BR112015022478B1 - método de arqueamento de um tubo alongado, mandril interno, aparelho de arqueamento de tubo e base de carretel - Google Patents

Abstract

ARQUEAMENTO DE TUBO PARA OPERAÇÕES DE ASSENTAMENTO EM BOBINA. A presente invenção refere- se a um método e aparelho para o arqueamento de um tubo a fim de mitigar um enrugamento interno, com benefício particular ao se arquear um tubo revestido após enrolamento. O arqueamento é realizado continuamente por meio do avanço do tubo (10) por uma zona de arqueamento (24) ao mesmo tempo que um mandril interno (14) se mantém na zona de arqueamento de modo a resistir a um enrugamento. Em uma variante, o mandril compreende elementos de encaixe de tubo longitudinalmente espaçados (42, 44) e um elo de tração (46) entre os elementos permite um movimento relativo entre os elementos. Uma conexão de retenção sobre um (42) dos elementos aplica uma força de retenção ao elemento a ser transmitido para o outro elemento através do elo de tração. Em uma outra variante, o mandril compreende um corpo de encaixe de tubo (38) com uma conexão de retenção em uma extremidade do corpo. O corpo é flexível de modo a se arquear com o tubo e é moldado de modo a se encaixar em uma superfície interna do tubo ao longo da maior parte do comprimento do corpo.

Description

[001] A presente invenção refere-se aos desafios de arqueamen- to de um tubo durante procedimentos de enrolamento. A presente invenção se refere particularmente a operações de assentamento em bobina para o assentamento de oleodutos submarinos, cuja aplicação principal é no setor de petróleo e gás. No entanto, a presente invenção poderá ter aplicação mais ampla sempre que tubos e - especialmente tubos revestidos de parede dupla - se submetem a uma deformação plástica longitudinalmente progressiva e contínua no arqueamento a frio, tal como experimentado durante os procedimentos de enrolamento.

[002] As operações de assentamento em bobina envolvem o en rolamento ou bobinamento de um tubo contínuo feito de elementos soldados em uma bobina de um navio de assentamento de tubos, a ser desenrolado ou desbobinado posteriormente durante um assentamento de tubos no mar. A fabricação e o enrolamento do tubo tipicamente ocorrem em uma base de carretel que o navio visita quando necessário para carregamento. É também possível que um tubo seja enrolado em uma bobina de armazenamento intermediário após fabricação em uma base de carretel, em seguida desenrolado da bobina de armazenamento e, simultaneamente, enrolado em uma bobina de um navio de assentamento de tubos.

[003] A fabricação de um tubo para operações de assentamento em bobina normalmente envolve a soldagem de juntas de tubos em uma base de carretel de modo a formar hastes longas e retas. As soldas entre juntas de tubo são testadas e revestidas e, em seguida, as hastes resultantes são armazenadas lado a lado na base de carretel. Quando um navio de assentamento de tubos ou uma bobina de arma-zenamentointermediária está pronto para ser carregado, as hastes são soldadas em conjunto, sucessivamente, ponta a ponta, de modo a criar um comprimento contínuo do tubo ao mesmo tempo que o tubo está sendo enrolado na bobina do navio ou na bobina de armazenamentointermediário, conforme possa ser o caso.

[004] Entre os diversos processos envolvidos na produção de um oleoduto bobinado para uso em assentamento em bobina, a etapa mais demorada é a soldagem em conjunto de duas seções de oleoduto. O bobinamento normalmente acontece em cerca de 12 a 20 metros por minuto, de modo que 1 km de haste de tubo levaria entre uma e duas horas para enrolar em uma bobina. Em contrapartida, o alinhamento e a soldagem em conjunto de duas seções de oleoduto durante um bobinamento levará geralmente cerca de três horas, com mais uma hora e meia para a provisão de um revestimento de junta em campo. É por esse motivo que é vantajosa a pré-fabricação de hastes para a soldagem haste a haste e revestimento durante o bobinamento de modo que muito mais inúmeras operações de soldagem junta a junta e revestimento necessárias para a fabricação de hastes possam ser realizadas enquanto o navio de assentamento de tubos se encontra no mar. No entanto, tal como será explicado mais adiante, o grande comprimento das hastes apresenta desafios de alinhamento para soldagem.

[005] Nominalmente, tubos rígidos apresentam uma flexibilidade suficiente para ser arqueado quando um raio de curvatura mínimo é observado. Durante o enrolamento, o arqueamento se estende além dos limites elásticos em uma deformação plástica do tubo que deverá ser recuperado por meio de processos de estiramento subsequentes durante seu assentamento. Por outro lado, a transferência bobina a bobina do tubo enrolado poderá não necessitar de um estiramento in- termediário e, por conseguinte, envolverá, de modo geral, menos deformação, o qual poderá ser confinado à faixa elástica.

[006] A deformação por arqueamento de um tubo ao ser enrolado desenvolve alongamentos e trações consideráveis na parede de tubo, incluindo ovalização em sua seção transversal. Problemas particulares surgem ao se arquear um tubo revestido que pode ser necessário para a boa manipulação de fluidos contendo agentes corrosivos, tais como sulfeto de hidrogênio e cloretos.

[007] Um tubo revestido tipicamente compreende um tubo exter no de parede espessa, de alta resistência, de suporte de carga, de aço carbono de baixa liga, revestido com uma luva de revestimento de parede fina de uma liga resistente à corrosão (CRA). Luvas plásticas de revestimento são também conhecidas. O tubo externo resiste ao em- penamento durante o enrolamento e desenrolamento e resiste à pressão hidrostática quando debaixo da água. Por outro lado, a luva interna provê pouca resistência mecânica, pressão ter apenas alguns milímetros de espessura, mas protege o tubo externo contra os componentes corrosivos dos fluidos transportados pelo tubo, em uso.

[008] O uso de dois materiais diferentes, desta maneira, reco nhece que um tubo feito inteiramente de um material resistente à corrosão seria proibitivamente caro e ainda assim poderá não possuir as propriedades mecânicas essenciais que são providas pela forte parede externa de um tubo revestido.

[009] Os tubos bimetálicos revestidos com liga CRA assumem duas formas. A primeira é um tubo 'revestido', no qual uma luva de re-vestimento de liga CRA interna é metalurgicamente ligada ao tubo externo. A segunda é um 'tubo mecanicamente revestido' ou 'MLP', no qual um ajuste de interferência entre a luva de revestimento e o tubo externo fixa a luva de revestimento sem ligação metalúrgica. Um exemplo de tubo MLP é suprido pela empresa H. Butting GmbH & Co. KG da Alemanha com a marca 'Bubi'.

[0010] A fim de produzir um comprimento de tubo MLP, uma luva de revestimento tubular é inserida telescopicamente em um tubo externo como um encaixe deslizante e ambos são expandidos radialmente por meio da pressão hidráulica interna aplicada à luva de revestimento. A luva de revestimento expandida se submete a uma deformação plástica radial externa de modo a aplicar uma força de expansão radial ao tubo externo, que se submete a uma deformação plástica radial externa ou a uma deformação elástica, como resultado. Quando a pressão interna é relaxada, uma retração elástica radial interna do tubo externo sobre a luva de revestimento plasticamente expandida realiza uma ligação mecânica entre o tubo externo e a luva de revestimento.

[0011] O tubo MLP se beneficia de um processo de produção eco nômico que faz com que o mesmo se torne muito menos caro do que o tubo revestido. Isso poderá economizar dezenas de milhões de dólares norte-americanos em um grande projeto submarino, considerando os muitos quilômetros de tubo revestido que pode ser requerido. No entanto, o tubo MLP é suscetível a problemas durante um enrolamento que o torna difícil de usar em aplicações de assentamento em bobina. Em termos específicos, sob uma deformação de arqueamento, o tubo externo de parede espessa pode se tornar estruturalmente estável ou se submeter a uma pequena ovalização enquanto a luva interna de revestimento, de parede fina e de baixa resistência ao escoamento se submete a uma significativa deformação sob a ação combinada do ar- queamento e pressão externa do tubo externo. Esta deformação se manifesta como um empenamento ou enrugamento da luva de revestimento, especialmente em torno do intradorso ou curva interna do ar- queamento de tubo. Uma luva de revestimento enrugada pode dificultar o bom fluxo de fluidos de poço, pode diminuir a vida de fadiga devido à concentração de tração e pode impedir uma efetiva pigagem do oleoduto.

[0012] Tendo em conta o problema de enrugamento, a presente invenção diz respeito principalmente ao tubo MLP, em oposição ao tubo revestido mecanicamente ligado para o qual o enrugamento - pelo menos do revestimento - não representa um desafio. A presente invenção também diz respeito aos tubos de plástico revestidos. Ambos o tubo MLP e os tubos de plástico revestidos são caracterizados pela possibilidade de um deslizamento longitudinal localizado da luva de revestimento com relação ao tubo externo após uma deformação de arqueamento do tubo revestido, com uma consequente deformação indesejável da luva de revestimento que se manifesta como um enru- gamento. No entanto, em sentido lato, a presente invenção poderá ter também se beneficiar ao arquear um tubo revestido e de fato ao arquear um tubo não revestido, quando o arqueamento é feito de modo a dar origem a uma indesejada deformação interna da parede de tubo.

[0013] O enrugamento do intradorso de uma curva do tubo durante um arqueamento é um fenômeno bem conhecido. Normas, tais como as normas ASME B31.3, API 5L e DNV-OS-F-101 recomendam que o enrugamento deva ser atenuado ao se escolher uma parede de tubo de uma espessura adequada. No entanto, esta abordagem não poderá ser aplicada ao tubo revestido de parede dupla no qual a parede externa é concebida principalmente para a resistência mecânica, mas a parede interna se destina principalmente à resistência à corrosão e é feita de um material com baixa resistência ao escoamento.

[0014] Formação a quente é um método convencional para arque ar tubos de parede única ou de parede dupla sem enrugamento. Neste processo, o tubo é aquecido, por exemplo, por indução, antes da formação ou arqueamento. Um exemplo é apresentado na Patente da Grã-Bretanha N. 2146558. Este método não é relevante à presente invenção em função do equipamento e das limitações de espaço nas bases de carretel e nos pátios, como também nos navios de assentamento de tubos a bordo.

[0015] Mandris externos são conhecidos no sentido de empurrar o intradorso de uma curva do tubo, por conseguinte, no sentido de apli-carpressão e limitar o aparecimento de rugas. Tais mandris não são relevantes à presente invenção. No enrolamento, a própria bobina atua como um mandril externo ao aplicar uma pressão radial interna contra a parede externa com relação ao eixo neutro longitudinal central do tubo. No entanto, a bobina não pode aplicar uma pressão radial externa na direção oposta contra a parede interna no intradorso da curva.

[0016] Mandris internos têm sido usados no sentido de resistir à ovalização durante o arqueamento a frio de um tubo de parede única, por exemplo, tal como descrito na Patente dos Estados Unidos N. 3650136. Em contrapartida, a Patente dos Estados Unidos N. 2435904 descreve o aquecimento de um tubo revestido antes de arquear o tubo, usando um mandril interno longitudinalmente curvado de modo a expandir o tubo radialmente e imprimir a curva. O tubo arqueado é, em seguida, cortado de modo a produzir um componente arqueado discreto, tal como um cotovelo de tubo que pode ser, em seguida, soldado em uma estrutura de tubo produzida. No entanto, os conhecidos mandris internos não abordam ou permitem o arqueamento de um comprimentocontínuo de tubo quando o arqueamento é contínuo e a região de arqueamento se desenvolve ao longo do tubo, tal como em um processo de enrolamento.

[0017] O enchimento e a pressurização de um tubo vêm a ser um processo comum, por exemplo, no hidroteste de um tubo instalado. Com efeito, a Publicação WO 2011/048.430 propõe o enchimento completo de um oleoduto com um fluido pressurizado durante a realização de um hidroteste na fase de pré-colocação depois um assenta- mento, com o objetivo de achatar as rugas depois que as mesmas são formadas. Esta não é uma questão relevante à presente invenção: de fato, isto é ensinado fora da presente invenção, que tem por objetivo minimizar as rugas na fonte.

[0018] O uso de tampões axialmente móveis a fim de pressurizar um oleoduto localmente é também conhecido. Por exemplo, na Patente a Patente da Grã-Bretanha N. 1517955 e na Patente dos Estados Unidos N. 3890693, dois tampões são usados no sentido de criar um compartimento pressurizado no arqueamento elástico de um oleoduto durante operações de assentamento em S; ou seja, no sentido de evitar o empenamento do oleoduto. Mais uma vez, esta solução é usada somente depois de as rugas já terem sido formadas em uma operação de assentamento em bobina. A distância entre os tampões pode variar em virtude de um fio de conexão que pode ser içado para dentro ou arriado para fora.

[0019] Embora a Patente da Grã-Bretanha N. 1517955 e a Patente dos Estados Unidos N. 3890693 ensinem que em suas disposições se faz o uso de uma pressão interna para fortalecer o oleoduto localmente, a principal causa do problema de empenamento que as mesmas abordam é a pressão hidrostática externa; o arqueamento sendo apenas parcialmente responsável. Sendo assim, a pressão hidrostática é mais provável de dar início a um empenamento e a uma deformação de tubo nas posições arqueadas, que é irrelevante para a atenuação do enrugamento nos procedimentos de enrolamento quando a parede externa do tubo está à pressão atmosférica. Além disso, o uso de tampões requer um deslocamento do tampão e, deste modo, introduz uma indesejável descontinuidade por interromper o processo.

[0020] A Patente dos Estados Unidos N. 5192166 apresenta uma operação de assentamento em S que usa rotores de tubos internos localizados na região do arqueamento, com a carga do peso entre os rotores de tubos podendo incluir um fluido de perfuração. Esta operação usa o peso para empurrar para baixo a parede do oleoduto. A mesma não empurrar internamente sobre o intradorso de uma curva do tubo. Em todo o caso, trata-se de tubos de parede única.

[0021] O princípio de um mandril interno foi também usado para um tubo bimetálico ou de parede dupla a fim de limitar rugas durante o arqueamento. Por exemplo, a Patente EP N. 0163056 apresenta um mandril articulado para arquear um oleoduto de parede dupla. O mandril é um corpo sólido interno que empurra contra ou bloqueia o crescimento de potenciais rugas de modo a impedir a formação das mesmas. De modo mais geral, o uso de um fluido pressurizado ou de um material sólido, tal como gelo ou areia entre os mandris é conhecido a partir da Patente FR N. 1056665, da Patente dos Estados Unidos N. 2777500, da Patente dos Estados Unidos N. 3105537 e da Publicação WO 99/64180. Por várias razões, esses métodos não são práticos para o arqueamento de um tubo continuamente em ou para fora de uma bobina em base de carretel em oposição à formação de um único ar- queamento sob condições de fábrica. Por exemplo, depois de algumas voltas em cima do carretel, a primeira extremidade principal do tubo vai se tornar inacessível após várias voltas do tubo.

[0022] Há também descrições da técnica anterior com relação ao enrolamento de um tubo de parede dupla na indústria de petróleo e gás. Os exemplos são os métodos descritos na Publicação WO 2008/072970, na Publicação WO 2010/010390 e na Publicação WO 2011/051218. Estes três métodos têm algumas características em comum. O oleoduto, ou pelo menos uma parte substancial do oleoduto, é enchido com um fluido de pressurização. Além disso, um ou mais tampões são usados nas extremidades do oleoduto. Esses tampões têm que de periodicamente removidos ou deslocados.

[0023] Há também diferenças significativas entre os métodos des- critos na Publicação WO 2008/072970, na Publicação WO 2010/010390 e na Publicação WO 2011/051218. Na Publicação WO 2008/072970, uma nova seção de tubo é soldada, o conjunto sendo enchido com fluido, o fluido sendo pressurizado e a bobina gira de modo a enrolar a seção recém-montada. Na Publicação WO 2010/010390, uma nova seção é também enchida com um fluido de pressurização e é soldada à seção existente. A junção é também enchida com um fluido de pressurização. O fluido é pressurizado e a bobina gira de modo a enrolar a seção recém-montada. Na Publicação WO 2011/051218, o fluido é pressurizado em duas fases.

[0024] A etapa de soldagem é particularmente desafiadora para um tubo revestido com uma liga CRA por causa da necessidade de se preservar a integridade do revestimento de liga CRA. O alinhamento das seções de tubo antes da soldagem requer um grampo alinhado interno, para o qual um espaço deve ser deixado dentro das extremidades de um tubo adjacente; além disso, deve ser feita uma provisão para a extração do grampo após o uso. O alinhamento se torna significativamente mais difícil quando as seções de tubo são enchidas com um fluido líquido, tal como água, uma vez que o líquido aumenta muito o peso das seções de tubo e o movimento do fluido dentro das seções de tubo poderá afetar o alinhamento.

[0025] A Patente dos Estados Unidos N. 3911689 e a Patente da Grã-Bretanha N. 1494204 apresentam dispositivos internos de suporte de tubo que são ancorados por meio de um cabo de modo a resistir à deformação interna do tubo como um todo durante o arqueamento. Uma tensão é aplicada ao cabo a fim de manter o dispositivo contra a força de atrito do tubo que avança. No entanto, os dispositivos não são aptos para a finalidade de enrolamento, que é muito longo, e são incapazes de lidar com um pequeno raio de curvatura apertado. Além disso, os dispositivos compreendem elementos longitudinalmente espa- çados que não são adequados para lidar com um enrugamento localizado ou com um empenamento no intradorso.

[0026] Em termos específicos, a Patente dos Estados Unidos N. 3911689 e a Patente da Grã-Bretanha N. 1494204 podem ser caracterizadas como limitadores de um arqueamento interno para uso em operações de assentamento em S. O objetivo das mesmas é o de enrijecer um oleoduto internamente nas regiões de super arqueamento e de arqueamento elástico, a fim de limitar o raio de curvatura mínimo ou a tensão máxima. Os seus sistemas são longitudinalmente rígidos de modo a determinar o raio de curvatura do tubo. Isto reduz o risco de empenamento do tubo ou o revestimento de concreto do uma rachadura de tubo. Sendo assim, essas patentes atuam sobre a forma do oleoduto em seção longitudinal, em termos do raio de curvatura, em vez de em uma seção transversal no sentido da ovalização ou enrugamen- to. Isso significa que as mesmas resolvem os problemas macroscópicos do raio de curvatura e da tensão de arqueamento, em vez de problemas localizados, tais como enrugamento.

[0027] Tal como observado acima, a Patente dos Estados Unidos N. 3911689 e a Patente da Grã-Bretanha N. 1494204 se referem ao suporte de um tubo no momento do assentamento em vez de em um momento de enrolamento. Por conseguinte, os dispositivos de suporte de tubo da Patente dos Estados Unidos N. 3911689 e da Patente da Grã-Bretanha N. 1494204 são projetados para um raio de curvatura muito maior do que é experimentado durante um enrolamento. A título de exemplo, a catenária de um oleoduto em uma profundidade de água de 1000 m tem, de modo geral, um raio de curvatura de mais de 200 m, ao passo que um raio de curvatura de uma ordem de grandeza menor (por exemplo, de 9 m a 13 m) é típico para aplicações de enrolamento.

[0028] Mesmo que os mesmos possam ser usados com esse pe- queno raio de curvatura, os dispositivos da Patente dos Estados Unidos N. 3911689 e da Patente da Grã-Bretanha N. 1494204 não asseguram uma superfície de contato suficiente na região de curvatura no sentido de aplicar, de forma consistente, a pressão correta contra a parede interna do oleoduto. Por exemplo, a Patente dos Estados Unidos N. 3911689 não exibe nenhum contato na região de arqueamento na qual existe uma abertura entre dois carros de guia. Por outro lado, a Patente da Grã-Bretanha N. 1494204 mostra uma mola, cuja finalidade consiste em apoiar o interior do tubo contra empenamento. Um sistema descontínuo, tal como uma mola, funciona para os fins da Patente da Grã-Bretanha N. 1494204, desde que a mola seja suficientementerígida para evitar o aparecimento de um empenamento.

[0029] A mola da Patente da Grã-Bretanha N. 1494204 é substan cialmenterígida em sua seção longitudinal a fim de enrijecer o oleoduto e evitar deformações incipientes, porém é resilientemente deformá- vel e flexível em sua seção transversal. A presente invenção adota uma abordagem oposta quanto à rigidez na seção transversal, de modo a aplicar pressão por toda a parede interna do arqueamento de modo a atenuar rugas, e flexibilidade na seção longitudinal, de modo a atender à curvatura de uma bobina.

[0030] Em adição as publicações acima mencionadas, existem vá rios outros documentos que descrevem técnicas de arqueamento de tubos, que são ainda menos pertinentes. Por exemplo, a US 2009/0071222 descreve um método de arqueamento de um tubo e controle de rugas durante o arqueamento, através da alimentação de partículas de açúcar granulado no interior do tubo antes do arquea- mento para atuar sobre uma superfície interna do tubo. As partículas são então dissolvidos por um líquido de dissolução após a operação de arqueamento. Da mesma forma, US 2005268687 descreve a formação de um tubo de medição a partir de uma seção de tubo, preen- chendo a seção de tubo com uma primeira substância de enchimento sob a forma de um líquido solidificado, tais como cera, gordura, ou água, com uma temperatura de fusão mais baixa do que a temperatura de fusão a seção de tubo, e uma segunda substância de enchimento de material granulado que tem uma temperatura de fusão que é superior à temperatura de fusão do líquido. As primeira e segunda substâncias de enchimento formam um núcleo em torno do qual o tubo é arqueado por uma força externa. Após o arqueamento, o núcleo é de- solidificado para deixar o tubo de medição arqueado.

[0031] É neste contexto que a presente invenção tem sido plane jada.

[0032] Em termos gerais, a presente invenção provê um método e um aparelho para o arqueamento de um tubo de modo a reduzir o en- rugamento interno, com especial vantagem ao se arquear um tubo revestido em um enrolamento. O arqueamento é feito continuamente à medida que o tubo avança através de uma zona de arqueamento ao mesmo tempo que um mandril interno se mantém na zona de arquea- mento de modo a resistir a um enrugamento.

[0033] A fim de permitir um estiramento subsequente, o enrola mento de um tubo em uma bobina normalmente ocorre em um domínio entre a elasticidade e um comportamento plástico puro ou reológi- co. Isto tipicamente envolve um alongamento de arqueamento (muitas vezes referido na técnica como um 'épsilon') de 1 % a 5 %, mais co- mumente de cerca de 2 %.

[0034] Em uma variante, o mandril interno compreende elementos de encaixe de tubo longitudinalmente espaçados e um elo de tração entre os elementos permite o movimento relativo entre os elementos. Uma conexão de retenção em um dos elementos aplica uma força de retenção ao elemento a ser transmitido ao outro elemento por meio do elo de tração. Em uma outra variante, o mandril interno compreende um corpo de encaixe de tubo alongado, com uma conexão de retenção em uma extremidade do corpo. O corpo é flexível de modo a se arquear com o tubo e moldado de modo a se encaixar em uma superfície interna do tubo ao longo da maior parte do comprimento do corpo.

[0035] Em termos mais específicos, a presente invenção reside em um método de arqueamento de um tubo alongado continuamente ao longo de um eixo longitudinal do tubo quando transfere-se o tubo para uma bobina. O método compreende as etapas de: avançar o tubo longitudinalmente através de uma zona de arqueamento na qual pelo menos uma parte do tubo se submete a uma deformação plástica durante o arqueamento ao longo do eixo longitudinal; enquanto o tubo avança através da zona de arqueamento, aplicar uma tensão através de um elemento de retenção de tração alongado que fica ancorado do lado de fora de uma extremidade traseira do tubo e se estende internamente ao longo do tubo a fim de manter um mandril interno na zona de arqueamento contra a força de atrito resultante entre o mandril interno e o tubo que avança pelo mandril interno; e, por meio do mandril interno, resistir à deformação radial interna de uma superfície interna do tubo com relação ao eixo longitudinal durante o arqueamento.

[0036] O método da presente invenção é mais vantajosamente re alizado em um tubo revestido apropriado para uso no transporte de fluidos em instalações submarinas de modo a mitigar o enrugamento de uma luva de revestimento do tubo.

[0037] Um mandril externo é de preferência usado na zona de ar- queamento a fim de imprimir uma curvatura de arqueamento longitudinal ao tubo. De um modo vantajoso, uma bobina se presta como o mandril externo de modo que o tubo seja arqueado durante seu enrolamento na bobina.

[0038] O elemento de retenção pode ser fixado ao mandril interno quando o mandril interno se encontra dentro do tubo. De modo a per- mitir que sucessivas seções de tubo sejam soldadas em conjunto para enrolamento, o método da presente invenção de preferência compreende as etapas de: pausar o movimento do tubo através da zona de arqueamento; separar o elemento de retenção do mandril interno; retirar o elemento de retenção do tubo; fixar uma seção de tubo adicional a uma extremidade traseira do tubo; inserir o elemento de retenção de modo a se estender internamente ao longo da seção de tubo adicional para o mandril interno; recolocar o elemento de retenção no mandril interno; e retomar o movimento do tubo através da zona de arquea- mento. Com vantagem, o tubo e a seção de tubo adicional podem ser alinhados com um grampo de alinhamento interno antes da fixação.

[0039] O mandril interno pode ser deixado ou permitido arquear de modo a corresponder à curvatura de arqueamento do tubo na zona de arqueamento. Por exemplo, um desalinhamento angular pode ser permitido ou causado entre os elementos de encaixe de tubo longitudinalmenteespaçados do mandril interno por meio da flexão ou da articulação de um elo disposto entre esses elementos. Tal elo, de preferência, atuará em tensão.

[0040] O mandril interno pode se apoiar contra a superfície interna do tubo de modo a resistir à deformação radial interna da superfície interna do tubo. É também possível que o mandril interno aplique uma pressão de fluido radial externa contra a superfície interna do tubo de modo a resistir à deformação radial interna da superfície interna do tubo. Por exemplo, a superfície interna do tubo pode ser diretamente exposta a um fluido pressurizado confinado pelas vedações longitudinalmenteespaçadas do mandril interno que vedam a superfície interna do tubo.

[0041] O mandril interno pode ser enchido com uma massa fluida substancialmente incompressível e a massa fluida pode ser pressurizada no mandril interno após o enchimento. Em um exemplo, a massa fluida é confinada em um compartimento de pressão do mandril interno e é pressurizada por meio da contração do compartimento de pressão. Com vantagem, a massa fluida pode ser levada a se solidificar ou espessar quando pressurizada. O mandril interno se conforma adequadamenteà curvatura de arqueamento do tubo na zona de arqueamen- to antes de a massa fluida ser pressurizada.

[0042] A posição longitudinal do mandril interno com relação à zo na de arqueamento pode ser ajustada à medida que o tubo avança através da zona de arqueamento. De preferência, o mandril interno fica posicionado de modo a abranger e a se estender longitudinalmente para além da zona de arqueamento ao longo do tubo.

[0043] A pressão do ar pode ser igualada no tubo na frente e atrás do mandril interno ao deixar o ar fluir através do mandril interno. Um duto de equalização de pressão se estende adequadamente no sentido longitudinal através do mandril interno para esse efeito.

[0044] A tensão de retenção aplicada ao mandril interno é de pre ferência medida de modo a detectar uma resistência excessiva ao movimento do tubo ao longo do mandril interno. Quando tal condição é detectada, a resposta pode ser gerar um alarme ou interromper o movimento do tubo. Neste último caso, o mandril interno poderá se movimentar com o tubo, enquanto o movimento do tubo é interrompido.

[0045] A fim de implementar o método da presente invenção, o conceito inventivo se estende a um aparelho de arqueamento de tubo para o arqueamento de uma seção de tubo alongada continuamente ao longo de um eixo longitudinal da seção de tubo. O aparelho compreende: um mandril interno disposto de modo a se ajustar dentro da seção de tubo de modo a resistir à deformação radial interna de uma superfície interna da seção de tubo com relação ao eixo longitudinal durante o arqueamento; um elemento de retenção de tração alongado disposto de modo a se estender internamente ao longo da seção de tubo a partir de uma âncora externa para o mandril interno a fim de manter o mandril interno em uma zona de arqueamento à medida que a seção de tubo avança longitudinalmente pelo mandril interno.

[0046] Um mandril externo que define a zona de arqueamento; e um motor para o avanço da seção de tubo através da zona de arque- amento, em que uma bobina serve tanto como o mandril externo e como o motor.

[0047] A âncora é, de preferência, espaçada do mandril externo de modo a acomodar a seção de tubo entre a âncora e o mandril externo.

[0048] A fim de posicionar apropriadamente o mandril externo, uma conexão de comprimento variável é, de preferência, provida entre o mandril interno e a âncora. A âncora pode ser um guincho, em cujo caso a conexão de comprimento variável será adequadamente um cabo do guincho.

[0049] O conceito inventivo abrange um mandril interno de modo a resistir à deformação radial interna de uma superfície interna de um tubo durante o arqueamento do tubo ao longo de um eixo longitudinal.

[0050] Em algumas modalidades da presente invenção, o mandril interno compreende: elementos de encaixe de tubo longitudinalmente espaçados; um elo de articulação ou flexível à tração disposto entre os elementos de modo a permitir um movimento angular relativo entre os elementos à medida que o tubo se arqueia; uma conexão de retenção sobre um dos elementos de modo a aplicar uma força de retenção a esse elemento a ser transmitida, em uso, ao outro elemento por meio da tensão no elo de tração; em que um compartimento de pressão é definido entre os elementos de tubo de engate; em que o compartimento de pressão contém uma massa fluida; e em que a massa fluida compreende um gel, cera ou material de enchimento granular.

[0051] Pelo menos um dos elementos de encaixe de tubo é ade quadamente um rotor de tubos de oleoduto. Nesse caso, o rotor de tubos pode compreender concavidades longitudinalmente espaçadas dispostas de modo a vedar a superfície interna do tubo. É igualmente possível que o rotor de tubos compreenda um corpo de espuma disposto de modo a vedar a superfície interna do tubo.

[0052] A massa fluida poderá ter propriedades pseudo-plásticas sob pressão. Um orifício de enchimento pode se estender longitudi-nalmenteatravés de pelo menos um dos elementos de encaixe de tubo de modo a se comunicar com o compartimento de pressão.

[0053] De maneira correta, o elo entre os elementos de encaixe de tubo pode ser de um comprimento variável de modo a alterar o volume do compartimento de pressão. Por exemplo, um atuador que atua entre os elementos de encaixe de tubo pode realizar um movimento relativo entre esses elementos.

[0054] O conceito inventivo também abrange: uma base de carre tel equipada com o aparelho ou o mandril interno da presente invenção; o tubo arqueado pelo método da presente invenção usando o aparelho da presente invenção ou usando um mandril interno da presente invenção; uma bobina carregada com tal tubo; e uma instalação submarina compreendendo o tubo desenrolado de tal carretel.

[0055] Para que a presente invenção possa ser mais facilmente entendida, a seguir será feita referência, a título de exemplo, aos desenhos em anexo, nos quais:

[0056] A Figura 1 é uma vista lateral esquemática mostrando, em separado, as características às quais será feita referência no âmbito do procedimento de enrolamento ilustrado em uma série de vistas late-raisesquemáticas nas Figuras 2 a 9;

[0057] A Figura 2 mostra o início de um procedimento de enrola mento de acordo com a presente invenção, no qual um mandril interno da presente invenção foi inserido em uma extremidade dianteira de uma primeira haste de tubo a ser enrolado em uma bobina;

[0058] A Figura 3 mostra o mandril agora conectado por um cabo de retenção que se estende ao longo da haste de tubo para um guincho situado para além de uma extremidade traseira da haste de tubo;

[0059] A Figura 4 mostra a extremidade dianteira da haste de tubo contendo o mandril elevado sobre a bobina a fim de iniciar um enrolamento;

[0060] A Figura 5 mostra o enrolamento em andamento à medida que a bobina gira enquanto o mandril é retido pelo guincho que atua através do cabo de retenção;

[0061] A Figura 6 mostra a continuidade do enrolamento quando a haste de tubo é enrolada em sucessivas voltas em torno da bobina, enquanto o mandril permanece substancialmente estacionário com relação à circunferência da bobina;

[0062] A Figura 7 mostra uma segunda haste de tubo que é solda daà extremidade traseira da primeira haste de tubo, enquanto a bobina se mantém estacionária em uma interrupção do enrolamento;

[0063] A Figura 8 mostra a segunda haste de tubo avançando para a bobina após soldagem, à medida que a bobina gira seguindo um rei- nício do enrolamento;

[0064] A Figura 9 mostra o término do procedimento de enrola mento, no momento em que o guincho é usado para puxar o mandril a partir da extremidade traseira de uma haste de tubo final que foi enrolada sobre a bobina;

[0065] A Figura 10 é uma vista lateral esquemática de uma primei ra modalidade de um mandril interno de acordo com a presente invenção, em uso, durante o procedimento de enrolamento da presente invenção;

[0066] A Figura 11 é uma vista lateral esquemática de uma segun da modalidade de um mandril interno de acordo com a presente invenção, em uso, durante o procedimento de enrolamento da presente in- venção;

[0067] A Figura 12 é uma vista lateral esquemática de uma tercei ra modalidade de um mandril interno de acordo com a presente invenção, em uso, durante o procedimento de enrolamento da presente invenção;

[0068] A Figura 13 é uma vista lateral esquemática de uma quarta modalidade de um mandril interno de acordo com a presente invenção, em uso, durante o procedimento de enrolamento da presente invenção;

[0069] A Figura 14 é uma vista lateral esquemática de uma quinta modalidade de um mandril interno de acordo com a presente invenção, em uso, durante o procedimento de enrolamento da presente invenção;

[0070] As Figuras 15a e 15b são vistas laterais ampliadas em de talhe de uma sexta modalidade de um mandril interno de acordo com a presente invenção, mostrado nos estados expandido e contraído, res-pectivamente; e

[0071] A Figura 16 é uma vista lateral ampliada em detalhe de uma sétima modalidade de um mandril interno de acordo com a presente invenção.

[0072] Primeiramente com referência à Figura 1, a mesma mostra esquematicamente uma haste de tubo 10 que pode ter um quilômetro ou mais de comprimento. A haste de tubo 10 é a primeira de uma série de hastes de tubo similares que podem ser soldadas ponta a ponta e enroladas em uma bobina 12 no processo de enrolamento da presente invenção. A bobina 12 atua como um mandril externo para arquear a haste de tubo 10 durante o enrolamento. Na prática, várias guias serão usadas no sentido de direcionar a haste de tubo 10 à medida que a mesma avança para a bobina 12, no entanto essas hastes foram omitidas nos desenhos para fins de clareza.

[0073] A haste de tubo 10 é pré-fabricada a partir de múltiplas jun tas de tubo revestido compreendendo um tubo externo de parede grossa de aço de carbono de baixa liga revestido internamente com uma luva de revestimento de parede fina de uma liga resistente à corrosão. De um modo vantajoso em termos de custos, o tubo é de um tipo tubo MLP mecanicamente alinhado, porém, tal como explicado anteriormente, o enrolamento do tubo MLP apresenta difíceis desafios quando um grave enrugamento da luva de revestimento deve ser evitado. Para superar este problema, a presente invenção emprega um inovador mandril interno 14, que é esquematicamente mostrado nas Figuras 1 a 9 e com mais detalhes nas várias modalidades das Figuras 10 a 16, as quais serão descritas mais adiante.

[0074] Os componentes do sistema mostrado na Figura 1 compre endem ainda um sistema de retenção aqui exemplificado por um guincho 16 e um cabo de retenção ou cabo 18 que é um pouco mais longo que a haste de tubo 10. Em sua extremidade traseira, o cabo de retenção 18 pode ser acoplado de maneira liberável ao cabo de guincho 20 por meio de manilhas 22. Em sua extremidade dianteira, o cabo de retenção 18 pode também ser acoplado de maneira liberável à extremidade traseira do mandril 14, por exemplo, por meio de outras manilhas, as quais foram omitidas desses desenhos para maior clareza.

[0075] Aço é o material preferido para o cabo de retenção 18 em função de sua baixa elasticidade. Embora o cabo de retenção 18 seja mostrado esquematicamente como se estendendo ao longo do eixo longitudinal central da haste de tubo 10, na prática, o mesmo entra em contato com a superfície interna da haste de tubo 10 em alguns locais. Por conseguinte, o cabo de retenção 18 é, de preferência, coberto com um revestimento de plástico externo a fim de minimizar um atrito potencial e danos sempre que o cabo de retenção 18 esfrega contra a superfície interna da haste de tubo 10, em uso.

[0076] Para fins de uma descrição em alto nível do processo com relação às Figuras 2 a 9, será suficiente notar que o mandril 14 tem, de modo geral, a forma de um cilindro alongado com uma seção transversal circular e é dimensionado de modo a fazer um encaixe deslizante apertado no interior da haste de tubo 10. Em essência, o mandril 14 é uma forma de rotor de tubos. De fato, as características dos rotores de tubos conhecidos podem ser adaptadas de modo a produzir um mandril 14 tal como será explicado mais adiante.

[0077] Com o uso do sistema de retenção aqui exemplificado pelo guincho 16 que atua através do cabo de retenção 18, o mandril 14 se mantém estacionário na e ao redor da porção de arco onde uma deformação plástica da haste de tubo 10 acontece no momento do enrolamento sobre a bobina 12. A haste de tubo 10 desliza em torno do e através do mandril 14 ao mesmo tempo que o mandril 14 resiste continuamenteà formação de rugas na região da deformação plástica, uma vez que, em termos relativos, o mandril 14 e a região de deformação plástica fazem um movimento de regresso ao longo da haste de tubo 10 durante o enrolamento.

[0078] Consequentemente, o mandril 14 tem de ser capaz de se arquear ao longo do seu eixo longitudinal central - o qual, em uso, coincide com o eixo neutro longitudinal central da haste de caule 10 - de modo a se conformar com o correspondente arqueamento experimentado pela haste de tubo 10 durante o enrolamento. No entanto, a fim de reduzir o enrugamento, o mandril 14 tem de resistir à deformação radial interna da parede da haste de tubo 10, e, especialmente da sua luva de revestimento, na direção do eixo neutro da haste de tubo 10. Deste modo, em uso, o mandril 14 aplica uma pressão ou força de reação em uma direção radial externa contra a parede interna da haste de tubo 10. Isto se faz necessário especialmente no intradorso da curva do tubo onde o arqueamento da haste de tubo 10 ocorre durante o enrolamento sobre a bobina 12.

[0079] Para este efeito, o mandril 14 pode ser substancialmente rígido em uso quando posicionado na região da deformação plástica da haste de tubo 10 durante o enrolamento, pelo menos com relação à força radial interna aplicada pela parede da haste de tubo 10. Como alternativa, o mandril 14 poderá definir uma câmara de pressão que aplica uma pressão de fluido no sentido radial externo contra a parede interna da haste de tubo 10 quando o mesmo se encontra posicionado na região da deformação plástica da haste de tubo 10 durante o enrolamento. Ambas as possibilidades são apresentadas entre as modalidades mostradas nas Figuras 10 a 16.

[0080] No início do procedimento de enrolamento, tal como mos trado na Figura 2, cujo procedimento é tipicamente realizado em uma base de carretel, o mandril 14 é inserido em uma extremidade dianteira da haste de tubo 10. Em seguida, o cabo de retenção 18 é acoplado à extremidade traseira do mandril 14 de modo a se estender ao longo do interior da haste de tubo 10. Isto pode ser feito por meio da passagem de um cabo mensageiro que compreende um cabo sintético, um cabo leve ou uma cinta flexível através da haste de tubo 10. Um cabo mensageiro pode ser puxado por um rotor de tubos de oleoduto que passa através da haste de tubo 10 para um teste de pressão.

[0081] Um comprimento do cabo de retenção 18 que se projeta a partir da extremidade traseira da haste de tubo 10 é acoplado ao cabo de guincho 20 pelas manilhas 22, tal como mostrado na Figura 3. Em uma abordagem alternativa, seria possível, em vez disso, primeiramente acoplar o cabo de retenção 18 ao mandril 14 e através da haste de tubo 10 ao cabo de guincho 20 de modo que o guincho 16 possa puxar o mandril 14 para a extremidade dianteira da haste de tubo 10.

[0082] À medida que o cabo do guincho 20 é arriado, tal como mostrado na Figura 4, a extremidade dianteira da haste de tubo 10 que contém o mandril 14 é levantada sobre a bobina 12 a fim de iniciar o enrolamento. O mandril 14 se arqueia ligeiramente de modo a se conformarà pequena deformação elástica da haste de tubo 12 à medida que a haste de tubo 12 se arqueia sob seu próprio peso. A Figura 5 mostra, em seguida, o enrolamento em andamento à medida que a bobina 12 gira enquanto o mandril 14 é retido pelo guincho 16 que atua através do cabo de retenção 18. O cabo de retenção 18, nesse caso, se submete à tensão aplicada pelas forças de atrito à medida que a haste de tubo 10 desliza pelo mandril 14.

[0083] O cabo do guincho 20 é arriado e bobinado conforme ne cessário no início do enrolamento de modo a posicionar o mandril 14 em uma posição angular necessária com relação à circunferência da bobina 12. A este respeito, um aspecto chave da presente invenção é que o enrugamento da luva de revestimento só é susceptível de ocorrer em uma pequena região do arco em torno da circunferência da bobina 12 na qual a haste de tubo 10 se submete a um arqueamento e por isso poderá se submeter a uma ovalização e a um enrugamento. Uma vez que a deformação plástica da haste de tubo 10 ocorre de modo a coincidir com o raio efetivo da bobina 12, permitindo que a espessura de todas as voltas do tubo já em camadas por baixo da haste de tubo 10 não se submeta a nenhuma outra deformação susceptível de acontecer de modo a dar origem a uma ovalização ou a um enru- gamento.

[0084] Por conseguinte, é suficiente que o mandril 14 se estenda em torno de apenas uma porção menor da circunferência da bobina 12, desde que o mandril 14 se mantenha em alinhamento com a posição angular na qual a deformação plástica da luva de revestimento acontece quando a haste de tubo 10 começa a se enrolar sobre a bobina 12. Deste modo, o mandril 14 é preferido para cobrir 10° a 90° - mais preferencialmente apenas 30° a 45° - da circunferência descrita pela haste de tubo 10 quando a mesma é arqueada para enrolamento sobre a bobina 12. O mandril 14 fica posicionado de tal modo que a porção de arco definida pelo seu comprimento abranja a porção de arco menor na qual a deformação plástica da haste de tubo 10 se inicia, progride e termina após o enrolamento sobre a bobina 12.

[0085] Esta porção de arco na qual a deformação plástica da haste de tubo 10 se inicia, progride e termina após o enrolamento sobre a bobina 12 será referida daqui em diante como a zona de arqueamento 24. A zona de arqueamento 24 começa um pouco antes de a haste de tubo 10 encontrar a bobina 12 à medida que a haste é puxada para a bobina 12 e termina dentro de alguns graus de arco depois de a bobina 12 se apoiar primeiro contra a haste de tubo 10 como um mandril externo. Claro que, quando apropriado, as referências no presente relatório descritivo para a bobina 12 incluem quaisquer camadas de tubo já enroladas na bobina 12, o que determinará o raio efetivo e, por conseguinte, o perímetro efetivo, da bobina 12.

[0086] Quando assim posicionado, uma extremidade traseira do mandril 14 se estende para trás alguns metros, por exemplo, até cinco metros, ao longo da haste de tubo 10 a montante da zona de arquea- mento 24. Por outro lado, uma extremidade dianteira do mandril 14 se estende vários graus de arco a jusante da zona de arqueamento 24. O comprimento adicional resultante do mandril 14 oferece alguma tolerância de posição no caso de o cabo de retenção 18 se estender de maneira imprevisível, ou em um menor grau do que o previsto, sob a tensão aplicada pelas forças de atrito à medida que a haste de tubo 10 desliza pelo mandril 14. No entanto, é preferido que o mandril 14 não seja muito mais longo do que o necessário, uma vez que isso irá diminuir o atrito entre o mandril 14 e a haste de tubo 10.

[0087] A Figura 6 mostra um enrolamento contínuo à medida que a haste de tubo 10 é enrolada em voltas sucessivas em torno da bobi- na 12 enquanto o mandril 14 se mantém substancialmente estacionário com relação à circunferência da bobina 12, em alinhamento com a zona de arqueamento 24. As camadas da haste de tubo 10 são construídas por meio de sucessivas voltas, com cada revolução da bobina 12. Para facilidade de ilustração, apenas uma camada de haste de tubo 10 é mostrada na bobina 12 nos desenhos, embora, na prática, po-derá haver, evidentemente, várias camadas quando a bobina 12 se encontra totalmente carregada.

[0088] Eventualmente, a extremidade traseira da haste de tubo 10 se aproxima da bobina 12 e, quando a bobina 12 não está ainda totalmente carregada, é necessário parar de girar a bobina 12 e adicionar outra haste de tubo 10'. Isto é feito ao se desacoplar o cabo de retenção 18 do mandril 14 e remover o mesmo da haste de tubo 10, tal como mostrado na Figura 7, após o que a extremidade dianteira da haste de tubo seguinte 10'poderá ser alinhada com a extremidade traseira da haste de tubo anterior 10 em uma estação de soldagem e revestimento 26 de modo a formar uma junta soldada e revestida 28 no campo. Será apreciado que as hastes de tubo 10, 10' se encontram vazias de líquido em toda sua extensão a fim de facilitar o alinhamento. Além disso, a presente invenção permite que um grampo alinhado interno 30 seja usado e extraído de uma maneira bem conhecida.

[0089] Quando a solda está completa e a junta em campo se soli difica em uma extensão de auto-suporte, o enrolamento poderá ser retomado, tal como mostrado na Figura 8. Nesse caso, o cabo de retenção 8 é mais uma vez acoplado ao mandril 14, e a bobina 12 gira de modo a avançar as hastes de tubo 10, 10', o que coloca o cabo de retenção 18 sob tensão devido às forças de atrito que atuam sobre o mandril 14. Mais uma vez, o cabo do guincho 20 é arriado e bobinado conforme necessário de modo a posicionar o mandril 14 na posição angular requerida com relação à circunferência da bobina 12, em ali- nhamento com a zona de arqueamento 24.

[0090] As etapas mostradas nas Figuras 7 e 8 podem ser repeti das para todas as hastes de tubo seguintes 10". Por fim, a última haste de tubo 10"é enrolada na bobina 12, tal como mostrado na Figura 9, após o que a rotação da bobina 12 é interrompida e o guincho 16 puxa o cabo de retenção 18 de modo a extrair o mandril 14 da extremidade traseira 32 daquela haste de tubo 10". O mandril 14 poderá, em seguida, ser verificado e preparado para re-uso em um futuro procedimento de enrolamento.

[0091] O guincho 16 é mostrado na Figura 9 incluindo um sensor de tensão 34 para a medição da tensão no cabo de retenção 18 de modo a detectar se o mandril 14 está emperrado no interior de uma haste de tubo 10. Se tal condição for detectada, um sistema de controle 36 que responde ao sensor de tensão 34 deverá soar um alarme e poderá parar o enrolamento automaticamente.

[0092] No caso de um mandril emperrado 14 quando um guincho 16 é empregado como o dispositivo de retenção, poderá ser benéfico que o cabo de guincho 20 seja arriado de modo que o mandril emperrado 14 possa se movimentar com a haste de tubo 10 à medida que o procedimento de enrolamento se paralisa de modo a evitar danos ao mandril 14, à haste de tubo 10 ou aos demais elementos do sistema.

[0093] As Figuras 10 a 16 mostram a primeira à sétima modalida des do mandril 14, a título de exemplo, numeradas para fins de conveniência como 14A a 14G, respectivamente. Nas Figuras 10 a 14, os mandris 14A a 14E são mostrados na mesma posição angular com relação à circunferência da bobina 12, tal como mostrado nas Figuras 5 a 8. Nesse caso, os mandris14A a 14E ficam posicionados em uma haste de tubo arqueada 10 de modo a abranger a zona de arqueamen- to 24. Por outro lado, as Figuras 15a, 15b e 16 mostram mandris 14F e 14G em uma haste de tubo reta 10 antes do arqueamento.

[0094] O mandril 14A mostrado na Figura 10 é um rotor de tubos compreendendo um corpo 38 de um material polimérico resiliente e flexível, tal como um poliuretano. O corpo 38 é cilíndrico e tem extremidades arredondadas ou afuniladas. O corpo 38 tem um interior de espuma e um revestimento flexível, porém relativamente sólido e inflexível 40 de modo a manter a parede interna da haste de tubo 10 no lugar durante a deformação plástica durante o enrolamento. O revestimento 40 do corpo 38 é de preferência liso de modo a minimizar o atrito e melhorar as características de desgaste; o mesmo poderá ser revestido, impregnado ou de outro modo provido com um material de baixo atrito, tal como um PTFE.

[0095] O material e o formato alongado do corpo 38 são tais que o corpo 38 seja fácil de se arquear ao longo do seu eixo longitudinal central de modo a se conformar à curvatura local da haste de tubo 10. No entanto, a seção transversal do corpo 38 é resistente à pressão radial interna na direção do eixo longitudinal central, tal como seria exercida pela deformação por enrugamento da luva de revestimento que define a parede interna da haste de tubo 10.

[0096] Como todos os mandris da presente invenção, o mandril 14A deve ser suficientemente flexível ou de um ajuste frouxo o suficiente para deslizar pela saliência circunferencial interna das soldas cir- cunferenciais entre as sucessivas hastes de tubo 10, quando o revestimentoé metalurgicamente ligado ao tubo externo em torno do local de solda.

[0097] Na segunda e terceira modalidades mostradas nas Figuras 11 e 12, os mandris 14B e 14C são trens de rotor de tubos compreendendo os rotores de tubos dianteiro e traseiro 42, 44 conectados por um elo de tração 46. O cabo de retenção 18 é fixado ao rotor de tubos principal 42 de tal modo que os rotores de tubos dianteiro e traseiro 42, 44 fiquem dispostos, respectivamente, proximal e distalmente com relação ao cabo de retenção 18 ou a jusante e a montante com relação à direção na qual a haste de tubo 10 avança sobre a bobina 12.

[0098] O elo de tração 46 distingue os mandris 14B, 14C dos trens de rotores de tubos propelidos convencionais. O elo 46 permite que as peças relativamente rígidas dos mandris 14B, 14C, ou seja, os rotores de tubos 42, 44, se movimentem angularmente com relação um ao outro de modo a proporcionar elasticidade no arqueamento ao longo de um eixo longitudinal central, ao mesmo tempo evitando que essas partes se distanciem no sentido longitudinal.

[0099] Quando os rotores de tubos dianteiro e traseiro 42, 44 se vedam contra a parede interna da haste de tubo 10, um compartimento de pressão 48 é definido entre os mesmos. O compartimento de pressão 48 pode ser enchido com uma massa fluida 50 e poderá manter essa massa fluida 50 sob uma pressão elevada de modo a apoiar no sentido radial externo contra a parede interna da haste de tubo 10. Estacaracterística propicia uma resistência à deformação por enruga- mento da luva de revestimento que define a parede interna da haste de tubo 10.

[00100] Os elos de tração 46 mostrados nas Figuras 11 e 12 são fios ou cabos flexíveis amarrados entre os rotores de tubos dianteiro e traseiro 42, 44. Os elos 46 podem ser, por outro lado, hastes de metal rígidas com conexões giratórias para os rotores de tubos dianteiro e traseiro 42, 44.

[00101] O compartimento de pressão 48 pode ser enchido com diferentes materiais de enchimento fluidos: por exemplo, líquidos, géis e materiais particulados granulados que se comportam como fluidos quando em grandes quantidades.

[00102] A Figura 11 mostra esquematicamente que os elementos do trem de rotores de tubos podem compreender rotores de tubos convencionais bidirecionais 42, 44 com concavidades de plástico ma- leáveis 52 que definem vedações circunferenciais, o que é preferido. No entanto, vários rotores de tubos conhecidos na técnica para fins de limpeza e colocação de tubos seriam adequados para esta aplicação, desde que os mesmos assegurem uma estanqueidade suficiente para o material fluido escolhido para encher o compartimento de pressão 48. Rotores de tubos sólidos e rotores de tubos de espuma 42, 44, tais como os mostrados na Figura 12, podem ser possíveis, dependendo da escolha do material fluido. Alternativamente, uma evolução de um rotor de tubos adaptado para oleodutos curvos, tais como os descritos na Patente dos Estados Unidos N. 3849983, poderá ser considerada.

[00103] Nas quarta e quinta modalidades mostradas nas Figuras 13 e 14, os mandris 14D e 14E compreendem, respectivamente, uma série longitudinal de segmentos rígidos 54 conectados aos seus segmentos vizinhos por meio da articulando dos elos 58 dispostos no eixo longitudinal central. Os segmentos 54 são um encaixe deslizante apertado dentro da haste de tubo 10. Elos articulados ou flexíveis entre os elementos rígidos de um mandril 14 são uma outra maneira de se combinar flexibilidade no arqueamento ao longo de um eixo longitudinal central com forte resistência à pressão radial interna em direção a esse eixo, o que vem a ser uma característica de uma deformação por enrugamento de uma luva de revestimento.

[00104] O arqueamento do mandril 14D ao longo de um eixo longitudinal central na Figura 13 ocorre de forma passiva, em resposta ao correspondente arqueamento da haste de tubo 10. Por outro lado, a Figura 14 mostra que o arqueamento do mandril 14E ao longo do seu eixo longitudinal central poderá ser controlado de forma ativa, por exemplo, por meio dos atuadores extensíveis de dupla ação 58 entre os segmentos adjacentes 54 do mandril 14E que atuam em um deslocamento alinhado lateralmente a partir do eixo longitudinal central no qual os elos articulados 56 se localizam. Esses atuadores 58 podem ser usados para pressionar os elementos rígidos de um mandril 14 contra a superfície interna de uma haste de tubo 10.

[00105] Quando os segmentos 54 se encontram suficientemente próximos, não haverá nenhuma necessidade que um fluido pressurizado seja disposto entre os segmentos 54 a fim de combater o enru- gamento. A este respeito, será útil que os segmentos 54 fiquem o mais próximo possível no intradorso da curvatura na haste de tubo 10, quando um enrugamento de outro modo poderá se tornar mais prevalente.

[00106] Na sexta e sétima modalidades da presente invenção mostradas nas Figuras 15a, 15b e 18, os mandris 14F e 14G incluem uma provisão para variar o comprimento de um elo entre os rotores de tubos 42, 44, por exemplo, um macaco, um mecanismo de parafuso ajustável ou um mecanismo de cavilha alimentado por um motor ou caixa de marchas. Isso irá aumentar ou diminuir o comprimento e, por conseguinte, o volume de um compartimento de pressão 48 ao variar o comprimento do elo, ficando evidente que a redução do volume do compartimento de pressão 48 irá aumentar a pressão de uma massa fluida 50 que se encontra confinada dentro desse compartimento 48. A este respeito, o compartimento de pressão 48 pode ser entendido como um compartimento no qual uma massa fluida 50 de um material incompressível poderá ser comprimida quando uma pressão interna é aplicada.

[00107] As vistas ampliadas das Figuras 15a, 15b e 16 mostram a luva de revestimento 60 dentro do tubo externo 62 da haste de tubo 10.

[00108] Os mandris 14F, 14G de Figuras 15a, 15b e 16 empregam os rotores de tubos dianteiro e traseiro 42, 44 como pistões que são arrastados ou empurrados juntos a fim de comprimir ou, de preferência, solidificar uma massa fluida incompressível 50 de material de en- chimento no compartimento de pressão 48 definido entre os mesmos. Este método de compressão tem uma vantagem particular na viscosidade de géis.

[00109] Em ambas as sexta e sétima modalidades, o material de enchimento, tal como um gel, é introduzido no compartimento de pressão 48 para uma subsequente compressão através de uma mangueira de enchimento 64 sob o controle de uma válvula 66. A mangueira de enchimento 64 funciona como um cabo umbilical ao lado do cabo de retenção 18. Quando o material de enchimento é granular, o mesmo poderá ser soprado através da mangueira de enchimento 64 para dentro do compartimento de pressão 48 como uma massa fluida de partículas arrastadas em ar comprimido. Uma válvula de alívio de pressão, não mostrada, pode ser provida de modo a permitir que o ar saia do compartimento de pressão 48 à medida que o mesmo se enche com o material de enchimento.

[00110] Quando o compartimento de pressão 48 está quase cheio, tal como mostrado na Figura 15a, o rotor de tubos traseiro 44 é puxado para o rotor de tubos dianteiro 42 pelo elo de comprimento variável a fim de reduzir o comprimento e, por conseguinte, o volume do compartimento de pressão 48. Consequentemente, a massa fluida 50 de material de enchimento enche o restante do compartimento de pressão 48, tal como mostrado na Figura 15b, e aplica uma pressão radial externa contra o interior da haste de tubo 10 de modo a resistir ao en- rugamento da luva de revestimento 60. Uma vez que um gel ou um material de enchimento granular irá se endurecer sob esta pressão, o compartimento de pressão 48 é de preferência reduzido somente depois de o mandril 14F, 14G ter se arqueado ao longo do seu eixo longi-tudinal central em resposta ao correspondente arqueamento da haste de tubo 10.

[00111] Os mandris 14F, 14G das Figuras 15a, 15b e 16 têm uma outra característica em comum, ou seja, uma mangueira extensível 68 que se estende através do mandril 14F, 14G a partir do lado de fora do rotor de tubos traseiro 44 para fora do rotor de tubos dianteiro 42. Esta mangueira 68 permite que o interior da haste de tubo 10 a jusante do mandril 14F, 14G se comunique com o ar ambiente para a equalização de pressão. De maneira alternativa ou adicionalmente, um orifício de respiração ou uma válvula, tal como uma válvula de retenção ou uma válvula de controle de pressão, poderá ser provido na extremidade dianteira da primeira haste de tubo bobinada 10 a fim de igualar o vácuo a jusante do mandril 14F, 14G devido ao seu efeito de pistão com relação à haste de tubo em movimento 10.

[00112] O elo de comprimento variável do mandril 14F das Figuras 15a e 15b compreende uma haste 70 sobre o seu eixo longitudinal central que pode deslizar longitudinalmente através do eixo central 72 do rotor de tubos 42. A extremidade dianteira da haste 70 é conectada por um fio ou cabo 74 ao rotor de tubos traseiro 44. A haste 70 tem uma superfície de cremalheira dentada que é encaixada por meio de um pinhão 76 acionado por um motor 78 através de uma caixa de marcha 80 montada no lado de fora do rotor de tubos traseiro 44. A força para o motor é provida através de uma linha de transmissão de energia 82 que funciona como um cabo umbilical ao lado do cabo de retenção 18.

[00113] Por outro lado, o elo de comprimento variável do mandril 14G da Figura 16 compreende um macaco hidráulico de dupla ação 84 que é disposto no compartimento de pressão 48. O macaco 84 é conectado de maneira pivotável em suas extremidades opostas aos rotores de tubos dianteiro e traseiro 42, 44 a fim de puxar os mesmos em conjunto ou afastar os mesmos. O fluido hidráulico para o macaco 84 é provido sob pressão através de uma mangueira hidráulica 86 que funciona como um cabo umbilical ao lado do cabo de retenção 18.

[00114] Os mandris da presente invenção que têm um compartimento de pressão 48 usam, de preferência, um gel como uma massa fluida para encher esse compartimento 48. Exemplos de tais géis são os géis de MEG (monoetileno glicol) e os géis de silicone. Como alternativa, cera poderá ser usada. A Patente EP N. 0009281 também apresenta um tipo potencialmente adequado de gel que compreende óleo vegetal, ácido graxo ou um enchimento particulado, tal como carbonato de cálcio.

[00115] Opcionalmente, um gel biodegradável, tal como gel comestível, geléia, goma ou pectina, poderá ser considerado. A solubilidade em água de tais géis permite uma fácil evacuação durante a lavagem e limpeza após o uso do mandril, e, ao mesmo tempo, a sua biodegra- dabilidade favorece a sua eliminação.

[00116] As carragenanas (E407) têm a capacidade de formar géis à temperatura ambiente e, portanto, são amplamente usadas como agentes espessantes e estabilizantes. As mesmas possuem propriedadespseudo-plásticas, o que significa que a sua viscosidade diminui sob tensão de cisalhamento e é recuperada assim que a tensão de cisalhamento é removida. Isto significa que as carragenanas são fáceis de bombear, mas endurecem novamente depois. Consequentemente, as carragenanas serão úteis para o enchimento do compartimento de pressão 48 e subsequente remoção do compartimento 48 por meio de bombeamento, porém as mesmas endurecem quando comprimidas no compartimento de pressão 48 pronto para enrolamen-to.

[00117] Quando um material de enchimento granular é usado como uma massa fluida no compartimento de pressão 48, os grãos de polímero ou de PTFE são preferidos à areia a fim de evitar danos à superfície interna da haste de tubo 10 e por ser de baixo atrito. O baixo atrito entre os grãos é também útil no sentido de melhorar a fluidez da massa e promover a compressão no compartimento de pressão 48 sob pressão interna e externa.

[00118] Muitas outras variações são possíveis sem se afastar do conceito inventivo. Por exemplo, é possível que as estações de soldagem e de revestimento de uma base de carretel sejam separadas pelo comprimento de uma haste de tubo de modo que a soldagem possa ser realizada em uma estação a montante em paralelo ao revestimento em uma estação a jusante.

[00119] Opcionalmente, um mandril da presente invenção pode ser também concebido para limpar o interior de uma haste de tubo, graças às placas ou concavidades adicionais de rotores de tubos localizadas no interior de uma extremidade a jusante do mandril.

[00120] A massa fluida pode ser mantida no compartimento de pressão em um ou mais sacos flexíveis capazes de compressão ou de serem comprimidos e em conformidade à parede interna do tubo.

[00121] Um guincho é meramente um exemplo de um dispositivo de retenção, cuja finalidade é suportar a reação ao atrito entre o mandril e a superfície interna da haste do tubo. Além disso, o dispositivo de retenção deve ser facilmente desconectável do e reconectável ao cabo de retenção. Um guincho é preferido como o dispositivo de retenção, uma vez que a sua ajustabilidade aumenta a versatilidade do sistema.

Claims (26)

1. Método de arqueamento de um tubo alongado (10) conti-nuamente ao longo de um eixo longitudinal do tubo (10), quando enrola-se o tubo (10) em uma bobina (12), caracterizado pelo fato de compreender: - avançar o tubo (10) longitudinalmente através de uma zona de arqueamento (24) na qual pelo menos uma parte do tubo (10) se submete a uma deformação plástica durante o arqueamento ao longo do eixo longitudinal; - enquanto o tubo (10) avança através da zona de arquea- mento (24), aplicar uma tensão através de um elemento de retenção (18) de tração alongado que fica ancorado do lado de fora de uma extremidade traseira do tubo (10) e se estende internamente ao longo do tubo (10) a fim de manter um mandril interno (14) na zona de arquea- mento (24) contra a força de atrito resultante entre o mandril interno (14) e o tubo (10) que avança pelo mandril interno (14); e - por meio do mandril interno (14), resistir à deformação radial interna de uma superfície interna do tubo (10) com relação ao eixo longitudinal durante o arqueamento.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender usar um mandril externo para arquear o tubo (10) ao longo do eixo longitudinal na zona de arqueamento (24).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o tubo (10) ser arqueado durante enrolamento em uma bobina (12) que se presta como o mandril externo.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender fixar o elemento de retenção (18) ao mandril interno (14) quando o mandril interno (14) está dentro do tubo (10).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender: - pausar o movimento do tubo (10) através da zona de ar- queamento (24); - separar o elemento de retenção (18) do mandril interno (14); - retirar o elemento de retenção (18) do tubo (10); - fixar uma seção de tubo adicional (10’) a uma extremidade traseira do tubo (10); - inserir o elemento de retenção (18) de modo a se estender internamente ao longo da seção de tubo adicional e do tubo (10) para o mandril interno (14); - recolocar o elemento de retenção (18) no mandril interno (14); e - retomar o movimento do tubo (10) através da zona de ar- queamento (24).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de alinhar o tubo (10) e a seção de tubo adicional (10’) com um grampo de alinhamento interno (30) antes da fixação.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender fazer com que o mandril interno (14) seja arqueado de modo a corresponder à curvatura de arqueamento do tubo (10) na zona de arqueamento (24).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o mandril interno (14) se apoiar contra a superfície interna do tubo (10) de modo a resistir à deformação radial interna da superfície interna do tubo (10).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o mandril interno (14B, 14C) aplicar uma pressão de fluido radial externa contra a superfície interna do tubo (10) de modo a resistir à deformação radial interna da superfície interna do tubo (10).

10. Método, de acordo com acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender expor a superfície interna do tubo (10) diretamente a um fluido pressurizado (50) confinado pelas vedações (42, 44) longitudinalmente espaçadas do mandril interno (14B, 14C) que vedam a superfície interna do tubo (10).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de o mandril interno (14B, 14C) ser enchido com uma massa fluida (50) substancialmente incompressível e a massa fluida (50) é pressurizada no mandril interno (14) após o enchimento e em que a massa fluida (50) é confinada em um compartimento de pressão (48) do mandril interno (14) e é pressurizada por contração do compartimento de pressão (48).

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de compreender arquear o mandril interno (14B, 14C) de modo a se conformar à curvatura de ar- queamento do tubo (10) na zona de arqueamento (24) antes de pressurizar a massa fluida.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender ajustar a posição longitudinal do mandril interno (14) com relação à zona de ar- queamento (24) à medida que o tubo (10) avança através da zona de arqueamento (24).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender posicionar o mandril interno (14) de modo a abranger e a se estender longitudinalmente para além da zona de arqueamento (24) ao longo do tubo (10).

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender igualar a pressão de ar no tubo (10) à frente e atrás do mandril interno (14) ao deixar o ar fluir através do mandril interno (14).

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de medir a tensão de retenção aplicada ao mandril interno (14) de modo a detectar uma resistência excessiva ao movimento do tubo (10) pelo mandril interno (14) e, quando tal condição é detectada, gerar um alarme ou interromper o movimento do tubo (10); e deixar o mandril interno (14) se movimentar com o tubo (10), enquanto o movimento do tubo (10) é interrompido.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de realizar em um tubo (10) revestido apropriado para uso no transporte de fluidos em instalações submarinas de modo a mitigar o enrugamento de uma luva de revestimento (60) do tubo (10).

18. Mandril interno (14) para resistir à deformação radial interna de uma superfície interna de um tubo (10) durante o arqueamen- to do tubo (10) ao longo de um eixo longitudinal, o mandril sendo caracterizado pelo fato de compreender: - elementos de encaixe de tubo longitudinalmente espaçados (42, 44); - um elo de articulação ou flexível à tração (46, 74), disposto entre os elementos de modo a permitir um movimento angular relativo entre os elementos (42, 44) à medida que o tubo (10) se arqueia; e - uma conexão de retenção sobre um dos elementos (42) de modo a aplicar uma força de retenção a esse elemento (42) a ser transmitida, em uso, ao outro elemento (44) por meio da tensão no elo de tração (46, 74); - em que o compartimento de pressão (48) é definido entre os elementos de tubo de engate (42, 44); - em que o compartimento de pressão (48) contém uma massa fluida (50); e - em que a massa fluida (50) compreende um gel, cera ou material de enchimento granular.

19. Mandril (14), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos elementos de encaixe de tubo (42, 44) ser um rotor de tubos de oleoduto.

20. Mandril (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 ou 19, caracterizado pelo fato de a massa fluida (50) ter propriedades pseudo-plásticas sob pressão.

21. Mandril (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato de o elo (46, 74) ser de um comprimento variável de modo a alterar o volume do compartimento de pressão (48).

22. Mandril (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo fato de compreender um orifício de preenchimento (64) que se estende longitudinalmente através de pelo menos um dos elementos de encaixe de tubo (42) e que se comunica com o compartimento de pressão (48).

23. Mandril (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizado pelo fato de compreender um duto de equalização de pressão (68) que se estende longitudinalmente através do mandril (14).

24. Aparelho de arqueamento de tubo para o arqueamento de uma seção de tubo (10) alongada continuamente ao longo de um eixo longitudinal da seção de tubo (10), o aparelho sendo caracterizado pelo fato de compreender: - um mandril interno (14) como definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 23 e disposto de modo a se ajustar dentro da seção de tubo (10) de modo a resistir à deformação radial interna de uma superfície interna da seção de tubo (10) com relação ao eixo longitudinal durante o arqueamento; - um elemento de retenção (18) de tração alongado disposto de modo a se estender internamente ao longo da seção de tubo (10) a partir de uma âncora externa para o mandril interno (14) a fim de manter o mandril interno (14) em uma zona de arqueamento (24) à medida que a seção de tubo (10) avança longitudinalmente pelo mandril interno (14); - um mandril externo que define a zona de arqueamento (24); - um motor para o avanço da seção de tubo (10) através da zona de arqueamento (24); em que uma bobina (12) serve tanto como o mandril externo e como o motor.

25. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de a âncora (16) ser espaçada do mandril externo de modo a acomodar a seção de tubo (10) entre a âncora e o mandril externo.

26. Base de carretel, caracterizada pelo fato de ser equipada com o aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 24 a 25.

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