BR112013026979B1 - sistema de tubo ascendente, e, método para fornecer um tubo ascendente entre um corpo flutuante e um local submarino - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE TUBO ASCENDENTE, CONECTOR TEMPORÁRIO DE LINHA DE FLUXO, ARRANJO DE CONECTOR TEMPORÁRIO DE LINHA DE FLUXO, E, MÉTODOS PARA FORMAR UM CONECTOR TEMPORÁRIO DE LINHA DE FLUXO E FORNECER UM TUBO ASCENDENTE Um sistema de tubo ascendente (202) compreende um tubo ascendente (204) para ser fixado entre um corpo flutuante (206) e um local submarino (209). O tubo ascendente compreende um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz. Em uso, o tubo ascendente (204) compreende uma porção superior (214) que se estende a partir do corpo flutuante (206) e tendo uma região disposta para estar em tração, uma porção inferior (216) que se estende a partir do local submarino (209), e tendo uma região disposta para estar em tração, e uma porção intermediária (218) localizada entre as porções superior e inferior (214, 216) e tendo uma região disposta para estar em compressão. Um Conector temporário de linha de fluxo (302, 402) configurado para ser fixado entre dois locais submarinos, uma disposição de ligação de linha de fluxo compreendendo um Conector temporário de linha de fluxo (302, 402) e um método para formar de uma Conector temporário de linha de fluxo (302, 402) são igualmente descritos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere a várias configurações de implantação para componentes compósitos submarinos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Há diversas vantagens em ter um tubo ascendente reto a partir do leito marinho até uma plataforma na superfície ou embarcação de produção as quais são amplamente registradas na indústria. Elas incluem a simplicidade da disposição, minimização de tubulação e a capacidade de usar uma árvore seca. Esta configuração tipicamente não é possível sobre uma embarcação de produção flutuante ou plataformas com pernas de tração porque um tubo ascendente reto é incapaz de absorver as mudanças de comprimento requeridas para acomodar movimento induzido por ondas ou da maré. Este movimento pode às vezes ser acomodado por compensadores de vagas tais como aríetes hidráulicos sobre a plataforma e uma curta interconexão flexível a partir do topo do tubo ascendente para a plataforma. Porém uma conexão direta do leito marinho à plataforma sem, ou com mínimo, equipamento de compensação caro e complexo seria desejável.

[0003] Também, é preferido na indústria manter intencionalmente um tubo ascendente em tração ao longo de todo seu comprimento. Isto é devido aos problemas que podem surgir na eventualidade de forças de compressão axiais estarem presentes em regiões do tubo ascendente, que podem levar a problemas tais como empenamento e similares.

[0004] A indústria propôs uma configuração de tubo ascendente em que o tubo ascendente estende-se inicialmente na vertical a partir do leito marinho, forma uma dobra suave em “S” e então termina na plataforma ou embarcação na superfície novamente em uma orientação vertical. Esta configuração é apta a absorver substancial movimento vertical na plataforma ou embarcação embora uso muito pouca tubulação adicional. Esta configuração é definida na técnica como um tubo ascendente de acesso vertical flexível (CVAR), e até hoje os sistemas CVAR têm sido geralmente formados a partir de aço. Porém a indústria tem estado relutante em implantar esta configuração porque ela pode resultar em uma região da tubulação estar em compressão o que usualmente é intencionalmente evitado. Esta compressão é particularmente indesejável em que a geometria de um CVAR convencional inclui porções não lineares com regiões estendidas de flexão. Esta geometria não linear em combinação com carga axial de compressão pode causar comportamento imprevisível do tubo ascendente e pode mais prontamente resultar em que limites elásticos são excedidos.

[0005] Ainda mais, a combinação de cargas dinâmicas e a região comprimida da tubulação, e também as geometrias tipicamente não lineares, torna a análise global e modelagem de tais configurações de tubo ascendente muito desafiadoras à medida que o tubo ascendente pode adotar um grande número de formatos. Isto resulta em problemas em prever o comportamento de tais configurações de tubo ascendente sob cargas dinâmicas e, em particular, problemas em prever o risco de empenamento e o consequente dano em que se pode incorrer sob cargas dinâmicas. Como tal, sem confiança na análise e modelagem de tais sistemas CVAR, a indústria é relutante em implantar os mesmos.

[0006] Ainda mais, sistemas CVAR convencionais podem se fundamentar na afixação de pesos e elementos de flutuabilidade adicionais em pontos predeterminados ao longo do tubo ascendente para fornecer o formato requerido do tubo ascendente e para controlar qualquer compressão no tubo ascendente. Tais pesos e elementos de flutuabilidade adicionais aumentar a complexidade e o custo do sistema e pode complicar implantação e recuperação do tubo ascendente.

[0007] Conjuntos de ligação de linha de fluxo podem fornecer flexibilidade em envoltórios em espaço compacto entre dois pontos de afixação, por exemplo, entre dois orifícios para fluido. Conjuntos de ligação convencionais fabricados a partir de aço ou similar tipicamente compreendem cotovelos conectados por seções retas para facilidade de fabricação. Estas estruturas deixam de minimizar o envoltório de espaço para uma quantidade requerida de flexibilidade. Ainda mais a presença de dobras agudas de 90 graus pode aumentar o risco se acumulação de hidrato e restringir as operações de remoção de hidrato tais como operações de raspagem com pistão.

[0008] É também conhecido formar condutos ou conjuntos de ligação a partir de flexíveis não ligados. Porém, estes condutos ou conjuntos de ligação podem perder seu formato durante seu movimento tornando difícil manipular os condutos ou conjuntos de ligação durante implantação e recuperação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0009] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de tubo ascendente compreendendo um tubo ascendente a ser preso entre um corpo flutuante e um local submarino, em que o tubo ascendente compreende um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz. Em uso, o tubo ascendente pode compreender ou definir uma porção superior estendendo-se a partir do corpo flutuante e tendo uma região disposta para estar em tração, uma porção inferior estendendo-se a partir do local submarino e tendo uma região disposta para estar em tração, e uma porção intermediária localizada entre as porções superior e inferior e tendo uma região disposta para estar em compressão.

[00010] Consequentemente, uma porção do tubo ascendente é disposta para estar em compressão. Esta porção pode ser mantida em compressão. A este respeito, o material compósito do tubo ascendente facilita ou permite que a porção intermediária seja disposta em compressão. Assim, problemas e dificuldades associadas com as disposições da técnica anterior em que compressão é geralmente evitada ou é controlada com significantes despesa e complexidade podem ser reduzidos ou eliminados.

[00011] A porção intermediária pode incluir algumas regiões que estão também em tração. A este respeito, a porção intermediária pode incluir locais de transição, em que compressão axial sofre transição para compressão axial. Múltiplos locais de transição podem estar presentes.

[00012] A porção intermediária do tubo ascendente pode ser disposta para estar em compressão imediatamente à implantação e conexão entre a embarcação e o local submarino. Consequentemente, a região de compressão é um aspecto de projeto intencional, que é permitido em virtude das propriedades do material compósito. Ainda, a região de compressão pode ser definida e estar presente quando o tubo ascendente não está exposto a condições de carga dinâmicas.

[00013] O tubo ascendente pode ser configurado para fornecer uma tração predeterminada nas porções superior e/ou inferior e/ou uma compressão predeterminada na porção intermediária. Consequentemente, pelo menos a compressão na porção intermediária é fornecida intencionalmente ou por projeto.

[00014] A densidade e/ou a geometria do tubo ascendente pode fornecer a tração predeterminada nas porções superior e/ou inferior e a compressão predeterminada na porção intermediária.

[00015] Pelo menos uma porção do tubo ascendente pode ser configurada para definir uma disposição espacial não linear para acomodar movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino. A porção intermediária pode definir uma disposição espacial não linear.

[00016] A porção superior do tubo ascendente pode se estender em geral linearmente a partir do flutuante para a porção intermediária. A porção inferior do tubo ascendente pode se estender em geral linearmente a partir do local submarino para a porção intermediária.

[00017] A disposição espacial do tubo ascendente pode compreender ou definir um ponto de inflexão. O ponto de inflexão pode estar localizado dentro da porção intermediária do tubo ascendente.

[00018] O sistema de tubo ascendente pode compreender pesos e/ou elementos de flutuabilidade afixados ao tubo ascendente.

[00019] O corpo flutuante pode compreender pelo menos uma dentre uma embarcação, uma embarcação flutuante de produção, armazenamento e descarga flutuante (FPSO), uma plataforma flutuante, uma plataforma de perna em tração (TLP), uma plataforma SPAR e uma plataforma semisubmersível. Porém, qualquer corpo flutuante como iria ser selecionado ou entendido na técnica como sendo possivelmente associado com um tubo ascendente pode ser utilizado com o sistema de tubo ascendente.

[00020] O corpo flutuante pode ser um corpo flutuante na superfície ou próximo da superfície.

[00021] O local submarino pode ser um local no leito marinho. O tubo ascendente pode ser preso a um orifício para fluido no local submarino. O tubo ascendente pode ser preso a um orifício para fluido de uma disposição de cabeça de poço submarina ou um orifício para fluido de um coletor submarino.

[00022] O material compósito pode ser configurado para permitir deformações axiais e/flexão de até 6%, até 4%, até 2% ou até 1%.

[00023] O material compósito pode ser configurado para assegurar que uma deformação termicamente induzida no tubo ascendente para uma mudança de temperatura predeterminada constitui uma menor proporção de uma deformação máxima permitida tubo ascendente do que para um tubo ascendente de aço.

[00024] O material compósito pode ser configurado para assegurar uma deformação termicamente induzida no tubo ascendente para uma mudança de temperatura de até 500°C, uma mudança de temperatura de até 200°C, uma mudança de temperatura de até 100°C ou uma mudança de temperatura de até 80°C constitua uma menor proporção de uma deformação máxima permitida no tubo ascendente do que para um tubo ascendente de aço.

[00025] A matriz pode compreender um material polimérico. O matriz pode compreender um material termoplástico e/ou um material termofixo. A matriz pode compreender pelo menos um dentre uma poliaril éter cetona, uma poliaril cetona, uma poliéter cetona (PEK), uma poliéter éter cetona (PEEK), um policarbonato, uma resina polimérica e uma resina epóxi.

[00026] Os elementos de reforço podem compreender pelo menos um dentre fibras, cordões, filamentos e nanotubos. Os elementos de reforço podem compreender pelo menos um dentre elemento polimérico, elemento de aramida, elemento não polimérico, elementos de carbono, elementos de vidro e elementos de basalto.

[00027] O sistema de tubo ascendente pode compreender um dispositivo para fornecer flexibilidade axial adicional àquela fornecida pelo tubo ascendente conectado entre o corpo flutuante e o local submarino. O sistema de tubo ascendente pode compreender um fole flexível conectado entre o corpo flutuante e o local submarino.

[00028] O sistema de tubo ascendente pode compreender um ou mais sensores de deformação de fibra óptica.

[00029] O tubo ascendente pode ser configurado para flexionar de uma maneira predeterminada. Isto pode ser obtido pela configuração do material compósito.

[00030] O sistema de tubo ascendente pode definir um sistema de tubo ascendente de acesso vertical flexível (CVAR).

[00031] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de tubo ascendente compreendendo um tubo ascendente a ser preso entre um corpo flutuante e um local submarino, o tubo ascendente compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz. Em uso, o tubo ascendente pode definir uma disposição espacial não linear. O material compósito e a disposição espacial não linear podem juntos acomodar movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino.

[00032] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um método para fornecer um tubo ascendente entre um corpo flutuante e um local submarino, compreendendo:

[00033] conectar um tubo ascendente entre o corpo flutuante e um local submarino, em que o tubo ascendente compreende um material compósito formados de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz;

[00034] configurar uma porção superior do tubo ascendente estendendo- se a partir do corpo flutuante para ter uma região em tração;

[00035] configurar uma porção inferior do tubo ascendente estendendo-se a partir do local submarino para ter uma região em tração; e

[00036] configurar uma porção intermediária do tubo ascendente localizada entre as porções superior e inferior para ter uma região em compressão.

[00037] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um tubo ascendente de acesso vertical flexível compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz.

[00038] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de tubo ascendente compreendendo um tubo ascendente configurado para ser preso entre um corpo flutuante e um local submarino, o tubo ascendente compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz, dito material compósito sendo configurado para acomodar movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino.

[00039] O movimento pode incluir movimento vertical e/ou lateral relativo do corpo flutuante em relação ao local submarino. O movimento pode ser causado por condições do mar tais como ondas, marés ou similares. O movimento pode compreender movimentos de vagalhões, arfagem, guinada ou rolagem ou qualquer combinação deles.

[00040] O corpo flutuante pode compreender uma embarcação tal como uma embarcação flutuante de produção, armazenamento e descarga flutuante (FPSO), ou uma plataforma flutuante tal como uma plataforma de perna em tração (TLP), uma plataforma SPAR, uma plataforma semissubmersível ou similar.

[00041] O local submarino pode ser fixo.

[00042] O local submarino pode ser um local no leito marinho.

[00043] O tubo ascendente pode ser configurado para ser preso a um orifício para fluido no local submarino tal como um orifício para fluido de uma disposição de cabeça de poço ou um orifício para fluido de um coletor ou similar. Por exemplo, o tubo ascendente pode ser configurado para ser preso a um orifício para fluido de uma árvore de natal ou um coletor localizado sobre o leito marinho.

[00044] O material compósito pode ser configurado para resistir a ou permiti deformações axiais e/ou de flexão de até 6%, até 4%, até 2% ou até 1%. Um tal tubo ascendente pode permitir afixação do tubo ascendente entre o corpo flutuante e o local submarino com mínima ou sem compensação ativa do movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino e com mínimo ou sem o uso de interconexões flexíveis entre o tubo ascendente e o corpo flutuante.

[00045] Tais deformações máximas permitidas para o material compósito podem ser significantemente maiores do que uma deformação máxima permitida para um material convencional tal como aço ou similar. Consequentemente, um tubo ascendente compreendendo um tal material compósito pode fornecer um tubo ascendente flexível em virtude das propriedades do material compósito isolado.

[00046] Tais deformações máximas permitidas para o material compósito podem também fornecer suficiente flexibilidade para acomodar a conexão do tubo ascendente entre o corpo flutuante e o local submarino deste modo simplificando a implantação do tubo ascendente.

[00047] Tais deformações máximas permitidas podem também permitir maiores tolerâncias de fabricação para o tubo ascendente compósito comparadas com as tolerâncias de fabricação requeridas para um tubo ascendente formado a partir de um material convencional tal como aço ou similar.

[00048] O tubo ascendente pode se estender de modo substancialmente linear entre o corpo flutuante e o local submarino. Por exemplo, o tubo ascendente pode se estender substancialmente na vertical entre o corpo flutuante e o local submarino.

[00049] Pelo menos uma porção do tubo ascendente pode ser mantida em tração.

[00050] A geometria e/ou densidade do tubo ascendente podem ser selecionadas para fornecer uma tração predeterminada no tubo ascendente. Controlar a geometria e/ou densidade do tubo ascendente pode permitir o controle do comprimento, peso e/ou flutuabilidade do tubo ascendente para o controle da tração no tubo ascendente para uma dada profundidade de água.

[00051] Pelo menos uma porção do tubo ascendente pode ser mantida em compressão.

[00052] O material compósito pode ser configurado para assegurar que uma deformação termicamente induzida no tubo ascendente para uma mudança de temperatura predeterminada constitui uma menor proporção da deformação máxima permitida para o tubo ascendente do que para um tubo ascendente formado a partir de um material convencional tal como aço ou similar. Tubos ascendentes compreendendo um tal material compósito podem ter uma maior faixa de deformação permissível uma vez que mudanças na deformação termicamente induzida são levadas em consideração, do que tubos ascendentes compreendendo material convencional tal como aço ou similar.

[00053] Por exemplo, o material compósito pode ser configurado para assegurar que uma deformação termicamente induzida no tubo ascendente para uma mudança de temperatura de até 500°C, uma mudança de temperatura de até 200°C, uma mudança de temperatura de até 100°C ou uma mudança de temperatura de até 80°C constitua uma menor proporção da deformação máxima permitida no tubo ascendente do que para um tubo ascendente formado a partir de um material convencional tal como aço ou similar.

[00054] O tubo ascendente pode compreender um elemento tal como um flange, uma orelha, uma projeção, um furo, um recesso ou similar para conexão do tubo ascendente ao corpo flutuante ou ao local submarino.

[00055] A matriz pode compreender um material polimérico. A matriz pode compreender um material termoplástico. A matriz pode compreender um material termofixo. A matriz pode compreender uma poliaril éter cetona, uma poliaril cetona, uma poliéter cetona (PEK), uma poliéter éter cetona (PEEK), um policarbonato ou similar, ou qualquer combinação apropriada das mesmas. A matriz pode compreender uma resina polimérica, tal como uma resina epóxi ou similar.

[00056] Os elementos de reforço podem compreender elementos contínuos ou alongados. Os elementos de reforço podem compreender qualquer dentre ou combinação de fibras poliméricas, por exemplo fibras de aramida, ou fibras não poliméricas, por exemplo elementos de carbono, vidro ou basalto ou similares. Os elementos de reforço podem compreender fibras, cordões, filamentos, nanotubos ou similares. Os elementos de reforço podem elementos descontínuos.

[00057] A matriz e os elementos de reforço podem compreender materiais similares ou idênticos. Por exemplo, os elementos de reforço podem compreender o mesmo material do que a matriz, embora em uma forma fibrosa, estirada, alongada ou similar.

[00058] O tubo ascendente pode compreender uma tubulação tendo uma parede de tubulação compreendendo o material compósito, em que a parede de tubulação compreende ou define uma variação local de construção para fornecer uma variação local em uma propriedade da tubulação.

[00059] Uma tal variação local em uma propriedade da tubulação pode permitir talhar uma resposta do tubo ascendente a dadas condições de carga.

[00060] Uma tal variação local em uma propriedade da tubulação pode, em particular, permitir que o projeto do tubo ascendente seja otimizado para facilitar e resistir a flexão em regiões localizadas de tal modo que outras regiões do tubo ascendente só precisam ser projetadas para resistir a tensões de flexão reduzidas ou nulas. Consequentemente, um tal tubo ascendente pode eliminar a exigência para todas regiões do tubo ascendente sejam projetadas para o pior caso de carga dinâmica, levando assim potencialmente a custos de fabricação reduzidos e desempenho mecânico superior.

[00061] A variação local em construção pode compreender pelo menos um de uma variação circunferencial, uma variação radial e uma variação axial no material do tubo ascendente e/ou na geometria da tubulação.

[00062] A variação local em construção pode compreender uma variação local no material compósito.

[00063] A variação local em construção pode compreender uma variação no material da matriz. A variação local em construção pode compreender uma variação em uma propriedade material do material da matriz tal como a resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica, ou similar.

[00064] A variação local em construção pode compreender uma variação nos elementos de reforço. A variação local em construção pode compreender uma variação em uma propriedade material dos elementos de reforço tais como a resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, distribuição, configuração, orientação, pretensão, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica ou similar. A variação local em construção pode compreender uma variação em um ângulo de alinhamento dos elementos de reforço dentro do material compósito. Em uma tal disposição o ângulo de alinhamento dos elementos de reforço pode ser definido em relação ao eixo longitudinal da tubulação. Por exemplo, uma elemento fornecido em um ângulo de alinhamento de 0 grau vai correr sempre longitudinalmente da tubulação, e um elemento fornecido em um ângulo de alinhamento de 90 graus vai correr sempre circunferencialmente da tubulação, com elementos em ângulos de alinhamento intermediários correndo tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente da tubulação, por exemplo em um padrão espiral ou helicoidal.

[00065] A variação local no ângulo de alinhamento pode incluir elementos tendo um ângulo de alinhamento de entre, por exemplo, 0 e 90 graus, entre 0 e 45 graus ou entre 0 e 20 graus.

[00066] Pelo menos uma porção da parede de tubulação pode compreender uma variação local na pretensão do elemento de reforço. Nesta disposição a pretensão do elemento de reforço pode ser considerada como sendo uma pretensão, tal como uma pretensão de tração e/ou pretensão de compressão aplicada a um elemento de reforço durante fabricação da tubulação, e essa pretensão é pelo menos parcialmente ou residualmente retida dentro da tubulação fabricada. Uma variação local em pretensão do elemento de reforço pode permitir que uma característica desejada da tubulação seja obtida, tal como uma característica de flexão desejada. Isto pode auxiliar a posicionar ou manipular a tubulação, por exemplo durante instalação, recuperação, bobinamento ou similar. Ainda mais, esta variação local na pretensão do elemento de reforço pode auxiliar a deslocar uma posição neutra de deformação dentro da parede da tubulação, que pode auxiliar a fornecer distribuição de deformação mais nivelada quando a tubulação está em uso, e/ou por exemplo é armazenada, tal como em uma configuração bobinada.

[00067] O tubo ascendente pode compreender uma primeira porção formada a partir do material compósito e uma segunda porção formada a partir de um material diferente de um material compósito.

[00068] O sistema de tubo ascendente pode compreender um dispositivo para fornecer flexibilidade axial adicional àquela fornecida pelo tubo ascendente conectado entre o corpo flutuante e o local submarino. Por exemplo, o sistema de tubo ascendente pode compreender um fole flexível ou similar conectado entre o corpo flutuante e o local submarino.

[00069] O dispositivo para fornecer flexibilidade axial adicional pode ser conectado ao corpo flutuante por uma primeira porção de tubo ascendente. O dispositivo para fornecer flexibilidade axial adicional pode ser conectado ao local submarino por uma segunda porção de tubo ascendente.

[00070] O tubo ascendente pode compreender um ou mais sensores de deformação. Por exemplo, o tubo ascendente pode compreender um sensor de deformação distribuída tal como um sensor de deformação de fibra óptica. O tubo ascendente pode compreender um ou mais sensor de deformação discretos. O um ou mais sensores de deformação podem ser afixados ao tubo ascendente. Por exemplo, o um ou mais sensores de deformação podem ser montados sobre uma superfície do tubo ascendente ou pelo menos parcialmente encastrados dentro de uma parede do tubo ascendente.

[00071] Tais sensores de deformação podem ser usados para monitorar deformações axiais, de torção, de arco e/ou de flexão no tubo ascendente sob condições de carga dinâmicas. Na eventualidade de cargas dinâmicas excessivas, o fluxo de fluido através do tubo ascendente pode ser interrompido de acordo com sinais de deformação detectados pelos sensores de deformação antes que dano seja causado ao tubo ascendente. Isto pode servir para reduzir ou impedir vazamento de fluido a partir do tubo ascendente para o ambiente submarino.

[00072] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de tubo ascendente compreendendo:

[00073] um corpo flutuante; e

[00074] um tubo ascendente estendendo-se entre o corpo flutuante e um local submarino, o tubo ascendente compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz.

[00075] O tubo ascendente pode ser fornecido de acordo com qualquer outro aspecto aqui definido.

[00076] O material compósito pode ser configurado para acomodar movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino.

[00077] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de tubo ascendente compreendendo um tubo ascendente configurado para ser preso entre um corpo flutuante e um local submarino, o tubo ascendente compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz, dito tubo ascendente configurado para definir uma disposição espacial não linear para acomodar movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino.

[00078] O movimento pode incluir movimento relativo vertical e/ou lateral do corpo flutuante em relação ao local submarino. O movimento pode ser causado por condições do mar tais como ondas, marés ou similar. O movimento pode compreender movimentos de vagalhão, guinada, arfagem ou rolagem ou qualquer combinação destes.

[00079] Um tal sistema de tubo ascendente pode fornecer flexibilidade entre o corpo flutuante em relação ao local submarino não apenas em virtude das propriedades do material compósito, mas também em virtude da disposição espacial do tubo ascendente.

[00080] O tubo ascendente pode compreender uma porção não linear.

[00081] A disposição espacial do tubo ascendente pode compreender um ponto de inflexão.

[00082] O tubo ascendente pode compreender um porção superior geralmente linear estendendo-se a partir do corpo flutuante, uma porção inferior geralmente linear estendendo-se a partir do local submarino e uma porção intermediária estendendo-se entre as porções superior e inferior.

[00083] A porção intermediária pode ser geralmente não linear.

[00084] O sistema de tubo ascendente pode ser configurado de tal modo que a porção superior do tubo ascendente está em tração, a porção inferior do tubo ascendente está em tração e a porção intermediária está em compressão. A configuração do tubo ascendente pode ser selecionada para fornecer uma tração predeterminada nas porções superior e/ou inferior. Por exemplo, a densidade e/ou a geometria do tubo ascendente podem ser selecionadas para fornecer uma tração predeterminada nas porções superior e/ou inferior.

[00085] A configuração do tubo ascendente pode ser selecionada para fornecer uma compressão predeterminada na porção intermediária. Por exemplo, a densidade e/ou a geometria do tubo ascendente podem ser selecionadas para fornecer uma compressão predeterminada na porção intermediária.

[00086] O tubo ascendente compósito é muito mais leve do que um tubo ascendente feito a partir de um material convencional tal como aço com o resultado de que o tubo ascendente compósito é mais próximo da flutuabilidade neutra na água do mar do que um tubo ascendente de aço. Consequentemente, o uso de um tubo ascendente compósito pode mitigar ou eliminar a necessidade de afixar pesos e/ou elementos de flutuabilidade adicionais ao tubo ascendente para fornecer a tração ou compressão apropriada em uma das porções do tubo ascendente.

[00087] O tubo ascendente pode definir um tubo ascendente de acesso vertical flexível (CVAR).

[00088] O tubo ascendente pode ser configurado para flexionar de uma maneira predeterminada. Isto pode servir para tornar a flexão do tubo ascendente mais previsível assim simplificando o projeto do tubo ascendente para uma dada faixa de condições de carga dinâmicas. Isto pode evitar a ação de quaisquer cargas imprevisíveis sobre o tubo ascendente que possam levar a dano ou falha do tubo ascendente devido, por exemplo, a empenamento.

[00089] O tubo ascendente pode ser configurado para se flexionar em uma posição axial predeterminada ou sobre uma porção axial predeterminada. Por exemplo, o tubo ascendente pode ser configurado para ter uma rigidez em flexão reduzida em uma posição axial predeterminada.

[00090] O tubo ascendente pode ser configurado para flexionar em um plano predeterminado. Por exemplo, o tubo ascendente pode ser configurado para ter uma rigidez reduzida em um plano predeterminado.

[00091] O tubo ascendente pode ser configurado para resistir a um predeterminado grau de flexão, por exemplo, flexão em uma posição axial predeterminada ou sobre porção axial predeterminada e/ou em um plano predeterminado.

[00092] Um tal tubo ascendente pode portanto ser otimizado para facilitar e resistir a flexão em regiões localizadas requerendo que outras regiões do tubo ascendente sejam apenas projetadas para resistir a tensões de flexão reduzidas ou nulas. Consequentemente, um tal tubo ascendente pode eliminar a exigência para que todas as regiões do tubo ascendente sejam projetadas para o pior caso de carga dinâmica, assim potencialmente levando a custos de fabricação reduzidos e desempenho mecânico superior.

[00093] O tubo ascendente pode compreender um ou mais sensores de deformação. Por exemplo, o tubo ascendente pode compreender uma sensor de deformação distribuída tal como um sensor de deformação de fibra óptica. O tubo ascendente pode compreender um ou mais sensores de deformação discretos. O um ou mais sensores de deformação podem ser afixados ao tubo ascendente. Por exemplo, o um ou mais sensores de deformação podem ser montados sobre uma superfície do tubo ascendente ou pelo menos parcialmente encastrados dentro de uma parede do tubo ascendente.

[00094] Tais sensores de deformação podem ser usados para monitorar deformações axiais e/ou de flexão no tubo ascendente sob condições de carga dinâmicas. Na eventualidade de cargas dinâmicas excessivas, o fluxo de fluido através do tubo ascendente pode ser interrompido de acordo com sinais de deformação detectados pelos sensores de deformação antes que dano seja causado ao tubo ascendente. Isto pode servir para reduzir ou impedir vazamento de fluido a partir do tubo ascendente para o ambiente submarino.

[00095] O tubo ascendente pode compreender uma tubulação tendo uma parede de tubulação compreendendo o material compósito, em que a parede de tubulação compreende ou define uma variação local em construção para fornecer uma variação local em uma propriedade da tubulação.

[00096] A variação local em construção pode compreender pelo menos uma de uma variação circunferencial, uma variação radial e uma variação axial no material do tubo ascendente e/ou na geometria da tubulação.

[00097] A variação local em construção pode compreender uma variação local no material compósito.

[00098] A variação local em construção pode compreender uma variação no material da matriz. A variação local em construção pode compreender uma variação em uma propriedade material do material da matriz tal como a resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica, ou similar.

[00099] A variação local em construção pode compreender uma variação nos elementos de reforço. A variação local em construção pode compreender uma variação em uma propriedade material dos elementos de reforço tal como as a resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, distribuição, configuração, orientação, pretensão, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica ou similar. A variação local em construção pode compreender uma variação em um ângulo de alinhamento dos elementos de reforço dentro do material compósito. Em uma tal disposição o ângulo de alinhamento dos elementos de reforço pode ser definido em relação ao eixo longitudinal da tubulação. Por exemplo, um elemento fornecido em um ângulo de alinhamento de 0 grau vai correr sempre longitudinalmente da tubulação, e um elemento fornecido em um ângulo de alinhamento 90 graus vai correr sempre circunferencialmente da tubulação, com elementos em ângulos de alinhamento intermediários correndo tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente da tubulação, por exemplo em um padrão espiral ou helicoidal.

[000100] A variação local no ângulo de alinhamento pode incluir elementos tendo um ângulo de alinhamento de entre, por exemplo, 0 e 90 graus, entre 0 e 45 graus ou entre 0 e 20 graus.

[000101] Pelo menos uma porção da parede de tubulação pode compreender uma variação local em pretensão do elemento de reforço. Nesta disposição a pretensão do elemento de reforço pode ser considerada como sendo uma pretensão, tal como pretensão de tração e/ou pretensão de compressão aplicada a um elemento de reforço durante fabricação da tubulação, e essa pretensão é pelo menos parcialmente ou residualmente retida dentro da tubulação fabricada. Uma variação local em pretensão do elemento de reforço pode permitir que uma característica desejada da tubulação seja obtida tal como uma característica de flexão desejada. Isto pode auxiliar a posicionar ou manipular a tubulação, por exemplo durante instalação, recuperação, bobinamento ou similar. Ainda mais, esta variação local em pretensão do elemento de reforço pode auxiliar a deslocar uma posição neutra de deformação dentro da parede da tubulação, o que pode auxiliar para fornecer distribuição de deformação mais nivelada quando a tubulação está em uso, e/ou, por exemplo, é armazenada, tal como em uma configuração bobinada.

[000102] O tubo ascendente pode compreender uma primeira porção formada a partir do material compósito e uma segunda porção formada a partir de um material diferente de um material compósito.

[000103] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um conector temporário de linha de fluxo configurado para ser preso entre dois locais submarinos, dito conjunto de ligação compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz.

[000104] O conjunto de ligação pode definir uma disposição espacial não linear para fornecer flexibilidade para o conjunto de ligação entre os locais submarinos.

[000105] O conjunto de ligação pode ser configurado para ser preso entre dois locais no leito marinho.

[000106] O conjunto de ligação pode ser configurado para ser preso entre duas abertura para fluidos submarinas.

[000107] O conjunto de ligação pode fornecer flexibilidade para acomodar conexão do conjunto de ligação entre os locais no leito marinho.

[000108] A disposição espacial do conjunto de ligação pode fornecer flexibilidade quando o conjunto de ligação é conectado entre os locais no leito marinho para deste modo resistir a condições de carga dinâmicas tais como condições de carga dinâmicas submarinas.

[000109] O conjunto de ligação pode ter uma porção não linear.

[000110] O conjunto de ligação pode ser curvo.

[000111] O conjunto de ligação pode definir um formato em rabo de porco, um formato em “ômega”, ou pode ser formado em uma bobina tal como uma hélice, espiral ou similar.

[000112] Tais formatos podem permitir movimentos relativamente grandes em envoltório de espaços compactos. Estes formatos podem, em particular, permitir movimentos relativamente grandes sem os níveis de deformação no conjunto de ligação excederem os níveis de deformação máximos permitidos.

[000113] O conjunto de ligação material compósito pode ser configurado para fornecer flexibilidade que é adicional à flexibilidade fornecida pela disposição espacial do conjunto de ligação.

[000114] Por exemplo, o material compósito pode ser configurado para resistir ou permitir deformações axiais e/ou de flexão de até 6%, até 4%, até 2% ou até 1%.

[000115] As propriedades materiais de um tal conjunto de ligação compósito pode fornecer imunidade acentuada a dano tal como dano causado por empenamento sob condições de carga dinâmicas.

[000116] As propriedades materiais de um tal conjunto de ligação compósito podem permitir que tolerâncias de fabricação sejam relaxadas em comparação com tolerâncias de fabricação quando se usa um material convencional tal como aço ou similar.

[000117] As propriedades materiais de um tal conjunto de ligação compósito podem facilitar instalação. Isto pode ser particularmente importante em um ambiente submarino onde a manipulação do conjunto de ligação entre os dois locais no leito marinho e fixação do conjunto de ligação nos dois locais no leito marinho podem ser desafiadoras.

[000118] O material compósito pode ser configurado para assegurar que uma deformação termicamente induzida no conjunto de ligação para uma mudança de temperatura predeterminada constitui uma menor proporção da deformação máxima permitida no conjunto de ligação do que para um conjunto de ligação formado a partir de um material convencional tal como aço ou similar. Conjuntos de ligação compreendendo um tal material compósito podem ter uma maior faixa de deformação permissível uma vez que mudanças na deformação termicamente induzidas são levadas em consideração do que conjuntos de ligação compreendendo material convencional tal como aço ou similar.

[000119] Por exemplo, o material compósito pode ser configurado para assegurar que uma deformação termicamente induzida para uma mudança de temperatura de até 500°C, uma mudança de temperatura de até 200°C, uma mudança de temperatura de até 100°C ou uma mudança de temperatura de até 80°C constitua uma menor proporção da deformação máxima permitida do que para um material convencional tal como aço ou similar.

[000120] O conjunto de ligação pode compreender um elemento tal como um flange, uma orelha, uma projeção, um furo, um recesso ou similar para conexão do conjunto de ligação ao orifício para fluidos.

[000121] A matriz pode compreender um material polimérico.

[000122] A matriz pode compreender um material termoplástico.

[000123] O uso de uma matriz compreendendo um material termoplástico pode permitir que o conjunto de ligação seja fabricado primeiramente formando um conduto de fluido, por exemplo um conduto de fluido substancialmente linear, e subsequentemente formando o conduto de fluido de modo a fornecer o conduto de fluido com uma disposição espacial não linear. Tais materiais compósitos podem permitir que o conduto de fluido seja formado em um formato curvo tal um formato em rabo de porco, um formato em “ômega”, ou uma bobina tal como uma hélice ou uma espiral ou similar.

[000124] Tais materiais compósitos podem permitir que o conduto de fluido seja formado integralmente em um formato curvo contínuo.

[000125] Tais conjuntos de ligação podem reter seu formato durante implantação e recuperação assim tornando os conjuntos de ligação mais fáceis de manipular.

[000126] Tais conjuntos de ligação podem ser configurados para ter uma curvatura menor do que uma curvatura limiar máxima. Isto pode reduzir o risco de acumulação de hidrato como um resultado de um fluxo de fluidos de hidrocarboneto através do conjunto de ligação. Isto pode também apresentar menos de uma restrição para operações de remoção de hidrato tais como operações de raspagem com pistão. A matriz pode compreender um material termofixo.

[000127] A matriz pode compreender uma poliarill éter cetona, uma poliarill cetona, uma poliéter cetona (PEK), uma poliéter éter cetona (PEEK), um policarbonato ou similar, ou qualquer combinação apropriada deles. A matriz pode compreender uma resina polimérica, tal como uma resina epóxi ou similar.

[000128] Os elementos de reforço podem compreender elementos contínuos ou alongados. Os elementos de reforço podem compreender qualquer uma ou uma combinação de fibras poliméricas, por exemplo fibras de aramida, ou fibras não poliméricas, por exemplo elementos de carbono, vidro ou basalto ou similares. Os elementos de reforço podem compreender fibras, cordões, filamentos, nanotubos ou similares. Os elementos de reforço podem compreender elementos descontínuos.

[000129] A matriz e os elementos de reforço pode compreender materiais similares ou idênticos. Por exemplo, os elementos de reforço podem compreender o mesmo material do que a matriz, seja em uma forma fibrosa, estirada, alongada ou similar.

[000130] O conjunto de ligação pode compreender uma tubulação tendo uma parede de tubulação compreendendo o material compósito, em que a parede de tubulação compreende ou define uma variação local em construção para fornecer uma variação local em uma propriedade da tubulação.

[000131] Uma tal variação local em uma propriedade da tubulação pode permitir talhar uma resposta do conjunto de ligação a dadas condições de carga.

[000132] Uma tal variação local em uma propriedade da tubulação pode, em particular, permitir que o projeto do conjunto de ligação seja otimizado para facilitar e resistir a flexão em regiões localizadas de tal modo que outras regiões do conjunto de ligação só precisam ser projetadas para resistir a tensões de flexão reduzidas ou nulas. Consequentemente, um tal conjunto de ligação pode eliminar a exigência para todas regiões do conjunto de ligação serem projetadas para o pior caso de carga dinâmica, assim potencialmente levando a custos de fabricação reduzidos custos e desempenho mecânico superior.

[000133] A variação local em construção pode compreender pelo menos uma de uma variação circunferencial, uma variação radial e uma variação axial no material do conjunto de ligação e/ou na geometria da tubulação.

[000134] A variação local em construção pode compreender uma variação local no material compósito.

[000135] A variação local em construção pode compreender uma variação no material da matriz. A variação local em construção pode compreender uma variação em uma propriedade material do material da matriz tal como a resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica, ou similar.

[000136] A variação local em construção pode compreender uma variação nos elementos de reforço. A variação local em construção pode compreender uma variação em uma propriedade material dos elementos de reforço tais como a resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, distribuição, configuração, orientação, pretensão, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica ou similar. A variação local em construção pode compreender uma variação em uma ângulo de alinhamento dos elementos de reforço dentro do material compósito. Em uma tal disposição o ângulo de alinhamento dos elementos de reforço pode ser definido em relação ao eixo longitudinal da tubulação. Por exemplo, um elemento fornecido em um ângulo de alinhamento de 0 grau vai correr sempre longitudinalmente da tubulação, e um elemento fornecido em um ângulo de alinhamento 90 graus vai correr sempre circunferencialmente da tubulação, com elementos em ângulos de alinhamento intermediários correndo tanto circunferencialmente quanto longitudinalmente da tubulação, por exemplo, em um padrão em espiral ou helicoidal.

[000137] A variação local no ângulo de alinhamento pode incluir elementos tendo um ângulo de alinhamento de entre, por exemplo, 0 e 90 graus, entre 0 e 45 graus ou entre 0 e 20 graus.

[000138] Pelo menos uma porção da parede de tubulação pode compreender uma variação local em pretensão do elemento de reforço. Nesta disposição a pretensão do elemento de reforço pode ser considerada como sendo uma pretensão, tal uma pretensão de tração e/ou pretensão de compressão aplicada a um elemento de reforço durante fabricação da tubulação, e essa pretensão é pelo menos parcialmente ou residualmente retida dentro da tubulação fabricada. Uma variação local em pretensão do elemento de reforço pode permitir que uma característica desejada da tubulação seja obtida tal como uma característica de flexão desejada. Isto pode auxiliar a posicionar ou manipular a tubulação, por exemplo durante instalação, recuperação, bobinamento ou similar. Ainda mais, esta variação local em pretensão do elemento de reforço pode auxiliar a deslocar uma posição neutra de deformação dentro da parede da tubulação, que pode auxiliar para fornecer distribuição de deformação mais nivelada quando a tubulação está em uso, e/ou por exemplo é armazenada, tal como em uma configuração bobinada.

[000139] O conjunto de ligação pode compreender uma primeira porção formada a partir do material compósito e uma segunda porção formada a partir de um material diferente de um material compósito.

[000140] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um arranjo de conector temporário de linha de fluxo compreendendo um conector temporário de linha de fluxo estendendo-se entre dois locais submarinos, dito conjunto de ligação compreendendo um material compósito formados de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz e dito conjunto de ligação definindo uma disposição espacial não linear configurada para fornecer flexibilidade para o conjunto de ligação entre o locais submarinos.

[000141] O conector temporário de linha de fluxo pode ser preso entre os dois locais submarinos.

[000142] Deve ser entendido que uma ou mais das características opcionais descritas em relação ao quinto aspecto podem se aplicar isoladamente ou em qualquer combinação em relação ao sexto aspecto.

[000143] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um método de formar um conector temporário de linha de fluxo configurado para ser preso entre dois locais submarinos compreendendo:

[000144] formar um conduto de fluido linear a partir de um material compósito formado de pelo menos uma matriz termoplástica e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz; e

[000145] formar o conduto de fluido de modo a fornecer o conduto de fluido com uma disposição espacial não linear.

[000146] Deve ser entendido que uma ou mais das características descritas em relação a um aspecto podem se aplicar isoladamente ou em qualquer combinação em relação a qualquer outro aspecto.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[000147] A presente invenção vai agora ser descrita a título de exemplo não limitativo apena com referência aos desenhos anexos em que:

[000148] A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de tubo ascendente.

[000149] A Figura 2 é uma vista esquemática de um sistema de tubo ascendente alternativo.

[000150] A Figura 3(a) é uma vista esquemática de um outro sistema de tubo ascendente.

[000151] A Figura 3(b) é uma vista esquemática do sistema de tubo ascendente de Figura 3(a) com pesos e elementos de flutuabilidade afixados a um tubo ascendente do sistema de tubo ascendente.

[000152] A Figura 4(a) é uma elevação frontal esquemática de um conector temporário de linha de fluxo,

[000153] A Figura 4(b) é uma elevação de extremidade esquemática do conector temporário de linha de fluxo de Figura 4(a).

[000154] A Figura 5 é uma vista esquemática de um outro conector temporário de linha de fluxo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[000155] Com referência inicialmente à Figura 1, é mostrado um sistema de tubo ascendente geralmente designado 2 compreendendo um tubo ascendente compósito 4 preso entre uma embarcação 6 flutuante sobre a superfície do mar 7 e uma disposição de árvore fixa 8 em um local submarino 9 sobre o leito marinho 10. O tubo ascendente 4 estende-se substancialmente na vertical entre a embarcação 6 e a disposição de árvore 8. O comprimento, peso e/ou flutuabilidade do tubo ascendente 4 são selecionados para fonecer uma tração predeterminada no tubo ascendente 4 para uma dada profundidade de água.

[000156] O tubo ascendente 4 compreende um material compósito formado de uma matriz de poliéter éter cetona (PEEK) e elementos de reforço de fibra de carbono (não mostrados) encastrados dentro da matriz de PEEK. O material compósito do tubo ascendente 4 compreende uma pluralidade de elementos de reforço de fibra de carbono axialmente orientados. Como um resultado desta estrutura compósita, o tubo ascendente particular 4 mostrado na Figura 1 pode permitir grandes deformações axiais ou de flexão, por exemplo, deformações axiais ou de flexão de até 2% ou mais. Isto é comparável com deformações axiais ou de flexão máximas permissíveis típicas de um tubo ascendente de aço que podem estar na região de aproximadamente 0,1%. Assim, o tubo ascendente compósito 4 oferece significantemente mais flexibilidade em virtude de suas propriedades materiais apenas em comparação com um tubo ascendente de aço convencional. Consequentemente, as propriedades materiais do tubo ascendente 4 compensam o movimento por vagalhões do corpo flutuante 6 em relação à disposição de árvore 8, permitindo assim afixação do tubo ascendente 4 entre a embarcação 6 e a disposição de árvore 8 sem a necessidade de quaisquer mecanismos ativos de compensação de vagalhões tais como aríetes hidráulicos ou similares.

[000157] As propriedades materiais do tubo ascendente 4 também asseguram que uma deformação termicamente induzida no tubo ascendente 4 para uma dada mudança de temperatura constitui uma proporção significantemente menor da deformação máxima permitida no tubo ascendente 4 do que para um tubo ascendente de aço convencional. Por exemplo, para uma mudança de temperatura de aproximadamente 80°C, a deformação termicamente induzida no tubo ascendente 4 constitui uma proporção significantemente menor da deformação máxima permitida no tubo ascendente 4 do que para um tubo ascendente de aço convencional. O tubo ascendente 4 assim tem uma maior faixa de deformação permissível uma vez que as mudanças por deformação termicamente induzida são levadas em consideração em comparação com um tubo ascendente de aço.

[000158] Com referência agora à Figura 2, é mostrado um sistema de tubo ascendente alternativo geralmente designado 102 compreendendo um tubo ascendente compósito geralmente designado 104 configurado para ser preso entre um corpo tal como uma embarcação 106 flutuando sobre a superfície do mar 107 e uma disposição de árvore fixa 108 em um local submarino 109 sobre o leito marinho 110. O tubo ascendente 104 ainda compreende um fole 112 que é conectado à embarcação 106 por uma porção superior de tubo ascendente 114 e é conectado à disposição de árvore 108 por uma porção inferior de tubo ascendente 116. O tubo ascendente 104 estende-se substancialmente na vertical entre a embarcação 106 e a disposição de árvore 108. O comprimento, peso e/ou flutuabilidade do tubo ascendente 104 e do fole 112 são selecionados para fornecer uma tração predeterminada no tubo ascendente 104 para uma dada profundidade de água.

[000159] O fole 112 fornece flexibilidade adicional para mitigar ainda mais os efeitos do movimento de vagalhões do corpo flutuante 106 em relação à disposição de árvore 108 se necessário em, por exemplo, condições pesadas do mar. Em todos outros respeitos, o sistema de tubo ascendente 102 da Figura 2 é idêntico ao sistema de tubo ascendente 2 da Figura 1.

[000160] A Figura 3(a) mostra um outro sistema de tubo ascendente geralmente designado 202 compreendendo um tubo ascendente compósito 204 preso entre uma embarcação 206 flutuando sobre a superfície do mar 207 e uma disposição de árvore fixa 208 em um local submarino 209 sobre o leito marinho 210. O comprimento do tubo ascendente 204 é maior do que a profundidade da água de modo que o tubo ascendente 204 assume uma disposição espacial não linear.

[000161] O tubo ascendente 204 compreende um material compósito formados de uma matriz de poliéter éter cetona (PEEK) e elementos de reforço de fibra de carbono (não mostrados) encastrados dentro da matriz de PEEK. O material compósito do tubo ascendente 204 compreende uma pluralidade de elementos de reforço de fibra de carbono axialmente orientados.

[000162] Como um resultado desta estrutura compósita, o tubo ascendente particular 204 mostrado na Figura 3(a) pode permitir grandes deformações axiais ou de flexão, por exemplo, deformações axiais ou de flexão de até 2% ou mais. Isto é comparável com deformações axiais ou de flexão máximas permissíveis típicas, de um tubo ascendente de aço que podem estar na região de aproximadamente 0.1%. Assim, o tubo ascendente compósito 204 oferece significantemente mais flexibilidade em virtude de suas propriedades materiais apenas em comparação com um tubo ascendente de aço convencional.

[000163] Assim, as propriedades materiais do tubo ascendente compósito 204 podem serve para aumentar a flexibilidade fornecida pela disposição espacial não linear do tubo ascendente 204. A flexibilidade combinada do sistema de tubo ascendente 202 compensa o movimento de vagalhões do corpo flutuante 206 em relação à disposição de árvore 208, assim permitindo afixação do tubo ascendente 204 entre a embarcação 206 e a disposição de árvore 208 sem quaisquer mecanismos ativos de compensação de vagalhões tais como aríetes hidráulicos ou similares.

[000164] As propriedades materiais do tubo ascendente compósito 204 também asseguram que uma deformação termicamente induzida no tubo ascendente 204 para uma dada mudança de temperatura constitui uma proporção significantemente menor da deformação máxima permitida no tubo ascendente 204 do que para um tubo ascendente de aço convencional. Por exemplo, para uma mudança de temperatura de aproximadamente 80°C, a deformação termicamente induzida no tubo ascendente 204 constitui uma proporção significantemente menor da deformação máxima permitida no tubo ascendente 204 do que para um tubo ascendente de aço convencional. O tubo ascendente 204 assim tem uma maior faixa de deformação permissível uma vez que mudanças por deformação termicamente induzida são levadas em consideração em comparação com um tubo ascendente de aço.

[000165] O tubo ascendente 204 compreende uma porção superior 214 que estende-se geralmente para baixo a partir da embarcação 206, uma porção inferior 216 que estende-se geralmente para cima a partir da disposição de árvore 208 e, uma porção intermediária 218 que estende-se entre as porções superior e inferior 214, 216.

[000166] O sistema de tubo ascendente 202 é configurado de tal modo que a porção superior 214 do tubo ascendente 204 está em tração, a porção inferior 216 do tubo ascendente 204 está em tração e a porção intermediária 218 do tubo ascendente 204 está em compressão. A configuração do tubo ascendente 204 é selecionada para fornecer tração desejada nas porções superior e inferior. Em particular, a densidade e a geometria do tubo ascendente são selecionadas para fornecer uma tração predeterminada nas porções superior e inferior 214, 216.

[000167] O tubo ascendente compósito 204 é muito mais leve do que um tubo ascendente de aço convencional com o resultado de que o tubo ascendente compósito 204 está mais próximo da flutuabilidade neutra flutuabilidade neutra flutuabilidade neutra em água do mar do que um tubo ascendente de aço. Consequentemente, o uso de um material compósito para o tubo ascendente 204 pode mitigar ou eliminar a necessidade de afixar pesos e/ou elementos de flutuabilidade ao tubo ascendente 204 para fornecer a tração apropriada nas porções superior e inferior 214, 216 do tubo ascendente 204 e a compressão apropriada na porção intermediária 218 do tubo ascendente 204. Porém, quando necessário, como mostrado na Figura 3(b), o sistema de tubo ascendente 202 pode ainda compreender pesos 220 que serve para tracionar a porção superior 214 do tubo ascendente 204 para assegurar que a porção superior 214 estende-se em geral verticalmente para baixo a partir de a embarcação 206. O sistema de tubo ascendente 202 pode ainda compreender elementos de flutuabilidade 222 que servem para tracionar a porção inferior 216 do tubo ascendente 204 para assegurar que a porção inferior 216 estende-se em geral verticalmente para cima a partir da disposição de árvore 208. Como um resultado do efeito combinado dos pesos 220 e dos elementos de flutuabilidade 222, a porção intermediária 218 adota uma disposição espacial em forma de “S” predeterminada desejada.

[000168] A Figura 4 mostra um conector temporário de linha de fluxo compósito submarino em formato de “rabo de porco” geralmente designado 302 para conexão entre um primeiro orifício para fluido submarina 304 para conexão a um tubo ascendente 305 e um segundo orifício para fluido submarina 306 para conexão a um conduto de fluido 307. Em virtude de sua geometria não linear, o conjunto de ligação 302 permite um movimento relativamente grande das extremidades do conjunto de ligação 308 e 310 uma com respeita à outra em um envoltório de espaço compacto.

[000169] O conjunto de ligação 302 compreende um material compósito formados de uma matriz de poliéter éter cetona (PEEK) e elementos de reforço de fibra de carbono (não mostrados) encastrados dentro da matriz de PEEK. O material compósito do conjunto de ligação 302 compreende uma pluralidade de elementos de reforço de fibra de carbono axialmente orientados. Como um resultado desta estrutura compósita, o conjunto de ligação particular 302 mostrado na Figura 4 pode permitir grandes deformações axiais ou de flexão, por exemplo, deformações axiais ou de flexão de até 2% ou mais. Isto é comparável com deformações axiais ou de flexão máximas permissíveis típicas de um conjunto de ligação de aço que podem estar na região de aproximadamente 0.1%. Assim, o conjunto de ligação compósito 302 oferece significantemente mais flexibilidade em virtude de suas propriedades materiais isoladamente em comparação com um conjunto de ligação convencional de aço. Assim, as propriedades materiais do conjunto de ligação compósito 302 servem para aumentar a flexibilidade fornecida pela disposição espacial não linear do conjunto de ligação 302.

[000170] As propriedades materiais do conjunto de ligação compósito 302 também asseguram que uma deformação termicamente induzida no conjunto de ligação 302 para uma dada mudança de temperatura constitui uma proporção significantemente menor da deformação máxima permitida no conjunto de ligação 302 do que para um conjunto de ligação convencional de aço. Por exemplo, para uma mudança de temperatura de aproximadamente 80°C, a deformação termicamente induzida no conjunto de ligação 302 constitui uma proporção significantemente menor da deformação máxima permitida no conjunto de ligação 302 do que para um conjunto de ligação convencional de aço.

[000171] As propriedades materiais do conjunto de ligação compósito 302 fornecem imunidade acentuada a dano tai como causado por empenamento sob condições de carga dinâmicas. As propriedades materiais do conjunto de ligação compósito 302 permitem que tolerâncias de fabricação sejam relaxadas em comparação com tolerâncias de fabricação quando se usa um material convencional tal como aço ou similar. As propriedades materiais do conjunto de ligação compósito 302 também facilitam instalação. Isto pode ser particularmente importante em um ambiente submarino onde a manipulação do conjunto de ligação 302 entre os dois orifícios para fluido 304, 306 e a fixação do conjunto de ligação 302 nos dois orifícios para fluido 304, 306 podem ser desafiadoras. Além disso o

[000172] O uso da matriz termoplástica de PEEK também permite que o conjunto de ligação 302 seja fabricado primeiro formando um conduto de fluido, por exemplo uma conduto de fluido substancialmente linear, e subsequentemente formando o conduto de fluido na disposição espacial em rabo de porco mostrada na em Figura 4. Isto resulta em um conjunto de ligação compósito integralmente formado 302 que pode ter poucas dobras, mais graduais. Isto pode reduzir ou suprimir acumulação de hidrato como um resultado de um fluxo de fluidos de hidrocarboneto através do conjunto de ligação. Isto pode também apresentar menos de uma restrição para operações de remoção de hidrato tais como operações de raspagem com pistão, assim facilitando remoção de hidrato acumulado por raspagem com pistão. Outras disposições espaciais não lineares do conjunto de ligação compósito são também possíveis. Por exemplo, a Figura 5 mostra um conjunto de ligação compósito em formato de “ômega” 402 que só difere do conjunto de ligação compósito em formato de “rabo de porco” 302 da Figura 4 na disposição espacial não linear exata do mesmo.

[000173] Uma pessoa especializada na técnica vai entender que várias outras disposições espaciais de tubo ascendente e conjunto de ligação são possíveis sem sair do escopo da presente invenção. Por exemplo, disposições espaciais bobinadas tais como disposições espaciais helicoidais ou espirais podem ser usadas para fornecer tubos ascendentes e conjuntos de ligação flexíveis.

Claims (14)

1. Sistema de tubo ascendente, compreendendo um tubo ascendente para ser fixado entre um corpo flutuante e um local submarino, o tubo ascendente compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz, em que, em uso, o tubo ascendente compreende uma porção superior que se estende a partir do corpo flutuante e tendo uma região disposta para estar em tração, uma porção inferior que se estende a partir do local submarino e tendo uma região disposta para estar em tração, e uma porção intermediária localizada entre as porções superior e inferior e tendo uma região disposta para estar em compressão, caracterizado pelo fato de que o material compósito é disposto de tal modo que o tubo ascendente é configurado para se curvar de uma maneira predeterminada, em que o tubo ascendente compreende um tubo que tem uma parede de tubulação compreendendo o material compósito, em que a parede de tubo compreende ou define uma variação local de construção para fornecer uma variação local em uma propriedade do tubo de modo a para facilitar a curvatura em regiões localizadas em que, em uso, o tubo ascendente define uma disposição espacial não linear de tal modo que o material compósito e a disposição espacial não linear acomodam o movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino.

2. Sistema de tubo ascendente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo ascendente é configurado para fornecer uma tração predeterminada nas porções superior e/ou inferior e/ou uma compressão predeterminada na porção intermediária.

3. Sistema de tubo ascendente, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a densidade e/ou a geometria do tubo ascendente fornecem a tração predeterminada nas porções superior e/ou inferior e a compressão predeterminada na porção intermediária.

4. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção do tubo ascendente, tal como a porção intermediária, é configurada para definir um arranjo espacial não linear para acomodar o movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino e/ou a porção superior do tubo ascendente estende-se em geral linearmente a partir do corpo flutuante para a porção intermediária e/ou a porção inferior do tubo ascendente estende-se em geral linearmente a partir do local submarino para a porção intermediária e/ou o arranjo espacial do tubo ascendente compreende um ponto de inflexão.

5. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende pesos e/ou elementos de flutuação ligados ao tubo ascendente.

6. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o local é um local no fundo do mar.

7. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o tubo ascendente é fixado a uma abertura de fluido no local submarino, tal como a uma abertura de fluido de uma disposição de cabeça do poço submarina, ou uma abertura de fluido de um coletor submarino.

8. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o material compósito é configurado para permitir deformações axiais e/ou de flexão de até 6%, até 4%, até 2% ou até 1%.

9. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o material compósito é configurado para assegurar que uma deformação induzida termicamente no tubo ascendente para uma variação de temperatura predeterminada, constitui uma proporção menor de uma deformação máxima permitida no tubo ascendente do que para um tubo ascendente de aço e/ou o material compósito é configurado para assegurar que uma deformação induzida termicamente no tubo ascendente para uma variação de temperatura de até 500°C, uma variação de temperatura de até 200°C, uma variação de temperatura de até 100°C ou uma variação de temperatura de até 80°C, constituem uma proporção menor de uma deformação máxima permitida no tubo ascendente do que para um tubo ascendente de aço.

10. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a matriz compreende pelo menos um de um material de polímero, um material termoplástico e/ou um material termoendurecível e/ou a matriz compreende, pelo menos, um de uma poliaril éter cetona, uma poloiaril cetona, uma poliéter cetona (PEK), uma poliéter éter cetona (PEEK), um policarbonato, uma resina polimérica e uma resina epóxi.

11. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que os elementos de reforço compreendem pelo menos um dentre fibras, cordões, filamentos e nanotubos, elemento polimérico, elemento de aramida, elemento não polimérico, elementos de carbono, elementos de vidro e elementos de basalto.

12. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de tubo ascendente compreende um dispositivo para fornecer flexibilidade axial adicional àquela fornecida pelo tubo ascendente ligado entre o corpo flutuante e o local submarino, tal como um fole flexível conectado entre o corpo flutuante e o local submarino.

13. Sistema de tubo ascendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o tubo ascendente compreende um ou mais sensores de deformação de fibra óptica.

14. Método para fornecer um tubo ascendente entre um corpo flutuante e um local submarino, caracterizado pelo fato de que compreende: conectar um tubo ascendente entre o corpo flutuante e um local submarino, em que o tubo ascendente compreende um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz, em que o material compósito é disposto de tal modo que o tubo ascendente é configurado para se curvar de uma maneira predeterminada; configurar pelo menos uma região de uma porção superior do tubo ascendente, que se estende a partir do corpo flutuante para estar em tração; configurar pelo menos uma região de uma porção inferior do tubo ascendente, que se estende a partir do local submarino para estar em tração, e configurar pelo menos uma região de uma porção intermediária do tubo ascendente localizada entre as porções superior e inferior para estar em compressão, em que o tubo ascendente compreende um tubo que tem uma parede de tubulação compreendendo o material compósito, em que a parede de tubo compreende ou define uma variação local de construção para fornecer uma variação local em uma propriedade do tubo de modo a para facilitar a curvatura em regiões localizadas em que, em uso, o tubo ascendente define uma disposição espacial não linear de tal modo que o material compósito e a disposição espacial não linear acomodam o movimento do corpo flutuante em relação ao local submarino.