BR0316426B1 - Umbilical para utilização na produção fora da costa de hidrocarbonetos - Google Patents

Description

“UMBILICAL PARA UTILIZAÇÃO NA PRODUÇÃO FORA DA COSTA DE HIDROCARBONETOS” Esta invenção é relativa a um umbilical para utilização na produção fora da costa de hidrocarbonetos.

Em operações de campo de petróleo submarino de água profunda, umbilicais são utilizados para transportar energia, sinais ou dados para, e a partir de uma instalação submarina. Um umbilical compreende um grupo de um ou mais tipos de elementos funcionais tais como cabos elétricos, cabos de fibra ótica, ou mangueiras, para transporte fluido de, por exemplo, gás, água ou produtos químicos tais como metanol. Estes elementos funcionais são montados juntos em uma forma helicoidal ou S/Z e sobre r embainhados e/ou sobre armados para resistência mecânica e lastro. E desejável que um único umbilical seja capaz de conter tantos elementos funcionais quantos são requeridos para uma aplicação particular, por exemplo, como são requeridos para um campo de petróleo particular, onde o umbilical é projetado para utilização.

Tipicamente, os componentes utilizados, por exemplo, para transporte fluido em umbilicais ou são mangueiras termoplásticas ou tubos de aço. Tubos de aço são utilizados, uma vez que eles fornecem maior resistência a colapso, tempo de resposta mais elevado, e podem transportar fluidos mais agressivos. Tubos de aço são feitos usualmente de apenas uma camada, e sua fabricação envolve genericamente operação de soldagem direta. Além disto, mangueiras de tubo de aço tem a vantagem adicional que difusão de gases não ocorre através do tubo de aço. A desvantagem principal de tubos de aço e que ele não são muito flexíveis, e devem ser montados no umbilical em uma maneira em hélice. Isto limita o número de componentes que podem ser colocados no interior do umbilical ao número de componentes que a máquina de colocação helicoidal pode administrar em qualquer camada.

Mangueiras termoplásticas compreendem, tipicamente, um revestimento termoplástico coberto por uma ou mais camadas de reforço, com a camada de reforço a mais externa sendo coberta por uma bainha termoplástica. Mangueiras termoplásticas são mais' flexíveis do que tubos de aço e, como resultado, estas mangueiras podem ser montadas no umbilical em uma maneira S/Z. Este método possibilita que um número maior de componentes seja montado no umbilical. Contudo, uma das desvantagens de mangueiras termoplásticas é que elas são permeáveis a fluidos (líquidos e/ou gás), e isto cria problemas quando a mangueira deve ser utilizada, seja para transporte de fluido ou para aplicações de levantamento de gás, isto é, para transportar fluido ou gás sob pressão controlada. Difusão de gás através do revestimento termoplástico pode conduzir a problemas de segurança, por exemplo quando metano está sendo transportado através da mangueira. Além disto, permeação através do revestimento irá aumentar quando a temperatura dos fluidos, isto é, gases ou líquidos que estão sendo transportados, aumenta.

Tipicamente, quando um umbilical é lançado no mar, ele é inundado com água do mar, expondo assim as mangueiras dentro do umbilical a uma pressão hidrostática externa. Contudo, em utilização, a mangueira termoplástica pode sofrer colapso se existe um diferencial de pressão grande o suficiente entre a pressão de serviço (a pressão dentro da mangueira termoplástica) e a pressão hidrostática (a pressão fora da mangueira termoplástica). Para impedir o colapso, mangueiras termoplásticas podem ser dotadas de uma carcaça interna. Mangueiras com carcaças compreendem uma carcaça metálica dentro de um revestimento termoplástico que são, por exemplo, utilizadas para transportar gás ou metanol. A carcaça metálica é tipicamente formada de uma tira metálica perfilada em S intertravada, enrolada com um passo curto. Este tipo de mangueira é mais flexível do que um tubo de aço. Contudo, ele ainda sofre dos problemas associados com difusão de fluido através do revestimento termoplástico uma vez que a carcaça interna travada não é uma barreira vedada.

Existe uma necessidade por um umbilical que possa conter um número maior de elementos funcionais e que não sofra dos problemas acima. A presente invenção fornece um umbilical para utilização na produção fora da costa de hidrocarbonetos que compreende um conjunto de elementos funcionais no qual, no mínimo, um elemento funcional é uma mangueira flexível que compreende um tubo metálico corragado interno, coberto por meio de uma bainha termoplástica, cuja bainha termoplástica é coberta por uma camada de reforço e uma bainha de cobertura externa.

Acredita-se que é particularmente vantajoso utilizar mangueiras desta construção em umbilicais, uma vez que as corrugações no tubo metálico imprimem a flexibilidade desejada à mangueira, possibilitando assim que o umbilical seja fabricado utilizando uma máquina de espiralar S/Z, com o resultado que um número maior de componentes funcionais pode ser contido dentro do umbilical. Além disto, o tubo metálico corragado impede fluidos, inclusive gases, de permear através da mangueira e daí remove problemas associados com compatibilidade química dos fluidos com as camadas que cobrem o tubo corragado e problemas de segurança devido à difusão de gás, por exemplo, difusão de metano. Também foi verificado que temperaturas operacionais mais elevadas são possíveis para algumas aplicações.

Configurações da invenção serão descritas agora apenas à guisa de exemplo, com referência aos desenhos, nos quais: A Figura 1 mostra uma seção transversal de um umbilical de acordo com a presente invenção. A Figura 2 mostra uma vista em seção transversal parcial de uma mangueira para utilização no umbilical de acordo com a presente invenção, e uma vista lateral parcial da mangueira que mostra a ordem de deposição dos componentes que formam a mangueira. A Figura 3 mostra uma vista em seção transversal parcial de uma mangueira para utilização no umbilical de acordo com a presente invenção, cuja mangueira compreende um acessório extremo que compreende um inserto e uma vedação flexível.

Na Figura 1, a seção transversal de um umbilical para levantamento de gás típico e injeção de produto químico 10 está mostrada. O umbilical contém três mangueiras 7, 8, 9 e diversos outros componentes funcionais como fibra ótica ou cabos elétricos. Em uma construção preferencial o umbilical da presente invenção compreende elementos funcionais montados em uma maneira S/Z. Os elementos funcionais da Figura 1 são montados em uma maneira S/Z e são sobre embainhados e armados para formar o próprio umbilical. Contudo, umbilicais de outras construções, tais como aqueles formados utilizando um processo de hélice para montar os elementos funcionais, também estão incluídos na presente invenção. A Figura 2 mostra uma mangueira flexível 6 que é adequada para utilização em um umbilical 10 mostrado na Figura 1. Esta mangueira flexível compreende um tubo metálico corrugado 1, uma bainha termoplástica 2, uma camada de reforço 3,4 e uma bainha termoplástica externa 5. O tubo metálico corrugado fornece uma barreira flexível impermeável que impede gás ou líquido permear a partir do interior da mangueira através da construção da mangueira. O perfil das corrugações pode ser mudado para se adequar à aplicação final da mangueira. Preferivelmente o tubo corrugado tem um diâmetro de furo nominal de 9,5 mm até 50,8 mm. A espessura da parede de tubo pode estar entre 0,1 mm até 1 mm dependendo dos requisitos da aplicação final da mangueira. O tubo pode ser um tubo flexível corrugado soldado com costura contínua. O tubo corrugado é preferivelmente feito de aço inoxidável, Monel 400, Inconel 625 ou Super Duplex. A bainha (ou revestimento) termoplástica que cobre o tubo corrugado atua para distribuir a pressão a partir do tubo corrugado de maneira uniforme para a camada de reforço. Preferivelmente, o diâmetro interno da bainha segue o perfil externo do tubo corrugado. Preferivelmente, o diâmetro externo da bainha é tal que a bainha tem uma superfície uniforme para suportar a camada de reforço. Preferivelmente, a bainha é cilíndrica em forma, tem um diâmetro externo constante e é concêntrica com o tubo corrugado. Isto permite distribuição uniforme de pressão a partir do interior do tubo corrugado até a camada de reforço. A bainha termoplástica permite transferência de tensão de aro (cargas radiais) devido à pressão interna para a camada de reforço. A distribuição de pressão através da bainha impede que as corrugações soffam colapso e permite que a mangueira flexível 6 opere a pressões muito mais elevadas do que é possível sem a bainha. A bainha termoplástica pode ser feita de qualquer material termoplástico flexível adequado para temperatura e pressão operacionais da aplicação particular. Preferivelmente o material é escolhido dentre HDPE, LDPE, Náilon 11, poliuretano, polietileno, poliamida, ou cloreto de polivinila para temperaturas operacionais normais. Temperaturas operacionais de até 200°C são possíveis utilizando polímeros resistentes a alta temperatura. Ao formar a bainha, preferivelmente o material de bainha é extrusado sob pressão, de tal maneira a extrusar o material para o interior das corrugações e deixar uma cobertura concêntrica lisa para fornecer uma superfície adequada para aplicar a ela a camada de reforço. Este processo de extrusão é menos sujeito a falha do que métodos utilizados para intertravar mangueiras com carcaça e bainha. A presença de material de bainha nas corrugações é importante, uma vez que isso fornece suporte adicional que melhora as capacidades dinâmicas da mangueira, bem como o comportamento do produto quando pressurizado. A finalidade da camada de reforço é conter a pressão na mangueira. Preferivelmente, a camada de reforço compreende no mínimo uma camada de arame metálico ou de fibra. Preferivelmente, a fibra é uma fibra de alta tenacidade, por exemplo, fibra de aramída, Preferivelmente, a fibra ou arame é aplicada(o) na forma de uma trança. O ângulo de aplicação é escolhido de modo a fornecer tensão mínima sobre o tubo corrugado e fornecer distribuição de carga ótima entre o tubo corrugado e a camada de fibra ou arame. Ângulos de trança ou aplicação de arame podem se situar desde 30° até de 70° dependendo da aplicação e das propriedades desejadas da mangueira. Escolhendo a trança ou ângulo de arame para minimizar tensão no tubo corrugado e maximizar a carga de pressão que pode ser assumida pela mangueira, a mangueira pode operar a uma pressão acima da pressão máxima permissível do tubo corrugado. A escolha de fibra ou arame dependerá da aplicação final da mangueira e do comprimento da mangueira. Preferivelmente, ou fibra de aramida ou arame de aço inoxidável são utilizados para formar a fibra de alta tenacidade ou camada de arame metálico. A camada de reforço pode compreender mais do que uma camada de fibra ou de arame metálico. Camadas adicionais de fibra ou de arame metálico, por exemplo, uma segunda camada de fibra 4 são adicionadas se a primeira camada é insuficiente para conter a pressão dentro da mangueira. A mangueira é dotada de uma bainha de cobertura termoplástica 5 que protege as camadas de reforço de abrasão externa e, em particular, para proteger a camada de reforço sobre um acessório extremo da mangueira. Preferivelmente, a cobertura termoplástica é feita de HDPE, poliamida 11 (Náilon 11), ou poliuretano. A cobertura também possibilita que identificação seja aplicada à mangueira. A cobertura termoplástica 5 pode ser aplicada de tal maneira que ela impede a entrada de água no anel definido entre as duas bainhas termoplásticas 2, 5. Daí, ela mantém um ambiente seco no anel onde as camadas de reforço 3,4 estão localizadas.

Preferivelmente, a mangueira é dotada de um acessório extremo que compreende um inserto e uma vedação flexível. Uma mangueira 11 com tal acessório extremo está mostrada na Figura 3. A vedação flexível 12 se ajusta entre o inserto 13 e o tubo corrugado 14. Ela é perfilada para se ajustar nas corrugações internas do tubo corrugado. A vedação fornece assim suporte para o tubo corrugado e assegura que o perfil do tubo corrugado é mantido. A vedação flexível também serve para assegurar que pressão a partir do inserto é distribuída através do tubo corrugado. A mangueira flexível do umbilical da presente invenção é particularmente adequada para o transporte de fluidos tais como levantamento de gás, líquidos e fluidos altamente permeáveis na produção fora da costa de hidrocarbonetos. A mangueira flexível também é adequada para utilização em outras aplicações, tais como injeção química.

REMNDICACÕES

Claims (10)

1. Umbilical para utilização na produção fora da costa de hidrocarbonetos, caracterizado pelo fato de compreender um conjunto de elementos funcionais no qual no mínimo um elemento funcional é uma mangueira flexível que compreende um tubo metálico interno corrugado coberto por uma bainha termoplástica, cuja bainha termoplástica é coberta por uma camada de reforço e uma bainha de cobertura externa.

2. Umbilical de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de mais de um elemento funcional ser montado em uma maneira S/Z.

3. Umbilical de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato da bainha termoplástica da no mínimo uma mangueira flexível ter um diâmetro interno que segue o perfil externo do tubo corrugado.

4. Umbilical de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato da bainha termoplástica da no mínimo uma mangueira flexível ter um diâmetro externo constante.

5. Umbilical de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato da bainha termoplástica da no mínimo uma mangueira flexível ser concêntrica com o tubo metálico corrugado.

6. Umbilical de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da bainha termoplástica da no mínimo uma mangueira flexível compreender HDPE, LDPE, Náilon 11, poliuretano, polietileno, poliamida, ou cloreto de polivinila.

7. Umbilical de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da camada de reforço da no mínimo uma mangueira flexível compreender no mínimo uma camada de trança de fibra ou de arame metálico.

8. Umbilical de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da no mínimo uma mangueira flexível compreender um acessório extremo que compreende um inserto e uma vedação flexível no qual a vedação flexível se ajusta entre o inserto e o tubo corrugado e a vedação flexível é perfilada para se ajustar às corrugações internas do tubo corrugado.

9. Umbilical de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da bainha de cobertura externa da no mínimo uma mangueira flexível ser impermeável à água.

10. Umbilical de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da bainha termoplástica da no mínimo uma mangueira flexível distribuir a pressão a partir do tubo corrugado para a camada de reforço e impedir colapso das corrugações.