BR112015002547B1 - conjunto de tubos - Google Patents

Abstract

CONJUNTO DE TUBOS, E, MÉTODOS PARA CONECTAR UM CONJUNTO DE TUBOS À INFRAESTRUTURA, E PARA FORMAR UM CONJUNTO DE TUBOS A SER CONECTADO À INFRAESTRUTURA. Um conjunto de tubos (10) compreende um tubo compósito (12) tendo um material compósito formado de pelo menos um material da matriz e uma pluralidade de elementos de reforço embutidos no material da matriz. O conjunto de tubos (10) compreende adicionalmente uma ponta do tubo metálico (14) presa a uma região de extremidade do tubo compósito (12) e configurada para suportar um conector (20) para permitir que o conjunto de tubos (10) seja preso à infraestrutura separada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção diz respeito a um conjunto de tubos o qual inclui um tubo compósito.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Tubos compósitos são usados ou foram propostos para uso em numerosas aplicações, tais como na indústria de exploração e produção de óleo e gás, para o transporte de fluidos e equipamento.

[003] Os tubos compósitos tipicamente incluem uma estrutura de parede composta de fibras reforçadas embutidas dentro de uma matriz. E com frequência o caso em que tais tubos compósitos sejam destinados para uso em aplicações que têm tipicamente empregado tubos metálicos convencionais e infraestrutura associada e, como tal, uma importante consideração de projeto é assegurar compatibilidade com as condições operacionais e de infraestrutura já existentes. O arranjo do material compósito é uma preocupação crucial para assegurar que exigências de trabalho sejam satisfeitas. Também a capacidade de proporcionar uma conexão entre o tubo compósito e infraestrutura requerida é também uma consideração significativa. Foi proposto na técnica prévia formar integralmente um conector compósito, tal como um conector de extremidade com o tubo. Isto pode envolver geometrias compósitas e técnicas de manufatura complexas de serem empregadas. US2011/0215569 revela um arranjo no qual um tubo compósito pode ser conectado com um tubo de metal por meio de um conector que compreende uma superfície tronco-cônica, a qual é forçada para o interior do tubo compósito. WO-A-Ol/25667 também mostra um tubo compósito que é conectado a uma ponta metálica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] De acordo com a presente invenção, é provido um conjunto de tubos compreendendo: um tubo compósito compreendendo um material compósito formado de pelo menos um material matriz e uma pluralidade de elementos de reforço embutidos dentro do material matriz; e uma ponta de tubo metálico presa a uma região de extremidade do tubo compósito e configurada para suportar um conector, para permitir que o conjunto de tubos seja preso à infraestrutura separada, dito conjunto de tubos compreendendo um conjunto de conexão para prender a ponta do tubo metálico ao tubo compósito, onde o tubo compósito define um perfil de carga configurado para ser engatado pelo conjunto de conexão de modo a permitir que uma força de conexão seja aplicada entre os mesmos, onde o conjunto de conexão define um perfil de carga complementar que é configurado para interengatar com um respectivo perfil de carga sobre o tubo compósito, sendo que o tubo compósito define um perfil de carga em forma de cunha, dito perfil de carga em forma de cunha formado a partir de um material compósito, onde o tubo compósito define uma região estendida de espessura de parede aumentada na região de extremidade da mesma e onde o perfil de carga em forma de cunha é integralmente formado com o tubo compósito.

[005] Por conseguinte, o conjunto de tubos inclui um tubo compósito e, assim, exibe vantagens, tais como, peso leve, uma taxa de tensão melhorada, flutuabilidade melhorada, resistência à fadiga, propriedades térmicas, etc. Além disso, o conjunto de tubos inclui uma ponta de tubo metálico que define uma extremidade do conjunto de tubos e facilita a conexão com uma infraestrutura separada. Este arranjo pode, portanto, permitir o uso de arranjos de conexão convencionais que, tipicamente, se encontram associados com as estruturas de tubo metálicas e que são verificadas e aceitas na indústria (tal como indústria de óleo e gás), incluindo os flanges API, flanges Greylock, flanges giratórios, conectores de pino e caixa, conexões soldadas, etc.

[006] Além disso, a combinação particular de um tubo compósito e a ponta de tubo metálico conectada para facilitar a conexão com infraestrutura particular pode ser de modo que a ponta do tubo (e qualquer conector preso e/ ou infraestrutura presa) seja submetida a cargas muito mais baixas do que se fosse parte de uma estrutura toda de aço, em virtude da flexibilidade relativa do material compósito do tubo compósito, o que reduz a transferência de carga entre eles. Por conseguinte, uma ponta de tubo metálico classificada equivalente pode ter um fator de segurança mais elevado.

[007] Além disto, a presente invenção poderá permitir que um inteiro conjunto de tubos seja proporcionado, em que o tubo compósito e a ponta de tubo combinados definem uma classificação específica, por exemplo, associada com diâmetro do conjunto de tubos.

[008] O conjunto de tubos pode compreender duas pontas de tubo metálicas, uma localizada em cada extremidade do tubo compósito. Portanto, tal arranjo pode permitir que extremidades opostas do conjunto de tubos sejam presas em infraestrutura apropriada.

[009] O tubo compósito e ponta de tubo metálico podem definir uma classificação semelhante, tal como uma classificação de pressão similar, uma classificação estrutural, etc.

[0010] A ponta de tubo metálico compreende um conector configurado para permitir conexão com a infraestrutura externa. O referido conector pode compreender um flange, tal como um flange API, flange Greylock, flange rotativo, etc. O conector pode compreender um arranjo rosqueado, tal como um arranjo rosqueado afilado, arranjo rosqueado não-afilado, arranjo de rosca macho, arranjo de rosca fêmea ou similar. O conector pode compreender um arranjo de ressalto de carga tal como pode ser usado numa conexão tipo pinça, conexão em cunha ou similar. O dito conector pode compreender uma ou mais linguetas de pinça. O conector pode compreender um arranjo de niple ou similar. O conector pode compreender uma região de solda configurada para facilitar soldagem à infraestrutura externa. O conector pode compreender uma face de agarramento configurada para facilitar agarramento por infraestrutura externa, tal como agarramento por uma ou mais corrediças. O referido conector pode compreender uma ou mais corrediças. O dito conector pode compreender um içador de tubulação ou uma parte de um içador de tubulação. O conector pode compreender um conector de empurrar-encaixar.

[0011] A ponta de tubo metálico pode compreender um conector que é integralmente formado.

[0012] A ponta de tubo metálico pode ser configurada para receber ou ser presa a um conector separadamente formado, por exemplo, via a soldagem, intertravamento mecânico, interferência, arranjo rosqueado, etc.

[0013] A referida ponta de tubo metálico pode definir uma região de recebimento, configurada para receber um conector adequado. Tal arranjo pode permitir que um conector seja subsequentemente formado e/ou preso na/à ponta de tubo. Por exemplo, um conjunto de tubos pode ser suprida de acordo com o primeiro aspecto e um usuário final pode formar ou prender um conector requerido na/à ponta de tubo metálico. A região de recebimento pode ser provida em uma face extrema da ponta de tubo. A região de recebimento pode ser provida em uma superfície interna e/ou externa da ponta de tubo.

[0014] O tubo compósito pode ser maior do que a ponta de tubo, por exemplo, significativamente maior. Em tal arranjo, uma proporção maior do comprimento do conjunto de tubos pode ser definida pelo tubo compósito. Por conseguinte, as propriedades estruturais do tubo compósito podem dominar as propriedades estruturais do conjunto de tubos. O tubo compósito pode ser ao menos duas vezes tão longo quanto a ponta de tubo, pelo menos cinco vezes tão longo quanto a ponta de tubo, pelo menos dez vezes tão longo quanto a ponta de tubo, pelo menos quinze vezes tão longo quanto a ponta de tubo, por exemplo. Por conseguinte, o tubo compósito pode definir uma proporção maior do comprimento total do conjunto de tubos do que a ponta de tubo metálico. A ponta de tubo pode definir um comprimento que é entre 1 e 10 vezes o seu diâmetro, por exemplo, entre 1 e 5 vezes o seu diâmetro. O tubo compósito pode definir um comprimento que é mais do que 10 vezes o seu diâmetro.

[0015] Aquela ponta de tubo metálico define um diâmetro interno que é substancialmente equivalente ao diâmetro interno do tubo compósito. Tal arranjo pode permitir que o dito conjunto de tubos defina um diâmetro de furo interno substancialmente contínuo ao longo de seu comprimento. Isto pode facilitar propriedades de fluxo internas aperfeiçoadas, minimizar as restrições internas, permitir que o conjunto de tubos seja raspável, etc.

[0016] A ponta de tubo metálico e o tubo compósito podem definir substancialmente espessuras de parede iguais.

[0017] O tubo compósito e a ponta de tubo metálico podem ser presos juntos em relação extremidade-com-extremidade.

[0018] Pelo menos uma porção daquela ponta do tubo metálico pode ser recebida dentro de ou pode receber uma região de extremidade do tubo compósito.

[0019] A ponta de tubo metálico pode ser ligada ao tubo compósito, por exemplo, por ligação química, fusão de material ou similar.

[0020] A ponta de tubo metálico pode ser mecanicamente presa àquela região de extremidade do tubo compósito.

[0021] A ponta de tubo metálico pode ser mecanicamente presa àquela região de extremidade do tubo compósito com pré-carga entre elas. Tal pré- carga pode ser provida para acomodar as cargas e/ou as condições de serviço particular. Tal pré-carga pode ser provida para acomodar as cargas de serviço, tais como cargas mecânicas e de pressão, durante uso, enquanto minimizando possível separação do tubo compósito e ponta de tubo. Mais especificamente, a pré-carga pode permitir que qualquer vedação estabelecida entre aquele tubo compósito e a ponta de tubo metálico seja mantida, mesmo sob condições de serviço. A ponta de tubo metálico pode ser mecanicamente presa à região de extremidade do tubo compósito com pré-compressão entre elas. A referida pré- compressão pode permitir carga de tensão axial ser acomodada pelo conjunto de tubos durante uso.

[0022] Conjunto de tubos pode compreender um conjunto de conexão para prender a ponta de tubo metálico ao tubo compósito.

[0023] Pelo menos uma porção daquele conjunto de conexão pode ser integralmente formada com um de o tubo compósito e ponta de tubo metálico.

[0024] Pelo menos uma porção daquele conjunto de conexão pode ser separadamente formada de um ou de ambos do tubo compósito e da ponta de tubo metálico.

[0025] Um dentre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico pode ser integralmente formado com um conjunto de conexão e o outro dentre o tubo compósito e ponta de tubo metálico pode ser mecanicamente preso à conjunto de conexão.

[0026] O conjunto de conexão pode mecanicamente prender a ponta de tubo no tubo compósito.

[0027] O conjunto de conexão pode estabelecer uma força de conexão axial, tal como uma força de conexão compressiva axial entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. Um tal arranjo pode permitir que pré-carga axial, tal como pré-carga compressiva, seja estabelecida entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico.

[0028] O referido conjunto de conexão pode se estender através de uma interface entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico, para prover uma força de conexão entre eles, tal como uma força de conexão axial, por exemplo, uma força de conexão compressiva.

[0029] O conjunto de conexão pode compreender um mecanismo ou arranjo de carga para aplicar uma força de conexão entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. O mecanismo de carga pode compreender um arranjo rosqueado, arranjo de cavilha de ancorar, arranjo de carne, arranjo de fivela ou similar.

[0030] O conjunto de conexão pode ser ajustável para proporcionar uma força de conexão ajustável entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. Tal arranjo pode permitir uma desejada pré-carga entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico a ser obtida.

[0031] Um ou ambos o tubo compósito e ponta de tubo metálico podem compreender ou definir um perfil de carga configurado para ser engatado pelo conjunto de conexão, para permitir que uma força de conexão seja aplicada entre eles. Num arranjo como este, o conjunto de conexão pode compreender ou definir um ou mais perfis de carga complementares configurado(s) para interengatar(em) com um respectivo perfil de carga em um ou ambos do tubo compósito e da ponta de tubo metálico.

[0032] O perfil de carga compreende um perfil em cunha. O perfil de carga em forma de cunha é integralmente formado com o tubo compósito. Tanto o tubo compósito como a ponta de tubo metálico podem compreender um perfil de carga e o conjunto de conexão pode estar disposto para aplicar uma força de conexão entre ditos perfis de carga. Tanto o tubo compósito como a ponta de tubo metálico podem compreender um perfil de carga de formato comum, tal como ambos de uma forma de cunha. Tanto o tubo compósito como a ponta de tubo metálico podem compreender um perfil de carga de formato diferente. O tubo compósito define um perfil de carga em forma de cunha. O dito perfil de carga em forma de cunha pode ser formado de um material compósito, o qual pode ser o mesmo do ou similar ao material compósito do tubo compósito. O perfil em forma de cunha é integralmente formado com o tubo compósito, por exemplo, durante manufatura do tubo.

[0033] O perfil de carga em forma de cunha é proporcionado por uma espessura de parede crescente do tubo compósito em direção a uma extremidade dele. Tal uso de um perfil de cunha pode maximizar uma área de carga/contato entre tubo compósito e conjunto de conexão, o que pode facilitar distribuição da carga de conexão por toda a região de extremidade do tubo compósito. Um tal perfil de cunha pode auxiliar na estabilização de relações de envenenamento e pode elevar a dureza do aro do tubo compósito na sua região de extremidade. Isto pode ser usado para obter igualação desejada das propriedades estruturais do tubo compósito e do conjunto de conexão e/ou ponta de tubo metálico na interface entre eles. Por exemplo, um tal perfil em cunha pode funcionar para reduzir o movimento diferencial do tubo compósito, cujo material pode ser mais elástico, e do conjunto de conexão, que pode ser menos elástica.

[0034] O perfil em cunha do tubo compósito pode compreender um material compósito, em que a composição e o arranjo geométrico do material compósito, por exemplo, geometria dos elementos de reforço, são selecionados para prover propriedades estruturais particulares, tal como, para igualar mais proximamente àquelas do conjunto de conexão e/ou da ponta de tubo metálico na região da interface entre elas. Por exemplo, as orientações de elemento de reforço específicas ou ângulos de enrolamento podem ser selecionadas para prover propriedades estruturais particulares e comportamento dentro da região de extremidade do tubo compósito.

[0035] Aquele conjunto de conexão compreende um membro conector preso ao tubo compósito, com a ponta do tubo presa ao membro conector.

[0036] O conjunto de conexão pode compreender um arranjo de luva que se estende entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. O arranjo de luva pode compreender ou definir um ou mais perfis de carga complementares configurados para engatar um perfil de carga presente sobre o tubo compósito e/ou ponta de tubo metálico. O arranjo de luva pode compreender ou definir perfis de carga opostos, em que um perfil de carga é configurado para engatar em um perfil de carga complementar do tubo compósito, e o outro perfil de carga é configurado para engatar em um perfil de carga complementar daquela ponta de tubo metálico.

[0037] O arranjo de luva pode compreender uma luva ou colar que se estende através da interface entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. Luva pode compreender ou definir um ou mais perfis de carga complementares, configurados para encaixar em um perfil de carga presente no tubo compósito e/ou ponta de tubo metálico.

[0038] O referido arranjo de luva pode compreender uma estrutura de travamento separada, configurada para ser encaixada com a luva, em que a estrutura de travamento define um perfil de carga configurado para encaixar um perfil de carga em um do tubo compósito e ponta de tubo metálico. A estrutura de travamento pode ser configurada para ser, de maneira rosqueada, engatada com a luva. A estrutura de travamento pode ser configurada para ser intertravada com a luva, por exemplo, via um perfil de catraca ou similar. A estrutura de travamento pode compreender um anel de aperto. A estrutura de travamento pode ser circunferencialmente contínua. Isto pode requerer que a referida estrutura de travamento seja alimentada em uma extremidade do tubo compósito ou ponta de tubo. A estrutura de travamento pode ser provida em pelo menos dois segmentos ou componentes. Assim o arranjo pode facilitar a fixação e apropriado posicionamento da estrutura de travamento, sem requerer alimentar de uma extremidade do tubo compósito ou ponta de tubo. Isto pode ser particularmente vantajoso em condições que não permitam que tal estrutura de travamento seja alimentada de uma extremidade do tubo compósito ou ponta de tubo, por exemplo, como poderia ser o caso em aplicações offshore, tais como em aplicações de óleo e gás submarinas.

[0039] Em uma forma de realização, a luva pode definir um perfil de carga configurado pra encaixar um perfil de carga complementar em um do tubo compósito e ponta de tubo metálico, e a estrutura de travamento pode definir um perfil de carga configurado para encaixar um perfil de carga complementar no outro do tubo compósito e ponta de tubo metálico. Em tal arranjo, o encaixe ou intertravamento, tal como encaixe rosqueado, entre a luva e a estrutura de travamento, pode estabelecer uma força de conexão entre os respectivos perfis de carga e, assim, entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico.

[0040] O referido arranjo de luva pode compreender duas estruturas de travamento configuradas para serem encaixadas com extremidades opostas da luva, em que cada estrutura de travamento define um perfil de carga configurado para engatar os respectivos e complementares perfis de carga no tubo compósito e na ponta de tubo metálico. Em um tal arranjo, o encaixe ou intertravamento entre as estruturas de travamento e a luva pode estabelecer uma força de conexão entre os respectivos perfis de carga e, assim, entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico.

[0041] A luva pode definir uma região de saliência em uma parte que encaixa ou está em proximidade do tubo compósito. Tal região de saliência pode prover uma região de relevo estrutural. Tal arranjo pode funcionar para minimizar a carga local sobre o tubo compósito durante movimento de dobragem. A região de relevo pode ser provida por uma região de remoção de material, região de espessura de parede reduzida, um canal, fenda, detentor, rebaixo ou similar. Múltiplas regiões de relevo podem ser providas. A região de relevo pode ser provida em proximidade de uma região extrema da luva.

[0042] O conjunto de conexão pode compreender um arranjo de fivela, tal como um arranjo de fivela de alavanca sobre-o-centro.

[0043] O conjunto de conexão pode ser configurado para ser energizado ou composto pelo uso de uma ferramenta, tal como a ferramenta hidráulica. O conjunto de conexão pode definir perfis de encaixe apropriados para permitir engate com uma ferramenta e permitir transferência ou uma força de composição da ferramenta no conjunto de conexão.

[0044] O material compósito do tubo compósito pode funcionar para isolar ou pelo menos parcialmente isolar o conjunto de conexão dos efeitos térmicos de qualquer meio sendo transmitido através do conjunto de tubo. Isto pode auxiliar na minimização de cargas térmicas experimentadas pelo conjunto de conexão e, deste modo, possíveis expansão e contração diferenciais entre o conjunto de conexão e o tubo compósito. O conjunto de conexão pode ser de construção metálica ou pelo menos construção parcialmente metálica.

[0045] O referido conjunto de tubos pode compreender um arranjo de isolamento elétrico entre o tubo compósito e o conjunto de conexão. Tal arranjo pode funcionar para minimizar a corrosão potencial dentro do conjunto de tubo, por exemplo, dentro do conjunto de conexão. Pelo menos uma parte do arranjo de isolamento elétrico pode ser integralmente formada com o tubo compósito, por exemplo, integralmente formada com um perfil de carga do tubo compósito. Numa forma de realização, o tubo compósito pode compreender um material dielétrico numa sua região de superfície que, em uso, é encaixado com o conjunto de conexão. O material dielétrico pode compreender ou definir parte do material compósito do tubo compósito. O material dielétrico pode ser definido por um material compósito compreendendo uma matriz dielétrica e elementos de reforço dielétricos embutidos nele. O material dielétrico pode ser integralmente formado com a matriz do tubo compósito. Por exemplo, o material dielétrico pode definir uma parte da matriz do tubo. Aquele material dielétrico pode ser livre de elementos de reforço. O material dielétrico pode compreender vidro-E, por exemplo, elementos de reforço de vidro-E, PEEK ou similar, ou qualquer combinação adequada.

[0046] Pelo menos uma parte do arranjo de isolamento elétrico pode ser separadamente formada e interposta entre o tubo compósito e o conjunto de conexão.

[0047] Em algumas formas de realização, uma região de extremidade do tubo compósito pode diretamente encaixar na ponta de tubo metálico. Em outras formas de realização, as regiões de extremidade do tubo compósito e ponta de tubo metálico podem ser isoladas entre si. Tal isolamento pode ser provido para estabelecer o isolamento elétrico entre elas, isolamento térmico entre elas ou similar. Tal isolamento pode ser provido para proteger um ou ambos dentre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico de carga mecânica particular, tal como carga desnivelada.

[0048] O conjunto de tubos pode compreender um membro de encaixe interposto entre as regiões de extremidade do tubo compósito e a ponta de tubo metálico. O membro de encaixe pode ser preso entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico, quando uma carga de conexão é aplicada entre eles.

[0049] O membro de encaixe pode funcionar como uma vedação.

[0050] O membro de encaixe pode funcionar para proteção de um ou ambos do tubo compósito e da ponta de tubo metálico de carga mecânica particular, tal como carga desnivelada.

[0051] Pelo menos parte do membro de encaixe pode compreender um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço embutidos dentro da matriz. A construção do material compósito do membro de encaixe pode ser configurada para permitir que o membro de encaixe preferencialmente deforme-se para acomodar a região de extremidade do tubo compósito. Tal arranjo pode funcionar para proteger a extremidade de pelo menos o tubo compósito de avaria quando exposto a conexão e outras cargas, tais como cargas operacionais.

[0052] Sem desejarmos ficar presos a uma teoria, acredita-se que uma causa de falhas em extremidades de tubo compósito pode ser da incapacidade de elementos de reforço substancialmente axiais, por exemplo, fibras, na ou próximo da região de extremidade do tubo, deformarem-se localmente para acomodar elevadas cargas locais tipicamente associadas a regiões de conexão, que podem ser exacerbadas por irregularidades na ou próximo da superfície extrema do tubo. Isto pode resultar em significativas variações de carga na ou próximo da superfície extrema do tubo. Uma pequena área da superfície de extremidade e/ou um número limitado de fibras substancialmente axiais do tubo podem localmente suportar elevada carga axial, provocando falha local das fibras do material compósito submetido a elevada carga axial. Elevada carga axial pode então ser transferida para outra pequena área da superfície de extremidade e/ou um número limitado de fibras substancialmente axiais da extremidade de tubo, o que pode resultar em falha em cascata de pequenas áreas da superfície de extremidade e/ou um número limitado de fibras axiais substancialmente da extremidade de tubo.

[0053] A construção do material compósito do membro de encaixe pode atuar para espalhar carga axial sobre a região de extremidade do tubo através da superfície de extremidade do tubo encaixado com, por exemplo, em contato com ou suporte do membro de encaixe, desse modo reduzindo o risco de falha da extremidade de tubo.

[0054] O membro de encaixe pode ser provido de acordo com aquele descrito no pedido co-pendente do requerente no PCT/GB2012/000027, cuja descrição é incorporada aqui por referência.

[0055] O membro de encaixe pode ser configurado para contatar ou apoiar, por exemplo, contato ou apoio de maneira selante, as regiões extremas do tubo compósito e ponta de tubo metálico.

[0056] O membro de encaixe pode ser configurado para acomodar as irregularidades de superfície da região de extremidade de pelo menos o tubo compósito.

[0057] O membro de encaixe pode ser configurado para acomodar a distribuição de carga preferencial, tal como distribuição de carga uniforme, por exemplo, dentro da parte extrema de pelo menos o tubo compósito.

[0058] O referido membro de encaixe pode compreender ou definir um primeiro lado substancialmente faceando a região extrema do tubo compósito, e um segundo lado substancialmente faceando a ponta de tubo metálico.

[0059] O membro de encaixe pode ser fixo em um ou ambos do tubo compósito e da ponta de tubo metálico. O membro de encaixe pode ser fixado ao tubo compósito. O membro de encaixe pode ser fixado em um ou ambos do tubo compósito e ponta de tubo metálico, por exemplo, por soldagem, fusão derretendo e solidificando, conexão mecânica, ligação adesiva ou similar.

[0060] Construção do material compósito do membro de encaixe pode ser configurada de modo que pelo menos parte dos elementos de reforço, por exemplo, fibras, daquele material compósito do membro de encaixe possa ser orientado predominantemente em uma direção substancialmente transversal, por exemplo, substancialmente ortogonal, a um eixo geométrico, por exemplo, um eixo geométrico longitudinal, do tubo compósito, por exemplo, numa direção das irregularidades da face de extremidade ou superfície de extremidade do tubo. Por tal provisão, construção do material compósito do membro de encaixe pode ser configurada para preferencialmente deformar-se para acomodar ou para concordar com o tubo, particularmente irregularidades do tubo. Em tal arranjo, aquela matriz entre os elementos de reforço pode ser deformada no encaixe, por exemplo, contato, entre o membro de encaixe e a extremidade do tubo compósito e/ou ponta de tubo metálico.

[0061] Ao menos alguns dos elementos de reforço dentro do membro de encaixe podem mover-se, por exemplo, podem deformar-se, dobrar ou dilatar dentro da matriz, por exemplo, em relação entre si e/ou em relação à matriz, no encaixe com o tubo compósito e/ou a ponta de tubo metálico. Pelo menos alguns dos elementos de reforço podem mover-se, por exemplo, podem deformar-se, dobrar ou dilatar, preferivelmente transversalmente, por exemplo, ortogonalmente, no encaixe com o tubo compósito, por exemplo, em um plano substancialmente transversal a um eixo geométrico, por exemplo, a um eixo geométrico longitudinal do tubo compósito. O material matriz pode também deformar-se e/ou ceder para acomodar-se na região de extremidade do tubo compósito.

[0062] Ao menos alguns dos elementos de reforço, por exemplo, fibras, do material compósito do membro de encaixe podem ser providos em uma maneira aleatória dentro do material matriz. Tal arranjo pode permitir que o material matriz se deforme e quaisquer elementos de reforço afetados sejam dilatados ou deslocados, no encaixe com a região de extremidade de tubo compósito, assim permitindo que dita região seja acomodada.

[0063] Ao menos alguns dos elementos de reforço, por exemplo, fibras, do material compósito do membro de encaixe podem ser providos em uma maneira ordenada com uma direção global ou predominante de alinhamento dentro do material matriz. A direção ordenada pode ser selecionada para permitir que o material matriz se deforme e quaisquer elementos de reforço afetados sejam dilatados ou deslocados no encaixe com a região extrema de tubo compósito, assim permitindo que dita região seja acomodada.

[0064] Ao menos alguns dos elementos de reforço, por exemplo, fibras, do material compósito do membro de encaixe, podem ser predominantemente orientados em uma direção de modo que o membro de encaixe, por exemplo, sua matriz, possa ser capaz de acomodar e/ou de forma selante contatar a região de extremidade do tubo compósito e/ou região de extremidade da ponta de tubo metálico e/ou de substancialmente uniforme aplicar cargas compressivas na face de extremidade ou superfície de extremidade da região de extremidade do tubo compósito e/ou região de extremidade da ponta de tubo metálico, sem provocar avaria à região de extremidade do tubo e/ou região de extremidade da ponta de tubo.

[0065] O tubo compósito pode compreender um conjunto de vedação de furo, configurada para prover vedação dentro do furo do conjunto de tubos na interface entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico.

[0066] O referido conjunto de vedação de furo pode compreender uma estrutura de luva de vedação, que é fixada em uma região de interface entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. Uma luva de vedação pode ser fixada internamente à conjunto de tubo. Uma luva de vedação pode ser fixada externamente à conjunto de tubo.

[0067] A luva de vedação pode ser fixada internamente no interior do conjunto de tubos e dentro de um rebaixo circunferencial. Tal arranjo pode permitir que um diâmetro interno uniforme do conjunto de tubos seja obtido.

[0068] A dita luva de vedação pode se estender através de uma interface entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. Em tal arranjo, a luva de vedação pode encaixar de modo selante tanto no tubo compósito, quanto na ponta de tubo metálico.

[0069] A dita luva de vedação pode se estender através de uma interface entre um dentre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico e um membro de encaixe que é interposto entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico. Em uma forma de realização, a luva de vedação pode estender-se através de uma interface entre a ponta de tubo metálico e um membro de encaixe. Ainda, em uma forma de realização, a luva de vedação pode não se estender através de uma interface entre o tubo compósito e o membro de encaixe. Em um tal arranjo, tubo compósito pode não exigir um rebaixo ou qualquer modificação para acomodar uma luva de vedação, assim ajudando simplificar a manufatura do tubo compósito e, possivelmente, evitando quaisquer problemas estruturais que possam ser causados pela provisão de um rebaixo no tubo compósito.

[0070] Um membro de encaixe interposto entre o tubo compósito e a ponta de tubo metálico pode definir um rebaixo configurado para acomodar uma luva de vedação.

[0071] O tubo compósito define uma região estendida de espessura de parede aumentada em uma região de extremidade dele. Tal espessura de parede aumentada poder ainda ser aumentada em relação à parte remanescente do tubo compósito. A região estendida pode se estender para além de qualquer conjunto de conexão. A região estendida de espessura de parede aumentada pode também funcionar para prover propriedades mecânicas melhoradas do tubo compósito na região onde a carga é esperada ser a maior. A região estendida de espessura aumentada pode ser configurada para definir um reforço integral, tal como um reforço de dobra integral.

[0072] A espessura de parede aumentada é definida por uma espessura de parede crescente em direção a uma região de extremidade do tubo compósito. Tal espessura de parede crescente pode ser definida por um perfil afilado, por exemplo, um perfil afilado externo.

[0073] A região estendida de espessura de parede aumentada pode se estender pelo menos 1 m ao longo da região de extremidade do tubo compósito, pelo menos 3 m ao longo da região de extremidade do tubo compósito, pelo menos 5 m ao longo da região de extremidade do tubo, pelo menos 10 m ao longo da região de extremidade do tubo compósito, por exemplo.

[0074] Região estendida da espessura de parede pode ser integralmente formada com o tubo compósito durante a manufatura, por exemplo, formada por manipulação apropriada ou mediante a colocação do material compósito do tubo compósito.

[0075] A matriz pode compreender um material polimérico.

[0076] A matriz pode compreender um material termoplástico.

[0077] A matriz pode compreender um material termocurado.

[0078] A dita matriz pode compreender uma poliaril éter cetona, uma poliaril cetona, um poliéter cetona (PEK), um poliéter éter cetona (PEEK), um policarbonato, etc., ou qualquer combinação deles. A matriz pode compreender uma resina polimérica, tal como uma resina epóxi ou similar.

[0079] Elementos de reforço podem compreender elementos contínuos ou alongados. Os elementos de reforço podem compreender qualquer um ou uma combinação de fibras poliméricas, por exemplo, fibras de aramida, ou fibras não-poliméricas, por exemplo, carbono, vidro ou elementos de basalto ou similar. Elementos de reforço podem compreender fibras, fios, filamentos, nanotubos ou similares. Elementos de reforço podem compreender elementos descontínuos.

[0080] A matriz e elementos de reforço podem compreender materiais similares ou idênticos. Por exemplo, elementos de reforço podem compreender o mesmo material que a matriz, muito embora numa forma fibrosa, esticada, alongada ou similar.

[0081] O conjunto de tubos pode ser configurada para uso no transporte de hidrocarbonetos ou fluidos associados à exploração e à produção de hidro- carbonetos, tais como água, lama de perfuração, fluido de purga, produtos químicos tais como ácidos, fluido de fratura e similares.

[0082] O conjunto de tubos poderá definir uma linha de fluxo, ponte, conduto, membro de tubo de subida ou similar.

[0083] De acordo com um segundo aspecto, é provido um método para conectar um conjunto de tubos à infraestrutura, compreendendo: prender uma ponta de tubo metálico a uma região extrema de um tubo compósito, em que o tubo compósito compreende material formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de elementos de reforço embutidos dentro da matriz; prover um conector sobre a ponta de tubo metálico; conectar o conjunto de tubos à infraestrutura via o conector na ponta de tubo metálico.

[0084] O dito método pode compreender prover uma ponta de tubo metálico que inclui um conector preformado.

[0085] O método pode compreender primeiro prender a ponta de tubo metálico ao tubo compósito e, em seguida, prender um conector separadamente formado à ponta de tubo metálico.

[0086] De acordo com um terceiro aspecto, é provido um método para formar um conjunto de tubos a ser conectada à infraestrutura, método este que compreende: prender uma ponta de tubo metálico a uma região de extremidade de um tubo compósito, em que o tubo compósito compreende um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de elementos de reforço embutidos dentro da matriz; prover um conector sobre a ponta de tubo metálico que é configurada para uso na conexão do conjunto de tubos à infraestrutura.

[0087] O método pode compreender prover uma ponta de tubo metálico que inclui um conector preformado.

[0088] O método pode compreender primeiro prender a ponta de tubo metálico ao tubo compósito e então prender um conector separadamente formado à ponta de tubo metálico.

[0089] O método de acordo com segundo e/ou terceiro aspectos pode compreender o uso do conjunto de tubos de acordo com o primeiro aspecto e como tal, detalhes definidos em relação ao primeiro aspecto podem aplicar-se ao método de acordo com segundo e/ou terceiro aspectos.

[0090] De acordo com um quarto aspecto, é provido um conjunto de tubos, compreendendo: um tubo compósito compreendendo um material compósito formado de pelo menos um material matriz e uma pluralidade de fibras de reforço embutidas dentro do material matriz; um membro conector preso a uma região de extremidade do tubo compósito e definindo uma estrutura de conexão, para permitir conexão de um objeto à conjunto de tubo; e um arranjo de carga configurado para reter uma carga compressiva entre o tubo compósito e o membro conector.

[0091] Por conseguinte, no conjunto de tubos deste quarto aspecto, o membro conector é preso ao tubo compósito com carga compressiva retida entre eles pelo arranjo de carga. Quando tal carga é retida dentro da estrutura de tubo antes de qualquer conexão ser feita com um objeto, esta carga pode ser considerada ser uma pré-carga. Tal pré-carga pode ser provida para acomodar cargas e/ou condições de serviço particulares. Tal pré-carga pode ser provida para acomodar cargas de serviço, tais como cargas mecânicas e de pressão, durante uso enquanto minimizando possível separação do tubo compósito e membro conector. Mais especificamente, a pré-carga pode permitir que qualquer vedação estabelecida entre o tubo compósito e o membro conector seja mantida, mesmo sob condições de serviço.

[0092] O arranjo de carga pode ser configurado para prover a carga compressiva entre o membro conector e o tubo compósito. Alternativamente, uma carga compressiva pode ser aplicada através de um aparelho separado e esta carga então retida pelo arranjo de carga.

[0093] O membro conector pode compreender ou ser formado por um material metálico, tal como aço.

[0094] O membro conector pode compreender uma ponta de tubo. A ponta de tubo pode ser configurada para suportar um conector para permitir que o conjunto de tubos seja presa a um objeto separado ou infraestrutura. A ponta de tubo pode ser mais curta do que o tubo compósito.

[0095] A estrutura de conexão do membro conector pode compreender uma rosca configurada para possibilitar que um objeto seja rosqueadamente acoplado à conjunto de tubo. A rosca pode incluir uma rosca interna. A rosca pode incluir uma rosca externa.

[0096] A estrutura de conexão do membro conector pode compreender que um perfil de conexão seja encaixado por um correspondente perfil em um objeto a ser conectado à conjunto de tubo.

[0097] O membro de conexão pode permitir que mais um tubo seja acoplado nele.

[0098] O membro conector pode compreender uma luva que inclui o perfil de conexão.

[0099] O arranjo de carga pode compreender uma luva, tal como uma luva rosqueada, configurada para encaixar no membro conector.

[00100] O conjunto de tubos pode compreender um conjunto de conexão para prender o membro conector ao tubo compósito.

[00101] Pelo menos uma parte do conjunto de conexão pode ser integralmente formada com um do tubo compósito e membro conector.

[00102] Pelo menos uma parte do conjunto de conexão pode ser separadamente formada de um ou ambos do tubo compósito e membro conector.

[00103] Um dentre o tubo compósito e o membro conector pode ser integralmente formado com um conjunto de conexão e o outro dentre o tubo compósito e o membro compósito pode ser mecanicamente preso à conjunto de conexão.

[00104] O conjunto de conexão pode mecanicamente prender o material compósito ao tubo compósito.

[00105] O arranjo de carga pode fazer parte do conjunto de conexão.

[00106] O conjunto de conexão pode estender-se através de uma interface entre o tubo compósito e o membro conector, para prover uma força de conexão entre eles.

[00107] Um ou ambos do tubo compósito e do membro conector pode compreender ou definir um perfil de carga configurado para ser engatado pelo conjunto de conexão, para permitir que uma força de conexão seja aplicada entre eles. Em tal arranjo, o conjunto de conexão pode compreender ou definir um ou mais perfis de carga complementares configurados para interengatar com um respectivo perfil de carga em um ou ambos do tubo compósito e o membro conector. O perfil de carga compreende um perfil de cunha. Um perfil de carga pode ser integralmente formado com o membro conector. Um perfil de carga pode ser separadamente formado e subsequentemente preso a um membro conector.

[00108] Tanto o tubo compósito, quanto o membro conector, podem compreender um perfil de carga e o conjunto de conexão pode ser disposta para aplicar uma força de conexão entre ditos perfis de carga. Tanto o tubo compósito como o membro conector podem compreender um perfil de carga de formato comum, tal como de uma forma de cunha, forma de ressalto ou similar.

[00109] Tanto o tubo compósito, quanto o membro conector, podem compreender um perfil de carga de diferente formato. O tubo compósito define um perfil de carga em forma de cunha. O perfil de carga em forma de cunha pode ser formado de um material compósito, que pode ser o mesmo ou similar ao material compósito do tubo compósito. Aquele perfil em forma de cunha é integralmente formado com tubo compósito, por exemplo, durante manufatura do tubo. O perfil em forma de cunha pode ser inicialmente provido como um componente pré-formado e, subsequentemente, preso a um tubo compósito pré-formado, por exemplo, por fusão de material, tal como por derretimento e solidificação.

[00110] O perfil de carga em forma de cunha é proporcionado por uma crescente espessura de parede do tubo compósito em direção à extremidade do mesmo. Tal uso de um perfil de cunha pode maximizar uma área de carga/contato entre tubo compósito e conjunto de conexão, o que pode facilitar distribuição da carga de conexão por toda a região de extremidade do tubo compósito. Tal perfil de cunha pode auxiliar em estabilizar a relação de dureza de aro do tubo compósito em sua região extrema.

[00111] O perfil de cunha daquele tubo compósito pode compreender um material compósito onde a composição e arranjo geométrico do material compósito, por exemplo, geometria dos elementos de reforço, são selecionados para prover propriedades estruturais, tais como para mais proximamente igualar aquelas do conjunto de conexão e/ou do membro conector na região da interface entre eles. Por exemplo, orientações de elemento de reforço específicas ou ângulos de enrolamento podem ser selecionados para prover propriedades estruturais particulares e comportamento dentro da região de extremidade do tubo compósito.

[00112] O conjunto de conexão pode compreender um arranjo de luva, que se estende entre o tubo compósito e o membro conector. O membro conector pode ser localizado dentro do arranjo de luva. O arranjo de carga pode ser preso, por exemplo, ajustavelmente preso, em relação ao arranjo de luva, para atuar sobre o membro conector e reter compressão entre dito membro conector e o tubo compósito.

[00113] O arranjo de luva pode compreender uma luva ou colar que se estende através da interface entre o tubo compósito e o membro conector. A luva pode compreender ou definir um ou mais perfis de carga complementares configurados para encaixar um perfil de carga presente no tubo compósito e/ou membro conector.

[00114] O arranjo de carga pode ser rosqueadamente encaixado com a luva. O arranjo de carga pode ser configurado para ser intertravado com a luva, por exemplo, via um perfil de catraca ou similar. O dito arranjo de carga pode compreender um anel de aperto. O mencionado arranjo de carga pode ser circunferencialmente contínuo. O arranjo de carga pode ser provido em pelo menos dois segmentos ou componentes.

[00115] Em uma forma de realização, a luva pode definir um perfil de carga configurado para encaixar em um perfil de carga complementar de um do tubo compósito e membro conector, e o arranjo de carga pode definir um perfil de carga configurado para encaixar num perfil de carga complementar do outro tubo compósito e membro conector. Em tal arranjo, o encaixe ou intertravamento, tal como encaixe rosqueado, entre a luva e o arranjo de carga pode estabelecer uma força de conexão entre os respectivos perfis de carga e, assim, entre o tubo compósito e o membro conector.

[00116] A luva pode definir uma região de saliência em uma parte que encaixa no ou está em proximidade do tubo compósito. Tal região de saliência pode prover uma região de relevo estrutural. Tal arranjo pode funcionar para minimizar carga local no tubo compósito durante o movimento de dobragem. A região de relevo pode ser provida por uma região de remoção de material, região de espessura de parede reduzida, um canal, uma fenda, detentor, rebaixo ou similar. Múltiplas regiões de relevo podem ser providas. A região de relevo pode ser provida nas proximidades de uma região de extremidade da luva.

[00117] Em algumas formas de realização, o membro conector definido de acordo como quarto aspecto, pode ser provido por uma ponta de tubo como definido em relação ao primeiro aspecto.

[00118] De acordo com um quinto aspecto, é provido um método para conectar um conjunto de tubos a um objeto, compreendendo: prender um membro conector que inclui uma estrutura de conexão a uma região extrema de um tubo compósito, em que o tubo compósito compreende um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de elementos de reforço embutidos dentro da matriz; reter uma carga compressiva entre o tubo compósito e o membro conector por um arranjo de carga; e conectar o conjunto de tubos a um objeto via a estrutura de conexão no membro conector. Deve ser entendido que os detalhes definidos em relação a um aspecto podem ser providos em combinação com qualquer outro aspecto.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00119] Estes e outros aspectos da invenção serão agora descritos, à guisa apenas de exemplo, com referência aos desenhos acompanhantes, em que: a Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma região de extremidade de um conjunto de tubos de acordo com uma forma de realização da presente invenção; as Figuras 2 e 3 são vistas seccionais diagramáticas de uma região de extremidade do conjunto de tubos mostrada na Figura 1, ilustrando conectores anexados de acordo com formas de realização alternativas; a Figura 4 é uma vista seccional diagramática de uma região de extremidade do conjunto de tubos, ilustrando um conector integralmente formado de acordo com uma forma de realização alternativa; a Figura 5 é uma vista seccional diagramática de uma parte do conjunto de tubos da Figura 1; a Figura 6 é uma vista seccional diagramática de uma região de extremidade de um conjunto de tubos de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção; a Figura 7 é uma vista seccional diagramática do conjunto de tubos tomada através da linha 7 - 7 da Figura 6; a Figura 8 é uma vista seccional diagramática de uma região de extremidade de um conjunto de tubos de acordo com mais uma forma de realização; e a Figura 9 é uma vista em seção transversal de uma região de extremidade de um conjunto de tubos de acordo com mais uma outra forma de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[00120] Uma vista em seção transversal de uma região de extremidade de um conjunto de tubos de acordo com uma forma de realização da presente invenção é ilustrada na Figura 1. O conjunto de tubos que, em termos gerais, é identificado pelo numeral de referência 10, define um trajeto de fluxo interno lie pode ser para uso em numerosas aplicações, tais como para uso no transporte de fluidos e/ou equipamento associado com a exploração e produção de hidrocarbonetos. Por exemplo, o conjunto de tubos 10 pode ser para uso como uma linha de fluxo para hidrocarbonetos ou similar. Como ilustrado na Figura 1, o trajeto de fluxo interno 11 define um diâmetro substancialmente uniforme, de modo que restrições internas são minimizadas. Isto pode prover numerosas vantagens, tais como evitar perfis de fluxo indesejados, evitando restrições internas, permitindo que operações de raspagem sejam executadas, etc.

[00121] O conjunto de tubos 10 inclui um tubo compósito 12 compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço embutidas dentro da matriz (a matriz e os elementos de reforço não são individualmente ilustrados). Embora qualquer material compósito adequado possa ser utilizado, na presente forma de realização a matriz pode compreender um material PEEK e os elementos de reforço podem compreender fibra de carbono. Além disso, o arranjo de fibras de carbono dentro da matriz pode ser provido em qualquer forma adequada, que pode ser ditada por exigências de trabalho, tais como pressões internas e externas, carga mecânica tal como carga axial, dobragem e similares. Em uma forma de realização, os elementos de reforço podem compreender fibras alongadas que são colocadas em apropriados ângulos de enrolamento relativos a um eixo geométrico central do tubo compósito 12.

[00122] O conjunto de tubos 10 compreende ainda uma ponta de tubo metálico 14, que é significativamente mais curta do que o tubo compósito 12 e é presa a uma extremidade do tubo compósito 12 via um conjunto de conexão 16 (descrita mais tarde abaixo). A ponta de tubo metálico 14 pode ser formada de qualquer material metálico adequado. Entretanto, na presente forma de realização a ponta de tubo 14 pode ser de construção de aço. Além disso, na presente forma de realização a ponta de tubo metálico 14 é da mesma classificação que o tubo compósito 12.

[00123] Na presente forma de realização, a ponta de tubo 14 inclui uma região de extremidade livre 18, a qual um conector pode ser preso e que pode ser usada para conectar todo o conjunto de tubos 10 à infraestrutura separada, tal como um coletor, outro tubo ou conjunto de tubo, um flange ou similar. Como tal na presente forma de realização, embora o tubo compósito 12 defina a maior proporção do comprimento do referido conjunto de tubos 10 e como tal incorpore significantes vantagens associadas com os materiais compósitos, um conector adequado para o conjunto de tubos 10 é definido no componente de ponta de tubo metálico 14. Este arranjo pode eliminar quaisquer problemas associados com diretamente prover um conector em um tubo compósito. Além disso, este arranjo pode permitir o uso de arranjos de conexão convencionais, que são tipicamente associados com as estruturas de tubo metálico e que são provados e aceitos na indústria (a indústria de óleo e gás na presente forma de realização exemplar).

[00124] Além disso, a combinação particular do tubo compósito 12 e da ponta de tubo metálico conectada 14, para facilitar a conexão com a infraestrutura separada, pode ser de modo que a ponta de tubo 14 e qualquer conector ou infraestrutura presos nela sejam submetidos a cargas muito mais baixas do que se fosse parte de uma estrutura toda de aço, em virtude da flexibilidade relativa do material compósito do tubo compósito 12, o que reduz a transferência de carga entre eles. Por conseguinte, uma ponta de tubo metálico classificada equivalente 14 e/ou conector preso nela pode ter um mais elevado fator de segurança.

[00125] Como observado acima, a extremidade livre 18 da ponta de tubo 14 pode receber e suportar um conector adequado. Tal arranjo pode permitir a um usuário receber ou formar o conjunto de tubos 10 e então aplicar ou prender um conector desejado na extremidade 18 da ponta de tubo 14, mantendo um nível de liberdade de projeto para o usuário, que pode ser difícil de prover com uma estrutura toda composta.

[00126] Será reconhecido que muitas diferentes formas de conector podem ser fixadas na extremidade 18 da ponta de tubo 14. Em uma forma de realização exemplar, ilustrada na Figura 2, um conector de flange 20 pode ser fixado na extremidade 18 da ponta de tubo 14 via uma solda 22. Em uma outra forma de realização, ilustrada na Figura 3, um conector de rosca macho 24, tal como um conector de pino rosqueado, pode ser soldado na extremidade 18 da ponta de tubo 14 via a gota de solda 22. Naturalmente, estes exemplos específicos são meramente exemplares e deve ser entendido que outros tipos de conectores podem ser utilizados, tais como conectores tipo pinça, conectores tipo de enfiar, flanges API, flanges Greylock, flanges giratórios, conectores com rosca fêmea e similares.

[00127] Como citado acima, na forma de realização específica ilustrada na Figura 1, um usuário pode ser livre para prender um conector desejado à extremidade 18 da ponta de tubo 14. Entretanto, em uma forma de realização alternativa, a ponta de tubo pode ser provida com um conector integralmente formado, por exemplo, integralmente fundido, usinado ou similar. Tal forma de realização exemplar é ilustrada na Figura 4, em que uma ponta de tubo, neste caso ilustrada pelo numeral de referência 14a, inclui um flange integralmente formado 26.

[00128] Com referência novamente à Figura 1, o arranjo de conexão 16, que fixa a ponta de tubo 14 no tubo compósito 12, inclui uma luva 30 que abarca através da interface entre as regiões extremas do tubo 12 e a ponta de tubo 14. Na presente forma de realização, a luva 30 é de construção metálico, por exemplo, aço, embora outros materiais possam ser utilizados para formar a luva 30, tais como materiais compósitos. A luva 30 define um perfil de carga conformado em cunha 32 em uma sua extremidade, que, em uso, encaixa em um perfil de carga conformado em cunha complementar 34 formado sobre o tubo compósito 12.

[00129] O arranjo de conexão 16 compreende ainda um anel de aperto 36, que rosqueadamente encaixa numa extremidade oposta da luva 30 a partir de seu perfil de cunha 32, via roscas interencaixantes 38. Na presente forma de realização, o anel de aperto 36 é de construção metálica, por exemplo, aço, embora outros materiais possam ser utilizados. Em uso, o anel de aperto 36 encaixa em um perfil de carga 40, provido na forma de uma região ou cubo virada, formada sobre a ponta de tubo 14. Por conseguinte, quando a conexão é realizada, as extremidades do tubo 12 e ponta de tubo 14 e, especificamente, o perfil de cunha 34 e região virada 40, tornam-se cativos entre a luva 30 e o anel de aperto 36, para prover uma conexão entre eles.

[00130] A luva 30 compreende numerosas chaves 42 (duas ilustradas na Figura 1), que facilitam o encaixe com uma ferramenta de montagem (não mostrada) que pode realizar rotação do anel de aperto 36 e luva 30. O anel de aperto 36 pode ser apertado via as roscas interencaixantes 38, para pressionar contra o cubo 40 da ponta de tubo 14, assim comprimindo o tubo compósito 12 e a ponta de tubo 14 juntas. A força de compressão particular estabelecida pela luva 30 e anel de aperto 36 pode estabelecer um nível de pré-carga, especificamente pré-compressão entre o tubo 12 e a ponta de tubo 14. Esta pré-carga pode minimizar o risco de separação do tubo 12 e ponta de tubo 14, quando em uso e sob carga, tal como com cargas estruturais, cargas de pressão, cargas cíclicas, cargas térmicas e similares. Isto é, a pré-compressão pode permitir que qualquer vedação entre o tubo 12 e a ponta de tubo 14 seja mantida durante condições de manutenção. Em algumas formas de realização, uma carga compressiva pode ser provida entre o tubo compósito 12 e a ponta de tubo 14, via um aparelho separado, e o anel de aperto então apertado para reter esta força compressiva aplicada.

[00131] A luva 30 inclui regiões de relevo 44, que auxiliam a minimizar a carga local sobre o tubo compósito 12 quando em uso, tal como cargas de dobragem e similares.

[00132] O perfil de carga conformado em cunha 34 da presente forma de realização é integralmente formado dentro do tubo compósito 12 e compreende o mesmo material compósito que o tubo 12. A provisão deste perfil de cunha 34, naturalmente, facilita a transferência de carga com o conjunto de conexão 16, como citado acima. Entretanto, este perfil de cunha 34 também funciona para ajudar a estabilizar a relação de Poisson e aumentar a rigidez do aro do tubo compósito em sua região de extremidade. Isto pode funcionar para reduzir o movimento diferencial do tubo compósito 12, cujo material é mais elástico e o conjunto de conexão 16 é menos elástica.

[00133] O conjunto de tubos 10 compreende ainda um membro de encaixe 50, que é interposto entre as extremidades do tubo 12 e a ponta de tubo 14. Na forma de realização específica mostrada, o membro de encaixe 50 é geralmente conformado em anel e é formado de um material compósito de uma matriz (especificamente PEEK) e uma pluralidade de membros de reforço (especificamente fibras de carbono) embutidos dentro da matriz. Além disso, o membro de encaixe 50 é inicialmente fixado à extremidade do tubo compósito, por exemplo, por fusão, ligação ou similar de material.

[00134] O membro de encaixe 50 pode funcionar para preferencialmente deformar para acomodar e auxiliar a proteger a região de extremidade de pelo menos o tubo compósito 12. Isto é, o membro de encaixe 50 pode preferencialmente deformar para mais uniformemente distribuir as cargas aplicadas através da face extrema do tubo compósito 12, que pode de outro modo estar sob risco de falha onde carga não uniforme é aplicada à estrutura composta.

[00135] Na presente forma de realização, as fibras do material compósito do membro de encaixe 50 são predominantemente orientadas em uma direção substancialmente circunferencial e as irregularidades da região de extremidade do tubo 12 podem estender-se em uma direção substancialmente axial. Por tal provisão, o membro de encaixe 50 pode atuar para espalhar a carga compressiva axial sobre a região de extremidade do tubo 12 através da maior parte da ou substancialmente toda a superfície extrema do tubo 12 encaixado com o membro de encaixe 50, desse modo reduzindo o risco de falha da extremidade de tubo.

[00136] Tal configuração permite que as irregularidades na extremidade do tubo 12 “encaixe”, ou seja, acomodada entre os comprimentos das fibras correndo predominantemente em uma direção substancialmente transversal, por exemplo, substancialmente perpendicular, devido à natureza resiliente da matriz. Assim, as fibras do material compósito do membro de encaixe 50 podem ser permitidas ou forçadas a dilatar no encaixe com a região de extremidade do tubo 12, por exemplo, deformar, dobrar ou mover dentro da matriz. Por tal provisão, a aplicação de cargas compressivas substanciais nas fibras de reforço, em uma direção axial relativa à orientação da fibra, pode ser evitada ou pelo menos reduzida, assim reduzindo a avaria potencial às partes conectadas.

[00137] O conjunto de tubos 10 compreende ainda uma vedação de furo na forma de uma luva de vedação 52, que abarca a interface entre o membro de encaixe 50 e a extremidade da ponta de tubo 14. Tal arranjo é particularmente vantajoso pelo fato de que a vedação de furo é provida remotamente por qualquer conjunto de conexão 16, o que pode auxiliar em prover uma estrutura simplificada. Como ilustrado na Figura 1, tanto o membro de encaixe 50 como a ponta de tubo 14 incluem respectivos rebaixos circunferenciais 54, 56, que acomodam a luva de vedação 52, permitindo que um trajeto de fluxo substancialmente uniforme 11 seja mantido.

[00138] O tubo compósito 12 define uma região estendida de aumentada espessura de parede 60, que se estende além do conjunto de conexão 16. Esta região estendida de espessura de parede aumentada 60 pode funcionar para prover melhoradas propriedades mecânicas do tubo compósito 12 na região em que a carga é esperada ser a maior, isto é, resultando no conjunto de conexão 16. A região estendida de espessura aumentada 60 pode ser configurada para definir um reforço integral, tal como um reforço de dobra integral.

[00139] A espessura de parede aumentada 60 da presente forma de realização é definida por uma espessura de parede crescente em direção a uma região de extremidade do tubo compósito 12, a fim de definir um perfil de afilamento externo.

[00140] A região estendida de espessura de parede aumentada 60 pode estender-se pelo menos 1 m ao longo da região de extremidade do tubo compósito, pelo menos 3 m ao longo da região de extremidade do tubo compósito, pelo menos 5 m ao longo da região de extremidade do tubo, pelo menos 10 m ao longo da região extrema do tubo compósito, por exemplo.

[00141] Na forma de realização descrita acima, a luva 30 do conjunto de conexão 16 inclui um perfil de cunha 32, que encaixa no perfil de cunha 34 formado na extremidade do tubo compósito 12. Em alguns exemplos, os materiais específicos usados na construção do tubo compósito 12 podem facilitar a condução elétrica entre o tubo 12 e o conjunto de conexão 16. Por exemplo, na forma de realização específica descrita acima, fibras de carbono são providas no tubo compósito 12. Manter um trajeto de condução elétrica entre o tubo 12 e o conjunto de conexão 16, em alguns casos, pode ser aceitável. Entretanto, em outros casos este trajeto de condução pode não ser desejado. Em uma forma de realização modificada, ilustrada na Figura 5, um material de isolamento elétrico 62 é provido na interface entre o tubo 12 e o conjunto de conexão 16. Mais especificamente, na forma de realização mostrada na Figura 5, o material compósito da região da superfície externa do perfil de cunha 34 é configurado para incluir tanto matriz dielétrica como elementos de reforço, tais como uma matriz PEEK e elementos de reforço de vidro-E. Entretanto, em outras formas de realização, uma camada de PEEK puro (isto é, livre de quaisquer elementos de reforço) pode ser provida na região de superfície do perfil de cunha 34. Em outra forma de realização, a construção do perfil de cunha 34 pode ser de modo que sua região de superfície seja mantida livre de fibras de carbono ou outro material eletricamente condutivo.

[00142] Prover isolamento elétrico entre o tubo compósito 12 e o conjunto de conexão 16 pode ajudar a minimizar a corrosão.

[00143] Na forma de realização ilustrada na Figura 1, o conjunto de conexão 216 inclui uma luva 30 com um perfil de carga conformado em cunha integrado 32. Este arranjo pode ser adequado para uso onde a luva 30 pode ser fixada sobre o tubo compósito 12 por uma extremidade oposta (não- ilustrada), ou onde o perfil de cunha 34 do tubo compósito é formado após a luva 30 ser fixada sobre o tubo. Entretanto, em algumas ocasiões nenhum dos procedimentos de fixação acima pode ser possível, tal como pode ser o caso em áreas com acesso restrito, tais como em um ambiente offshore. Em vista disto, uma forma de realização modificada da presente invenção pode ser provida, um exemplo da qual é ilustrado na Figura 6, referência à qual é agora feita.

[00144] Nesta forma de realização, o conjunto de tubos é geralmente similar àquela mostrada na Figura 1 e como tal detalhes iguais compartilham numerais de referência iguais, incrementados em 100. Como tal, o conjunto de tubos 110 inclui um tubo compósito e uma ponta de tubo metálico 114 conectados nela via um conjunto de conexão 116. O tubo 112 inclui um perfil de carga em cunha 134 e a ponta de tubo 114 inclui um perfil de carga em cubo 140 para facilitar a conexão via o conjunto de conexão 116. O conjunto de conexão 116 inclui uma luva 130 e um primeiro anel de aperto 136, que são rosqueadamente encaixados de modo que o primeiro anel de aperto 136 pode comprimir conta o cubo 140 da ponta de tubo 114. Além disso, o conjunto de conexão também inclui um segundo anel de aperto oposto 132, que é rosqueadamente encaixado com a luva 130. O segundo anel de aperto define um perfil de cunha que, em uso, encaixa no perfil de cunha 134 formado sobre o tubo compósito 112. Portanto, em uso, tanto os primeiro como segundo anéis de aperto 136, 132 podem ser girados em relação à luva 130, para prover uma força de conexão entre o tubo 112 e a ponta de tubo 114.

[00145] Para possibilitar que o conjunto de conexão 116 receba e conecte as extremidades do tubo 112 e ponta de tubo 114, os anéis de aperto 136, 132 são segmentados, como ilustrado na Figura 7, que é uma vista seccional tomada através da linha 7 - 7 da Figura 6. Deve ser observado que, embora a forma segmentada de somente o primeiro anel de aperto 136 seja ilustrada na Figura 7, o segundo anel de aperto 132 é de construção segmentada similar. Na presente forma de realização ilustrada, o anel de aperto 136 é compósito de dois segmentos 136a, 136b.

[00146] Portanto, em uso, as extremidades do tubo 112 e da ponta de tubo 114 podem ser inseridas na luva 130, com um membro de encaixe 150 posicionado entre elas. Uma vedação de furo também pode ser provida, porém não é ilustrada para clareza. Em seguida a isto, os anéis de aperto segmentados 132, 136 podem ser fixados sobre o tubo 112 e a ponta de tubo 114, respectivamente, e rosqueadamente encaixados com a luva 130 a um desejado torque, para estabelecer uma força de conexão entre o tubo 112 e a ponta de tubo 114.

[00147] Nas formas de realização descritas acima, o conjunto de conexão é provida inteiramente separada de tanto o tubo compósito como a ponta de tubo metálico. Entretanto, em algumas formas de realização, pelo menos uma parte do conjunto de conexão pode ser integralmente formada com um ou ambos dos tubo e ponta de tubo. Tal forma de realização exemplar é ilustrada na Figura 8, referência à qual é agora feita. Deve ser entendido que o arranjo da Figura 8 é grandemente similar àquele mostrado na Figura 1 e, como tal, componentes iguais compartilham numerais de referência iguais, incrementados em 200.

[00148] Assim, o conjunto de tubo, genericamente identificada pelo numeral de referência 210, inclui um tubo compósito 212 e uma ponta de tubo metálico 214 conectada nele via um conjunto de conexão 216. O conjunto de conexão inclui uma luva 230 que é integralmente formada com uma extremidade do tubo compósito 212. O conjunto de conexão 216 inclui ainda um anel de aperto 236, que é rosqueadamente encaixado com a luva 230 e, em uso, encaixa em uma parte de cubo 240 da ponta de tubo 214, para fixar a ponta de tubo 214 no tubo compósito 212. Como ilustrado, um membro de encaixe 250 pode ser provido. Além disso, uma vedação de furo pode também ser provida, porém não é ilustrada na Figura 8 para clareza.

[00149] Embora na forma de realização ilustrada na Figura 8 a luva 230 seja integralmente formada com o tubo compósito 230, em uma outra variação a luva pode ser integralmente formada com a ponta de tubo e um anel de aperto pode ser usado para prender o tubo compósito, que pode incluir um perfil de carga, tal como uma cunha, na luva/ponta de tubo.

[00150] Nas várias formas de realização descritas acima, o conjunto de tubos inclui uma ponta de tubo que é conectada a um tubo compósito com pré-carga entre eles. Entretanto, em outras formas de realização, um membro conector genérico pode ser fixado com pré-carga no tubo compósito, em que este membro conector permite conexão com um objeto, tal como uma ponta de tubo ou similar. Tal forma de realização é ilustrada na Figura 9, referência à qual é agora feita. O conjunto de tubos310 da Figura 9 é similar à conjunto 10 da Figura 1 e, como tal, detalhes iguais compartilham numerais de referência iguais, incrementados em 300.

[00151] O conjunto de tubos 310 define um trajeto de fluxo interno 311 para transporte de fluidos e/ou equipamento e inclui ainda um tubo compósito 312 compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e uma pluralidade de fibras de reforço embutidas dentro da matriz (a matriz e elementos de reforço não são individualmente ilustrados). O conjunto de tubos310 compreende ainda um membro conector metálico ou colar 314, que é preso contra uma extremidade do tubo compósito 312 via um conjunto de conexão 316. O membro conector 312 inclui uma rosca interna 70 que, em uso, é encaixada de maneira rosqueada com uma correspondente rosca 72 de um objeto, tal como um tubo 74.

[00152] O arranjo de conexão 316 inclui uma luva 30 que se estende sobre a extremidade do tubo 312 e o membro conector 314 é localizado concentricamente dentro da luva para encaixar a face extrema do tubo 312. Em algumas formas de realização, um componente pode ser interposto entre o tubo 312 e o membro conector 314. Na presente forma de realização descrita, a luva 330 é de construção metálica, por exemplo, aço, embora outros materiais possam ser utilizados para formar a luva 330, tal como materiais compósitos. A luva 330 define um perfil de carga conformado em cunha 332 em uma sua extremidade que, em uso, encaixa em um perfil de carga conformado em cunha complementar 334, formado sobre o tubo compósito 312.

[00153] O arranjo de conexão 316 compreende ainda um arranjo de carga na forma de um anel de aperto 336, que de maneira rosqueada encaixa na luva 330 via roscas interencaixantes 338. Na presente forma de realização, o anel de aperto 336 é de construção metálica, por exemplo, aço, embora outros materiais possam ser utilizados. Em uso, o anel de aperto 336 encaixa em um perfil de carga 340, provido na forma de uma região virada ou cubo, formado sobre o membro conector 314. Por conseguinte, quando a conexão é feita, as extremidades do tubo 312 e membro conector 314 e, especificamente, o perfil de cunha 334 e região virada 340, tornam-se cativas ente a luva 330 e anel de aperto 336, para prover uma conexão entre eles.

[00154] O tubo compósito 312 e o membro conector 314 são fixados juntos com uma pré-carga definida compressiva definida entre eles. Esta carga compressiva, uma vez obtida, é retida pelo anel de aperto 336. Em algumas formas de realização, aperto do anel de aperto 336 em relação à luva estabelece a pré-carga compressiva entre o tubo 312 e o membro conector 314.

[00155] O conjunto de tubos310 compreende ainda uma vedação de furo na forma de uma luva de vedação 352, que abarca a interface entre o tubo 312 e o objeto/tubo conectados 74. Como ilustrado na Figura9, tanto o tubo 312 como o objeto 74 incluem os respectivos rebaixos circunferenciais 354, 356, que acomodam a luva de vedação 52, permitindo que um trajeto de fluxo substancialmente uniforme 11 seja mantido.

[00156] Deve-se entender que as formas de realização descritas acima são meramente exemplares e que várias modificações podem ser feitas nelas, sem desvio do escopo da presente invenção.

Claims (15)

1. Conjunto de tubos (10), compreendendo: um tubo compósito (12) que compreende um material compósito formado de pelo menos um material de matriz e uma pluralidade de elementos de reforço embutidos dentro do material da matriz; e uma ponta de tubo metálico (14) que fica presa a uma região de extremidade do dito tubo compósito (12) e que é configurada para suportar um conector para permitir que o conjunto de tubos (10) fique preso à infraestrutura separada, o dito conjunto de tubos (10) compreendendo um conjunto de conexão (16) para prender a ponta do tubo metálico (14) ao tubo compósito (12), em que o tubo compósito (12) define um perfil de carga configurado para ser engatado pelo conjunto de conexão (16) de modo a permitir que uma força de conexão seja aplicada entre os mesmos, em que o conjunto de conexão (16) define um perfil de carga complementar (32) configurado para interengatar com um respectivo perfil de carga (34) sobre o tubo compósito (12), caracterizadopelo fato de que o tubo compósito (12) define um perfil de carga em forma de cunha (34), o dito perfil de carga em forma de cunha formado a partir de um material compósito, em que o tubo compósito (12) define uma região estendida de espessura de parede aumentada (60) na sua região de extremidade e em que o perfil de carga em forma de cunha (34) é integralmente formado com o tubo compósito (12).

2. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a ponta do tubo metálico (14) compreende um conector configurado para permitir conexão com a infraestrutura externa.

3. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a ponta do tubo metálico (14) define um diâmetro interno que é substancialmente equivalente ao diâmetro interno do tubo compósito.

4. Conjunto de tubos (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de a ponta do tubo metálico (14) e o tubo compósito (12) definirem espessuras de parede substancialmente iguais.

5. Conjunto de tubos (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que o conjunto de conexão (16) se estende através de uma interface entre o tubo compósito (12) e a ponta do tubo metálico (14) para proporcionar uma força de conexão entre os mesmos.

6. Conjunto de tubos (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de que o conjunto de conexão (16) compreende um mecanismo de carregamento ou arranjo para aplicar uma força de conexão entre o tubo compósito (12) e a ponta do tubo metálico (14).

7. Conjunto de tubos (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de que o conjunto de conexão (16) compreende um arranjo de luva que se estende entre o tubo compósito (12) e a ponta do tubo metálico (14).

8. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o arranjo de luva compreende uma luva (30) que se estende através de uma interface entre o tubo compósito (12) e a ponta do tubo metálico (14).

9. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que o arranjo de luva compreende pelo menos uma estrutura de travamento separada configurada para ser engatada com a dita luva (30), em que tal estrutura de travamento define um perfil de carga configurado para engatar um perfil de carga sobre um dentre o tubo compósito (12) e a ponta do tubo metálico (14).

10. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma estrutura de travamento é circunferencialmente contínua.

11. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma estrutura de travamento é proporcionada em pelo menos dois segmentos ou componentes.

12. Conjunto de tubos (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações lall, caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto de vedação de furo configurado para proporcionar vedação dentro do furo do conjunto de tubos na interface entre o tubo compósito (12) e a ponta do tubo metálico (14).

13. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o conjunto de vedação de furo compreende uma estrutura de luva de vedação (52).

14. Conjunto de tubos (10) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a estrutura de luva de vedação (52) se estender entre o tubo compósito (12) e a ponta do tubo metálico (14).

15. Conjunto de tubos (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de a região estendida se estender para além de qualquer conjunto de conexão (16).

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