BR102012031731A2

BR102012031731A2 - Elemento de tubo feito de tubo enrolado em arco com elementos de transição

Info

Publication number: BR102012031731A2
Application number: BRBR102012031731-1A
Authority: BR
Inventors: Yann Poirette; Daniel Averbuch
Original assignee: IFP Energies Nouvelles
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2015-01-20
Also published as: FR2984449A1; US20130192706A1; BR102012031731B1; EP2607762A1; US9097366B2; FR2984449B1; EP2607762B1

Abstract

ELEMENTO DE TUBO FEITO DE TUBO ENROLADO EM ARCO COM ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO. A presente invenção refere-se a um elemento de tubo que compreende pelo menos um tubo enrolado em arco (T), o dito tubo enrolado em arco (T) compreendendo uma parte central que consiste em um núcleo metálico (A) coberto por pelo menos uma camada em arco (F), pelo menos um meio de conexão (C). O tubo enrolado em arco (T) também compreende pelo menos um elemento de transição (B) soldado, sobre um lado, em uma extremidade do dito núcleo (A) e, no outro lado, a uma extremidade do meio de conexão (C). Este elemento de tubo pode ser utilizado como uma linha auxiliar de um tubo ascendente de perfuração.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTO DE TUBO FEITO DE TUBO ENROLADO EM ARCO COM ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO".

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se à esfera de tubos de alta pressão para equipar sondas de perfuração e/ou instalações de produção. Mais precisamente, esta refere-se a uma aplicação da técnica de enrolamento em arco para reforçar tubos metálicos com elementos de reforço compostos. A técnica de enrolamento em arco consiste em enrolar um elemento de reforço, geralmente na forma de uma fita de fibra revestida com polímero, ao redor de um núcleo metálico de modo a aumentar a resistência à pressão interna do núcleo sem aumentar significativamente o seu peso, considerando o baixo peso das fitas. O núcleo pode ser um tubo metálico feito de aço, por exemplo. O elemento de reforço é um elemento alongado. Este pode vir na forma de uma tira, um arame, ou de preferência um conjunto de arame ou um fio revestido com uma matriz de polímero.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

De acordo com uma modalidade de enrolamento em arco, o e-lemento de reforço é enrolado ao redor do núcleo enquanto aplicando uma tensão. Assim, o elemento de reforço enrolado ao redor do núcleo está sujeito a uma tensão de tração, o que faz com que o núcleo metálico fique sujeito a uma tensão de compressão. A pré-tensão suportada pelo núcleo é similar à pré-tensão que seria produzida por uma pressão externa.

As operações de perfuração de reservatório submarino são executadas utilizando um tubo de coluna ascendente que permite que o controlador preventivo de erupção localizado sob o leito do mar seja conectado na superfície. O tubo ascendente está equipado com pelo menos duas linhas auxiliares referidas como linha de amortecimento (KL) e linha de obturador (CL), cujo propósito principal é prover uma conexão hidráulica entre a superfície do mar e o fundo do mar. Mais especificamente, as linhas auxiliares tornam possível suprir o poço com um fluido circulando abaixo de um contro- lador preventivo de erupção e/ou para descarregar um fluido do poço, sem fluir através do tubo ascendente que não suporta altas pressões. O fluido assim carregado, que resulta de um quique de um reservatório subterrâneo pode circular a uma pressão que pode ser acima 700 bar.

Foi sugerido utilizar tubos enrolados em arco para as linhas auxiliares de um tubo ascendente, notadamente nas Patentes FR-2.828.262 B1 e FR-2.828.121 B1 depositadas pelo requerente. A fabricação de um elemento de tubo de alta pressão de um tubo enrolado em arco é tanto simples quanto econômica. A Figura 1 mostra uma modalidade descrita na técnica anterior. O elemento de tubo compreende quatro partes distintas: um tubo metálico (1) ou núcleo, um primeiro meio de conexão (3), um segundo meio de conexão (4) e camadas em arco (2). O tubo (1) é primeiro fabricado, de um blanque rolado, por exemplo, então os meios de conexão (3; 4) são diretamente soldados nas extremidades (8, 9) do tubo (1). O enrolamento em arco do conjunto metálico é então conseguido enrolando um elemento de reforço ao redor do tubo (1) e parte dos meios de conexão (3, 4). Somente as partes externas (33) e (63) do meio de conexão não são enroladas e estas têm uma espessura suficiente para suportar pelo menos a mesma pressão interna que a parte enrolada em arco.

Assim, fabricar tal tubo requer os meios de conexão (3; 4) cujas extremidades a serem soldadas tenham dimensões (diâmetros e espessura) que sejam adequadas para o tubo (1) de modo que estes possam ser soldados a este diretamente. Estes meios de conexão (3; 4) precisam ser mecanicamente compatíveis com a tensão imposta pelo enrolamento em arco sobre as zonas de transição (5) e (7). No entanto, as formas e as dimensões dos meios de conexão são também impostas por suas especificações operacionais e pelas ligações específicas destinadas para integração das linhas de segurança sobre a junta de tubo ascendente, especificamente uma cooperação com as juntas de tubo ascendente. Todas as restrições relativas aos meios de conexão requerem uma implementação específica e complexa destes meios de conexão.

Portanto não é possível padronizar o projeto de elementos de tubo de alta pressão de acordo com a técnica anterior (KL e CL) que requerem conexões específicas para o tubo ascendente. As vantagens principais da padronização de partes são o ganho em projeto e tempo de fabricação, assim como uma redução de custos de fabricação. A presente invenção objetiva utilizar um elemento de transição entre o tubo enrolado em arco e o meio de conexão de modo a permitir a padronização dos componentes do elemento de tubo, tal como o tubo enrolado em arco e os meios de conexão, enquanto mantendo um peso limitado uma resistência suficiente à pressão interna, e um projeto simples e econômico.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A invenção refere-se a um elemento de tubo que compreende pelo menos um tubo enrolado em arco, o dito tubo enrolado em arco compreendendo uma parte central que consiste em um núcleo metálico coberto por pelo menos uma camada em arco, pelo menos um meio de conexão. O dito tubo enrolado em arco também compreende pelo menos um elemento de transição soldado, sobre um lado, em uma extremidade do dito núcleo e, no outro lado, a uma extremidade do dito meio de conexão.

De acordo com a invenção, as ditas camadas em arco estendem sobre cada lado da solda entre o dito elemento de transição e o dito núcleo.

De acordo com uma modalidade da invenção, camadas em arco adicionais estendem sobre cada lado da solda entre o dito elemento de transição e a dita parte central.

Vantajosamente, as camadas em arco consistem em elementos de reforço compostos, notadamente feitos de fibras revestidas com uma matriz de polímero. De preferência, as fibras de reforço estão selecionadas entre fibras de vidro, fibras de carbono e fibras de aramid, e a matriz de polímero está selecionada entre um polietileno, uma poliamida, um poliéter éter cetona, um polipropileno, um fluoreto de polivinilideno, e um epóxido.

De acordo com a invenção, o elemento de transição compreende extremidades geometricamente compatíveis com a solda, sobre um lado, com a extremidade do núcleo, e sobre o outro lado, com a extremidade do meio de conexão.

Vantajosamente, o elemento de transição tem uma forma essencialmente truncada entre as suas duas extremidades. De preferência, a co-nicidade da parte truncada do elemento de transição varia entre 10° e 45°. A invenção também refere à utilização de um elemento de tubo de acordo com a invenção para fabricar uma linha auxiliar de um tubo ascendente. A invenção ainda refere-se a um método para fabricar um elemento de tubo com as características acima mencionadas, em que os seguintes estágios são executados: - fabricar uma parte central metálica - soldar um elemento de transição a pelo menos uma extremidade da dita parte central - fazer pelo menos uma camada em arco sobre a dita parte central, e sobre cada lado da solda entre a dita parte central e o dito elemento de transição - soldar um meio de conexão por sobre o dito elemento de transição.

De preferência, a zona enrolada em arco é resfriada durante o estágio de soldagem do dito meio de conexão no dito elemento de transição, de preferência por aspersão, por ar frio ou criogenicamente.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Outras características e vantagens do método de acordo com a invenção ficarão claros da leitura da descrição daqui em diante de modalidades dadas por meio de exemplo não limitativo, com referência às figuras a-companhantes em que: Figura 1, já descrita, ilustra um elemento de tubo de acordo com a técnica anterior, Figura 2 ilustra um elemento de tubo de acordo com a invenção, e Figura 3 mostra um elemento de transição de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA A Figura 2 ilustra uma modalidade de um elemento de tubo de alta pressão de acordo com a invenção. O elemento de tubo de alta pressão consiste em um tubo enrolado em arco 1 e em dois meios de conexão não enrolados em arco C comumente utilizado para conectar juntas de tubo ascendente. Um meio de conexão C é compreendido ser qualquer meio que permita uma conexão, através da ação de outro meio de conexão, de um elemento de tubo com outro elemento de tubo, com um controlador preventivo de erupção ou com um dispositivo de recuperação na superfície do mar. Estes meios de conexão C são peças tubulares obtidas por usinagem, for-jamento ou fundição, independentemente do tubo enrolado em arco T. Cada elemento de tubo compreende um meio de conexão macho e uma fêmea adequados para cooperar um com o outro. Na sua extremidade destinada a ser soldada no dito tubo enrolado em arco T, o meio de conexão C macho ou fêmea tem uma forma tubular de diâmetro externo d2 e uma espessura e2. O tubo enrolado em arco T de acordo com a invenção consiste em um núcleo A e dois elementos de transição B dispostos entre uma extremidade do dito núcleo A e uma extremidade de um dos ditos meios de conexão C respectivamente. O núcleo A consiste em um tubo metálico de diâmetro externo d1 e uma espessura e1 substancialmente constante sobre o seu comprimento, e em uma camada de reforço. Convencionalmente, as dimensões do dito núcleo A são menores do que as dimensões do meio de conexão C: d1 < d2 e e1 < e2. Mais ainda, o núcleo A pode ser feito de um blanque rolado, feito de aço, por exemplo. Os elementos de transição B são elementos tubulares que podem ser obtidos por forjamento de aço. Os ditos elementos de transição B são soldados Sab no núcleo A e estes são soldados Sbc a um meio de conexão C, respectivamente, utilizando qualquer método de soldagem conhecido, notadamente soldagem por atrito. De modo a prover uma boa resistência para a pressão interna relativa às pressões dos fluidos que circulam dentro do tubo, o núcleo A está coberto sobre pelo menos o seu comprimento total com um número de camadas em arco F feitas de um elemento de reforço. Na modalidade preferida ilustrada, a camada em arco é também aplicada sobre cada lado da zona de solda Sab, portanto também parcialmente sobre os elementos de transição B. Para esta zona, camadas em arco adicionais F' são aplicadas. As camadas em arco adicionais podem estender sobre pelo menos 50 mm sobre o dito núcleo A. O número de camadas em arco adicionais F' é selecionado de modo que a resistência à pressão interna da zona de solda SAb seja mais alta do que a resistência à pressão interna da zona central do dito núcleo A. Assim, o elemento de tubo proporciona a vantagem de ser mais resistente à pressão interna nas zonas de transição Sab do que no núcleo A. O elemento de reforço F pode ser feito de uma matriz de polia-mida reforçada com fibra de carbono. Alternativamente outras matrizes podem ser utilizadas tal como epóxidos, polipropilenos, polietilenos, poliami-das, poliéter éter cetonas, fluoretos de polivinilideno ou outras fibras tal como vidro ou aramid. O enrolamento em arco é executado com um número suficiente de camadas para o tubo suportar uma pressão interna predeterminada. O número de camadas em arco F é geralmente constante sobre o comprimento inteiro do núcleo A. É lembrado que os princípios de enrolamento em arco consistem em induzir uma pré-tensão compressiva no núcleo metálico A e na zona dos elementos de transição B cobertos por camadas de reforço. Assim pré-tensionado, a capacidade de resistência à pressão interna do núcleo A é aumentada já que a pressão permissível neste elemento de tubo é aumentada pelo valor de pressão interna que equilibraria a pressão de enrolamento em arco. Outra vantagem do enrolamento em arco é a diminuição em massa do elemento de tubo. Realmente, fabricar um elemento de tubo somente de metal com a mesma resistência à pressão interna requer uma maior espessura de tubo, o que envolve uma massa de tubo mais alta.

De acordo com uma modalidade, o enrolamento em arco é conseguido enrolando sob tensão uma ou mais camadas de reforço F sobre o núcleo A e parte dos elementos de transição B. O elemento de reforço sob tensão induz uma tensão compressiva no núcleo A e na parte coberta dos elementos de transição B. A superfície externa do tubo enrolado em arco T do elemento de tubo de acordo com a invenção pode ser revestida com uma camisa protetora notadamente destinada a protegê-la contra o ambiente marinho. Esta camisa protetora pode ser aplicada por bobinamento, isto é, enrolando um e-lemento alongado ao redor do tubo enrolado em arco T em espiras contíguas ligadas juntas. O elemento alongado pode ser bobinado sem tensão e este pode ser feito de uma matriz de poliamida reforçada com fibra de vidro ou Kevlar®. A camisa protetora pode também ser utilizada para fornecer o fingimento externo do tubo enrolado em arco, branco, por exemplo.

Na Figura 2, a parte D representa um meio de absorção de tensão.

Mais ainda, a invenção pode compreender uma parte de desgaste como mostrado pelo número de referência 70 na Figura 1, destinada a cooperar com um meio de conexão fêmea C de outro elemento de tubo. Esta parte de desgaste está presa, de preferência aparafusada, por sobre um meio de conexão C, assim compondo a parte macho deste meio de conexão C. Após um certo número de conexões entre os elementos de tubo, o meio de conexão macho C pode ser danificado. Neste caso, é possível mudar somente a parte de desgaste e não todo o meio de conexão C. A Figura 3 mostra uma modalidade de um elemento de transição B. Este elemento de transição é de uma forma essencialmente truncada de modo a conectar os diâmetros externos distintos d1 do núcleo A e d2 do meio de conexão C. Esta forma truncada permite uma continuidade de material, o que provê uma resistência à pressão interna.

De acordo com a presente modalidade da invenção ilustrada na Figura 3, o elemento de transição B consiste em uma primeira parte cilíndrica B1, em uma segunda parte truncada B2 e em uma terceira parte cilíndrica B3, de modo a ter um elemento de transição de seção contínua, isto é, sem as descontinuidades formadas por ressaltos, por exemplo. A primeira parte cilíndrica B1 é a parte que está soldada no núcleo A e a terceira parte B3 é a parte soldada a um dos ditos meios de conexão C. De preferência, o diâmetro externo d1 e a espessura e1 da primeira parte cilíndrica B1 são substan- cialmente idênticos ao diâmetro externo e à espessura do núcleo A. Assim, a soldagem do elemento de transição B no núcleo A é facilitada. Similarmente, o diâmetro externo d2 e a espessura e2 da terceira parte cilíndrica B3 são substancialmente idênticos ao diâmetro externo e à espessura da extremidade do meio de conexão C, de modo a facilitar a operação de soldagem. A conicidade da dita parte truncada B2 varia entre 10° e 45°. De fato, a conicidade da dita parte truncada precisa ser maior do que 10° de modo a limitar o comprimento da parte B2, de modo a reduzir a massa do elemento de transição B e consequentemente a massa do elemento de tubo. Mais ainda, a conicidade precisa permanecer abaixo de 45° de modo a facilitar e aperfeiçoar o enrolamento do elemento de reforço composto F. Além disso, as camadas em arco F e as camadas em arco adicionais F' podem cobrir parcialmente a dita segunda parte truncada B2. Nesta zona onde a segunda parte B2 está coberta, o número de camadas em arco FeF' diminui progressivamente porque a espessura metálica do elemento de transição B tome-se suficiente para suportar a pressão interna.

De modo a diminuir o peso do elemento de transição B é de interesse de limitar o comprimento da terceira parte cilíndrica B3. Este comprimento é útil para permitir a soldagem do meio de conexão C sem causar nenhum dano térmico ao elemento de reforço composto F. É portanto sugerido utilizar um sistema para resfriar a zona de enrolamento em arco, por exemplo, por aspersão, por ar frio ou criogenicamente, quando soldando Sbc o elemento de transição B no meio de conexão C. Assim, as camadas em arco F não sofrem danos térmicos durante a operação de soldagem, mesmo se o comprimento da terceira parte B3 for pequeno, isto é, insuficiente para impedir sozinho os danos térmicos às camadas em arco.

Fabricar um elemento de tubo por meio de um elemento de transição B permite projetar e fabricar o núcleo A e o meio de conexão C independentemente, mas específicos para cada instalação. Por meio da invenção, para especificações operacionais idênticas, somente os elementos de transição B podem requerer um ajuste de suas dimensões e formas dependendo dos elementos de conexão C utilizados. Além disso por meio da in- venção, os meios de conexão C não são mais cobertos por camadas em arco. É assim possível utilizar diretamente o meio de conexão C comumente utilizado em elementos de tubo de alta pressão.

Se necessário, o meio de conexão pode ser mudado, cortando na zona de solda Sbc, e um novo meio pode ser soldado novamente nos e-lementos de transição sobre o corpo do tubo de acordo com a invenção. O elemento de tubo de acordo com a invenção pode ser utilizado para fabricar uma linha auxiliar de um tubo ascendente de perfuração, uma linha de amortecimento, uma linha de obturador, uma linha de reforço ou uma linha de retorno de lama, por exemplo.

Um elemento de tubo de acordo com a invenção pode ser fabricado executando os seguintes estágios: - fabricar um núcleo metálico A de aço, por exemplo, notada-mente de um blanque rolado, - soldar a pelo menos uma extremidade do dito núcleo A um e-lemento de transição B e de preferência soldar a cada extremidade do núcleo A um elemento de transição B, - fazer pelo menos uma camada em arco sobre o dito núcleo A, e sobre cada lado das soldas Sab entre o dito núcleo A e o dito elemento de transição B, de preferência com camadas em arco adicionais estendendo sobre cada lado das soldas SAb> - soldar um meio de conexão C por sobre cada elemento de transição B.

De acordo com uma modalidade, a zona enrolada em arco é resfriada durante o estágio de soldagem do dito meio de conexão C no dito e-lemento de transição B, de preferência por aspersão, por ar frio ou criogeni-camente.

VARIANTES

Em uma variante da modalidade ilustrada, as seguintes características podem ser obtidas separadamente ou em combinação: - o tubo enrolado em arco T pode compreender um único elemento de transição B, um dos dois meios de conexão C sendo diretamente soldado por sobre o núcleo A de modo a reduzir o tamanho e o peso do e-lemento de tubo, - a forma do elemento de transição B pode ser puramente truncada, - o elemento de transição B pode ser um componente padrão, assim todos os componente do elemento de tubo de alta pressão são componentes padrões, neste caso, os diâmetros e espessuras das extremidades dos elementos de transição B são então independentes da parte central A e do meio de conexão C, - a pré-tensão induzida no núcleo através do enrolamento em arco pode ser conseguida por outro meio do que o tensionamento da fita de reforço, assim o enrolamento em arco pode notadamente ser conseguido: • por pressurização interna do elemento de tubo causando uma deformação plástica do núcleo A, esta técnica é referida como autoarquea-mento: o elemento de reforço é enrolado sem esforço tensional ou com uma tensão muito baixa sobre o tubo metálico; a tensão em arco é introduzida durante o teste hidráulico do tubo assim formado a uma pressão que faz com que o limite elástico seja excedido no tubo metálico e uma deformação plástica do tubo. Após o retorno para uma pressão zero, tensões compressi-vas residuais permanecem dentro do tubo metálico e tensões de tração nos elementos de reforço compostos, ou • por deformação do núcleo A através de tensão de tração sobre o núcleo A e aplicando uma pressão sobre o exterior do núcleo A esta modalidade está descrita no Pedido de Patente FR-2.961.427 depositado pelo requerente.

EXEMPLO DE MODALIDADE DE ENROLAMENTO EM ARCO A modalidade ilustrada nas Figuras 2 e 3 é utilizada para fabricar um elemento de tubo de alta pressão de acordo com a invenção. Dezoito camadas em arco F podem cobrir o núcleo A e a zona de cobertura das duas soldas Sab· A primeira camada é diretamente depositada sobre o núcleo A e a última camada constitui a superfície externa do tubo enrolado em arco. A tensão aplicada nas camadas é ajustada em um valor de aproximadamen- te 2400 N. De modo a aumentar a resistência à pressão interna ao redor da solda Sab. vinte e duas camadas em arco adicionais F' são depositadas sobre cada lado da solda Sab· A primeira camada das camadas em arco adicionais F' apoia diretamente sobre a última camada de camadas em arco F. A tensão aplicada nas camadas em arco adicionais pode ser de 1000 N. Por exemplo, as camadas em arco adicionais F' estendem da solda SAb sobre um comprimento pelo menos igual a 50 mm sobre o núcleo A e sobre um comprimento pelo menos igual a 25 mm sobre o lado do elemento de transição B. Além do comprimento sobre o qual as camadas em arco adicionais F' estendem na parte central, o número de camadas em arco adicionais diminui de vinte e dois para zero.

Claims

1. Elemento de tubo que compreende pelo menos um tubo enrolado em arco (T), o dito tubo enrolado em arco (T) compreendendo uma parte central que consiste em um núcleo metálico (A) coberto por pelo menos uma camada em arco (F), pelo menos um meio de conexão (C), caracterizado pelo dato de que o dito tubo enrolado em arco (T) também compreende pelo menos um elemento de transição (B) soldado, sobre um lado, em uma extremidade do dito núcleo (A) e, no outro lado, a uma extremidade do meio de conexão (C).

2. Elemento de acordo com a reivindicação 1, em que as ditas camadas em arco (F) estendem sobre cada lado da solda entre o dito elemento de transição (B) e o dito núcleo (A).

3. Elemento de acordo com a reivindicação 2, em que as camadas em arco adicionais (F') estendem sobre cada lado da solda entre o dito elemento de transição (B) e a dita parte central (A).

4. Elemento de tubo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que as camadas em arco (F, F') consistem em elementos de reforço compostos, notadamente de fibras revestidas com uma matriz de polímero.

5. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 4, em que as fibras de reforço estão selecionadas entre fibras de vidro, fibras de carbono e fibras de aramid, e a matriz de polímero está selecionada entre um polieti-leno, uma poliamida, um poliéter éter cetona, um polipropileno, um fluoreto de polivinilideno, e um epóxido.

6. Elemento de tubo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o elemento de transição (B) compreende extremidades geometricamente compatíveis com a solda, sobre um lado, com a extremidade do núcleo (A), e sobre o outro lado, com a extremidade do meio de conexão (C).

7. Elemento de tubo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o elemento de transição (B) tem uma forma essencialmente truncada entre as suas duas extremidades.

8. Elemento de tubo de acordo com a reivindicação 7, em que a conicidade da parte truncada (B2) do elemento de transição (B) varia entre 10° e45°.

9. Utilização de um elemento de tubo como definido na reivindicação 8, para fabricar uma linha auxiliar de um tubo ascendente de perfuração.

10. Método para fabricar um elemento de tubo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, em que os seguintes estágios são executados: - fabricar uma parte central metálica (A) - soldar um elemento de transição (B) a pelo menos uma extremidade da dita parte central (A) - fazer pelo menos uma camada em arco sobre a dita parte central (A), e sobre cada lado da solda (SAb) entre a dita parte central (A) e o dito elemento de transição (B) - soldar um meio de conexão (C) por sobre o dito elemento de transição (B).

11. Método de acordo com a reivindicação 10, em que a zona enrolada em arco é resfriada durante o estágio de soldagem do dito meio de conexão (C) no dito elemento de transição (B), de preferência por aspersão, por ar frio ou criogenicamente.