隨著深海油氣開采范圍的日益擴大，復合柔性軟管因具有性和地形適應性好、安裝方便、不需使用大型鋪管船等明顯優(yōu)勢，   了越來越廣泛的和應用。復合軟管根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式分為粘結(jié)型復合柔性軟管和非粘結(jié)型復合柔性軟管。其中，粘結(jié)型復合柔性軟管由高分子材料層和金屬增強層擠壓而成，并在成型后通過的工藝使高分子材料層和金屬增強層產(chǎn)生較高的粘結(jié)強度；而非粘結(jié)型復合柔性軟管的聚合物材料層和金屬增強層之間直接裝配，不需要使用的化學工藝粘合，通過摩擦力和接觸壓力傳遞載荷。目前復合軟管的設計以及加工工藝技術(shù)在國內(nèi)尚屬初級階段。依托“十二五”   科技重大專項，中海油   總院聯(lián)合天津市海王星海上工程技術(shù)股份有限公司啟動了“海洋用保溫輸油軟管”   ，從設計、制造到工程使用，該項   打破了   技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了設備國產(chǎn)化和產(chǎn)品的中國制造，   降低了油田生產(chǎn)成本。在柔性軟管的長期服役過程中，由于高分子材料的茹彈性，內(nèi)襯層聚合物材料會不斷地發(fā)生蠕變。在服役溫度和壓力的作用下，內(nèi)襯層材料的形變隨時間的推移而逐漸增大，可能會造成內(nèi)層材料厚度的過度減少，從而引起內(nèi)襯層材料的結(jié)構(gòu)破壞。蠕變性能反映了內(nèi)襯層材料的尺寸穩(wěn)定性和長期負載能力。復合柔性軟管的設計標準—美國石油協(xié)會(API標準API中指出：在復合柔性軟管的整個服役周期內(nèi)，內(nèi)襯層材料在各種外部因素的作用下厚度減薄應小于30%。因此，對于復合柔性軟管內(nèi)襯層材料蠕變行為的   在軟管的結(jié)構(gòu)設計中非常重要。

本文以聚乙烯(HDPE≥內(nèi)襯層為   對象，采用有限元分析(FEA方法分析了內(nèi)襯層材料在受到內(nèi)壓時的徑向壓力，   了不同溫度下HDPE材料的蠕變性能，根據(jù)時溫等效原理計算了HDPE材料的長期蠕變模型；結(jié)合內(nèi)襯層外的抗壓層結(jié)構(gòu)形式，進行了側(cè)向約束下HDPE材料的壓縮蠕變試驗，模擬了HDPE材料在抗壓層空隙中的填充行為，據(jù)此計算其服役壽命內(nèi)在抗壓層空隙中的填充量。

非粘結(jié)海洋復合柔性軟管的結(jié)構(gòu)形式。其內(nèi)襯層和外包覆層由高分子聚合物材料連續(xù)擠出制成，骨架層及抗拉抗壓層由多層鋼帶(或相互咬合的扁鋼）螺旋纏繞而成。內(nèi)襯層的作用為密封管道內(nèi)輸送的流體，外包覆層的作用為阻隔外部海水，鋼帶(或扁鋼的作用為承受內(nèi)部壓力或軸向拉力。

復合柔性軟管管道運行期間的內(nèi)壓載荷直接作用到內(nèi)襯層上，但由于聚合物的強度較低，其將內(nèi)壓載荷傳遞到其外的金屬層來承擔。為計算內(nèi)襯層在內(nèi)壓載荷下承受的徑向壓力，對其進行了有限元建模分析。

考慮復合柔性軟管內(nèi)襯層以及其外層金屬鎧裝層之間的相互作用，采用有限元模擬的方法對其徑向壓應力進行了模擬，輸入軟管的尺寸參數(shù)、內(nèi)襯層以及其外層金屬愷裝層的厚度參數(shù)以及力學性能參數(shù)。內(nèi)襯層所受的徑向壓應力為19.99MPa，徑向應變?yōu)?.15%。

   先不考慮軟管各層之間的相互作用，對內(nèi)襯層HDPE材料進行壓縮蠕變分析。選擇壓縮應力11MPa，測試不同溫度下的壓縮蠕變。試樣的尺寸為(12.7士0.2）mmX(12.7士0.2）mm，每個溫度下的蠕變時間為24h，蠕變試驗結(jié)果。隨著溫度的升高，試樣的初始壓縮應變增大，且在蠕變的初始階段，蠕變量隨著溫度的升高而增加。從圖中還可以看出，在蠕變曲線的   初階段，蠕變量增加很快，為材料的彈性變形階段，而后材料的變形由彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)槿阈宰冃?，并且隨著時間的延長，蠕變速率變緩。

根據(jù)時溫等效原理，可通過平移的方法將不同溫度下的蠕變曲線疊加至60℃。平移因子隨溫度的變化幾乎呈線性關(guān)系，這也可以進一步說明采用時溫等效原理可以   地評價HDPE的長期蠕變行為。60℃下的蠕變，設計壽命終點(30年）時，HDPE內(nèi)襯層的蠕變量為17.5%左右。該蠕變試驗方法   的結(jié)果在后續(xù)項目中可用于內(nèi)襯層材料的選擇和確定。

材料本身的壓縮蠕變性能可以評價HDPE作為內(nèi)襯層的長期尺寸穩(wěn)定性，但是HDPE作為內(nèi)襯層，其外層通常會纏繞一層扁鋼作為抗壓鎧裝層，扁鋼之間會有   的間隙。同時，在實際使用時，HDPE內(nèi)襯層在長度方向受到軟管接頭的固定而環(huán)向受到抗壓愷裝層的約束，蠕變只能發(fā)生在內(nèi)襯層的徑向，因此HDPE內(nèi)襯層的蠕變行為會使其在內(nèi)壓作用下填充進扁鋼的縫隙而造成厚度減小。據(jù)此設計了側(cè)向約束壓縮蠕變工裝，模擬了扁鋼的間隙以及內(nèi)襯層材料在軟管中的實際使用狀況。該工裝分為三部分：平板厚度為5mm，用于承載試樣；中間部分為一正方形筒體，筒體的內(nèi)徑為13mmX13mm，壁厚為5mm；   上部為一帶凹槽的壓塊，該壓塊能平滑無摩擦地放入筒體內(nèi)，凹槽的寬度為2mm，   為7mmo蠕變試驗加載時，平板放置在蠕變試驗機的下夾具上，壓塊與蠕變試驗機的上夾具接觸。