[发明专利]具有拉挤成型元件的高压管材及其生产方法

说明书

高压柔性管材，其包括内衬和缠绕在内衬上并抵靠内衬的带材，其中，带材包括聚合物基质和包埋在聚合物基质中的多个拉挤成型元件，其中，拉挤成型元件各自包括多根被聚合物树脂覆盖的拉长细丝。

技术领域

本发明涉及高压柔性管材以及用于生产高压柔性管材的方法。

背景技术

高压管材用于许多领域，例如，石油天然气，用于将流体从一个位置输送到另一位置。高压管材的实例见述于WO 2017/048117。管材包括周围被增强条螺旋状缠绕的内衬。增强条由包埋在基质主体中的纤维组成。纤维并未附着至周围主体。纤维包括扭结(twist)的细丝，其能够在纤维中相对彼此稍微移位。

用于输送材料的管材的另一实例是US2017/0122467的柔性管状管材。管材具有管状内部压力结构，该内部压力结构包括管状护套和用于承受径向力的压力拱。管材还具有管状外部抗拉结构，该外部抗拉结构具有至少一个抗拉铠装金属线，并且夹条缠绕在抗拉铠装金属线网之上。夹条包括聚合物材料层和多根纤维束，所述纤维是包埋在聚合物材料层中的矿物纤维。夹条是围绕抗张力铠装金属线网缠绕，以便使抗张力铠装金属线保持径向抵着压力拱。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了压力柔性管材，其包括内衬和缠绕在内衬上并支撑内衬的带材。带材包括聚合物基质和多个包埋在基质中的拉挤成型元件。拉挤成型元件各自包括多根被聚合物树脂覆盖的拉长细丝。聚合物基质和聚合物树脂是可区分的，并且可以由不同材料制成。

该设置提供了具有非常牢固增强带材的高压柔性管材。形成带材的基质中的拉挤成型元件产生了非常牢固的带材而无需金属细丝，使得带材不易生锈和腐蚀。通过使用拉挤成型元件提高了带材的强度。使用这些拉挤成型元件的带材可以比包含简单未浸渍碳细丝束的类似带材牢固度高50％-100％。拉挤成型元件中的多根细丝可以变化，但是其范围可以为24000根细丝至100000根细丝或更多。

拉挤成型元件通过拉挤工艺形成，所述拉挤工艺通常包括：以聚合物树脂覆盖拉长细丝，并拉拽通过模具或板以提供恒定的横截面。纤维元件通常展开，施加树脂以浸渍纤维，然后拉拽束通过模具或板。纤维元件通常未扭结以使得树脂可以完全涂覆和/或浸渍纤维，但是一些实施例可以是。覆盖细丝的聚合物树脂还位于细丝之间，并且进一步提高了细丝之间的摩擦。

制备拉挤成型元件的拉挤成型工艺还可以包括聚合物树脂的加热和固化。在固化后，拉挤成型元件的拉伸强度例如可以为相同直径的经涂覆纤维的拉伸强度的两倍。以此方式，更有效地利用细丝的内在强度。通常，拉挤成型元件的直径为0.5毫米至2.5毫米，并且细丝的直径为4微米至100微米。

带材直接抵靠内衬，因此两者之间不存在层。这确保使管材保持高强度且同时是轻质和柔性的。通过抵靠内衬，带材能够为管材提供静水压力强度。

拉挤成型元件可以比聚合物基质硬得多。例如，拉挤成型元件的拉伸模量为至少100GPa，而聚合物基质的拉伸模量可以为0.2GPa至5GPa。拉挤成型元件的拉伸强度可以为至少2000MPa。这允许拉挤成型元件为带材提供强度，但是基质允许带材保持柔性，以便于围绕所有不同尺寸的管材缠绕，并易于运输和存储，例如在绕线管(bobbin)上。

内衬可以包括在内侧、在外侧、和/或在之间的气体阻隔层；例如，箔；以避免或减少气体从管材泄漏到外部。气体阻隔层可以非常薄，约10微米，并且可即便由提供气体阻隔的铝材料制成。或者，其可以包括不同的金属或者甚至气密聚合物。在一些实施方式中，气体阻隔层可以包括聚合物-金属-聚合物三明治结构。内衬完全由聚合物制成、优选由聚乙烯(PE)制成，或者，内衬基本由聚合物和上述气体阻隔层制成，其中，可以在气体阻隔层的单侧或两侧径向地提供聚合物，即在内衬的内表面处、内衬的外表面处、或在两个聚合物层之间的径向中间具有气体阻隔层。内衬的至少径向外部(即，与带材接触的部分)可以由聚合物制成。因此，除了非常薄的连续气体阻隔层之外，内衬可以不含金属。内衬不含任何承压增强元件，以保持管材轻便和柔软。承压的作用由带材层承担。