BR112015029371B1 - Conjunto conector, seu método de fabricação e conjunto de elevação compreendendo o mesmo - Google Patents

Abstract

componentes de tubulação e métodos de fabricação. a presente invenção refere-se a um conjunto conector incluindo uma porção do corpo (824) para localização em um tubo flexível e disposto para ser conectável a ou formado integralmente com um ou mais elementos compensadores de flutuabilidade (800) e uma ou mais protuberâncias (826) estendendo-se desde a porção do corpo (824) e disposta para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice na água ao redor do tubo flexível durante o uso.

Description

[0001] A presente invenção se refere aos componentes para tubos flexíveis e métodos de fabricação dos componentes. Em particular, mas não exclusivamente, a presente invenção refere-se aos componentes que podem ser acoplados a um tubo flexível e conectados a um elemento compensador de flutuabilidade ou entre dois elementos compensadores de flutuabilidade.

[0002] Tradicionalmente, o tubo flexível é utilizado para transportar fluidos de produção, tais como petróleo e/ou gás e/ou água, de um local para outro. Um tubo flexível é particularmente útil para conectar um local submarino (que pode ser subaquático profundo, a 1.000 metros de profundidade ou mais, ou águas mais rasas, de 250 metros a 1.000 metros) a um local ao nível do mar. O tubo pode ter um diâmetro interno de tipicamente até cerca de 0,6 metro. O tubo flexível é geralmente formado como uma montagem de corpo de tubo flexível e um ou mais terminais conectores. O corpo do tubo é tipicamente formado como uma combinação de materiais em camadas que formam um canal sob pressão. A estrutura do tubo permite grandes deflexões sem causar tensões de flexão que prejudicam a funcionalidade do tubo ao longo de sua vida útil. O corpo do tubo geralmente inclui camadas metálicas e poliméricas.

[0003] Em muitos designs de tubo flexível conhecidos, o corpo do tubo inclui uma ou mais camadas de blindagem à tração. A carga primária em tal camada é tensão. Em aplicações de alta pressão, tais como em ambientes de águas profundas e ultraprofundas (águas profundas sendo considerado como menos de 3.500 pés (1.005,84 metros) e águas ultraprofundas sendo considerado como mais de 3.500 pés), a camada de blindagem de tração experimenta altas cargas de tensão a partir de uma combinação da carga da extremidade de pressão interna e do peso autossustentado do tubo flexível. Isso pode causar uma falha no tubo flexível, uma vez que tais condições são experimentadas ao longo de períodos prolongados de tempo.

[0004] Uma técnica que foi tentada anteriormente para, de alguma forma, aliviar o problema acima mencionado é a adição de adjuvantes de flutuabilidade em posições predeterminadas ao longo do comprimento de um tubo vertical. Os adjuvantes de flutuabilidade proporcionam uma elevação para cima para neutralizar o peso do sistema, tomando uma porção do peso do tubo vertical em vários pontos ao longo do seu comprimento. O uso de adjuvantes de flutuabilidade envolve um custo de instalação relativamente menor em comparação com algumas outras configurações, como uma estrutura de arco de águas intermediárias, e também possibilita um tempo de instalação relativamente mais rápido.

[0005] Um exemplo de uma configuração de tubo vertical conhecida usando adjuvantes de flutuabilidade para sustentar o tubo vertical é uma configuração de tubo vertical escalonada 100, como divulgado em WO2007/125276 e mostrado na figura 1, em que os adjuvantes de flutuabilidade 101 são colocados em locais discretos ao longo de um tubo flexível 103. Alternativamente, os adjuvantes de flutuabilidade podem ser colocados em grupos (ou seja, 2 ou mais adjuvantes de flutuabilidade) em locais discretos ao longo de um tubo flexível. O tubo vertical é adequado para transportar o fluido de produção, por exemplo, Petróleo e/ou gás e/ou água de um local submarino até uma instalação flutuante 105, como uma plataforma, boia ou navio. Um outro exemplo de uma configuração de tubo vertical conhecida, usando adjuvantes de flutuabilidade, é uma configuração lazy-wave 200 mostrada na figura 2, em que os adjuvantes de flutuabilidade 201 são colocados em pontos (posições) ao longo de um tubo flexível 203 a fim de proporcionar uma flexão pendurada no tubo vertical. A configuração lazy-wave é frequentemente preferida para aplicações de águas rasas. Em tais aplicações, muitas vezes existem movimentos dinâmicos significativos no tubo flexível como resultado do movimento da embarcação ou plataforma, correntes e condições marinhas. Isto pode levar a grandes variações de tensão nas camadas do e acumular, rapidamente, danos de fadiga, como resultado. Isso pode ser agravado pela presença de flutuabilidade, que aumenta a seção transversal incidente da configuração de tubo flexível em que as correntes atuarão.

[0006] O documento WO2007/125276 divulga um tubo flexível, incluindo suportes de flutuabilidade rígidos em um ou mais pontos ao longo de um conjunto de elevação. O suporte de flutuabilidade rígido fornece uma superfície rígida para fixar os adjuvantes de flutuabilidade ao tubo flexível, evitando assim o esmagamento do tubo flexível devido às cargas de compressão exercidas conforme o adjuvante de flutuabilidade é fixado.

[0007] Outras configurações de tubo vertical podem exigir a adição de peso de lastro a um tubo flexível para diminuir a flutuabilidade do tubo em uma ou mais posições para se adequar a um determinado ambiente marinho ou configuração de extração de fluido de produção.

[0008] Um problema que é experimentado com tubos flexíveis, em particular quando usados em uma configuração de tubo vertical, é que a água que flui através do tubo causa desprendimento de vórtices. Os vórtices são criados no lado a jusante do tubo, que é solto de lados alternados e pode dar origem a variações de pressão e resultar em movimentos excessivos do tubo. O termo vibração induzida por vórtice (VIV) foi inventado na técnica para descrever o fenômeno que resulta em tais problemas.

[0009] Os fluxos de corrente se forem fortes o suficiente e suficientemente uniformes ou consistentes, podem resultar no desprendimento de vórtices que podem excitar a frequência ressonante/oscilatória natural do duto. A energia cinética aplicada ao duto pode, nessas circunstâncias, ser significativa o suficiente para causar a falha por fadiga do tubo ou danificar estruturas adjacentes ou de conexão, conforme parte do movimento e energia é transmitida a eles a partir do tubo vibratório.

[0010] As seções de flutuabilidade de um tubo vertical podem estar sujeitas a essas forças de desprendimento de vórtices. Para um adjuvante de flutuabilidade em uso submarino, o qual pode ter uma forma cilíndrica, o fluxo de água que passa ao redor do adjuvante de flutuabilidade pode formar uma camada limite. Os vórtices resultantes alteram a distribuição de pressão ao longo da superfície do adjuvante de flutuabilidade e as forças resultantes podem fazer com que o adjuvante de flutuabilidade se mova transversalmente. Se a frequência do VIV estiver próxima da frequência de ressonância do duto nessa configuração instalada, incluindo o adjuvante de flutuabilidade, o tubo vertical experimentará oscilações maiores de movimento, e isso pode levar à falha do sistema do tubo vertical.

[0011] Como usado na presente invenção, o termo “elemento compensador de flutuabilidade” é usado para englobar os adjuvantes de flutuabilidade, para aumentar a flutuabilidade, e pesos de lastro, para diminuir a flutuabilidade.

[0012] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um conjunto conector para conexão entre os elementos compensadores de flutuabilidade em um tubo flexível, compreendendo:uma porção do corpo para localização em um tubo flexível e disposto para conectável a ou formado integralmente com um ou mais elementos compensadores de flutuabilidade, euma ou mais protuberâncias estendendo-se desde a porção do corpo e disposta(s) para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice na água ao redor do tubo flexível em uso.

[0013] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um conjunto de elevação que compreende um tubo flexível, um conjunto conector, como descrito no primeiro aspecto, e um elemento compensador deflutuabilidade conectado a ou embutido no conjunto conector.

[0014] De acordo com um terceiro aspecto da presenteinvenção, é fornecido um método de fabricação de um conjunto conector para conexão entre os elementos compensadores de flutuabilidade em um tubo flexível, compreendendo:fornecer uma porção do corpo para localização em um tubo flexível, com a porção do corpo disposta para conectável a ou formada integralmente com um ou mais elementos compensadores de flutuabilidade, eformar uma ou mais protuberâncias estendendo-se desde a porção do corpo, com a uma ou mais protuberância(s) disposta(s) para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice na água ao redor do tubo flexível em uso.

[0015] Certas modalidades da invenção fornecem avantagem de que as forças exercidas sobre um tubo flexível ou tubo vertical do VIV podem ser reduzidas em comparação com as configurações conhecidas. Certas modalidades fornecem a vantagem de que a oscilação gerada pelo vórtice pode ser suprimida na seção de flutuabilidade de um tubo flexível ou conjunto de elevação.

[0016] Certas modalidades da invenção permitem umconjunto conector, tubo flexível e/ou conjunto de elevação que pode(m) ser produzido(s) e instalado(s) de forma rentável.

[0017] Certas modalidades da invenção oferecem avantagem de que o tempo de vida útil de um tubo flexível, ou de um tubo vertical, pode ser prolongado.

[0018] As modalidades da invenção serãoadicionalmente descritas com referência aos desenhos associados, em que:A figura 1 ilustra uma configuração de tubo vertical conhecida;A figura 2 ilustra outra configuração de tubo verticalconhecida;A figura 3 ilustra um corpo de tubo flexível;A figura 4 ilustra uma configuração de tubo vertical;A figura 5 ilustra um adjuvante de flutuabilidade emuma configuração aberta;A figura 6 ilustra um adjuvante de flutuabilidade emuma configuração fechada;A figura 7 ilustra um arranjo de flutuabilidade com adjuvantes de flutuabilidade em um tubo flexível;A figura 8 ilustra um adjuvante de flutuabilidade econectores em uma configuração aberta;A figura 9 ilustra um adjuvante de flutuabilidade econectores em uma configuração fechada; A figura 10 ilustra as disposições do adjuvante deflutuabilidade conectado a um tubo flexível;A figura 11 ilustra as disposições do adjuvante deflutuabilidade conectado a um tubo flexível;A figura 12 ilustra as disposições do adjuvante deflutuabilidade conectado a um tubo flexível;A figura 13 ilustra uma vista de plano de um conector;A figura 14 ilustra as disposições do adjuvante deflutuabilidade conectado a um tubo flexível;A figura 15 ilustra uma vista em seção transversal doconector da figura 13; eAs figuras 16 a 18 ilustram outras vistas de plano dediferentes conectores.

[0019] Nos desenhos, números de referênciasemelhantes se referem a partes semelhantes.

[0020] Em toda essa descrição, será feita referênciaa um tubo flexível. Será compreendido que um tubo flexível é uma montagem de uma porção de um corpo do tubo e um ou mais terminais conectores em cada um dos quais uma respectiva extremidade do corpo do tubo é finalizado. A figura 3 ilustra como o corpo do tubo 300 é formado de acordo com uma modalidade da presente invenção a partir de uma combinação de materiais em camadas que formam um canal sob pressão. Embora várias camadas particulares sejam ilustradas na figura 3, deve ser compreendido que a presente invenção é amplamente aplicável a estruturas do corpo do tubo coaxiais, incluindo duas ou mais camadas fabricadas a partir de uma variedade de possíveis materiais. Deve ser adicionalmente notado que as espessuras da camada são mostradas apenas para fins ilustrativos.

[0021] Conforme é ilustrado na figura 3, um corpo do tubo inclui uma camada de carcaça mais interna opcional 301. A carcaça fornece uma construção unida que pode ser usada como a camada mais interna para impedir, total ou parcialmente, o colapso de uma bainha de pressão interna 302 devido à descompressão do tubo, pressão externa e pressão de blindagem de tração e cargas de esmagamento mecânico. Será notado que certas modalidades da presente invenção são aplicáveis às operações de “poço regular” (ou seja, sem uma carcaça), bem como tais aplicações de “tubo rugoso” (com uma carcaça).

[0022] A bainha de pressão interna 302 atua como uma camada de retenção de fluido e é composta por uma camada de polímero que garante a integridade do fluido interna. Deve ser compreendido que essa camada pode, em si, compreender várias subcamadas. Será notado que quando a camada de carcaça opcional é utilizada, a bainha de pressão interna é muitas vezes referida pelas pessoas versadas na técnica como uma camada de barreira. Em operação sem tal carcaça (chamada operação de poço liso), a bainha de pressão interna pode ser referida como um revestimento.

[0023] Uma camada de blindagem de pressão opcional 303 é uma camada estrutural com um ângulo de posicionamento até 90 ° que aumenta a resistência do tubo flexível à pressão interna e externa e às cargas mecânicas de esmagamento. A camada também suporta, estruturalmente, a bainha de pressão interna e, tipicamente, consiste em uma construção unida.

[0024] O corpo de tubo flexível também inclui uma primeira camada de blindagem de tração opcional 305 e uma segunda camada de blindagem de tração opcional 306. Cada camada de blindagem de tração é uma camada estrutural com um ângulo de posicionamento tipicamente entre 10° e 55°. Cada camada é usada para sustentar as cargas de tração e a pressão interna. As camadas de blindagem à tração são geralmente contraenroladas em pares.

[0025] O corpo de tubo flexível mostrado também inclui camadas opcionais de fita 304, que ajudam a conter camadas subjacentes e, em certa medida, evitam a abrasão entre as camadas adjacentes.

[0026] O corpo de tubo flexível também inclui, tipicamente, camadas opcionais de isolamento 307 e uma bainha externa 308, que compreende uma camada polimérica usada para proteger o tubo contra a penetração da água do mar e outros ambientes externos, corrosão, abrasão e danos mecânicos.

[0027] Cada tubo flexível pode compreender pelo menos uma porção, às vezes referida como um segmento ou seção do corpo do tubo 300, 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 camadas de tubo diferentes, conforme indicado, por exemplo, na figura 3, são terminadas no encaixe de extremidade de modo a transferir a carga entre o tubo flexível e o conector.

[0028] Alternativamente, um segmento do corpo de tubo flexível pode ser articulado a um outro segmento do corpo do tubo por outros tipos de conexão de linha média, tal como descrito em WO2009/150443. Uma conexão de linha média é considerada como sendo qualquer conexão entre segmentos de corpo de tubo flexível que, em uso, situam-se entre a embarcação ou plataforma e o leito marinho.

[0029] A figura 4 ilustra um conjunto de elevação 400 adequado para transportar o fluido de produção, como um óleo e/ou gás e/ou água, de um local submarino 401 para uma instalação flutuante 402. Por exemplo, na figura 4, o local submarino 401 inclui uma linha de fluxo submarina. A linha de fluxo flexível 405 compreende um tubo flexível, apoiado total ou parcialmente sobre o leito do mar 404 ou enterrado abaixo do fundo do mar, e usado em uma aplicação estática. A instalação flutuante pode ser dotada de uma plataforma e/ou boia ou, como ilustrado na figura 4, um navio. O conjunto de elevação 400 é fornecido como um elevador flexível, ou seja, como um tubo flexível 403 conectando o navio à instalação do leito do mar. O tubo flexível pode estar em segmentos do corpo de tubo flexível, com terminais conectores de ligação, conforme foi discutido acima.

[0030] Será notado que existem diferentes tipos de elevadores, tal como é conhecido pelas pessoas versadas na técnica. As modalidades da presente invenção podem ser utilizadas com qualquer tipo de elevador, com um elevador livremente suspenso (elevador livre, catenário), um elevador em certa medida restrito (boias, correntes), um elevador totalmente restrito ou incluído em um tubo (tubos em formato de I ou J). A figura 4 também ilustra como as porções do tubo flexível podem ser utilizadas como uma linha de fluxo 405 ou ponte 406. Um conjunto de elevação, de acordo com a invenção, pode ser disposto conforme indicado na figura 4, ou como mostrado na figura 1 ou na figura 2, por exemplo.

[0031] As figuras 5 e 6 mostram um exemplo de um elemento compensador de flutuabilidade (adjuvante de flutuabilidade) 500. O adjuvante de flutuabilidade 500 inclui uma primeira porção do corpo 502 e uma outra porção do corpo 504. As porções do corpo são conectáveis entre si para formar o adjuvante de flutuabilidade. No exemplo mostrado, o adjuvante de flutuabilidade é dividido em duas porções do corpo substancialmente idênticas. As porções do corpo 502, 504 são configuradas para serem conectáveis entre si. As porções do corpo podem ser unidas por cavilhas (não mostradas) para fixar as porções uma à outra. As cavilhas são inseridas nas cavidades ocas de tamanhos apropriados e apertadas. Alternativamente, será notado que muitas outras formas de configuração poderiam ser usadas para conectar as porções do corpo, por exemplo, correias ou outros enrolamentos ao redor das porções unidas, ou formas de adesivo ou soldagem, por exemplo.

[0032] Uma porção de corte 516 de cada porção do corpo é configurada (dimensionada e moldada) de modo que quando as porções do corpo estão conectadas, as porções do corpo irão envolver um tubo flexível. Uma vez que as porções de corte são semicilíndricas, elas irão formar um canal cilíndrico para receber um tubo flexível.

[0033] O adjuvante de flutuabilidade 500, nesse exemplo, inclui uma parte externa protetora para cobrir as superfícies externas das porções do corpo. A parte externa pode ser formada de aço, composto ou qualquer outro material que proporcionará um grau de proteção para o adjuvante de flutuabilidade da água salgada. A porção interna das porções do corpo são, neste exemplo, espuma sintética. As porções do corpo também têm uma camada radialmente interna ao longo da porção de corte semicilíndrica (feita de aço, neste exemplo). Essa camada radialmente interna é fornecida para formar uma interface resistente ao atrito entre o corpo de espuma sintética e um tubo flexível.

[0034] O adjuvante de flutuabilidade 500 tambéminclui conectores 522 para conectar o adjuvante de flutuabilidade a outros componentes. Nas figuras 5 e 6, o conector 522 está na forma de um flange saliente da primeira e/ou da segunda superfícies de extremidade 506, 508, quepode ser conectado ao flange de outro adjuvante de flutuabilidade ou uma parte de um tubo flexível, por exemplo. Os conectores podem apresentar qualquer configuração adequada, por exemplo, no formato de um flange saliente da primeira e/ou segunda superfícies 506, 508 com meiosadequados (não mostrado, porém, por exemplo, unidades conectoras de cavilhas ou grampos conhecidas na técnica) para conectar o flange a um outro componente, que poderia ser um elemento de flutuabilidade adicional, ou uma parte do tubo flexível.

[0035] Em uma configuração de tubo vertical escalonada, por exemplo, uma seção de flutuabilidade, incluindo vários adjuvantes de flutuabilidade conectados fixados a um tubo flexível pode ser usada, conforme mostrado na seção transversal da figura 7. Cada elemento de flutuabilidade 500 está conectado a um ou mais elementos de flutuabilidade adjacentes através de um conector 5221-n. Um primeiro adjuvante de flutuabilidade é fixado ao tubo flexível através de uma conexão de linha média, e outros adjuvantes de flutuabilidade são fixados, em sequência, ao primeiro adjuvante de flutuabilidade. Como tal, quaisquer forças dos adjuvantes de flutuabilidade adicionados depois são transmitidas através dos adjuvantes de flutuabilidade adicionados antes à conexão de linha média.

[0036] Por exemplo, um conector 5221 está disposto para se conectar a uma conexão de linha média 525 do tubo flexível 700. Aqui, a conexão de linha média é um par de terminais conectores unidos em uma configuração costas-com- costas. O conector 5221 grampeia com segurança na conexão de linha média para formar uma junção firme entre os dois componentes. O meio de formar uma conexão pode ser qualquer tipo de conexão mecânica (tipo rosca, tipo macho/fêmea, etc.), cavilhas ou outros meios. Uma vez que o adjuvante de flutuabilidade 500 está engastado na conexão de linha média, que é uma estrutura rígida, cargas de esmagamento excessivas não são aplicadas ao corpo de tubo flexível. Um conector 5222 pode ser posicionado contra um outro conector 5223 em uma configuração costas-com-costas e os conectores são fixados juntos, por exemplo, com cavilhas.

[0037] Também é possível usar centralizadores dentro da montagem formada de modo a manter as posições relativas dos adjuvantes de flutuabilidade contra o tubo. Centralizadores são conhecidos na técnica e podem ser posicionados em intervalos predeterminados ao longo de um tubo.

[0038] As figuras 8 e 9 mostram um arranjo de adjuvante de flutuabilidade 800 incluindo uma porção de adjuvante de flutuabilidade 801 e conectores 8221,2, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A disposição 800 é semelhante à do adjuvante de flutuabilidade 500 mostrado nas figuras 5 e 6. No entanto, os conectores 8221,2 em uma primeira extremidade 806 e em uma outra extremidade 808 do adjuvante de flutuabilidade são modificados em comparação com aqueles apresentados nas figuras 5 e 6. Um conector 822 inclui uma porção do corpo 824 e uma protuberância 826, neste caso, um verdugo, estendendo-se desde a porção do corpo 824. O conector 822 é conectado a uma face da extremidade 806/808 do adjuvante de flutuabilidade por soldagem durante o processo de fabricação.

[0039] O verdugo 826 é uma única protuberância ou projeção que se estende desde a porção do corpo 824 substancialmente radialmente e que se enrola helicoidalmente em torno da porção do corpo de uma primeira extremidade até uma outra extremidade da porção do corpo. Nessa modalidade, a protuberância se estende cerca de 1 para fora cm da porção do corpo em uma direção radial, embora a(s) protuberância(s) poderiam se estender até qualquer distância geometricamente permitida, por exemplo, 2 cm, 5 cm, 10 cm ou 20 cm. Alternativamente, pode ser fornecida uma pluralidade de verdugos que se enrolam helicoidalmente em torno da porção do corpo. Aqui, o verdugo tem uma seção transversal que é aproximadamente semicircular, e geralmente arredondada. O ângulo helicoidal do verdugo do eixo longitudinal do tubo será selecionado para proporcionar o benefício máximo, e pode ser 10 graus, 30 graus, 45 graus, 60 graus ou 80 graus.

[0040] Cada conector 822 também inclui um flange 8281,2 em uma extremidade do conector distal da porção adjuvante de flutuabilidade 801. O flange 828 é um elemento de engate, de modo que o flange pode ser acoplado com um outro flange de uma disposição adjuvante de flutuabilidade adjacente por cavilhas ou outro mecanismo de fixação, por exemplo, um grampo. Dessa maneira, dois ou mais adjuvantes de flutuabilidade podem ser conectados em série em uma configuração em linha, englobando um tubo flexível, conforme indicado na figura 10. A figura 10 é, em geral, uma vista em perspectiva, embora para fins ilustrativos, o comprimento total do tubo flexível é mostrado. De acordo com a figura 7, um primeiro conector de uma primeira disposição de adjuvante de flutuabilidade é disposta para conectar com uma conexão de linha média de um tubo flexível. O primeiro conector se prende à conexão de linha média. Em seguida, um outro conector de uma disposição de adjuvante de flutuabilidade adicional pode ser posicionado contra o primeiro conector em uma configuração costas-com-costas, e os conectores podem ser unidos, por exemplo, com cavilhas. Outras disposições de adjuvante de flutuabilidade podem ser adicionadas, conforme for necessário de maneira similar.

[0041] Nessa modalidade, a porção de adjuvante de flutuabilidade 801 (não incluindo os conectores) tem um comprimento de cerca de 1,5 m, diâmetro de 0,75 m e cada conector 822 tem um comprimento de cerca de 0,25 m, um diâmetro de cerca de 0,4 m (com um flange de cerca de 0,6 m de diâmetro). Naturalmente, essas dimensões podem variar de acordo com o ambiente específico de uso, comprimento do tubo flexível, etc. Alternativamente os verdugos podem ser aplicados aos grampos que conectam dois elementos conectores 822n e 822n+1, os grampos em si possuindo um diâmetro externo semelhante à porção do adjuvante de flutuabilidade 801, e de modo que os verdugos se projetam além do diâmetro externo da porção do adjuvante de flutuabilidade 801.

[0042] Neste caso, o conector 822 é formado inteiramente de metal, aço carbono. Naturalmente, outros materiais podem ser utilizados para formar o conector, por exemplo, aço inoxidável, outros metais, compostos, polímeros, uma mistura dos mesmos, etc. O flange pode ser formado de outro material para a porção do corpo.

[0043] A figura 11 mostra outra modalidade da invenção, em que os adjuvantes de flutuabilidade 11021-n estão ligados a um tubo flexível 1104. Nessa modalidade, os conectores 11061-n são inicialmente fornecidos como elementos separados para os adjuvantes de flutuabilidade 11021-n e são adicionados ao tubo flexível 1104 conforme o tubo é pago na água de uma plataforma flutuante ou navio, por exemplo. Os conectores são alternados com os adjuvantes de flutuabilidade, por exemplo, um primeiro adjuvante de flutuabilidade é adicionado e, então, um conector e, depois, um adjuvante de flutuabilidade, etc. A figura 11 é, em geral, uma vista em perspectiva, embora para fins ilustrativos, o comprimento total do tubo flexível é mostrado.

[0044] Os conectores 11061-n nessa modalidade são, individualmente, um elemento discreto. Portanto, entre dois adjuvantes de flutuabilidade, ao invés de dois conectores que estão, cada um, associado a um respectivo adjuvante de flutuabilidade sendo acoplado (como descrito acima em relação às figuras 9 e 10), um único conector é fornecido.

[0045] Um conector 1106 é formado a partir de uma porção do corpo 1108 nessa modalidade. A porção do corpo 1108 é, em si, formada de duas porções articuladas e/ou aparafusadas que são móveis, a fim de serem fixas sobre uma porção do tubo flexível. Em outras modalidades, o conector pode ser formado como uma peça única ou em 3 ou mais porções que são conectáveis entre si para formar um conector (da mesma forma que os conectores mostrados na figura 8). O conector 1106 inclui uma porção do corpo 1108 e uma protuberância (verdugo) 1110 que se estende da porção do corpo 1108. Neste caso, o conector é formado de poliuretano.

[0046] A porção do corpo 1108 é (na sua posição em uso) um tubo oco geralmente cilíndrico, com dimensões que permitem que o conector ser grampeado, ou seja, concêntrico com uma porção do tubo flexível. Aqui cada conector 1106 tem um comprimento de cerca de 0,3 m, com diâmetro de cerca de 0,5 m. Naturalmente, essas dimensões podem variar de acordo com o ambiente específico de uso, comprimento do tubo flexível, etc.

[0047] A porção do corpo é configurada para ser conectável com um adjuvante de flutuabilidade adjacente. Embora não seja mostrada nos desenhos, a porção do corpo é configurada com um meio de acoplamento (um elemento de engate), por exemplo, qualquer tipo de conexão mecânica (tipo rosca, tipo macho/fêmea, etc.), cavilhas ou outros meios. Esse meio de acoplamento permite que o conector seja conectado a um adjuvante de flutuabilidade adjacente. O adjuvante de flutuabilidade pode ser configurado de acordo a fim de ser acoplado com um conector. Por exemplo, um conector e um adjuvante de flutuabilidade podem, cada um, ter respectivamente protrusões e/ou cavidades para acoplar com uma protrusão/cavidade correspondente.

[0048] Nesse caso, o conector é configurado ser engastado a um tubo flexível, enquanto os adjuvantes de flutuabilidade adjacentes são conectados ao conector (desse modo, não conectados aos tubos flexíveis em si). Naturalmente, em outras disposições, os adjuvantes de flutuabilidade podem ser engastados ao tubo flexível, e os conectores podem não ser engastados, mas ter um grau de movimento em relação ao tubo. Outras combinações também são possíveis para dispor, adequadamente, os adjuvantes de flutuabilidade e os conectores em um tubo flexível.

[0049] O verdugo 1110 forma uma superfície de rosca de parafuso quadrada no conector 1106. O verdugo é uma protuberância que se estende desde a porção do corpo substancialmente radialmente e que se enrola helicoidalmente em torno da porção do corpo de uma primeira extremidade até uma outra extremidade da porção do corpo. Nessa modalidade, a protuberância se estende cerca de 2 cm da porção do corpo em uma direção radial, embora a(s) protuberância(s) poderia(m) se estender a qualquer distância geometricamente permitida determinada para proporcionar o máximo de efeito benéfico.

[0050] A figura 12 mostra um exemplo da invenção semelhante à figura 11. No entanto, os verdugos têm uma seção transversal que é geralmente triangular. Além disso, a inclinação do enrolamento do verdugo é relativamente menor do que a descrição acima em relação à figura 11, com uma parte inferior de um enrolamento entrando em contato com uma parte superior de um enrolamento adjacente. Portanto, o verdugo cobre toda a superfície da porção do corpo.

[0051] Em cada um dos exemplos acima, o verdugo é fornecido para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice na água ao redor do tubo flexível durante o uso. Devido ao fato de os tubos no mar tenderem a causar vórtices a serem criados no lado a jusante do tubo, as protuberâncias são dispostas de modo a quebrar ou reduzir esses vórtices. Deste modo, os vórtices são muito menos prováveis de coincidir com as frequências ressonantes harmônicas naturais do tubo flexível, e assim, as VIVs podem ser prevenidas ou reduzidas.

[0052] Será notado que as várias dimensões e outrosparâmetros do conector, e também a configuração do tubo vertical, podem ser otimizados de acordo com o ambiente e asparticularidades de uso, dados mesoceânicos e as dimensões relativas do restante do tubo vertical (o comprimento, a largura e o peso do tubo, as dimensões dos adjuvantes de flutuabilidade, etc.). Os parâmetros do conector adequados podem ser determinados por simulação de software ou software de dinâmica de fluidos computacional (CFD) (por exemplo, Shear7 ou VIVA), teste de modelo escalonado ou através de testes de tentativa e erro. Por exemplo, primeiramente, uma configuração de tubo vertical escalonada pode ser projetada (incluindo o comprimento do tubo vertical, as dimensões do adjuvante de flutuabilidade, o local e a flutuabilidade efetiva dos adjuvantes de flutuabilidade). A configuração é, em seguida, submetida à análise de interferência e resistência extrema em relação aos dados mesoceânicos. Em seguida, a resposta VIV do sistema é analisada (número do modo, amplitude de movimento VIV, etc.). Os conectores de diversos tamanhos podem ser testados na análise para encontrar uma solução na qual as vibrações VIV sejam suprimidas.

[0053] O comprimento dos elementos de flutuação e o espaço entre os elementos de flutuação pode ser otimizado para fim de reduzir a VIVs. Isto pode incluir otimizar a razão dessas dimensões.

[0054] As figuras 13, 14 e 15 mostram outra modalidade da invenção. Conectores 1302 são fornecidos com uma porção do corpo 1304 e elementos de aleta 1306 conectados a e estendendo-se desde a porção do corpo. Essas porções de aletas são um outro tipo de protuberância que agem para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice na água ao tubo flexível durante o uso.

[0055] Como mostrado na vista em seção transversal da figura 15, a porção do corpo 1304 é moldada de modo a ficar sobre uma porção de gargalo correspondente dos adjuvantes de flutuabilidade adjacentes 13081,2. A porção do gargalo e a porção do corpo se conectam a uma extensão, com um grau de movimento da porção do corpo admissível ao longo do eixo longitudinal do tubo flexível 1310. Superfícies radialmente internas da porção do corpo ficam contra uma superfície radialmente externa da porção do gargalo. A porção do corpo pode girar em relação à porção do gargalo dos adjuvantes de flutuabilidade. A porção do corpo 1304 e o conector 1302 são, portanto, livremente giratórios ao redor do tubo flexível 1310 ao redor de um eixo A (figura 14).

[0056] Conforme mostrado na vista de plano da figura 13, um conector 1302 tem quatro elementos de aleta 1306 que são peças essencialmente planares que se estendem para fora da porção do corpo 1304 em intervalos aproximadamente iguais. Aqui, os elementos de aleta estendem-se a uma distância maior do que a superfície externa dos adjuvantes de flutuabilidade adjacentes 1308.

[0057] Aqui, os elementos de aleta se estendem pelo comprimento do conector, de modo a afetar o fluxo de fluido ao longo do comprimento do conector.

[0058] Os elementos de aleta 1306 são dispostos de modo que, pelo menos, um elemento de aleta ficará na trajetória da água que flui ao redor do tubo flexível, e que atua como uma palheta. Conforme o elemento de aleta é empurrado pela água, o conector inteiro irá girar ao redor do tubo flexível 1310 (conforme indicado pelas setas nas figuras 13 e 14). As porções de aletas vão interromper o fluxo de fluido de água naquela região.

[0059] Neste exemplo, os conectores são formados de aço inoxidável e têm 1 m de comprimento, 0,8 m de diâmetro na porção do corpo, com cada elemento de aleta sendo aproximadamente retangular (comprimento de 1 m, largura de 0,75 m, e 0,1 m de profundidade).

[0060] O mecanismo da figura 14 pode ser fixado a um tubo flexível por um ou mais adjuvantes de flutuabilidade sendo engatados ao tubo, ou um conector de extremidade ou adjuvante de flutuabilidade sendo engastado, por exemplo, a um conector de linha média.

[0061] As figuras 16, 17 e 18 mostram mecanismos alternativos de conectores com diferentes números de elementos de aleta e dimensões diferentes de elementos de aleta. A figura 16 mostra um conector semelhante ao mostrado na figura 13, mas com dois elementos de aleta. As figuras 17 e 18 mostram conectores que são semelhantes aos das figuras 13 e 16, mas com seções transversais curvas não planas na vista de plano. Todos os conectores mostrados são exemplos de conectores com elementos de aleta dispostos para capturar o fluxo de fluido na região do tubo flexível e que afeta o fluxo de fluido circundante.

[0062] Novamente, os conectores com elementos de aleta como protuberâncias são dispostos para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice na água ao redor do tubo flexível durante o uso. As protuberâncias são fornecidas para quebrar ou reduzir os vórtices criados ao redor do tubo. Deste modo, os vórtices são muito menos prováveis de coincidir com as frequências ressonantes harmônicas naturais do tubo flexível, e assim, as VIVs podem ser prevenidas ou reduzidas.

[0063] Em qualquer uma das modalidades acima, o conector pode ser usado para controlar o deslocamento longitudinal entre os elementos de flutuabilidade, ajudando a afetar o fluxo de fluido e reduzir os VIVs em um tubo flexível.

[0064] Um versado na técnica notará que o fluido que flui ao redor de um tubo terá uma porção de fluido adjacente à parede do tubo que está sujeita a forças de cisalhamento, causando assim um fluxo mais turbulento (vorticidade) com o fluido que flui em diferentes velocidades. Outra porção de fluido, geralmente mais distante do tubo, será relativamente não afetada pelas forças da parede do tubo. O limite entre a área que é afetada pelas forças de cisalhamento e a área que não é afetada pelas forças de cisalhamento é denominado camada limite.

[0065] As protuberâncias são dispostas para romper a camada limite do líquido que flui através do tubo flexível. As protuberâncias agem para dissipar eficazmente as estruturas de vórtice, sem causarem grandes turbulências.

[0066] Várias modificações para os designs detalhados, conforme descrito acima, são possíveis. Por exemplo, embora o conector 822 descrito acima esteja conectado a um adjuvante de flutuabilidade durante a fabricação, o conector pode, alternativamente, ser integralmente formado com um adjuvante de flutuabilidade, por exemplo, sendo formado a partir do mesmo material como uma parte do corpo do adjuvante de flutuabilidade.

[0067] Enquanto os elementos compensadores de flutuabilidade acima descritos incluem espuma sintética, o material que proporciona a flutuabilidade poderia, ao invés disso, usar ar, gás, ou outro material, ou uma combinação de materiais, para proporcionar flutuabilidade positiva adequada. Alternativamente, o material poderia ser um peso de lastro adequado, por exemplo, areia, cascalho ou um metal ou liga, por exemplo, chumbo ou aço peletizado ou em outra forma adequada. Outros materiais também são descritos para fins exemplificadores. Será compreendido que, enquanto alguns elementos compensadores de flutuabilidade descritos acima são formados a partir de uma ou duas porções do corpo, eles poderiam ser formados a partir de três ou mais porções do corpo.

[0068] Conforme descrito acima, dois ou mais elementos compensadores de flutuabilidade podem ser unidos por respectivas porções conectoras, para formar uma configuração em linha dos elementos compensadores de flutuabilidade. Enquanto quatro elementos compensadores de flutuabilidade foram mostrados nos desenhos, qualquer número de elementos compensadores de flutuabilidade pode ser usado.

[0069] Embora alguns exemplos da presente invenção foram descritos com um conector em cada extremidade da porção do corpo, será compreendido que um elemento compensador de flutuabilidade pode ter apenas um conector que é configurado para conectar com uma porção correspondente de um corpo de um elemento compensador de flutuabilidade adjacente.

[0070] Embora o verdugo descrito acima seja um único verdugo enrolado helicoidalmente, estendendo-se continuamente ao redor da porção do corpo do conector, o verdugo pode ser intermitente, por exemplo, uma pluralidade de protuberâncias (de qualquer comprimento) que não se conectam, mas formam o formato geral de uma hélice.

[0071] A inclinação do enrolamento da hélice do verdugo pode variar para se adequar ao uso particular.

[0072] Embora o verdugo descrito acima tenha uma seção transversal em geral arredondada, a seção transversal da protuberância pode assumir várias formas, por exemplo, uma forma quadrada, retangular ou triangular, outra forma poligonal, uma protuberância convexa (de qualquer forma se projetando para fora), um trapézio, semicircular ou uma forma não uniforme.

[0073] Os conectores acima descritos com elementos de aleta podem ter qualquer número de elementos de aleta, por exemplo, 1, 3, 5, 6 ou mais. Os conectores e os elementos de aleta podem ter diferentes dimensões, diferentes formas e diferentes arranjos. Por exemplo, o(s) elemento(s) de aleta pode(m) ter uma superfície torcida para capturar o fluxo de água em mais de uma dimensão. Por exemplo, o conector pode ter um comprimento entre 0,1 m e 3 m.

[0074] Os membros de aleta podem não se estender ao longo de toda a extensão do conector, mas ao longo de apenas uma porção do comprimento do conector.

[0075] Os conectores podem ser conectados diretamente a um tubo flexível ou não. Neste último caso, o conector pode ser conectável a um elemento de flutuabilidade adjacente. O conector pode girar livremente ao redor de um tubo flexível ou girar parcialmente ao redor de um tubo flexível, ou absolutamente não girar.

[0076] Ao invés de verdugos ou membros de aleta como protuberâncias para interromper os vórtices ao redor de um tubo flexível, as protuberâncias podem ser outros recursos, por exemplo, uma placa divisora, uma fita de arrasto, uma carenagem para fio ou um padrão de formas para executar a mesma função.

[0077] Apropriadamente, o comprimento do(s) conector(es) é aproximadamente M ou ^ ou o mesmo comprimento que o comprimento de cada elemento de flutuabilidade.

[0078] Com a disposição acima descrita, verificou- se que a colocação da(s) protuberância(s) na superfície externa de um conector é eficaz para reduzir as oscilações da camada de cisalhamento e a vorticidade do fluido que flui ao redor do corpo do tubo, em comparação com designs conhecidos. Como tal, as oscilações de velocidade e pressão totais são reduzidas em amplitude e intensidade, levando a um melhor fluxo de fluido e menor risco de vibrações de alta frequência causando risco de falha por fadiga dos componentes do tubo ou equipamento na localidade em comparação com o design conhecido.

[0079] A invenção descrita acima deve, portanto, ajudar na prevenção da oscilação do tubo vertical que, por sua vez, irá melhorar a vida útil em termos de fadiga e aumentar a vida útil de um tubo flexível.

[0080] Os elementos compensadores de flutuabilidade e os conectores associados serão rentáveis em termos de fabricação terrestre e instalação marítima.

[0081] A invenção tem um uso específico para configurações de tubo vertical onde uma seção geralmente vertical do tubo flexível fica sob a água, como em aplicações de águas profundas ou de águas ultraprofundas. A invenção pode permitir uma redução de movimento do tubo flexível com as correntes e/ou ondas, e permitir que a posição global do tubo seja controlada em relação ao ponto superior do pendural (por exemplo, o ponto onde o tubo pende de um navio) e o leito marinho. A invenção também pode evitar a curvatura excessiva de um tubo flexível.

[0082] A invenção será particularmente útil para reduzir a tensão do tubo vertical e trazer outros benefícios em termos dos requisitos para uma camada de blindagem de tração.

[0083] Com um conector ou arranjo de flutuabilidade, incluindo um conector que é dividido em duas ou mais porções do corpo, o conector pode ser facilmente adaptado a um tubo flexível no momento da instalação, antes de, por exemplo, um tubo flexível ser colocado no mar.

[0084] Disposições de flutuabilidade poderiam ser aplicadas para uso a 1.000, 2.000 ou até 3.000 metros de profundidade de água, por exemplo. A flutuabilidade efetiva de cada arranjo de flutuabilidade pode ser, por exemplo, de 10 toneladas (10.000 Kg). Ao usar uma configuração em linha da disposição de flutuação, a flutuabilidade efetiva pode ser, por exemplo, igual a 100 toneladas.

[0085] Ficará claro para uma pessoa versada na técnica que as características descritas em relação a qualquer uma das modalidades descritas acima podem ser aplicáveis indistintamente entre as diferentes modalidades. As modalidades descritas acima são exemplos para ilustrar as várias características da invenção.

[0086] Ao longo de toda a descrição e das reivindicações desse relatório descritivo, as palavras "compreendem" e "contêm", e variações das mesmas significam "incluindo, mas sem se limitar” e elas não se destinam a (e não) excluem outras porções, aditivos, componentes, números inteiros ou etapas.

[0087] Ao longo de toda a descrição e as reivindicações desse relatório descritivo, o singular engloba o plural, a não ser que o contexto indique de outra forma. Em particular, onde o artigo indefinido é usado, a especificação deve ser interpretada como contemplando a pluralidade, bem como a singularidade, a menos que o contexto indique de outra forma.

[0088] Os aspectos, os números inteiros, as características, os compostos, as porções químicas ou os grupos descritos em conjunto com um determinado aspecto, modalidade ou exemplo da invenção devem ser interpretados como sendo aplicáveis a qualquer outro aspecto, modalidade ou exemplo descrito na presente invenção, a menos que seja incompatível com isso. Todas as características divulgadas nesse relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos em anexo), e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo então divulgado, podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto em combinações onde pelo menos algumas de tais características e/ou etapas são mutuamente exclusivas. A invenção não é restrita aos os detalhes de qualquer uma das modalidades anteriores. A invenção se estende a qualquer uma nova, ou a qualquer combinação das características divulgadas nesse relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos em anexo) ou a qualquer uma nova, ou qualquer combinação nova das etapas de qualquer método ou processo divulgado dessa forma.

[0089] A atenção do leitor é direcionada a todos os documentos que são depositados em concomitância com ou antes do presente relatório descritivo, juntamente com esse pedido, e que são abertos para a inspeção pública com esse relatório descritivo, e todo o conteúdo de tais documentos é incorporado na presente invenção por referência.

Claims (17)

1. Conjunto conector (822) para conexão entre elementos compensadores de flutuabilidade em um tubo flexível caracterizado por compreender:uma porção de corpo (824) para localização em um tubo flexível e disposta para ser conectável a ou formada integralmente com um ou mais elementos compensadores de flutuabilidade (801), euma ou mais protuberâncias (826) que se estendem desde a porção de corpo (824) e disposta(s) para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice na água que circunda o tubo flexível em uso.

2. Conjunto conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir um comprimento predeterminado para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice.

3. Conjunto conector, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a porção de corpo (824) compreender adicionalmente um elemento de engate (828) configurado para ser conectável com um elemento compensador de flutuabilidade (801).

4. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por uma ou mais protuberâncias (826) compreendere(m) uma ou mais cintas que se projetam helicoidalmente a partir da porção de corpo (824).

5. Conjunto conector, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por uma ou mais das cintas ser(em) contínua(s) ou intermitente(s).

6. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a porção de corpo (824) ser geralmente cilíndrica e em que uma ou mais das protuberâncias (826) compreende um membro de aleta (1306) que se projeta para fora da porção de corpo (824) e em uma direção que se estende ao longo do eixo longitudinal do cilindro.

7. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por uma ou mais das protuberâncias (826) compreender(em) uma placa divisora, fita de arrasto, carenagem para fio ou um padrão de forma que compreende um polígono, listra, ziguezague, quadrado, diamante, retângulo, triângulo, círculo, oval ou qualquer combinação dos mesmos, ou uma protuberância criada por cavidades recuadas destes padrões de formas.

8. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por ser configurado para ser diretamente conectado a um tubo flexível.

9. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por ser configurado para ser conectável a um elemento compensador de flutuabilidade adjacente e que pode girar, ao menos parcialmente, ao redor de um tubo flexível.

10. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por ter um comprimento entre 0,1 m e 3 m.

11. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por a protuberância (826) se estender pelo menos 2 cm a partir da porção de corpo.

12. Conjunto conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a protuberância (826) se estender radialmente a partir da porção de corpo.

13. Conjunto de elevação (400) caracterizado por compreender um tubo flexível, um conjunto conector (822) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12 e um elemento compensador de flutuabilidade (801) conectado a ou integral com o conjunto conector.

14. Conjunto de elevação, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender ainda um elemento compensador de flutuabilidade adicional conectado a ou integral com o conjunto conector (822).

15. Conjunto de elevação, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado por o conjunto conector (822) e cada elemento compensador de flutuabilidade (801) ter um comprimento predeterminado uns em relação aos outros para reduzir ou interromper as vibrações induzidas por vórtice.

16. Conjunto de elevação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado por o ou cada elemento compensador de flutuabilidade (801) ser configurado para ser fixado ao tubo flexível.

17. Método de fabricação de um conjunto conector (822) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12 para conexão entre elementos compensadores de flutuabilidade em um tubo flexível caracterizado por compreender:fornecer uma porção de corpo (824) para localização em um tubo flexível, com a porção de corpo disposta para ser conectável a ou formada integralmente com um ou mais elementos compensadores de flutuabilidade (801), eformar uma ou mais protuberâncias (826) que se estendem desde a porção de corpo (824), com uma ou mais da(s) protuberância(s) (826) disposta(s) para reduzir ouinterromper as vibrações induzidas por vórtice na água que circunda o tubo flexível em uso.

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