[发明专利]包含含有高分子量聚乙烯的内部和/或外部聚合物密封护套的水下软质管

说明书

技术领域

本发明涉及用于在深水中运送烃的水下软质管。

用于运送烃的软质管从管的外部到内部包含：

-外部聚合物密封护套，用于保护整个管并且尤其用于防止海水渗透到其厚度中，

-拉伸防护层，

-压力拱，

-内部聚合物密封护套，以及

-任选地，金属构架(carcasse)(图)。

如果所述管包含金属构架，则其被称作粗膛管。如果所述管不包含金属构架，则其被称作滑膛管。通常为了运送烃，优选包含构架的管，而不包含构架的管将适合用于运送水和/或加压水蒸气。

金属构架和压力拱由具有短间距的缠绕的纵向元件构成，并且它们赋予所述管耐受径向力，而拉伸防护层由按照长间距缠绕的金属线构成以分散轴向力的荷载。

构成软质管的各层的性质、数目、尺寸和组织基本上与它们的安装和使用条件相关。所述管除了上述层之外还可包含另外的层。

在本申请中，以短间距缠绕的概念是指按照接近90°、典型地为75°-90°的螺旋角的任何螺旋缠绕。以长间距缠绕的概念本身涵盖了对于防护层来说小于55°、典型地为25°-55°的螺旋角。

这些软质管尤其适合用于运送流体，尤其是在海底的烃，并且这是在大的深度下。更特别地，它们是未粘结类型的并且它们因而被描述于由美国石油协会(American Petroleum Institute(API))出版的标准文献中，API 17J(第3版–2009年1月1日)和API RP 17B(第3版–2002年3月)。

所述软质管可在巨大深度下使用，典型地低至3000米的深度。它们能够运送流体，尤其是烃，其具有典型地达到130℃并且可超过150℃的温度以及可达到1,000巴甚至1,500巴的内部压力。

内部或外部聚合物密封护套的构成材料应当是化学稳定的并且能够机械耐受被运送流体及其特性(组成、温度和压力)。所述材料应当兼具延展性、随时间的强度(通常，所述管应当具有至少20年的寿命)、机械强度、耐热性和耐压性。对于构成被运送流体的化合物来说，所述材料应当尤其是化学惰性的。典型地，被运送烃包含原油、水和加压气体。

各种聚合物材料被用在内部或外部聚合物密封护套中，尤其是交联或未交联的聚乙烯(PE)。该聚乙烯可尤其是高密度聚乙烯(HDPE)。

不过，基于聚乙烯的护套会经历起泡现象。在软质管中，由聚合物材料制成的密封护套用于在压力和温度下运送由原油、水和加压气体构成的流体。在这些使用条件下，该密封护套的聚合物材料吸收石油流体中所含的气体，这取决于它们的化学性质(通过它们的溶解度系数)以及它们中每一种的分压。聚合物的饱和时间，即系统的平衡本身取决于扩散系数并且因而基本上取决于温度。如果软质管中的压力变得降低，则被吸收的气体倾向于从聚合物中被提取出以保持内部和外部浓度之间的平衡。如果平衡的打破非常快，快过气体离开聚合物的扩散速度(就如在生产停止或关机的情况下)，则系统不再处于平衡。气体在聚合物护套中的过饱和导致产生气体浓度和温度梯度，这会产生气体的或多或少显著且突然的膨胀(快速气体减压)，这会产生不可逆的损害，例如出现气泡或裂纹，甚至形成在材料的厚度中不均匀分布的微孔。因而，气泡的出现归因于在护套内可溶性气体的捕获或者归因于所述管的过快减压无法允许气体从护套扩散出。这种起泡现象对于密封护套来说并且因而对于包含其的软质管来说可能是灾难性的，因为这可导致其密封功能的丧失。

典型地，对于与石油流体接触的基于交联或未交联的聚乙烯的密封护套来说观察到起泡现象，所述石油流体包含腐蚀性气体，所述腐蚀性气体在高压(大于200巴)下在大约60℃的温度下(对于未交联聚乙烯而言)以及在90℃的温度下(对于交联聚乙烯而言)会在该护套内扩散。因而，为了确保在200巴的压力下软质管至少20年的寿命，其密封护套由未交联或交联聚乙烯制成的软质管不能在分别大于60℃和90℃的温度下使用。

因而，对于内部或外部聚合物密封护套来说已经开发了聚乙烯的替代性聚合物材料，尤其是：

-聚酰胺(PA)，尤其是聚酰胺11。与聚乙烯不同，聚酰胺具有良好的耐起泡性，以及在与石油流体接触时低的膨胀倾向。对于高压力和温度可升高到110℃的烃运送条件来说通常使用聚酰胺。

另一方面，聚酰胺的缺陷之一是其在水(通常包含于生产原油中)的存在下倾向于水解。当处于高的pH值(pH大于7)和温度下(大约110℃或更高)时，水解是快速的。另一个缺陷是其购货成本，明显高于聚乙烯的购货成本。