旋圈的第二区段23的自由端承靠到和延伸在相邻螺旋圈的下支承分支部18的至少一部分上(未示出)。这可确保异型带9结构例如在内部或者外部压力作用下的稳定性。

根据另一未示出的实施例，第二区段23的凹面朝向相邻螺旋圈的第一端部区域12的上支承分支部16。

另外，有利地，凹形的第二区段23具有直形顶部，直形顶部的宽度大于或等于第二区段23的宽度的一半。

有利地，第一区段22和上支承分支部16为直形。有利地，上支承分支部16和第一区段22平行于柔性管1的轴线。第一横向连接分支部17有利地是弯曲的。

因此，当螺旋圈没有彼此卡扣时，第一端部区域12形成敞开的第一箱壳。

第二端部区域13具有下支承分支部18、由第二横向连接分支部20连接于下支承分支部18的上支承自由端19。

有利地，下支承分支部18和上支承自由端19为直形。第二横向连接分支部20有利地是弯曲的。

因此，当螺旋圈没有彼此卡扣时，第二端部区域13形成敞开的第二箱壳。

中央区域14具有第三横向连接分支部21，其使第一端部区域12的上支承分支部16连接于第二端部区域13的下支承分支部18。

有利地，第三横向连接分支部21是弯曲的。

如图3所示，有利地，一螺旋圈的第二端部区域13的上支承自由端19，插入在相邻螺旋圈的第一端部区域12的下支承自由端15与上支承分支部16之间，以形成内加强结构件8的卡扣。

因此，一螺旋圈的上支承自由端19插入在相邻螺旋圈的第一端部区域12的第一箱壳中。因此，上支承自由端19和上支承分支部16叠置。因此，在卡扣之后，箱壳的与第一横向连接分支部17相对的侧壁由相邻螺旋圈的第二横向连接分支部20封闭。

另外，如图3所示，异型带9限定至少一个螺旋形空隙10。

根据本发明的螺旋形空隙10限定为由两个相邻螺旋圈的两个相邻区域径向限定的间隙。表述“径向”是相对于柔性管1而言的，意即沿柔性管1的半径。螺旋形空隙10的幅度在两个相邻螺旋圈的两个相邻区域之间径向测得。有利地，螺旋形空隙10的幅度基本上不变，不受柔性管1的曲率半径影响。

螺旋形空隙10由一螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18以及由相邻螺旋圈的第一端部区域12的下支承自由端15径向限定。

根据另一种实施方式，螺旋形空隙10由一螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18以及由相邻螺旋圈的下支承自由端15的第二区段23径向限定。

根据另一种实施方式，螺旋形空隙10由一螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18和由相邻螺旋圈的下支承自由端15的第一区段22径向限定。可替换地，螺旋形空隙10由上支承自由端19的第二区段23和由相邻螺旋圈的第一端部区域12的上支承分支部16径向限定。

根据另一种实施方式，螺旋形空隙10由一螺旋圈的第二端部区域13的上支承自由端19和由相邻螺旋圈的第一端部区域12的下支承自由端15径向限定。

根据另一种实施方式，螺旋形空隙10由一螺旋圈的第二端部区域13的上支承自由端19和由相邻螺旋圈的第一端部区域12的上支承分支部16径向限定。

异型带9可具有多个螺旋形间隙10。螺旋形空隙10的这些实施例可根据所有可行的组合加以采用。

例如，异型带9可具有四个螺旋形间隙10，其中每个螺旋形间隙分别由一螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18以及由相邻螺旋圈的下支承自由端15的第二区段23、由一螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18以及由相邻螺旋圈的下支承自由端15的第一区段22、由一螺旋圈的第二端部区域13的上支承自由端19以及由相邻螺旋圈的第一端部区域12的下支承自由端15、由一螺旋圈的第二端部区域13的上支承自由端19以及由相邻螺旋圈的第一端部区域12的上支承分支部16径向限定。

螺旋形空隙10代表天然气和/或石油流体从柔性管1的内部通道流向内套6的一条路径。在高压和高温下，天然气和/或石油流体中包含的气体分子例如甲烷、二氧化碳、硫化氢以及气态水可能通过内套6散逸，积聚到环形空间7中。环形空间7中二氧化碳的逸度于是一般大于或等于50巴。环形空间7中硫化氢的逸度于是一般为1巴至2巴之间。

这些气体与可能来自外套2破裂或者通过内套6散逸的水冷凝所产生的水相结合，会导致外加强结构件3腐蚀和/或其化学老化，从而引起柔性管1破裂。

为了限制柔性管1的破裂危险，根据本发明，内加强结构件8还具有密封件11，密封件呈螺旋状卷绕于螺旋形空隙10内，用于限制天然气和/或石油流体从内部通道流向环形空间7。

根据图5A所示的实施例，密封件11在由一螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18以及由相邻螺旋圈的下支承自由端15的第二区段23径向限定的螺旋形空隙10内呈螺旋状卷绕。

根据图5B所示的另一实施例，密封件11在由一螺旋圈的第二端部区域13的上支承自由端19以及由相邻螺旋圈的第一端部区域12的下支承自由端15径向限定的螺旋形空隙10中呈螺旋状卷绕。

根据图5C所示的另一实施例，密封件11在由一螺旋圈的第二端部区域13的上支承自由端19以及由相邻螺旋圈的第一端部区域12的上支承分支部16径向限定的螺旋形空隙10中呈螺旋状卷绕。

根据图5D所示的另一实施例，密封件11在由一螺旋圈的第二端部区域13的下支承分支部18以及由相邻螺旋圈的下支承自由端15的第一区段22径向限定的螺旋形空隙10中呈螺旋状卷绕。

本发明可保持加强结构件8对输送的天然气和/或石油流体的密封性，不受柔性管1的曲率半径的影响。实际上，如图4A和4B所示，内轴向分离区Ji随柔性管1的曲率半径变化。根据本发明，密封件11呈螺旋状卷绕于空隙11内，其相对于柔性管1的轴线径向测得的幅度仅显著变化。因此，密封件11以恒定的方式确保其功能。柔性管1于是都适合于静态和动态应用。

为了提高内加强结构件8的密封性，内加强结构件有利地具有多个密封件11。

内加强结构件8例如具有两个至四个之间的密封件11，每个密封件分别在例如前述的螺旋形间隙10中呈螺旋状卷绕。

有利地，内加强结构件8具有四个密封件11，其中每个密封件分别在例如前述的螺旋形间隙10中呈螺旋状卷绕。

有利地，密封件11填充螺旋形空隙10的容积的至少50％。

密封件11具有多边形横截面，例如长方形、正方形、六边形型的横截面。

有利地，密封件11具有矩形横截面。该实施方式尤其适合于由异型带9的横截面的直形分支部限定的螺旋形空隙10的几何形状，从而可提高内加强结构件8的密封性。

优选地，密封件11的横截面的宽度大于或等于上支承分支部16沿轴线A-A’的宽度的一半，或者大于或等于下支承自由端15的第二区段23的顶部的宽度的一半。有利地，密封件11的宽度大于2毫米。优选地，密封件11的厚度大于异型带9的厚度的一半。有利地，密封件11的厚度大于1.5毫米。

可替换地，密封件11具有椭圆形横截面。该截面尤其适合于由一螺旋圈的下支承分支部18以及由相邻螺旋圈的第二区段23径向限定的螺旋形空隙10的几何形状，第二区段23具有朝向下支承分支部18的凹面。因此，密封件11可基本上填充了螺旋形空隙10的整个容积，以提高内加强结构件8的密封性。

可替换地，密封件11具有圆形横截面或适合本发明的任何其他几何形状。

当内加强结构件8具有多个密封件11时，每个密封件11可具有不同的横截面，以适应每个螺旋形空隙10的几何形状。

密封件11具有用一种材料形成的主体。所述材料例如是聚合物或者金属。

主体的金属材料例如选自不锈钢、铜合金、或者具有耐在输送压力和温度条件下输送的天然气和/或石油流体的化学性质的任何其他材料。具有由金属材料形成的主体的密封件11的一个附加优点在于，可在密封件11上测量导电性。这尤其允许在内加强结构件8制成之后检测密封件11可能发生的破裂。

根据一替换例，密封件11的主体的材料由玻璃纤维形成。这还可控制密封件11的完整性。

聚合物材料例如选自热塑性塑料如聚芳基乙二酮(polyaryléthcétone)，尤其是聚醚醚酮。有利地，聚合物材料选自含氟聚合物例如聚偏氟乙烯、聚烯烃例如聚乙烯或聚丙烯、聚酰胺、又或者聚芳硫醚(polyarylenesulfide)、弹性体例如硅酮，氟硅酮、氯丁二烯、丁二烯与丙烯腈共聚物(NBR：英文术语“nitrile butadiene rubber”，即丁腈橡胶)、氯丁二烯橡胶、异丁烯-异戊二烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、或者热塑性弹性体例如热塑性硅酮或者苯乙烯热塑性弹性体。

可替换地，主体由复合或混合材料形成。

有利地，主体的聚合物材料例如选自在20℃下测得的弹性模量大于或等于2500兆帕的聚合物。

主体材料还可具有填料，填料用于减小密封件11与异型带9之间的摩擦系数。填料的材料例如是聚四氟乙烯。

有利地，密封件11包括聚合物涂层，用于提高密封件11对天然气和/或石油流体的密封性。聚合物涂层例如由在20℃下测得的弹性模量小于或等于2000兆帕的材料形成。

优选地，聚合物涂层在40巴的压力和80℃的温度下对硫化氢和/或二氧化碳的透过性，低于密封件11的主体在相同条件下对硫化氢和/或二氧化碳的透过性。

密封件11可具有至少一个加强件，用于提高密封件11的抗压强度。加强件例如插入密封件11的主体内部。加强件例如由金属材料形成，或者由聚对苯二甲酰对苯二胺形成，或者由例如选自聚芳醚酮族例如聚醚醚酮的其他热塑性聚合物形成，或者由复合材料形成。根据一替换例，加强件围绕密封件11进行布置。

金属材料形成的加强件也用于控制密封件11的完整性。实际上，通过测定例如密封件11内部的电信号，可以判别密封件11是否破裂。

根据一替换例或者结合加强件，密封件11具有光导纤维，光导纤维布置在密封件11的主体中。光导纤维例如可控制沿柔性管1的温度。

有利地，金属加强件通电，由焦耳效应产生热能，以解决天然气和/或石油流体的温度降低时会产生的水合物的可能堵塞问题。

根据一种实施方式，密封件11的主体多孔。有利地，主体的孔隙率为0.5％至10％之间。这可便于内加强结构件8的制造，因为异型带9的卡扣不受密封件11存在的限制，其能够变形以允许这种卡扣。

根据一实施例，密封件11固定于异型带9的至少一部分。固定例如通过胶接进行。在压力作用下或者在柔性管1弯曲后，这允许密封件11保持在螺旋形空隙10中。

根据图6所示的一种实施方式，内加强结构件8具有密封树脂24，密封树脂24用于提高内加强结构件8的密封性。密封树脂24例如布置在一螺旋圈的第一箱壳的至少一部分容积中，第一箱壳在侧面由相邻螺旋圈的第二横向连接分支部20加以封闭。有利地，密封树脂24布置在每个螺旋圈的第一箱壳的至少一部分容积中。

密封树脂24例如是环氧或者氰基丙烯酸酯或者硅酮型的树脂。

密封树脂24例如由穿过异型带9制出的注射孔25以液态注入。注射孔25例如穿过相叠置的一螺旋圈的第一端部区域12的上支承分支部16和相邻螺旋圈的上支承自由端19、优选地穿过每个螺旋圈来制出。

有利地，至少一个检查孔(未示出)也穿过异型带9制出。检查孔可控制输入的密封树脂24的量。检查孔是在具有注射孔25的同一螺旋圈上、或者在相邻螺旋圈上穿过异型带9制出的孔。

例如，在异型带9卷绕和卡扣之后，穿过异型带9制出注射孔25以及可能还有检查孔。该实施方式允许沿内加强结构件8定位注射孔25和检查孔。根据另一种实施方式，在异型带9卷绕之前，穿过所述异型带9制出注射孔25和可能还有检查孔。根据另一实施例，在成型金属带以形成异型带9之前，制出注射孔25和可能还有检查孔。

密封树脂24的聚合温度高于或等于10℃，优选地为10℃至35℃之间。

有利地，密封树脂24也封闭注射孔25，以限制天然气和/或石油流体的泄漏路径。

现在来说明用于浸没在水域中的输送天然气和/或石油流体的柔性管1的制造方法。

柔性管1的制造方法包括以下步骤：

(a)将异型带9呈螺旋状卷绕以形成管形内加强结构件8，该管形内加强结构件用于加强柔性管1以抵抗对柔性管1施加的外部径向力，异型带9的相邻螺旋圈彼此卡扣，异型带9限定至少一个螺旋形空隙10，

(b)围绕内加强结构件8提供保护内套6，

(c)围绕聚合物密封内套6提供金属的外加强结构件3，该外加强结构件用于加强柔性管1以抵抗内部径向力和/或拉力，

(d)围绕外加强结构件3提供聚合物密封外套2，聚合物密封外套用于限制水域的水进入柔性管1内，外套2和内套6限定环形空间7，外加强结构件3布置在环形空间中，

步骤(a)还包括以下步骤：将至少一个密封件11呈螺旋状卷绕于螺旋形空隙10内，密封件用于限制天然气和/或石油流体从内部通道流向环形空间7。

例如，将前驱带加载到第一筒管上。

有利地，前驱带具有一个或者多个注射孔25和可选地还有一个或多个检查孔。

将密封件11加载到第二筒管上。

前驱带展开，插入成型机(profileuse)中。前驱带在成型机中弯折以形成异型带9。

然后，异型带9有利地围绕芯轴、以短螺距呈螺旋状卷绕。所谓“短螺距”，是指绝对值为70°至90°之间、有利地为85°的螺旋角。卷绕的异型带9限定螺旋形空隙10。

密封件11展开，与卷绕异型带9同时地将密封件在螺旋形空隙10中螺旋状地卷绕。这便于密封件11插入螺旋形空隙10中。

接着，异型带9的螺旋圈通过围绕芯轴布置的压紧机构卡扣在一起，压紧机构对异型带9的螺旋圈施加按压力。

有利地，在该步骤之后，穿过异型带9制出一个或者一些注射孔25和可能还有一个或者一些检查孔。根据另一种实施方式，所述注射孔25在前驱带插入成型机中之前制出。

围绕内加强结构件8形成内套6。例如，内套6围绕内加强结构件8直接挤压成型。

然后，围绕内套6布置至少一个外加强结构件3。有利地，布置两个外加强结构件3，例如一个耐压铠甲5和然后一对抗拉铠装层4。

例如，加载金属型材到筒管上。然后，展开金属型材，使之围绕内套6以短螺距成螺旋形布置，以形成耐压铠甲5。所谓“短螺距”，是指绝对值为70°至90°之间、有利地为85°的螺旋角。

接着，加载一些铠装件41到多个筒管上，展开铠装件且同时围绕耐压铠甲5以长螺距螺旋形地布置铠装件，以形成抗拉铠装层4对。所谓“长螺距”，是指绝对值为20°至60°之间、有利地为25°至55°之间的螺旋角。

接着，形成外套2。例如，直接围绕抗拉铠装层4对挤压成型外套2。可替换地，挤压成型一些带，然后围绕外加强结构件3卷绕这些带。

因此，在内套6与外套2之间形成环形空间7，环形空间中布置外加强结构件3。

因此，形成断裂危险有限的柔性管。

有利地，根据本发明的内加强结构件8的完整性，通过在一般高于工作压力的压力下注入流体到例如加强结构件8中，来进行检验，所述压力尤其是美国石油研究所的标准文献中确定的压力。

流体例如是液体，例如水或油。根据另一种实施方式，流体是气体，例如压缩空气。

流体可以在内加强结构件8制成之后注入。密封部件则安装于内加强结构件8的端部处。

根据另一实施方式，流体在内套6形成之后注入。根据该实施方式，流体注入到加强结构件8中，或者在内套6与加强结构件8之间的容积中。

根据一种实施方式，内套6与内加强结构件8之间的容积装填有流体例如甲醇或水，以减小柔性管1的内部通道与柔性管1的外部之间的压差。在柔性管1安装到水域中的期间，通过位于柔性管1端头内的与所述容积连通的孔来装填所述容积，或者在柔性管1制造期间装填所述容积。

在柔性管1安装期间由水域的水装填该容积，可能导致内加强结构件8腐蚀。为了限制腐蚀，同时有利于柔性管1的内部通道和外部之间的压力平衡，使水域的水脱盐的装置例如布置在端头中。脱盐装置例如是离子交换器，或者反渗透膜。

Claims (14)

1.一种用于输送天然气和/或石油流体的柔性管（1），柔性管用于浸没在水域内，所述柔性管（1）从其外向内具有：

-密封外套（2），用于限制水域的水进入柔性管（1）内，

-至少一个外加强结构件（3），用于加强柔性管（1）以抵抗内部径向力和/或拉力，

-保护内套（6），

-环形空间（7），由密封外套（2）和保护内套（6）限定，外加强结构件（3）布置在环形空间（7）内，

-管形内加强结构件（8），用于加强柔性管（1）以抵抗施加在柔性管（1）上的外部径向力，管形内加强结构件具有：

-异型带（9），异型带呈螺旋状卷绕以形成管形内加强结构件（8），所述异型带（9）的相邻螺旋圈彼此卡扣，所述异型带（9）限定至少一个螺旋形空隙（10），

管形内加强结构件（8）还具有：

-至少一个密封件（11），用于限制天然气和/或石油流体从内部通道流向环形空间（7），密封件（11）呈螺旋状卷绕于至少一个螺旋形空隙（10）内，

异型带（9）的横截面具有：

-第一端部区域（12），具有下支承自由端（15）、由第一横向连接分支部（17）连接于下支承自由端（15）的上支承分支部（16），

-第二端部区域（13），具有下支承分支部（18）、由第二横向连接分支部（20）连接于下支承分支部（18）的上支承自由端（19），

-中央区域（14），具有第三横向分支部（21），第三横向分支部使第一端部区域（12）的上支承分支部（16）连接于第二端部区域（13）的下支承分支部（18）；

第一螺旋圈的第二端部区域（13）的上支承自由端（19）插入相邻螺旋圈的第一端部区域（12）的下支承自由端（15）与上支承分支部（16）之间，以形成管形内加强结构件（8）的卡扣，

螺旋形空隙（10）由第一螺旋圈的第二端部区域（13）的下支承分支部（18）以及由相邻螺旋圈的第一端部区域（12）的下支承自由端（15）径向限定，

和/或由第一螺旋圈的第二端部区域（13）的上支承自由端（19）以及由相邻螺旋圈的第一端部区域（12）的下支承自由端（15）径向限定，

和/或由第一螺旋圈的第二端部区域（13）的上支承自由端（19）以及由相邻螺旋圈的第一端部区域（12）的上支承分支部（16）径向限定，

其特征在于，密封件（11）具有多边形、椭圆形或圆形横截面，

管形内加强结构件（8）具有密封树脂（24），密封树脂用于提高管形内加强结构件（8）的密封性，密封树脂（24）布置在一螺旋圈的第一箱壳的至少一部分容积中，第一箱壳在侧面由相邻螺旋圈的第二横向连接分支部（20）加以封闭，密封树脂（24）由注射孔（25）以液态注入，注射孔穿过相叠置的一螺旋圈的第一端部区域（12）的上支承分支部（16）和相邻螺旋圈的上支承自由端（19）来制出。

2.根据权利要求1所述的柔性管（1），其特征在于，一螺旋圈的第一端部区域（12）的下支承自由端（15）具有第一区段（22），第一区段从第一横向连接分支部（17）延伸至第二区段（23），第二区段具有朝向相邻螺旋圈的第二端部区域（13）的下支承分支部（18）的凹面。

3.根据权利要求2所述的柔性管，其特征在于，螺旋形空隙（10）由一螺旋圈的下支承分支部（18）以及由相邻螺旋圈的下支承自由端（15）的第二区段（23）径向限定。

4.根据权利要求1所述的柔性管（1），其特征在于，一螺旋圈的第二端部区域（13）的上支承自由端（19）具有第一区段（22），第一区段从第二横向连接分支部（20）延伸至第二区段（23），第二区段具有朝向相邻螺旋圈的第一端部区域（12）的上支承分支部（16）的凹面；并且，螺旋形空隙（10）还由上支承自由端（19）的所述第二区段（23）以及由相邻螺旋圈的第一端部区域（12）的上支承分支部（16）限定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性管（1），其特征在于，管形内加强结构件（8）具有多个密封件（11）。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性管（1），其特征在于，在密封件具有多边形横截面的情况下，密封件（11）具有矩形的横截面。

7.根据权利要求6所述的柔性管（1），其特征在于，密封件（11）的厚度小于或者等于异型带（9）的厚度的一半。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性管（1），其特征在于，密封件（11）具有主体，主体由金属或聚合物材料形成。

9.根据权利要求8所述的柔性管（1），其特征在于，聚合物材料选自于热塑性塑料或弹性体或热塑性弹性体。

10.根据权利要求8所述的柔性管（1），其特征在于，所述金属或聚合物材料具有填料，填料用于减小密封件（11）与异型带（9）之间的摩擦系数。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性管（1），其特征在于，密封件（11）具有聚合物涂层，聚合物涂层用于加强所述密封件（11）对天然气和/或石油流体的密封性。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性管（1），其特征在于，密封件（11）具有至少一个加强件，用于提高密封件（11）的抗压强度。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性管（1），其特征在于，密封件（11）被固定于异型带（9）的至少一部分。

14.根据权利要求13所述的柔性管（1），其特征在于，密封件（11）通过胶接被固定于异型带（9）的至少一部分。