混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及石油開采用管材制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說(shuō)是一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于由內(nèi)而外分別設(shè)有以下結(jié)構(gòu)層：金屬內(nèi)骨架層、聚合物內(nèi)襯層、金屬抗壓層、非金屬外骨架層、非金屬拉伸層和外保護(hù)層，其中相鄰的結(jié)構(gòu)層之間分別設(shè)有抗磨層；所述抗磨層采用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬10-30mm，金屬內(nèi)骨架層由S型組件互鎖后形成的金屬帶纏繞制成，厚度范圍為8.00-9.00mm；內(nèi)襯層采用高分子聚合物制成，金屬抗壓層厚度為7.00-8.00mm；非金屬外骨架層由纏繞帶交叉纏繞制成；本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠有效增強(qiáng)管體強(qiáng)度，進(jìn)而提高管體抗壓、抗拉能力，降低管道自身重量。
【專利說(shuō)明】混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油開采用管材制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說(shuō)是一種能夠有效提高管體抗壓、抗拉能力并能降低管道自身重量的特別適用于石油天然氣工業(yè)用的混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，石油及天然氣開發(fā)過(guò)程中對(duì)輸送油/氣的管道需求大大增加，現(xiàn)有的油/氣管道根據(jù)特性可以分為鋼制管道和柔性管道，由于柔性管道具有能夠適應(yīng)不同的輸送環(huán)境、抵抗變形力、抗腐蝕、可回收、安裝方便等特點(diǎn)，在油氣開采過(guò)程中被廣泛用作輸送管、立管、懸跨管等。
[0003]當(dāng)柔性管應(yīng)用于油井的采注作業(yè)時(shí)，由于采注的油井深達(dá)數(shù)千米，用作采注管的柔性管除了要克服自身重力外還要承受外接設(shè)備對(duì)其施加的牽引力，同時(shí)還需要承受較大的壓力、拉力，因此管材本身重量不宜過(guò)重，現(xiàn)有的柔性管具由多層結(jié)構(gòu)復(fù)合組成，如文獻(xiàn)CN102889437A所公開的一種柔性復(fù)合油管，由內(nèi)而外依次設(shè)有高分子內(nèi)管層、用于抵抗內(nèi)壓的抗壓層、用于抵抗外界拉力的抗拉層、用于固定抗拉層的固定層以及高分子外管層，其中抗壓層為纖維編織層，根據(jù)使用需要可以設(shè)有2-4層單層纖維編織層，抗拉層為采用滌綸纖維、尼龍纖維、玻璃纖維、聚乙烯限位、芳綸纖維、玄武巖纖維、聚酯纖維和碳纖維中的一種或幾種制成的沿高分子內(nèi)管層的延伸方向平行布置的纖維層。
[0004]上述現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)，(I)柔性管整體強(qiáng)度不足，在使用過(guò)程中容易發(fā)生斷裂；(2)采用沿管體延伸方向平行布置的纖維構(gòu)成的抗拉層抗拉力弱；(3)抗壓層的耐壓程度較差，容易在內(nèi)外同時(shí)受力情況下破損。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提出了一種能夠有效提高管體抗壓、抗拉能力并能降低管道自身重量的特別適用于石油天然氣工業(yè)用的混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管。
[0006]本實(shí)用新型可以通過(guò)以下措施達(dá)到:
[0007]—種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于由內(nèi)而外分別設(shè)有以下結(jié)構(gòu)層:金屬內(nèi)骨架層、聚合物內(nèi)襯層、金屬抗壓層、非金屬外骨架層、非金屬拉伸層和外保護(hù)層，其中相鄰的結(jié)構(gòu)層之間分別設(shè)有抗磨層；所述抗磨層采用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30_60mm，抗磨層厚度2_3mm ；
[0008]金屬內(nèi)骨架層由S型組件互鎖后形成的金屬帶纏繞制成，厚度范圍為8.00-9.00mm ；
[0009]內(nèi)襯層采用高分子聚合物制成，管壁厚度為4至20mm ；
[0010]金屬抗壓層由不銹鋼Z型組件互鎖形成的金屬帶纏繞制成，厚度范圍為7.00-8.00 mm ；
[0011]非金屬外骨架層由采用熱塑性/熱固性樹脂和纖維制成的纏繞帶交叉纏繞制成；
[0012]非金屬拉伸層采用聚乙烯和高強(qiáng)度纖維帶纏繞制成；
[0013]外保護(hù)層采用高分子聚合物管。
[0014]本實(shí)用新型中金屬內(nèi)骨架層采用由S形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向(管體延伸方向)纏繞角度為85-90度，纏繞制成，所述S形組件設(shè)有連接段，連接段的前端和后端分別設(shè)有一個(gè)U型彎頭，其中U型彎頭的末端可以設(shè)有鎖緊凸起，使兩個(gè)相鄰的S形組件互鎖時(shí)不易滑脫。
[0015]本實(shí)用新型中金屬抗壓層采用由Z形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向呈纏繞角度為85-90度，纏繞制成，所述Z形組件的兩個(gè)末端均設(shè)有用于鉤掛相鄰的Z形組件的鉤掛凸起。
[0016]本實(shí)用新型所述非金屬外骨架層，作用為抵抗外骨架層以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-80°，纏繞帶帶寬可以為30mm。
[0017]本實(shí)用新型所述非金屬拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶，按螺旋式纏繞制成，纏繞的層合角為30°至60°，高強(qiáng)度纖維帶寬度范圍為30-60mm ;所述拉伸層包括內(nèi)拉伸層和外拉伸層，其中內(nèi)拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶按50° -60°交叉纏繞而成，高強(qiáng)度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層采用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為30°至60°，內(nèi)拉伸層和外拉伸層分別設(shè)有偶數(shù)層由纏繞帶纏繞的纖維層，可以是2層4、6層，優(yōu)選4層，每2層為一組，每組中第一層以50-60度角纏繞，第二層采用120-130度角纏繞。
[0018]本實(shí)用新型中用于纏繞制成拉伸層的高強(qiáng)度纖維帶可以選用以下幾種材料中的一種或幾種，玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、樹脂纖維、聚乙烯基酮，聚乙烯醚，乙酸乙烯酯，混合型環(huán)氧乙烯基酯，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基芳族、丙烯酸類聚合物，丙烯酸共聚物，聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯腈。
[0019]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠有效增強(qiáng)管體強(qiáng)度，進(jìn)而提高管體抗壓、抗拉能力，降低管道自身重量。
[0020]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0021]附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖2是本實(shí)用新型中金屬內(nèi)骨架層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖3是本實(shí)用新型中金屬抗壓層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記:金屬內(nèi)骨架層1、聚合物內(nèi)襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5、外保護(hù)層6、抗磨層7、S形組件8、Z形組件9、連接段10、U型彎頭11、鎖緊凸起12、鉤掛凸起13。
[0025]【具體實(shí)施方式】:
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]如附圖1所示，本實(shí)用新型提出了一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于由內(nèi)而外分別設(shè)有以下結(jié)構(gòu)層:金屬內(nèi)骨架層1、聚合物內(nèi)襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護(hù)層6，其中相鄰的結(jié)構(gòu)層之間分別設(shè)有抗磨層7 ;所述抗磨層7采用尼龍纖維帶以45度角纏繞,帶寬30-60mm,抗磨層7的厚度為2_3mm ;金屬內(nèi)骨架層I由S型組件8互鎖后形成的金屬帶纏繞制成，厚度范圍為8.00-9.00 mm ;聚合物內(nèi)襯層2采用高分子聚合物制成，管壁厚度為4至20mm ;金屬抗壓層3由不銹鋼Z型組件9互鎖形成的金屬帶纏繞制成，厚度范圍為7.00-8.00 mm ;非金屬外骨架層4由采用熱塑性/熱固性樹脂和纖維制成的纏繞帶交叉纏繞制成；非金屬拉伸層5采用聚乙烯和高強(qiáng)度纖維帶纏繞制成；
[0028]外保護(hù)層6采用高分子聚合物管。
[0029]如附圖2所示，本實(shí)用新型中金屬內(nèi)骨架層I采用由S形組件8互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向(管體延伸方向)纏繞角度為85-90度，纏繞制成，所述S形組件8設(shè)有連接段10，連接段10的前端和后端分別設(shè)有一個(gè)U型彎頭11，其中U型彎頭11的末端可以設(shè)有鎖緊凸起12，使兩個(gè)相鄰的S形組件8互鎖時(shí)不易滑脫。
[0030]如附圖3所示，本實(shí)用新型中金屬抗壓層3采用由Z形組件9互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向呈纏繞角度為85-90度，纏繞制成，所述Z形組件9的兩個(gè)末端均設(shè)有用于鉤掛相鄰的Z形組件9的鉤掛凸起13。
[0031]本實(shí)用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-80°，纏繞帶帶寬可以為30mm。
[0032]本實(shí)用新型所述非金屬拉伸層5采用高強(qiáng)度纖維帶，按螺旋式纏繞制成，纏繞的層合角為30°至60°，高強(qiáng)度纖維帶寬度范圍為10-30mm;所述拉伸層包括內(nèi)拉伸層和外拉伸層，其中內(nèi)拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶按50° -60°交叉纏繞而成，高強(qiáng)度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層采用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為30°至60°，內(nèi)拉伸層和外拉伸層分別設(shè)有偶數(shù)層由纏繞帶纏繞的纖維層，可以是2層4、6層，優(yōu)選4層，每2層為一組，每組中第一層以50-60度角纏繞，第二層采用120-130度角纏繞。
[0033]本實(shí)用新型中用于纏繞制成拉伸層的高強(qiáng)度纖維帶可以選用以下幾種材料中的一種或幾種，玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、樹脂纖維、聚乙烯基酮，聚乙烯醚，乙酸乙烯酯，混合型環(huán)氧乙烯基酯，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基芳族、丙烯酸類聚合物，丙烯酸共聚物，聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯腈。
[0034]實(shí)施例1:
[0035]一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，金屬內(nèi)骨架層1、聚合物內(nèi)襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護(hù)層6，其中相鄰的結(jié)構(gòu)層之間分別設(shè)有抗磨層7 ;所述抗磨層7采用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm，抗磨層7的厚度為2-3mm ;所述骨架層I采用金屬絲按互鎖結(jié)構(gòu)制成，金屬絲線徑為3.2mm,骨架層I厚度為8.5 mm,
[0036]所述金屬抗壓層3采用不銹鋼互鎖結(jié)構(gòu),厚度為7.5 mm,
[0037]所述非金屬拉伸層5采用聚乙烯和高強(qiáng)度纖維帶，按螺旋式纏繞制成，纏繞的層合角為48°，高強(qiáng)度纖維帶寬度為15mm,非金屬拉伸層5包括內(nèi)拉伸層和外拉伸層,其中內(nèi)拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶按60°交叉纏繞而成，高強(qiáng)度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層采用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為60° ;
[0038]本實(shí)用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為55°，纏繞帶帶寬為30mm ；
[0039]外保護(hù)層6采用高分子聚合物管,管壁厚度5mm ；
[0040]與傳統(tǒng)柔性管相比，上述對(duì)比，抗拉強(qiáng)度提高60%，抗壓性能提高65%。。
[0041]實(shí)施例2:
[0042]一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，金屬內(nèi)骨架層1、聚合物內(nèi)襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護(hù)層6，其中相鄰的結(jié)構(gòu)層之間分別設(shè)有抗磨層7 ;所述抗磨層7采用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm，抗磨層7的厚度為2-3mm ;所述金屬內(nèi)骨架層I采用金屬絲按互鎖結(jié)構(gòu)制成，金屬絲線徑為3.5mm，金屬內(nèi)骨架層I厚度為8.8 mm,
[0043]所述金屬抗壓層4采用不銹鋼互鎖結(jié)構(gòu)，厚度為7.6 mm,
[0044]所述非金屬拉伸層5采用聚乙烯和高強(qiáng)度纖維帶，按螺旋式纏繞制成，纏繞的層合角為42°，設(shè)有內(nèi)拉伸層和外拉伸層，其中內(nèi)拉伸層設(shè)有由纏繞帶纏繞的4層纖維層，夕卜拉伸層設(shè)有由纏繞帶纏繞的2層纖維層，高強(qiáng)度纖維帶寬度為18mm ；
[0045]本實(shí)用新型所述非金屬拉伸層5包括內(nèi)拉伸層和外拉伸層，其中內(nèi)拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶按55°交叉纏繞而成，高強(qiáng)度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層采用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為55° ;
[0046]本實(shí)用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為58°，纏繞帶帶寬為30mm ；
[0047]外保護(hù)層6采用高分子聚合物管，管壁厚度8mm ；
[0048]與傳統(tǒng)柔性管相比，上述對(duì)比，抗拉強(qiáng)度提高60%，抗壓性能提高65%。。
[0049]實(shí)施例3:
[0050]本實(shí)用新型提出一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，金屬內(nèi)骨架層1、聚合物內(nèi)襯層2、金屬抗壓層3、非金屬外骨架層4、非金屬拉伸層5和外保護(hù)層6，其中相鄰的結(jié)構(gòu)層之間分別設(shè)有抗磨層7 ;所述抗磨層7采用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm，抗磨層7的厚度為2-3mm ;所述金屬內(nèi)骨架層I采用金屬絲按互鎖結(jié)構(gòu)制成，金屬內(nèi)骨架層I由采用金屬絲制成的S型組件7按互鎖結(jié)構(gòu)制成，金屬絲線徑范圍為3.6mm,骨架層厚度范圍為
8.8 mm,
[0051]所述抗壓層采用不銹鋼互鎖結(jié)構(gòu)，厚度范圍為7.8 mm,
[0052]所述拉伸層采用聚乙烯和高強(qiáng)度纖維帶，按螺旋式纏繞制成，纏繞的層合角為36°，高強(qiáng)度纖維帶寬度范圍為22mm。
[0053]本實(shí)用新型所述非金屬拉伸層5包括內(nèi)拉伸層和外拉伸層，其中內(nèi)拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶按50°交叉纏繞而成，高強(qiáng)度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層采用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為50°。
[0054]本實(shí)用新型所述非金屬外骨架層4，作用為抵抗外骨架層4以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為55°，纏繞帶帶寬為30mm ；
[0055]外保護(hù)層6采用高分子聚合物管,管壁厚度5mm ；
[0056]與傳統(tǒng)柔性管相比，上述對(duì)比，抗拉強(qiáng)度提高80%以上，抗壓性能提高80%以上。
[0057]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠有效增強(qiáng)管體強(qiáng)度，進(jìn)而提高管體抗壓、抗拉能力，降低管道自身重量。
【權(quán)利要求】
1.一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于由內(nèi)而外分別設(shè)有以下結(jié)構(gòu)層:金屬內(nèi)骨架層、聚合物內(nèi)襯層、金屬抗壓層、非金屬外骨架層、非金屬拉伸層和外保護(hù)層，其中相鄰的結(jié)構(gòu)層之間分別設(shè)有抗磨層；所述抗磨層采用尼龍纖維帶以45度角纏繞，帶寬30-60mm,抗磨層厚度2_3_ ;金屬內(nèi)骨架層由S型組件互鎖后形成的金屬帶纏繞制成,厚度范圍為8.00-9.00 mm ;內(nèi)襯層采用高分子聚合物制成,管壁厚度為4至20_ ;金屬抗壓層由不銹鋼Z型組件互鎖形成的金屬帶纏繞制成，厚度范圍為7.00-8.00 mm ;非金屬外骨架層由采用熱塑性/熱固性樹脂和纖維制成的纏繞帶交叉纏繞制成； 非金屬拉伸層采用聚乙烯和高強(qiáng)度纖維帶纏繞制成；外保護(hù)層采用高分子聚合物管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于金屬內(nèi)骨架層采用由S形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向纏繞角度為85-90度，纏繞制成，所述S形組件設(shè)有連接段，連接段的前端和后端分別設(shè)有一個(gè)U型彎頭，其中U型彎頭的末端設(shè)有鎖緊凸起，使兩個(gè)相鄰的S形組件互鎖時(shí)不易滑脫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于金屬抗壓層采用由Z形組件互鎖連接組成的金屬帶，按與軸向呈纏繞角度為85-90度，纏繞制成，所述Z形組件的兩個(gè)末端均設(shè)有用于鉤掛相鄰的Z形組件的鉤掛凸起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于所述非金屬外骨架層，作用為抵抗外骨架層以外的外部壓力，支撐拉伸層的徑向荷載，由熱塑性/熱固性樹脂和纖維交叉纏繞而成，纏繞角度為50-80°，纏繞帶帶寬為30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于所述非金屬拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶，按螺旋式纏繞制成，纏繞的層合角為30°至60°，高強(qiáng)度纖維帶寬度范圍為10-30_;所述拉伸層包括內(nèi)拉伸層和外拉伸層，其中內(nèi)拉伸層采用高強(qiáng)度纖維帶按50° -60°交叉纏繞而成，高強(qiáng)度纖維帶選用樹脂纖維纏繞帶；外拉伸層采用樹脂纖維和玻璃纖維混合纏繞而成，纏繞的層合角為30°至60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于內(nèi)拉伸層和外拉伸層分別設(shè)有偶數(shù)層由纏繞帶纏繞的纖維層，每2層為一組，每組中第一層以50-60度角纏繞，第二層采用120-130度角纏繞。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的一種混合材料增強(qiáng)型非粘結(jié)柔性管，其特征在于用于纏繞制成拉伸層的高強(qiáng)度纖維帶可以選用以下幾種材料中的一種或幾種，玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、樹脂纖維、聚乙烯基酮，聚乙烯醚，乙酸乙烯酯，混合型環(huán)氧乙烯基酯，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基芳族、丙烯酸類聚合物，丙烯酸共聚物，聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯腈。
【文檔編號(hào)】F16L11/04GK203963298SQ201420359068
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】白勇, 王森, 叢日峰 申請(qǐng)人:山東冠通藍(lán)海石油管材有限公司