[发明专利]预先确定聚合物组合物的疲劳寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物组合物的疲劳寿命的评价方法。通过所述评价方法选择的聚合物组合物可制造能够经得住极其严酷的使用条件例如在海上石油工业中遇到的那些的管道或其它制品。本发明还涉及具有通过所述疲劳寿命的评价方法选择的该聚合物组合物的用于输送石油流体的管道。

背景技术

位于海上的油藏的开采使所用的设备和材料且特别是用于输送由此采出的烃的导管或管道经历极端条件。实际上，所述烃通常在高温(最高达135℃)和高压(大于1000巴)下输送。因此，在装置的操作期间面临所用材料的机械强度(耐压性、耐磨性)、耐热性和耐化学性的严重问题。这样的导管和管道必须特别地耐热油、气体、周围的盐水、以及这些产物的至少两种的混合物可长达25年的时期。

常规地，这些管道包括由以螺旋卷绕的成型金属带例如连结带(interlocked strip)形成的不透油和水的金属内层。将该使所述管道成形的金属内层通常通过挤出用旨在赋予不渗透性的聚合物层包覆。还可在所述不渗透性的聚合物层周围设置其它保护性和/或增强层例如金属纤维和橡胶的层。

对于低于60℃的工作温度，聚合物为HDPE(高密度聚乙烯)。对于60℃～90℃的温度，使用聚酰胺；对于最高达90℃的温度，当压力不太高时，还可使用交联聚乙烯(PEX)。对于高于90℃特别是100℃～130℃的温度，通常使用含氟聚合物例如PVDF(聚偏氟乙烯)或偏氟乙烯(VDF)的共聚物。

聚酰胺且特别是聚酰胺PA-11和含氟聚合物且特别是聚(偏氟乙烯)(PVDF)由于它们良好的热行为、它们的化学耐受性特别是对溶剂的化学耐受性、它们对不利天气以及辐射(UV等)的耐受性、它们对气体和液体的不渗透性以及它们的电绝缘性质而众所周知。它们特别地用于制造旨在输送从位于海上或陆上的油藏采出的烃的管道或导管。

在采油之前或之后，向上述的那些增加其它要求。因此，当管道或导管正在铺设或者升起(展开或卷绕)时，它们可经受冲击和实质的变形，所述冲击是它们在取决于这些管道或导管铺设的深度而变化并且可达到相当低的值(例如-35℃)的温度下必须经得住的。约7％的变形性对于将管道卷绕(展开)而不损伤它们是有利的。最后，重要的是，所述管道或导管的性能随着时间保持几乎恒定，以确保它们具有长的使用寿命和存在再利用它们的可能性。

为了在短期和长期两方面尝试和满足所有这些要求，已经提出了各种类型的管道，这些通常包括：保证机械刚性但不是对所输送的流体不渗透的一个或多个金属部件，例如螺旋钢带；以及基于特别是提供对所采出的流体和海水的不渗透性以及隔热的聚合物组合物的各种层。这些聚合物组合物可例如基于聚乙烯，但是该选择将管道的使用温度限制为至多60℃。它们也可基于适合于较高的最高使用温度(其可例如达到130℃)并且赋予它们优异的耐化学性的含氟聚合物例如PVDF(聚偏氟乙烯)。然而，PVDF是非常刚性的，并且为此通常将VDF的均聚物作为与VDF的共聚物的共混物配制或者使用。

最后，在管道或导管的制造期间出现额外的要求。因此，显然期望聚合物组合物的加工性应尽可能容易，这要求适合于转化过程(典型地挤出)的粘度。

为此，优选的是所使用的组合物不具有太低的粘度(例如，小于15g/10分钟的根据标准ASTM D-1238(在230℃下以5kg)的熔体流动指数)。

因此，为了没有损伤地经得住制造条件、处理条件、用于铺设海上柔性管道的条件以及良好使用条件，聚合物组合物的选择是关键的。柔性软管的建造是复杂的。聚合物层和金属部件(构架、螺旋加固物(钢筋)(spiralreinforcement)等)的并置导致所使用的聚合物经受局部的三轴变形和应力，特别是当柔性软管弯曲的时候。在处理和铺设柔性软管的各种操作期间，这反复发生。在使用期间，特别是对于动态应用例如对于将海底与水面连接(“提升管”)并且经受溶胀的柔性软管，情况也是如此。

本申请人已经开发了聚合物组合物的疲劳寿命的评价方法，其使得可选择满足以上列出的标准并且具有有利的技术特征特别是在三轴应力下的耐疲劳性的那些，所述耐疲劳性通过例如大于500的高的至破坏时的循环数(NCF)表示。

基于所述耐疲劳性的新标准使得可更好地设计适于用作海上柔性管道的压力护套和中间护套或者外部护套的聚合物组合物和材料。在由VDF的均聚物或共聚物或者其共混物制造的压力护套的情况下，这是特别正确的。根据本发明的评价方法使用有缺口的轴对称试样，所述轴对称试样经受构成局部的三轴应力的加载和卸载循环，所述三轴应力模拟在使用中的海上柔性软管的压力护套的应力。