BR112013013721B1

BR112013013721B1 - Tubo, e, método para fabricar um tubo

Info

Publication number: BR112013013721B1
Application number: BR112013013721-5A
Authority: BR
Inventors: Martin Peter William Jones; Charles Alexander Tavner; Richard Damon Goodman Roberts
Original assignee: Magma Global Limited
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2021-11-30
Also published as: AU2011334695A1; WO2012072993A3; EA201390808A1; GB2526986B; CA2819776C; GB201020514D0; BR112013013721A2; US9625064B2; EA026574B1; GB201120915D0; EP2862700A1; AU2011334695C1; US20130263965A1; EP2862700B1; GB2526986A; EP2646225A2; CA2819776A1; GB2486329A; AU2011334695B2; GB2486329B

Abstract

tubos e métodos para fabricar um tubo. é revelado um tubo (10) que compreende uma parede de tubo (12) formada de um material compósito de uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que pelo menos um segmento circunferencial (14, 16) da parede de tubo (12) compreende ou define uma variação de local na construção (16, 20) para prover uma variação de local em uma propriedade do tubo (10).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um tubo misto, tais como umtubo misto para uso em aplicações na indústria de óleo e gás, que inclui um material compósito de uma matriz e uma pluralidade de fibras incorporada na matriz.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Tubos mistos são usados em muitas indústrias, tal como naindústria de óleo e gás para o transporte confinado de fluidos e equipamento associado com recuperação de hidrocarbonetos de um reservatório subterrâneo. Por exemplo, colunas de ascensão, linhas de fluxo e conjuntos de linhas de fluxo de interligação marítimas mistas são conhecidas na tecnologia.

[003] WO 99/67561 revela um tubo misto flexível que é destinadoao uso no transporte de fluidos tais como hidrocarbonetos, e é formado de múltiplas camadas discretas coaxialmente alinhadas que são unidas entre si. Especificamente, o tubo da tecnologia anterior revelado compreende camadas interna e externa separadas, e uma ou mais camadas intermediárias discretas que incluem fibras de reforço e que são dispostas entre os revestimentos interno e externo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] Um tubo tendo uma parede de tubo pode compreender ummaterial compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo compreende ou define uma variação de local na construção para prover uma variação de local em uma propriedade do tubo.

[005] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, éprovido um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que, em um plano que se estende lateralmente através da parede de tubo, o material da matriz define uma estrutura circunferencial contínua e pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo no dito plano lateral compreende ou define uma variação de local na construção para prover uma variação de local em uma propriedade do tubo.

[006] Um segmento circunferencial da parede de tubo pode definiruma variação de local na construção relativa a um segmento circunferencial diferente para prover uma variação de local em uma propriedade do tubo.

[007] O material da matriz define uma estrutura circunferencialcontínua de maneira que a matriz não inclua nenhuma descontinuidade, tais como janelas ou similares, que se estendem por toda a espessura da parede de tubo. Como tal, pelo menos a matriz define uma estrutura completa em torno de um furo do tubo suficiente para prover, por exemplo, contenção de fluido pelo menos no plano lateral definido.

[008] A parede de tubo pode compreender pelo menos doissegmentos circunferenciais com diferentes propriedades construcionais.

[009] A parede de tubo pode definir uma construção global em tornode sua circunferência, em que pelo menos um segmento circunferencial compreende uma variação de local dentro desta construção global.

[0010] Assim, a construção da parede de tubo inclui uma ou mais variações de local em torno de sua circunferência para conseguir uma variação de local em uma propriedade do tubo. Ou seja, a variação construcional é suficiente para produzir uma variação em uma propriedade do tubo.

[0011] Em uso, a variação de local em uma propriedade do tubo em virtude da variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode estabelecer uma característica preferencial no tubo. Uma característica preferencial como esta pode beneficamente diferir daquela em um tubo de construção circunferencial uniforme. Uma característica mecânica preferencial pode ser conseguida, tais como um resistência, rigidez, rigidez flexural, dobramento, característica ressonante ou similares. Uma característica térmica preferencial pode ser conseguida, tais como uma característica de expansão térmica, característica de isolamento térmico ou similares.

[0012] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode estabelecer uma característica preferencial que afeta o tubo em uma direção longitudinal. Por exemplo, a variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode estabelecer uma distribuição ou variação de rigidez longitudinal preferencial. Uma rigidez longitudinal preferencial como esta pode permitir que se consiga um movimento de dobramento ou flexão predeterminado do tubo. Embora discutido novamente e com mais detalhes a seguir, tal dobramento predeterminado pode facilitar o bobinamento do tubo, conformidade desejada do tubo durante instalação, deformação controlada durante expansão e contração do tubo, controle da orientação circunferencial do tubo e similares.

[0013] O segmento circunferencial pode se estender entre superfícies interna e externa da parede de tubo. Um segmento circunferencial completo da parede de tubo pode definir uma variação de local na construção. Uma porção em pelo menos um segmento circunferencial pode definir uma variação de local na construção. Por exemplo, pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na construção em uma localização intermediária às superfícies interna e externa da parede de tubo.

[0014] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no módulo de elasticidade. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no segundo momento de área. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no coeficiente de expansão térmica. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na condutividade térmica. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na resistência do material, tais como um limite de escoamento de um componente particular do material compósito. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no limite de resistência. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na tensão circunferencial. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na resistência compressiva. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na resistência flexural.

[0015] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo pode definir uma variação construcional discreta, por exemplo, com relação a uma região ou segmento adjacente. Por exemplo, a variação construcional de local pode ser provida de uma maneira escalonada ou abrupta com relação a uma região adjacente.

[0016] A variação de local em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo pode compreender uma variação afunilada ou gradual, por exemplo, com relação a uma região ou segmento adjacente.

[0017] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na construção do material compósito, tal como uma variação construcional em um ou ambos do material da matriz e das fibras de reforço.

[0018] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no tipo de material da matriz. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no volume de material da matriz.

[0019] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na densidade de distribuição das fibras de reforço no material da matriz. Por exemplo, as fibras de reforço podem ser mais densamente empacotadas em pelo menos uma porção de um segmento circunferencial da parede de tubo do que um outro segmento circunferencial. Em um arranjo como este, a região de maior densidade de empacotamento de fibra pode definir uma região de rigidez modificada, tal como maior rigidez.

[0020] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no tipo de fibra no material compósito. Ou seja, pelo menos uma porção de um segmento circunferencial da parede de tubo pode compreender um tipo de fibra que não está presente em um outro segmento circunferencial, ou pelo menos presente em uma quantidade ou configuração diferente. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma ou mais fibras com uma rigidez, limite de resistência, resistência compressiva ou similares modificada, tal como aumentada ou diminuída. Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma ou mais fibras de reforço com uma dimensão modificada, tal como um diâmetro modificado. Por exemplo, pelo menos uma porção de um segmento circunferencial da parede de tubo pode compreender fibras com um diâmetro diferente daqueles em um segmento circunferencial diferente.

[0021] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no ângulo de alinhamento da fibra no material compósito. Ou seja, uma ou mais fibras de reforço em pelo menos uma porção de um segmento circunferencial podem definir um ângulo de alinhamento diferente para uma ou mais fibras de reforço em um segmento circunferencial diferente. Neste arranjo, o ângulo de alinhamento da fibra pode ser definido em relação ao eixo longitudinal do tubo. Por exemplo, uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 0 grau ficará disposta de forma completamente longitudinal com o tubo, e uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 90 graus ficará disposta de forma completamente circunferencial ao tubo, com fibras em ângulo de alinhamento intermediária das fibras ficarão dispostas tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente com o tubo, por exemplo, em um padrão espiral.

[0022] A variação de local no ângulo de alinhamento da fibra pode incluir fibras com um ângulo de alinhamento entre, por exemplo, 0 e 90 graus, entre 0 e 45 graus ou entre 0 e 20 graus.

[0023] Em um arranjo, pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local no ângulo de alinhamento da fibra no qual uma ou, mais preferivelmente, uma pluralidade de fibras define um ângulo de alinhamento de substancialmente 0 grau.

[0024] Pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo pode compreender uma variação de local na pré-tensão da fibra. Neste arranjo, a pré-tensão da fibra pode ser considerada uma pré-tensão, tais como uma pré-tensão de tração e/ou pré-tensão compressiva aplicada em uma fibra durante a fabricação do tubo, e cuja pré-tensão é pelo menos parcialmente ou residualmente retida no tubo fabricado. Neste arranjo, a pré-tensão da fibra em um segmento circunferencial da parede de tubo pode diferir daquela em um segmento circunferencial diferente. Em um arranjo, a pré-tensão da fibra, tal como pré-tensão, em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo pode ser aumentada relativa a um segmento circunferencial diferente. Uma variação de local na pré-tensão da fibra pode permitir que uma característica desejada do tubo seja conseguida, tais como uma característica de dobramento desejada. Isto pode ajudar posicionar ou manipular o tubo, por exemplo, durante instalação, recuperação, bobinamento ou similares. Adicionalmente, esta variação de local na pré-tensão da fibra pode ajudar deslocar um posição neutra de deformação na parede de tubo, que pode ajudar prover distribuição de deformação mais nivelada quando o tubo estiver em uso e/ou, por exemplo, for armazenado, tal como em uma configuração bobinada.

[0025] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na construção pelo uso de pelo menos um inserto. O inserto pode ser considerado um componente separado da matriz e fibras de reforço que formam o material compósito da parede de tubo. O inserto pode ser formado separadamente e subsequentemente instalado em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo. Um inserto pode ser instalado na parede de tubo durante a fabricação do tubo. Um inserto pode ser instalado na parede de tubo após a fabricação do tubo.

[0026] Algum inserto pode não se estender por toda a espessura da parede de tubo, pelo menos no plano lateral e, como tal, um arranjo faria com que o material da matriz ficasse descontínuo.

[0027] O inserto pode definir um inserto estrutural. O inserto pode apresentar propriedades mecânicas suficientes, tais como rigidez, resistência ou similares, para prover um efeito mensurável nas propriedades mecânicas de todo o tubo. Por exemplo, um único fio de uma fibra de reforço pode não funcionar como um inserto por causa da magnitude da diferença entre as propriedades estruturais de um único fio e todo o tubo. Pelo menos um inserto pode compreender um inserto alongado. Pelo menos um inserto pode se estender de forma substancialmente longitudinal com o tubo. Pelo menos um inserto pode compreender uma chapa, haste, pino ou similares. Pelo menos um inserto pode compreender uma estrutura de malha ou similares. Pelo menos um inserto pode compreender um material metálico, tal como uma liga metálica. Pelo menos um inserto pode compreender uma liga metálica com memória de forma. Pelo menos um inserto pode compreender um material não metálico. Pelo menos um inserto pode compreender um material compósito, tal como um compósito de uma matriz com fibras de reforço incorporadas. Neste arranjo, um inserto compósito pode ser formado separadamente e subsequentemente instalado ou incluído em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo.

[0028] Pelo menos um segmento circunferencial pode compreender uma variação de local na geometria. Por exemplo, pelo menos um segmento circunferencial pode definir uma maior ou menor espessura de parede da parede de tubo.

[0029] Pelo menos um segmento circunferencial compreendendo uma variação construcional de local pode se estender longitudinalmente no tubo. Este arranjo pode permitir que a variação circunferencial local desejavelmente afete o tubo em uma direção longitudinal.

[0030] Pelo menos um segmento circunferencial compreendendo uma variação construcional de local pode se pode estender longitudinalmente no tubo paralela ao eixo do tubo. Nesta modalidade, a localização circunferencial de pelo menos um segmento pode ser constante em um comprimento do tubo.

[0031] A localização de pelo menos um segmento circunferencial compreendendo uma variação construcional de local pode se pode estender tanto longitudinalmente quanto circunferencialmente ao tubo. Em um arranjo como este, uma variação circunferencial local pode se pode estender em um arranjo espiral ao longo do comprimento do tubo.

[0032] Uma variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo pode permanecer constante ao longo de um comprimento do tubo. Neste arranjo, um efeito comum da variação construcional de local pode ser provido em um comprimento do tubo.

[0033] Uma variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo pode variar ao longo do comprimento do tubo. Neste arranjo, um efeito variável da variação construcional pode ser apresentado em um comprimento do tubo.

[0034] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode ser selecionada para prover uma característica de dobramento longitudinal desejada ao longo do tubo. Por exemplo, a variação construcional de local em pelo menos um segmento pode ser selecionada para prover dobramento longitudinal em um plano desejado. Este arranjo pode permitir que um movimento de dobramento repetitivo seja conseguido, que pode assistir no bobinamento do tubo, por exemplo, durante desdobramento e recuperação, instalação do tubo ou similares. Este arranjo pode também, ou alternativamente, permitir que múltiplos tubos de acordo com o presente aspecto da invenção fiquem arranjados em proximidade uns com os outros, ao passo que uma variação construcional de local em cada tubo facilita o dobramento longitudinal controlado, por exemplo, em um plano preferido, que é adaptado para impedir ou substancialmente minimizar interferência entre os tubos. Isto pode ser de preocupação onde, por exemplo, múltiplos tubos são agrupados em uma localização comum, estendem-se ao longo de um caminho ou curso comum, convergem para uma localização restrita comum a partir de várias direções ou similares.

[0035] Uma característica de dobramento longitudinal desejada como esta pode ser conseguida provendo-se uma variação de local na rigidez em pelo menos um segmento circunferencial do tubo. Em algumas modalidades, uma variação na rigidez, por exemplo, um aumento na rigidez, em pelo menos um segmento circunferencial, pode permitir que tensões no tubo durante dobramento longitudinal sejam reduzidas.

[0036] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode ser selecionada para prover uma característica de deformação desejada, tais como dobramento, empeno ou similares, no tubo quando sob carregamento, tal como quando expostos a pressão interna, pressão externa, carregamento torsional, carregamento radial, carregamento axial ou similares.

[0037] Por exemplo, o tubo pode ser formado para permitir que o dobramento ou deformação seja restrita a uma direção ou plano particular.

[0038] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode ser selecionada para prover uma característica de torção longitudinal desejada do tubo. Por exemplo, a variação construcional de local pode permitir que o tubo seja desdobrado e recuperado, por exemplo, por bobinamento ou enrolamento, ainda atingindo uma orientação rotacional desejada do tubo. Uma arranjo como este pode permitir, por exemplo, que o tubo adote uma orientação desejada quando desdobrado ou recuperado, que pode por sua vez permitir que equipamento suportado, por exemplo, também seja desdobrado ou recuperado em uma orientação desejada. Adicionalmente, tal controle sobre a orientação do tubo em virtude de uma variação construcional de local selecionada pode favorecer processos de medição mais precisos associados com o tubo, tais como teste NDT, medições de deformação e similares. A este respeito, conhecimento de que o tubo ficará orientado em uma direção particular pode assistir no posicionamento de equipamento de medição, eliminar ou minimizar a exigência de determinar separadamente a orientação do tubo durante medição, ou similares.

[0039] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode ser selecionada para prover uma característica térmica desejada do tubo.

[0040] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode ser selecionada para prover uma característica de expansão e/ou contração térmica desejada do tubo. Por exemplo, uma variação construcional de local pode ser selecionada para permitir que o tubo deforme de uma maneira reprodutiva e antecipada mediante sua expansão térmica. Isto pode, por exemplo, permitir que empeno controlado do tubo seja conseguido durante expansão térmica.

[0041] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode ser selecionada para prover uma característica de isolamento térmico desejada do tubo. Por exemplo, uma variação na condutividade térmica em um segmento circunferencial da parede de tubo pode permitir que uma propriedade de isolamento térmico desejada seja conseguida no dito segmento. Isto pode ser vantajoso em circunstâncias onde segmentos circunferenciais diferentes do tubo são expostos a diferentes condições quando em uso. Por exemplo, em uma modalidade, uma porção do tubo pode ser enterrada, por exemplo, em um leito do mar, e uma porção pode ser exposta a um ambiente livre, tal como o mar. Em um arranjo exemplar como este, o segmento circunferencial do tubo que é exposto ao ambiente livre pode ser localizadamente modificado para apresentar maiores propriedades de isolamento térmico que o segmento que está enterrado. Isto pode permitir que o tubo seja mais precisamente formado para seu uso visado.

[0042] A variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial pode ser selecionada para prover uma característica de transmissão térmica desejada do tubo. Este arranjo pode, por exemplo, permitir que calor, que pode ser provido por um aquecedor, seja transmitido através da parede de tubo. Isto pode facilitar a aplicação na qual um aquecedor externo é usado para aquecer fluidos dentro do tubo.

[0043] O tubo pode compreender pelo menos dois segmentos de parede de tubo circunferenciais que compreendem cada qual uma variação de local na construção para prover uma variação de local em uma propriedade do tubo. Cada dos pelo menos dois segmentos circunferenciais da parede de tubo pode compreender variações construcionais iguais ou diferentes.

[0044] O tubo pode compreender dois segmentos circunferenciais com uma variação construcional de local que são arranjados de forma substancialmente diametral opostos um ao outro. Este arranjo pode permitir que uma propriedade desejada do tubo seja conseguida dentro ou relativa a um plano desejado. Em um arranjo, os dois segmentos podem cada qual compreender uma variação construcional de local para prover uma variação de local na rigidez longitudinalmente com o tubo. Por exemplo, cada segmento pode definir uma região de maior rigidez de maneira que a rigidez de dobramento no plano que inclui ambos os segmentos circunferenciais seja aumentada. Em um arranjo como esse, os dois segmentos circunferenciais com maior rigidez podem definir um plano de dobramento neutro ao longo do qual o tubo dobrará. Dessa maneira, orientação de dobramento controlada do tubo pode ser conseguida, que pode assistir no enrolamento, instalação, durante serviço ou similares. Prover uma maior rigidez efetiva ao longo de um plano de dobramento pode permitir uma redução nas tensões desenvolvidas nas regiões de menor rigidez localizadas a uma distância do plano de dobramento neutro. Isto pode, portanto, aumentar a segurança, e pode, por exemplo, permitir que se consiga um diâmetro de enrolamento permissível reduzido do tubo. Deve-se entender que um efeito similar pode ser conseguido provendo-se uma redução local na rigidez, tal como rigidez axial, em dois segmentos circunferenciais diametralmente opostos.

[0045] A matriz do material compósito pode definir uma estrutura contínua, em que as fibras de reforço são incorporadas na dita estrutura contínua. Neste arranjo, o material compósito pode efetivamente ser provido como uma única camada em toda a espessura da parede de tubo, sem nenhuma interface, tais como interfaces ligadas, entre camadas individuais.

[0046] A distribuição das fibras de reforço pode variar em toda a matriz contínua em uma direção radial através da parede de tubo. A distribuição das fibras de reforço pode variar de zero na região da superfície interna da parede de tubo, e ser aumentada em direção à parede externa. Dessa maneira, a região da superfície interna da parede de tubo não terá fibras de reforço.

[0047] Uma região radialmente interna da parede de tubo pode definir uma construção uniforme, e uma região radialmente externa da parede de tubo pode compreender pelo menos um segmento circunferencial que compreende ou define uma variação de local na construção. Ou seja, a região radialmente externa pode compreender pelo menos dois segmentos circunferenciais com uma variação construcional entre eles. Este arranjo pode ser conseguido durante a fabricação do tubo provendo-se uma estrutura de tubo ou mandril de construção pré-formada uniforme e que define a região radialmente interna da parede de tubo, e então formando-se a região da parede de tubo radialmente externa no mandril pré-formado, incluindo ainda uma variação na construção em um segmento circunferencial.

[0048] Um método de fabricar um tubo pode compreender:formar uma parede de tubo com um material compósito compreendendo uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz; ecriar uma variação de local na construção da parede de tubo em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo para prover uma variação de local em uma propriedade do tubo.

[0049] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um método de fabricar um tubo, compreendendo:formar uma parede de tubo com um material compósito compreendendo uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que o material da matriz define uma estrutura circunferencial contínua em um plano que se estende lateralmente através da parede de tubo; eno mesmo plano lateral, criar uma variação de local na construção da parede de tubo em pelo menos um segmento circunferencial do mesmo.

[0050] O método pode compreender formar um tubo de acordo com o primeiro aspecto. Recursos anteriormente definidos com relação ao primeiro aspecto podem também ser associados com o segundo aspecto.

[0051] Um tubo pode ter uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que o material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo é pré-tensionado.

[0052] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é provido um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que o material compósito compreende um nível variado de pré-tensão entre diferentes regiões da parede de tubo.

[0053] Assim, no terceiro aspecto, o tubo pode compreender uma pluralidade de regiões na parede de tubo, em que um nível de pré-tensão no material compósito varia entre pelo menos duas regiões.

[0054] O material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo pode compreender ou definir um nível de pré-tensão.

[0055] O material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo pode compreender ou definir um nível de pré-compressão.

[0056] Pré-tensão pode ser aplicada no material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo durante a fabricação do tubo. Uma pré- tensão como esta aplicada durante a fabricação pode permanecer, pelo menos residualmente, na região da parede de tubo após a fabricação.

[0057] Pré-tensão no material compósito de pelo menos uma região da parede de tubo pode ser conseguida aplicando uma tensão a uma ou mais das fibras de reforço do material compósito durante a fabricação do tubo. Tal tensão aplicada pode introduzir um nível de deformação em uma ou mais das fibras de reforço do material compósito durante a fabricação do tubo. Em uma modalidade, uma deformação de 0,05 a 0,5% em uma ou mais das fibras de reforço pode ser aplicada durante a fabricação do tubo. Uma tensão variável pode ser aplicada em uma ou mais das fibras de reforço do material compósito durante a fabricação do tubo.

[0058] Pré-tensão pode ser conseguida aplicando uma compressão em uma ou mais fibras durante a fabricação do tubo.

[0059] Em uma modalidade, uma região da parede de tubo pode ser formada usando um fita, filamento de vidro, estopa de compósito alongada ou similares que é manipulada, por exemplo, enrolada, para formar a parede de tubo. Em um arranjo como este, pré-tensão pode ser aplicada na fita, filamento de vidro, estopa de compósito alongada ou similares durante a fabricação do tubo. Por exemplo, uma tensão ou compressão definido pode ser aplicada na fita, filamento de vidro, estopa alongada ou similares durante a fabricação. Uma tensão ou compressão variável pode ser aplicada na fita, filamento de vidro, estopa alongada ou similares durante a fabricação para estabelecer diferentes regiões da parede de tubo com diferentes níveis de pré- tensão.

[0060] Pré-tensão no material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo pode ser provida para atingir uma distribuição de tensão e/ou deformação desejada na parede de tubo quando o tubo é exposto a uma condição antecipada.

[0061] Uma condição antecipada como esta pode ser uma condição quando o tubo está em uma configuração de serviço, tal como quando exposto a pressão de fluido interna e/ou externa e tensões e deformações associadas, tais como tensões/deformações circunferenciais e similares. Em um arranjo como este, a pré-tensão no material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo pode ser provida para atingir as propriedades de estouro e/ou colapso desejadas, tal como resistência, do tubo.

[0062] Uma condição antecipada pode compreender uma condição quando o tubo está em uma configuração de armazenamento, tal como em uma configuração de armazenamento bobinada que pode produzir tensões/deformações de dobramento, tensões/deformações de tração e compressão axial, tensões/deformações torsionais e similares. Uma condição antecipada pode compreender uma configuração de desdobramento, tal como o desdobramento de um carretel, uma configuração de recuperação, tal como recuperação em um carretel, ou similares.

[0063] Em uma modalidade, pré-tensão no material compósito em pelo menos uma região pode ser provida para estabelecer uma distribuição de tensão e/ou deformação desejada na parede de tubo quando o tubo é exposto a uma condição particular ou antecipada. Uma distribuição de tensão e/ou deformação desejada como esta pode incluir uma distribuição mais uniforme ou melhorada em toda a parede de tubo, por exemplo, quando comparado como um tubo misto convencional. Uma distribuição mais uniforme ou melhorada de tensão e/ou deformação como esta pode ajudar minimizar frequência de falha, fadiga de material, permitir controle ou redução na propagação de trinca, e similares. Adicionalmente, uma distribuição mais uniforme ou melhorada de tensão e/ou deformação pode permitir que maiores resistências na parede de tubo sejam conseguidas para dadas quantidades de material.

[0064] Pré-tensão no material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo pode ser provida para atingir uma predisposição de movimento desejada do tubo, tais como um movimento de dobramento, movimento de empeno, movimento de alongamento, movimento de alongamento desejados ou similares.

[0065] A provisão de uma pré-tensão no material compósito em pelo menos uma região pode funcionar para alterar a posição neutra de deformação na parede de tubo.

[0066] A variação na pré-tensão entre diferentes regiões da parede de tubo pode prover uma distribuição de tensão e/ou deformação global desejada na parede de tubo quando o tubo é exposto a uma condição particular ou antecipada, tal como uma condição de serviço ou similares. Por exemplo, a variação na pré-tensão entre as diferentes regiões pode prover uma distribuição de tensão e/ou deformação global mais uniforme ou melhorada na parede de tubo quando exposto a uma condição particular, tal como uma condição de serviço ou similares. Uma variação no nível de pré-tensão entre diferentes regiões da parede de tubo pode permitir que uma posição neutra de deformação na parede de tubo seja desejavelmente afetada, por exemplo, para acomodar uma condição de serviço particular ou similares.

[0067] Uma variação na pré-tensão no material compósito entre diferentes regiões da parede de tubo pode ser provida de uma maneira abrupta ou escalonada.

[0068] Uma variação na pré-tensão no material compósito entre diferentes regiões da parede de tubo pode ser provida de uma maneira gradual ou afunilada.

[0069] O tubo pode compreender uma pluralidade de regiões na parede de tubo, em que o material compósito em pelo menos uma região pode ser pré-tensionado, e o material compósito em pelo menos uma outra região pode definir ou compreender substancialmente zero pré-tensão. Em um arranjo como este, uma variação na pré-tensão do material compósito entre duas diferentes regiões pode variar de um nível neutro de pré-tensão.

[0070] Uma variação na pré-tensão no material compósito entre diferentes regiões pode ser provida por uma combinação de pré-tensão e pré- compressão em diferentes regiões.

[0071] Um nível de pré-tensão presente no material compósito em uma região da parede de tubo pode estabelecer ou influenciar o nível de pré- tensão criado ou provido em uma região diferente da parede de tubo.

[0072] Uma pré-tensão aplicada no material compósito de uma região da parede de tubo pode ser selecionada para prover uma pré-tensão particular em uma região adicional da parede de tubo. Por exemplo, um grau de pré- tensão na forma de tensão aplicada no material compósito em uma região da parede de tubo pode prover um grau de pré-tensão na forma de compressão no material compósito em uma região diferente da parede de tubo. Adicionalmente, um grau de pré-tensão na forma de tensão aplicada no material compósito em uma região da parede de tubo pode prover um menor nível de pré-tensão no material compósito em uma região diferente da parede de tubo.

[0073] O nível de pré-tensão no material compósito da parede de tubo pode variar em toda a parede de tubo em uma direção radial. Ou seja, o nível de pré-tensão no material compósito pode variar em toda a espessura da parede de tubo. Por exemplo, o material compósito em uma região ou camada externa da parede de tubo pode compreender ou definir um nível diferente de pré-tensão em relação ao material compósito em uma região ou camada interna da parede de tubo. A região externa pode completamente circunscrever a região interna.

[0074] O material compósito em uma região externa da parede de tubo pode compreender ou definir um nível de pré-tensão, e o material compósito em uma região interna da parede de tubo pode compreender ou definir um nível de pré-compressão. Neste arranjo, a pré-tensão aplicada no material compósito da região externa da parede de tubo pode estabelecer a pré-compressão, ou pelo menos uma porção da pré-compressão, no material compósito da região interna da parede de tubo. Por exemplo, a pré-tensão aplicada no material compósito da região externa pode aplicar uma deformação circunferencial compressiva no material compósito na região interna. Este arranjo pode ser vantajoso em aplicações onde pressões do tubo internas são dominantes.

[0075] O material compósito em uma região interna da parede de tubo pode compreender ou definir um nível de pré-tensão que é maior que aquele em uma região externa da parede de tubo. Este arranjo pode ser vantajoso em aplicações onde pressões do tubo externas são dominantes.

[0076] Uma variação na pré-tensão no material compósito em uma direção radial da parede de tubo pode ser selecionada de acordo com uma ou mais condições de serviço antecipadas do tubo. Por exemplo, uma variação radial na pré-tensão circunferencial e/ou axial pode ser selecionada de acordo com uma ou mais condições de serviço antecipadas do tubo. A provisão de uma variação na pré-tensão no material compósito em uma direção radial da parede de tubo pode, por exemplo, ser configurada para acomodar tensões e/ou deformações aplicadas no tubo quando exposto a pressão interna e/ou externa. Tal acomodação de tensões e deformações aplicada por pressão pode ser a fim de garantir uma distribuição de tensão e/ou deformação mais uniforme por toda a parede de tubo.

[0077] Por exemplo, em uma condição de serviço antecipada na qual pressões internas são dominantes, por exemplo, quando o produto da pressão interna e o raio interno do tubo é maior que o produto da pressão externa e o raio externo do tubo, as tensões circunferenciais resultantes serão de tração. Dessa maneira, o material compósito em uma região interna tipicamente será exposto a uma maior deformação por tração do que a região externa. Como tal, com carga crescente em decorrência da crescente pressão interna, um nível de deformação de falha pode ser conseguido primeiro na região interna. Entretanto, pela provisão de pré-tensão em uma região externa da parede de tubo que tem o efeito de aplicar uma pré-compressão no material compósito da camada interna, a camada interna pode ou fica habilitada a suportar um maior grau de deformação antes de um limite de deformação de falha ser atingido.

[0078] Ao contrário, em uma condição de serviço antecipada na qual pressões externas são dominantes, as tensões circunferenciais resultantes serão compressivas. A presente invenção pode acomodar uma condição de serviço como esta provendo um maior grau de pré-tensão no material compósito na região interna da parede de tubo do que na região externa.

[0079] O nível de pré-tensão no material compósito do tubo pode variar por toda a parede de tubo em uma direção longitudinal. Por exemplo, o material compósito em uma região longitudinal da parede de tubo pode compreender um nível diferente de pré-tensão em relação ao material compósito em uma região longitudinal diferente da parede de tubo. Um arranjo como este pode ser vantajoso em circunstâncias onde o exigências de carga do tubo variam ao longo do comprimento do tubo. Por exemplo, uma longitudinal região do tubo pode precisar suportar uma maior carga, por exemplo, uma carga axial, do que uma região longitudinal diferente.

[0080] O nível de pré-tensão no material compósito do tubo pode variar por toda a parede de tubo em uma direção circunferencial. Por exemplo, o material compósito em uma região ou segmento circunferencial da parede de tubo pode compreender um nível diferente de pré-tensão em relação ao material compósito em uma região ou segmento circunferencial diferente da parede de tubo. Este arranjo pode permitir que se consiga uma variação em uma propriedade do tubo em uma direção circunferencial. Um arranjo como este pode permitir que se consiga um dobramento desejado do tubo, por exemplo, de uma maneira reprodutível.

[0081] O módulo do material compósito pode ser variado em toda a parede de tubo. O módulo do material compósito pode ser variado variando-se o módulo da matriz, por exemplo, variando-se o tipo de material da matriz. O módulo do material compósito pode ser variado variando-se o módulo de uma ou mais fibras de reforço, por exemplo, variando-se o tipo de fibra de reforço.

[0082] O módulo do material compósito pode ser variado variando-se o ângulo de alinhamento das fibras de reforço. O ângulo de alinhamento da fibra pode ser definido em relação ao eixo longitudinal do tubo. Por exemplo, uma fibra provida em um ângulo de alinhamento 0 grau ficará disposta de forma completamente longitudinal com o tubo, e uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 90 grau ficará disposta de forma completamente circunferencial ao tubo, com fibras no ângulo de alinhamento intermediário das fibras dispostas tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente com o tubo, por exemplo, em um padrão espiral.

[0083] O módulo do material compósito pode ser variado em uma direção radial na parede de tubo.

[0084] Em um arranjo, uma ou mais fibras localizadas em uma região externa da parede de tubo podem definir um maior ângulo de alinhamento da fibra do que uma ou mais fibras localizadas em uma região interna da parede de tubo. Por exemplo, uma ou mais fibras em uma região externa da parede de tubo podem definir um ângulo de alinhamento da fibra na região de 75 a 90 graus, e uma ou mais fibras em uma região interna da parede de tubo podem definir um ângulo de alinhamento da fibra na região de 65 a 80 graus. Em uma modalidade como esta, as fibras internas alinhadas em um menor ângulo de alinhamento podem ser capazes de acomodar maiores deformações circunferenciais do que as fibras externas alinhadas em um maior ângulo de alinhamento. Um arranjo como este pode ser vantajoso em condições onde pressões internas e/ou externas são dominantes.

[0085] Em um arranjo alternativo, uma ou mais fibras localizadas em uma região interna da parede de tubo podem definir um maior ângulo de alinhamento da fibra do que uma ou mais fibras localizadas em uma região externa da parede de tubo. Um arranjo como este pode ser vantajoso em condições de carga, carregamento axial, momentos de dobramento, carregamento de pressão ou similares combinadas.

[0086] A matriz do material compósito pode definir uma estrutura contínua, em que as fibras de reforço são incorporadas na dita estrutura contínua. Neste arranjo, o material compósito pode efetivamente ser provido como uma única camada em toda a espessura da parede de tubo, sem nenhuma interface, tais como interfaces ligadas, entre camadas individuais.

[0087] A distribuição das fibras de reforço pode variar por toda a matriz contínua em uma direção radial através da parede de tubo. A distribuição das fibras de reforço pode variar de zero na região da superfície interna da parede de tubo, e ser aumentada na direção da parede externa. Dessa maneira, a região da superfície interna da parede de tubo não terá fibras de reforço.

[0088] Uma região radialmente interna da parede de tubo pode definir um nível uniforme de pré-tensão, e uma região radialmente externa da parede de tubo pode definir um nível variado de pré-tensão. Ou seja, a região radialmente externa pode compreender pelo menos duas seções com diferentes níveis de pré-tensão. Este arranjo pode ser conseguido durante a fabricação do tubo provendo uma estrutura de tubo ou mandril pré-formada de distribuição de pré-tensão uniforme e que define a região radialmente interna da parede de tubo, e então formando a região da parede de tubo radialmente externa no mandril pré-formado, incluindo ainda uma variação na pré-tensão na região radialmente externa.

[0089] Um método de fabricar um tubo pode compreender:formar uma parede de tubo com um material compósito compreendendo uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz; epré-tensionar o material compósito em pelo menos uma região da parede de tubo.

[0090] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é provido um método de fabricar um tubo, compreendendo:formar uma parede de tubo com um material compósito compreendendo uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz; eestabelecer um nível variado de pré-tensão no material compósito entre diferentes regiões da parede de tubo.

[0091] A método pode compreender formar um tubo de acordo com o terceiro aspecto. Os recursos supradefinidos com relação ao terceiro aspecto podem também ser associados com o quarto aspecto.

[0092] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é provido um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que o módulo do material compósito varia em toda a parede de tubo.

[0093] O módulo do material compósito pode ser variado variando o módulo da matriz, por exemplo, variando o tipo de material da matriz. O módulo do material compósito pode ser variado variando o módulo de uma ou mais fibras de reforço, por exemplo, variando o tipo de fibra de reforço.

[0094] O módulo do material compósito pode ser variado variando o ângulo de alinhamento das fibras de reforço. O ângulo de alinhamento da fibra pode ser definido em relação ao eixo longitudinal do tubo. Por exemplo, uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 0 grau ficará disposta de forma completamente longitudinal com o tubo, e uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 90 graus ficará disposta de forma completamente circunferencial ao tubo, com fibras em ângulos de alinhamento intermediários das fibras dispostas tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente com o tubo, por exemplo, em um padrão espiral.

[0095] O módulo do material compósito pode ser variado em uma direção radial na parede de tubo.

[0096] Em um arranjo, uma ou mais fibras localizadas em uma região externa da parede de tubo podem definir um maior ângulo de alinhamento da fibra do que uma ou mais fibras localizadas em uma região interna da parede de tubo. Por exemplo, uma ou mais fibras em uma região externa da parede de tubo podem definir um ângulo de alinhamento da fibra na região de 75 a 90 graus, e uma ou mais fibras em uma região interna da parede de tubo podem definir um ângulo de alinhamento da fibra na região de 65 a 80 graus. Em uma modalidade como esta, as fibras internas alinhadas em um menor ângulo de alinhamento podem ser capazes de acomodar maiores deformações circunferenciais do que as fibras externas alinhadas em um maior ângulo de alinhamento. Um arranjo como este pode ser vantajoso em condições onde pressões internas e/ou externas são dominantes.

[0097] Em um arranjo alternativo, uma ou mais fibras localizadas em uma região interna da parede de tubo podem definir um maior ângulo de alinhamento da fibra do que uma ou mais fibras localizadas em uma região externa da parede de tubo. Um arranjo como este pode ser vantajoso em condições combinadas de carga, carregamento axial, momentos de dobramento, carregamento de pressão ou similares.

[0098] Uma região radialmente interna da parede de tubo pode definir um módulo uniforme, e uma região radialmente externa da parede de tubo pode definir um módulo variável. Ou seja, a região radialmente externa pode compreender pelo menos duas seções com diferentes módulos. Este arranjo pode ser conseguido durante a fabricação do tubo provendo uma estrutura de tubo ou mandril pré-formada de módulo uniforme e que define a região radialmente interna da parede de tubo, e então formando a região da parede de tubo radialmente externa no mandril pré-formado, incluindo ainda uma variação no módulo na região radialmente externa.

[0099] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, é provido um método de fabricar um tubo, compreendendo:formar uma parede de tubo com um material compósito compreendendo uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz; evariar o módulo do material compósito em toda a parede de tubo.

[00100] Um tubo tendo uma parede de tubo pode compreender um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo compreende ou define uma variação de local na construção para prover uma variação em uma propriedade do tubo.

[00101] De acordo com um sétimo aspecto da presente invenção, é provido um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que a parede de tubo compreende uma variação de local na construção em pelo menos uma seção longitudinal de maneira que a construção de fibra em uma seção longitudinal da parede de tubo seja diferente da construção de fibra do material compósito em uma seção longitudinal diferente.

[00102] Assim, o tubo compreende uma variação na construção do material compósito ao longo do comprimento do tubo. Um arranjo como este pode vantajosamente permitir que o tubo seja otimizado, ao longo de seu comprimento, para uma condição de serviço particular, por exemplo.

[00103] A variação na construção entre as diferentes seções longitudinais pode ser localizada em uma localização radial comum na parede de tubo. Uma localização radial comum como esta pode ser determinada a partir de um ponto de dado comum ou superfície, tal como de uma superfície interna ou externa do tubo.

[00104] A variação de local na construção pode ser provida entre pelo menos duas seções longitudinais em um plano circunferencial comum na parede de tubo.

[00105] A variação construcional de local pode ser de maneira que uma porção longitudinal defina uma construção geral diferente daquela em uma porção longitudinal diferente. Em um arranjo como este, a parede de tubo pode compreender pelo menos duas porções longitudinais com diferentes propriedades construcionais.

[00106] Assim, a construção da parede de tubo inclui uma ou mais variações de local ao longo de seu comprimento para conseguir uma variação em uma propriedade do tubo. Ou seja, a variação construcional é suficiente para produzir uma variação em uma propriedade do tubo.

[00107] Em uso, a variação de local em uma propriedade do tubo em virtude da variação construcional de local pode estabelecer uma característica preferencial no tubo. Uma característica preferencial como esta pode diferir significativamente daquela em um tubo de construção uniforme ao longo de seu comprimento, tal como é conhecido na tecnologia anterior. Uma característica mecânica preferencial pode ser conseguida, tal como uma característica de resistência, rigidez, rigidez flexural, dobramento, característica ressonante, características de deformação, características de falha ou similares. Uma característica térmica preferencial pode ser conseguida, tais como uma característica de expansão térmica, característica de isolamento térmico ou similares.

[00108] Em modalidades da presente invenção, a característica preferencial pode ser provida para casar mais de perto com as propriedades do tubo para uma condição ou ambiente de serviço desejada. Por exemplo, em condições de serviço nas quais efeitos ambientais diferem no comprimento do tubo, tal como pode ser o caso com um tubo se estendendo através de profundidades de água variáveis, a provisão de uma variação longitudinal pode permitir que o tubo seja mais customizado de acordo com propriedades ambientais diferentes. Isto pode permitir uma redução no uso, custo e peso do material e similares. Ou seja, tubos convencionais são globalmente projetados para acomodar as condições ambientas mais extremas. Entretanto, a presente invenção permite que variabilidade seja incorporada em um tubo para permitir customização ao longo de seu comprimento.

[00109] A variação construcional de local da parede de tubo pode ser configurada para focalizar uma característica comportamental particular em uma ou mais porções longitudinais. Isto pode permitir que se consiga um controle preferencial do comportamento do tubo, que pode assistir quando em uma condição de serviço, configuração de armazenamento, configuração de desdobramento/recuperação ou similares. Por exemplo, a variação construcional de local pode permitir que se consiga uma deformação controlada em uma porção longitudinal do tubo e, em algumas modalidades, ficar substancialmente restrita à dita porção longitudinal. Tal deformação pode incluir empeno, expansão e contração longitudinais, expansão e contração radiais, deformação torsional, dobramento ou similares. Tal deformação pode incluir falha catastrófica, tais como falha por tensão axial, falha por tensão circunferencial ou similares. Por exemplo, uma variação construcional de local no tubo pode prover uma porção de baixa resistência, tais como baixo limite de resistência, baixa tensão circunferencial ou similares, que pode focalizar qualquer falha para ocorrer na dita porção longitudinal. Em um arranjo como este, a porção longitudinal específica com baixa resistência pode ser selecionada para facilitar o acesso, inspeção, reparo ou similares. Por exemplo, em modalidades onde o tubo é usado em profundidades de água variadas, tal como quando usado como uma coluna de ascensão, por exemplo, uma coluna de ascensão vertical, coluna de ascensão em catenária ou similares, uma porção longitudinal do tubo em proximidade com a superfície pode compreender uma variação construcional de local para prover uma região de mínima resistência.

[00110] Em algumas modalidades, focalizar uma característica comportamental particular em uma porção longitudinal da parede de tubo pode permitir que múltiplos tubos de acordo com o presente aspecto da invenção fiquem arranjados em proximidade uns com os outros, em que variação construcional de local em cada tubo favorece uma característica comportamental desejada, tal como dobramento longitudinal controlado, em uma localização comum. Isto pode impedir ou substancialmente minimizar interferência entre os tubos, facilitar instalações mais compactas e similares. Este arranjo pode ser de aplicação onde, por exemplo, múltiplos tubos são agrupados em uma localização comum, se estendem ao longo de um caminho ou curso comum, convergem para uma localização restrita comum a partir de várias direções ou similares, tal como convergência para um embarcação flutuante comum, por exemplo, uma embarcação FPSO usada na indústria de óleo e gás.

[00111] Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no módulo de elasticidade. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no segundo momento de área. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no coeficiente de expansão térmica. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local na condutividade térmica. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local na resistência do material, tal como um limite de escoamento de um componente particular do material compósito. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no limite de resistência. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local na tensão circunferencial. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local na resistência compressiva. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local na resistência flexural. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local na geometria, tal como espessura de parede.

[00112] Uma variação construcional de local pode ser provida em uma pluralidade de porções longitudinais ao longo de a comprimento do tubo. Por exemplo, ao longo de todo o comprimento do tubo.

[00113] A variação construcional de local pode definir uma variação construcional discreta em uma porção longitudinal com relação a uma porção longitudinal adjacente. Por exemplo, a variação construcional de local pode ser provida de uma maneira escalonada ou abrupta com relação a uma porção adjacente.

[00114] A variação construcional de local pode compreender uma variação afunilada ou gradual, por exemplo, com relação a uma região adjacente. Uma variação gradual pode ser provida em uma ou mais porções longitudinais discretas do tubo. Alternativamente, uma variação gradual pode ser provida em todo o comprimento do tubo.

[00115] A variação construcional de local pode compreender uma variação construcional na matriz do material compósito de maneira que a construção da matriz em uma seção longitudinal da parede de tubo seja diferente da construção da matriz do material compósito em uma seção longitudinal diferente.

[00116] Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no tipo de material da matriz. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no volume de material da matriz.

[00117] Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local na densidade de distribuição das fibras de reforço no material da matriz. Por exemplo, as fibras de reforço podem ser mais densamente empacotadas em uma porção longitudinal da parede de tubo do que uma outra porção longitudinal. Em um arranjo como este, a região de maior densidade de empacotamento de fibra pode definir uma região de rigidez modificada, tal como maior rigidez, resistência modificada tais como tensão circunferencial, limite de resistência ou similares.

[00118] Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no tipo de fibra no material compósito. Ou seja, uma porção longitudinal da parede de tubo pode compreender um tipo de fibra que não está presente em uma outra porção longitudinal, ou pelo menos presente em uma quantidade ou configuração diferente. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma ou mais fibras com uma propriedade modificada, tais como rigidez, limite de resistência ou similares aumentados ou diminuídos. Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma ou mais fibras de reforço com uma dimensão modificada, tal como um diâmetro modificado.

[00119] Por exemplo, uma porção longitudinal da parede de tubo pode compreender fibras com um diâmetro diferente daqueles em uma porção longitudinal diferente.

[00120] Pelo menos uma porção longitudinal pode compreender uma variação de local no ângulo de alinhamento da fibra no material compósito. Por exemplo, uma ou mais fibras de reforço em uma porção longitudinal podem definir um diferente ângulo de alinhamento com uma ou mais fibras de reforço em uma porção longitudinal diferente, e/ou uma porção longitudinal pode compreender uma proporção ou quantidade diferente de fibras que definem substancialmente o mesmo ângulo de alinhamento daqueles em uma outra porção longitudinal. Neste arranjo, o ângulo de alinhamento da fibra pode ser definido em relação ao eixo longitudinal do tubo. Por exemplo, uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 0 grau ficará disposta de forma completamente longitudinal com o tubo, e uma fibra provida a um ângulo de alinhamento de 90 graus ficará disposta de forma completamente circunferencial ao tubo, com fibras em ângulos de alinhamento intermediários da fibras dispostos tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente com o tubo, por exemplo, em um padrão espiral.

[00121] Pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo pode compreender uma variação de local na pré-tensão da fibra. Neste arranjo, a pré-tensão da fibra pode ser considerada uma pré-tensão, tal como uma pré- tensão de tração e/ou pré-tensão compressiva aplicada em uma fibra durante a fabricação do tubo, e cuja pré-tensão é pelo menos parcialmente ou residualmente retida no tubo fabricado. Neste arranjo, a pré-tensão da fibra em uma porção longitudinal da parede de tubo pode diferir daquela em uma porção longitudinal diferente. Em um arranjo, a pré-tensão da fibra, tal como pré-tensão, em pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo pode ser aumentada relativa a uma porção longitudinal diferente. Uma variação de local na pré-tensão da fibra pode permitir que se consiga uma característica desejada do tubo, tal como uma característica de dobramento desejada. Isto pode ajudar posicionar ou manipular o tubo, por exemplo, durante instalação, recuperação, bobinamento ou similares. Adicionalmente, esta variação de local na pré-tensão da fibra pode assistir no deslocamento de uma posição neutra de deformação na parede de tubo, que pode assistir em prover distribuição de deformação mais nivelada quando o tubo está em uso e/ou, por exemplo, é armazenado, tal como em uma configuração bobinada.

[00122] Pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo pode compreender uma variação de local na construção pelo uso de pelo menos um inserto. O inserto pode ser considerado um componente separado da matriz e das fibras de reforço que formam o material compósito da parede de tubo. O inserto pode ser formado separadamente e subsequentemente instalado em pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo. Um inserto pode ser instalado na parede de tubo durante a fabricação do tubo. Um inserto pode ser instalado na parede de tubo após a fabricação do tubo.

[00123] O inserto pode definir um inserto estrutural. O inserto pode apresentar propriedades mecânicas suficientes, tais como rigidez, resistência ou similares, para prover um efeito mensurável nas propriedades mecânicas de todo o tubo. Por exemplo, um único fio de uma fibra de reforço pode não funcionar como um inserto por causa da magnitude da diferença entre as propriedades estruturais de um único fio e de todo o tubo. Pelo menos um inserto pode compreender um inserto alongado. Pelo menos um inserto pode se pode estender de forma substancialmente longitudinal no tubo. Pelo menos um inserto pode compreender uma chapa, haste, pino cilíndrico ou similares. Pelo menos um inserto pode compreender uma estrutura de malha ou similares. Pelo menos um inserto pode compreender um material metálico, tal como uma liga metálica. Pelo menos um inserto pode compreender uma liga metálica com memória de forma. Pelo menos um inserto pode compreender um material não metálico. Pelo menos um inserto pode compreender um material compósito, tal como um compósito de uma matriz com fibras de reforço incorporadas. Neste arranjo, um inserto compósito pode ser formado separadamente e subsequentemente instalado ou incluído em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo.

[00124] A variação construcional de local na parede de tubo pode ser selecionada para prover uma característica de dobramento longitudinal desejada ao longo do tubo. Uma característica de dobramento longitudinal desejada como esta pode ser conseguida provendo-se uma variação de local na rigidez em pelo menos uma porção longitudinal do tubo. Uma rigidez modificada pode ser conseguida, por exemplo, modificando-se o módulo do material compósito, por exemplo, a matriz e/ou as fibras, modificando-se o segundo momento de área, por exemplo, provendo-se uma quantidade maior ou menor do material compósito, ou similares. Uma variação de local como esta na rigidez pode compreender uma redução na rigidez. Isto pode permitir ou predispor dobramento de ocorrer na porção longitudinal do tubo compreendendo a baixa rigidez. Uma variação de local como esta na rigidez pode compreender um aumento na rigidez. Isto pode minimizar o nível de dobramento permitido nesta porção longitudinal específica. Um aumento como este na rigidez pode ser utilizado em regiões onde é de se esperar que os momentos de carregamento ou dobramento sejam mais altos, por exemplo, nas conexões com outro equipamento, tais como embarcações flutuantes, equipamento de cabeça de poço ou similares.

[00125] A variação construcional de local na parede de tubo pode ser selecionada para prover uma característica de expansão térmica desejada do tubo. Por exemplo, uma variação construcional de local pode ser selecionada para permitir que o tubo deforme de uma maneira reprodutível e antecipada mediante sua expansão térmica. Isto pode, por exemplo, permitir que se consiga empeno, deflexão lateral ou similares controladas do tubo durante expansão térmica.

[00126] A variação construcional de local na parede de tubo pode ser selecionada para prover uma característica de isolamento térmico desejada do tubo. Por exemplo, uma variação na condutividade térmica em uma porção longitudinal da parede de tubo pode permitir que se consiga uma propriedade de isolamento térmico desejada na dita porção. Isto pode ser vantajoso em circunstâncias onde diferentes porções longitudinais do tubo são expostas a diferentes condições quando em uso. Por exemplo, em uma modalidade, uma porção do tubo pode ser enterrada, por exemplo, em um leito do mar, e uma porção pode ser exposta a um ambiente livre, tal como o mar. Em um arranjo exemplar como este, a porção longitudinal do tubo que é exposta ao ambiente livre pode ser localizadamente modificada para apresentar melhores propriedades de isolamento térmico do que a porção que é enterrada. Isto pode permitir que o tubo seja mais precisamente formado para seu uso pretendido.

[00127] A variação construcional de local na parede de tubo pode ser selecionada para acomodar ou absorver um movimento, deformação ou similares antecipados no tubo, tais como um movimento de expansão ou deformação longitudinal. Em um arranjo como este, a variação construcional de local pode ser selecionada para prover uma propriedade ou característica de compressão desejada para permitir que a expansão axial do tubo seja acomodada na porção longitudinal associada sem nenhuma deflexão ou deformação lateral, ou pelo menos sem deflexão ou deformação significantes.

[00128] A variação construcional de local na parede de tubo pode ser selecionada para prover uma característica de absorção de energia desejada do tubo. Por exemplo, uma variação construcional de local pode permitir que forças mecânicas sejam absorvidas na pelo menos uma porção longitudinal. Em um arranjo como este, uma porção longitudinal do tubo pode funcionar como um amortecedor. Uma variação construcional pode permitir que forças de vibração sejam absorvidas na pelo menos uma porção longitudinal.

[00129] A variação construcional de local na parede de tubo pode ser selecionada para prover uma característica acústica desejada do tubo. Por exemplo, a variação de local pode permitir que o tubo possa transmitir energia acústica na porção longitudinal associada. Isto pode permitir que dispositivos acústicos, tais como transdutores, usem a parede de tubo na porção longitudinal associada para acoplar energia acústica de entrada/saída no material contido neles. A variação construcional de local pode ser selecionada para casar com a impedância acústica da parede de tubo na porção longitudinal associada com um material contido, ou que se espera estar contida no tubo. Tais variações nas propriedades acústicas podem permitir que medições acústicas sejam feitas, tais como as que podem ser feitas durante medições de fluxo, monitoramento fiscal ou similares.

[00130] A variação construcional de local na parede de tubo pode ser selecionada para prover uma característica ressonante desejada do tubo. Por exemplo, pelo menos uma porção longitudinal do tubo pode compreender uma variação de local configurada para prover um modo de vibração ressonante desejado. Este arranjo pode permitir que vibrações induzidas por vórtice sejam reduzidas ou minimizadas dentro ou fora do tubo quando exposto a um fluido em movimento externo que tem um componente lateral relativo ao tubo. Especificamente, a presente invenção pode permitir que pelo menos uma porção longitudinal do tubo forneça um modo de vibração ressonante que difere de uma frequência de desprendimento de vórtice associada com o tubo e uma condição de fluxo externa de serviço antecipada.

[00131] O tubo pode compreender ou ser associado com um dispositivo de medição localizado em uma porção longitudinal da parede de tubo que compreende uma variação construcional de local. Neste arranjo, a variação construcional de local pode favorecer uma melhor medição. Por exemplo, a variação construcional de local pode ser selecionada para permitir focagem ou ampliação do movimento na porção longitudinal associada com o dispositivo de medição.

[00132] O tubo pode compreender ou definir uma parede de tubo contínua. Dessa maneira, a variação construcional pode não ser provida conectando duas seções de tubo uma na outra e, em vez disso, por ser provida por uma variação de local na construção em uma parede de tubo única e contínua.

[00133] A matriz do material compósito pode definir uma estrutura contínua, em que as fibras de reforço são incorporadas na dita estrutura contínua. Neste arranjo, o material compósito pode efetivamente ser provido como uma única camada em toda a espessura da parede de tubo, sem nenhuma interface, tais como interfaces ligadas, entre camadas individuais.

[00134] A distribuição das fibras de reforço pode variar por toda a matriz contínua em uma direção radial através da parede de tubo. A distribuição das fibras de reforço pode variar de zero na região da superfície interna da parede de tubo, e ser aumentada na direção da parede externa. Dessa maneira, a região da superfície interna da parede de tubo não terá fibras de reforço.

[00135] A matriz do material compósito pode se pode estender continuamente entre duas porções longitudinais com variações na construção.

[00136] Fibras de reforço contínuas podem se estender entre diferentes porções ou regiões longitudinais da parede de tubo.

[00137] Uma região radialmente interna da parede de tubo pode definir uma construção uniforme ao longo de seu comprimento, e uma região radialmente externa da parede de tubo pode definir uma construção variável entre diferentes porções longitudinais. Ou seja, a região radialmente externa pode compreender pelo menos duas seções com diferentes construções. Este arranjo pode ser conseguido durante a fabricação do tubo provendo uma estrutura de tubo ou mandril de construção pré-formada longitudinal uniforme e que define a região radialmente interna da parede de tubo, e então formando a região da parede de tubo radialmente externa no mandril pré-formado, incluindo ainda uma variação na construção entre duas diferentes regiões longitudinais.

[00138] Um método de fabricar um tubo pode compreender:formar uma parede de tubo com um material compósito compreendendo uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz; ecriar uma variação de local na construção da parede de tubo em pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo para prover uma variação em uma propriedade do tubo.

[00139] De acordo com um oitavo aspecto da presente invenção, é provido um método de fabricar um tubo, compreendendo:formar uma parede de tubo com um material compósito compreendendo uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz; evariar a construção de fibra do material compósito em pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo de maneira que a construção de fibra em uma porção longitudinal difira da construção de fibra em uma porção longitudinal diferente.

[00140] O método pode compreender formar um tubo de acordo com qualquer outro aspecto.

[00141] Recursos aqui definidos com relação a qualquer outro aspecto podem também ser associados com o presente aspecto.

[00142] Um tubo tendo uma parede de tubo pode compreender um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que a matriz define uma estrutura contínua e as fibras são distribuídas de forma variável na estrutura da matriz contínua.

[00143] De acordo com um nono aspecto da presente invenção, é provido um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que a matriz define uma estrutura contínua e as fibras são distribuídas de forma variável radialmente por toda a matriz contínua de zero na região da superfície interna da parede de tubo, e ser aumentada na direção da parede externa.

[00144] Dessa maneira, a região da superfície interna da parede de tubo não terá fibras de reforço.

[00145] Neste arranjo, o material compósito pode efetivamente ser provido como uma única camada em toda a espessura da parede de tubo, sem nenhuma interface, tais como interfaces ligadas, entre camadas individuais.

[00146] A matriz pode definir uma estrutura contínua entre superfícies interna e externa da parede de tubo.

[00147] Um método de fabricar um tubo pode compreender formar uma parede de tubo com um material de matriz contínuo e distribuir de forma variada fibras de reforço por todo o material da matriz.

[00148] De acordo com um décimo aspecto da presente invenção, é provido um método de fabricar um tubo, compreendendo formar uma parede de tubo com um material de matriz contínuo e distribuir de forma variada fibras de reforço radialmente por toda a matriz contínua de zero na região da superfície interna da parede de tubo e aumentando em direção à parede externa.

[00149] De acordo com um décimo primeiro aspecto da presente invenção é provido um sistema de tubo, compreendendo:uma primeira seção de tubo tendo uma parede compreendendo um material metálico; euma segunda seção de tubo acoplada na primeira seção de tubo em relação extremidade a extremidade e com uma parede compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz,em que a segunda seção de tubo é configurada para sustentar um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo quando o sistema de tubo for submetido a deformação por um evento de carga.

[00150] A segunda seção de tubo pode compreender um tubo de acordo com qualquer outro aspecto. Dessa maneira, durante deformação do sistema de tubo causada por um evento de carga, uma maior proporção de deformação será sustentada pela segunda seção de tubo. Isto pode ajudar minimizar o nível de deformação aplicado na primeira seção de tubo, até o ponto em que uma maior proporção da deformação induzida no sistema de tubo durante um evento de carga seja sustentada na segunda seção de tubo. Como tal, a segunda seção de tubo pode funcionar para proteger a primeira seção de tubo durante um evento de deformação e carga aplicado no sistema de tubo. Por exemplo, a segunda seção de tubo pode ser configurada para impedir ou substancialmente minimizar o risco de que deformações e/ou tensões sejam aplicadas na primeira seção de tubo, que pode fazer com que o limite de escoamento do material metálico da dita primeira seção de tubo seja excedido. A segunda seção de tubo pode ser configurada para minimizar o risco de falha, fadiga de material, deformação elástica ou plástica adversa ou indesejada, ou similares, da primeira seção de tubo.

[00151] O sistema de tubo pode ser configurado de maneira que uma maior proporção de deformação no dito sistema causada por um evento de carga seja focalizada para a segunda seção de tubo. Dessa maneira, a segunda seção de tubo pode ser configurada para acomodar uma proporção de deformação relativamente maior que a primeira seção de tubo. Em modalidades da presente invenção, a segunda seção de tubo é configurada para acomodar ou absorver substancialmente toda deformação do sistema de tubo durante um evento de carga.

[00152] A segunda seção de tubo pode ser configurada para sustentar um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo quando o sistema de tubo for submetido a deformação por um evento de carga cíclica. Um evento de carga cíclica como este pode ser estabelecido durante fluxo intermitente através do sistema de tubo, durante fluxo multifase através do sistema de tubo, durante eventos de desprendimento de vórtice quando o sistema de tubo é imerso em um fluido em movimento, ou similares. A segunda seção de tubo pode ser configurada para sustentar um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo quando o sistema de tubo for submetido a deformação por uma carga axial aplicada. Dessa maneira, neste arranjo, a segunda seção de tubo pode ser configurada para acomodar um maior grau relativo de expansão e/ou contração axial. Em modalidades da presente invenção, onde uma carga axial é aplicada no sistema de tubo, substancialmente toda a deformação axial resultante é absorvida ou restrita pela segunda seção de tubo.

[00153] A segunda seção de tubo pode ser configurada para sustentar um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo quando o sistema de tubo for submetido a deformação por uma carga radial aplicada.

[00154] A segunda seção de tubo pode ser configurada para sustentar um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo quando o sistema de tubo for submetido a deformação por um momento de flexionamento. Dessa maneira, neste arranjo, a segunda seção de tubo pode ser configurada para acomodar um maior grau relativo de dobramento longitudinal. Em modalidades da presente invenção, onde um momento de flexionamento é aplicado no sistema de tubo, substancialmente todo dobramento longitudinal é absorvido ou restrito pela segunda seção de tubo.

[00155] A segunda seção de tubo pode ser configurada para sustentar um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo quando o sistema de tubo for submetido a deformação por uma carga torsional aplicada. Dessa maneira, neste arranjo, a segunda seção de tubo pode ser configurada para acomodar um maior grau de torção relativo. Em modalidades da presente invenção, onde uma carga torsional é aplicada no sistema de tubo, substancialmente toda a deformação de torção resultante é absorvida ou restrita pela segunda seção de tubo.

[00156] Um evento de carga pode ser considerado qualquer evento que aplica uma carga ou tensão externa ou interna no sistema de tubo.

[00157] Em uma modalidade, um evento de carga pode ser estabelecido pelas propriedades térmicas do sistema de tubo, por exemplo, propriedades térmicas de uma ou ambas da primeira e segunda seções de tubo. Um evento de carga pode ser estabelecido pela expansão e/ou contração térmica do sistema de tubo. Em um arranjo como este, deformação causada pela expansão e/ou contração térmica pode ser acomodada, por exemplo, acomodada deforma substancialmente completa, pela segunda seção de tubo. Por exemplo, expansão térmica de uma ou ambas da primeira e segunda seções de tubo pode gerar uma carga ou tensão axial compressiva no sistema de tubo. Em um arranjo como este, ou eventualmente a segunda seção de tubo pode ser configurada para sustentar um maior nível de deformação compressiva do que a primeira seção de tubo. Adicionalmente, contração térmica de uma ou ambas da primeira e segunda seções de tubo pode gerar uma carga ou tensão axial de tração no sistema de tubo. Neste arranjo ou eventualmente a segunda seção de tubo pode ser configurada para sustentar um maior nível de deformação por tração do que a primeira seção de tubo.

[00158] Um evento de carga pode ser estabelecido pela exposição do sistema de tubo a um ambiente de serviço. Por exemplo, equipamento externo ou similares podem encaixar o sistema de tubo para gerar uma carga aplicada. Adicionalmente, uma condição ambiental pode estabelecer uma carga aplicada, tais como pressão de fluido interna ou externa, por exemplo, durante submersão do sistema de tubo, arrasto de fluido, vibração induzida por vórtice, por exemplo, durante submersão em um fluido em movimento, ou similares.

[00159] A segunda seção de tubo pode definir uma maior resistência a um ou mais modos de falha sob carga do que a primeira seção de tubo. Por exemplo, a segunda seção de tubo pode definir uma maior resistência a um modo de falha por empeno do que a primeira seção de tubo. Em um arranjo como este, a segunda seção de tubo pode ser configurada para acomodar um maior grau de carregamento ou tensão compressiva axial do que a primeira seção de tubo antes de um evento de empeno. A segunda seção de tubo pode ser configurada para acomodar um maior grau de deformação compressiva axial do que a primeira seção de tubo antes de um evento de empeno. Dessa maneira, a segunda seção de tubo pode sustentar um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo, retendo ainda uma configuração substancialmente reta.

[00160] A segunda seção de tubo pode definir uma maior resistência a um modo de falha por tração do que a primeira seção de tubo.

[00161] O material compósito da segunda seção de tubo pode ser construído para permitir que a dita seção de tubo sustente um maior nível de deformação do que a primeira seção de tubo quando o sistema de tubo for submetido a deformação por uma carga aplicada. Por exemplo, o material compósito pode compreender propriedades construcionais desejáveis, tais como tipo de matriz, tipo de fibra, ângulo de alinhamento da fibra, pré-tensão do material compósito, densidade de empacotamento de fibra ou similares.

[00162] A segunda seção de tubo pode definir uma seção de tubo substancialmente reta. A segunda seção de tubo substancialmente reta pode ser configurada para permanecer substancialmente reta durante deformação do sistema de tubo causada por uma carga axial.

[00163] A segunda seção de tubo pode ser configurada para ser deformada lateralmente durante deformação do sistema de tubo causada por uma carga axial. Em um arranjo como este, deformação do sistema de tubo pode ser acomodada de uma maneira controlada pela deflexão lateral da segunda seção de tubo.

[00164] A segunda seção de tubo pode definir uma seção de tubo dobrada, em que a dita seção de tubo dobrada pode ser configurada para absorver deformação no sistema de tubo causada por uma carga aplicada. Em um arranjo como este, o material compósito da segunda seção de tubo pode permitir que efeitos de carregamento cíclico sejam minimizados. Por exemplo, fadiga de material não é de preocupação particular em material compósito.

[00165] De acordo com um décimo segundo aspecto da presente invenção, é provido um sistema de tubo compreendendo:uma primeira seção de tubo tendo uma parede compreendendo um material metálico; euma segunda seção de tubo provida de acordo com qualquer outro aspecto, em que a segunda seção de tubo provê uma variação de local em uma propriedade do sistema de tubo ao longo do comprimento do sistema de tubo.

[00166] De acordo com um décimo terceiro aspecto da presente invenção é provido um método de fabricar um sistema de tubo, compreendendo:prover uma primeira seção de tubo tendo uma parede compreendendo um material metálico; eacoplar uma segunda seção de tubo de acordo com qualquer outro aspecto em uma extremidade da primeira seção de tubo, em que a segunda seção de tubo provê uma variação de local em uma propriedade do sistema de tubo ao longo do comprimento do sistema de tubo.

[00167] De acordo com um décimo quarto aspecto da presente invenção, é provido um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que a construção do material compósito na parede de tubo é variada ao longo do comprimento do tubo.

[00168] De acordo com um décimo quinto aspecto da presente invenção, é provida uma tubulação ou sistema de tubo compreendendo:uma seção de tubo metálica com uma parede compreendendo um material metálico; eum absorvedor de deformação acoplado na seção de tubo metálica e compreendendo uma seção de tubo mista com uma parede compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que o material compósito é construído para fazer com que o absorvedor de deformação sustente um maior nível de deformação do que a seção de tubo metálica quando a tubulação é submetida a deformação por um evento de carga de maneira que uma maior proporção de deformação na tubulação causada por um evento de carga seja focalizada no absorvedor de deformação.

[00169] De acordo com um décimo sexto aspecto da presente invenção, é provido um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que uma região radialmente interna da parede de tubo é de construção uniforme e uma região externa da parede de tubo é de construção variada.

[00170] A variação na construção na região externa pode compreender uma variação na construção entre diferentes porções geométricas da região externa, de maneira que a construção em uma porção geométrica difere da construção em uma porção geométrica diferente. A variação na construção na região externa pode compreender uma variação entre diferentes porções longitudinais, diferentes porções radiais e/ou diferentes porções circunferenciais.

[00171] A variação na construção pode compreender ou ser definida por qualquer variação na construção definida com relação a qualquer outro aspecto.

[00172] O tubo pode ser fabricado provendo uma estrutura de tubo ou mandril de construção pré-formada uniforme e que define a região radialmente interna da parede de tubo, e então formando a região da parede de tubo radialmente externa no mandril pré-formado, incluindo ainda uma ou mais variações na construção nela.

[00173] De acordo com um décimo sétimo aspecto da presente invenção, é provido um método de fabricar um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, o método compreendendo:prover uma estrutura de tubo ou mandril de construção pré- formada uniforme para definir a região radialmente interna de uma parede de tubo; eformar uma região da parede de tubo radialmente externa no mandril pré-formado, incluindo ainda uma ou mais variações na construção nele.

[00174] A estrutura de tubo pré-formada pode compreender tanto matriz quanto fibras. A estrutura de tubo pré-formada pode ser isenta de fibras.

[00175] Em um ou mais dos aspectos anteriormente definidos, o material da matriz pode compreender um polímero. O material da matriz pode compreender um componente termoplástico. O material da matriz pode compreender um componente de termocura. O material da matriz pode compreender um poliaril éter cetona, um poliaril cetona, um poliéter cetona, um poliéter éter cetona, um policarbonato ou similares, ou qualquer combinação adequadas destes. O material da matriz pode compreender uma resina, tal como um resina de epóxi ou similares.

[00176] As fibras de reforço podem compreender fibras contínuas ou alongadas. As fibras de reforço podem compreender qualquer um ou uma combinação de fibras de carbono, vidro, polímero, basalto, aramida ou similares. As fibras de reforço podem compreender fibras descontínuas.

[00177] Em algumas modalidades, o material compósito pode compreender uma matriz e fibras formada de materiais similares ou idênticos. Por exemplo, um material compósito pode compreender uma ou mais fibras de reforço que são formadas do mesmo material da matriz, embora em uma forma fibrosa, estirada, alongada ou similares.

[00178] Em um ou mais da aspectos anteriormente definidos, o tubo definido pode ser configurado para uso acima do terreno. O tubo pode ser configurado para uso pelo menos parcialmente enterrado. O tubo pode ser configurado para uso em um ambiente subterrâneo.

[00179] O tubo pode ser configurado para uso em uma localização submarina.

[00180] O tubo de qualquer aspecto pode ser rígido ou quase ou substancialmente rígido. O tubo pode ser configurado para definir um raio de dobramento mínimo de pelo menos 50 diâmetros. Em algumas modalidades, o tubo pode ser configurado para definir um raio de dobramento mínimo de pelo menos 5 diâmetros, por exemplo, entre 5 a 10 diâmetros.

[00181] O tubo pode ser configurado para uso como parte de, por exemplo, uma coluna de ascensão, tais como um vertical coluna de ascensão, coluna de ascensão em catenária ou similares, um linha de fluxo, um conjunto de linhas de fluxo de interligação ou similares, ou qualquer combinação destas. O tubo pode ser configurado para uso no transporte de um fluido, provendo um conduto confinado para ferramental ou similares, tais como os que podem ser usados em operações de perfuração de poço subterrâneo, operações de completação, operações de intervenção e similares.

[00182] O tubo pode ser configurado para uso no transporte de produtos associados com a extração de hidrocarbonetos de reservatórios submarinos, incluindo acomodação do fluxo de hidrocarbonetos, dióxido de carbono, água, outros produtos químicos, matéria sólida, misturas de fluido e gás e similares.

[00183] O tubo pode ser configurado para uso em sequestração de dióxido de carbono ou outro gás.

[00184] O tubo em qualquer aspecto pode definir um tubo ou tubular de campo de óleo. Um tubo ou tubular de campo de óleo como este pode ser um que é usado para a transferência de qualquer fluido ou qualquer material ou equipamento associado na exploração, extração, processamento e transporte de produto hidrocarboneto.

[00185] Aspectos adicionais da presente invenção podem se referir o métodos de desdobrar e/ou recuperar um tubo em um carretel, tais como um tubo de acordo com qualquer outro aspecto.

[00186] Aspectos adicionais da presente invenção podem se referir a um sistema de tubo compreendendo múltiplos tubos de acordo com um ou mais aspectos anteriores, que podem ser formados, por exemplo, pela incorporação de variações construcionais de local no material compósito, para acomodar proximidade um do outro.

[00187] Princípios da presente invenção definidos em um ou mais dos aspectos anteriormente apresentados podem ser aplicados em corpos sólidos alongados. Ou seja, os princípios da presente invenção definidos em um ou mais dos aspectos anteriormente apresentados podem ser aplicados a corpos alongados que não incluem um furo interno. Em um arranjo como este, o corpo alongado pode definir cabo elétrico de perfilagem convencional, cabo não metálico fino ou similares mistos.

[00188] Deve-se entender que os recursos anteriormente definidos de acordo com qualquer aspecto da presente invenção podem ser utilizados, tanto sozinhos quanto em combinação com qualquer outro recurso definido, em qualquer outro aspecto da invenção.

[00189] Por exemplo, um aspecto da presente invenção pode se referir a um tubo tendo uma parede de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz, em que a parede de tubo compreende ou define pelo menos um de:uma variação construcional de local em pelo menos um segmento circunferencial da parede de tubo;pré-tensão em pelo menos uma região da parede de tubo e uma variação construcional de local em pelo menos uma porção longitudinal da parede de tubo.

[00190] Deve-se entender que, embora sejam usados aqui termos tais como "circunferencial" e "radial", esses termos e termos similares não visam limitar o tubo à seção transversal circular. Em vez disso, o tubo pode ser de qualquer forma seccional transversal, tais como oval, retilínea ou similares, e um segmento circunferencial pode ser considerado um segmento ou sector de um perímetro do tubo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[00191] Esses e outros aspectos da presente invenção serão agora descritos, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, em que:

[00192] A figura 1 é uma vista seccional transversal lateral de um tubo de acordo com uma modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00193] A figura 2 é uma vista lateral do tubo da figura 1, mostrado em um configuração curva ou dobrada;

[00194] A figura 3 é uma ilustração diagramática de um tubo de acordo com uma modalidade alternativa de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00195] A figura 4 é uma vista seccional transversal lateral de um tubo misto demonstrando uma composição de um material da matriz e fibras de reforço incorporadas que formam a parede de tubo;

[00196] A figura 5 é uma ilustração diagramática de um tubo misto de acordo com uma modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00197] A figura 6 é uma ilustração diagramática de um tubo misto de acordo com uma modalidade alternativa de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00198] A figura 7 é uma ilustração diagramática de um tubo misto de acordo com um outro modalidade alternativa de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00199] A figura 8 é uma ilustração diagramática de um tubo de acordo com uma modalidade alternativa adicional de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00200] A figura 9 é uma ilustração diagramática de um tubo de acordo com uma modalidade geral de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o tubo inclui uma variação construcional de local em uma porção longitudinal do mesmo;

[00201] A figura 10 é uma ilustração diagramática de um tubo usado como uma coluna de ascensão vertical de acordo com uma modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00202] A figura 11 é uma ilustração diagramática de um tubo usado como uma coluna de ascensão vertical de acordo com uma modalidade alternativa de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00203] A figura 12 é uma ilustração diagramática de um tubo usado como uma coluna de ascensão tipo catenária de acordo com uma modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00204] As figuras 13A e 13B ilustram uma variação em momento de flexionamento aplicado em um tubo, e também uma modalidade de tubo formada de acordo com um ou mais aspectos da presente modalidade que acomoda a variação no momento de flexionamento;

[00205] A figura 14 ilustra um tubo de acordo com uma modalidade adicional de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o tubo inclui uma porção longitudinal configurada para focalizar o dobramento longitudinal na dita porção;

[00206] A figura 15 ilustra uma modalidade de um sistema de tubo que inclui uma pluralidade de tubos de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção, em que os tubos são mostrados convergindo para uma localização comum;

[00207] A figura 16 ilustra uma modalidade alternativa de um sistema de tubo que inclui uma pluralidade de tubos de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção, em que os tubos são cada qual mostrados com uma dobra focalizada para uma localização comum;

[00208] As figuras 17A e 17B ilustram um tubo de acordo com uma outra modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o tubo inclui uma porção longitudinal configurada para focalizar a expansão/contração longitudinal na dita porção;

[00209] A figura 18 ilustra um tubo de acordo com uma modalidade adicional de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o tubo inclui uma porção longitudinal configurada para focalizar o empeno lateral na dita porção;

[00210] A figura 19 ilustra um tubo de acordo com ainda uma modalidade adicional de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o tubo inclui uma porção longitudinal configurada para focalizar a expansão radial na dita porção;

[00211] A figura 20 ilustra um tubo de acordo com ainda uma modalidade adicional de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o tubo inclui uma porção longitudinal configurada para focalizar falha por tração na dita porção;

[00212] A figura 21 ilustra um tubo de acordo com uma outra modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o tubo inclui uma porção longitudinal configurada para acomodar um dispositivo de medição;

[00213] A figura 22 é uma vista lateral diagramática de um sistema de tubo de acordo com uma modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção;

[00214] As figuras 23A e 23B são vistas laterais diagramáticas de um sistema de tubo de acordo com uma modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o sistema de tubo inclui uma seção de tubo mista configurada para focalizar expansão/contração longitudinal na dita seção mista;

[00215] A figura 24 é uma vista lateral diagramática de uma modalidade adicional de um ou mais aspectos da presente invenção, em que o sistema de tubo inclui uma seção de tubo mista configurada para focalizar empeno lateral com a dita seção; e

[00216] A figura 25 é uma vista seccional transversal lateral de um tubo de acordo com uma modalidade de um ou mais aspectos da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[00217] Um tubo misto, identificado no geral pelo número de referência 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção, está mostrado na figura 1, em que uma vista seccional lateral é provida para ilustrar a estrutura exemplar da parede de tubo 12 através de sua espessura. O tubo pode ser adequado para uso em inúmeras aplicações, tais como na recuperação de hidrocarbonetos de um reservatório subterrâneo. Por exemplo, o tubo pode ser usado como uma coluna de ascensão, linha de fluxo, conjunto de linhas de fluxo de interligação, tubulação bobinada ou similares.

[00218] A parede de tubo 12 compreende um material compósito formado de uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz. A matriz e fibras de reforço não estão ilustradas individualmente na figura 1 por questão de clareza. O material da matriz pode compreender um polímero, tal como um polímero termoplástico e, em algumas modalidades, a matriz pode compreender poliéter éter cetona (PEEK). As fibras de reforço podem compreender fibras de carbono, fibras de vidro ou similares.

[00219] Na modalidade mostrada, a parede de tubo 12 tem uma construção no geral global e consistente provida pelo material compósito de matriz e fibras incorporadas. Adicionalmente, a matriz do material compósito na presente modalidade define uma estrutura circunferencial contínua. Ou seja, nenhuma descontinuidade se estendendo por toda a espessura de parede está presente. Entretanto, a parede de tubo 12 define dois segmentos circunferenciais diametralmente opostos 14, 16 (identificados pelo contorno tracejado) que ficam no plano X-X e que compreendem cada qual uma variação de local na construção, identificada pelos números de referência 18 e 20. Como será descrito com mais detalhes a seguir, as variações construcionais de local 18, 20 nos respectivos segmentos 14, 16 são destinadas a prover variações de local em uma propriedade do tubo.

[00220] Embora inúmeras possíveis variações construcionais de acordo com a presente invenção possam ser possíveis, na presente modalidade uma variação de local no ângulo de alinhamento da fibra é provida. Especificamente, cada variação de local 18, 20 sem seu respectivo segmento 14, 16 compreende uma variação de local no alinhamento da fibra no qual inúmeras fibras são arranjadas de forma a se estender longitudinalmente ou axialmente ao tubo 10. Mais especificamente, as fibras individuais nas variações construcionais de local 18, 20 se estendem a 0 grau em relação ao eixo central 22 do tubo 10. Este arranjo exemplar de cada variação de local 18, 20 tem o efeito de prover um aumento local na rigidez axial nos segmentos 14, 16. Como os segmentos 14, 16 são diametralmente opostos, o aumento localizado na rigidez resulta em um aumento na rigidez do tubo no plano X-X. Dessa maneira, dobramento do tubo 10 em uma direção longitudinal será favorecido ao longo do plano X-X, que assim definirá um plano de dobramento neutro. Este dobramento longitudinal preferencial é demonstrado na figura 2. Esta capacidade de prover uma forma de dobramento reprodutível do tubo pode prover vantagens significantes, por exemplo, em termos de desdobramento, recuperação, comissionamento, durante uso e similares. Tal dobramento do tubo 10 pode ocorrer a fim de enrolar/desenrolar o tubo 10 em um carretel (não mostrado). Adicionalmente, tal dobramento pode ocorrer durante instalação do tubo, por exemplo, para permitir que o tubo seja instalado em um leito do mar a partir de uma embarcação flutuante, para acomodar arquitetura de instalação e similares.

[00221] Na modalidade exemplar, os demais segmentos superior e inferior 24, 26 assim definirão regiões de menor rigidez que ficam a uma distância do plano X-X neutro. Dessa maneira, o material nos segmentos superior e inferior carregará uma mais alta proporção de deformação em toda a parede de tubo 12, mas, no entanto, será exposto a um baixo nível de tensão por causa do efeito da maior rigidez nos segmentos circunferenciais 14, 16. Como tal, a modalidade exemplar na figura 1 pode permitir que a segurança do tubo seja aumentada, e permitir que se consiga uma redução no raio de dobramento ou diâmetro do carretel permissível. Adicionalmente, o teor de material necessário pode ser reduzido, que pode ter um efeito vantajoso nos custos, peso, etc.

[00222] Em algumas modalidades, o tubo 10 pode incluir variações de local em uma pré-tensão aplicada em uma ou mais fibras de reforço na parede de tubo. Em um exemplo, inúmeras fibras no segmento inferior 26 podem ser provida no material da matriz a uma maior tensão do que aquelas no segmento superior 24. Isto pode ter o efeito adicional de favorecer o dobramento da maneira ilustrada na figura 2.

[00223] Na modalidade supradescrita, a variação de local 18, 20 em cada segmento circunferencial 14, 16 pode ser provida ao longo de todo o comprimento do tubo 10, de maneira que todo o tubo inclua uma variação de propriedade localizada. Entretanto, em outros exemplos, somente porções longitudinais discretas do tubo 10 podem incluir variações construcionais de local 18, 20. Isto pode ser de aplicação em regiões de um tubo 10 que deve incorporar uma dobra quando instalado. Além disso, diferentes porções longitudinais do tubo 10 podem incluir diferentes variações construcionais em diferentes segmentos circunferenciais.

[00224] Na modalidade mostrada na figura 1, cada variação construcional de local 18, 20 está mostrada localizada somente em uma porção dos respectivos segmentos 14, 16, especificamente intermediária a paredes interna e externa 28, 30. Entretanto, em outras modalidades, uma variação de local pode se pode estender até uma ou ambas das paredes interna e externa 28, 30.

[00225] Como anteriormente descrito, uma modalidade exemplar da presente invenção inclui variações de local na rigidez axial providas por uma variação de local no alinhamento da fibra. Entretanto, em outras modalidades, uma variação de rigidez pode ser conseguida pelo uso de um tipo de fibra diferente. Por exemplo, a parede de tubo 12 pode a grosso modo compreender fibra de carbono T300 (230GPa) no material compósito, ao passo que os segmentos circunferenciais 14, 16 podem compreender fibra de carbono M40j (377GPa). Adicionalmente, a parede de tubo 12 a grosso modo pode compreender fibras de vidro-E no material compósito, ao passo que os segmentos circunferenciais 14, 16 podem compreender fibra de carbono T300 (230GPa).

[00226] Adicionalmente, uma variação na rigidez pode ser conseguida pelo uso de uma densidade diferente de fibras nos segmentos 14, 16, uso de um material da matriz diferente, variação na geometria, tais como forma seccional transversal, espessura de parede, ou similares.

[00227] Também, cada segmento 14, 16 pode ser configurado para definir ou compreender uma variação de local em uma propriedade, adicionalmente, ou alternativamente, da rigidez. Por exemplo, um ou mais segmentos podem compreender uma variação de local no coeficiente térmico, tal como no coeficiente de expansão térmica. Em uma modalidade alternativa como esta, um segmento com um coeficiente de expansão térmica diferente pode favorecer uma deformação particular do tubo quando ocorre expansão térmica.

[00228] Além disso, um ou mais segmentos circunferenciais no tubo podem ser configurados para compreender ou definir uma variação de local na resistência. Em uma modalidade alternativa ou suplementar, um ou mais segmentos circunferenciais podem compreender ou definir um aumento local no limite de resistência. Um aumento local como este no limite de resistência nos segmentos individuais da circunferência do tubo, ao contrário de toda a circunferência, pode permitir que o tubo suporte uma maior tensão global, ainda permitindo uma redução no uso de material, custos e similares.

[00229] Como anteriormente descrito, na modalidade mostrada na figura 1, cada variação construcional de local 18, 20 é provida por uma variação construcional no material compósito que forma a parede de tubo 12. Entretanto, em outras modalidades, uma ou mais variações construcionais podem ser providas por um inserto, tais como um inserto de metal, inserto compósito separado ou similares.

[00230] Uma modalidade alternativa de um tubo, identificado no geral pelo número de referência 50, está mostrada na figura 3, em que o tubo 50 está mostrado em seção transversal lateral e parcialmente incorporado em um leito do mar 52. Nesta modalidade, um segmento circunferencial superior 54 compreende uma variação na construção, relativa a um segmento inferior 56, que provê uma diminuição localizada na condutividade térmica. Como tal, a porção do tubo 50 que, em uso, será exposta a um ambiente marinho 60, apresentará um maior grau de isolamento térmico, que não seria exigido nessa porção do tubo que é enterrada no leito do mar 52. Esta modalidade particular da invenção pode também incorporar segmentos circunferenciais que incluem variações de local na rigidez, tal como provida na modalidade da figura 1, para garantir que a orientação ilustrada do tubo 50 seja garantida durante desdobramento e instalação.

[00231] Uma vista seccional transversal lateral de um tubo, identificado no geral pelo número de referência 70 de acordo com uma modalidade da presente invenção está mostrada na figura 4. O tubo 70 compreende uma parede de tubo 72 que é formada de um compósito de um material da matriz 74 e uma pluralidade de fibras de reforço 76 incorporada na matriz 74. O material da matriz 74 define uma estrutura contínua, de maneira que nenhuma interface, tais como interfaces de união, esteja presente na extensão radial da parede de tubo 72. Este arranjo permite que uma estrutura mais robusta seja provida, sem risco de introduzir fraquezas internas, elevadores de tensão e similares pelas regiões de interface separadas. Adicionalmente, a eliminação de interfaces na parede de tubo pode minimizar o risco de bolsas de gás se formarem na parede de tubo em tais interfaces, que pode de outra forma levar a efeitos adversos, por exemplo, durante ciclos de pressão. As fibras 76 são distribuídas de forma variável em toda a espessura da parede de tubo entre uma superfície do tubo interna 78 e uma superfície do tubo externa 80. A distribuição variável é de maneira que nenhuma fibra 76 seja provida na região adjacente à superfície do tubo interna 78. Este arranjo pode permitir que a região da superfície interna do tubo 70 permaneça completamente hermética a fluido, sem nenhuma possível introdução de permeabilidade pela presença de fibras.

[00232] O arranjo mostrado na figura 4 pode também incorporar uma ou mais variações construcionais de local, por exemplo, em um ou mais segmentos circunferenciais tal como anteriormente descrito, e/ou em uma ou mais porções longitudinais tal como definido a seguir, e/ou com um grau variado de pré-tensão tal como definido logo a seguir.

[00233] Um tubo misto, identificado no geral pelo número de referência 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção está mostrado na figura 5, em que uma vista seccional lateral é provida para ilustrar a estrutura exemplar da parede de tubo 102 através de sua espessura. O tubo 100 pode ser adequado para uso em inúmeras aplicações, tal como na recuperação de hidrocarbonetos de um reservatório subterrâneo. Por exemplo, o tubo 100 pode ser usado como uma coluna de ascensão, linha de fluxo, conjunto de linhas de fluxo de interligação, tubulação bobinada ou similares, e pode ser posicionado em uma localização submarina. Como tal, em modalidades da presente invenção, o tubo pode ser especificamente projetado para acomodar tanto pressões internas quanto externas, como será discutido com mais detalhes a seguir.

[00234] A parede de tubo 102 compreende um material compósito formado de uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz. A matriz e fibras de reforço não estão individualmente ilustradas na figura 5 por questão de clareza. O material da matriz pode compreender um polímero, tal como um polímero termoplástico, e, em algumas modalidades, a matriz pode compreender poliéter éter cetona (PEEK). As fibras de reforço podem compreender fibras de carbono, fibras de vidro ou similares.

[00235] Um recurso principal da presente invenção mostrado na modalidade exemplar da figura 5 é a aplicação de uma pré-tensão no material compósito que forma a parede de tubo 102 e, na presente modalidade, a pré- tensão no material compósito é provida a grosso modo aplicando uma pré- tensão nas fibras de reforço do material compósito durante a fabricação do tubo. Mais especificamente, a parede de tubo 102 é formada usando fibras de reforço alongadas em uma fita, filamento de vidros, cordões grossos de filamentos contínuos ou similares, em que a fita, filamento de vidros, cordões grossos de filamentos contínuos ou similares são manipuladas, por exemplo, enroladas, para formar a parede de tubo 102, com pré-tensão sendo aplicada nas fibras durante esta manipulação. Esta pré-tensão pode ser pré-tração e/ou pré-compressão. Como será descrito com detalhes a seguir, a pré-tensão no material compósito da parede de tubo 102 é provida para atingir uma distribuição de tensão e/ou deformação desejada na parede de tubo 102 quando o tubo 100 é exposto a uma condição antecipada, tal como uma condição de serviço antecipada.

[00236] Na modalidade mostrada na figura 5, a parede de tubo 102 define pelo menos duas regiões, especificamente uma região interna 104 e uma região externa 106, em que a região externa 106 circunscreve completamente a região interna 104. Um nível de pré-tensão é aplicado no material compósito na região externa 106, demonstrado pela vista ampliada de uma fibra 108 que está mostrada carregando uma tensão t. Nesta modalidade, a pré-tensão t aplicada na camada externa 106 é suficiente para estabelecer uma deformação circunferencial compressiva no material compósito na região interna 104, demonstrado pela vista ampliada de uma fibra 110 que está mostrada sob uma compressão C. Assim, a parede de tubo 102 é formada de maneira a definir ou compreender uma pré-tensão variada por todo o material compósito, que tem o efeito de prover uma distribuição global uniforme de tensão e/ou deformação na parede de tubo 102 quando exposto a uma condição de serviço antecipada. Adicionalmente, a variação no nível de pré-tensão entre as diferentes regiões 104, 106 permite que uma posição neutra de deformação na parede de tubo 102 seja desejavelmente produzida, por exemplo, para acomodar uma condição de serviço particular ou similares.

[00237] Mais especificamente, a modalidade mostrada na figura 5 pode ser arranjada para uso em uma condição de serviço na qual a pressão do tubo interna é dominante, ou seja, em uma condição de serviço na qual o produto da pressão interna Pi pelo raio interno Ri é maior que o produto da pressão externa ou de fora Po pelo raio externo Ro (isto é, PiRi > PoRo). Em uma condição de serviço como esta, o material compósito na região interna 104 tipicamente será exposto a uma maior deformação por tração do que o material compósito na região externa 106. Como tal, com o aumento da carga em decorrência do aumento na pressão interna Pi, um nível de deformação de falha pode ser conseguido primeiro na região interna 104. Entretanto, pela provisão de pré-tensão t na região externa 106, que tem o efeito de aplicar pré-compressão C no material compósito da camada interna 104, a camada interna pode ou fica habilitada a suportar um maior grau de deformação antes que um limite de deformação de falha seja atingido.

[00238] Um arranjo alternativo está mostrado na figura 6 que é configurado para uso em uma condição de serviço na qual pressões externas são dominantes (isto é, PiRi < PoRo) e as tensões circunferenciais resultantes serão compressivas. O tubo mostrado na figura 6 é a grosso modo similar ao da figura 5 e, como tal, números de referência comuns foram usados. Dessa maneira, o tubo 100 compreende uma parede de tubo 102 que inclui regiões ou camadas internas e externas 104, 106. Entretanto, na presente modalidade na figura 6, o material compósito da camada interna 104 inclui uma maior pré-tensão do que o material compósito na camada externa 106. Isto é demonstrado por uma fibra 110 da camada interna 104 que está sob uma pré- tensão T que é maior que uma pré-tensão t aplicada na uma fibra 108 na camada externa 106 (isto é, T > t).

[00239] Em modalidades alternativas, os efeitos de pressões internas e/ou externas dominantes podem ser acomodado alternativamente, ou adicionalmente, provendo uma variação no módulo do material compósito em toda a parede de tubo. Uma variação como esta no módulo pode ser conseguida variando o tipo de matriz, variando o tipo de fibra, variando o ângulo de alinhamento da fibra ou similares. O ângulo de alinhamento da fibra pode ser definido em relação ao eixo longitudinal do tubo. Por exemplo, uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 0 grau ficará disposta de forma completamente longitudinal com o tubo, e uma fibra provida em um ângulo de alinhamento de 90 graus ficará disposta de forma completamente circunferencial ao tubo, com fibras em ângulos de alinhamento intermediários da fibras dispostas tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente com o tubo, por exemplo, em um padrão espiral.

[00240] Em um exemplo específico, que pode ser adaptado para condições de serviço nas quais pressões internas são dominantes e, como tal, é descrita novamente com referência à figura 5, as fibras na camada externa 106 definem um maior ângulo de alinhamento do que aqueles na camada interna 104. Por exemplo, as fibras na camada externa 106 podem definir um ângulo de fibra na região de 85 graus, e as fibras na camada interna 104 podem definir um ângulo de fibra na região de 75 graus. Como tal, as fibras na camada interna 104 podem ser capazes de acomodar maiores deformações circunferenciais.

[00241] Em um outro exemplo específico, as fibras na camada externa 106 podem definir um menor ângulo de alinhamento do que aqueles na camada interna 104.

[00242] Em outras modalidades da presente invenção, uma variação na pré-tensão, e opcionalmente também no módulo do compósito, pode ser provida em outras direções no tubo sem ser radialmente.

[00243] Por exemplo, na modalidade mostrada na figura 7, um tubo 120 compreende uma parede de tubo 122 que é formada de um material compósito que tem ou define uma pré-tensão que varia circunferencialmente no tubo. Por exemplo, um nível de pré-tensão em um segmento circunferencial 124 da parede de tubo 122 difere daquele em um outro segmento circunferencial 126. No exemplo específico mostrado, as fibras 128 no segmento 124 são providas com uma maior pré-tensão T do que fibras 130 no segmento 126 (isto é, T > t). Esta modalidade particular pode permitir que uma predisposição preferencial seja introduzida no tubo, tal como permitindo que o tubo seja preferencialmente dobrado em torno do plano horizontal X-X.

[00244] Em um exemplo adicional, demonstrado na figura 8, um tubo 140 é formado de um material compósito que tem ou define uma pré-tensão que varia longitudinalmente com o tubo. Por exemplo, um nível de pré-tensão em uma porção longitudinal 144 do tubo pode diferir daquele em uma outra porção longitudinal 146. No exemplo específico mostrado, fibras 148 na porção 144 são providas com uma maior pré-tensão T do que as fibras 150 na porção 146 (isto é, T > t). Esta modalidade particular pode permitir que uma região particular do tubo 140 defina maiores tensões circunferenciais ou de estouro, por exemplo. Adicionalmente, esta modalidade particular pode permitir que dobramento longitudinal, alongamento, torção ou similares do tubo 140 seja focalizado em uma porção particular, tal como na porção 146. Adicionalmente, a variação longitudinal na pré-tensão pode ser provida para criar um ponto fraco focalizado e específico no tubo. Em um arranjo como este, se puder ocorrer falha do tubo, tal como por causa de eventos extremos, tal falha pode ser restrita a uma região particular, favorecendo a facilidade de inspeção, reparo e similares.

[00245] Os diferentes arranjos de pré-tensão supradefinido, e suas diferentes variações, podem ser providos individualmente ou com alguns em combinação.

[00246] Uma modalidade genérica de um tubo misto está mostrada na figura 9, em que o tubo é identificado pelo número de referência 200. O tubo pode ser adequado para uso em inúmeras aplicações, tal como na recuperação de hidrocarbonetos de um reservatório subterrâneo. Por exemplo, o tubo pode ser usado como uma coluna de ascensão, linha de fluxo, conjunto de linhas de fluxo de interligação, tubulação bobinada ou similares.

[00247] A parede 202 do tubo 200 compreende um material compósito formado de uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz. A matriz e fibras de reforço não estão individualmente ilustradas na figura 9 por questão de clareza. O material da matriz pode compreender um polímero, tal como um polímero termoplástico, e, em algumas modalidades, a matriz pode compreender poliéter éter cetona (PEEK). As fibras de reforço podem compreender fibras de carbono, fibras de vidro ou similares.

[00248] Na modalidade mostrada, a parede de tubo 202 compreende uma porção longitudinal 204, delimitada pelo contorno tracejado, que compreende ou define uma variação de local na construção do material compósito. Ou seja, a construção do material compósito na porção longitudinal 204 difere daquela em uma porção longitudinal adicional, tal como a porção longitudinal adjacente 206. Embora uma variação escalonada entre as porções longitudinais 204, 206 esteja ilustrada pelas linhas tracejadas, em modalidades da invenção, uma variação cônica pode ser provida. De fato, em algumas modalidades, como será descrito com mais detalhes a seguir, uma variação cônica pode ser provida por todo o comprimento de um tubo misto.

[00249] Embora discutido com mais detalhes a seguir, a variação construcional de local na porção longitudinal 204 é provida para estabelecer uma variação em uma propriedade no tubo 200 que pode por sua vez estabelecer uma característica preferencial no tubo 200. Uma característica mecânica preferencial pode ser conseguida, tais como resistência, rigidez, rigidez flexural, dobramento, característica ressonante, características de deformação, características de falha ou similares. Uma característica térmica preferencial pode ser conseguida, tais como uma característica de expansão térmica, característica de isolamento térmico ou similares. A variação construcional de local da parede de tubo 202 na porção longitudinal 204 pode ser configurada para focalizar uma característica comportamental particular na dita porção longitudinal 204. Por exemplo, a variação construcional de local pode permitir que se consiga uma deformação controlada na dita porção longitudinal 204 e, em algumas modalidades, que fique substancialmente restrita à dita porção longitudinal 204. Tal deformação pode incluir empeno, expansão e contração longitudinais, expansão e contração radiais, deformação torsional, dobramento ou similares. Tal deformação pode incluir falha catastrófica, tais como falha por tensão axial, falha por tensão circunferencial ou similares.

[00250] Inúmeras possíveis variações construcionais de acordo com a presente invenção podem ser possíveis, tais como uma variação de local no módulo de elasticidade, uma variação de local no segundo momento de área, uma variação de local no coeficiente de expansão térmica, uma variação de local na condutividade térmica, uma variação de local na resistência do material, uma variação de local no limite de resistência, uma variação de local na tensão circunferencial, uma variação de local na geometria, tal como espessura de parede, uma variação de local no ângulo de alinhamento da fibra, uma variação de local no tipo de fibra, uma variação de local no tipo de matriz, uma variação de local na densidade da fibra, uma variação de local na pré-tensão do material compósito (por exemplo, como definido com referência à figura 8), ou similares.

[00251] Embora muitas diferentes combinações de variações e usos localizados sejam possíveis de acordo com o escopo da presente invenção, algumas foram descritas com detalhes a seguir apenas com propósitos de ilustração.

[00252] A figura 10 fornece uma ilustração de um tubo misto de acordo com uma modalidade da presente invenção, em que o tubo define uma coluna de ascensão 210 que se estende de forma substancialmente vertical em um leito do mar 212 em direção à superfície do mar 214. Embora não mostrada, a coluna de ascensão 210 pode acoplar em uma cabeça de poço ou coletor submarino em uma embarcação flutuante, por exemplo, para a coleta de hidrocarbonetos extraídos de uma formação subterrânea. Em uso, a coluna de ascensão 210 tipicamente ficará exposta a condições variadas ao longo de seu comprimento, particularmente em profundidades de água significantes. Por exemplo, onde a coluna de ascensão é suportada na sua extremidade superior, a tensão carregada pela coluna de ascensão 210 próximo à superfície 214 será maior que a tensão carregada próximo ao leito do mar 212. Adicionalmente, a pressão hidrostática da água do mar que age externamente na coluna de ascensão 210 aumentará com a profundidade, bem como a pressão interna do produto fluido comunicado através da coluna de ascensão. Como tal, a pressão diferencial internamente e externamente à coluna de ascensão 210 variará com a profundidade da água, e particularmente diminuirá com a profundidade. Assim, forças mecânicas significativamente maiores, incluindo tensão axial, forças circunferenciais e similares serão observadas mais próximas da superfície 214. Para acomodar tais condições, o material compósito que forma a parede de tubo é variado para prover maiores resistências a tração e estouro mais próximo da superfície. Isto é conseguido na modalidade mostrada na figura 10 variando o material compósito de forma a definir uma espessura de parede variada no comprimento do tubo 210, ainda, na modalidade mostrada, mantendo um diâmetro interno substancialmente constante. Especificamente, a espessura da parede de tubo 216a em uma porção longitudinal inferior da coluna de ascensão 210, tal como na localização A, é menor do que a parede de tubo 216b em uma porção superior da coluna de ascensão 210, tal como na localização B. Desta maneira, a presente invenção permite que se consiga um desenho ideal da coluna de ascensão 210 que é otimizado ou customizado para a aplicação particular. Isto proporciona significantes benefícios em relação aos tubos da tecnologia anterior que são tipicamente projetados de forma global de acordo com condições de serviço extremas, que tipicamente resulta em um tubo que é significativamente superdimensionado para a maior parte de seu comprimento. Como tal, a presente invenção pode prover produtos tubos adequados para aplicações particulares, ainda minimizando custos, peso, uso de material e similares.

[00253] Uma modalidade alternativa está mostrada na figura 11, na qual uma coluna de ascensão 220, que também se estende verticalmente no leito do mar 222 em direção à superfície do mar 224, define uma espessura de parede constante ao longo de seu comprimento, demonstrado pelas ilustrações seccionais da parede de tubo 226a, 226b feita no ponto inferior A e ponto superior B. Nesta modalidade, propriedades e características apropriadas da coluna de ascensão mista 220 que proporciona otimização de projeto para a condição de serviço particular são providas por uma combinação de uma variação longitudinal no módulo do material compósito e uma variação longitudinal no ângulo de alinhamento da fibra. Por exemplo, o material compósito na parede de tubo 226b na localização B pode compreender um material compósito de maior módulo e uma maior proporção combinada de fibras quase longitudinais (alinhamento quase 0 grau) e fibras quase circunferenciais (alinhamento quase 90 graus) em relação à parede de tubo 226a na localização A. Como tal, a maior proporção de fibras quase longitudinais pode acomodar as exigências de maior limite de resistência, e a maior proporção de fibras quase circunferenciais pode acomodar a maior pressão diferencial internamente e externamente na coluna de ascensão 220.

[00254] Deve-se notar que os princípios da presente invenção não estão restritos ao uso em colunas de ascensão substancialmente verticais mostradas nas figuras 10 e 11. Em vez disso, outras variações de coluna de ascensão, tais como colunas de ascensão em catenária, podem ser formadas de acordo com a presente invenção, como ilustrado na figura 12, nas quais uma pluralidade (embora uma possa ser apropriada) de colunas de ascensão tipo catenária 221 se estende no leito do mar 223 até uma embarcação FPSO 225 flutuante na superfície do mar 227.

[00255] Em algumas modalidades da invenção, pode ser formado um tubo misto que inclui uma porção longitudinal que é configurada para acomodar altos momentos de dobramento. Tais altos momentos de dobramento podem existir em localizações onde um tubo misto é preso entre pontos de fixação que movem uns em relação aos outros, tal como em aplicações de coluna de ascensão onde a coluna de ascensão estende-se entre uma localização do leito do mar fixa e um embarcação flutuante que é submetida a movimento, tais como movimento de elevação, desvios laterais e similares. Uma modalidade exemplar para acomodar altos momentos de dobramento é revelada na figura 13, à qual é feita referência agora. Especificamente, a figura 13A provê um gráfico exemplar de momento de flexionamento (M) em função do comprimento do tubo (x) a partir de uma extremidade 228 de um tubo 230 que está mostrado na figura 13B, em que o tubo 230 compreende uma parede de tubo 232 formada de um material compósito. Como ilustrado, o momento de flexionamento é mais alto na extremidade 228 do tubo 230, e reduz ao longo de seu comprimento. Para acomodar uma condição de serviço como esta a parede de tubo 232 inclui uma espessura máxima na extremidade do tubo 228, e reduz a espessura ao longo do comprimento do tubo. Neste caso, o segundo momento de área, e assim a rigidez flexural da parede de tubo misto, será maior na extremidade do tubo 228, e reduzirá ao longo do comprimento do tubo de acordo com a redução do momento de flexionamento. Em outras modalidades, o módulo do material compósito e/ou o alinhamento da fibra podem alternativamente, ou adicionalmente, ser modificados.

[00256] Uma modalidade alternativa adicional da presente invenção está mostrada na figura 14, à qual é feita referência agora. Nesta modalidade, um tubo 240 que compreende uma parede de tubo 242 formada de um material compósito inclui uma porção longitudinal 244 que inclui uma variação de local na construção ou constituição do material compósito que focaliza ou favorece o dobramento longitudinal do tubo na dita porção longitudinal 244. Dessa maneira, dobramento no tubo 240 pode ser repetidamente e controlavelmente restrito à porção longitudinal 244. Este arranjo pode permitir que um efeito dobradiça, por exemplo, seja incorporado no tubo 240. Em alguns usos exemplares, este arranjo pode ser provido para remover qualquer dobramento de regiões específicas do tubo 240, por exemplo, de regiões adjacentes 246, 248. Essas regiões adjacentes 246, 248 podem ser acopladas em uma estrutura adicional, de maneira que, quando forças aplicada favorecerem o dobramento longitudinal no tubo 240, o dobramento seja acomodado e restrito de forma substancialmente completa na porção longitudinal 244. Isto pode proteger qualquer conexão ou similares entre o tubo e uma outra estrutura.

[00257] Na modalidade mostrada na figura 14, a variação construcional no material compósito da porção longitudinal 244 pode ser provida de inúmeras maneiras. Por exemplo, uma variação no alinhamento da fibra pode ser provida entre as seções A-A e B-B. Por exemplo, a variação no alinhamento da fibra na seção B-B pode ser provida para manter a tensão axial e circunferencial no tubo 240, mas reduzir a rigidez axial para favorecer o dobramento.

[00258] O tubo 240 mostrado na figura 14 pode ser vantajosamente usado como parte de um feixe de tubos, em que o movimento de dobramento restrito à porção longitudinal 244 pode eliminar ou substancialmente minimizar interferência entre tubos individuais, permitir que os tubos sejam agrupados em um espaço confinado ou similares.

[00259] Por exemplo, um sistema de tubo compreendendo uma pluralidade de tubos similar ao tubo 240 mostrado na figura 14 está ilustrado na figura 15. O sistema de tubo, identificado no geral pelo número de referência 245, compreende uma pluralidade de tubos (quatro na modalidade mostrada) 240a-d que converge para uma única localização a partir de variadas direções, em que uma respectiva porção longitudinal 244a-d de cada tubo 240a-d permite convergência dos tubos em uma área mínima com mínima interferência. Tal convergência de tubos pode ocorrer em um coletor, em uma embarcação flutuante ou similares.

[00260] Um outro exemplo está mostrado na figura 16, no qual um sistema de tubo 247 compreende uma pluralidade de tubos (quatro na modalidade mostrada) 240e-h arranjados lado a lado. Nesta modalidade, a respectiva porção longitudinal 244e-h facilita o dobramento dos tubos 240e-h em uma localização comum.

[00261] Em uma modalidade alternativa, ou suplementar, uma porção longitudinal pode compreender uma variação construcional de local no material compósito para focalizar a expansão e contração longitudinais na dita porção longitudinal. Tais expansão e contração longitudinais podem ser um resultado de forças mecânicas, expansão/contração térmica e similares aplicados. Uma modalidade como esta está ilustrada na figura 17, em que a figura 17A demonstra um tubo 250 em uma configuração contraída, e a figura 17B demonstra o tubo 250 em uma configuração expandida. Especificamente, uma porção longitudinal 252 do tubo 250 define um comprimento l quando em um estado contraído, e um comprimento estendido L quando em um estado expandido. A porção longitudinal 252 inclui uma variação construcional de local no material compósito para permitir que a porção longitudinal 252 absorva extensão e contração axiais no tubo, tais como causadas por variações ou ciclos térmicos com mínima deflexão ou deformação lateral. Nesta modalidade, a porção longitudinal 252 pode ser provida para remover ou reduzir qualquer efeito de expansão e contração em outras porções longitudinais do tubo, tal como a porção adjacente 254, 256.

[00262] Uma modalidade alternativa, ou suplementar, adicional de um tubo misto está mostrada na figura 18. Nesta modalidade, o tubo, que é identificado no geral pelo número de referência 260, inclui uma porção longitudinal 262 que compreende ou define uma variação construcional de local no material compósito para focalizar empeno, deflexão ou deformação lateral na dita porção longitudinal 262, como ilustrado em contorno tracejado. Isto pode permitir que um evento de empeno, por exemplo, pela aplicação de uma carga de empeno crítica, fique restrito à porção longitudinal 262. Uma carga de empeno crítica pode se originar de uma condição de serviço do tubo 260, tal como expansão térmica axial excessiva ou similares. Neta presente modalidade, a restrição do empeno à porção longitudinal 262 pode assistir na proteção de outras porções longitudinais, tal como a porção adjacente 264, 266. Na presente modalidade, a porção longitudinal pode compreender uma variação construcional de local no material compósito para primeiramente focalizar o empeno neste ponto e, em segundo lugar, acomodar a deformação pelo empeno lateral sem que com isso exceda o limite de escoamento do material. Adicionalmente, a variação construcional de local no material compósito na porção longitudinal 262 pode permitir que múltiplos ciclos de empeno sejam acomodados, ainda minimizando os efeitos de fadiga do material e similares.

[00263] Uma outra modalidade alternativa, ou suplementar, de um tubo misto está mostrada na figura 19. Nesta modalidade, o tubo, que é identificado no geral pelo número de referência 270, inclui uma porção longitudinal 272 que compreende ou define uma variação construcional de local no material compósito para focalizar a expansão radial na dita porção longitudinal 262, como ilustrado em contorno tracejado. Tal expansão radial pode ser causada pela pressão interna. Este arranjo pode ser vantajoso na absorção dos efeitos de picos na pressão interna.

[00264] Deve-se notar que, em modalidades da presente invenção, uma variação construcional mista local em uma porção longitudinal de um tubo pode ser provida para favorecer uma característica comportamental particular do tubo para acomodar ou facilitar medições melhoradas na dita porção longitudinal. Uma característica comportamental como esta pode incluir dobramento, expansão/contração axial, empeno, expansão radial ou similares, tal como mostrado nas figuras 14 a 19. Permitindo ou favorecendo tal comportamento, movimentos do tubo normais quando em serviço podem ser exagerados na porção longitudinal especificada que podem ser mais apropriados para ser monitorados pelo equipamento de detecção.

[00265] Uma outra modalidade alternativa, ou suplementar, da presente invenção está mostrada na figura 20, à qual é feita referência agora. Nesta modalidade, é provido um tubo misto, na forma exemplar de uma coluna de ascensão 280, que se estende verticalmente em um leito do mar 282 e para cima até a superfície do mar 284. A coluna de ascensão 280 inclui uma porção longitudinal 286 localizada em uma região superior da coluna de ascensão 280 que inclui uma variação construcional de local no material compósito para estabelecer uma região com reduzida tensão axial. Dessa maneira, se forças axiais extremas forem aplicadas na coluna de ascensão, por exemplo, durante condições de tempo e mar extremas, falha será favorecida na porção longitudinal 286, que é convenientemente colocada próxima da superfície 284 para favorecer inspeção e reparo mais fáceis.

[00266] É feita agora referência à figura 21 na qual uma ilustração diagramática de um tubo misto, identificado no geral pela referência 290 de acordo com uma modalidade alternativa, ou suplementar, da presente invenção está mostrada. O tubo 290 é formado de um material compósito e inclui uma seção longitudinal 292 que compreende ou define uma variação construcional de local no material compósito que permite que sinais acústicos sejam transmitidos através da parede de tubo. Mais especificamente, um aparelho acústico 294 pode ser posicionado na superfície externa do tubo 290 na localização da porção longitudinal 292 e operado para transmitir e/ou receber sinais acústicos através da parede de tubo. Neste arranjo, os sinais acústicos podem ser usados para determinar uma propriedade do tubo 290 e/ou uma propriedade de um produto contido no tubo, tais como propriedade multifase, propriedade de corte de água, propriedade de escoamento, propriedade de transferência de massa ou similares. A variação construcional de local no material compósito na porção longitudinal 292 pode permitir que a impedância acústica da parede de tubo case mais estritamente, por exemplo, com a dos transdutores no aparelho acústico 294, no produto dentro do tubo 290 ou similares. Por exemplo, a parede de tubo pode ser configurada para funcionar como um arranjo de acoplamento de transdutor eficiente.

[00267] Em outros arranjos, a parede de tubo pode ser configurada para acomodar ou suportar outros tipos de sinal, tais como sinais eletromagnéticos ou similares.

[00268] A figura 22 mostra uma vista lateral diagramática de um sistema de tubo de acordo com uma modalidade da presente invenção. Embora não ilustrado, o sistema de tubo pode ser configurado para múltiplas aplicações, tais como para aplicações submarinas. O sistema de tubo compreende duas seções de tubo de parede de aço longitudinais 414 e uma seção de tubo de parede mista longitudinal 416. A seção de tubo mista pode ser provida de acordo com qualquer arranjo de tubo de compósito supradefinido. As seções de tubo 414, 416 são apoiadas extremidade a extremidade e a seção de tubo mista 416 é acoplada entre a seções de tubo de parede de aço 414 de forma que seja criado um furo do tubo contínuo 418 para a passagem de fluido ou equipamento através do sistema de tubo 410. Na modalidade mostrada, as seções de tubo 414, 416 são acopladas por uma conexão de flange 420, embora deva-se entender que qualquer dispositivo adequado para acoplar as seções de tubo 414, 416 pode ser usado.

[00269] A seção de tubo mista 416 é configurada para sustentar um maior nível de deformação do que as seções de tubo de metal 414 quando o sistema de tubo for submetido a deformação por um evento de carga. Este arranjo, na modalidades mostrada, funciona para focalizar a deformação do sistema de tubo de forma substancialmente completa na seção de tubo mista 416, agindo assim para proteger seções de tubo de metal 414 de deformações e/ou tensões e fadiga de material excessivas ou similares.

[00270] Em uso, a seção de tubo mista 416 provê uma variação de local em uma propriedade do sistema de tubo ao longo do seu comprimento. A seção de tubo mista 416 pode ser configurada para prover uma variação de local no limite de resistência, resistência compressiva e/ou outra propriedade do sistema de tubo a fim de que o sistema de tubo possa absorver cargas axiais, que podem ser cargas axiais cíclicas, que agem no sistema de tubo em decorrência das condições ambientais e/ou operacionais. A seção de tubo mista 416 pode também ser configurada para prover uma variação de local no segundo momento de área ou outra propriedade a fim de prover uma variação de local na rigidez de dobramento do sistema de tubo.

[00271] Em uso, a seção de tubo mista 416 pode prover expansão, contração, ou dobramento local para absorver as cargas axiais e reduzir ou eliminar a ocorrência de fadiga, empeno, como pode de outra forma ocorrer em um sistema de tubo de construção de metal uniforme. O material compósito é configurado para focalizar expansão e contração longitudinais na seção de tubo mista 416, por exemplo, de expansão e contração longitudinais, em decorrência de forças mecânicas aplicadas, expansão/contração térmica e similares.

[00272] A figura 23A ilustra um sistema de tubo em uma configuração contraída. A figura 23B ilustra um sistema de tubo em uma configuração expandida.

[00273] Referindo-se às figuras 23A e 23B, uma seção de tubo mista 416 do sistema de tubo 410 define um comprimento l quando em um estado contraído, e um comprimento estendido L quando em um estado expandido. A seção de tubo mista 416 inclui uma construção de material compósito, ou uma variação de local em tal construção, para permitir que a seção de tubo mista 4 6 absorva extensão e contração axial no tubo, tais como as causadas por variações ou ciclos térmicos com mínima deflexão ou deformação lateral. Nesta modalidade, a seção de tubo mista 416 pode ser provida para remover ou reduzir qualquer efeito de expansão e contração em outras porções longitudinais do tubo, tais como seções de tubo adjacentes 414.

[00274] Uma modalidade alternativa, ou suplementar, adicional está mostrada na figura 24. Nesta modalidade, a seção de tubo mista 416 compreende uma construção de material compósito, ou variação de local na construção, para focalizar o empeno, deflexão ou deformação lateral na dita seção de tubo mista 416, como ilustrado em contorno tracejado. Isto pode permitir que um evento de empeno, por exemplo, pela aplicação de uma carga de empeno crítica, seja restrita à seção de tubo mista 416. Uma carga de empeno crítica pode se originar de uma condição de serviço do sistema de tubo, tal como expansão térmica axial ou similares. Nesta presente modalidade, restrição do empeno à seção de tubo mista 416 pode assistir na proteção de outras seções de tubo, tais como seções adjacentes 414.

[00275] Nesta presente modalidade, restrição do empeno à seção de tubo mista 416 pode assistir na proteção de outras seções de tubo, tais como seções adjacentes 414. Além disso, limitando-se o desvio ou deformação lateral do sistema de tubo à seção de tubo mista, os efeitos de uma condição de serviço dinâmica, tais como as causadas por operação intermitente, fluxo multifase ou similares, são minimizados. Por exemplo, a seção de tubo mista 416, em virtude do material compósito, não será afetada por problemas de fadiga de material, e pode ser capaz de acomodar maiores ciclos operacionais dinâmicos ou similares, mantendo ainda integridade suficiente. Além disso, restringir o desvio ou deformação no sistema de tubo à seção de tubo mista pode permitir que se consiga absorção de tal movimento por menores comprimentos de tubo que podem de outra forma ser necessários em sistemas de tubo de metal contínuos.

[00276] Assim, na presente modalidade, a seção de tubo mista 416 pode compreender uma variação construcional de local no material compósito para primeiramente focalizar empeno neste ponto e, em segundo lugar, acomodar a deformação pelo empeno lateral sem que com isto exceda o limite de escoamento do material. Adicionalmente, a variação construcional de local no material compósito na seção de tubo mista 416 pode permitir que múltiplos ciclos de empeno sejam acomodados, minimizando ainda os efeitos de fadiga de material e similares.

[00277] Um tubo 500 de acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção está mostrado na figura 25. Nesta modalidade, o tubo 500 inclui uma parede de tubo 502 compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço incorporada na matriz. A matriz se estende continuamente através da parede de tubo 502. Uma região radialmente interna 504 da parede de tubo 502 é de construção uniforme. Uma região externa 506 da parede de tubo 502 é de construção variada. Ou seja, diferentes seções ou porções, tais como diferentes porções longitudinais, porções circunferenciais ou similares da região externa 506 podem variar na construção. A variação construcional pode ser provida por qualquer método ou arranjo anteriormente descritos em outras modalidades.

[00278] Deve-se entender que as modalidades aqui descritas são meramente exemplares, e que várias modificações podem ser feitas nelas sem fugir do escopo da invenção. Por exemplo, pode ser provido um tubo que tem uma ou múltiplos porções longitudinais que incluem uma ou mais variações construcionais no material compósito para prover inúmeras características comportamentais desejadas. Adicionalmente, embora estejam mostrados tubos redondos, isto não é essencial, e outras formas seccionais transversais podem ser possíveis, tais como oval, retilínea ou similares. Adicionalmente, recursos de uma ou mais modalidades anteriormente ilustradas podem ser providos sozinhos ou em combinação com os recursos de qualquer outra modalidade. Por exemplo, pode ser provido um tubo que é uma ou mais variações circunferenciais, além de uma ou mais variações longitudinais.

Claims

1. Tubo (70) tendo uma parede (72) de tubo compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz (74) e uma pluralidade de fibras de reforço (76) incorporadas na matriz (74), em que a matriz (74) define uma estrutura contínua e as fibras (76) são distribuídas de forma variável dentro da estrutura de matriz (74) contínua caracterizado pelo fato de que as fibras (76) são distribuídas radialmente por toda a matriz (74) contínua de zero na região da superfície interna (78) da parede (72) de tubo, e aumentada na direção da parede externa (80).

2. Tubo (70) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material compósito compreende um nível variado de pré- tensão entre diferentes regiões da parede (72) de tubo.

3. Tubo (70) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o material compósito em pelo menos uma região é pré- tensionado, e o material compósito em pelo menos uma outra região define ou compreende zero pré-tensão.

4. Tubo (70) de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o material compósito entre diferentes regiões é provido por uma combinação de pré-tensão e pré-compressão em diferentes regiões

5. Tubo (70) de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que o nível de pré-tensão presente no material compósito em uma região da parede (72) de tubo estabelece ou influencia o nível de pré-tensão criado ou provido em uma região diferente da parede (72) de tubo.

6. Tubo (70) de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo fato de que material compósito em uma região externa da parede (72) de tubo compreende ou define um nível de pré-tensão, e o material compósito em uma região interna da parede (72) de tubo compreende ou define um nível de pré-compressão.

7. Tubo (70) de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo fato de que material compósito em uma região interna compreende ou define um nível de pré-tensão que é maior que aquele em uma região externa da parede (72) de tubo.

8. Tubo (10, 70) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um segmento circunferencial (14, 16) da parede (12, 72) de tubo compreende ou define uma variação construcional.

9. Tubo (70) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um segmento circunferencial (14, 16) compreende pelo menos um de: uma variação local na densidade de distribuição das fibras de reforço (76) no material da matriz (74); uma variação local no tipo de fibra (76) no material compósito; e uma variação local no ângulo de alinhamento da fibra no material compósito.

10. Tubo (70) de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o módulo do material compósito é variado através da parede (72) de tubo variando o ângulo de alinhamento das fibras de reforço (76).

11. Tubo (70, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a parede (72, 202) de tubo compreende uma variação local na construção em pelo menos uma seção longitudinal (204) em que a construção de fibra em uma seção longitudinal (204) da parede (72,202) de tubo seja diferente da construção de fibra do material compósito em uma seção longitudinal diferente (206).

12. Tubo (70,200) de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção longitudinal (204)compreende pelo menos um de: uma variação local na densidade dedistribuição das fibras de reforço (76) no material de matriz (74); uma variação local no tipo de fibra (76) no material compósito; e uma variação local no ângulo de alinhamento da fibra no material compósito

13. Método para fabricar um tubo (70), compreendendo formar uma parede (72) de tubo com um material de matriz (74) contínuo e distribuir de forma variada fibras de reforço (76) por todo o material de matriz contínuo, caracterizado pelo fato de compreender distribuir de forma variada fibras de reforço (76) radialmente por toda a matriz (74) contínua de zero na região da superfície interna (78) da parede (72) de tubo e aumentando em direção à parede externa (80).