技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于高壓力或高壓力/高溫度應(yīng)用的柔性管子或軟管，并且特別地，雖然不是排他地，涉及在管子或軟管和金屬耦合構(gòu)件之間的密封的連接部的構(gòu)建。在本發(fā)明的一個實施方案中，加強(qiáng)工具被結(jié)合入柔性管子或軟管的內(nèi)襯墊中。本發(fā)明的柔性管子或軟管主要地意圖適合于烴類液體或氣體和/或水的運(yùn)輸。還公開了用于制造具有上文提到的特征的柔性管子或軟管的方法。雖然術(shù)語“管子”和“軟管”在本發(fā)明的公開內(nèi)容全文中被大體上同步地使用，但是管子可以被理解為是比軟管相對地較不柔性的，如果上下文如此允許的話。

發(fā)明背景

柔性管子或軟管在油氣開采的領(lǐng)域中在在岸和離岸應(yīng)用二者中使用，主要地用于流體和氣體的運(yùn)輸。術(shù)語“柔性”將被理解為排除實質(zhì)上剛性的構(gòu)造，例如鋼管子。柔性管子或軟管典型地被用于把被加壓的高溫度原油和氣體從基于海床的井口運(yùn)輸至浮式平臺或處理設(shè)施。然而，它們同樣地適合于攜帶寬的范圍的目的在于增強(qiáng)或保持生產(chǎn)量的注射或服務(wù)流體。因此，柔性管子軟管被暴露于內(nèi)部和外部壓力和溫度二者的寬的變化。

典型的管子或軟管壓力和溫度額定值在例如美國石油組織(API)標(biāo)準(zhǔn)7K，第5版，2010年6月，名稱為‘Drilling andWell Servicing Equipment’中公開(見段落9.6.1、9.6.3.1和表格9)。另外的關(guān)于在柔性管子或軟管(典型地具有3"和更高的直徑)中經(jīng)歷的壓力和/或溫度條件的指導(dǎo)可以在API標(biāo)準(zhǔn)，16C(見表格3.4.1、3.4.2、3.4.3和3.5.2.1)，OCIMF，17J和17K中找到。在中等直徑軟管中壓力額定值將典型地是幾百bar(例如具有10至超過100MPa的數(shù)量級)，并且將隨著增加的軟管直徑減少。柔性管子或軟管必須能夠抵抗約-40℃至+132℃的典型的溫度條件，取決于應(yīng)用。

柔性管子可以被分割為兩個類別：粘合的和非粘合的。非粘合的柔性管子典型地包括多個金屬防護(hù)層和聚合物抗磨損/抗摩擦層，由此在至少兩個毗鄰的層之間的一定程度的相對滑移是可能的。即使當(dāng)一個層被內(nèi)嵌在另一個內(nèi)時，非粘合的特征也可能被簡單的拉拔試驗表明，例如將鋼索加強(qiáng)層從其圍繞的聚合物基質(zhì)拉拔出來的拉拔試驗。該試驗是基于‘Standard Test Method for Rubber Property-Adhesion to Steel Cord’(ASTMD2229-85)’的適應(yīng)性修改的版本。

普遍地用于與非粘合的管子相似的應(yīng)用的范圍的粘合的管子排除毗鄰的層之間的任何滑移。粘合的管子采用內(nèi)彈性體的或熱塑性襯墊管子，其有時被在底層的金屬骨架上擠出或被結(jié)合到底層的金屬骨架并且被防護(hù)層圍繞。整個的管子可以被認(rèn)為是被粘合的(涂覆黃銅的或鍍鋅的)金屬線纜或絲和彈性體層的復(fù)合物，如下文提到的，可能包括熱塑性內(nèi)襯墊層。粘合的管子被測試以確保它們能夠抵抗快速的氣體減壓事件，快速的氣體減壓事件可能導(dǎo)致在它們的最內(nèi)的層中的起泡現(xiàn)象。粘合的柔性管子類型可以被用作柔性的升管、裝載軟管或用于開采的軟管(旋轉(zhuǎn)軟管、扼流和節(jié)流軟管、泥和水泥軟管)。

為了避免液體和氣體滲透損失，熱塑性管子或具有熱塑性內(nèi)襯墊的管子經(jīng)常地被采用從而增強(qiáng)其的總體的密封能力。然而，某些流體或氣體可以是非常侵蝕性的并且導(dǎo)致某些聚合物或塑料襯墊的快速的降解，特別是在較高的溫度。為了解決該問題，已知的是采用在管子和/或其的內(nèi)襯墊(如果存在的話)內(nèi)的更化學(xué)地惰性的聚合物類型，例如交聯(lián)聚乙烯(PEX)、聚酰胺11/12(PA11/PA12)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚醚醚酮(PEEK)。雖然這些工程聚合物提供在耐熱性、酸性腐蝕抵抗性、抗裂化行為、低氣體/液體滲透性等等的方面的許多優(yōu)點(diǎn)，但是它們已知是在確保與軟管耦合器的良好的品質(zhì)的密封(即管子至管子或管子至端部接頭連接)上較不有效的。經(jīng)常地，這些襯墊被內(nèi)(不銹鋼)骨架加強(qiáng)。

為了確保管子或其的內(nèi)襯墊和耦合器之間的可靠的密封(即管子至管子或管子至端部接頭連接)，所有的‘泄漏路徑’必須被消除。泄漏路徑是任何允許被加壓的流體或氣體與更低壓力狀態(tài)均衡化的路徑。在管子構(gòu)造內(nèi)在毗鄰的層或材料之間的織物、氣穴(airpocket)、防護(hù)線纜或任何連續(xù)的粘合失效均可以導(dǎo)致這樣的‘泄漏路徑’，導(dǎo)致局部化的氣體/液體積聚，導(dǎo)致起泡以及，最終地，柔性管子的失效。安全的并且有效的密封是對于高壓力高溫度的粘合的管子的基本的安全性要求。據(jù)發(fā)明人所知，粘合的軟管的所有的制造商迄今已經(jīng)采用基于彈性體的密封化合物，例如在GB2329439B(Antal等人)中公開的那個。

彈性體構(gòu)成最柔性的、可變形的并且彈性的三個類別的非金屬的聚合物材料。所有的彈性體的一個行為特性是它們是對氣體和蒸氣固有地可滲透的。當(dāng)被在柔性管子內(nèi)用于高溫度/高壓力應(yīng)用時，溶解的氣體的向彈性體的結(jié)構(gòu)內(nèi)的微空隙中的傳輸使管子在快速的減壓事件期間更易于破裂，即由此當(dāng)管子的外部的壓力被損失時氣泡在微空隙內(nèi)形成。這種類型的管子失效被稱為‘爆炸性減壓’并且導(dǎo)致管子密封和/或內(nèi)襯的嚴(yán)重失效。

在為使‘爆炸性減壓’最小化的努力中，用于高溫度/高壓力應(yīng)用的柔性管子典型地采用內(nèi)熱塑性襯墊以減少液體/氣體滲透的可能性；以及位于熱塑性襯墊徑向地內(nèi)側(cè)的內(nèi)部條狀纏繞的鋼骨架以減少起泡的可能性。雖然這樣的預(yù)防性的措施通常是沿著管子的長度有效的，但是在管子和其的耦合器之間的密封的連接部(即管子至管子或管子至端部接頭連接)是保持經(jīng)受密封壓力的區(qū)域。這樣的壓力來源于機(jī)械地施加的壓縮和/或來源于正在被密封的流體的流體靜壓力的壓縮。

在它們的功能的性質(zhì)的方面，彈性體是軟的，實質(zhì)上彈性的并且實質(zhì)上不可壓縮的。這樣的特征使彈性體適合于作為在管子和其的耦合器的界面處的初級的密封部的使用。彈性體的固有的不可壓縮性意味著高應(yīng)力可以被抵抗，并且高壓力可以被適應(yīng)，當(dāng)彈性體材料被高度地約束時。彈性體的密封部因此是對于高溫度/高壓力應(yīng)用的自動的選擇。然而，彈性體的失效或退化的多個模式被充分地記載，如在健康和安全執(zhí)行局報告第320(2005)號，名稱為：‘Elastomers for fluid containment in offshore oil and gas production:Guidelines and review’(ISBN 0717629694)中的表格1和2中匯總的。在表格1中，“快速氣體減壓或爆炸性減壓(ED)”的失效模式被如下地描述：“當(dāng)外部壓力被損失時，在高壓力條件下被溶解在彈性體中的氣體從溶液出來并且形成在材料中的氣泡。氣泡可以足夠地生長以導(dǎo)致材料(例如密封部)的或界面(例如軟管中的襯墊和毗鄰的層之間的)的斷裂。

考慮到彈性體的失效或惡化的已知的模式，上文僅描述了其中的一個，本發(fā)明的發(fā)明人得出了這樣的結(jié)論：具有對于提供相對于目前的密封性能的可識別的改進(jìn)同時簡化總體的管子構(gòu)造和制造的方法的可選擇的柔性管子安排的需要。特別地，在柔性管子或軟管和任何相關(guān)聯(lián)的耦合器的在更長的時期內(nèi)抵抗惡劣的條件的方面的進(jìn)一步的改進(jìn)將是高度地期望的。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種合成聚合物柔性管子，包括：

(i)圍繞柔性管子的端部的防護(hù)層；

(ii)管子耦合器，該管子耦合器被布置在管子的端部處并且圍繞防護(hù)層；

(iii)被管子耦合器的凹陷的部分界定的密封區(qū)域；以及

(iv)被布置在密封區(qū)域中的密封材料；

其中所述管子端部延伸入密封區(qū)域中并且被結(jié)合到密封材料，并且其特征在于密封材料是非彈性體的并且密封材料和柔性管子二者都包含選自包括熱塑性塑料和熱固性塑料的組的同一個類別的合成聚合物。

可選擇地，柔性管子和密封材料中的每個包含半結(jié)晶的熱塑性材料。

在一個實施方案中，密封材料作為可注射的流體或熔融的合成聚合物被提供。

在一個可選擇的實施方案中，密封材料作為固態(tài)的可熔融的密封體被提供。

可選擇地，固態(tài)的可熔融的密封體包括選自包括以下項目的組的一種或多種金屬顆粒：纖維、粗晶粒、碎屑、或細(xì)粉末。

可選擇地，不同的大小的金屬顆粒被分布遍及固態(tài)的可熔融的密封體。

可選擇地，僅柔性管子的內(nèi)襯墊層包含延伸入密封區(qū)域中的半結(jié)晶的熱塑性材料。

可選擇地，加強(qiáng)材料被設(shè)置在內(nèi)襯墊層內(nèi)但是未結(jié)合到其的半結(jié)晶的熱塑性材料。

可選擇地，加強(qiáng)材料被設(shè)置在內(nèi)襯墊層內(nèi)，加強(qiáng)材料借助于粘合性束縛層被完全地結(jié)合到內(nèi)襯墊層的半結(jié)晶的熱塑性材料。

可選擇地，加強(qiáng)材料包括被螺旋地纏繞的鋼索和/或鋼絲。

可選擇地，兩個或兩個以上單獨(dú)的被螺旋地纏繞的鋼索和/或鋼絲被以互鎖方式安排。

可選擇地，加強(qiáng)材料被以纏繞方式以相對于柔性管子的縱向軸線的在25度至85度之間的角度安排在內(nèi)襯墊層內(nèi)。

可選擇地，加強(qiáng)材料包括選自包括以下項目的列表的一種或多種纖維線和/或粗紗：玻璃纖維、碳纖維、UHmwPE(超高分子量聚乙烯)纖維和芳香聚酰胺纖維。

可選擇地，電加熱元件被設(shè)置在內(nèi)襯墊層內(nèi)。

可選擇地，電加熱元件包括選自包括以下項目的列表的一種或多種材料：傳導(dǎo)性的絲、傳導(dǎo)性的電纜、傳導(dǎo)性的織物或傳導(dǎo)性的復(fù)合物。

可選擇地，內(nèi)襯墊層的半結(jié)晶的熱塑性材料通過聚合物至聚合物結(jié)合被直接地結(jié)合到密封材料的半結(jié)晶的熱塑性材料。

可選擇地，密封材料的半結(jié)晶的熱塑性材料通過聚合物至金屬結(jié)合被直接地結(jié)合到管子耦合器。

可選擇地，密封材料的半結(jié)晶的熱塑性材料經(jīng)過中間粘合性束縛層被間接地結(jié)合到內(nèi)襯墊層和/或管子耦合器。

可選擇地，粘合性束縛層也包含半結(jié)晶的熱塑性材料。

可選擇地，內(nèi)襯墊層和/或密封材料的半結(jié)晶的熱塑性材料是聚偏二氟乙烯(PVDF)材料。

可選擇地，內(nèi)襯墊層和/或密封材料的半結(jié)晶的熱塑性材料是交聯(lián)聚乙烯(PEX)材料。

可選擇地，內(nèi)襯墊層和/或密封材料的半結(jié)晶的熱塑性材料是全氟烷氧基(PFA)材料。

可選擇地，管子耦合器由金屬或金屬合金形成。

可選擇地，圓柱形的套筒構(gòu)件在柔性管子的端部處被布置在內(nèi)襯墊下方并且在密封區(qū)域附近與管子耦合器配合以支撐內(nèi)襯墊層的延伸入密封區(qū)域中的一部分。

可選擇地，圓柱形的套筒構(gòu)件的外表面被以相對于管子的中央縱向軸線的銳角傾斜。

可選擇地，內(nèi)襯墊層通過壓接的(crimped)或型鍛的(swaged)連接部被耦合到管子耦合器。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種制造合成聚合物柔性管子的方法，包括以下步驟：

(i)提供包括界定密封區(qū)域的凹陷的部分的管子耦合器；

(ii)提供柔性管子和圍繞管子的防護(hù)層；

(iii)提供用于引入密封區(qū)域中的密封材料；

(iv)把管子耦合器裝配至軟管的端部；以及

(v)在密封區(qū)域內(nèi)分別地在所述管子端部和密封材料之間以及在管子耦合器和密封材料之間建立永久的聚合物至聚合物和聚合物至金屬化學(xué)結(jié)合；

其中密封材料是非彈性體的并且柔性管子的至少一部分和密封材料二者都由選自包括熱塑性塑料和熱固性塑料的組的同一個類別的合成聚合物組成。

可選擇地，方法包括提供在柔性管子內(nèi)的加強(qiáng)工具的另外的步驟。

可選擇地，在把管子耦合器裝配至所述管子端部的步驟之前或之后，支撐構(gòu)件被引入所述管子端部的內(nèi)表面下方。

在一個實施方案中，支撐構(gòu)件在裝配管子耦合器之前被引入從而擴(kuò)展所述管子端部的直徑，一旦管子耦合器被裝配，被擴(kuò)展的部分被支撐在密封區(qū)域附近。

可選擇地，在密封區(qū)域內(nèi)建立永久的化學(xué)結(jié)合的步驟涉及通過經(jīng)過通路的注射來把密封材料引入密封區(qū)域中，該通路把密封區(qū)域聯(lián)接到管子耦合器的外部。

在一個可選擇的實施方案中，在密封區(qū)域內(nèi)建立永久的化學(xué)結(jié)合的步驟涉及通過在把管子耦合器裝配至所述管子端部之前把固態(tài)的可熔融的密封體在管子端部附近安裝至管子上來把密封材料引入密封區(qū)域中。

可選擇地，把管子耦合器裝配至所述管子端部的步驟之后是把支撐構(gòu)件引入所述管子端部的內(nèi)表面下方的步驟，支撐構(gòu)件結(jié)合有熔融密封區(qū)域內(nèi)的固態(tài)的可熔融的密封體的加熱器。

可選擇地，引入支撐構(gòu)件的步驟涉及采用可充氣的支撐構(gòu)件，可充氣的支撐構(gòu)件在永久的化學(xué)結(jié)合被建立時被暫時地充氣緊貼所述管子端部的內(nèi)表面。

可選擇地，引入支撐構(gòu)件的步驟之后是把所述支撐構(gòu)件永久地型鍛緊貼所述管子端部的內(nèi)表面。

可選擇地，在密封區(qū)域內(nèi)熔融固態(tài)的可熔融的密封體的步驟伴隨有施加真空以從密封區(qū)域除去實質(zhì)上所有的空氣的步驟。

可選擇地，提供柔性管子的步驟和提供密封材料的步驟中的每個包括提供包含半結(jié)晶的熱塑性材料的管子和密封材料。

可選擇地，建立永久的化學(xué)結(jié)合的步驟涉及冷卻密封材料。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種彈性體的柔性軟管，包括：

(i)半結(jié)晶的熱塑性內(nèi)襯墊層；

(ii)防護(hù)層，其在柔性軟管的端部處圍繞內(nèi)襯墊層；

(iii)軟管耦合器，其被布置在軟管的端部處并且圍繞防護(hù)層；

(iv)被軟管耦合器的凹陷的部分界定的密封區(qū)域；以及

(v)半結(jié)晶的熱塑性密封材料或交聯(lián)的彈性體的密封材料，其被布置在密封區(qū)域中；

其中內(nèi)襯墊層的一部分在所述軟管端部處延伸入密封區(qū)域中并且被結(jié)合到密封材料，并且其特征在于加強(qiáng)材料被設(shè)置在內(nèi)襯墊層內(nèi)。

可選擇地，加強(qiáng)材料不被結(jié)合到半結(jié)晶的熱塑性材料。

可選擇地，加強(qiáng)材料包括被螺旋地纏繞的鋼索和/或鋼絲。

可選擇地，兩個或兩個以上單獨(dú)的被螺旋地纏繞的鋼索和/或鋼絲被以互鎖方式安排。

可選擇地，加強(qiáng)材料被以纏繞方式以相對于柔性軟管的縱向軸線的在25度至85度之間的角度安排在內(nèi)襯墊層內(nèi)。

可選擇地，加強(qiáng)材料包括選自包括以下項目的列表的一種或多種纖維線和/或粗紗：玻璃纖維、碳纖維、UHmwPE(超高分子量聚乙烯)纖維和芳香聚酰胺纖維。

可選擇地，電加熱元件被設(shè)置在內(nèi)襯墊層內(nèi)。

可選擇地，圓柱形的套筒構(gòu)件在柔性軟管的端部處被布置在內(nèi)襯墊下方并且在密封區(qū)域附近與軟管耦合器配合以支撐內(nèi)襯墊層的延伸入密封區(qū)域中的一部分。

在一個實施方案中，密封材料作為可注射的流體或熔融的合成聚合物被提供。

在一個可選擇的實施方案中，密封材料作為固態(tài)的可熔融的密封體被提供。

可選擇地，固態(tài)的可熔融的密封體包括選自包括以下項目的組的一種或多種金屬顆粒：纖維、粗晶粒、碎屑、或細(xì)粉末。

可選擇地，不同的大小的金屬顆粒被分布遍及固態(tài)的可熔融的密封體。

可選擇地，內(nèi)襯墊層通過壓接的或型鍛的連接部被耦合到軟管耦合器。

可選擇地，柔性軟管的所有的毗鄰的層被部分地或完全地結(jié)合在永久的連接中。

可選擇地，外覆蓋層圍繞防護(hù)層并且包含半結(jié)晶的熱塑性材料。

可選擇地，加強(qiáng)材料被設(shè)置在外覆蓋層內(nèi)。

可選擇地，加強(qiáng)材料包括一種或多種選自包括鋼索、鋼線、纖維線和纖維粗紗的列表的材料。

可選擇地，纖維線或粗紗包括選自包括玻璃纖維、碳纖維、UHmwPE(超高分子量聚乙烯)纖維和芳香聚酰胺纖維的列表的一種或多種纖維。

可選擇地，外覆蓋物內(nèi)的加強(qiáng)材料被以單向的、雙向的或多方向的方式對準(zhǔn)。

可選擇地，外覆蓋層內(nèi)的加強(qiáng)材料被設(shè)置在織物或分層的帶內(nèi)。

可選擇地，不銹鋼互鎖覆蓋層圍繞柔性軟管的外部。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種制造彈性體的柔性軟管的方法，包括以下步驟：

(i)提供包括界定密封區(qū)域的凹陷的部分的軟管耦合器；

(ii)提供軟管和防護(hù)層，所述軟管包括半結(jié)晶的熱塑性內(nèi)襯墊層，所述防護(hù)層在柔性軟管的端部處圍繞內(nèi)襯墊層；

(iii)提供半結(jié)晶的熱塑性密封材料或交聯(lián)的彈性體的密封材料，用于向密封區(qū)域中的引入；

(iv)提供在內(nèi)襯墊層內(nèi)的加強(qiáng)材料；

(v)把管子耦合器裝配至軟管的端部；以及

(vi)在密封區(qū)域內(nèi)分別地在所述軟管端部和密封材料之間以及在軟管耦合器和密封材料之間建立永久的化學(xué)結(jié)合。

可選擇地，在密封區(qū)域內(nèi)建立永久的化學(xué)結(jié)合的步驟涉及通過在把軟管耦合器裝配至所述軟管端部之前把固態(tài)的可熔融的密封體安裝在所述軟管端部附近把密封材料引入密封區(qū)域中。

可選擇地，把軟管耦合器裝配至所述軟管端部的步驟之后是把支撐構(gòu)件引入所述軟管端部的內(nèi)表面下方的步驟，支撐構(gòu)件結(jié)合有熔融密封區(qū)域內(nèi)的固態(tài)的可熔融的密封體的加熱器。

可選擇地，引入支撐構(gòu)件的步驟涉及采用可充氣的支撐構(gòu)件，可充氣的支撐構(gòu)件在永久的化學(xué)結(jié)合被建立時被暫時地充氣緊貼所述軟管端部的內(nèi)表面。

可選擇地，引入支撐構(gòu)件的步驟之后是把其永久地型鍛緊貼所述軟管端部的內(nèi)表面。

可選擇地，熔融密封區(qū)域內(nèi)的固態(tài)的可熔融的密封體的步驟伴隨有施加真空以從密封區(qū)域除去實質(zhì)上所有的空氣的步驟。

詞語“之前是”、“之后是”、“之前”、“之后”的使用不一定意圖意指緊鄰地“之前是”等等，除非文本如此要求。

本發(fā)明的實施方案將現(xiàn)在被描述，僅以例子的方式，參照附圖，在附圖中：

圖1是示出了被裝配在柔性管子或軟管的端部上的管子或軟管耦合器的橫截面示意圖；

圖2a是更詳細(xì)地示出了圖1的密封區(qū)域的橫截面示意圖；

圖2b是示出了被非彈性體的密封材料填充的圖2a的密封區(qū)域的橫截面示意圖；

圖3a是示出了允許更多的機(jī)械夾緊的可選擇的密封區(qū)域的橫截面示意圖；

圖3b是示出了被非彈性體的密封材料填充的圖3a的可選擇的密封區(qū)域的橫截面示意圖；

圖4a是示出了在內(nèi)襯墊內(nèi)的加強(qiáng)部的鋪設(shè)角度的橫截面示意圖；

圖4b是示出了在內(nèi)襯墊內(nèi)的可選擇的鋪設(shè)角度和加熱工具的橫截面示意圖；

圖5是示出了具有可選擇的外加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的被裝配在柔性管子或軟管的端部上的軟管耦合器的橫截面示意圖；

圖6是示出了管子或軟管組成的橫截面示意圖，其中組成層已經(jīng)在用于把管子/軟管耦合器裝配到管子/軟管端部的準(zhǔn)備中被漸進(jìn)地朝向管子/軟管端部剝開；

圖7是示出了具有被安裝到管子或軟管的自由端部的可熔融的密封環(huán)的圖6的管子或軟管組成的橫截面示意圖；

圖8a是示出了被裝配在圖7的可熔融的密封環(huán)的端部上的管子或軟管耦合器的橫截面示意圖；

圖8b是示出了被裝配在可選擇的L形狀的可熔融的密封環(huán)的端部上的管子或軟管耦合器的橫截面示意圖；

圖9是相應(yīng)于圖8a的橫截面示意圖，示出了結(jié)合有感應(yīng)加熱器的支撐構(gòu)件；

圖10是相應(yīng)于圖8a的橫截面示意圖，示出了除去在圖9中示出的支撐構(gòu)件之后的化學(xué)結(jié)合在密封區(qū)域中的建立；

圖11a是更詳細(xì)地示出了圖8a的密封區(qū)域的橫截面示意圖；

圖11b是更詳細(xì)地示出了圖10的密封區(qū)域的橫截面示意圖。

圖12a是更詳細(xì)地示出了在感應(yīng)加熱器的激活之前的圖8b的密封區(qū)域的橫截面示意圖；并且

圖12b是更詳細(xì)地示出了在感應(yīng)加熱器的激活之后的圖8b的密封區(qū)域的橫截面示意圖。

圖1示出了被環(huán)形的軟管耦合器13圍繞的柔性軟管的端部的示意性的橫截面圖。柔性軟管的最內(nèi)的層是半結(jié)晶的聚合物內(nèi)襯墊1，加強(qiáng)材料2被內(nèi)嵌在半結(jié)晶的聚合物內(nèi)襯墊1內(nèi)。在某些實施方案(未示出)中柔性的不銹鋼互鎖部或骨架可以被徑向地布置在內(nèi)襯墊1內(nèi)(即下方)并且被化學(xué)地粘合或壓接于其以形成最內(nèi)的層。

內(nèi)襯墊1可以由任何合適的類型的半結(jié)晶的熱塑性塑料形成，例如從聚烯烴衍生的聚合物。可能的選項包括但是不一定限于：聚丙烯；完全或部分交聯(lián)聚乙烯；聚酰胺例如聚酰胺-聚酰亞胺；聚酰亞胺(PI)(PA6、PA11或PA12)；聚氨酯(PU)；聚脲類；聚酯；聚縮醛；聚醚例如聚醚砜(PES)；多氧化物；多硫化物例如聚苯硫醚(PPS)；聚砜例如聚芳砜(PAS)；聚丙烯酸酯；聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；聚醚醚酮(PEEK)；聚乙烯化合物；聚丙烯腈；聚醚酮酮(PEKK)。另外的選項包括以上物質(zhì)的共聚物例如氟聚合物；例如三氟乙烯(VF3)或四氟乙烯的均聚物或共聚物；包含兩個或兩個以上不同的選自VF2、VF3、氯三氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯或四氟乙烯的成員的共聚物或三元共聚物；包含上文提到的聚合物中的一個或多個和復(fù)合材料的聚合物共混物，例如與加強(qiáng)纖維例如玻璃纖維和/或碳纖維和/或芳綸纖維化合的上文提到的聚合物。對于給定的應(yīng)用的半結(jié)晶的熱塑性塑料的選擇將取決于柔性管子的具體的預(yù)期的服務(wù)條件以及可能地取決于其他的考慮，例如制造的容易性和成本。

內(nèi)襯墊1被加固織物層8圍繞。織物層8(其可以包含橡膠)被鋼套筒7圍繞，鋼套筒7在厚度上朝向柔性軟管的端部增加。鋼套筒7被一個或多個防護(hù)層9圍繞，一個或多個防護(hù)層9包括例如被內(nèi)嵌在橡膠緩沖層10內(nèi)的鋼索、鋼絲或玻璃/碳/芳香聚酰胺纖維線或粗紗的一個或多個被螺旋地纏繞的層。防護(hù)層9和緩沖層10可以被以帶的形式被提供，該帶在一個或多個層中被圍繞內(nèi)襯墊1纏繞。不同的層可以被以不同的纏繞角度纏繞。

如果存在，那么內(nèi)襯墊1內(nèi)的加強(qiáng)材料2可以采取被螺旋地纏繞的鋼索、鋼絲或纖維線或粗紗的形式，具有相對于柔性軟管的縱向軸線100的在25度至85度之間的纏繞角度(見圖4a)。優(yōu)選地，纏繞角度將盡可能地接近于54-55度的中性角。纏繞角度可以根據(jù)具體的要求被調(diào)整。然而，纏繞角度將正常地不小于25度或多于85度以確保受控的彎曲行為。例外地，如果應(yīng)用要求內(nèi)襯墊1是可縮陷的的話，纏繞角度可以是小于25度(見圖4b)。在該特別的情況下內(nèi)嵌的加強(qiáng)層作為用于內(nèi)襯墊1的加固物起作用，把伸長限制于小于內(nèi)襯墊的熱塑性材料的伸長閾值的值。在一個實施方案中，相同加強(qiáng)材料2的一個或多個另外的層可以被以不同的角度纏繞，使相容的熱塑性材料被過度擠出以完全地內(nèi)嵌分別的另外的加強(qiáng)層。

鋼索和/或鋼絲可以被纏繞使得毗鄰的纏繞部是互鎖的。加強(qiáng)材料2可以也包括選自包括以下的列表的纖維線和/或粗紗：玻璃纖維、碳纖維、UHmwPE(超高分子量聚乙烯)纖維(Dyneema)和芳香聚酰胺纖維。將理解，該列表是非排他性的。加強(qiáng)材料可以是由上文提到的材料中的一個或多個組成的紡織編織部或織物。加強(qiáng)材料2可以被以含有上文提到的材料中的一個或多個的帶的形式提供。加強(qiáng)材料2可以使用與內(nèi)襯墊1由其制造的同一個半結(jié)晶的熱塑性材料被過度擠出。優(yōu)選的是，加強(qiáng)材料2可以適應(yīng)由負(fù)載的施加導(dǎo)致的剪切變形，例如在彎曲期間。據(jù)此，加強(qiáng)材料2可選擇地不被結(jié)合到其被內(nèi)嵌在其內(nèi)的內(nèi)襯墊1的熱塑性材料。

熱源可以被結(jié)合入內(nèi)襯墊1中，例如通過把電伴熱層(electric heat tracing layer)加入加強(qiáng)材料2上方和/或下方和/或之間(也在圖4b中示出的)?；镜氖牵划a(chǎn)生的熱被保持充分地低于內(nèi)襯墊1的熱塑性材料的熔點(diǎn)。伴熱元件可以包括單獨(dú)的傳導(dǎo)性的絲或利用加強(qiáng)材料2自身的鋼纜或基于鋼的織物或復(fù)合材料。

環(huán)形的軟管耦合器13的內(nèi)徑從左至右以大體上臺階式的方式增加，如在圖1中察看的。凹陷的部分3被設(shè)置在軟管耦合器13的主體的最鄰近其的最窄的內(nèi)徑的一個端部處。術(shù)語“凹陷的部分”在本文語境中將被理解為定義了界限被軟管耦合器主體、圓柱形的套筒6和柔性軟管的最內(nèi)的層1、8界定的內(nèi)放大直徑空間，即如被圖1和5中的間隔緊密的對角線陰影指示的。

柔性軟管的端部部分被準(zhǔn)備以常規(guī)的方式接收軟管耦合器，例如通過固化和剝開以漸進(jìn)地暴露其的底層的層。圓柱形的內(nèi)套筒6被布置在柔性軟管的端部部分內(nèi)。被內(nèi)套筒6界定的內(nèi)徑被選擇從而實質(zhì)上等于柔性軟管的被其的內(nèi)襯墊1界定的內(nèi)徑。內(nèi)套筒6的外表面朝向縱向軸線100成錐形。隨著內(nèi)套筒6被插入柔性軟管的端部中，其的成錐形的部分接合內(nèi)襯墊1的最內(nèi)的表面。內(nèi)套筒6的向柔性軟管中的漸進(jìn)的插入使內(nèi)襯墊1的內(nèi)徑隨著其被沿著內(nèi)套筒6的成錐形的表面向上推動時擴(kuò)展。

當(dāng)軟管耦合器被裝配在柔性軟管的被擴(kuò)展的端部上時，軟管耦合器13的凹陷的部分3被內(nèi)套筒6部分地封閉。一旦被定位在其的端部上，那么軟管耦合器可以可選擇地被從外側(cè)壓接至柔性軟管上。環(huán)氧樹脂11被經(jīng)過端帽12引入在軟管耦合器主體13的內(nèi)表面和柔性軟管的剝開層之間的區(qū)域中。

一旦軟管耦合器就位，那么內(nèi)套筒6因此把內(nèi)襯墊1的被擴(kuò)展的端部部分以及圍繞的織物層8和鋼套筒7的端部共同地支撐在軟管耦合器主體13的凹陷的部分3內(nèi)。所有的三個層被壓縮(例如通過從內(nèi)側(cè)壓接或型鍛)在內(nèi)套筒6的外表面和軟管耦合器主體13的相對的表面之間，以封閉在凹陷的部分3和柔性軟管的內(nèi)部圓柱形的容積和耦合器主體13之間的路徑的方式。

凹陷的部分3的內(nèi)部容積(在下文被稱為“密封區(qū)域”)的界限被耦合器主體13的內(nèi)壁以及在一個優(yōu)選的實施方案中被內(nèi)套筒6的徑向外表面界定。耦合器主體13的內(nèi)壁的一個表面部分被以相對于柔性軟管的縱向軸線100的銳角傾斜。銳角可以是約45度。柔性軟管的端部部分，即其的內(nèi)襯墊1和織物層8，延伸入密封區(qū)域3中，如在圖2a中更詳細(xì)地示出的。

圖3a和3b示出了可選擇的密封區(qū)域3，其中耦合器主體13的內(nèi)壁和內(nèi)套筒6的徑向外表面被提供鋸齒狀的表面輪廓16。鋸齒16提供在密封區(qū)域3內(nèi)的表面和密封材料15之間的增強(qiáng)的機(jī)械連接。如在圖3b中示出的，鋸齒16的存在可以意味著束縛層14僅需要被施用于在密封區(qū)域3內(nèi)的任何非鋸齒狀的表面。耦合器主體13的內(nèi)壁的在密封區(qū)域3內(nèi)的一個表面部分被以相對于柔性軟管的縱向軸線100的鈍角傾斜。該鈍角可以是約135度。這起作用以增加在密封材料15和耦合器主體13之間的密封粘合部的表面積并且因此進(jìn)一步增強(qiáng)該粘合部。

經(jīng)過軟管耦合器主體13的外部表面的通路被提供以提供經(jīng)過可移除的端帽5的對密封區(qū)域3的接近。在一個實施方案中，非彈性體的密封材料可以使用內(nèi)置的短節(jié)連接器4經(jīng)過通路被引入密封區(qū)域3中。如在圖2b中示出的，密封材料15完全地填充密封區(qū)域3并且可以被固化以分別地在內(nèi)襯墊1的端部部分和密封材料15之間以及在軟管耦合器主體13的表面和密封材料15之間建立永久的聚合物至聚合物和聚合物至金屬的粘合。如在圖2a和3a中最好地示出的，承載彈性體的密封表面22的鋼或合成聚合物環(huán)25被設(shè)置在軟管耦合器主體13的內(nèi)表面和柔性軟管的內(nèi)層1之間。這實現(xiàn)以下的二重的功能：(ii)防止被經(jīng)過端帽12引入的環(huán)氧樹脂進(jìn)入密封區(qū)域；以及(ii)把壓縮力提供至在其和內(nèi)套筒6之間的層(即經(jīng)過內(nèi)襯墊1和加強(qiáng)材料2，如果存在的話)。

對于某些類型的密封材料15，在密封區(qū)域3內(nèi)的分別的表面之間的完全的粘合使在引入密封材料15之前使用束縛層14包覆它們成為必要。束縛層可以使用常規(guī)的靜電涂覆技術(shù)被施用。束縛層的施用可以也增加密封區(qū)域3內(nèi)的連接部的熱絕緣和機(jī)械強(qiáng)度。

在一個實施方案中，密封材料15包括非彈性體的半結(jié)晶的熱塑性材料例如注射級聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基(PFA)或交聯(lián)聚乙烯(PEX)。在一個實施方案中，密封材料15、內(nèi)襯墊1和束縛層14中的每個包含非彈性體的半結(jié)晶的熱塑性材料。理想地，內(nèi)襯墊1、束縛層14和密封材料15由同一種非彈性體的半結(jié)晶的熱塑性材料形成，從而創(chuàng)造在密封區(qū)域15內(nèi)在軟管耦合器主體13和內(nèi)襯墊1之間提供最好的可能的化學(xué)結(jié)合的單一的均質(zhì)的聚合物結(jié)構(gòu)。

均質(zhì)的聚合物結(jié)構(gòu)，例如基于上文討論的PVDF、PFA或PEX材料，在5-10bar的數(shù)量級的壓力差下將是實質(zhì)上液體不能透過的。因此，任何被內(nèi)嵌在內(nèi)襯墊1內(nèi)的加強(qiáng)材料2被保護(hù)不受腐蝕。如果所選擇的聚合物結(jié)構(gòu)由更液體可滲透的熱塑性材料形成那么基于纖維的加強(qiáng)材料2(如上文描述的)可以被利用作為鋼的替代形式。如果基于纖維的材料是非期望的，那么鍍鋅的鋼絲或線纜可以作為保護(hù)抵抗腐蝕的手段被采用。

柔性軟管的所有的毗鄰的層被以本領(lǐng)域中已知的方式永久地化學(xué)地結(jié)合到彼此。然而，在一個優(yōu)選的實施方案中，重要的是所采用的粘合過程不影響柔性軟管的內(nèi)襯墊1內(nèi)的加強(qiáng)材料2的非粘合的特性。例如，熱塑性材料例如PEX可能在加入加強(qiáng)材料2時成為交聯(lián)的。

內(nèi)襯墊1的熱塑性材料被永久地并且完全地化學(xué)地結(jié)合到圍繞的被橡膠包圍的防護(hù)層9、10。因此，內(nèi)襯墊1的熱塑性材料的在彎曲和組合的負(fù)載的施加期間的剪切變形可以被最小化。上文討論的PVDF、PFA或PEX材料具有對于高壓力應(yīng)用足夠的粘合和機(jī)械性質(zhì)。如果更惰性的和耐溫度的材料例如部分地或完全地氟化的熱塑性塑料被采用，那么額外的生產(chǎn)步驟可以被需要以獲得完全的粘合。術(shù)語完全的粘合將被理解為意指在粘合部被破壞之前彈性體橡膠的機(jī)械強(qiáng)度極限或熱塑性層的機(jī)械強(qiáng)度極限被超過。因為在被完全地粘合的管子上的變形和復(fù)合負(fù)載被內(nèi)襯墊1和圍繞的被橡膠包起的防護(hù)層9、10二者承擔(dān)，所以這幫助避免已知的破壞機(jī)理并且提供柔性軟管的顯著的性能改進(jìn)。

圍繞被橡膠包圍的防護(hù)層9、10的柔性軟管的外部層包括抗磨損層17和外覆蓋物18。這些層可以被以帶的形式施用并且可以包含選自上文已經(jīng)描述的類型中的一個或多個的單向的、雙向的或多方向的加強(qiáng)材料。外部層可以使用最終的熱塑性層被過度擠出。例如，以UHmwPE(超高分子量聚乙烯)帶的形式的抗沖擊層19可以被施用以提供額外的抗沖擊性和抗磨損特性?？蛇x擇的安排(在圖8b中示出的)可以采用纖維強(qiáng)化的或混合鋼/纖維織物層26，與帶共同地或代替帶作為抗沖擊層。外部層延伸越過被附接的軟管耦合器的耦合器主體13。

用于柔性軟管的外部層的可選擇的安排被在圖5中示出，其中不銹鋼互鎖部21被應(yīng)用在中間橡膠緩沖層20上方。這種安排在鉆井船或平臺的月形開口區(qū)(moonpool area)內(nèi)可能比在圖1中示出的可選擇的安排更易于遭受損傷。

產(chǎn)生軟管和金屬耦合構(gòu)件之間的密封的連接部的可選擇的方式將現(xiàn)在參照圖6至12b被描述。圖6是示出了軟管的組成層的橫截面示意圖，其實質(zhì)上相似于在圖1和5中圖示的那個。在為以下文描述的方式把軟管耦合器裝配到軟管的準(zhǔn)備中，組成層已經(jīng)被朝向軟管的自由端部(即在圖6的左側(cè))漸進(jìn)地剝開。

柔性軟管的最內(nèi)的層是半結(jié)晶的聚合物內(nèi)襯墊1'，加強(qiáng)材料2'被內(nèi)嵌在該內(nèi)襯墊1'內(nèi)。內(nèi)襯墊1'被在軟管的自由端部暴露并且被形成為具有在其的遠(yuǎn)端端部處的有角度的倒角，該倒角在形狀上與被在軟管耦合器13'中形成的環(huán)形座互補(bǔ)(見圖11a至12b中的凹陷部的左側(cè))。內(nèi)襯墊1'可以由任何合適的類型的半結(jié)晶的熱塑性塑料形成，例如從聚烯烴衍生的聚合物，如已經(jīng)在上文參照圖1的實施方案描述的。圍繞內(nèi)襯墊1'的各種層也在上文參照圖1的實施方案描述并且所以不需要在此被重復(fù)。然而，如在圖6至12b中示出的，除去織物層8(在圖1至5的實施方案中示出)是可能的，因為內(nèi)加強(qiáng)部2'可以被設(shè)計為承擔(dān)其的結(jié)構(gòu)功能。

圖7示出了被在軟管的自由端部可滑動地安裝在內(nèi)襯墊1'的被暴露的部分上的可熔融的密封環(huán)23?？扇廴诘拿芊猸h(huán)23是半結(jié)晶的熱塑性材料(優(yōu)選地與內(nèi)襯墊相同的類型)和選自包括以下項目的組的一種或多種的金屬顆粒的混合：纖維、粗晶粒、碎屑、或細(xì)粉末。顆粒可以作為不同的大小的混合物被提供以確保遍及固態(tài)的可熔融的密封體的均勻的分布。

圖8a示出了已經(jīng)被推入配合在軟管的自由端部上并且被與中央縱向軸線100'合適地對準(zhǔn)的環(huán)形的軟管耦合器13'。軟管耦合器13'可以被結(jié)合到柔性軟管的被剝開的層。這被以已知的方式實現(xiàn)，通過首先加熱軟管耦合器13'(例如借助于感應(yīng)線圈)以及把環(huán)氧樹脂經(jīng)過端帽12'引入。為了防止環(huán)氧樹脂進(jìn)入密封區(qū)域中，承載彈性體密封表面22'的金屬或聚合物環(huán)25'被安裝在內(nèi)襯墊1'上方毗鄰于鋼套筒7'。環(huán)形的軟管耦合器13'的內(nèi)徑從左至右以大體上臺階式的方式增加，如在圖8a中察看的。凹陷的部分3'被設(shè)置在軟管耦合器13'的主體的最鄰近其的最窄的內(nèi)徑的一個端部處并且界定密封區(qū)域。

術(shù)語“凹陷的部分”在本文語境中將被理解為定義了界限被軟管耦合器主體和柔性軟管的內(nèi)襯墊1'界定的內(nèi)放大直徑空間，即包括固態(tài)的可熔融的密封環(huán)23被坐落在其內(nèi)的體積。被端帽5'封閉的徑向通路是初始地空的，如在圖11a中更清楚地示出的。短節(jié)連接器4'被設(shè)置在該通路內(nèi)側(cè)以允許真空軟管的連接。凹陷的部分可以設(shè)置有環(huán)形座，固態(tài)的可熔融的密封環(huán)23的端部部分可以被接收在該環(huán)形座內(nèi)(見圖8至12b中的凹陷的部分23'的左側(cè))。這確保在其如下文描述的被加熱之前的在環(huán)形的軟管耦合器13'和可熔融的密封環(huán)23之間的安全的機(jī)械鎖定。

圖8b相似于圖8a，但是示出了可選擇的安排，其中可熔融的密封環(huán)23'在橫截面中是L形狀的，從而在軟管的自由端部處延伸越過內(nèi)襯墊1'的外表面和遠(yuǎn)端端部二者。這種安排被在圖12a和12b中更詳細(xì)地示出，分別在感應(yīng)加熱器的激活之前和之后。

圖9示出了與圖8a相同的安排，其中支撐構(gòu)件(以結(jié)合有可加熱的感應(yīng)線圈的密封的硅橡膠軟管的形式)已經(jīng)被引入內(nèi)襯墊1’下方。在使用中，密封的硅橡膠軟管使用空氣供應(yīng)線29被充氣從而施加抵抗內(nèi)襯墊1'的圓柱形的內(nèi)壁的徑向支撐壓力。在可加熱的感應(yīng)線圈的通過電連接部28的激活之前和/或期間，實質(zhì)上所有的空氣被從凹陷的部分3'除去。通過當(dāng)可加熱的感應(yīng)線圈被激活時通過短節(jié)連接器4'保持凹陷的部分3'內(nèi)的真空條件，所有的空氣氣泡被除去。加熱過程繼續(xù)，直到固態(tài)的可熔融的密封環(huán)23成為熔融的并且在體積上增加以填充凹陷的部分3'至預(yù)確定的水平，如在圖11b中更清楚地示出的。這可以通過檢查經(jīng)過端帽5'的密封材料的水平被視覺地驗證。加熱的持續(xù)時間和溫度將變化，取決于軟管設(shè)計和材料選擇。在該過程期間，被充氣的橡膠軟管確保固化的密封部被正確地對準(zhǔn)。

束縛層14'可以被施用于軟管耦合器13'的內(nèi)表面以提供在密封材料和金屬(例如鋼)軟管耦合器之間的更可靠的粘合性的粘合部。束縛層14'的選擇將變化，取決于在密封材料中使用的熱塑性材料的化學(xué)成分。在密封區(qū)域內(nèi)的在密封材料和軟管耦合器13'的表面之間的粘合性的粘合部必須能夠抵抗內(nèi)襯墊1'在高的溫度和/或壓力下蠕變的趨勢。

圖10是相應(yīng)于圖8b的橫截面示意圖，現(xiàn)在示出了在結(jié)合有如在圖9中示出的可加熱的感應(yīng)線圈的密封的硅橡膠軟管的移除之后的在密封區(qū)域中的化學(xué)結(jié)合的建立。

將意識到，本發(fā)明的各種實施方案提供相對于現(xiàn)有的用于把柔性軟管連接到軟管耦合器的安排的多種優(yōu)點(diǎn)。最顯著地，通過提供在密封區(qū)域內(nèi)的與柔性軟管的內(nèi)襯墊的材料相同的(或化學(xué)地相似的)非彈性體的半結(jié)晶的密封材料，均質(zhì)的聚合物結(jié)構(gòu)從柔性軟管延伸一直進(jìn)入軟管耦合器中，即襯墊成為密封部并且密封部是襯墊。這種結(jié)構(gòu)提供比已知的現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品更能夠抵抗惡劣的生產(chǎn)環(huán)境的防潮的并且氣密的阻擋層。

此外，通過把加強(qiáng)材料內(nèi)嵌在柔性軟管的內(nèi)襯墊層內(nèi)，柔性軟管與軟管耦合器的連接可以被進(jìn)一步強(qiáng)化和改進(jìn)。加強(qiáng)材料的向更靠近于柔性軟管的芯部的內(nèi)襯墊層中的集成使被粘合的軟管是強(qiáng)度更高的并且因此如果期望的話能夠使外防護(hù)層的縮小規(guī)模成為可能。例如，橡膠外加強(qiáng)層的數(shù)量或其的大小可以被減少。因此，成為可能的是實現(xiàn)更輕重量的和/或柔性的軟管系統(tǒng)。被合適地設(shè)計的被加強(qiáng)的內(nèi)層可以也代替對于內(nèi)骨架的需要，因為支撐功能現(xiàn)在被結(jié)合在內(nèi)襯墊層自身內(nèi)。

圖6至11b的實施方案提供從密封區(qū)域消除所有的氣穴的另外的優(yōu)點(diǎn)。這種安排還排除對于插入在圖1至3和5中示出的內(nèi)圓柱形的支撐套筒6的需要。套筒的為了型鍛覆蓋的密封區(qū)域的擴(kuò)展的過程也被消除。代替地，柔性軟管的內(nèi)襯墊1’成為密封部的一部分并且所以工藝步驟被顯著地簡化和縮短。

本發(fā)明的各種實施方案提供密封安排，該密封安排克服或至少改良的與彈性體的密封部相關(guān)聯(lián)的以下問題中的一個或多個。首先，高的溫度導(dǎo)致彈性體的軟化，這導(dǎo)致液體/氣體擴(kuò)散的增加的速率，從而加速化學(xué)降解。這種與溫度相關(guān)的問題可以獨(dú)立于高壓力考慮地出現(xiàn)，雖然當(dāng)然地高的壓力將進(jìn)一步惡化該問題。

修改和改進(jìn)可以對于以上的被作出，而不偏離本發(fā)明的如被伴隨的權(quán)利要求限定的范圍。例如，用于上文提到的可熔融的密封體的可能的替代形式是可以在軟管耦合器的裝配之前被圍繞柔性軟管和其的襯墊的外表面纏繞的基座帶(susceptortape)。