BR0108836B1

BR0108836B1 - conduto tubular flexìvel.

Info

Publication number: BR0108836B1
Application number: BRPI0108836-0A
Authority: BR
Inventors: Philippe Espinasse
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2011-09-06
Also published as: WO2001086184A1; DK1154184T4; EP1154184B1; AU2001248467A1; EP1154184A1; EP1154184B2; OA12259A; BR0108836A; DK1154184T3

Description

"CONDUTO TUBULAR FLEXÍVEL"

A presente invenção refere-se a um conduto flexível para veicular através de longas distâncias, um fluido sob pressão e conforme o caso sob alta temperatura, tal como gás, petróleo, água ou outros fluidos. A invenção refere-se mais especificamente a um conduto proposto para exploração petrolífera no mar.

A invenção visa especialmente, por um lado, os condutos de fundo, chamados "flow-lines", isto é, os condutos flexíveis desenrolados a partir de uma barcaça para serem assentados geralmente sobre o fundo do mar e conectados às instalações submarinas, tais condutos trabalhando principalmente em estática, e, por outro lado, as colunas ascendentes, chamadas "risers", isto é, os condutos flexíveis desenrolados a partir de uma instalação na superfície, tal como uma plataforma, e que são conectados às instalações submarinas e cuja maior parte não se repousa sobre o fundo do mar, tais condutos trabalhando essencialmente em dinâmica.

Os condutos flexíveis usados no mar devem poder resistir a pressões internas e/ou a pressões externas elevadas e suportar igualmente flexões longitudinais ou torções sem risco de ruptura.

Tais condutos apresentam configurações variadas em função de sua utilização precisa, mas respondem em geral aos critérios construtivos definidos particularmente nas normas API 17 B e API 17 J estabelecidas pelo American Petroleum Institute sob os títulos "Recommended Practice for Flexible Pipe" e "Specifieation for Unbonded Flexible Pipe". Pode-se também se reportar aos documentos de patente FR2654795A, W098/25063A, FR2727738A e FR2744511A.

Um conduto flexível compreende geralmente, do interior para o exterior:

- um conjunto estrutural que resiste aos esforços radiais, composto de uma capa de vedação feita de material plástico, geralmente polímero, que resiste mais ou menos à ação química do fluido a transportar, e de um enrolamento em hélice a passo curto de um elemento metálico;

- pelo menos uma manta (e geralmente pelo menos duas mantas cruzadas) de armaduras de tração enroladas a passo longo, isto é, cujo ângulo de armação medido sobre o eixo longitudinal do conduto é inferior a 60°; e,

- uma capa de proteção e de vedação externa de polímero.

Em determinados condutos, o conjunto estrutural é formado por uma carcaça uma tira metálica intertravada encimada pela capa.

Nos condutos denominados de passagem lisa, chamados "smooth bores ", o conjunto estrutural é constituído por: - uma capa de vedação interna; e,

- uma abóbada de pressão resistente principalmente à pressão desenvolvida pelo fluido na capa de vedação e constituída pelo enrolamento em hélice de passo curto (isto é, com um ângulo de enrolamento próximo de 90°) em torno da capa interna, de um ou vários fios metálicos de forma intertravados (auto intertraváveis ou não); os fios de forma têm uma seção em Z ou T ou seus derivados (teta ou zeta), em U, ou mais vantajosamente em I (conforme o documento WO00/09899).

Em um conduto de passagem não lisa chamado de "rough bore", prevê-se além disso, no interior da capa vedante interna, uma carcaça constituída de uma tira metálica intertravada que serve para impedir o esmagamento (em inglês, "collapse") do conduto sob pressão externa. Entretanto, a abóbada de pressão também participa da resistência ao esmagamento.

E conhecido, por exemplo pelo documento WO 92/11487, prever entre as camadas de armadura e a capa externa, uma fita adesiva enrolada sobre a manta superior para facilitar a sua retenção pelo menos provisória, durante a fabricação enquanto aguarda a colocação da capa externa. Esta retenção é tanto mais necessária quando as armaduras são lubrificadas para protegê-las da corrosão. E igualmente conhecido enrolar-se em torno das armaduras, após a fita adesiva, uma fita de KEVLAR® ou de outro material de alta resistência similar, destinado a se opor aos efeitos de fundo (deformação de gaiola de passarinho).

Os sistemas de lançamento de flexíveis, ilustrados por exemplo no documento "Recommended Practice for Design of Risers for Floating Production Systems and Tension-Ieg Platforms", preparado pelo American Petroleum Institute, geralmente comportam um sistema de absorção da tensão, ou tensor, de contato linear (do tipo esteira), que vem sujeitar um segmento de conduto flexível por pelo menos um par de correias sem fim opostas, sendo o objetivo de tal sistema o de transmitir o esforço de sujeição para a manta de armaduras externas. As forças exercidas são calculadas para levar em conta o coeficiente de fricção mínimo que existe entre as diferentes camadas do conduto situadas entre o bloco de esteira e as armaduras do conduto flexível, sendo que este coeficiente mínimo ocorre na interface entre a manta de armaduras externa e o adesivo sobrejacente, com um valor inferior a 0,1. Este valor muito baixo impõe comprimir fortemente o flexível, tendo como finalidade poder transmitir esforços de retenção tangenciais razoáveis. Esta elevada compressão axial pode ter como conseqüência o aumento da resistência ao esmagamento do conduto, e por conseguinte reforça as abóbadas de pressão; resultando assim num aumento do peso suspenso e ainda num aumento da pressão radial a ser exercida pelos tensores.

Além disso, as forças exercidas pelos blocos tampouco devem ser demasiadamente aumentadas com o risco de degradar a capa externa ao nível de seu contato com o bloco, sendo adotado como limite fixado forças da ordem de 120 toneladas por metro.

O objetivo da invenção é propor um conduto flexível cuja estrutura geral seja aquela mencionada acima mas que seja adaptado para não apresentar estas limitações devidas ao coeficiente de fricção excessivamente baixo entre a manta de armaduras externa e a camada sobrejacente (definida em torno da manta de armaduras externa por um enrolamento de fita adesiva e/ou o enrolamento de uma tira de material resistente e/ou a capa externa propriamente dita). O objetivo da invenção é atingido graças a um conduto tubular flexível compreendendo pelo menos do interior para o exterior: um conjunto estrutural estanque resistente aos esforços radiais, composto de uma capa de vedação constituída em material plástico, geralmente polímero, resistente mais ou menos à ação química do fluido a transportar, e de um enrolamento em hélice a passo curto de um elemento metálico; e pelo menos uma manta de armaduras de tração enrolados a passo longo e uma capa de proteção e de vedação externa, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento alongado contínuo resistente com uma camisa (região periférica) deformável é enrolado helicoidalmente a passo curto diretamente sobre a manta de armaduras, de preferência em um sentido de enrolamento oposto àquele da manta de armaduras, de maneira que o elemento contínuo alongado espiralado cruzado ou não com respeito à manta, seja parcialmente inserido entre os intervalos (vãos) entre as espiras da manta e a bloqueie. Pode-se eventualmente recobrir a manta de armaduras bloqueada pelo elemento alongado contínuo espiralado por fita adesiva e/ou uma fita de fibra aramida resistente (por exemplo KEVLAR®), ainda que em certas condições, o elemento alongado contínuo de acordo com a invenção permita suprimir estas camadas. O elemento alongado contínuo é um fio ou uma tira; no primeiro caso, é vantajoso que o enrolamento se faça de maneira não por contato; no segundo caso, o enrolamento pode ser feito de maneira por contato e mesmo com recobrimento parcial de uma espira de tira sobre a outra. O fio (ou tira) aumenta o coeficiente de fricção na interface armadura/camada sobrejacente de um valor inferior a 0,1 até um valor que excede 0,2 ou mesmo 0,4. Com efeito, enquanto que sem o fio da invenção, o esforço na interface entre a manta de armaduras externa e a camada sobrejacente é transmitido por fricção pura, com o baixo coeficiente mencionado, o esforço é transmitido, em presença do fio da invenção, parcialmente por junção positiva (complementaridade de formas) e cisalhamento ao nível do fio que penetra ao mesmo tempo na manta de armaduras e na camada sobrejacente. O fio também pode servir para impedir a deformação em gaiola de passarinho devido ao esforço de fundo inverso. Escolhe-se um material com a resistência necessária e diminui-se como necessário o passo de enrolamento para permitir este efeito. O fio pode então substituir a fita de KEVLAR® utilizada anteriormente para esta finalidade. O ângulo de enrolamento medido sobre o eixo longitudinal não é crítico e fica, por exemplo, na faixa de cerca de 50° a 85°.

O fio espiralado pode ser constituído de um único material reunindo ao mesmo tempo as propriedades de resistência e de deformabilidade, por exemplo um fio de alumínio, ou então de uma alma que confira a resistência (de aço, carbono, fibra de aramida tal como KEVLAR®, etc.) circundado de uma capa deformável (por exemplo em material termoplástico).

Graças à invenção, é possível diminuir as forças de sujeição exercidas pelo bloco e/ou lançar condutos mais pesados ou mais profundos.

Outras vantagens e características se evidenciarão pela leitura da descrição que se segue, com referência aos desenhos esquemáticos anexos, representando a título de exemplo, uma forma de realização do conduto flexível de acordo com a invenção. Nestes desenhos:

A figura 1 é uma vista em corte longitudinal de um conduto do tipo de "rough bore " ao qual a invenção é aplicada.

A figura 2 é uma vista em perspectiva simplificada com parcialmente destacada do mesmo conduto.

O conduto 1 de eixo 2 compreende, do interior para o exterior, uma carcaça 3 de tira metálica intertravada, uma capa de vedação interna polimérica 4, uma abóbada metálica 5 constituída pelo enrolamento em hélice a passo curto de pelo menos um fio metálico de forma (aqui em zeta auto intertravado), uma armadura resistente à tração axial no sentido longitudinal do conduto e constituída de um par de mantas de armaduras cruzadas 6, 7 de enrolamento a passo longo em sentido contrário, e uma capa de vedação externa polimérica 8. Outras camadas não representadas podem ser previstas, de acordo com o tipo e a destinação do conduto, como, por exemplo, uma camada de cinta constituída por um enrolamento a passo curto de um fio retangular interposto entre a abóbada de pressão 5 e a primeira manta de armaduras 6, outros pares de mantas de armaduras e capas intermediárias dispostas entre diversas mantas de armaduras.

De acordo com a invenção, enrolou-se sobre a manta de armaduras a mais externa 7, a passo curto, de preferência em sentido cruzado com a manta e com uma determinada sujeição, uma haste ou fio 9 constituída de uma alma resistente 10 e de uma capa flexível 11 que se encontra sensivelmente transversal às armaduras da manta 7 e vem penetrar parcialmente nos intervalos ou vãos helicoidais 12 que subsistem entre duas armaduras. Todos os intervalos 12 são assim bloqueados pelo embutimento da capa 11, o que estabiliza a armaduras. A flexibilidade da capa de vedação 8, que constitui a camada sobrejacente à manta de armaduras e ao fio 9, permite ao fio 9 ser pelo menos parcialmente embutido nela, contribuindo para o bloqueio positivo e para o aumento do coeficiente de fricção na interface.

Claims

1. Conduto tubular flexível, compreendendo, do interior para o exterior: pelo menos um conjunto estrutural estanque resistente aos esforços radiais, composto de uma capa de vedação interna (4) constituída de material plástico, geralmente polímero, resistente mais ou menos à ação química do fluido a transportar, e de um enrolamento (3, 5) em hélice a passo curto de um elemento metálico; pelo menos uma manta de armaduras de tração (6, 7) enroladas a passo longo; e, uma capa de proteção e de vedação externa (8), caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento alongado contínuo resistente (9) com uma camisa deformável é enrolado helicoidalmente com um passo curto diretamente sobre a manta de armaduras (7) de maneira que a camisa do elemento alongado contínuo e resistente (9) seja parcialmente inserida nos intervalos (12) entre as armaduras da manta (7).

2. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camisa do elemento alongado contínuo e resistente (9) é parcialmente embutida na capa externa (8).

3. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento alongado contínuo e resistente (9) é enrolado em um sentido de enrolamento oposto àquele da manta de armaduras (7).

4. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma fita adesiva e/ou uma fita de fibra de aramida resistente está enrolada sobre a manta de armaduras (7) bloqueada pelo elemento alongado contínuo e resistente (9).

5. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento alongado contínuo e resistente (9) é constituído de um único material resistente e deformável.

6. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento alongado contínuo e resistente (9) comporta uma alma resistente (10) circundada de uma capa deformável (11).

7. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento alongado contínuo e resistente é um fio (9).

8. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o fio (9) está helicoidalmente enrolado e forma espiras, com cada espira estando separada da outra por um espaço, de maneira que uma espira não contata com a outra.

9. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento alongado contínuo e resistente é uma tira.

10. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a tira está helicoidalmente enrolada e forma espiras, com cada espira da tira superpondo-se parcialmente com a espira precedente.

11. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto estrutural é constituído por uma capa de vedação interna (4) e uma abóbada de pressão cilíndrica (5) constituída pelo enrolamento em hélice a passo curto de um fio metálico de forma intertravada.

12. Conduto tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto estrutural é constituído por uma carcaça de tira metálica intertravada (3) encimada por uma capa de vedação interna (4).