NO174221B - Montasje av en kombinasjon av en armert slange og en slangekobling - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en montasje av en kombinasjon av en armert slange og en slangekobling som kan drives ved høy temperatur og trykk og som omfatter en slangedel som har et indre slangesjikt, et slangedeksel og en armering som er anbrakt mellom det indre sjikt og dekselet dannet av et antall kordlag av en metallarmering, samt en koblingsdel som omfatter en hylse og en koblingsring, idet slangedelen er fast fluidtett forankret til armaturenden for å hindre avblåsing i bruk.

Under utformingen av koblingsmontasjer for slanger med forholdsvis stor belastning, f.eks. i forbindelse med rotasjonsbor-, strupeventil-, brønndreper-, og bevegelses-kompensasjons-slanger, er to viktige kriterier i hvilken grad koblingens lengde og vekt kan reduseres uten at dette går på bekostning av arbeids- og bruddtrykkstyrken, samt tetning-sikkerheten. En måte å løse dette på , slik som beskrevet i US-patentskrift 4.138.892, er å avsmalne koblingshylsen til kjeglestumpform med et utvidet endeparti nær koblingens nippel. Ved bunnen av kjeglestumpen er stigningen for visse av vaier-armeringene øket trinnvis, idet de individuelle vaiere med øket stigning er innbyrdes adskilt lengdeveis og/eller radielt på uensartet måte og deretter innleiret i en forankringsmasse av polymer-harpiks. Imidlertid kan visse gasser, særlig H2S, trenge gjennom tetningen og slangematerialet og ødelegge den armerte forankringsmasse i koblingen med den følge at vaierne kan bevege seg når ledningen settes under trykk. Lednings-materialet hindrer også at H2S trenger inn i slangelegemet. Dersom vaierne deformeres ved høyt trykk senkes bruddmotstanden og ledningen vil ikke fungere optimalt. Under anvendelse av et fluorelastomer-materiale i tetninger og rør samt i koblingens foringer, kan H2S opp til en konsentrasjon på 20 % ikke trenge gjennom og inn i slangelegemet, og følgelig vil vaieren forbli fast forankret. Det er et annet formål å bedre den totale tetning og styrke i slangekoblingen. Ettersom vedlikeholds-kravene øker , øker også behovet for utvikling av slanger som tåler høyere trykk. Det er nå nødvendig med arbeidstrykk opp til 1054,7 kp/cm 2. I tillegg er det tatt i bruk tester, såsom Lloyds of London"s branntest (700 °C (1294°F) ved et arbeidstrykk på o enten 703,1 eller 1054,7 kp/cm 2 i 30 minutter) for slanger som anvendes på oljerigger i Nordsjøen. Det er i denne anledning behov for en ny tetning som kan oppfylle slike mer krevende driftsforhold. I forbindelse med slike tester og generelt slik mer krevende driftsforhold, har varmemotstands-dyktige keramiske fibre hittil blitt plassert under slange-dekselet for å unngå at innerslangen blir eksponert for høye temperaturer.

Koblinger, såsom omtalt i ovennevnte US-patentskrift 4.143.892 kan ha tendens til å svikte når trykket blir tilstrekkelig høyt. Primærområdet for opptredende svikt i denne type koblinger, har vist seg å være der hvor tetningen og koblingens tetningsring danner anlegg mot armaturen. Ytterligere relevante referanser er US-patentskrifter 2.473.441, 2.506.494, 2.940.778 og 3.217.282.

Derfor er det et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en montasje med god drifssikkerhet ved høye trykk.

Montasjen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det indre slangesjikt omfatter et rør av fluorelastomer som inneholder første karbonblackpartikler med relativt liten par-tikkelstørrelse som gir økt stivhet og andre karbonblackpartikler med relativt stor partikkelstørrelse som gir minsket permeabilitet.

Ifølge en utførelsesform har koblingshylsen en indre uensartet dimensjonert boring som er forlenget til en utvidet sone nær hylsens ende, hvor koblingsringen er koblet til hylsen inne i innerboringen og som ved siden av den utvidede sone har en stort sett radielt innoverrettet første skulder og en første motboring som løper koaksialt med hylseboringen og en anslagsflate som strekker seg utover fra skulderen og inn i den utvidete sone og danner en andre motboring med en diameter som er større enn diameteren til den første motboring, idet skuld-erens ytre diameter er mindre enn hylselegemets indre diameter, mens anslagsflaten øker flatearealet av det koblingsparti som har størst tilbøyelighet til å svikte ved høye trykk, og følge-lig fordeles trykket over et større areal og reduserer faren for svikt. En forbedret delvis herdet chevron-tetning fremstilt av et fluorelastomer-materiale som både er mindre gjenn-omtrengelig og hardere enn de elastomermaterialer som vanligvis har vært brukt for dette formål, såsom neopren, er i form av en separat ring forbundet med fluorelastomer-materiale anbrakt lagvis mellom koblingstetningsringen og chevron-tetningen, idet en epoksy-harpiks anvendes for å feste tetningen til ringen. Slangen er lite permeabel for H~S, og dens trykktoleranse er i størrelsesorden 1054,7 kp/cm <2>eller høyere.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere i form av foretrukne utførelsesformer, idet det henvises til de medfølgende tegninger hvor like apparatdeler er vist med samme henvisningstall, og hvori: Fig. 1 viser et lengdesnitt, delvis bortskåret, av montasjen ifølge oppfinnelsen av en slange og kobling. Fig. 2 viser et delsnitt av slange- og koblingsmontasjen under et mellomliggende fremstillingstrinn. Fig. 3 viser i større målestokk, et tverrsnitt i et område av den utvidede sone av en innleiret armering, ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen.

Under henvisning til fig. 1 er montasjens slangeparti vist med henvisningstallet 10, og det omfatter et fluorelastomer-rør 12, et antall sjikt av armert tekstilvevnad innleiret i eller like ved et slangedeksel 20, hvor det er innleiret et flerlags høytemperatur-isolasjonsmateriale, såsom keramiske fibre, og en lagdelt armert seksjon 16. Den armerte seksjon 16 består av fire eller seks sjikt av spiralviklete metalltråder 18, dvs fremstilt av enkelttråder eller kabler, avhengig av hvilke forhold slangen er konstruert for. Dersom arbeidstrykket er 703,1 kp/cm 2 anvendes det en slange med seks sjikt av armert vevnad og fire vaiersjikt. En slange som skal tåle 703,1 kp/cm 2 har vært testet ved opptil 1054,7 kp/cm 2 og har en bruddstyrke på o 1852 kp/cm 2.

Dersom arbeidstrykket er 1054,7 kp/cm 2 har det vist seg at det kan anvendes en slange med fire vevnadsjikt og seks vaierlag. Slangen som skal tåle 1054,7 kp/cm har vært testet ved opp til 1852kp/cm 2 og har en bruddstyrke på o 2373 kp/cm 2.

Koblingsmontasjen omfatter som regel en ytre koblings-hylse 22 og en sammenskrudd koblingsring 24 og endemuffe 26.

Koblingshylsen har en innerboring 28 med en uensartet hulldimensjon som gradvis utvides, stort sett fra en minimums-dimensjon ved hylsens slangeende 28' til en boring med utvidet, fortrinnsvis maksimal borhulldimensjon i den utvidete sone 28" nær montasjens armaturende. I den viste foretrukne utførelses-form avsmalner hylsens innerboring gradvis på kjeglestumpformet måte mot armaturenden. Eventuelt kan den indre boring avsmalne f.eks. trinnvis med det samme totale forløp av diameter-økning mot montasjens armaturende.

En modifisert koblingsring 24, som omfatter en del av forbedringen ifølge denne utførelsesform, er med gjenger skrudd inn i hylsens innerboring og posisjonert mot en stopper 32. Ringen har, nær den utvidete sone 28" en stort sett radielt utragende, ringformet skulder 34 og en motboring 36 som løper koaksialt med hylsens innerboring og avgrenser en i lengderet-ningen forlenget overflate 38. En motboring 70 rager utover fra skulderen 34, koaksialt med hylsens innerboring. Motboringen 70 har større diameter enn motboringen 36, men mindre diameter enn hylsen 22, som den rager inn i. Eventuelt kan ringen 24 integreres med (dvs være i ett med) eller på andre måter sammenføyes med hylsen 22, såsom ved sveising eller presspasning. Anslagsflåtene som danner motboringen 70 avgrenser også en radielt løpende flate 72 og en lengdeveis løpende flate 92.

Endemuffen 26 kan bestå av den viste gjengede nippel, tilpasset til å tilkobles annen armatur via gjenger 44, eller alternativt kan tilpassede koblingsdeler sveises sammen. Endemuffen er også skrudd inn i hylsens 22 armaturende og har en andre skulder 46 og et ringformet spor 48, som sammen med ringens nippel 40, danner endepakningssone tilsvarende til den som er vist i det foran nevnte US-patentskrift 2.473.441. Skulderen 46 er adskilt fra nippelen 40 for å gi plass til en delvis herdet pakningsring 50 av flurorelastomer-chevron-materiale, hvor ringen fortrinnsvis er en separat ring forbundet med eller vulkanisert sammen til en uherdet fluorelastomer ringtetning 74, som deretter limes fast under anvendelse av et tynt epoksylag 90 (vist forstørret) til fluoroelastomer-røret 12 og vevnaden 14. Det etableres en innvendig tetning mellom ringens 24 avskårne hjørner og vevnadslagene 14 ved hjelp av gummiringen 69. Endemuffen 26 er utstyrt med en gjennomgående boring 4 7 med omtrent samme diameter som røret på den tilkoblede slange.

Under anvendelse av slangekoblingsmontasjen, er endemuffen 26 låst i ett stykke til resten av montasjen ved å anbringe én eller flere radielt forløpende settskruer 52 som skrus inn i en åpning 54 og som rager inn i en åpning 56 dannet i nippelmuffen.

Som vist er de individuelle armerings-tråder 18 ujevnt fordelt inne i det kjeglestump-ringformede volum avhengig av avstanden mellom innerboringen 28 og vevnadsjiktet 14. Mens trådene i sjiktene i slangeenden 28' (vist tilnærmet som sone A) er jevnt fordelt og fortrinnsvis tettliggende med kort avstand (innbefattet direkte berøring med hverandre), er trådene 18 i den utvidete sone 28" sammen med de som er forlenget bakover mot slangeenden like ved sonen A (alle definert som sone "B") i det minste tilfeldig fordelt. Med en slik vilkårlig fordeling menes det at mens noen av vaiertrådene kan være i gjensidig kontakt, følger ikke vaierfordelingen og avstanden mellom disse et spesielt eller forutbestemt mønster. Mange av vaiertrådene kan ha relativt stor avstand, og stort sett er hovedmengden av vaiere adskilt med vesentlig større avstand enn vaiertrådene i sone A. I en foretrukket utfør-elsesform økes avstanden mellom filamentene i sone B jevnt og gradvis mot koblingens armaturende (den utvidete sone 28").

Minst en vesentlig andel av vaiertrådene i den utvidete sone 28", innen sone B, er innleiret i en forankringsmasse (vist uoppdelt), som kan være en termoherdende harpiks, såsom epoksy med høy trykkfasthet. Dette gir vaierens kjeglestump-formende forankringsmasse-bestanddel motstand mot å bli blåst av koblingen. Det foretrekkes at forankringsmassen rager inn i sone A, særlig inn i et ringrom 60 mellom det ytre armeringssjikt og innerboringen 28.

En innløpsåpning 62 er anordnet for innføring av for-ankr ingsmaterialet. Ethvert materialoverskudd vil renne ut gjennom innløpsåpningen 62. Forankringsmassen kan også anbringes i utsparinger som er dannet langs den indre slanges overflate, såsom spor 66 dannet i innerboringen 28, for å frembringe ytterligere holdekraft. Slike spor kan gis vilkårlig utforming, dvs. spiralform eller ringform slik det er vist.

I den utførelsesform som er vist i fig. 1 er det innerste armeringssjikt 16a jevnt og tett fordelt over sonene A og B. De øvrige tre armeringssjikt er derimot vilkårlig fordelt i sone B ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen. I forhold til ringen 24 danner anslagsflaten som avgrenses av motboringen 70 et økt støtteareal for å sikre at koblingen ikke svikter ved høyt trykk.

I utførelsesformen som vist i fig. 3, er alle fire armerte sjikt 16 (det innerste sjikt ved 16a fig. 2) dannet av vaiertråder 18 eller kabelsjikt som er vilkårlig adskilt og innleiret i massen 58, og de er adskilt med større avstand enn vaiertrådene som er anbrakt ved koblingens slangeende (ikke vist). Som i de øvrige utførelsesformer av oppfinnelsen, antas det at den tilfeldige adskillelse gir den vesentlige fordel at faren for at koblingen skal blåse av unngås ved at det ikke dannes skjærplan (i virkeligheten skjær-koner) i epoksymassen mellom rekkene av konvensjonelt radielt adskilte vaierlag.

Ved å øke koblingsringens overflateareal reduserer oppfinnelsen videre faren for at trådene svikter ved høye trykk. Anslagsflåtene avgrenset av flatene 72 og 92 frembringer i tillegg en stiv understøttelse nær armaturenden, noe som gjør koblingen i stand til å motstå et større indre slangetrykk. Sammen med kordsjiktene forankret i en epoksymasse gir anslagsflåtene en bedre motstand mot indre trykk enn kun kordsjikt som er forankret i epoksymasse.

Koblingsmontasjen som er vist i fig. 1, fremstilles ifølge den følgende fremgangsmåte slik det er vist i fig. 2. I begynnelsen bygges en uherdet, prefabrikert slange omfattende et indre rør 12, sjiktlagene 14 og armeringen 16, opp på en stangkjerne på konvensjonell måte. Trådene anbringes fortrinnsvis lag på lag i spiralform. Rørmaterialet kan hensikts-messig være fremstilt av fluorlastomer-materiale, mens kordlagene 14 er dannet av glattvalset vevnad som er rubbet eller dekket med gummi og som er viklet over røret. Anslagsflaten som altså definerer ringens 24 motboring 70, sikrer at over-flatearealet øker, noe som reduserer trykket mot de innerste kordsjikt ved den metode som skal beskrives nedenfor.

For fremstilling av montasjen av slange- og koblings-montasje ifølge fig. 1 er røret, sjiktene og armeringslagene slik det fremgår av fig. 2, pålagt i en slik mengde at røret og sjiktene er tilnærmet på høyde med armaturenden av ringens 24 motboring 38, idet armeringens innerste sjikt 16a hovedsakelig bringes i anlegg mot skulderen 34 og koblingspakningens motboring 70, mens de gjenværende armeringssjikt er adskilt fra motboringens 70 anslagsflate 34 med en lengdeveis betydelig avstand. Den sistnevnte avstand (sone B) er fra 25 til 75, og fortrinnsvis 40 til 60 % av lengden til koblingshylsens boring 28. For å sikre at hver enkelt tråd ikke spres ut for tidlig kan de immobiliseres. Som vist kan dette utføres ved å anvende forholdsvis tynne nedbindingstråder 78, 80, 82 der det er nød-vendig. I den utførelsesform som er vist i fig. 2, utføres dette ved separat å nedbinde det avsmalnende parti i området ved den utvidete sone av det første sjikt samt en separat nedbinding av sjiktene ved armaturenden ved 82 av trådene i sone A. Det er meningen at disse to nedbindinger skal være perma-nente og bli igjen i den ferdige montasje. I tillegg til ned-bindingene ved posisjonene 78 og 82, dannes det også en midlertidig nedbinding bakenfor de tre resterende sjikt i området ved sone B i form av et antall viklinger. Ifølge et utførelseseksempel starter viklingene eller spiralene 80 nær slangeenden 28' av de armerte sjikt og vikles i spiralform gjennom sone A med en forholdsvis stor stigning, og deretter med en liten stigning i sone B inntil den fremste vikling 81 er lagt. Herfra legges viklingene i motsatt retning tilbake mot armeringens slangeende og avsluttes i enden 80'.

Etter at den lagdelte og teleskopisk delte ende av den prefabrikerte slange er avsatt på koblings-formontasjen, bestående av den ytre hylse 22 og ringen 24, slik at sjiktene 16a hovedsakelig har anlegg mot skulderen 34 og overflaten 90, frigjøres de tre ytterste trådsjikt i sone B ved at bindings-trådenden 80' dras ut. Ettersom bindingstråden 80' dras ut mot montasjens slangeside, avrulles trådviklingene 80 lag for lag inntil bindingstråden er fjernet og de endelte tråder 18 kan adskilles. På grunn av den iboende fjæring og elastisitet, forskyves og spres trådene fra hverandre mot slangens armaturende og begrenses inne i det ringformede hulrom 83 definert av den indre hylseboring 22, det første trådsjikt 16a samt for-bindelsesringens flate 92.

De frigjorte og spredte tråders virkelige fordelings-mønster innen den utvidete sone kan variere selv om de spesielle mønster og avstander som er vist på fig. 1 er representat ive.

Etter at trådene er fullstendig frigjort, innføres det et forankringsmateriale, dvs epoksyharpiks, gjennom tre eller fire kanaler 62 (bare én er vist) i en mengde tilstrekkelig til å innleire minst størstedelen av de utspredte tråder i forankringsmassen. Utrenning gjennom kanalene 62 indikerer at ifyllingen er fullført. Enten før eller etter at en slik epoksyfylling er fullført, skrus nippelen 26 på plass, slik det fremgår av fig. 2, inntil ringen 50 danner presskontakt med forbindelsesringen 24, rørets 12 armaturende og sjiktene 14. På dette punkt kan det på slangens ytre armering på vanlig måte anbringes et deksel 20 som fortrinnsvis inneholder keramiske fibre og som er innrettet til å dekke et parti av koblingshylsen 22. Et varmekrympende herdebånd kan anbringes utenpå dekselet, og hele montasjen kan herdes i en autoklav under anvendelse av passende temperatur og trykk for å vulkanisere montasjens (slange-) gummipartier slik at det dannes et legeme i ett stykke.

Den foran nevnte metode kan også utføres ved å fjerne anslagsflateringen 24 etter at epoksymaterialet er innført i koblingshulrommene og herdet, men før hele montasjen herdes eller vulkaniseres. Dersom dette alternativ velges, anvendes det en annen endepakning som fagmannen fritt kan velge.

Som eksempel kan den ovennevnte beskrevne slangekobling anvendes i strupeventiler og under brønndrepingsoperasjoner på en oljeplattform. Denne spesielle slange er konstruert for å kunne motstå trykk opp til 1054,7 kp/cm 2 og tester har vist at den kan tåle opp til 1582 kp/cm 2. Slangen har en innerdiameter på 6,35 cm og en ytterdiameter på 14,5cm. Koblingen med en total lengde på 54 cm, har en ytterdiameter på 21,6 cm og en innerdiameter på 14,5 cm. Under henvisning til fig. 1 har slangen ifølge dette eksempel et rør 12 fremstilt av "Fluorel", et registrert varemerke tilhørende Minesota Mining and Manu-facturing (3M). Den delvis herdede chevronpakning 50 og den uherdede ringpakning er også fremstilt av "Fluorel". Det anvendes en epoksy for å feste ringpakningen 74 til røret 12 og koblingsringen 24. Epoksymaterialet som anvendes i dette eksempel, er kjent som 1838 B/A og fremstilles av 3M. Pakningene 74 og 50 og røret 12 ble alle fremstilt under anvendelse av et carbon black-fyllmateriale med to komponenter bestående av små og store partikler. De store partiklene hadde en ASTM betegnelse N-990 og en 1,,-absorbsjon på 10 mg/g under anvendelse av ASTM-standarden D-150. De små partiklene hadde en ASTM-betegnelse på N-110 og en ^-absorbsjon på 147 mg/g under anvendelse av ASTM-standarden D-1510. De større partiklene gjør pakningene og slangen mindre gjennomtrengelige, og viktigst, de hindrer H2S-gasser i konsentrasjoner opp til 20 prosent i å angripe koblingens epoksymasse samt de armerte materialer i slangen. De mindre partikler gjør pakningen stivere og øker derved trykktoleransen.

Trådene 16 er messingpletterte stålkabler fremstilt av viklet ståltråd med en diameter på 0,7 mm, mens selve kabelen har en diameter på 3,5 mm.

Koblingsringen 24 ifølge dette eksempel har en første motboring 3 6 med en diameter på 8,2 cm og en andre motboring 70 med en diameter på 10 cm. Anslagsflaten som avgrenses av over-flatene 72 og 92 har en ytre diameter på 12,7 cm.

Claims (7)

1. Montasje av en kombinasjon av en armert slange (10) og en slangekobling (30) som kan drives ved høy temperatur og trykk og som omfatter en slangedel som har et indre slangesjikt, et slangedeksel (20) og en armering som er anbrakt mellom det indre sjikt og dekselet dannet av et antall kordlag av en metallarmering (18), samt en koblingsdel som omfatter en hylse (22) og en koblingssring (24), idet slangedelen er fast fluidtett forankret til armaturenden for å hindre avblåsing i bruk, karakterisert ved at det indre slangesjikt omfatter et rør (12) av fluorelastomer som inneholder første karbonblackpartikler med relativt liten partikkelstørrelse som gir økt stivhet og andre karbonblackpartikler med relativt stor partikkelstørrelse som gir minsket permeabilitet.

2. Montasje i samsvar med krav 1, karakterisert ved at koblingshylsen (22) har en innerboring (28) med dimensjoner som varierer fra en mindre dimensjon i montasjens slangeende til en utvidet sone (28") nær en armaturende av montasjen, at koblingsringen (24) er koblet til hylsen (22) inne i innerboringen og ved den utvidete sone er utformet med en innoverrettet skulder (34) og med en motboring (36) som er koaksial med hylsen og har mindre dimensjon enn inner-boringens (28) utvidete sone, at det indre slangesjikt omfatter et rør (12) og/eller en stamme (14) som er aksialt anordnet inne i hylsen (22) og opptil koblingsringen (24), at et antall kordlag av metallarmering (18) er anbrakt mellom det indre slangesjikt og koblingshylsens innerboring (28), at trådene i kordlagene i koblingens slangeende er relativt tettliggende og jevnt atskilt fra hverandre, at i det minste en vesentlig del av trådene i kordlagene som rager forbi slangeenden sammen med trådene i den utvidete sone (sone B, fig. 1) er mer atskilt fra hverandre enn trådene i koblingens slangeende og er innleiret i et forankringsmatriksmateriale (58), samt at et pakningselement (50,74) er anbrakt mellom koblingsringen (24) og slangeenden.

3. Montasje i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at de første partikler tilfreds-stiller ASTM- standard N-110 og de andre partikler tilfreds-stiller ASTM-standard N-990.

4. Montasje i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at koblingsringen (24) videre omfatter en anslagsflate (72,92) som rager utover fra skulderen (34) som har en andre motboring (70) koaksialt med hylsen og som har større dimensjon enn den første motboring (36), men har mindre dimensjon enn en utvidet sone (28") i innerboringen (28) .

5. Montasje i samsvar med et av kravene 2-4, karakterisert ved at sjiktene i den utvidete sone har tråder (18, sone B) som er vilkårlig fordelt og adskilt fra hverandre med større avstand enn trådene (18, sone A) i koblingens slangeende.

6. Montasje i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hylsens (22) innerboring (28) er kjeglestumpformet idet den smalner av fra en større dimensjon ved montasjens armaturende til en mindre dimensjon.

7. Montasje i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at fluorelastomerkanten (50,74) er festet til det indre slangesjikt med en epoksy-sement(90).