BR112015025902B1 - elemento de fita alongada e corpo de tubo flexível - Google Patents

Abstract

CORPO DE TUBO FLEXÍVEL, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO E ELEMENTO DE FITA ALONGADO Um elemento de fita alongada, um corpo de tubo flexível e método de produzir um corpo de tubo flexível são revelados. O elemento de fita tem um perfil seccional transversal compreendendo uma parte de corpo para ser posicionada entre enrolamentos de fita resistente a colapso de tal maneira que cada parte de corpo fica situada pelo menos parcialmente em uma folga entre enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes; e pelo menos uma parte de asa se estendendo de uma região de extremidade da parte de corpo, a pelo menos uma parte de asa configurada para se estender sobre a folga e respectivamente ficar em contato com uma superfície interna radialmente de um enrolamento de fita resistente a colapso adjacente.

Description

[001] A presente invenção diz respeito a um elemento de fita alongada e método de formar um corpo de tubo flexível. Em particular, mas não exclusivamente, a presente invenção diz respeito a um elemento de fita para uso ao formar uma camada de armadura de um corpo de tubo flexível.

[002] Tradicionalmente tubo flexível é utilizado para transportar fluidos de produção, tais como óleo e/ou gás e/ou água, de uma localização para uma outra. Tubo flexível é particularmente útil na conexão de uma localização submarina (a qual pode estar a uma grande profundidade tal como 1.000 metros ou mais) para uma localização ao nível do mar. O tubo pode ter um diâmetro interno tipicamente de até cerca de 0,6 metro (por exemplo, diâmetros podem variar de 0,05 m até 0,6 m). Tubo flexível de uma maneira geral é formado como uma montagem de um corpo de tubo flexível e um ou mais encaixes de extremidade. O corpo de tubo tipicamente é formado como uma combinação de materiais em camadas que formam um conduto de contenção de pressão. A estrutura de tubo permite grandes deflexões sem causar tensões de flexão que prejudicam a funcionalidade do tubo durante a sua vida útil. O corpo de tubo de uma maneira geral é desenvolvido como uma estrutura combinada incluindo camadas de polímero e/ou metálicas e/ou compostas. Por exemplo, um corpo de tubo pode incluir camadas de polímero e metálicas, ou camadas de polímero e compostas, ou camadas de polímero, de metal e compostas.

[003] Em projetos de tubos flexíveis muito conhecidos o corpo de tubo inclui uma ou mais camadas de armadura de pressão. A carga primária em tais camadas é formada de forças radiais. Camadas de armadura de pressão frequentemente têm um perfil de seção transversal específico para travamento a fim de serem capazes de manter e absorver forças radiais resultando de pressão externa ou interna no tubo. Os perfis seccionais transversais dos fios enrolados que assim impedem o tubo de sofrer colapso ou rompimento como resul- tado de pressão são algumas vezes chamados de perfis resistentes à pressão. Quando camadas de armadura de pressão são formadas com fio enrolado heli-coidalmente formando componentes de aros, as forças radiais provenientes de pressão externa ou interna no tubo fazem com que os componentes de aros expandam ou contraiam, colocando uma carga de tração nos fios.

[004] Tubo flexível sem junção tem sido usado para desenvolvimentos em águas profundas (menos que 3.300 pés (1.005,84 metros)) e águas muito profundas (mais que 3.300 pés). É a demanda crescente para petróleo que está fazendo com que exploração ocorra em profundidades cada vez maiores onde fatores ambientais são mais extremos. Por exemplo, em tais ambientes de águas profundas e muito profundas a temperatura de fundo de oceano aumenta o risco de fluidos de produção resfriarem para uma temperatura que pode resultar em obstrução de tubo. Profundidades aumentadas também aumentam a pressão associada com o ambiente no qual o tubo flexível deve operar. Por exemplo, um tubo flexível pode ser exigido para operar com pressões externas variando de 0,1 MPa a 30 MPa agindo sobre o tubo. Igualmente, transportar petróleo, gás ou água pode dar origem a altas pressões agindo sobre o tubo flexível por dentro, por exemplo, com pressões internas variando de zero a 140 MPa provenientes do fluido de furo agindo sobre o tubo. Como resultado a necessidade de altos níveis de desempenho das camadas de armadura de pressão e de armadura de tração do corpo de tubo flexível é aumentada.

[005] Tubo flexível também pode ser usado para aplicações em água rasa (por exemplo, menos que cerca de 500 metros de profundidade) ou mesmo para aplicações em costa (terrestre).

[006] Um modo de melhorar a resposta de carga e assim desempenho de camadas de armadura é fabricar as camadas de materiais mais grossos e mais fortes e assim mais robustos. Por exemplo, para camadas de armadura de pressão em que as camadas frequentemente são formadas de fios enrola- dos com enrolamentos adjacentes no travamento de camada, fabricar os fios de material mais grosso resulta na resistência aumentando de modo apropriado. Entretanto, à medida que mais material é usado o peso do tubo flexível aumenta. No final o peso do tubo flexível pode se tornar um fator limitante no uso do tubo flexível. Adicionalmente fabricar tubo flexível usando material cada vez mais grosso aumenta custos de materiais apreciavelmente, o que também é uma desvantagem.

[007] Além do mais, com certos perfis resistentes à pressão, camadas adjacentes à camada de armadura de pressão podem ser danificadas, em particular quando o material da camada adjacente desloca para dentro de folgas entre enrolamentos adjacentes da camada de armadura de pressão.

[008] De acordo com regulações de indústria, todas as estruturas de tubos flexíveis devem passar por um teste de aceitação de fábrica (FAT) antes da venda. Isto envolve pressurizar um furo de tubo com um fluido tal como água com 1,5 vezes a pressão de uso usual. A água é assim um meio de pres- surização.

[009] A aplicação de pressão interna (isto é, pressão proveniente de dentro do furo) ao tubo produz expansão radial em todas as camadas e isto é quando uma camada de polímero passa por deformação e tende a deslizar para dentro das folgas de uma camada de armadura de sobreposição. Em pressões altas (de cerca de 8.000 psi (55 Mpa) ou mais), a distribuição de deformação resultante dentro da camada de polímero pode ficar muito localizada nas áreas em volta das folgas, e o material de polímero pode deformar por cavita- ção em vez de fluxo plástico. Isto por sua vez pode resultar na formação de microfissura ou microrrachadura na superfície interna radialmente da camada de polímero. Durante qualquer carregamento subsequente (tal como o carregamento experimentado durante uso normal ao transportar fluidos de produção) esta microfissura pode então se estender para formar fissuras maiores ou mais profundas por toda a camada de polímero. Isto aumenta o risco de falha da camada de polímero e no final pode resultar em perda de contenção de pressão, possuindo um efeito adverso sobre a vida útil de um tubo flexível.

[010] A WO98/16770, WO2009/087348, WO2010/055323, US2004/0182462, US2010/0059134, US6.739.355, US5.275.209, US6.192.941, US6.283.161, US6.065.501, EP1141606, EP1395769 e a US4.549.581 revelam enrolamentos de camada de armadura com várias seções transversais modeladas.

[011] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um elemento de fita alongada para formar uma camada enrolada helicoidalmente de enrolamentos em um corpo de tubo flexível, a fita sendo configurada para alternar enrolamento com uma fita resistente a colapso em um modo helicoidal para formar uma camada resistente a colapso, em que o elemento de fita tem um perfil seccional transversal compreendendo: uma parte de corpo para ser posicionada entre enrolamentos de fita re-sistente a colapso de tal maneira que cada parte de corpo fica situada pelo menos parcialmente em uma folga entre enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes; e pelo menos uma parte de asa se estendendo de uma região de extremidade da parte de corpo, a pelo menos uma parte de asa configurada para se estender sobre a folga e respectivamente ficar em contato com uma superfície interna radialmente de um enrolamento de fita resistente a colapso adjacente.

[012] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é fornecido um corpo de tubo flexível para transportar fluidos de uma localização submarina compreendendo: uma camada de retenção de fluido; uma camada de armadura compreendendo uma fita resistente a colapso enrolada helicoidalmente em volta da ca- mada de retenção de fluido em que enrolamentos adjacentes da fita travam de tal maneira que uma folga fica presente entre enrolamentos adjacentes, e um elemento de fita alongada enrolado alternadamente com a fita resistente a colapso em um modo helicoidal para formar a camada de armadura de tal maneira que o elemento de fita alongada fica localizado pelo menos parcialmente dentro da dita folga e configurado para se estender sobre a folga, e arranjado em uma relação de ficar em contato com a dita camada de retenção de fluido.

[013] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é fornecido um método de fabricar um corpo de tubo flexível, compreendendo: fornecer uma camada de retenção de fluido; e enrolar helicoidalmente um elemento de fita alongada e uma fita resistente a colapso sobre a camada de retenção de fluido para formar enrolamentos alternados, em que o elemento de fita alongada fica localizado pelo menos parcialmente dentro de uma folga entre enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes e configurado para se estender sobre a folga a fim de ficar em contato com uma superfície interna radialmente de cada enrolamento de fita resistente a colapso adjacente.

[014] Certas modalidades da invenção fornecem a vantagem em que elementos de fita podem ser enrolados helicoidalmente para formar enrolamentos de uma camada de armadura, de tal maneira que camadas debaixo (radialmente para dentro) da camada de armadura não estão sujeitas a grandes variações em tensão e deformação de contato nas camadas.

[015] Certas modalidades da invenção fornecem a vantagem em que variação por deformação abrupta em uma camada ou revestimento de barreira de polímero adjacente é reduzida ou impedida.

[016] Certas modalidades da invenção fornecem um elemento de ligação para enrolar entre fios de armadura para formar uma camada de armadura. Um corpo de tubo flexível pode ser produzido possuindo uma camada de armadura e uma camada ou revestimento de polímero interno radialmente. Com um elemento de ligação como este, as tensões de contato entre a camada de polímero e a camada de armadura são substancialmente uniformes.

[017] Certas modalidades da invenção fornecem a vantagem em que um corpo de tubo flexível é fornecido que tem desempenho e tempo de vida útil aumentados. Em particular, a possibilidade de estouro de uma camada de retenção de fluido é evitada.

[018] Modalidades da invenção são descritas adicionalmente em seguida com referência para os desenhos anexos, nos quais: A figura 1 ilustra um corpo de tubo flexível; A figura 2 ilustra uma montagem de coluna de ascensão; A figura 3 ilustra uma parte de um corpo de tubo flexível conhecido; A figura 4 ilustra uma vista ampliada da seção A mostrada na figura 3; A figura 5 ilustra uma parte de tubo flexível de acordo com a presente invenção; A figura 6 ilustra uma vista ampliada da seção B mostrada na figura 5; A figura 7 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção; A figura 8 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção; A figura 9 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção; As figuras 10a, 10b e 10c ilustram uma modalidade alternativa da presente invenção; As figuras 11a, 11b e 11c ilustram uma modalidade alternativa da presente invenção; As figuras 12a, 12b e 12c ilustram uma modalidade alternativa da presente invenção; As figuras 13a, 13b e 13c ilustram uma modalidade alternativa da presente invenção; A figura 14 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção; As figuras 15a e 15b ilustram uma modalidade alternativa da presente invenção; As figuras 16a e 16b ilustram uma modalidade alternativa da presente invenção; e As figuras 17a e 17b ilustram uma modalidade alternativa da presente invenção.

[019] Nos desenhos números de referência iguais se referem a partes iguais.

[020] Por toda esta descrição será feita referência para um tubo flexível. Será entendido que um tubo flexível é uma montagem de uma parte de corpo de tubo e de um ou mais encaixes de extremidade em cada um dos quais uma respectiva extremidade do corpo de tubo é terminada. A figura 1 ilustra como o corpo de tubo 100 é formado de acordo com uma modalidade da presente invenção de uma combinação de materiais em camadas que formam um conduto de contenção de pressão. Embora um número de camadas particulares esteja ilustrado na figura 1, é para ser entendido que a presente invenção de um modo geral é aplicável a estruturas de corpo de tubo coaxiais incluindo duas ou mais camadas fabricadas de uma variedade de materiais possíveis. É para ser notado adicionalmente que as espessuras de camadas estão mostradas somente para propósitos ilustrativos. Tal como usado neste documento, o termo “composto” é usado para se referir de um modo geral a um material que é formado de dois ou mais materiais diferentes tais como, por exemplo, um material formado de um material de matriz e fibras de reforço.

[021] Tal como ilustrado na figura 1, um corpo de tubo inclui uma camada de carcaça mais interna opcional 101. A carcaça fornece uma construção travada que pode ser usada como a camada mais interna para impedir, totalmente ou parcialmente, colapso de um revestimento interno de pressão 102 por causa de descompressão de tubo, pressão externa, e pressão de armadura de tração e cargas de esmagamento mecânico. A camada de carcaça frequentemente é uma camada metálica, formada de aço inoxidável, por exemplo. A camada de carcaça também pode ser formada de composto, polímero ou de outro material, ou de uma combinação de materiais. Será percebido que certas modalidades da presente invenção são aplicáveis para operações de ‘furo liso’ (isto é, sem uma carcaça) assim como para aplicações de ‘furo grosseiro’ (com uma carcaça).

[022] O revestimento interno de pressão 102 age como uma camada de retenção de fluido e compreende uma camada de polímero que assegura integridade de fluido interno. É para ser entendido que esta camada por si mesma pode compreender um número de subcamadas. Será percebido que quando a camada de carcaça opcional é utilizada o revestimento interno de pressão frequentemente é referido pelos versados na técnica como uma camada de barreira. Em operação sem uma carcaça como esta (assim chamada de operação de furo liso) o revestimento interno de pressão pode ser referido como um forro.

[023] Uma camada de armadura de pressão opcional 103 é uma camada resistente à pressão que fornece uma camada estrutural que aumenta a resistência do tubo flexível para cargas de pressão interna e externa e de esmagamento mecânico. A camada também suporta estruturalmente o revestimento interno de pressão, e tipicamente pode ser formada de uma construção travada de fios enrolados com um ângulo de assentamento próximo de 90°. A camada de armadura de pressão frequentemente é uma camada metálica, formada de aço carbono, por exemplo. A camada de armadura de pressão também pode ser formada de composto, polímero, ou de outro material, ou de uma combinação de materiais.

[024] O corpo de tubo flexível também inclui uma primeira camada de armadura de tração opcional 105 e a segunda camada de armadura de tração opcional 106. Cada camada de armadura de tração é usada para sustentar cargas de tração e pressão interna. A camada de armadura de tração frequentemente é formada de uma pluralidade de fios (para transmitir resistência para a camada) que ficam localizados sobre uma camada interna e são enrolados helicoidalmente ao longo do comprimento do tubo em um ângulo de assentamento tipicamente entre cerca de 10° a 55°. As camadas de armadura de tração frequentemente são enroladas em oposição em pares. As camadas de armadura de tração frequentemente são camadas metálicas, formadas de aço carbono, por exemplo. As camadas de armadura de tração também podem ser formadas de composto, polímero, ou de outro material, ou de uma combinação de materiais.

[025] O corpo de tubo flexível mostrado também inclui camadas opcionais da fita 104 que ajudam a conter camadas subjacentes e para alguma extensão impedem abrasão entre camadas adjacentes. A camada de fita pode ser um polímero ou composto ou uma combinação de materiais.

[026] O corpo de tubo flexível tipicamente também inclui camadas opcionais do isolamento 107 e um revestimento externo 108, o qual compreende uma camada de polímero usada para proteger o tubo contra penetração de água do mar e de outros ambientes externos, corrosão, abrasão e dano mecânico.

[027] Cada tubo flexível compreende pelo menos uma parte, algumas vezes referida como um segmento ou seção do corpo de tubo 100, juntamente com um encaixe de extremidade localizado em pelo menos uma extremidade do tubo flexível. Um encaixe de extremidade fornece um dispositivo mecânico que forma a transição entre o corpo de tubo flexível e um conector. As diferentes camadas de tubo tais como mostradas, por exemplo, na figura 1 terminam no encaixe de extremidade em um modo tal como para transferir a carga entre o tubo flexível e o conector.

[028] A figura 2 ilustra uma montagem de coluna de ascensão 200 adequada para transportar fluido de produção tal como petróleo e/ou gás e/ou água de uma localização submarina 221 para uma instalação flutuante. Por exemplo, na figura 2 a localização submarina 221 inclui uma linha de fluxo submarina. A linha de fluxo flexível 225 compreende um tubo flexível apoiando, completamente ou em parte, no fundo do mar 224 ou enterrado abaixo do fundo do mar e usado em uma aplicação estática. A instalação flutuante pode ser fornecida por meio de uma plataforma e/ou boia ou, tal como ilustrado na figura 2, um navio 222. A montagem de coluna de ascensão 200 é fornecida como uma coluna de ascensão flexível, ou seja, um tubo flexível 223 conectando o navio à instalação de fundo do mar. O tubo flexível pode ser em segmentos de corpo de tubo flexível com encaixes de extremidade conectados.

[029] Será percebido que existem tipos diferentes de colunas de ascensão, tal como é bem conhecido pelos versados na técnica. Modalidades da presente invenção podem ser usadas com qualquer tipo de coluna de ascensão, tal como uma suspensa livremente (coluna de ascensão livre em catená- ria), uma coluna de ascensão restringida para alguma extensão (boias, cadeias), coluna de ascensão totalmente contida ou encerrada em um tubo (tubos I ou J).

[030] A figura 2 também ilustra como partes de tubo flexível podem ser utilizadas como uma linha de fluxo 225 ou a ligação em ponte 226.

[031] A figura 3 ilustra uma parte de um corpo de tubo flexível conhecido incluindo os enrolamentos 3011-3 de uma camada de armadura de pressão e uma camada de retenção de fluido de polímero interna radialmente 302. A figura 4 mostra uma vista ampliada da seção A da figura 3. À medida que uma fita é enrolada para formar a camada de armadura de pressão, uma superfície interna 303 da camada de armadura de pressão é formada de uma borda do per- fil de fita pelos enrolamentos adjacentes repetidos. Certamente, uma única fita pode ser enrolada como um enrolamento repetido (tal como mostrado na figura 3), ou diversas fitas, possivelmente de perfis diferentes, podem ser enroladas sucessivamente, com uma borda de cada perfil de fita formando a superfície interna da camada de armadura. Em um ou outro modo, uma superfície de contato de base de cada perfil forma uma superfície interna 303 da camada de armadura.

[032] Nas regiões onde enrolamentos sucessivos ficam juntos, ao longo do comprimento das bordas 304 de cada enrolamento, usualmente acontece o caso em que a borda do perfil de fita formando a superfície (base) interna curva para longe da base na direção de cada parede lateral do perfil de fita com um pequeno raio de curvatura constante 3051. De modo similar, um enrolamento adjacente também curvará para longe da superfície interna na direção de uma parede lateral com um pequeno raio de curvatura constante 3052. Isto cria o espaço 306 com uma forma muito próxima de um triângulo entre os enrolamentos adjacentes e a camada interna radialmente adjacente tal como, por exemplo, a camada de barreira de polímero 302. Nesta região 306, constatou-se que as camadas subjacentes, por exemplo, a camada de barreira de polímero 302 e/ou a camada de sacrifício de polímero intermediária (não mostrada), podem avançar para dentro destes triângulos de espaço. Isto é por causa de a pressão interna alta dos fluidos transportados pelo tubo forçar as camadas internas radialmente na direção da camada de armadura de pressão e para dentro dos espaços entre os enrolamentos. Isto cria regiões localizadas onde parte da camada de polímero fica em contato com a base da camada de armadura de pressão e parte do polímero que não é suportada e forçada para dentro da folga entre enrolamentos. Nesta região localizada onde os enrolamentos ficam juntos, a mudança abrupta em suporte para as camadas subjacentes à camada de armadura de pressão causa cisalhamento alto e deformação para o material dessas camadas subjacentes. Isto pode resultar em rachaduras ou microfissu- ras.

[033] Em tubos flexíveis as camadas subjacentes à camada de armadura de pressão frequentemente são camadas de polímero, por exemplo, PVDF (fluoreto de polivinilideno), contudo será percebido que muitos outros materiais podem ser adequados tais como, por exemplo, polímeros, metais ou compostos. Um material adequado pode ser escolhido pelo projetista de tubo para casar com as condições de uso do tubo. Entretanto, muitos materiais terão uma certa deformação admissível máxima acima da qual o risco de dano para o material é muito maior. Como tal, a presença das folgas descritas anteriormente entre enrolamentos de uma camada de armadura de pressão pode resultar em potencial dano e potencial falha nas camadas subjacentes. Quando uma área de polímero está sob deformação, as propriedades dessa área podem ser mudadas de tal maneira que ela se torna mais frágil. Em áreas de deformação, o polímero é deformado mais facilmente do que o material circun-dante, causando um nível ainda mais alto de deformação no polímero, o que pode resultar em um efeito de articulação de plástico.

[034] Tal como pode ser visto nas figuras 3 e 4, existe uma folga se es-tendendo entre cada enrolamento 3011-3 da camada de armadura de pressão tal como, por exemplo, entre as superfícies de enrolamento confrontantes 3011 e 3012. Esta folga tipicamente pode estar entre cerca de 0 e 3 mm, por exemplo, em uma camada de armadura de pressão. Tal como é conhecido na técnica esta folga permite que os enrolamentos desloquem conjuntamente ou ainda isoladamente para acomodar dobramento ou movimento do tubo.

[035] A figura 5 ilustra uma parte de um corpo de tubo flexível incluindo um elemento de fita alongada de acordo com uma modalidade a presente invenção. O corpo de tubo flexível inclui os enrolamentos 5011-3 de uma camada de armadura de pressão, uma camada de retenção de fluido interna radialmen- te 502 e um elemento de fita alongada (elemento de ligação) 5081,2 localizado em um espaço 506 entre as bordas 504, 505 dos enrolamentos 501 adjacentes e entre uma superfície interna 503 da camada de armadura de pressão e uma superfície externa radialmente 514 da camada de retenção de fluido 502. A figura 6 mostra uma vista ampliada da seção B da figura 5. Aqui, o elemento de ligação 5081,2 é uma fita alongada metálica contínua relativamente fina que é enrolada helicoidalmente sobre a camada de retenção de fluido 502 entre cada enrolamento sucessivo da fita de armadura de pressão (fita resistente a colapso). Isto é, o elemento de ligação é configurado para ser enrolado alternadamente com a fita de armadura de pressão de tal maneira que, em seção transversal, enrolamentos do elemento de ligação alternam com enrolamentos da fita de armadura de pressão. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material metálico do elemento de ligação pode ser de 170-210 GPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material metálico pode ser de 190-210 GPa. O elemento de ligação 5081,2 alternativamente pode ser de um material polimérico ou composto de módulo de elasticidade relativamente alto. Tais polímeros de módulo de elasticidade relativamente alto podem incluir materiais PVDF com um módulo de elasticidade maior que 400 MPa quando medido em temperatura ambiente. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material de polímero pode ser maior que 800 MPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material de polímero pode ser maior que 1.000 MPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material composto pode ser de 20-50 GPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material composto pode ser de 70 a 80 GPa.

[036] Tal como pode ser visto na figura 5, o perfil de seção transversal da fita de armadura de pressão 501 é substancialmente em forma de Z com um corpo principal retangular e uma borda dianteira e uma borda traseira. Certamente a fita de armadura de pressão, ou fita de armadura, pode ter outros per fis seccionais transversais tais como, por exemplo, grampo C, em forma de I, em forma de T, em forma de X ou em forma de K. Com outros perfis o elemento de ligação pode ser configurado de modo apropriado para estender sobre uma folga entre enrolamentos adjacentes.

[037] Nesta modalidade particular a seção transversal da fita alongada 508 é aproximadamente retangular com uma protuberância ou parte de corpo 510 se estendendo externamente de forma radial para dentro de pelo menos uma parte da folga 512 entre as bordas 504, 505 dos enrolamentos 501 adjacentes. Pode ser visto na figura 5 que a fita alongada tem aproximadamente um perfil seccional transversal em forma de T invertido. O elemento de ligação 508 é arranjado para se estender pelo menos parcialmente através da folga 512 e entre a superfície interna 503 da camada de armadura de pressão e a superfície externa 514 da camada de retenção de fluido adjacente 502 de tal maneira que a camada de retenção de fluido 502 é impedida de avançar para dentro da folga 512.

[038] A parte de corpo 510 do elemento de ligação 508 é configurada para ficar localizada na folga 512 entre enrolamentos de fita resistente a colapso 501 adjacentes. A parte de corpo se estende radialmente para fora ao longo da folga 512 para desse modo ajudar a manter a posição da fita alongada 508 dentro da folga e manter a configuração de enrolamento alternado. Em outras modalidades, a parte de corpo 510 pode ser configurada para ter fendas ou rasgos regulares ao longo de seu comprimento a fim de permitir que a fita dobre mais facilmente e assente de forma mais de consistente em volta da camada de retenção de fluido 502 (tal como mostrado nas figuras 16a e 16b).

[039] O elemento de ligação 508 também inclui as duas partes de asas 5161,2, se estendendo de uma região de extremidade da parte de corpo 510, as quais se estendem sobre a largura da folga 512 e se estendem axialmente além da folga de tal maneira que a superfície externa radialmente 518 das par tes de asas 5161,2 fica em contato com a superfície interna radialmente 503 dos enrolamentos de fita resistente a colapso 501 adjacentes. Uma superfície interna radialmente substancialmente plana 520 das partes de asas 5161,2 fica em contato com a superfície externa radialmente 514 da camada de retenção de fluido 502. Deste modo a camada de retenção de fluido é impedida de avançar para dentro da folga 512 quando ela está sujeita à pressão interna. As partes de asas são projetadas para serem relativamente finas a fim de não interferir muito com a distância entre a camada de barreira de polímero 502 e a camada de armadura de pressão 501, mas fortes o suficiente para reter sua posição e impedir entrada de polímero na folga 512.

[040] Na modalidade mostrada na figura 5 uma superfície curva de transição opcional entre respectivas partes de asas e a parte de corpo é configurada de tal maneira que a superfície tem um raio de curvatura aproximadamente igual àquele de um canto curvado entre a superfície interna radialmente 503 e as respectivas paredes laterais 504, 505 dos enrolamentos de fita resistente a colapso 501.

[041] Será percebido que em uso um corpo de tubo flexível fica sujeito a forças de dobramento com correntes, movimento de navio e outros mais. À medida que o corpo de tubo flexível dobra a largura da folga 512 entre enrolamentos adjacentes da fita resistente a colapso muda. No raio externo de uma dobra a largura de folga de uma maneira geral aumentará, enquanto que no raio interno da dobra a largura de folga de uma maneira geral diminuirá. Portanto, é preferível que a envergadura das partes de asas (isto é, a largura total das duas partes de asas da extremidade mais externa de uma primeira asa para a extremidade mais externa de uma segunda asa) seja maior que a largura máxima possível da folga 512. Como tal, as partes de asas impedem o elemento de ligação total de deslocar para dentro da área de folga 512. Apropriadamente, a envergadura das partes de asas é de cerca de 3 vezes uma largura de folga máxima entre os enrolamentos de fita resistente a colapso.

[042] Por causa do perfil seccional transversal do elemento de fita alongada 508, quando os enrolamentos resistentes a colapso são deslocados para mais próximos conjuntamente a superfície curva transicional do elemento de ligação corresponde com um canto curvado de um fio resistente a colapso. Portanto, tensões adicionais entre elementos de fita adjacentes são minimizadas.

[043] Outras modalidades da presente invenção estão ilustradas nas figuras 7 a 9 em que uma seção transversal da parte de corpo do elemento de ligação tem uma forma alternativa.

[044] O elemento de ligação 708 da figura 7 tem aproximadamente uma ‘forma de T invertido’. O elemento de ligação 708 inclui partes de asas similares àquelas descritas anteriormente com relação ao elemento de ligação 508 e por esta razão não serão descritas de novo detalhadamente. Uma parte de corpo 710 do elemento de ligação 708 se estende ao longo do comprimento da folga 712, substancialmente ao longo do comprimento total da folga nesta modalidade. As partes de asas se estendem axialmente de uma extremidade da parte de corpo 710 de modo similar ao da figura 6. A parte de corpo 710 é configurada de tal maneira que os lados 721 e 722 ficam em contato com as respectivas paredes laterais 704 e 705 dos enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes quando a folga 712 entre os enrolamentos diminui.

[045] Será compreendido que o comprimento radial da parte de corpo 710 pode ser diferente daquele mostrado tal como, por exemplo, se estendendo em cerca de 90%, ou 80%, ou 70%, ou 60%, ou 50%, ou 40%, ou 30%, ou 20%, ou 10%, ou 2% ao longo de um comprimento radial da folga 712, e pode ser descontínuo ou variar em comprimento radial ao longo do comprimento alongado do elemento de ligação. Igualmente, a largura da parte de corpo também pode ser diferente da largura relativamente fina mostrada, se estendendo em cerca de 100%, ou 90%, ou 80%, ou 70%, ou 60 %, ou 50%, ou 40%, ou 30%, ou 20%, ou 10%, ou 2% da largura de folga máxima entre enrolamentos adjacentes. Em uma modalidade alternativa, a parte de corpo 710 do elemento de ligação alongado pode conter uma onda ou não linearidade formada na mesma quando estendida sobre uma superfície plana de tal maneira que quando o elemento de ligação é enrolado em volta da camada de barreira 502, com as superfícies 514 e 520 em contato, a ondulação na parte de corpo é removida por causa da maior deformação circunferencial na extremidade radial superior da parte de corpo quando comparada com a da extremidade radial inferior da parte de corpo (tal como mostrado nas figuras 17a e 17b).

[046] A figura 8 mostra uma modalidade adicional de um elemento de ligação/elemento de fita alongada 808 possuindo aproximadamente uma ‘forma de T invertido'. Aqui, a parte de corpo 810 tem um perfil aproximadamente em forma de U, com uma primeira parte lateral 824, uma parte de base 826 e uma parte lateral adicional 825. As partes de asas se estendem da parte de base 826 da parte de corpo 810, de modo similar ao da figura 6.

[047] Nesta modalidade, a primeira parte lateral 824 e a parte lateral adicional 825 ficam em contato com as respectivas paredes laterais 804, 805 de enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes. Aqui a primeira parte lateral 824 e a parte lateral adicional 825 se estendem substancialmente ao longo do comprimento total da folga 812.

[048] A primeira parte lateral 824 e a parte lateral adicional 825 podem ser consideradas como dentes de forcado. Os dentes de forcado devem ser de um material capaz de um grau de flexibilidade, tal como aço ou um material polimérico de módulo de elasticidade relativamente alto, de tal maneira que, à medida que enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes se deslocam para mais próximos conjuntamente, os dentes de forcado podem dobrar perto da parte de base 826 para ficarem para mais próximos conjuntamente em uma parte de extremidade aberta 828. Tais polímeros de módulo relativamente alto podem incluir alguns materiais PVDF, compostos ou ligas com um módulo de elasticidade maior que 400 MPa quando medido em temperatura ambiente. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material de polímero pode ser maior que 800 MPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material de polímero pode ser maior que 1.000 MPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material composto pode ser de 20-50 GPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material composto pode ser de 70-80 GPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade de um material metálico dos dentes de forcado pode ser de 170-210 GPa. Apropriadamente o módulo de elasticidade do material metálico pode ser de 190-210 GPa.

[049] A figura 9 mostra uma modalidade adicional de um elemento de ligação/elemento de fita alongada 908 possuindo aproximadamente uma ‘forma de T invertido'. O elemento de ligação 908 tem um perfil seccional transversal similar ao da modalidade mostrada na figura 7. Entretanto, a parte de corpo 910 é mais larga que aquela da modalidade da figura 7, possuindo aproximadamente a largura de folga máxima 912.

[050] Nesta modalidade o elemento de ligação é pelo menos parcialmente compressível, mas com resistência suficiente para impedir entrada substancial de uma camada de barreira de polímero na folga 912. O elemento de ligação pode ser um não metal, um polímero, um elastômero, uma borracha, uma espuma ou qualquer outro material resiliente adequado para ser comprimido temporariamente quando enrolamentos adjacentes da fita resistente a colapso são deslocados para mais próximos conjuntamente, ou pode ser construído com uma estrutura de armação interna tal como 710 ou 810 e sendo encapsulada ou encapsulando um material resiliente compressível adequadamente tal como descrito anteriormente. Materiais compressíveis adequadamente podem ter um módulo de elasticidade consideravelmente menor que 400 MPa, por exemplo, 150 MPa, por exemplo, 50 MPa, por exemplo, 10 MPa, por exemplo, 1 MPa, por exemplo, 0,08 MPa, e podem ser uma borracha ou material espumado. Embora a parte de corpo 910 tenha uma largura de até a largura de folga máxima, se a folga 912 tiver que diminuir em largura (tal como durante dobramento de um tubo), a compressibilidade do material usado para o elemento de ligação permite que o elemento de ligação expanda e contraia em linha com a largura de folga mudando.

[051] Certamente será compreendido que o comprimento radial da parte de corpo pode ser diferente daquele mostrado, tal como, por exemplo, se estendendo em cerca de 90%, ou 80%, ou 70%, ou 60 %, ou 50%, ou 40%, ou 30%, ou 20%, ou 10%, ou 2% ao longo de um comprimento radial da folga 912, e pode ser descontínuo ou variar em comprimento radial ao longo do comprimento alongado do elemento de ligação.

[052] As figuras 10a e 10b também mostram uma modalidade adicional de um elemento de ligação/elemento de fita alongada 1008 possuindo aproxi-madamente uma ‘forma de S’. A figura 10a mostra o posicionamento do elemento de ligação 1008 quando os enrolamentos de fita resistente a colapso 10011,2 estão arranjados de tal maneira que a largura da folga 1012 está em seu máximo. O elemento de ligação 1008 tem uma parte de corpo 1010 que se estende ao longo da folga 1012 em contato com uma parede lateral 1005 do enrolamento de fita resistente a colapso adjacente 10012. A parte de corpo continua para criar uma região de extremidade em forma de gancho 1015, a qual é substancialmente em forma de gancho a fim de acomodar uma borda traseira do enrolamento de fita resistente a colapso adjacente 10012. A região de extremidade em forma de gancho 1015 desse modo age para ajudar o elemento de ligação 1008 para permanecem no lugar com a parte de corpo 1010 em contato com a parede lateral 1005.

[053] O elemento de ligação 1008 inclui adicionalmente uma parte de asa 1016 que se estende de uma região de extremidade da parte de corpo para se estender desse modo sobre a largura máxima da folga 1012. A parte de asa 1016 se estende adicionalmente entre uma superfície interna 1003 do enrolamento de fita resistente a colapso 10011 e uma superfície externa de uma camada de retenção de fluido 1002. A parte de asa 1016 é maior que a largura de folga máxima, e apropriadamente tem 125%, ou 150%, ou 200%, ou 300% da largura de folga máxima.

[054] Como tal, a parte de corpo é conectada ou fixada efetivamente a um enrolamento adjacente da camada de armadura de pressão de tal maneira que ela é incapaz de sair dessa posição e permanecerá sempre adjacente a esse enrolamento lateral independentemente se a largura de folga é grande ou pequena. A parte de asa é larga o suficiente de tal maneira que mesmo na largura de folga máxima a parte de asa se estende sobre a folga. Dispositivo de fixação física tal como adesivo também pode ser usado para conectar ou ajudar a conectar o elemento de ligação ao enrolamento de armadura de pressão adjacente em vez de a região de extremidade em forma de gancho ou além dela.

[055] A figura 10b mostra o posicionamento do elemento de ligação 1008 quando os enrolamentos de fita resistente a colapso 10011,2 estão arranjados de tal maneira que a largura da folga 1012 está em seu mínimo. Neste arranjo a parte de corpo 1010 está em contato com as paredes laterais de cada enrolamento de fita resistente a colapso adjacente. A parte de asa está posicionada de modo similar ao da figura 10a, mas uma parte maior fica situada entre a superfície interna do enrolamento de fita resistente a colapso e a superfície externa da camada de retenção de fluido.

[056] Nesta modalidade particular o elemento de fita alongada 1016 tem uma espessura substancialmente uniforme através do perfil seccional transversal. Isto é, o fio/lâmina formando a parte de corpo 1010 e a parte de asa 1016 é de espessura uniforme.

[057] As figuras 11a e 11b mostram uma modalidade similar na qual a espessura através do perfil seccional transversal do elemento de ligação não é uniforme. Nesta modalidade uma parte de corpo 1110 de um elemento de ligação 1108 é mais grossa do que uma parte de asa 1116.

[058] Nas modalidades das figuras 10a, 10b, 11a e 11b, a parte de corpo e a parte de asa são modeladas para acomodar a curvatura dos enrolamentos de camada de armadura de pressão adjacentes (tal como pode ser visto nas figuras 10c e 11c). Em cada caso a parte de asa sempre se estenderá através da largura de folga total para impedir qualquer ponto de entrada para a camada de barreira de polímero para dentro da folga entre enrolamentos.

[059] Um corpo de tubo flexível pode ser formado com qualquer um dos elementos de ligação descritos anteriormente.

[060] Durante fabricação de um corpo de tubo flexível, uma camada de retenção de fluido é fornecida. Esta pode ser uma camada de polímero ou formada de metais ou compostos, por exemplo. Se um polímero for usado, o polímero pode ser extrusado usando técnicas conhecidas na prática para formar uma camada de polímero tubular.

[061] Então, um elemento de fita alongada (tal como conforme qualquer uma das modalidades apresentadas anteriormente) e uma fita resistente a colapso (por exemplo, fios de armadura de pressão) são enrolados helicoidalmente sobre a camada de retenção de fluido para formar enrolamentos alternados. O elemento de fita alongada fica localizado pelo menos parcialmente dentro de uma folga entre enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes e configurado para se estender sobre a folga a fim de ficar em contato com uma superfície interna radialmente de cada enrolamento de fita resistente a colapso adjacente.

[062] Várias modificações para os projetos detalhados tais como des- critos anteriormente são possíveis. Por exemplo, embora as partes de asas tenham sido descritas acima com uma espessura substancialmente uniforme, as partes de asas podem ser afuniladas para longe da parte de corpo de tal maneira que, enquanto que a superfície interna radialmente do elemento de ligação permanece substancialmente plana para ficar em contato com a camada de retenção de fluido, a superfície externa radialmente pode afunilar ou ser modelada para corresponder com um enrolamento de fita resistente a colapso adjacente.

[063] Uma modalidade alternativa é ter uma mola ou grampo de material configurado para ser colocado na folga entre enrolamentos e/ou enrolado em volta da fita resistente a colapso, tal como mostrado nas figuras 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c. Tal mola ou grampo funcionaria em um modo similar ao da modalidade mostrada na figura 8.

[064] Uma modalidade alternativa adicional está mostrada nas figuras 14, 15a e 15b. Estas são similares à modalidade mostrada na figura 5, com pequenas mudanças no projeto da parte de corpo.

[065] Embora metal tenha sido especificado para formar o elemento de ligação, este pode ser de qualquer material adequado com resistência e propri-edades suficientes para funcionar tal como exigido. O elemento pode compreender metal, liga de alumínio, não metal, um polímero, um elastômero, uma borracha, uma espuma ou uma combinação destes tal como, por exemplo, uma lâmina metálica revestida, o revestimento para fornecer proteção contra corrosão e ou resistência ao desgaste e ou baixo coeficiente de atrito (por exemplo, 1, 0,5, 0,1, ou 0,05).

[066] Embora os elementos de ligação tenham sido descritos e mostrados com uma parte de corpo de vários comprimentos, este comprimento de parte de corpo pode ser outros comprimentos adequados.

[067] A camada de armadura formada tal como descrito anteriormente pode ser usada em associação com qualquer uma ou com todas as outras camadas de corpo de tubo flexível tais como descritas com referência para a figura 1.

[068] Com os arranjos descritos anteriormente rachadura de uma camada de barreira ou de revestimento por causa de deformação plástica da camada (deformação de arqueamento plástico) é mitigada ou impedida.

[069] Com os arranjos descritos anteriormente entrada ou avanço de uma camada de barreira ou de revestimento para dentro de folgas entre enrolamentos de armadura pode ser substancialmente impedido.

[070] Com os arranjos descritos anteriormente, a parte de corpo e a parte ou partes de asas são arranjadas de tal maneira que mesmo em uma largura de folga máxima, e mesmo com a parte de corpo localizada na sua posição mais extrema em contato com uma parede lateral esquerda ou parede lateral direita, a folga entre enrolamentos ainda será coberta pela(s) parte(s) de asa(s) e opcionalmente também pela parte de corpo.

[071] Estará claro para os versados na técnica que recursos descritos com relação a qualquer uma das modalidades descritas anteriormente podem ser aplicáveis de modo permutável entre as modalidades diferentes. As modalidades descritas anteriormente são exemplos para ilustrar vários recursos da invenção.

[072] Tal como usado neste documento, o termo “camada resistente a colapso” ou “fio resistente a colapso” ou termos similares foram usados para identificar de um modo geral uma camada ou fio de um corpo de tubo fornecido para resistir a colapso do corpo de tubo ou resistir à pressão aplicada ao corpo de tubo (pressão externa ou interna). Tal como descrito anteriormente, tais camadas resistentes a colapso podem ser uma camada de armadura de pressão ou uma camada de carcaça, por exemplo.

[073] Por toda a descrição e reivindicações deste relatório descritivo, as palavras “compreendem” e “contêm” e variações delas significam “incluindo, mas não limitado a isto”, e elas não são pretendidas (e não são) para excluir outras partes, aditivos, componentes, números inteiros ou etapas. Por toda a descrição e reivindicações deste relatório descritivo, o singular abrange o plural a não ser que o contexto exija de outro modo. Em particular, onde o artigo indefinido é usado, o relatório descritivo é para ser entendido como contemplando pluralidade assim como singularidade, a não ser que o contexto exija de outro modo.

[074] Recursos, números inteiros, características, compostos, componentes químicos ou grupos descritos em associação com um aspecto, modalidade ou exemplo particular da invenção são para ser entendidos como sendo aplicáveis para qualquer outro aspecto, modalidade ou exemplo descrito neste documento a não ser que incompatível com isso. Todos os recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos), e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo assim revelado, podem ser combinados em qualquer combinação, exceto combinações onde pelo menos alguns de tais recursos e/ou etapas são mutuamente exclusivos. A invenção não está restringida aos detalhes de quaisquer modalidades expostas anteriormente. A invenção é estendida para qualquer recurso inédito, ou qualquer combinação inédita, dos recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos), ou para qualquer etapa inédita, ou qualquer combinação inédita, das etapas de qualquer método ou processo assim revelado.

[075] A atenção do leitor está direcionada para todos os papéis e do-cumentos que foram depositados concorrentemente ou anteriores a este relatório descritivo com relação a este pedido e que estão abertos para inspeção pública com este relatório descritivo, e os conteúdos de todos os tais papéis e documentos estão incorporados a este documento pela referência.

Claims (5)

1. Elemento de fita alongada (1008) para formar uma camada enrolada helicoidalmente de enrolamentos em um corpo de tubo flexível (100) de um tubo flexível sem junção para transportar fluidos a partir de uma localização submarina de águas profundas, o elemento de fita alongada (1008) sendo configurado para alternar enrolamento com uma fita resistente a colapso (10011, 10012) em um modo helicoidal para formar uma camada resistente a colapso (1002), em que o elemento de fita alongada (1008) tem um perfil seccional transversal compreendendo: uma parte de corpo (1010) para ser posicionada entre enrolamentos de fita resistente a colapso (10011, 10012) de tal maneira que a parte de corpo fica situada pelo menos parcialmente em uma folga (1012) entre enrolamentos de fita resistente a colapso adjacentes (10011, 10012); e pelo menos uma parte de asa (1016) se estendendo de uma região de extremidade da parte de corpo (1010), CARACTERIZADO pelo fato de que a parte de corpo (1010) fica situada em uma folga (1012) em contato com uma parede lateral (1005) de um enrolamento de fita resistente a colapso (10011, 10012); a dita pelo menos uma parte de asa (1016) consiste de uma parte de asa (1016) configurada para abranger uma folga (1012) e ficar em contato com uma superfície radialmente interna de um enrolamento de fita resistente a colapso (10011, 10012); e o elemento de fita alongada (1008) possui uma espessura uniforme ao longo do perfil em seção transversal.

2. Elemento de fita alongada (1008), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a parte de corpo (1010) fica em contato com uma respectiva parede lateral de cada enrolamento de fita resistente a colapso adjacente (10011, 10012).

3. Corpo de tubo flexível (100) para transportar fluidos a partir de uma localização submarina de águas profundas, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma camada resistente a colapso possuindo um elemento de fita alongada (1008) definido na reivindicação 1 ou 2, o elemento de fita alongada (1008) sendo enrolado alternadamente com uma fita resistente a colapso em um modo helicoidal.

4. Corpo de tubo flexível (100), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que uma extensão de asa da parte de asa (1016) do elemento de fita alongada (1008) é 3 vezes a largura de folga máxima (1012) entre os enrolamentos de fita resistentes a colapso (10011, 10012).

5. Corpo de tubo flexível (100), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a parte de corpo (1010) do elemento de fita alongada (1008) se estende pelo menos 2% ao longo de um comprimento radial da folga (1012).

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