RU2786066C2 - Use of poly(etherketoneketone) (pekk) for production of components with low gas permeability for transportation of oil liquids - Google Patents
Use of poly(etherketoneketone) (pekk) for production of components with low gas permeability for transportation of oil liquids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786066C2 RU2786066C2 RU2020119943A RU2020119943A RU2786066C2 RU 2786066 C2 RU2786066 C2 RU 2786066C2 RU 2020119943 A RU2020119943 A RU 2020119943A RU 2020119943 A RU2020119943 A RU 2020119943A RU 2786066 C2 RU2786066 C2 RU 2786066C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- pekk
- layer
- ratio
- permeability
- Prior art date
Links
- 230000035699 permeability Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 title abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 37
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N isophthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC(C(O)=O)=C1 QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 claims description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 30
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 77
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 24
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 24
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- -1 H 2 S and CO 2 Chemical class 0.000 description 11
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 11
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 11
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 description 8
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 7
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 7
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229920012743 Kepstan® 7002 Polymers 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- RVCSYOQWLPPAOA-DHWZJIOFSA-M trospium chloride Chemical compound [Cl-].[N+]12([C@@H]3CC[C@H]2CC(C3)OC(=O)C(O)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)CCCC1 RVCSYOQWLPPAOA-DHWZJIOFSA-M 0.000 description 3
- 238000004736 wide-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920004695 VICTREX™ PEEK Polymers 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 2
- 210000004883 areola Anatomy 0.000 description 2
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 125000002467 phosphate group Chemical class [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 2
- 239000013047 polymeric layer Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 125000001989 1,3-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:1])=C([H])C([*:2])=C1[H] 0.000 description 1
- 125000001140 1,4-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:2])=C([H])C([H])=C1[*:1] 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920012921 Kepstan® 8002 Polymers 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 125000000843 phenylene group Chemical group C1(=C(C=CC=C1)*)* 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к использованию поли(эфир-кетонкетонов) (ПЭКК (PEKK)) в качестве газобарьерного слоя, и особенно для производства компонентов, которые имеют низкую проницаемость для газов, таких как CO2 или H2S. Более конкретно, изобретение относится к трубам, которые используют для транспортировки нефтяных жидкостей.The present invention relates to the use of poly(ether-ketone ketones) (PEKK (PEKK)) as a gas barrier layer, and especially for the production of components that have a low permeability to gases such as CO 2 or H 2 S. More specifically, the invention relates to pipes that are used to transport petroleum liquids.
Уровень техникиState of the art
Существует множество секторов, где требуются материалы, имеющие низкую газопроницаемость даже при жестких условиях.There are many sectors that require materials that have low gas permeability even under harsh conditions.
Например, при морской нефтедобыче добытые углеводороды должны быть транспортированы на длинные расстояния и при экстремальных условиях. Это связано с тем, что используемые трубы могут подвергаться воздействию давления, превышающего 100 бар, и высоких температур больше чем 90°C или даже 130°C в течение продолжительного времени. Во время транспортировки нефтяного вытекающего потока при таких условиях некоторые газообразные кислые соединения, которые присутствуют в транспортируемых углеводородах, такие как H2S и CO2, могут приводить к очень накладному коррозионному повреждению, если они достигают металлических компонентов. Коррозия представляет серьезный риск из-за существенных напряжений на трубах не только из-за их массы, но также из-за высокого давления нефтяного выходящего потока и морской окружающей среды. Явления миграции и коррозии обостряются при высокой температуре.For example, in offshore oil production, the produced hydrocarbons must be transported over long distances and under extreme conditions. This is because the pipes used can be subjected to pressures in excess of 100 bar and high temperatures in excess of 90°C or even 130°C for extended periods of time. During transport of an oil effluent under such conditions, some of the gaseous acidic compounds that are present in the transported hydrocarbons, such as H 2 S and CO 2 , can lead to very expensive corrosion damage if they reach metal components. Corrosion poses a serious risk due to significant stresses on the pipes, not only due to their mass, but also due to the high pressure of the oil effluent and the marine environment. The phenomena of migration and corrosion are exacerbated at high temperatures.
Существуют два известных типа трубных конструкций для транспортировки нефтяных выходящих потоков.There are two known types of tubular structures for transporting oil effluents.
В жестких конструкциях труба может содержать металлическую трубу, защищенную внутренним полимерным слоем для повышения коррозионной стойкости. Внутренний полимерный слой может принимать форму футеровки или адгезивного покрытия, полученного, например, нанесением покрытия из порошкового материала.In rigid structures, the pipe may comprise a metal pipe protected by an internal polymer layer to improve corrosion resistance. The inner polymeric layer may take the form of a lining or an adhesive coating obtained, for example, by coating with a powder material.
Гибкие конструкции могут содержать, от внутренней части к наружной части трубы, металлический каркас, состоящий из металлических полос, намотанных по спирали с коротким шагом, чтобы противостоять сдавливанию, экструдированный полимерный слой, действующий в качестве герметизирующей оболочки, свод из скрепленных металлических проволок, чтобы противостоять внутреннему давлению, второй экструдированный полимерный слой в качестве герметизирующей оболочки, один или несколько слоев растягивающейся оплетки, состоящей из металлических проволок, намотанных по спирали под определенными углами, и, наконец, внешнюю полимерную оболочку, служащую для защиты трубы от ее окружения. Такие конструкции называют «грубыми» трубами.Flexible structures may comprise, from the inside to the outside of the pipe, a metal frame consisting of metal strips wound in a spiral at short pitch to resist crushing, an extruded polymer layer to act as a sealing sheath, a roof of bonded metal wires to resist internal pressure, a second extruded polymeric layer as a sealing sheath, one or more layers of stretchable braid consisting of metal wires wound in a spiral at certain angles, and finally an outer polymeric sheath serving to protect the pipe from its environment. Such designs are called "rough" pipes.
Если в таких трубах отсутствует каркас, их называют «гладкими» трубами. В таких последних структурах нефтяные вытекающие потоки находятся в прямом контакте с полимером герметизирующего слоя.If there is no frame in such pipes, they are called "smooth" pipes. In such latter structures, the oil effluents are in direct contact with the polymer of the sealing layer.
Для повышения температурной устойчивости таких труб в документе US 2006/0229395 A1 предложено использование внутренних покрытий или трубопроводов, экструдированных из термопластичных полимеров, которые имеют высокую стойкость к химическим продуктам и высокую температуру размягчения, таких как поли(фениленсульфид)ы (ПФС (PPS)) или полиарилэфиркетоны (ПАЭК (PAEK)). В документе нет упоминания о газопроницаемости таких полимеров.To improve the temperature resistance of such pipes, US 2006/0229395 A1 proposes the use of internal coatings or pipelines extruded from thermoplastic polymers that have high chemical resistance and a high softening point, such as poly(phenylene sulfides) (PPS) or polyaryletherketones (PAEK (PAEK)). The document makes no mention of the gas permeability of such polymers.
Документ WO 2014/199033 предлагает добавление к полимеру оксидов щелочных металлов или щелочноземельных металлов для нейтрализации CO2 и H2S за счет химической реакции. Предложенные полимеры представляют собой полимеры из класса винилиден-фторидных сополимеров. Такой подход, однако, имеет трудности с реализацией, а добавление наполнителей, как правило, ухудшает механические свойства полимеров, особенно относительное удлинение при разрыве.Document WO 2014/199033 proposes adding alkali metal or alkaline earth metal oxides to the polymer to neutralize CO 2 and H 2 S by chemical reaction. The proposed polymers are polymers from the class of vinylidene-fluoride copolymers. This approach, however, is difficult to implement, and the addition of fillers tends to degrade the mechanical properties of polymers, especially elongation at break.
Кроме того, патентная заявка WO 2012/107753 A1 предлагает снижение риска разрушения трубы для транспортировки рабочих жидкостей под давлением путем уменьшения остаточного напряжения в ней за счет проведения более медленной и, следовательно, более равномерной кристаллизации полимера. Среди рассмотренных полимеров упоминается ПЭКК, хотя последний не представлен в примерах. Также в этом документе нет упоминания о газопроницаемости этих полимеров.In addition, patent application WO 2012/107753 A1 proposes to reduce the risk of failure of a pipe for transporting hydraulic fluids under pressure by reducing the residual stress in it by allowing slower and therefore more uniform crystallization of the polymer. Among the polymers considered, PECK is mentioned, although the latter is not represented in the examples. Also in this document there is no mention of the gas permeability of these polymers.
Несмотря на существующий прогресс, остается потребность в трубах, которые имеют низкую газопроницаемость, особенно к коррозионным образцам, CO2 и H2S, даже при экстремальных рабочих условиях. Причина состоит в том, что полимер, проявляющий более высокие характеристики проницаемости, позволит увеличить срок службы труб и/или уменьшить толщину барьерного слоя и, следовательно, массу трубы.Despite existing progress, there remains a need for pipes that have low gas permeability, especially to corrosive samples, CO 2 and H 2 S, even under extreme operating conditions. The reason is that a polymer exhibiting higher permeability characteristics will increase the service life of the pipes and/or reduce the thickness of the barrier layer and hence the weight of the pipe.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Настоящее изобретение основано на открытии, что поли(эфир-кетонкетон) (ПЭКК) показывает весьма перспективные газобарьерные свойства, особенно в отношении CO2 и H2S, причем такие свойства, в частности, заметно превосходят свойства поли(эфирэфиркетонов) (ПЭЭК (PEEK)).The present invention is based on the discovery that poly(ether-ketone ketone) (PEKK) shows very promising gas barrier properties, especially with respect to CO 2 and H 2 S, and such properties, in particular, are markedly superior to those of poly(ether-ketone) (PEEK (PEEK )).
В первом аспекте, таким образом, изобретение предлагает применение ПЭКК для снижения проницаемости для CO2 и H2S компонента, предназначенного вступать в контакт, прямо или опосредованно, с нефтяным выходящим потоком.In a first aspect, therefore, the invention provides the use of PECC to reduce the permeability to CO 2 and H 2 S of a component intended to come into contact, directly or indirectly, with an oil effluent.
Термин «компонент в контакте с нефтяным выходящим потоком» означает слой в прямом или непрямом контакте с указанным выходящим потоком.The term "component in contact with an oil effluent" means a layer in direct or indirect contact with said effluent.
Термин «компонент в прямом контакте с нефтяным выходящим потоком» означает, в частности, внутренний слой трубы.The term "component in direct contact with the oil effluent" means in particular the inner layer of the pipe.
Термин «компонент в непрямом контакте с нефтяным выходящим потоком» означат особенно слой, который не является внутренним слоем, но размещен вокруг внутреннего слоя, где указанный внутренний слой может быть герметичным или нет.The term "component in indirect contact with the oil effluent" means especially a layer which is not an inner layer but is placed around the inner layer, where said inner layer may or may not be sealed.
ПЭКК предпочтительно имеет степень кристалличности больше чем 5% масс.PECK preferably has a degree of crystallinity greater than 5 wt%.
ПЭКК преимущественно имеет отношение Т:И (T:I) от 35 до 100%, предпочтительно от 55 до 85% и более конкретно от 60 до 80%.PECK advantageously has a T:I (T:I) ratio of 35 to 100%, preferably 55 to 85%, and more particularly 60 to 80%.
Проницаемость для CO2 компонента при 130°C предпочтительно составляет меньше чем 10-8 см3 CO2 для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления CO2, причем проникшее количество CO2 измеряют с помощью ГХ (GC).The CO 2 permeability of the component at 130° C. is preferably less than 10 -8 cm 3 CO 2 for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of CO 2 pressure, the CO 2 permeate being measured by GC (GC ).
Проницаемость для H2S компонента при 130°C предпочтительно составляет меньше чем 10-8 см3 для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления H2S, причем проникшее количество H2S измеряют с помощью ГХ.The permeability to the H 2 S component at 130° C. is preferably less than 10 -8 cm 3 for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of H 2 S pressure, the H 2 S penetration being measured by GC.
Компонент предпочтительно выбирают из трубы, оболочки или герметичного слоя и внутреннего покрытия, особенно предназначенных для транспортировки нефтяного выходящего потока.The component is preferably selected from a pipe, a sheath or seal and an inner lining, especially for transporting an oil effluent.
Во втором аспекте изобретение предлагает трубу, особенно для транспортировки нефтяного выходящего потока, содержащую слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, отличающуюся тем, что указанный слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, содержит ПЭКК и имеет проницаемость для CO2 при 130°C меньше чем 10-8 см3 для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления CO2, и/или проницаемость для H2S при 130°C меньше чем 10- 8 см3 для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления H2S, причем проникшее количество CO2 и H2S измеряют с помощью ГХ, соответственно.In a second aspect, the invention provides a pipe, especially for transporting an oil effluent, comprising a layer intended to be in contact with the oil effluent, characterized in that said layer intended to be in contact with the oil effluent contains PECK and is permeable to CO 2 at 130°C less than 10 -8 cm 3 for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of CO 2 pressure, and/or a permeability for H 2 S at 130°C less than 10 - 8 cm 3 for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of H 2 S pressure, with the permeated CO 2 and H 2 S measured by GC, respectively.
В одном варианте осуществления указанный слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, представляет собой герметизирующую оболочку, окружающую металлический каркас.In one embodiment, said layer intended to be in contact with the oil effluent is a sealing sheath surrounding a metal frame.
В другом варианте осуществления указанный слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, не содержит армирующие волокна.In another embodiment, said layer intended to be in contact with the oil effluent does not contain reinforcing fibers.
Указанный слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, предпочтительно окружен, по меньшей мере, одним слоем механического упрочнения.Said layer intended to be in contact with the oil effluent is preferably surrounded by at least one mechanical strengthening layer.
В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один слой механического упрочнения выполнен из металла.In one embodiment, at least one work hardening layer is made of metal.
В другом варианте осуществления, по меньшей мере, один слой механического упрочнения выполнен из композитного материала. В этом случае композитный материал может представлять собой, например, термопластичный композит, особенно на основе полиамида, полиэтилена, особенно PE-RT (сокращение для «полиэтилена повышенной температуры»), ПЭКК или ПВДФ (PVDF), и может также содержать углеродные волокна, особенно непрерывные углеродные волокна, арамидные волокна или также стекловолокна.In another embodiment, at least one work hardening layer is made of a composite material. In this case, the composite material may be, for example, a thermoplastic composite, especially based on polyamide, polyethylene, especially PE-RT (abbreviation for "elevated polyethylene"), PECK or PVDF (PVDF), and may also contain carbon fibers, especially continuous carbon fibers, aramid fibers or also glass fibers.
В одном варианте осуществления труба по изобретению также содержит гибкую металлическую арматуру. В другом варианте осуществления труба также содержит жесткую металлическую арматуру.In one embodiment, the pipe according to the invention also contains flexible metal fittings. In another embodiment, the pipe also contains a rigid metal reinforcement.
В третьем аспекте изобретение также предлагает ряд способов производства трубы в соответствии с изобретением.In a third aspect, the invention also provides a number of methods for producing a pipe according to the invention.
Когда труба, которая должна быть произведена, в частности, отремонтирована, представляет собой жесткую трубу, способ по изобретению включает стадии:When the pipe to be produced, in particular repaired, is a rigid pipe, the method according to the invention comprises the steps of:
(a) получения трубы, содержащей ПЭКК, соответствующего размера; и(a) obtaining a pipe containing PECK, of the appropriate size; and
(b) вставки указанной трубы внутрь металлической трубы с получением футеровки.(b) inserting said pipe into a metal pipe to form a lining.
Когда труба, которая должна быть произведена, представляет собой гибкую грубую трубу, способ по изобретению включает стадии:When the pipe to be produced is a flexible rough pipe, the method of the invention includes the steps of:
(a) получения металлического каркаса;(a) obtaining a metal frame;
(b) экструдирования вокруг указанного металлического каркаса, по меньшей мере, одного слоя композиции, содержащей ПЭКК, экструзией с Т-образной головкой; и(b) extruding around the specified metal framework, at least one layer of the composition containing PECK, extrusion with a T-shaped head; and
(c) монтирования свода вокруг полученной конструкции;(c) mounting a roof around the resulting structure;
(d) монтирования одного или нескольких слоев растягивающейся оплетки; и(d) mounting one or more layers of stretch braid; and
(e) экструдирования наружной полимерной оболочки вокруг полученной сборки.(e) extruding an outer polymeric shell around the resulting assembly.
Когда труба, которая должна быть произведена, представляет собой гибкую гладкую трубу, способ по изобретению включает стадии:When the pipe to be produced is a flexible smooth pipe, the process according to the invention includes the steps of:
(a) экструдирования, по меньшей мере, одного слоя композиции, содержащей ПЭКК, экструзией с Т-образной головкой; и(a) extruding at least one layer of the composition containing PECK, extrusion with a T-shaped head; and
(b) монтирования свода вокруг полученной конструкции;(b) mounting a roof around the resulting structure;
(c) монтирования одного или нескольких слоев растягивающейся оплетки; и(c) mounting one or more layers of stretch braid; and
(d) экструдирования наружной полимерной оболочки вокруг полученной сборки.(d) extruding an outer polymeric shell around the resulting assembly.
Другие характеристики и преимущества способа в соответствии с изобретением будут выяснены при чтении подробного описания, приведенного далее.Other characteristics and advantages of the method according to the invention will become apparent from reading the detailed description below.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
В соответствии с изобретением предложено использование поли(эфиркетонкетона) (ПЭКК) для производства компонентов, которые имеют низкую газопроницаемость и особенно относительно CO2 и/или H2S.In accordance with the invention, the use of poly(etherketone ketone) (PEKK) is proposed for the production of components that have low gas permeability and especially with respect to CO 2 and/or H 2 S.
ПЭККPECK
«ПЭКК» относится к ПАЭК (PAEK) полимерам, которые содержат звенья формулы (-Ar-X-) и также звенья формулы (-Ar'-Y-), в которых:" PEKK " refers to PAEK (PAEK) polymers that contain units of the formula (-Ar-X-) and also units of the formula (-Ar'-Y-) in which:
- Ar и Ar' каждый означает двухвалентный ароматический радикал;- Ar and Ar' each means a divalent aromatic radical;
- Ar и Ar' могут быть выбраны предпочтительно из необязательно замещенного 1,3-фенилена и 1,4-фенилена;- Ar and Ar' may preferably be selected from optionally substituted 1,3-phenylene and 1,4-phenylene;
- X означает карбонильную группу;- X is a carbonyl group;
- Y означает группу, выбираемую из атома кислорода.- Y means a group selected from an oxygen atom.
Поли-эфир-кетон-кетон (ПЭКК) содержит последовательность повторяющихся звеньев типа -(Ar1-O-Ar2-CO-Ar3-CO)n-, причем каждый из Ar1, Ar2 и Ar3 означает независимо двухвалентный ароматический радикал, предпочтительно фенилен.Poly-ether-ketone-ketone (PEKK) contains a sequence of repeating units of the type -(Ar 1 -O-Ar 2 -CO-Ar 3 -CO) n -, and each of Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 means independently divalent aromatic a radical, preferably phenylene.
В приведенной выше формуле, как и во всех формулах, которые следуют, n означает целое число.In the formula above, as in all the formulas that follow, n stands for an integer.
Связи на любой стороне каждого звена Ar1, Ar2 и Ar3 могут представлять собой связи типа пара-, или мета-, или орто-типа (предпочтительно пара- или мета-типа).The bonds on either side of each Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 unit may be of the para or meta or ortho type (preferably the para or meta type).
В некоторых вариантах осуществления ПЭКК содержит последовательность повторяющихся звеньев формулы (IA) и/или формулы (IB):In some embodiments, the PECK contains a sequence of repeating units of formula (IA) and/or formula (IB):
(IA) (IA)
(IB) .(IB) .
Звенья формулы (IA) представляют собой звенья, полученные из изофталевой кислоты (или звенья И (I)), тогда как звенья формулы (IB) представляют собой звенья, полученные из терефталевой кислоты (или звенья T (Т)).Units of formula (IA) are units derived from isophthalic acid (or units I (I)), while units of formula (IB) are units derived from terephthalic acid (or units T (T)).
В ПЭКК, используемом в изобретении, массовая доля звеньев T относительно суммы звеньев T и И может находиться в интервале от 0 до 5%, или от 5 до 10%, или от 10 до 15%, или от 15 до 20%, или от 15 до 20%, или от 20 до 25%, или от 25 до 30%, или от 30 до 35%, или от 35 до 40%, или от 40 до 45%, или от 45 до 50%, или от 50 до 55%, или от 55 до 60%, или от 60 до 65%, или от 65 до 70%, или от 70 до 75%, или от 75 до 80%, или от 80 до 85%, или от 85 до 90%, или от 90 до 95%, или от 95 до 100%.In the PECC used in the invention, the mass fraction of T units relative to the sum of T and I units can be in the range from 0 to 5%, or from 5 to 10%, or from 10 to 15%, or from 15 to 20%, or from 15 to 20% or 20 to 25% or 25 to 30% or 30 to 35% or 35 to 40% or 40 to 45% or 45 to 50% or 50 up to 55%, or from 55 to 60%, or from 60 to 65%, or from 65 to 70%, or from 70 to 75%, or from 75 to 80%, or from 80 to 85%, or from 85 to 90%, or 90 to 95%, or 95 to 100%.
Интервалы от 35 до 100%, в особенности от 55 до 85% и даже более конкретно от 60 до 80% особенно приемлемы. Во всех интервалах, представленных в данной патентной заявке, граничные значения включены, если не упоминается иное.Ranges from 35 to 100%, in particular from 55 to 85% and even more particularly from 60 to 80% are particularly suitable. In all ranges presented in this patent application, the limit values are included, unless otherwise noted.
ПЭКК предпочтительно имеет характеристическую вязкость от 0,4 до 1,5 дл/г, предпочтительно от 0,6 до 1,4 дл/г, более предпочтительно от 0,8 до 1,2 дл/г, в 96%-ной серной кислоте.PECC preferably has an intrinsic viscosity of 0.4 to 1.5 dl/g, preferably 0.6 to 1.4 dl/g, more preferably 0.8 to 1.2 dl/g, in 96% sulfuric acid.
Степень кристалличности полимера может оказывать влияние на характеристики газопроницаемости. Действительно, отмечено, что газопроницаемость ПЭКК, особенно относительно CO2 и H2S, падает по мере роста кристалличности. Поэтому предпочтительно, чтобы используемый ПЭКК имел максимальную степень кристалличности, предпочтительно больше чем 5%, особенно больше чем 15% и очень предпочтительно больше чем 25%. В ПЭКК, используемом в изобретении, массовая доля кристаллического ПЭКК может в сущности меняться от 0 до 1%, или от 1 до 5%, или от 5 до 10%, или от 10 до 15%, или от 15 до 20%, или от 20 до 25%, или от 25 до 30%, или от 30 до 35%, или от 35 до 40%, или от 40 до 45%, или от 45 до 50%.The degree of crystallinity of the polymer can influence the gas permeability characteristics. Indeed, it has been noted that the gas permeability of PECC, especially with respect to CO 2 and H 2 S, decreases with increasing crystallinity. It is therefore preferable that the PECC used has a maximum degree of crystallinity, preferably more than 5%, especially more than 15% and very preferably more than 25%. In the PECC used in the invention, the mass fraction of the crystalline PECC may substantially vary from 0 to 1%, or from 1 to 5%, or from 5 to 10%, or from 10 to 15%, or from 15 to 20%, or 20 to 25%, or 25 to 30%, or 30 to 35%, or 35 to 40%, or 40 to 45%, or 45 to 50%.
Для некоторых областей применения может быть полезно использовать аморфный ПЭКК. Аморфный ПЭКК означает ПЭКК с энтальпией плавления меньше чем 10 Дж/г, которую измеряю с помощью ДСК (DSC) в соответствии со стандартом ISO 11357-3:1999.For some applications, it may be beneficial to use amorphous PECC. Amorphous PECC means PECC with a melting enthalpy of less than 10 J/g, which is measured by DSC in accordance with ISO 11357-3:1999.
Степень кристалличности может быть измерена с помощью широкоуглового рассеяния рентгеновских лучей (WAXS). В качестве примера, анализ может быть проведен с помощью WAXS на устройстве типа Nano-inXider® при следующих условиях:The degree of crystallinity can be measured using Wide Angle X-ray Scattering (WAXS). As an example, analysis can be performed with WAXS on a Nano-inXider® device under the following conditions:
- длина волны: основная Kα1 линия меди (1,54 ангстрем)- wavelength: main Kα1 copper line (1.54 angstroms)
- мощность генератора: 50 кВ - 0,6 мА- generator power: 50 kV - 0.6 mA
- режим наблюдения: пропускание- observation mode: transmission
- время счета: 10 мин.- counting time: 10 min.
В результате получают спектр интенсивности рассеянного излучения как функции угла дифракции. Этот спектр делает возможным определение присутствия кристаллов, когда пики являются видимыми на спектре, в дополнение к аморфному ареолу.The result is an intensity spectrum of the scattered radiation as a function of the diffraction angle. This spectrum makes it possible to determine the presence of crystals when peaks are visible in the spectrum, in addition to the amorphous areola.
В спектре можно измерить площадь кристаллических пиков (обозначенную AC) и площадь аморфного ареола (обозначенную AH). Массовую долю кристаллического ПЭКК во всем ПЭКК затем оценивают с использованием соотношения (AC)/(AC+AH).In the spectrum, the area of the crystalline peaks (designated AC) and the area of the amorphous areola (designated AH) can be measured. The mass fraction of crystalline PECK in total PECK is then evaluated using the ratio (AC)/(AC+AH).
Обычно предпочтительно, чтобы содержание кристаллического ПЭКК было относительно высоким, например, больше чем или равно 5%, или больше чем или равно 10%, или даже больше чем или равно 15%, чтобы получать компоненты, имеющие высокие механические характеристики. Другим преимуществом высокой степени кристалличности являются более хорошие механические свойства, включающие свойства при высокой температуре, в значениях, например, модуля или напряжения течения.In general, it is preferable that the content of crystalline PECK be relatively high, for example, greater than or equal to 5%, or greater than or equal to 10%, or even greater than or equal to 15%, in order to obtain components having high mechanical characteristics. Another advantage of a high degree of crystallinity is better mechanical properties, including properties at high temperature, in terms of, for example, modulus or flow stress.
Альтернативная возможность состоит в расчете степени кристалличности из энтальпии плавления ПЭКК, измеренной, например, с помощью ДСК, путем деления энтальпии плавления ПЭКК, имеющего степень кристалличности 100% масс.An alternative possibility is to calculate the degree of crystallinity from the melting enthalpy of PECC measured, for example, by DSC, by dividing the melting enthalpy of PECC having a crystallinity of 100% by weight.
ПЭКК смола может содержать один или несколько дополнительных полимеров, принадлежащих или не принадлежащих к классу ПАЭК.PECK resin may contain one or more additional polymers, belonging or not belonging to the PAEK class.
Массовое содержание ПЭКК в ПЭКК смоле предпочтительно составляет больше чем или равно 50%, предпочтительно больше чем или равно 60%, в особенности больше чем или равно 70%, предпочтительно больше чем или равно 80%, и более предпочтительно больше чем или равно 90%. В некоторых вариантах осуществления ПЭКК смола состоит по существу из одного или нескольких ПЭКК.The weight content of PECC in the PECC resin is preferably greater than or equal to 50%, preferably greater than or equal to 60%, especially greater than or equal to 70%, preferably greater than or equal to 80%, and more preferably greater than or equal to 90%. In some embodiments, the PECC resin consists essentially of one or more PECC.
Смола может содержать добавки, такие как наполнители и функциональные добавки. Соответственно, смола может содержать армирующие наполнители, особенно непрерывные волокна, особенно углеродные волокна. Также можно обойтись без наполнителей и/или обойтись без функциональных добавок.The resin may contain additives such as fillers and functional additives. Accordingly, the resin may contain reinforcing fillers, especially continuous fibers, especially carbon fibers. Fillers and/or functional additives can also be dispensed with.
Смола, в частности, может содержать один/одну или несколько фосфатов или фосфатных солей, чтобы улучшить стабильность расплава ПАЭК.The resin in particular may contain one/one or more phosphates or phosphate salts in order to improve the melt stability of PAEK.
В соответствии с изобретением компоненты, произведенные с использованием ПЭКК, низкую газопроницаемость, особенно относительно CO2 и/или H2S. В некоторых областях применения, таких как, например, подводная нефтедобыча, необходимы трубы, который устойчивы и которые сохраняют эти свойства в жестких или даже экстремальных рабочих условиях с тем, чтобы ограничить миграцию газообразных образцов и уменьшить коррозию. Такие условия, как правило, включают рабочую температуру больше чем 100°C, предпочтительно больше чем 110°C, в особенности больше чем 120°C и даже предпочтительно больше чем 130°C и/или давление больше чем 10 бар, предпочтительно больше чем 20 бар, в особенности больше чем 30 бар и очень предпочтительно больше чем 40 бар или даже больше чем 50 или даже больше чем 100 бар.In accordance with the invention, components produced using PECC have low gas permeability, especially with respect to CO 2 and/or H 2 S. In some applications, such as, for example, subsea oil production, pipes are needed that are stable and that retain these properties in tough or even extreme operating conditions in order to limit the migration of gaseous samples and reduce corrosion. Such conditions typically include an operating temperature greater than 100°C, preferably greater than 110°C, in particular greater than 120°C and even preferably greater than 130°C and/or a pressure greater than 10 bar, preferably greater than 20 bar, in particular more than 30 bar and very preferably more than 40 bar or even more than 50 or even more than 100 bar.
Компонент преимущественно имеет проницаемость для CO2 при 130°C меньше чем 10×10-8, в частности 5×10-8, в частности 1×10-8, предпочтительно 5×10-9 и в частности меньше чем 1×10-9 см3 CO2 для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления CO2, причем количество CO2 измеряют с помощью ГХ.The component advantageously has a CO 2 permeability at 130°C of less than 10×10 -8 , in particular 5×10 -8 , in particular 1×10 -8 , preferably 5×10 -9 and in particular less than 1×10 - 9 cm 3 CO 2 for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of CO 2 pressure, the amount of CO 2 being measured by GC.
Более того, проницаемость для H2S компонента при 130°C предпочтительно составляет меньше чем 10×10-8, особенно 5×10-8, особенно 1×10-8, предпочтительно 5×10-9, более предпочтительно меньше чем 1×10-9, в частности меньше чем 5×10-10 и очень предпочтительно меньше чем 1×10-10 см3 H2S для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления H2S, причем количество H2S измеряют с помощью ГХ.Moreover, the permeability to the H 2 S component at 130°C is preferably less than 10×10 -8 , especially 5×10 -8 , especially 1×10 -8 , preferably 5×10 -9 , more preferably less than 1× 10 -9 , in particular less than 5×10 -10 and very preferably less than 1×10 -10 cm 3 H 2 S for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of H 2 S pressure, whereby the amount H 2 S is measured using GC.
В одном варианте осуществления компонент может содержать два или несколько слоев. В частности, он может объединять, по меньшей мере, один слой, содержащий ПЭКК, по меньшей мере, с одним слоем другого материала, особенно из ПВДФ, полиамида, полиэтилена, особенно PE-RT, или также материала, действующего в качестве связующего для сборки соответствующих слоев друг с другом.In one embodiment, the component may contain two or more layers. In particular, it can combine at least one layer containing PECK with at least one layer of another material, especially PVDF, polyamide, polyethylene, especially PE-RT, or also a material acting as an assembly binder. corresponding layers to each other.
ТрубыPipes
В некоторых технических секторах, особенно в области нефтедобычи, ведется поиск материалов, которые сочетают температурную стойкость и стойкость к химическим продуктам с низкой газопроницаемостью, особенно относительно кислых соединений CO2 и H2S. Причина состоит в том, что такие соединения, присутствующие в нефти, являются кислыми и вызывают коррозию металлических компонентов. Использование ПЭКК, таким образом, особенно полезно для производства компонентов, используемых при транспортировке жидких и/или газообразных углеводородов, называемых здесь нефтяными выходящими потоками.In some technical sectors, especially in the field of oil production, there is a search for materials that combine temperature resistance and resistance to chemicals with low gas permeability, especially relatively acidic compounds of CO 2 and H 2 S. The reason is that such compounds present in oil , are acidic and corrosive to metal components. The use of PECC is thus particularly useful for the production of components used in the transport of liquid and/or gaseous hydrocarbons, referred to herein as oil effluents.
Во втором аспекте, таким образом, изобретение относится к трубе, содержащей слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, отличающейся тем, что указанный слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, содержит ПЭКК и имеет проницаемость для CO2 при 130°C меньше чем 10-8 см3 CO2 для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления CO2, и/или проницаемость для H2S при 130°C предпочтительно меньше чем 10×10-8, особенно 5×10-8, особенно 1×10-8, преимущественно 5×10-9, более предпочтительно 1×10-9, в частности 5×10-10 и очень предпочтительно 1×10-10 см3 H2S для толщины 1 см и площади поверхности 1 см2 в секунду и на бар давления H2S, причем количество CO2 и H2S измеряют с помощью ГХ.In a second aspect, therefore, the invention relates to a pipe containing a layer intended to be in contact with an oil effluent, characterized in that said layer intended to be in contact with an oil effluent contains PECK and has a permeability to CO 2 at 130 °C less than 10 -8 cm 3 CO 2 for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of CO 2 pressure, and/or the permeability to H 2 S at 130°C is preferably less than 10×10 -8 , especially 5×10 -8 , especially 1×10 -8 , preferably 5×10 -9 , more preferably 1×10 -9 , in particular 5×10 -10 and very preferably 1×10 -10 cm 3 H 2 S for a thickness of 1 cm and a surface area of 1 cm 2 per second and per bar of H 2 S pressure, with CO 2 and H 2 S being measured by GC.
Такие трубы могут быть полезны в добывающем оборудовании для транспортировки нефтяного выходящего потока или также для транспортировки других смесей, содержащих CO2 и/или H2S, при жестких условиях по давлению и/или температуре.Such pipes may be useful in production equipment for transporting oil effluent or also for transporting other mixtures containing CO 2 and/or H 2 S under severe pressure and/or temperature conditions.
Предложены, в частности, трубы для транспортировки углеводородов, особенно смесей, содержащих, по меньшей мере, одно газообразное кислое соединение, особенно газ, выбираемый из CO2 и H2S.Proposed, in particular, pipes for transporting hydrocarbons, especially mixtures containing at least one gaseous acidic compound, especially a gas selected from CO 2 and H 2 S.
Эти трубы могут иметь разные конструкции в зависимости от их конкретного применения и сопутствующих напряжений.These pipes can be of different designs depending on their particular application and associated stresses.
Следовательно, трубы, например, могут представлять собой однослойные трубы или также могут содержать два, три, четыре или фактически даже большее число слоев. Многослойные трубы способны, в частности, выдерживать механические или термические напряжения у наружных слоев, которые не контактируют с нефтяными выходящими потоками.Therefore, the pipes, for example, may be single-layer pipes, or may also contain two, three, four, or in fact even more layers. Multilayer pipes are particularly capable of withstanding mechanical or thermal stresses at outer layers that are not in contact with oil effluents.
Обычно слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, образует внутренний слой трубы. Тем не менее, изобретение также охватывает случай, в котором этот слой находится в непрямом контакте с нефтяными выходящими потоками. В одном варианте осуществления изобретения, таким образом, труба содержит герметичный или негерметичный внутренний слой, например, металлический каркас, который окружен слоем, содержащим ПЭКК. В этом случае нефтяной выходящий поток проходит, по меньшей мере, частично через негерметичный внутренний слой и, следовательно, входит опосредованно в контакт со слоем, содержащим ПЭКК.Typically, the layer intended to be in contact with the oil effluent forms the inner layer of the pipe. However, the invention also covers the case in which this layer is in indirect contact with oil effluents. In one embodiment of the invention, therefore, the pipe contains a hermetic or non-hermetic inner layer, for example, a metal frame, which is surrounded by a layer containing PECK. In this case, the oil effluent passes at least partially through the leaky inner layer and therefore comes into indirect contact with the layer containing PECC.
В одном варианте осуществления каркас окружен мембраной, содержащей ПЭКК. В другом варианте осуществления мембрана состоит из множества слоев, и содержит, по меньшей мере, один дополнительный слой к слою, содержащему ПЭКК, выполненный из другого полимера, такого как, например, ПВДФ, полиамид, полиэтилен, особенно PE-RT, или также материал, действующий в качестве связующего для сборки соответствующих слоев друг с другом.In one embodiment, the framework is surrounded by a membrane containing PECK. In another embodiment, the membrane consists of a plurality of layers, and contains at least one additional layer to the layer containing PECK, made of another polymer, such as, for example, PVDF, polyamide, polyethylene, especially PE-RT, or also a material , acting as a binder to assemble the respective layers to each other.
Указанная многослойная мембрана, например, может включать слой, содержащий ПЭКК, и слой на основе ПВДФ. ПВДФ представляет собой материал, который является особенно ценным из-за его гибкости и его химической стойкости и термостойкости (до 280°C), хотя его газопроницаемость означает, что он обеспечивает небольшую защиту от коррозии. Преимущественно слой ПВДФ может быть размещен в контакте с каркасом, и слой, содержащий ПЭКК, может быть размещен на наружной стороне каркаса. Другие слои могут быть размещены между этими двумя слоями, образующими мембрану.The specified multilayer membrane, for example, may include a layer containing PECK, and a layer based on PVDF. PVDF is a material that is particularly valuable due to its flexibility and its chemical and heat resistance (up to 280°C), although its gas permeability means it offers little corrosion protection. Advantageously, the PVDF layer can be placed in contact with the carcass and the PECC-containing layer can be placed on the outside of the carcass. Other layers may be placed between these two layers forming the membrane.
Слои, образующие мембрану, могут быть связаны друг с другом, например, с помощью механического крепления, другими словами, путем введения в зацепление шероховатостей, присутствующих на их соответствующих поверхностях.The layers forming the membrane can be connected to each other, for example by means of mechanical fastening, in other words by engaging the roughnesses present on their respective surfaces.
Следовательно, труба может представлять собой тип, называемый «грубым». В таком типе трубы слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, может образовывать герметизирующую оболочку, окружающую металлический каркас. Каркас образован металлической полосой, намотанной по спирали, которая служит для повышения сопротивления трубы относительно внешнего давления. Трубы этого типа также содержат свод, выполненный, например, из прочно скрепленных проволок, чтобы гарантировать сопротивление внутреннему давлению внутри трубы, и слои растягивающейся оплетки, состоящие из металлических проволок, намотанных по спирали под определенным углом, позволяющие трубе, в частности, проявлять более хорошую прочность при растяжении.Therefore, the pipe may be of the type referred to as "coarse". In this type of pipe, the layer intended to be in contact with the oil effluent may form a sealing sheath surrounding the metal frame. The frame is formed by a metal strip wound in a spiral, which serves to increase the resistance of the pipe against external pressure. Pipes of this type also contain a dome made of, for example, strongly bonded wires to guarantee resistance to internal pressure inside the pipe, and layers of stretch braid, consisting of metal wires wound in a spiral at a certain angle, allowing the pipe, in particular, to exhibit a better tensile strength.
С другой стороны, труба может представлять собой тип, называемый «гладким». Этот тип трубы не имеет металлического каркаса. Нефтяной выходящий поток, таким образом, может находиться в прямом контакте со слоем, содержащим ПЭКК. В обоих типах трубы слой, предназначенный для контакта с нефтяным выходящим потоком, может содержать или не содержать армирующие волокна. В любом случае, в дополнение к низкой газопроницаемости, особенно относительно CO2 и H2S, преимуществом ПЭКК является прекрасная стойкость к истиранию, особенно если он смешан в рецептуре с другими агентами, особенно с армирующими волокнами, особенно с углеродными волокнами. Соответственно, внутренний слой из ПЭКК обеспечивает эффективную стойкость к истиранию, вызываемому твердыми частицами, которые часто присутствуют в выходящих потоках.On the other hand, the pipe may be of the type referred to as "smooth". This type of pipe does not have a metal frame. The oil effluent can thus be in direct contact with the PECC-containing layer. In both types of pipe, the layer intended to be in contact with the oil effluent may or may not contain reinforcing fibres. In any case, in addition to low gas permeability, especially with respect to CO 2 and H 2 S, PECC has the advantage of excellent abrasion resistance, especially when it is formulated with other agents, especially reinforcing fibers, especially carbon fibers. Accordingly, the PECC inner layer provides effective resistance to abrasion caused by particulate matter, which is often present in the effluents.
Трубы в соответствии с изобретением, как правило, дополнительно содержат, как объяснялось выше для грубых труб, по меньшей мере, один слой механического упрочнения, образующего арматуру, чтобы противостоять внешнему и внутреннему давлению. Однако имеются также гибкие трубы, состоящие исключительно из термопластичных полимеров, таких как полимеры, продаваемые компанией Airborne. В таких трубах слои упрочнения и необязательные металлические арматуры заменяют армирующими элементами, состоящими из термопластичных композитов.Pipes according to the invention generally additionally comprise, as explained above for coarse pipes, at least one layer of mechanical reinforcement forming a reinforcement to resist external and internal pressure. However, there are also flexible pipes made entirely of thermoplastic polymers, such as those sold by Airborne. In such pipes, the reinforcement layers and optional metal fittings are replaced by reinforcing elements consisting of thermoplastic composites.
По меньшей мере, один слой механического упрочнения может быть выполнен из металла. В этом случае он может представлять собой металлическую трубу или также для большей гибкости может представлять собой обмотку из металлических проволок или из металлического материала.At least one mechanical strengthening layer may be made of metal. In this case, it may be a metal tube or, for greater flexibility, it may also be a coil of metal wires or of a metal material.
Слой механического упрочнения, с другой стороны, может быть выполнен из композитного материала. Композитный материал предпочтительно состоит из полимера, упрочненного армирующими волокнами. Полимер предпочтительно представляет собой высококачественный термопластичный полимер, например, полимер из класса полиамидов, полиэтилен, особенно PE-RT, ПВДФ, ПАЭК, особенно выбираемый из ПЭКК и/или ПЭЭК (PEEK). В композите полимер упрочнен армирующими наполнителями, особенно волокнами, особенно углеродными волокнами, или арамидными волокнами, или стекловолокнами. Слой механического упрочнения этого типа, содержащий ПЭКК, кроме того, может быть заменен металлическим каркасом и сводом, где это целесообразно, с получением гибкой гладкой трубы.The work hardening layer, on the other hand, may be made of a composite material. The composite material preferably consists of a polymer reinforced with reinforcing fibres. The polymer is preferably a high quality thermoplastic polymer, for example a polymer from the class of polyamides, polyethylene, especially PE-RT, PVDF, PAEK, especially selected from PECC and/or PEEK (PEEK). In the composite, the polymer is reinforced with reinforcing fillers, especially fibers, especially carbon fibers, or aramid fibers, or glass fibers. This type of work-hardening layer containing PECC can also be replaced by a metal frame and roof, where appropriate, to form a flexible smooth tube.
В одном варианте осуществления труба также содержит гибкую внешнюю арматуру. В другом варианте осуществления труба также содержит жесткую внешнюю арматуру.In one embodiment, the pipe also includes a flexible external reinforcement. In another embodiment, the pipe also contains a rigid outer reinforcement.
Слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, в частности, может быть представлен в форме трубы, оболочки или герметичного слоя, или также внутреннего покрытия. Внутреннее покрытие, в частности, может представлять собой футеровку, предназначенную для вставки в трубы, особенно металлические трубы, для их ремонта.The layer intended to be in contact with the oil effluent can in particular be in the form of a tube, a shell or a sealed layer, or also an inner cover. The inner lining may in particular be a lining intended to be inserted into pipes, especially metal pipes, in order to repair them.
В третьем аспекте изобретение предлагает способ производства труб, описанных выше.In a third aspect, the invention provides a method for the production of pipes as described above.
В частности, когда слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, принимает форму трубы или оболочки, он может быть получен, например, путем экструдирования или соэкструдирования. Когда слой находится в форме внутреннего покрытия, он может быть получен, например, нанесением покрытия из порошкового материала.In particular, when the layer intended to be in contact with the oil effluent takes the form of a pipe or shell, it can be obtained, for example, by extrusion or coextruding. When the layer is in the form of an inner coating, it can be obtained, for example, by coating with a powder material.
Компонент, состоящий из множества слоев, как описано выше, может быть также получен путем нанесения оболочки экструзией или также путем намотки полос и последующей сварки. В этом случае слой, предназначенный быть в контакте с нефтяным выходящим потоком, также обозначают как герметичный слой или оболочка.A multilayer component as described above can also be obtained by extrusion sheathing or also by winding strips and subsequent welding. In this case, the layer intended to be in contact with the oil effluent is also referred to as the sealed layer or sheath.
Более конкретно, когда труба, которая должна быть произведена или отремонтирована, представляет собой жесткую трубу, способ по изобретению включает стадии:More specifically, when the pipe to be manufactured or repaired is a rigid pipe, the method of the invention includes the steps of:
(a) получения трубы, содержащей ПЭКК, соответствующего размера; и(a) obtaining a pipe containing PECK, of the appropriate size; and
(b) вставки указанной трубы внутрь металлической трубы с получением футеровки.(b) inserting said pipe into a metal pipe to form a lining.
В одном варианте осуществления труба, содержащая ПЭКК, также может содержать один или несколько дополнительных слоев, например, из ПВДФ, полиамида, PE-RT или также материала, действующего в качестве связующего для сборки соответствующих слоев друг с другом.In one embodiment, the pipe containing PECK may also contain one or more additional layers, for example, of PVDF, polyamide, PE-RT or also a material acting as a binder to assemble the respective layers to each other.
Когда труба, которая должна быть произведена, представляет собой гибкую грубую трубу, способ по изобретению включает стадии:When the pipe to be produced is a flexible rough pipe, the method of the invention includes the steps of:
(a) получения металлического каркаса;(a) obtaining a metal frame;
(b) экструдирования вокруг указанного металлического каркаса, по меньшей мере, одного слоя композиции, содержащей ПЭКК, экструзией с Т-образной головкой; и(b) extruding around the specified metal framework, at least one layer of the composition containing PECK, extrusion with a T-shaped head; and
(c) монтирования свода вокруг полученной конструкции;(c) mounting a roof around the resulting structure;
(d) монтирования одного или нескольких слоев растягивающейся оплетки; и(d) mounting one or more layers of stretch braid; and
(e) экструдирования наружной полимерной оболочки вокруг полученной сборки.(e) extruding an outer polymeric shell around the resulting assembly.
Можно перед стадией (b) экструдировать один или несколько других слоев на металлический каркас, особенно слой на основе ПВДФ, полиамида, полиэтилена, особенно PE-RT, или также материала, действующего в качестве связующего материала, для сборки соответствующих слоев друг с другом.It is possible before step (b) to extrude one or more other layers onto a metal frame, especially a layer based on PVDF, polyamide, polyethylene, especially PE-RT, or also a material acting as a binder, to assemble the respective layers to each other.
Когда труба, которая должна быть произведена, представляет собой гибкую гладкую трубу, способ по изобретению включает стадии:When the pipe to be produced is a flexible smooth pipe, the process according to the invention includes the steps of:
a) экструдирования, по меньшей мере, одного слоя композиции, содержащей ПЭКК, экструзией с Т-образной головкой; иa) extruding at least one layer of the composition containing PECK, extrusion with a T-shaped head; and
b) монтирования свода вокруг полученной конструкции;b) mounting a vault around the resulting structure;
c) монтирования одного или нескольких слоев растягивающейся оплетки; иc) mounting one or more layers of stretch braid; and
d) экструдирования наружной полимерной оболочки вокруг полученной сборки. d) extruding an outer polymeric shell around the resulting assembly.
Можно во время стадии (a) экструдировать один или несколько других слоев, особенно на основе ПВДФ, полиамида, полиэтилена, особенно PE-RT, или также материала, действующего в качестве связующего для сборки соответствующих слоев друг с другом.It is possible during step (a) to extrude one or more other layers, especially based on PVDF, polyamide, polyethylene, especially PE-RT, or also a material acting as a binder for assembling the respective layers to each other.
Изобретение описано более подробно ниже в неограничивающих примерах.The invention is described in more detail below in non-limiting examples.
ПримерыExamples
Пример 1Example 1
Проницаемость ПЭККPermeability PECK
Проницаемость ПЭКК к газам и особенно к CO2 и H2S играет особенно большую роль в нефтяной промышленности, и поэтому литьевым формованием готовят пластину из ПЭКК (KEPSTAN® 7002, продается компанией ARKEMA France, отношение T:И=70:30) размерами (100×100×2) мм. Также готовят пластину из KEPSTAN® 8002 ПЭКК (продается компанией ARKEMA France, отношение T:И=80:20) размерами (100×100×2) мм путем экструзии полосы, после чего следует механическую обработка до желаемых размеров.The permeability of PECK to gases and especially to CO 2 and H 2 S plays a particularly important role in the oil industry, and therefore a plate of PECK (KEPSTAN® 7002, sold by ARKEMA France, ratio T:I=70:30) is prepared by injection molding with dimensions ( 100×100×2) mm. Also prepare a plate of KEPSTAN® 8002 PECK (sold by ARKEMA France, ratio T:I=80:20) with dimensions (100×100×2) mm by strip extrusion, followed by machining to the desired dimensions.
Кристалличность ПЭКК в пластине литьевого формования характеризуют путем измерения энтальпии плавления с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Это также может быть выполнено для экструдированной пластины. Из полученных данных можно определить, путем сравнения с теоретической энтальпией 100% кристаллизации, степень кристалличности ПЭКК в пластине литьевого формования и экструдированной пластине.The crystallinity of PECC in the injection molding plate is characterized by measuring the enthalpy of fusion using differential scanning calorimetry (DSC). This can also be done for an extruded plate. From the obtained data, it can be determined, by comparison with the theoretical enthalpy of 100% crystallization, the degree of crystallinity of PECC in the injection molding plate and the extruded plate.
Проницаемость для CO2 пластины литьевого формования при жестких условиях затем оценивают путем размещения дисков диаметром 90 мм, полученных механическим путем из пластины, в нагретой ячейке проницаемости (T=130°C). Такой же тест проводят для экструдированной пластины на дисках с диаметром 70 мм.The CO 2 permeability of the injection molded plate under stringent conditions is then evaluated by placing 90 mm diameter disks machined from the plate in a heated permeation cell (T=130°C). The same test is carried out for an extruded plate on discs with a diameter of 70 mm.
В ячейку проницаемости подают газ (в данном случае CO2), который входит при определенном давлении и вступает в контакт с одной поверхностью пластины испытуемого материала. Минимальное капиллярное давление газа (в данном случае 40 бар) можно контролировать с помощью компрессорной системы. На другой стороне пластины газ-носитель (в данном случае азот) переносит газ, который проникает через пластину, к детектору (в данном случае газовый хроматограф (ГХ)), где его определяют количественно. Измеренное количество проникшего газа используют для расчета проницаемости, учитывая площадь поверхности пластины, разницу парциального давления проникающего газа, время измерения и толщину пластины.The permeation cell is supplied with a gas (in this case CO 2 ) which enters at a certain pressure and comes into contact with one surface of the test material plate. The minimum gas capillary pressure (in this case 40 bar) can be controlled by the compressor system. On the other side of the plate, a carrier gas (in this case, nitrogen) carries the gas that permeates through the plate to a detector (in this case, a gas chromatograph (GC)), where it is quantified. The measured amount of permeate gas is used to calculate the permeability, taking into account the surface area of the plate, the difference in partial pressure of the permeant gas, the measurement time and the thickness of the plate.
Проницаемость рассчитывают в стационарном состоянии после переходного состояния, которое отражает время, необходимое молекулам проникающего газа диффундировать через пластину. Стационарное состояние, как считают, достигается, когда измеренный поток CO2 не растет больше чем на 1% между двумя выборками с интервалом 24 час. Например, в случае изучаемых пластин необходимо в целом 10 дней, чтобы выполнить измерение проницаемости.The permeability is calculated in the steady state after the transition state, which reflects the time required for permeant gas molecules to diffuse through the plate. Steady state is considered to be reached when the measured CO 2 flux does not increase by more than 1% between two samples 24 hours apart. For example, in the case of test plates, it takes a total of 10 days to complete a permeability measurement.
Результаты обобщены ниже в таблице 1.The results are summarized below in Table 1.
Проницаемость для H2S ПЭКК оценивают, как описано выше для CO2, но с использованием пластины из Kepstan® 7002 толщиной 0,5 мм (механически обработанной в форме диска диаметром 70 мм), вместо пластины в 2 см, и под давлением 15 бар.The permeability to H 2 S of PECC was evaluated as described above for CO 2 but using a 0.5 mm thick Kepstan® 7002 plate (machined in the form of a 70 mm diameter disk) instead of a 2 cm plate, and at a pressure of 15 bar .
Результаты обобщены ниже в таблице 2.The results are summarized below in Table 2.
Более того, аморфные пленки толщиной 50 мкм готовят экструзионным каландрованием из KEPSTAN® 7002 ПЭКК (продаваемым ARKEMA France, отношение T:И=70:30. Эти пленки кристаллизуют путем термической обработки в печи при 210°C в течение 40 мин. Диски 50 см2 по площади извлекают из двух пленок (аморфной и кристаллической) и используют для измерения проницаемости к газам CO2, O2, N2 и CH4. Измерения проводят в ячейке проницаемости, как описано выше, но при обычной температуре и атмосферном давлении.Moreover, 50 µm thick amorphous films were prepared by extrusion calendering from KEPSTAN® 7002 PECK (sold by ARKEMA France, T:I ratio=70:30. These films were crystallized by heat treatment in an oven at 210°C for 40 minutes. 50 cm discs 2 by area is extracted from two films (amorphous and crystalline) and used to measure the permeability to gases CO 2 , O 2 , N 2 and CH 4. Measurements are carried out in a permeability cell as described above, but at ordinary temperature and atmospheric pressure.
Результаты обобщены ниже в таблице 3.The results are summarized below in Table 3.
Пример 2 (сравнительный)Example 2 (comparative)
Проницаемость ПЭЭКPermeability PEEK
Для сравнения свойств ПЭКК со свойствами ПЭЭК повторяют пример 1, используя пластину литьевого формования из ПЭЭК толщиной 2 мм (450G, продается компанией VICTREX).To compare the properties of PECC with those of PEEK, Example 1 was repeated using a 2 mm thick PEEK injection molding plate (450G, sold by VICTREX).
Проницаемость для H2S оценивают, как описано выше для CO2, но с использование пластины литьевого формования ПЭЭК (450G, продается компанией VICTREX) толщиной 0,5 мм (затем механически обработанной в форме 70 мм дисков), под давлением 15 бар.The H 2 S permeability was evaluated as described above for CO 2 but using a 0.5 mm thick PEEK injection molding plate (450G, sold by VICTREX) (then machined into 70 mm disks), at a pressure of 15 bar.
Результаты обобщены ниже в таблицах 1 и 2.The results are summarized below in tables 1 and 2.
Кроме того, диски диаметром 70 мм вырезают из 50 мкм пленок из ПЭЭК 450G, полученных экструзионным каландрованием (аморфные экструдаты и также экструдаты, кристаллизованные при 205°C в течение более 1 часа), и используют для измерения проницаемости к газам CO2, O2, N2 и CH4. Измерения проводят в ячейке проницаемости, как описано выше, но при обычной температуре и атмосферном давлении.In addition, discs with a diameter of 70 mm were cut from 50 µm PEEK 450G films obtained by extrusion calendering (amorphous extrudates and also extrudates crystallized at 205°C for more than 1 hour) and used to measure the permeability to gases CO 2 , O 2 , N 2 and CH 4 . Measurements are made in a permeability cell as described above, but at normal temperature and atmospheric pressure.
Результаты обобщены ниже в таблице 3.The results are summarized below in Table 3.
Результаты показывают, что проницаемость для CO2 ПЭКК при жестких условиях по температуре и давлению значительно лучше проницаемости ПЭЭК. Это наблюдение является все более неожиданным, так как ПЭЭК имеет более высокую степень кристалличности, чем ПЭКК. Причиной является то, что энтальпия плавления пластины из ПЭЭК больше, чем пластины из ПЭКК.The results show that the CO 2 permeability of PECK under severe temperature and pressure conditions is significantly better than that of PEEK. This observation is all the more surprising since PEEK has a higher degree of crystallinity than PECK. The reason is that the melting enthalpy of PEEK plate is higher than that of PECC plate.
Что касается проницаемости для H2S, таким же путем установлено явное превосходство для ПЭКК при сравнении с ПЭЭК, так как проницаемость ПЭКК, как видно, в 2,8 раза меньше проницаемости ПЭЭК.With regard to the permeability to H 2 S, in the same way, a clear superiority was established for PECC when compared with PEEK, since the permeability of PECC, as can be seen, is 2.8 times less than the permeability of PEEK.
Также установлено, что пленки, выполненные из кристаллизованного ПЭКК, заметно лучше по защитным свойствам относительно всех испытанных газов при сравнении с кристаллизованными ПЭЭК пленками. Аналогично, аморфные ПЭКК пленки лучше по защитным свойствам при сравнении с аморфными ПЭЭК пленками.It has also been found that films made from crystallized PEEK are noticeably better in terms of protective properties relative to all tested gases when compared with crystallized PEEK films. Similarly, amorphous PECC films are superior in barrier properties when compared to amorphous PEEK films.
Испытания также выявили, что ПЭКК даже в аморфной форме проявляет более хорошие барьерные свойства относительно газов CO2, O2, N2 и CH4, чем кристаллизованный ПЭЭК.Tests have also revealed that PEEK, even in amorphous form, exhibits better barrier properties to CO 2 , O 2 , N 2 and CH 4 gases than crystallized PEEK.
Эти результаты показывают, что при одинаковой толщине использование ПЭКК в трубах для транспортировки нефтяных выходящих потоков обеспечивает лучшую защиту металлических компонентов от коррозии, вызываемой миграцией газов, таких как CO2 и H2S. Более того, для достижения целевой проницаемости за счет использования ПЭКК можно уменьшить толщину оболочек и тем самым уменьшить массу трубы.These results show that, at the same thickness, the use of PECC in oil effluent pipes provides better protection of metal components against corrosion caused by the migration of gases such as CO 2 and H 2 S. reduce the thickness of the shells and thereby reduce the mass of the pipe.
Claims (44)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1761241 | 2017-11-27 | ||
FR1761241A FR3074184B1 (en) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | USE OF PEKK FOR THE MANUFACTURE OF PARTS WITH LOW GAS PERMEABILITY |
PCT/FR2018/053001 WO2019102165A1 (en) | 2017-11-27 | 2018-11-27 | Use of pekk for producing parts with low gas permeability |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020119943A RU2020119943A (en) | 2021-12-29 |
RU2020119943A3 RU2020119943A3 (en) | 2021-12-29 |
RU2786066C2 true RU2786066C2 (en) | 2022-12-16 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8129462B2 (en) * | 2002-08-19 | 2012-03-06 | Robroy Industries, Inc. | High temperature liner |
US8163364B2 (en) * | 2003-09-19 | 2012-04-24 | Nkt Flexibles I/S | Flexible unbonded pipe and a method for producing such pipe |
WO2014199033A1 (en) * | 2013-06-13 | 2014-12-18 | IFP Energies Nouvelles | Composite material composition for neutralising acid compounds and pipe comprising a sheath produced with such a composition |
FR3046208A1 (en) * | 2016-12-22 | 2017-06-30 | Ifp Energies Now | FLEXIBLE PETROLEUM FLUID TRANSPORTATION CONDUIT COMPRISING A BARRIER AGAINST DISSEMINATION |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8129462B2 (en) * | 2002-08-19 | 2012-03-06 | Robroy Industries, Inc. | High temperature liner |
US8163364B2 (en) * | 2003-09-19 | 2012-04-24 | Nkt Flexibles I/S | Flexible unbonded pipe and a method for producing such pipe |
WO2014199033A1 (en) * | 2013-06-13 | 2014-12-18 | IFP Energies Nouvelles | Composite material composition for neutralising acid compounds and pipe comprising a sheath produced with such a composition |
FR3046208A1 (en) * | 2016-12-22 | 2017-06-30 | Ifp Energies Now | FLEXIBLE PETROLEUM FLUID TRANSPORTATION CONDUIT COMPRISING A BARRIER AGAINST DISSEMINATION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200324507A1 (en) | Underwater pipe comprising a sheath made of a polypropylene homopolymer | |
CA2537302C (en) | A flexible unbonded pipe and a method for producing such pipe | |
EP2558273B1 (en) | Flexible tube and method for producing the same | |
EP2558286B1 (en) | Flexible tube having high temperature resistance | |
RU2709588C2 (en) | Thermoplastic composite pipe with multilayer intermediate layer | |
BRPI0809687B1 (en) | FLEXIBLE PIPING AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF FLEXIBLE PIPING | |
US20110315263A1 (en) | Flexible composite pipe | |
RU2786066C2 (en) | Use of poly(etherketoneketone) (pekk) for production of components with low gas permeability for transportation of oil liquids | |
KR102649224B1 (en) | Use of PEKK for producing parts with low gas permeability | |
DK2533973T3 (en) | Flexible submarine pipe comprising a layer with a polymeric resin having the titanium surface-modified nanoparticles | |
AU2017247618B2 (en) | Submarine pipe comprising a sheath comprising a polypropylene block copolymer | |
BR112020010299B1 (en) | USE OF PEKK FOR THE MANUFACTURE OF PARTS WITH LOW GAS PERMEABILITY | |
US20240377002A1 (en) | Multilayer permeation barrier for spoolable composite pipes | |
US20240288100A1 (en) | THERMOPLASTIC COMPOSITE HOSE FOR TRANSPORTING FLUID AND FLEXIBLE PIPE COMPRISING SAME (As Amended) | |
CN118998457A (en) | Flexible composite pipe for hydrogen transportation and preparation method thereof | |
Chang et al. | Critical pre-qualification test protocol for external high temperature pipeline coatings | |
JP2703285B2 (en) | Hose for refrigerant gas |