BR112015002632B1 - corpo de tubo flexível e método de fornecimento do mesmo - Google Patents

Abstract

CORPO de tubo FLEXÍVEL E MÉTODO DE FORNECIMENTO DO MESMO" . Um corpo de tubo flexível (100) e um método de produção de um corpo de tubo flexível, o corpo de tubo flexível incluindo uma camada resistente a colapso (801) que compreende um'a superfície radialmente interior e uma superfície radialmente extricar, a superfície radialmente interior que compreende uma pluralidade de protrusões substancial-mente regular (815) e/ou cavidades que se estendem em um'a direção perpendicular a uma tangente da superfície radialmente interior para romper u.ma camada limite (5.09) de fluido que flui ao longo do corpo de tubo flexível em uso.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um corpo de tubo flexivel e a um método de fornecimento de um corpo de tubo flexivel. Em particular, mas não exclusivamente, a presente invenção refere-se a um corpo de tubo flexivel que possui uma camada resistente a colapso interior com melhor desempenho em termos de fluxo de fluido através do corpo de tubo em comparação com desenhos conhecidos.

[0002] Tradicionalmente, tubo flexivel é utilizado para o transporte de fluidos de produção, tais como óleo e/ou gás e/ou água, a partir de um local para outro. Tubo flexivel é especialmente útil para conectar um local submarino (que pode ser debaixo da água profundo, a dizer 100 metros ou mais) para um local do nivel do mar. O tubo pode ter um diâmetro interno de, tipicamente, até cerca de 0,6 metro. Tubo flexivel é geralmente formado como uma montagem de um corpo de tubo flexivel e um ou mais acessórios finais. O corpo do tubo é tipicamente formado como uma combinação de materiais em camadas que forma um conduto contendo pressão, tubular. A estrutura de tubo permite grandes deslocamentos, sem causar tensões de flexão que comprometem a funcionalidade do tubo sobre sua vida. O corpo de tubo é geralmente construído como uma estrutura combinada incluindo camadas metálicas e poliméricas.

[0003] Ao longo deste relatório descritivo, referência será feita a um tubo flexivel. Deve ser entendido que um tubo flexivel é uma montagem de uma porção de um corpo de tubo e um ou mais acessórios finais, em cada um dos quais, uma respectiva extremidade do corpo tubo é encerrada. Figura 1 ilustra como o corpo de tubo 100 pode ser formado a partir de uma combinação de materiais em camadas que forma um conduto contendo pressão. Embora um número de camadas particulares seja ilustrado na Figura 1, é para ser entendido que a presente invenção é largamente aplicável a estruturas do corpo de tubo coaxiais, incluindo duas ou mais camadas fabricadas a partir de uma variedade de materiais possíveis. As espessuras de camada são mostradas apenas para fins ilustrativos.

[0004] Como ilustrado na Figura 1, um corpo de tubo inclui uma camada da carcaça mais interna 101 como uma camada resistente a colapso. A carcaça fornece uma construção de intertravamento que pode ser utilizada como a camada mais interna para evitar que, total ou parcialmente, o colapso de um revestimento de pressão interna 102 devido à descompressão do tubo, a pressão externa, e pressão de proteção de tração e cargas de esmagamento mecânico. A camada de carcaça pode ser formada a partir de um elemento de fita metálico alongado enrolado de modo helicoidal, em que os enrolamentos estão interligados com enrolamentos adjacentes para formar a construção interligada. Uma ilustração em corte de uma camada de carcaça conhecida 301 é mostrada na Figura 3. A Figura 4 mostra uma vista em seção transversal longitudinal através de uma parede da camada de carcaça 301. Uma tal camada de carcaça pode ser formada por dobragem de uma tira alongada de aço inoxidável, por exemplo, com uma seção transversal retangular, que tem uma seção transversal em forma de S inversa aproximada, e enrolando a tira de helicoidalmente, de tal modo que uma primeira porção em forma de gancho localiza sobre e se encaixa em uma porção em forma de gancho correspondente de um enrolamento adjacente. Como mostrado na Figura 4, as dimensões das regiões em forma de gancho podem permitir um grau de movimento entre os enrolamentos adjacentes na direção axial. O movimento pode ser benéfico em permitir que uma quantidade predeterminada de mistura do tubo flexivel.

[0005] Referindo-se de novo à Figura 1, o revestimento de pressão interna 102 funciona como uma camada de retenção de fluido e compreende uma camada de polímero que assegura a integridade do fluido interno. É para ser entendido que esta camada pode, ela própria, compreender um número de subcamadas. Será apreciado que, quando a camada de carcaça opcional é utilizada, o revestimento de pressão interna é, muitas vezes, referido por aqueles versados na técnica como uma camada de barreira. Em funcionamento, sem uma tal carcaça (denominada operação de furo liso), o revestimento de pressão interna pode ser referido como um forro.

[0006] Uma camada de proteção de pressão opcional 103 é uma camada estrutural, que aumenta a resistência do tubo flexivel para a pressão interna e externa e cargas de esmagamento mecânico. A camada também estruturalmente suporta o revestimento de pressão interna, e tipicamente, pode ser formada a partir de uma construção de intertravamento de fios enrolados com um ângulo de torção próximo a 90°. A camada de proteção de pressão é, muitas vezes, uma camada metálica formada a partir de aço carbono, por exemplo. A camada de proteção de pressão também pode ser formada a partir de compósito, polímero, ou outro material, ou uma combinação de materiais.

[0007] O corpo de tubo flexivel também inclui uma primeira camada de proteção de tração opcional 105 e segunda camada de proteção de tração opcional 106. Cada camada de proteção de tração é usada para sustentar cargas de tração e pressão interna. A camada de proteção de tração é, muitas vezes, formada a partir de uma pluralidade de fios metálicos (para conferir resistência à camada) a qual está localizada sobre uma camada interior e está enrolada de modo helicoidal ao longo do comprimento do tubo a um ângulo de torção tipicamente entre cerca de 10° a 55°. As camadas de proteção de tração são, muitas vezes, contraíeridas em pares. As camadas de proteção de tração são, muitas vezes, camadas metálicas, formadas a partir de aço carbono, por exemplo. As camadas de proteção de tração também podem ser formadas a partir de compósito, polimero, ou outro material, ou uma combinação de materiais.

[0008] O corpo de tubo flexivel também mostrado inclui camadas opcionais de fita 104 as quais ajudam a conter camadas subjacentes e em certa medida, evitam a abrasão entre as camadas adjacentes.

[0009] O corpo de tubo flexivel também inclui, tipicamente, as camadas de isolamento opcionais 107 e um revestimento exterior 108, que compreende uma camada de polímero usada para proteger o tubo contra a penetração de água do mar e outros ambientes externos, corrosão, abrasão e danos mecânicos.

[0010] Cada tubo flexível compreende, pelo menos, uma porção, algumas vezes referida como um segmento ou seção do corpo de tubo 100 junto com um acessório final localizado em, pelo menos, uma extremidade do tubo flexível. Um acessório final proporciona um dispositivo mecânico que forma a transição entre o corpo de tubo flexível e um conector. As diferentes camadas de tubo, como mostrado, por exemplo, na Figura 1 são terminadas no acessório final, de modo a transferir a carga entre o tubo flexível e o conector.

[0011] Figura 2 ilustra uma montagem de tubo ascendente 200 adequada para o transporte de fluido de produção, tal como óleo e/ou gás e/ou água a partir de uma localização debaixo da água 201 para uma instalação flutuante 202. Por exemplo, na Figura 2 a localização debaixo da água 201 inclui uma linha de fluxo debaixo da água. A linha de fluxo flexivel 205 compreende um tubo flexivel, totalmente ou em parte, repousando no fundo do mar 204 ou enterrado abaixo do fundo do mar e usado em uma aplicação estática. A instalação flutuante pode ser proporcionada por uma plataforma e/ou boia ou, como ilustrado na Figura 2, um navio. A montagem de tubo ascendente 200 é proporcionada como um tubo ascendente flexivel, isto é, um tubo flexivel 203 que liga o navio para a instalação do fundo do mar. O tubo flexivel pode estar em segmentos do corpo de tubo flexivel para conectar-se aos acessórios finais.

[0012] Será apreciado que existem diferentes tipos de tubo ascendente, como é bem conhecido por aqueles versados na técnica. Modalidades da presente invenção podem ser usadas com qualquer tipo de tubo ascendente, tal como um suspenso livremente (tubo ascendente livre, catenário), um tubo ascendente contido em certa medida (boias, correntes), tubo ascendente totalmente restringido ou fechado em um tubo (tubo I ou J) .

[0013] Figura 2 também ilustra como as porções de tubo flexivel podem ser utilizadas como uma linha de fluxo 205 ou ponte 206.

[0014] Tubo flexivel não-ligado tem sido utilizado para desenvolvimentos de águas profundas (menores do que 3.300 pés (1.005,84 metros)) e de águas ultraprofundas (maiores do que 3.300 pés). É o aumento da demanda por óleo que está fazendo com que a exploração ocorra, em profundidades maiores, onde fatores ambientais são mais extremos. Por exemplo, em tais ambientes de temperaturas de água profundas e ultraprofundas, a temperatura do fundo do oceano aumenta o risco de fluidos de produção refrigerando a uma temperatura que pode levar ao bloqueio do tubo. O aumento das profundidades também aumenta a pressão associada com o ambiente, no qual o tubo flexivel tem de funcionar. Como um resultado, a necessidade de altos niveis de desempenho das camadas do corpo de tubo flexivel é aumentada.

[0015] Tubo flexivel também pode ser usado para aplicações de águas rasas (por exemplo, menos do que cerca de 500 metros de profundidade) ou mesmo para aplicações da costa (por terra).

[0016] Como mencionado acima, tubos flexíveis de furo áspero e furo liso são conhecidos. Tubo flexivel de furo liso inclui uma camada de retenção de fluido chamada de um forro. Uma superficie interna lisa do revestimento define um furo ao longo do qual o fluido é transportado. Tubos flexíveis de furo liso são utilizados em várias aplicações, tais como para injeção de água, ou para aplicações de poucas águas. No entanto, em ocasião quando um furo é despressurizado, uma pressão acumulada em uma região do anel de tubo flexivel entre a camada exterior radialmente e linear pode causar o colapso linear, o que conduz a danos irreversíveis. Por isso, em algumas aplicações onde a resistência a colapso é importante, uma camada de carcaça é usada dentro da camada de retenção de fluido. Isto é uma aplicação assim chamada de furo áspero e a camada de carcaça, a qual é, muitas vezes, formada por tiras em forma de enrolamento helicoidal em uma forma de intertravamento, como mostrado em seção transversal na Figura 3, previne o colapso da camada de retenção de fluido sob a despressurização do furo, apoiando a camada de retenção de fluido.

[0017] Camadas de carcaça conhecidas geralmente fornecem um acabamento menos liso para a superfície interna do corpo de tubo comparado a um corpo linear, por causa do perfil de seção transversal particular da camada de carcaça. Por exemplo, como mostrado na seção transversal de carcaça da Figura 4, existe uma pluralidade de porções substancialmente planas 3031,2 e cavidades 3051,2 formando a superfície radialmente interior 307 da camada de carcaça 301. As camadas são uma área vazia do espaço não-preenchido e eficazmente se estendem radialmente para fora em uma forma do tipo rombóide aproximada 309 em seção transversal (mostrado em linhas tracejadas na Figura 4). É claro que, as cavidades apresentadas na seção transversal serão, na verdade, uma única camada que de helicoidalmente que se estende continuamente em torno da superfície interna da camada de carcaça 301, embora outras camadas de carcaça conhecidas possam ter outras configurações. Por causa de tais cavidades presentes em uma seção transversal de camada de carcaça, estas podem afetar adversamente o fluxo de fluido através do tubo.

[0018] Um problema que é experimentado com as aplicações de furo áspero é que a tira em forma de intertravamento de uma camada de carcaça tem um efeito negativo sobre o fluxo de fluido ao longo do tubo flexivel. Mais especificamente, em um tubo transportando gás, a superfície interna irregular da carcaça leva à formação de vórtices no fluxo de fluido que pode dar origem a variações de pressão. Essas variações de pressão podem causar problemas particularmente quando ocorre ressonância (as variações de pressão podem coincidir com as frequências de ressonância harmônica natural de partes do tubo ou estruturas ligadas resultando em uma multiplicação do efeito) . Estas flutuações de pressão e vibrações que são geradas podem causar danos e, finalmente a falha, através da fadiga de equipamento auxiliar ligado a um tubo flexivel. 0 termo vibração induzida por vórtice (VIV) foi invertido na técnica para descrever o fenômeno que resulta em tais problemas.

[0019] Mais especificamente, as variações de pressão geradas dentro de um tubo flexivel podem ser ouvidas como tons acústicos afiados conhecidos como "sibilo". As variações de pressão levam à vibração do tubo e tensões alternadas ao longo do tubo. Este problema tem sido observado para ocorrer a velocidades de exportação de fluido relativamente elevadas através do tubo ascendente. Como tal, se sibilo ocorrer, as taxas de produções têm que ser limitadas.

[0020] O problema de sibilo pode ser atribuido a fluir pulsações induzidas que são geradas sobre a superficie interna do tubo flexivel. Quando a frequência de desprendimento de vórtice excita a frequência natural acústica do gasoduto, ressonância entre vibrações estruturais, ondas acústicas permanentes e desprendimento de vórtice aparecem. Há 3 aspectos relacionados com o problema de sibilo - (i) desprendimento de vórtices em cavidades de carcaça (ii) energia acústica refletida a partir de extremidades do tubo e (iii) retorno entre o campo acústico e fluxo de fluido.

[0021] Os versados na técnica têm trabalhado para tentar "suavizar" a superficie interna da camada de carcaça de várias maneiras em uma tentativa para tentar reduzir os vórtices de fluxo de fluido e sibilo de tubo ascendente.

[0022] Alternativamente, WO2012/131354 descreve um elemento de desprendimento de vórtice fornecido no furo de um tubo.

[0023] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é proporcionado um corpo de tubo flexivel para o transporte de fluidos a partir de uma localização submarina, que compreende: uma camada resistente a colapso, que compreende uma superfície radialmente interior e uma superfície radialmente exterior, a superfície radialmente interior que compreende uma pluralidade de protrusões e/ou depressões substancialmente regulares que se estendem em uma direção perpendicular a uma tangente da superfície radialmente interior, para romper uma camada limite de fluido que flui ao longo do corpo de tubo flexivel em uso.

[0024] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é proporcionado um método de fornecimento de um corpo de tubo flexivel, que compreende: proporcionar uma camada resistente a colapso, que compreende uma superfície radialmente interior e uma superfície radialmente exterior, a superfície radialmente interior que compreende uma pluralidade de protrusões e/ou depressões substancialmente regulares que se estendem em uma direção perpendicular a uma tangente da superfície radialmente interior, para romper uma camada limite de fluido que flui ao longo do corpo de tubo flexivel em uso.

[0025] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é proporcionado um corpo de tubo flexivel substancialmente como aqui descrito com referência aos desenhos.

[0026] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção é proporcionado um método substancialmente como aqui descrito com referência aos desenhos.

[0027] Certas modalidades da invenção fornecem a vantagem de que um corpo de tubo flexivel é proporcionado, o qual tem boa resistência a colapso, mas impede ou reduz as vibrações induzidas ao vórtice em comparação com os desenhos do corpo de tubo conhecidos.

[0028] Certas modalidades da invenção proporcionam uma estrutura de tubo flexivel que fornece fluxo livre superior de fluidos através do seu furo em uso em comparação com as estruturas de tubo conhecidas.

[0029] A camada resistente a colapso pode ser uma camada de carcaça.

[0030] O corpo de tubo flexivel pode ainda compreender uma camada de barreira, uma camada de comprimento em forma de gancho, e uma camada de retenção de fluido exterior fornecidas radialmente para fora da camada resistente a colapso.

[0031] A descrição também engloba o uso do corpo de tubo flexivel para o transporte de fluidos de produção a partir de uma localização debaixo da água.

[0032] O método de fornecimento de um corpo de tubo flexivel pode compreender a formação de um elemento de fita alongada e enrolamento de helicoidalmente, o elemento de fita para formar a camada resistente a colapso.

[0033] O método de fornecimento de um corpo de tubo flexivel pode compreender a formação de uma pluralidade de elementos anulares discretos e intertravamento dos elementos anulares para formar a camada resistente a colapso.

[0034] O método de fornecimento de um corpo de tubo flexivel pode ainda compreender o fornecimento de uma camada de barreira, uma camada de resistência em forma de gancho, e uma camada de retenção de fluido exterior fornecidas radialmente para fora da camada resistente a colapso.

[0035] O método de fornecimento de um corpo de tubo flexivel pode ainda compreender a etapa de dobramento do elemento de folha alongada antes da formação do elemento de folha em uma configuração substancialmente cilíndrica.

[0036] Modalidades da invenção são descritas adicionalmente a seguir, com referência aos desenhos anexos, nos quais: Figura 1 ilustra um corpo de tubo flexivel; Figura 2 ilustra uma montagem de tubo ascendente; Figura 3 ilustra uma vista em corte de uma camada de carcaça conhecida; Figura 4 ilustra uma vista em seção transversal da camada de carcaça da Figura 3; Figura 5 ilustra o fluxo de fluido através de um corpo de tubo flexivel conhecido; Figura 6 ilustra uma vista ampliada de uma porção da Figura 5; Figura 7 ilustra a camada de carcaça de intertravamento após o processo da Figura 6; Figura 8 ilustra uma vista em corte de uma camada de carcaça, de acordo com a presente invenção; Figura 9 ilustra uma vista em seção transversal da camada de carcaça da Figura 8; Figura 10 ilustra uma vista ampliada de uma porção da Figura 9; Figura 11 ilustra uma vista ampliada de uma porção da Figura 10; Figura 12 ilustra um fluxo de fluido através de um corpo de tubo flexivel da presente invenção; Figura 13 ilustra uma vista ampliada da Figura 12; As Figuras 14a e 14b ilustram fluxo de fluido através de um corpo de tubo flexivel conhecido e através de um corpo de tubo da presente invenção, respectivamente.

[0037] Nos desenhos, números de referência similares referem-se a partes similares.

[0038] Os presentes inventores realizaram uma simulação de 2-D LES CFD (2-Dimensional Large Eddy Simulation Computational Fluid Dynamics) para identificar oscilações da camada de cisalhamento no fluxo de fluido percorrendo ao longo de um tubo flexivel. Em particular, os inventores estudaram o fluxo de fluido ao longo da direção longitudinal do furo de um tubo flexivel, exibindo uma seção transversal 2-dimensional através de um tubo flexivel durante o transporte do fluido. Tal como aqui utilizado, o termo camada de cisalhamento irá ser utilizado para denotar uma interface entre as porções de fluxo de fluido, em que um grande gradiente de velocidade está presente (por exemplo, a partir de uma velocidade de fluxo de 30 m/s para baixo de zero dentro dos interstícios da carcaça). Um versado na técnica irá perceber que o fluido que flui ao longo do furo de um tubo terá uma porção de fluido adjacente da parede de tubo que é submetida a forças de cisalhamento, causando assim, um fluxo mais turbulento (vorticidade) com o fluido que flui em diferentes velocidades. Outra porção de fluido, geralmente na porção central do tubo, será relativamente não-afetada pelas forças da parede do tubo. Em particular, quando uma superficie interna de um tubo não é suave, a vorticidade pode ser grande. 0 limite entre a área que é afetada por forças de cisalhamento e a área que é não-afetada por forças de cisalhamento é denominado a camada limite.

[0039] Figuras 5 e 6 ilustram os contornos de vorticidade de fluido que flui a partir da esquerda para a direita, como mostrado no diagrama ao longo do furo 520 de um tubo flexivel. Embora, naturalmente, uma seção transversal longitudinal através de um tubo irá mostrar duas paredes do tubo que encerram um furo do tubo, apenas uma das paredes da camada da carcaça 501 e uma parte do furo são mostradas na figura. Neste caso, o corpo de tubo flexivel testado inclui uma camada de carcaça conhecida 501 com um mesmo perfil de seção transversal como mostrado na Figura 4.

[0040] A camada de carcaça 501 foi formada a partir de um elemento de fita metálica alongada enrolada de modo helicoidal, em que os enrolamentos estão interligados com enrolamentos adjacentes para formar a construção tubular interligada. A camada de carcaça 501 foi formada por dobrar uma tira alongada de aço inoxidável, por exemplo, com uma seção transversal retangular, que tem uma seção transversal em forma de S inversa aproximada, com uma primeira extremidade dobrada para formar uma primeira porção em forma de gancho e uma segunda extremidade dobrada na direção oposta para formar uma segunda porção em forma de gancho, e uma porção do corpo central formada em forma diagonal. A tira foi enrolada de modo helicoidal, de modo que a primeira porção em forma de gancho localiza sobre e se encaixa em um vale correspondente da segunda porção em forma de gancho de um enrolamento adjacente. De acordo com a Figura 4, as dimensões das regiões em forma de gancho permitem um certo grau de movimento entre os enrolamentos adjacentes na direção axial.

[0041] O elemento de fita é formado no perfil em forma de "S" como mostrado na Figura 7 passando o elemento de fita entre os seis conjuntos de rolos de formação (não- mostrado) . O elemento de fita é enrolado em um espiral em torno de um mandril para intertravar cada seção de elemento de fita junto, fornecendo um comprimento continuo de carcaça (como mostrado na Figura 3). Como tal, o elemento de fita é dobrado um número de vezes, em locais e maneiras predeterminados, como o mesmo passa entre os rolos, apenas antes de alcançar o mandril.

[0042] Referindo-se agora às Figuras 5 e 6, as diferentes áreas de sombreamento mostradas no furo 520 ilustram o fluido que flui ao longo do furo em diferentes velocidades. Pode ser visto que o fluxo de fluido é afetado pela presença das cavidades 503i-a, as quais criam vórtices de fluxo de fluido como o fluido entra e sai das cavidades. 0 resultado é um fluxo de fluido turbulento ao longo da carcaça de superfície interna para a camada limite 509. Este fluxo de fluido turbulento pode levar a VIVs e sibilo de tubo ascendente, como discutido acima.

[0043] Figuras 8 a 11 ilustram uma porção da camada de carcaça 801, de acordo com a presente invenção. Mais especificamente, Figura 8 mostra uma porção em corte de uma porção de uma camada de carcaça 801 de um corpo de tubo flexível. Figura 9 mostra uma vista em seção transversal através da parede da camada de carcaça 801. Figura 10 mostra uma vista ampliada de uma porção da camada de carcaça mostrada na Figura 9, e Figura 11 ainda mostra uma vista ampliada de uma porção da camada de carcaça mostrada na Figura 10 (identificada como Área A). Pode ser visto que a camada de carcaça é similar, em alguns aspectos, às camadas de carcaça 301, 501 descritas acima e, por questões de brevidade, as mesmas características não serão discutidas. No entanto, a camada de carcaça 801 inclui as protrusões 8151-3 formadas sobre uma superfície 803 da folha formando a camada de carcaça 801. Como tal, as protrusões 815i-n são fornecidas sobre a superfície da parte frontal da lateral radialmente interior da camada. Uma vez que a folha formando a camada de carcaça teve uma configuração dobrada, existem cavidades 805 presentes ao longo da superfície radialmente interior (e radialmente exterior) da camada de carcaça. As cavidades são uma área vazio do espaço não-preenchido e efetivamente se estendem radialmente para fora em uma forma do tipo rombóide aproximada em seção transversal.

[0044] As protrusões 815i-n são formadas integralmente com a camada de carcaça, isto é, uma parte integrante da camada da carcaça. Como tal, a pluralidade de protrusões é unitária com a camada resistente a colapso.

[0045] As protrusões 815i-n estão em um arranjo substancialmente regular (isto é, regularmente espaçado) que se estende a partir da superficie 803 da camada de carcaça. É claro que, quando não observando na seção transversal, mas observando na forma 3-dimensional inteira, as protrusões mostradas irão atualmente se estender sobre substancialmente a superficie radialmente interior completa da camada de carcaça substancialmente cilíndrica 801. Como tal, as protrusões irão se estender em uma direção perpendicular a uma tangente da superficie interna cilíndrica. Uma protrusão 815 pode se estender de helicoidalmente, continuamente em torno da superficie interna da camada de carcaça. Aqui, as protrusões se estendem ao longo de um eixo longitudinal do corpo de tubo flexivel, bem como, em torno de uma circunferência do corpo de tubo flexivel. No entanto, será apreciado que as protrusões podem se estender apenas sobre uma porção ao longo de um eixo longitudinal do corpo de tubo, e/ou apenas parcialmente em torno de uma circunferência do corpo de tubo. A porção do corpo de tubo (camada de carcaça) pode estar em uma extremidade do corpo de tubo, ou em uma posição intermediária do corpo de tubo.

[0046] Reciprocamente, embora a descrição acima descreve uma pluralidade de protrusões, pode ser visto que a superfície 803 poderia igualmente ser descrita como tendo uma pluralidade de depressões.

[0047] Apropriadamente, as protrusões 815 têm uma altura dentre cerca de 1/1000 e 1/10 da profundidade de cavidades 805. Mais apropriadamente, as protrusões têm uma altura dentre cerca de 1/750 e 1/300, ou 1/300 e 1/100, ou 1/700 e 1/100, ou 1/70 e 1/10, a profundidade das cavidades 805, dependendo da espessura da tira e a forma criada no processo de fabricação. A altura de uma protrusão deveria ser medida da base da superfície 803 para seu pico. A profundidade da cavidade 805 deveria ser medida a partir das porções horizontais (de acordo com as Figuras 8 a 10) formando a superfície radialmente interior para a porção horizontal (de acordo com as Figuras 8 a 10) formando a base da cavidade 805.

[0048] Apropriadamente, a protrusão tem uma altura de cerca de 200 pm ou menos. Mais apropriadamente, a protrusão tem uma altura de cerca de 150 pm ou menos. Mais apropriadamente, a protrusão tem uma altura de cerca de 100 pm ou menos. Mais apropriadamente, a protrusão tem uma altura de cerca de 50 pm ou menos.

[0049] Apropriadamente, as protrusões são de altura iguais, ou variam em altura em 10% da altura total.

[0050] Apropriadamente, as cavidades são de profundidades iguais, ou variam em profundidade em 10% da profundidade total.

[0051] Apropriadamente, a cavidade tem uma profundidade em torno de 2,5 mm. Neste caso, as protrusões podem apropriadamente ter uma altura de 20 pm.

[0052] As protrusões são dispostas para romper a camada limite de fluido que flui ao longo do corpo de tubo flexivel.

[0053] As protrusões 815, nesta modalidade, são formadas durante a fabricação da folha usada para formar a camada de carcaça 801 (e antes de formar a folha em uma configuração cilíndrica). A qual é, um material geralmente de folha plana, por exemplo, metal, aço inoxidável, etc. é fornecido como um elemento de fita alongada (isto é, aproximadamente retangular na forma), tendo protrusões 815 formadas sobre um lado da folha. As protrusões são formadas como uma porção integral do elemento de fita. As protrusões podem ser formadas sobre a superfície da folha (i) durante a fabricação da própria folha, por exemplo, utilizando uma adequadamente em forma de rolo, e um rolo plano para enrolar a folha, ou (ii) realizar uma folha enrolada plana (lisa) finalizada e, em seguida, trabalhar a folha, de modo a formar depressões em uma superficie da folha, por exemplo.

[0054] Em seguida, em um processo de formação de gelo, a folha é sequencialmente dobrada em uma operação de múltiplos estágios usando rolos, para eventualmente fornecer uma seção transversal em forma de S reversa, aproximada, aberta, a qual é, em seguida, enrolada de helicoidalmente e fechada prensada (para intertravar com o rolo helicoidal adjacente, como pode ser visto na Figura 7) por rolos adicionais sobre um dimensionamento de mandril. Isto é, a folha é dobrada continuamente, ao longo do seu comprimento como a mesma passa através dos rolos (isto é, não necessariamente toda dobrada ao mesmo tempo). Cada enrolamento do elemento de fita é intertravado com seus enrolamentos adjacentes através do processo de intertravamento, de modo a fornecer uma camada tubular substancialmente cilíndrica (como mostrado na Figura 8). A tira é enrolada de helicoidalmente, de tal modo que uma primeira porção em forma de gancho localizada sobre e se encaixa em uma porção em forma de gancho correspondente de um enrolamento adjacente. Como mostrado na Figura 9, as dimensões das regiões em forma de gancho podem permitir um grau de movimento entre os enrolamentos adjacentes na direção axial. O movimento pode ser benéfico em permitir uma quantidade predeterminada de mistura do tubo flexivel. Como mostrado na Figura 9, a camada de carcaça 801 tem um número de cavidades 805 sobre o furo do lado da frente da camada.

[0055] Figuras 12 e 13 ilustram os contornos de vorticidade utilizando uma simulação de 2-D LES CFD de fluido que flui a partir da esquerda para a direita, como mostrado no diagrama ao longo do furo 820 de um tubo flexivel. Novamente, apenas uma parede da camada de carcaça 801 e uma parte do furo são mostradas na figura. Neste caso, o corpo de tubo flexivel testado inclui a camada de carcaça 801 com um perfil de seção transversal como mostrado na Figura 9. A Figura 13 ilustra uma vista ampliada da área em torno de uma cavidade 805.

[0056] A partir das Figuras 12 e 13, pode ser visto que a turbulência e a vorticidade de fluido adjacente à parede do corpo do tubo (camada de carcaça) são muito reduzidas em comparação com a estrutura conhecida mostrada nas Figuras 5 e 6. O fluxo de fluido é mais laminar em comparação com as Figuras 5 e 6. O fluido que flui ao longo do corpo de tubo é afetado pelas protrusões. As protrusões atuam, efetivamente, para dissipar as estruturas de vórtice de cavidade. O padrão da superfície de protrusões ajuda a criar a turbulência em micronivel, a qual extrai energia a partir das estruturas de vórtice maiores que poderiam estar presentes de outra forma (a qual causa VIVs) . Isto é, pequenos redemoinhos relativamente numerosos são criados em um fluxo turbulento, desse modo, dissipando as estruturas de fluxo maiores causadas pelas cavidades na camada de carcaça. Como tal, a velocidade periódica e oscilações de pressão na cavidade são reduzidas em comparação com as configurações conhecidas. Como tal, o padrão de fluxo resultante é melhorado.

[0057] Apropriadamente, a pluralidade de protrusões necessita ser de dimensões adequadas para gerar redemoinhos na faixa de dissipação na seção de turbulência, quebrando as estruturas turbulentas, sem causar as próprias grandes turbulências.

[0058] Figuras 14a e 14b mostram uma comparação da simulação de 2-D LES CFD que resulta entre uma camada de carcaça conhecida (Figura 14a) e a camada de carcaça da presente invenção (Figura 14b). Pode ser visto que, o arranjo da presente invenção fornece muitas oscilações de camada de cisalhamento reduzidas e de vorticidade em comparação com a configuração conhecida.

[0059] Em outra modalidade, ao invés de formar as protrusões antes da folha ser formada dentro de uma configuração cilíndrica para formar a camada de carcaça cilíndrica, as protrusões podem ser formadas ao mesmo tempo ao dobrar a folha. Mais especificamente, quando utilizando os processos de formação de gelo mencionados acima, um ou mais dos rolos utilizados para dobrar a folha podem ter um padrão de superficie não-liso denominado para recuar a folha em várias posições predeterminadas como a folha entra em contato com o rolo para dobramento.

[0060] Em ainda outra modalidade, as protrusões podem ser formadas ao mesmo tempo como o elemento de fita alongada (folha) é enrolado sobre o mandril. Mais especificamente, o mandril pode ter uma pluralidade de protrusões substancialmente regular, tal qual como o elemento de fita é enrolado sobre o mandril, as protrusões identificam a porção do elemento de fita (folha) que entra em contato com o mandril. Isto pode exigir que o elemento de fita seja enrolado com uma força suficiente para recuar o elemento de fita com as protrusões. Alternativa ou adicionalmente, o elemento de fita pode, a qualquer momento, ser maleável, como sendo aquecido, por exemplo, tal que a força menor é necessária para recuar o elemento de fita. Como tal, as protrusões sobre o mandril irão fornecer depressões correspondentes sobre a camada de carcaça.

[0061] Será apreciado que este método particular apenas será capaz de proporcionar protrusões/depressões para um grau limitado dentro de uma cavidade de uma camada de carcaça. No entanto, as protrusões/depressões previstas na superficie mais interna de uma camada da carcaça, no entanto, irão continuar a funcionar para reduzir as oscilações da camada de cisalhamento e de vorticidade.

[0062] Em ainda outra modalidade, as protrusões podem ser formadas em um momento depois da camada de carcaça substancialmente cilíndrica ter sido formada e opcionalmente depois de todo o tubo flexivel ter sido formado, ou depois da instalação do tubo. Isto é, após a formação de um elemento tubular substancialmente cilíndrico (que, nesta fase, pode ser idêntico às configurações de camada de carcaça conhecidas), a camada de carcaça pode ser "pigged"(a sonda PIG é uma Sonda de Inspeção de Condutas) utilizando uma ferramenta que é desenhada através do gasoduto. A sonda PIG pode ser moldada para ter um padrão de superfície não-liso nas suas extremidades, o qual entra em contato com a camada radialmente interior de um gasoduto. A sonda PIG pode ser denominada para recuar a camada de carcaça em várias posições predeterminadas como a sonda PIG entra em contato com a camada de carcaça. A sonda PIG pode ter um conjunto de escova, para permitir que a sonda PIG forme entalhes com uma ação de escovação agressiva. Alternativamente, a sonda PIG pode ter uma ferramenta de corte ou ferramentas como um anexo para permitir que as formas sejam cortadas a partir de ou impingidas radialmente para dentro da superfície interior do tubo. A sonda PIG pode atravessar, pelo menos, uma parte do comprimento do tubo e entalhe ou irritar a superfície radialmente interior da camada de carcaça.

[0063] Alternativamente, após a formação de um elemento tubular substancialmente cilíndrico, a superfície interior da camada de carcaça pode ser soprada ou perfurada com um material adequado, por exemplo, péletes ou hastes que são acionados por ar para a superfície da carcaça, causando cavidades para dentro da superfície da camada de carcaça. É claro que o material deve ser soprado ou perfurado para a superfície da carcaça com força suficiente, de modo a formar uma depressão de dimensões adequadas.

[0064] Várias modificações aos desenhos detalhados como descritas acima são possíveis. Por exemplo, embora as protrusões 815 tenham sido descritas acima como geralmente quadradas em uma seção transversal, as protrusões podem tomar qualquer forma, por exemplo, uma protrusão convexa (isto é, qualquer forma se projetando para o exterior), uma depressão côncava (isto é, qualquer forma se projetando para o interior), um polígono, um quadrado, um retângulo, um triângulo, ou qualquer combinação dos mesmos. As protrusões/depressões podem ser fornecidas ao longo de um eixo longitudinal central e/ou uma seção transversal realizada em uma direção ortogonal ao eixo longitudinal central.

[0065] A protrusão pode ser qualquer protrusão rígida ou de convexidade formada, de modo a ajudar a quebrar a camada limite e reduzir a vorticidade no fluido que flui através do corpo de tubo.

[0066] Embora as protrusões 815 tenham sido descritas acima como uma protrusão que se estende de helicoidalmente, continuamente em torno da superfície interior da camada de carcaça, outras configurações são possíveis. Por exemplo, a pluralidade de protrusões pode incluir listras ou linhas sinuosas ou ziguezague que se estendem em uma ou mais direções, ou têm formas discretas, por exemplo, um polígono, um quadrado, um losango, um retângulo, um triângulo, um círculo, uma elipse, ou qualquer combinação das mesmas, quando vistas radialmente de um centro do corpo de tubo.

[0067] Embora a camada de carcaça descrita acima seja de aço inoxidável, a camada de carcaça pode ser formada a partir de qualquer material adequado, por exemplo, aço de carbono, outro metal, compósito, polímero, ou outro material, ou uma combinação de materiais.

[0068] Embora a camada de carcaça descrita acima tenha sido descrita para incluir os enrolamentos helicoidais de um elemento de fita alongada, a camada de carcaça pode ser formada em outras maneiras. Por exemplo, a camada de carcaça pode ser formada a partir de uma pluralidade de elementos anulares discretos que tiveram porções de ligação, de modo a intertravar com os elementos anulares adjacentes. Os elementos anulares adjacentes podem ter uma ou mais cavidades que se estendem da superfície interior da camada de carcaça, tal como no ponto entre os elementos anulares adjacentes, ou em outras áreas da superfície interior da camada de carcaça.

[0069] Embora as modalidades acima tenham protrusões formadas integralmente com a camada resistente a colapso, as protrusões podem ser ligadas fixamente a uma camada resistente a colapso regular durante a fabricação do elemento de fita (antes do enrolamento). Por exemplo, as protrusões podem ser adicionadas por soldadura ou aderência ou aparafusamento ou outro método.

[0070] Embora a camada de carcaça acima descrita tenha sido descrita para incluir as protrusões/depressões que são regularmente espaçadas com protrusões/depressões que são espaçadas com cerca de 20%, ou 15%, ou 10% de margem de erro, ou semi-aleatórias ou aleatoriamente devem permitir que o corpo de tubo flexivel alcance os efeitos desejados.

[0071] Com o arranjo anteriormente descrito, verificou-se que a disposição da pluralidade de protrusões sobre a camada mais interna do corpo de tubo é eficaz para reduzir as oscilações da camada de cisalhamento e vorticidade de fluido que flui através do corpo de tubo em comparação com modelos conhecidos. Como tal, as oscilações de velocidade e da pressão geral na parte frontal da cavidade são grandemente reduzidas em amplitude e gravidade levando a um fluxo melhor, sem risco de vibrações de alta frequência causando um risco de falha por fadiga dos componentes de tubo ou equipamento na localidade em comparação com o desenho conhecido. Isto leva a uma menor amplitude das oscilações de fluxo de camada de cisalhamento e fontes acústicas mais fracas, reduzindo ou eliminando a pulsação acústica nas velocidades de fluxo tipicas na produção de gás.

[0072] O fornecimento das características aerodinâmicas visa desestabilizar intencionalmente o fluxo de fluido ao longo do tubo flexivel. Isto, na verdade, reduz as oscilações da camada de cisalhamento e de vorticidade do fluido.

[0073] Deve ser entendido também que a aplicação da presente invenção pode ser localizada dentro do comprimento do corpo de tubo, isto é, não é necessário aplicar as protrusões/depressões ao comprimento total do tubo. As seções do corpo de tubo próximas aos conectores de extremidade poderiam conter as protrusões/depressões para um comprimento linear do tubo suficiente para romper o fluxo de gás como existe o mesmo no tubo, de modo que as frequências de ressonância harmônica naturais de trabalho de tubo adjacente e estruturas não são produzidas, enquanto o comprimento do tubo restante pode permanecer fabricado a partir do material da técnica anterior. Alternativamente, os comprimentos de seção do corpo de tubo contendo as protrusões/depressões podem ser distribuídos em locais discretos ao longo do comprimento de tubo a fim de alcançar as supressões desejadas das vibrações acústicas.

[0074] A invenção descrita acima deve, portanto, ajudar na prevenção de sibilo de tubo ascendente indesejado, o que por sua vez, irá melhorar a vida de fadiga e aumentar a vida útil de um tubo flexivel.

[0075] Redução nas oscilações da camada de cisalhamento pode também conduzir a uma menor queda de pressão no fluxo de fluido através de um tubo flexivel. Taxas de produção aumentadas através do tubo podem, portanto, ser possíveis.

[0076] Além disso, a fabricação da camada de carcaça ou camada resistente a colapso da presente invenção pode ser facilmente implementada para dentro do processo de fabricação do corpo de tubo existente.

[0077] Será evidente para um versado na técnica que as características descritas em relação a qualquer uma das modalidades descritas acima podem ser aplicadas alternadamente entre as diferentes modalidades. As modalidades descritas acima são exemplos para ilustrar várias características da invenção.

[0078] Ao longo da descrição e das reivindicações deste relatório descritivo, as palavras "compreende" e "contém"e as variações das mesmas significam "incluindo mas não limitado/s a", e não se destinam a (e não) excluem outras porções, aditivos, componentes, números inteiros ou etapas. Ao longo da descrição e das reivindicações deste relatório descritivo, o singular inclui o plural, a menos que o contexto exija o contrário. Em particular, quando o artigo indefinido é usado, o relatório descritivo deve ser entendido como contemplando a pluralidade, bem como a singularidade, a menos que o contexto exija o contrário.

[0079] As características, números inteiros, características, compostos, porções químicas ou grupos descritos juntos com um aspecto particular, modalidade ou exemplo da invenção são para serem entendidos para serem aplicáveis a qualquer outro aspecto, modalidade ou exemplo aqui descrito, a menos que incompatível com o mesmo. Todas as características descritas neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações anexas, resumo e desenhos), e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo assim descrito, podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto combinações onde, pelo menos, algumas de tais características e/ou etapas são mutuamente exclusivas. A invenção não está restringida aos detalhes de quaisquer modalidades anteriores. A invenção estende-se a qualquer uma nova, ou qualquer combinação nova, das características descritas neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações anexas, resumo e desenhos), ou a qualquer uma nova, ou qualquer combinação nova, das etapas de qualquer método ou processo assim descrito.

[0080] A atenção do leitor é direcionada a todos os trabalhos e documentos que são depositados simultaneamente com ou anteriores a este relatório descritivo em ligação com este pedido e que estão abertos à inspeção pública com este relatório descritivo, e os conteúdos de todos tais trabalhos e documentos são aqui incorporados por referência.

Claims (13)

1. Corpo de tubo flexivel (100) para o transporte de fluidos de um local submarino caracterizado por compreender: uma camada resistente a colapso, que compreende uma superficie radialmente interior (307) e uma superficie radialmente exterior, a superficie radialmente interior compreendendo uma pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões substancialmente regulares que se estendem em pelo menos uma direção perpendicular a uma tangente da superficie radialmente interior (307), disposta de modo a romper uma camada limite (509) de fluido que flui ao longo do corpo de tubo flexivel em uso, em que a camada resistente a colapso compreende um elemento de fita alongada enrolada de modo helicoidal tendo, pelo menos, uma cavidade (805) entre os enrolamentos adjacentes do elemento de fita, ou em que a camada resistente a colapso compreende elementos anulares discretos interligados, e em que a camada resistente a colapso compreende uma pluralidade de cavidades (805), cada cavidade entre um elemento anular e um elemento anular adj acente; em que a altura das protrusões (815) ou a profundidade das depressões está entre 1/70 e 1/10 da profundidade de cada cavidade.

2. Corpo de tubo flexivel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pora pluralidade das protrusões (815) e/ou depressões se estender pelo menos parcialmente ao longo de um eixo longitudinal do corpo de tubo flexivel (100).

3. Corpo de tubo flexivel, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pora pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões se estender pelo menos parcialmente em torno de uma circunferência do corpo de tubo flexivel.

4. Corpo de tubo flexivel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pora pluralidade das protrusões (815) e/ou depressões ter uma forma que compreende um polígono, uma listra, uma linha sinuosa ou ziguezague, um quadrado, um losango, um retângulo, um triângulo, um circulo, uma elipse, ou qualquer combinação dos mesmos quando vistas radialmente de um centro do corpo de tubo.

5. Corpo de tubo flexivel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por, em uma seção transversal realizada ao longo de um eixo longitudinal central ou uma seção transversal realizada em uma direção ortogonal ao eixo longitudinal central, a camada resistente a colapso ter um perfil com a pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões tendo uma forma que compreende uma protrusão convexa, uma depressão côncava, um polígono, um quadrado, um retângulo, um triângulo ou qualquer combinação dos mesmos.

6. Corpo de tubo flexível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pora pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões se estender ao longo de uma porção de camada resistente a colapso e a porção está em uma extremidade do corpo de tubo.

7. Método de fornecimento de um corpo de tubo flexível (100) conforme definido nas reivindicações 1 a 6 caracterizado porcompreender: fornecer uma camada resistente a colapso, que compreende uma superfície radialmente interior (307) e uma superfície radialmente exterior, a superfície radialmente interior compreendendo uma pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões substancialmente regulares que se estendem em pelo menos uma direção perpendicular a uma tangente da superfície radialmente interior (307), disposta para romper uma camada limite (509) de fluido que flui ao longo do corpo de tubo flexível (100) em uso, em que a camada resistente a colapso compreende um elemento de fita alongada enrolada de modo helicoidal tendo, pelo menos, uma cavidade entre os enrolamentos adjacentes do elemento de fita, ou em que a camada resistente a colapso compreende elementos anulares discretos interligados, e em que a camada resistente a colapso compreende uma pluralidade de cavidades (805), cada cavidade entre um elemento anular e um elemento anular adj acente; em que a altura das protrusões (815) ou a profundidade das depressões está entre 1/70 e 1/10 da profundidade de cada cavidade.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado porainda compreender: fornecer um elemento de folha alongada que tem a pluralidade de protrusões e/ou depressões que se estende de uma superficie do elemento de folha, e formar o elemento de folha em uma configuração substancialmente cilíndrica para formar a camada resistente a colapso.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado porainda compreender: fornecer um elemento de folha alongada; formar a pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões sobre uma superficie do elemento de folha; e formar o elemento de folha em uma configuração substancialmente cilíndrica para formar a camada resistente a colapso.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pora formação da pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões ser realizada ao mesmo tempo quando formando o elemento de folha em uma configuração substancialmente cilíndrica.

11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado porainda compreender as etapas de: fornecer um elemento de folha alongada; e formar o elemento de folha sobre um mandril tendo uma pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões substancialmente regulares para formar, por meio das mesmas, a camada resistente a colapso que possui protrusões (815) e/ou depressões.

12. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado porainda compreender as etapas de: fornecer um elemento tubular substancialmente cilíndrico; e, em seguida, formar a pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões sobre uma superfície radialmente interior do elemento tubular para formar, por meio da mesma, a camada resistente a colapso.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pora etapa de formação da pluralidade de protrusões (815) e/ou depressões compreender formar depressões na camada resistente a colapso por sondagem do corpo de tubo flexivel (100) com uma sonda PIG adequadamente configurada, ou extração da superfície radialmente interior (307) da camada resistente a colapso com um material a uma força suficiente para formar depressões.

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