(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. B32B 7/04 (06.01) B32B 1/08 (06.01) B32B 27/08 (06.01) B32B 27/32 (06.01) B32B 27/40 (06.01) B32B 37/00 (06.01) F16L 13/02 (06.01) F16L 8/00 (06.01) F16L 8/18 (06.01) F16L 9/ (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato () Prioritet.04.12, DE, (84) Utpekte stater AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR (73) Innehaver Silicoat Robotics GmbH, Hans-Knöll-Str. 6, 0774 Jena, DE-Tyskland (72) Oppfinner CIHAR, Roman, Wildenbruchstr. 1, 0774 Jena, DE-Tyskland (74) Fullmektig Tandbergs Patentkontor AS, Postboks 170 Vika, 0118 OSLO, Norge (4) Benevnelse OFFSHORE-ISOLASJONSELEMENT FOR OLJE- ELLER GASSRØRLEDNINGER OG FREMGANGSMÅTE FOR DETS FREMSTILLING (6) Anførte publikasjoner EP-A DE-A DE-A

2 NO/EP Beskrivelse [0001] Oppfinnelsen vedrører et offshore-isolasjonselement for olje- og gassrørledninger og en fremgangsmåte for dets fremstilling. [0002] Som offshore-rørledninger betegnes ledninger der den største delen forløper under vann på havbunnen. Slike rørledningssystemer krever en ekstrem høy grad av investeringer og er i mange tilfeller det avgjørende elementet for forsyningen av hele industrinasjoner. For overhodet å sikre en varig og fremfor alt kostnadseffektiv drift av disse systemene uten funksjonssvikt, kreves en høy grad av spesifikt "know-how" innenfor de forskjelligste tekniske områdene. [0003] Mediet som transporteres av rørene som er installert under vannoverflaten er underkastet andre temperaturforhold enn rørenes omgivelse. Fremfor alt i tiltagende dybde spiller påvirkningen ved lave omgivelsestemperaturer vedrørende viskositeten av det transporterte mediet en avgjørende rolle. Tekniske metoder for å holde viskositeten lav består i tilførselen av spesielle additiver til det transporterte mediet, noe som imidlertid krever et ekstra rør for transporten av additivet til stedet for tilførselen. [0004] Alternativt kan rørledningen omgis med temperaturisolerende materialer. Ved dette må omhyllingen oppfylle flere krav. For leggingen av rørledningen burde omhyllingen på den ene side være så fleksibel som mulig, på den annen side må den under vann holde stand mot høyt statisk trykk. I tillegg forsøker man å holde kostnadene for en slik oppbygning så vidt mulig innen rimelighetens grenser. Derfor forsynes rørene med en isolasjonskappe som består av flere lag. Isolasjonen av offshore-rørledningen må i tillegg til mekaniske påvirkninger ved leggingen og i drift også varig være bestandig mot inntrengning av vann. Inntrengningen av vann fører til redusert funksjon av kappen som virker som termisk isolasjon og til de ovenfor beskrevne negative påvirkninger av viskositetsadferden av det transporterte mediet. I et ekstremtilfelle kan det lokalt føre til korrosjon på rørenes ytre vegg som etter hvert kan føre til funksjonssvikt og utløp av det transporterte mediet til vannet hhv. inntrengningen av vann til mediet. I tillegg til de uønskede høye følgekostnader spiller miljøaspekter her en avgjørende rolle. [000] Området som er mest utsatt og derved det kritiske området angående forstyrrelser av den beskrevne art er forbindelsesstykkene til rørledningene hhv. deres isolasjonskapper. Anvendelsesområdet for den beskrevne oppfinnelsen strekker seg i denne forbindelse til området for fremstilling av varig vannbestandige forbindelseselementer for isolasjonskapper for offshore-rørledninger, de såkalte field joints. [0006] Teknikkens stand for den strukturelle oppbygningen av en isolasjonskappe for undervannsrør er for eksempel forklart utførlig i US,871,034. For en rimelig anvendelse brukes bituminøse materialer som skifter i lag med polymerer med

3 NO/EP forskjellige egenskaper for å øke den strukturelle stabiliteten. Det bituminøse materialet danner den egentlige termiske isolasjonsmotstanden, polymerkappene ligger til forsterkning av de mekaniske egenskapene fordelt rundt denne kappen. [0007] For forbindelsen av isolasjonskapper ble det tidlig foreslått en løsning i US 4,770,444 som beror på den gjensidige skruforbindelsen av endene. Til dette ble endene forsynt med koniske hun- hhv. han-gjenger. Den koniske oppbygningen sikrer derved på grunn av en formsluttende forbindelse en viss tetthet mot inntrenging av fuktighet. [0008] Teknikkens stand vedrørende fremstillingen av såkalte field joints beskrives i US 6,264,871. [0009] Her forklares nøyaktig hvordan endene til plastkappen må bearbeides for deretter å få en tett struktur. Endene til isolasjonskappene skjæres for dette i en vinkel, og dette rundt hele omkretsen. Deretter varmes endene opp til en temperatur på mer enn 70 C. Dette tjener til å applisere flytende bindemidler. Er bindemidlene avreagert etter en bestemt tid, kan det startes med påføringen av fyllstoff. Dette fyllstoffet må reagere kjemisk med bindemidlet og er basert på polyuretan. [00] En alternativ vei viser EP A1. Der forklares hvordan isolasjonskappens ender lukkes vanntett ved hjelp av en mansjett. Denne fremgangsmåten beror på anvendelsen av varme og trykk. Materialet sprøytes under optimale termiske betingelser under høye trykkforhold under mansjetten og herdes deretter. [0011] På lignende måte går man frem ifølge US,900,19. Her beskrives hvordan et raskt bindende polyuretan sprøytes gjennom en spesielt anordnet åpning i mansjetten og derved kan eventuelt foreliggende fuktighet på overflaten av endene til isolasjonskappene adsoberes. Som mansjettmaterial angis her polyetylen (PE). [0012] Videre beskrives i US 7,407,197 hvordan isolasjonskappenes overflate må være for at PE-mansjetten får optimalt hold. For dette underkastes overflaten en spesiell kammeroppbygning. [0013] For å beskytte field joints mot mekanisk påvirkning som beror på den longitudinale belastningen av rørledningen, foreslås løsninger i US 4,909,669. Ved dette hjelper oppbygninger av massiv plast eller av hult utførte rør som langs omkretsen legges mellom field joints og de egentlige isolasjonskappene og som frakopler disse mekanisk. [0014] US,328,648 beskriver en metode for fremstilling av field joints ved at støpemassen appliseres ved hjelp av en støpeinnretning. Støpeinnretningen utstyres ved dette først med en bestemt, ikke bindende membran som består fortrinnsvis av kartong eller papp. [001] I US 3,711,124 anvendes for forbindelsen av isolasjonskappene likeledes polyuretan (PU). PU-skummet omvikles med en polyetylentape og krympes termisk. Mansjetten som oppnås, fremstilles ved temperaturer rundt 170 C. Under den ferdige

4 NO/EP mansjetten kan før dette appliseres polyester- eller epoksyharpikser som kan være armert med glassfiber. [0016] DE A1 beskriver et 7-lags vakuum-isolasjonspanel (VIP) bestående av en mikroporøs plate som kjernelag og en omhylling av en plastfolie med minst 7 lag med lagrekkefølgen: 1 polyolefin-varmforseglingslag lim- eller forbindelseslag gassbarrierelag lim- eller forbindelseslag polyolefinlag lim- eller forbindelseslag og et lag i det vesentlige av polyester og/eller polyamid og/eller polypropylen som har pådampet aluminium eller SiOx eller et metalloksid av 2. eller 3. hovedgruppe. [0017] Fra A1 er en plastisolasjon på gassledninger av stål kjent for korrosjonsbeskyttelse av ståldelene under vann hvorved isolasjonen oppviser konfigurasjonen PE/SiO2butyl-kautsjuklim. [0018] I EP A1 beskrives et tubelaminat som inneholder minst følgende lag: 2 en polyetylenfolie med en tykkelse av 60 til 0 µm, en laminering, en bærerfolie med en tykkelse av 8 til µm som er forsynt med et keramisk nanosjikt, et ionomerlag med en tykkelse av til 40 µm, en laminering, og en polyetylenfolie med en tykkelse av 60 til 0 µm. 3 [0019] Felles for alle kjente løsninger er forsøket på varig å tette materialforbindelsene på fugene mellom isolasjonskappenes overflate og skum, adhesiv, tape osv. på kontaktstedene mot det ytre medium, nemlig vannet. Dette realiseres ved at de anvendte materialene forbindes kjemisk med rørledningsoverflaten. De kjente tekniske løsningene har imidlertid følgende ulemper: mangelfull forbindelse av polyuretanlaget med PP-underlaget uten våtkjemiske bindemidler,

5 NO/EP anvendelsen av våtkjemiske bindemidler er tidkrevende, kostnadskrevende, ikke miljøvennlig, vanskelig å håndtere (forbruksmidlets holdbarhet, termisk herding osv.), på grunn av begrenset, utilstrekkelig vedheft forblir risikoen for inntrengning av vann i fugen mellom PP-underlag og PUR-lag, og ekstrem høye vedlikeholds- og reparasjonskostnader under vann i tilfellet av manglende vedheft og manglende motstand mot vanninnbrudd [00] For ved polymerisasjonen av passende plaster å sikre reaksjonsproduktets vedheft til en overflate, må det på substratet foreligge grupper med bindingsevne for en molekulær fornetting. I tilfellet av bindingen av polyuretaner til plastoverflater anvendes i den generelle praksis våtkjemiske primere i form av høyt spesialiserte bindemidler (likeledes US 6,264,871). Tillater den industrielle fremstillingen ikke anvendelsen av våtkjemiske prosesser, tar man mangelfull vedheft av adhesiven til underlaget med på kjøpet. En ruhetsdannelse på PP-overflaten har i tillegg til økningen av overflateinnholdet fremfor alt den fordelen at man løsner tilsmussinger fra overflaten, som ikke eller bare ekstremt kostnadskrevende kan unngås under røffe industrielle produksjonsforhold. [0021] Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et offshoreisolasjonselement for olje- eller gassrørledninger, hvilket isolasjonselement unngår de ovenfor nevnte ulempene til teknikkens stand og muliggjør spesielt lengre standtider av offshore-isolasjonselementet ved tydelig redusert vedlikeholds- og reparasjonsinnsats. Videre er det foreliggende oppfinnelsens oppgave å angi en fremgangsmåte for fremstilling av dette offshore-isolasjonselementet for olje- eller gassrørledninger, hvilken fremgangsmåte kan realiseres med liten innsats. [0022] Ifølge oppfinnelsen løses denne oppgaven ved de karakteriserende trekkene i det første og femte patentkravet. Ytterligere gunstige utformingsmuligheter av oppfinnelsen er angitt i de avhengige patentkravene. [0023] Oppfinnelsens idé består i at man på overflaten av et offshore-isolasjonselement for utvinning av olje eller gass, i form av krummede polypropylen- (PP) eller polyetylen- (PE) plastsegmenter, spesielt på de respektive endene av isolasjonskappene, får støpematerialer på basis av polyuretaner (PUR) til å hefte ved og til å herde, hvorved et tynt halvlederoksidisk lag har funksjonen til en hefteevneforbedrer mellom polypropylenen (PP) eller polyetylenen (PE) og polyuretanen (PUR) slik at en varig fuktighetsresistent forbindelse av polyuretanen realiseres på PP- eller PEunderlaget. [0024] Offshore-isolasjonselementet for utvinning av olje og gass er belagt med en lagdelt sammensetning av polypropylen eller polyetylen og polyuretan hvorved dette

6 NO/EP laget er påført et tynt halvlederoksidlag som polyuretan ved støping (ved hjelp av omsetning av NCO-reaktive grupper med NCO-grupper) er påført over. Det halvlederoksidiske laget påføres ved dette i et plasma under atmosfærisk trykk og i omgivelsestemperatur. Ved denne lagoppbygningen unngås vanninnbrudd ved legging og ved drift av offshore-rørledningsforbindelsesstedene som ellers ville føre til økning av viskositeten til det utvunnede mediet eller til korrosjon og kostnadskrevende forstyrrelser. [002] Fordelen ved offshore-isolasjonselementene ifølge oppfinnelsen er at ulempene ved teknikkens stand kan unngås ved at det ved hjelp av en innretning som er å få i handelen innen sekunder avsettes et halvlederoksidisk lag på plastoverflaten (PP eller PE), nemlig ved atmosfærisk trykk og romtemperatur. Dette halvlederoksidiske laget danner grunnlaget for en kjemisk forbindelse av PURmaterialer. Derved kan det oppnås både økte adhesjonsverdier av PUR-materialet til dets PP- eller PE-underlag, og det kan unngås vanninnbrudd ved varig belastning. Forbindelsene for isolasjonskapper produsert med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør derved lengre standtider ved tydelig redusert vedlikeholds- og reparasjonsinnsats. Den nye tekniske løsningen unngår anvendelsen av løsningsmiddelholdige væsker. Den foreliggende oppfinnelsens bruker unngår problematikken med håndteringen av våtkjemiske bindemidler. Følgende grunner taler imot anvendelsen av våtkjemiske bindemidler: 2 begrenset lagringsdyktighet, problematisk påføring, herding av bindemidlene krever tid, massiv frisetting av løsningsmidler til atmosfæren, og høye materialkostnader. 3 [0026] Den tekniske løsningen ifølge oppfinnelsen unngår den energi- og tidkrevende herdingsprosessen av våtkjemiske substanser og avgir i tillegg ingen som helst løsningsmidler. Etter den halvlederoksidiske belegningen kan påføringen over store flater med polyuretansubstansene umiddelbart begynnes. Dette er noe absolutt nytt. Forbehandlingsprosessen kan integreres og skaleres direkte i fremstillingen for kontinuerlig produksjon. I tillegg er det ved hjelp av teknologien ifølge oppfinnelsen mulig å fjerne organiske substanser i form av forurensninger fra plastoverflaten slik at det kan gis avkall på en rengjøring av overflaten som ville være nødvendig ved alternative forbehandlingsmetoder. Både forbruksmidlet og den tekniske innsatsen for påføringen av det halvlederoksidiske laget er forbundet med forholdsvis svært lave kostnader. Ved

7 NO/EP tydelig bedre adhesjonsverdier mellom plastoverflate og polyuretan samt forbedret resistens mot vanninnbrudd representerer den nye fremgangsmåten et betydelig bedre økonomisk alternativ enn den aktuelle teknikkens stand. [0027] Fordelene ved offshore-isolasjonselementet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er: raskere, enklere, reproduserbar fremstillingsprosess, betydelig forbedrede adhesjonsverdier og belastningsegenskaper for isolasjonslementet, lavere kostnader for reparasjoner under vann og mulig ekstrem svikt, samt ingen anvendelse av løsningsmidler som avgis til atmosfæren og som er underlagt stadig strengere miljøpåbud. 1 [0028] Oppfinnelsen forklares i det følgende nærmere ved hjelp av tegningene og utførelseseksemplene. Der viser: Fig. 1: en skjematisk fremstilling av et offshore-isolasjonselement (field joints) ifølge oppfinnelsen, Fig. 2: en skjematisk fremstilling av belegningsprosessen av polypropylen- eller polyetylenoverflaten ifølge oppfinnelsen, og Fig. 3: en skjematisk fremstilling av belegningsprosessen av segmenterte polypropylensubstrater ifølge oppfinnelsen. 2 3 [0029] På den bøyde plast-(pp eller PE)overflate påføres i første trinn et halvlederoksidisk lag som virker som hefteevneforbedrer. Håndteringen av løsningsmiddelholdige væsker som hefteevneforbedrer og tørketidene som er forbundet med dette samt miljøbelastningene faller bort. Laget avsettes ved hjelp av en innretning som fås i handelen under normaltrykkbetingelser i romtemperatur. Ved dette tjener ioniserende plasma til å bryte ned flytende halvlederorganiske substanser i plasmasonen og å oksidisk fornette det frie halvlederionet med bindingsevne både i plasmaet selv og også på overflaten av de bearbeidede materialene. Lagegenskapene kan styres ved hjelp av de anvendte parametrene. I andre trinn påføres den på denne måten preparerte overflaten et polyuretan- (PUR)material. Etter herdingen av polyuretanen på basis av omsetningen av NCOreaktive grupper med NCO-grupper hefter dette fast ved den på denne måten preparerte

8 NO/EP PE- eller PP-overflaten. Det ferdige produktet fra disse enkelte fremgangsmåtetrinn er vist i fig. 1. Enden til det isolerte røret (1) og av dets ytterste kappe (2) som består av PP eller PE er belagt med et halvlederoksidisk lag (3). Dette laget er PUR (4) bundet til. [00] Det halvlederoksidiske laget (3) er bindeleddet til polyuretanlaget (4) som er påført dette. Under PUR-mantelen (4) følger tilslutningen til det følgende PP- eller PEisolasjonselementet () hhv. den følgende rørende (6) som ligger under og som er sveiset sammen med den medieførende delen (1). Sveisesømmen omhylles derved komplett av det i seg selv lukkede PUR (4). Inntrengning av vann kan bare finne sted over grenseflaten mellom de to PP- eller PE-elementene (2) hhv. () på deres grenseflater til PUR (4). Denne grenseflaten realiseres ved hvert punkt ved det halvlederoksidiske laget (3) som genererer en kjemisk kopling mellom (4) og (2) hhv. () og derved komplett forhindrer inntrengningen av fuktighet. [0031] Det halvlederoksidiske laget (3) fremstilles ved anvendelse av en atmosfærisk belegningsmetode ved romtemperatur ved hjelp av en apparatur som fås i handelen. Økningen av overflatetemperaturen av det bearbeidede emne begrenser seg derved til få Kelvin. Ved dette blandes til gassblandingen som kommer ut av emisjonskilden (7) for det ioniserende plasmaet (8) først en halvlederorganisk substans som etter å ha forlatt emisjonskilden (7) for det ioniserende plasmaet (8) omsetter seg i plasmavolumet (8) til halvlederoksidiske partikler. Omsetningen til disse partiklene foregår fra munningen (9) av plasmavolumens emisjonskilde (7). [0032] For belegning utsettes overflaten til PP- eller PE-overflaten (2) hhv. () som skal bearbeides, for plasmavolumet (8) som vist i fig. 2, hvilken overflate beveger seg med en definert omkretshastighet mellom m/t og 4000 m/t, foretrukket 00 m/t, over overflaten til PP eller PE (2) hhv. (). På overflaten til det ytre PP- eller PE-skallet (2) hhv. () til den isolerte rørenden (1) hhv. (6) foregår en fornetting av de halvlederoksidiske partiklene til et oksidisk lag (3). Avstanden fra emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (7) til PP- eller PE-overflaten (2) hhv. () kan ved dette variere mellom 3 mm og 0 mm. Foretrukkede avstander ligger mellom 3 mm og 0 mm. Fremgangsmåteteknisk kan ved dette enten PP- eller PE-overflaten (2) hhv. () dreie seg om sin egen akse hvorved plasmavolumet (8) og emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (7) er fikserte, eller emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (7) fører plasmavolumet (8) rundt PP- eller PE-overflaten (2) hhv. (). I denne prosessen føres i det første tilfellet så emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (7) på langs langsetter PP- eller PE-substratet (2) hhv. () som snur seg. I det andre tilfellet føres PP- eller PEsubstratet (2) hhv. () langs den bevegede emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (7). Derved kan den roterende bevegelsen av emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (8) også utføres oscillerende.

9 NO/EP [0033] Videre kan emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (7) også føres over delvis eller helt segmenterte områder () til PP- eller PE-substratet (2) hhv. (), hhv. føres disse segmentene () forbi emisjonskilden for det ioniserende plasmaet (7), noe som er vist i fig. 3. Etter dette trinnet foregår påføringen av polyuretan (4) som på det halvlederoksidiske laget (3) fornetter på den beskrevne måten til en fast polymer. Etter herdingen av polyuretanen (4) på basis av omsetningen av NCO-reaktive grupper med NCO-grupper hefter PUR-laget (4) fast ved PP- eller PE-overflaten (2) hhv. () eller deres segmenter () som er preparert med det halvlederoksidiske laget (3). Vedheftet beror derved på en kjemisk kopling som under påvirkning av vann hhv. saltvann ikke er reversibel. Inntrengingen av fuktighet i fugen mellom (4) og (2) hhv. () er derved varig forhindret. Alle trekk beskrevet i beskrivelsen, i utførelseseksemplet og de etterfølgende kravene kan både enkeltvis og i passende kombinasjon med hverandre være vesentlige for oppfinnelsen. Henvisningstall [0034] rør 2 - PP-eller PE-element 3 - halvlederoksidisk lag 4 - PUR-lag - etterfølgende PP- eller PR-isolasjonselement 7 - emisjonskilde for ioniserende plasma 8 - ioniserende plasmavolum - segmentert område

10 NO/EP Patentkrav 1. Offshore-isolasjonselement for utvinning av olje og gass, bestående av en lagdelt sammensetning av polypropylen eller polyetylen og polyuretan, karakterisert ved at det befinner seg et halvlederoksidisk lag mellom polypropylen eller polyetylen og polyuretan. 2. Offshore-isolasjonselement ifølge krav 1, karakterisert ved at tykkelsen av det halvlederoksidiske laget er inntil 0 nm. 3. Offshore-isolasjonselement ifølge krav 1, karakterisert ved at tykkelsen av det halvlederoksidiske laget er 2 nm til 0 nm Offshore-isolasjonselement ifølge krav 1, karakterisert ved at det halvlederoksidiske laget baserer seg på Si eller Ge. 2. Fremgangsmåte for fremstilling av et offshore-isolasjonselement ifølge ett eller flere av de forestående krav der det halvlederoksidiske laget under atmosfærisk trykk og omgivelsestemperatur påføres polypropylen- eller polyetylenoverflaten og det deretter på det halvlederoksidiske laget fås polyuretan i en støpeprosess ved omsetning av NCO-reaktive grupper med NCO-grupper. 6. Fremgangsmåte for fremstilling av et offshore-isolasjonselement ifølge krav, karakterisert ved at polypropylen- eller polyetylenoverflaten beveges overfor en fast emisjonskilde for ioniserende plasma. 7. Fremgangsmåte for fremstilling av et offshore-isolasjonselement ifølge krav, karakterisert ved at det rundt polypropylen- eller polyetylenoverflaten beveges en emisjonskilde for ioniserende plasma. 8. Fremgangsmåte for fremstilling av et offshore-isolasjonselement ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at emisjonskilden for ioniserende plasma anvendes i form av corona, flamme, lysbue eller HV-remoteplasma.

11 NO/EP28287

12 11 NO/EP28287