BR112016000377B1 - Tubo flexível submarino - Google Patents

Abstract

TUBO FLEXÍVEL SUBMARINO. Tubo flexível submarino (1), compreendendo uma carcaça flexível metálica (10), um revestimento polimérico interno (20) arranjado em uma posição radialmente externa em relação à dita carcaça flexível metálica (10), uma bainha externa polimérica protetora (80) e uma estrutura de blindagem mecânica arranjada em uma posição radialmente interna em relação à dita bainha externa polimérica protetora (80), dita estrutura de blindagem mecânica sendo potencialmente exposta a contato com água. A estrutura de blindagem mecânica inclui uma blindagem resistente à pressão (30) e uma blindagem de traação (40) arranjadas em uma posição radialmente externa em relação a dito revestimento polimérico interno (20). A estrutura de blindagem mecânica compreende uma pluralidade de elementos alongados de aço carbono (32, 42, 62), cada um de ditos elementos alongados de aço carbono (32, 42, 62) sendo revestido por uma cobertura de alumínio (33, 43, 63).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um tubo flexível submarino.

[002] A extração de óleo submarino requer o uso de tubos flexíveis para transportar óleo bruto, juntamente com outras substâncias ou gases misturados no mesmo, do poço de extração submarino para o nível do mar. Tais tubos devem ser capazes de suportar, por um tempo muito longo (pelo menos 20 anos) pressões internas e/ou externas elevadas (mesmo acima de 100 mPa (1000 bar)) e temperaturas elevadas (mesmo até 130°C), bem como flutuações de temperatura elevada, correlacionadas com a profundidade muito elevada abaixo do nível do mar (mesmo mais elevada do que 1000 m). Estes tubos flexíveis devem também ser capazes de suportar os contínuos esforços de flexão causados pelas correntes marinhas e ondas de superfície.

[003] A fim de lidar com as exigências acima, os tubos flexíveis submarinos, providos com uma estrutura de aço flexível, são amplamente usados. Estes tubos flexíveis tipicamente compreendem uma carcaça de aço inoxidável interna flexível, uma bainha polimérica interna, circundando a carcaça, com o objetivo de assegurar a estanqueidade do fluido, uma camada de reforço metálica helicoidal (camada de blindagem de pressão), enrolada com um passo curto, circundando a bainha polimérica e adaptada para suportar a pressão interna e/ou externa, camadas de blindagem de tração, circundando a camada de blindagem de pressão e adaptada para resistir às forças de tração longitudinais, e uma bainha polimérica protetora externa. As camadas de blindagem de tração são tipicamente feitas de fios ou tiras de aço carbono, helicoidalmente enrolados com um longo passo em direções opostas, possivelmente separados por camadas poliméricas.

[004] O WO 2008119676 descreve um tubo flexível adequado para transportar óleo bruto, incluindo líquidos e gases de hidrocarboneto, tais como gás natural, em exploração de óleo fora da costa de profundidades até 3000 m. O tubo flexível compreende, do lado de dentro para o lado externo, um tubo ou carcaça de metal flexível, uma bainha de vedação interna ou bainha de pressão colocada em torno da carcaça, uma camada plástica de cobertura entre a carcaça e a bainha de pressão, uma abóbada de pressão destinada a absorver as forças compressivas internas, duas pregas de blindagem de tração destinadas a absorver as forças de tração longitudinais e uma bainha protetora. As pregas de blindagem de tração são formadas de fios ou tiras metálicos enrolados com um longo passo.

[005] Durante o inteiro tempo de trabalho do tubo flexível, alguns gases, misturados com o óleo bruto, principalmente metano, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e água, lentamente se difundem através da bainha polimérica interna e alcançam as camadas de blindagem de tração. O dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e água podem dar origem, através do tempo, a fenômenos de corrosão do aço carbono e, em particular, quando um aço carbono de resistência elevada (por exemplo, Rockwell Hardness Cone > 20 kg/mm2) é empregado, pode dar origem a uma indesejável fragilidade, que consideravelmente limita a vida útil do tubo flexível.

[006] O Requerente observou que um tubo flexível, como descrito em WO 2008119676, é submetido aos fenômenos de corrosão examinados acima, que consideravelmente limitam a vida útil do tubo.

[007] A US 4.773.151 descreve uma mangueira flexível, adequada para o transporte de óleo bruto contendo sulfeto de hidrogênio. A mangueira compreende um corpo de material elastomérico tendo embutido nele duas camadas de reforço de fio. Cada camada de fio compreende vinte cordões, cada um de um conjunto de sete filamentos de fio, ditos cordões sendo arranjados para estenderem-se helicoidalmente em relação à direção do comprimento da mangueira. Cada filamento de fio tem um núcleo de aço circundado por uma bainha de alumínio para a finalidade de prover o aço com melhorada resistência à corrosão pelo sulfeto de hidrogênio.

[008] O Requerente observou que os fios de aÁo revestidos com alumínio descritos na US 4.773.151 são totalmente isolados, sendo embutidos em um material elastomérico.

[009] Entretanto, as blindagens de aço de um tubo flexível submarino não são isoladas, sendo localizadas em uma posição em que o contato com a água do mar tem que ser contemplado.

[0010] Na realidade, a localização das blindagens de aço, sob a bainha externa, é um local exposto a contato com água do mar, por exemplo, por causa das avarias ocorrendo na bainha externa durante a vida operacional do tubo flexível e possível condensação da água do mar, com o resultado de problemas corrosivos devidos à presença potencial de água, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.

[0011] Isto é considerado, por exemplo, na Conference Paper “SwcnkfiecVkqp qh UVggn Yktg hot Hezkdne Rkrgu” rqt Cfco Twdkp e Lqpcu Gudme, NKT Flexibles, publicado por NACE International em CORROSION 2006, 12 a 16 de março de 2006, San Diego Ca.

[0012] Em particular, tal documento refere-se ao espaço entre o revestimento interno e a bainha externa, tghetkfq eooo c “eotoc cpwnct” GuVg espaço anular é principalmente ocupado com aço carbono dos fios da blindagem.

[0013] Tal documento também define que o volume livre na coroa anular entre os fios de aço é muito limitado, resultando em uma muito elevada relação de superfície de aço para volume livre. A fim de determinar a vida dos tubos flexíveis, a previsão do ambiente da coroa anular é de grande importância. Em princípio, o ambiente da coroa anular é determinado pelos seguintes fatores: • Transporte do gás para dentro e para fora da coroa anular, através dos revestimentos poliméricos; • Presença de água na coroa anular e possível condensação; • Reação à corrosão; • Pressão de abertura da válvula de ventilação.

[0014] É na realidade bem conhecido que a presença de íons de oxigênio e cloreto dissolvidos reduz a resistência do alumínio à corrosão em água. É assim não recomendável o emprego de alumínio nessas aplicações, onde é exposto a um potencial contato com a água do mar.

[0015] KuVq fi eqpfitocfq rqt fkxgtucu rwdnkec>õgUo Rqt gzgornq. “Vjg Nqpi Kuncpf Uqwpf Uwdocting Ecdng Intgreqnngetiqn Qpgrcting Gxpgrigneg” de M. Chamberlin e S. W. Margolin, 7th IEEEPES conference, 1 a 6 de abril de 1979, Book CH1139-759, páginas 290-298, descreve a experiência operacional de um cabo de óleo de fluido submarino para transporte de energia. O cabo compreende um duto de óleo, um condutor de cobre, uma tela de negro-de-fumo, um isolamento de papel, uma folha de liga de chumbo, uma bainha de polietileno e uma camada de blindagem de fio de liga de alumínio. Um cabo de 19 km de comprimento de 138 KV ca foi instalado em Long Island Sound. Este cabo mostrou problemas de corrosão, em parte devidos a um incorreto projeto de proteção catódica, em parte devido a fenômenos de corrosão livre e galvânica, causados pela elevada presença de oxigênio na água do mar, mesmo no fundo do mar. Esta experiência mostrou a importância de prover proteção física para os cabos em qualquer profundidade da água do mar e de ser especialmente cautelosos na análise e projeto do sistema de proteção catódica. Nestes oito anos de operação, o cabo sofreu 11 incidentes de avaria física e/ou corrosão de bainha. Os eventos destes oito anos de operação resultaram em diversas conclusões críticas, aplicáveis a futuras instalações, com similares condições de água e fundo, uma destas conclusões críticas sendo que o uso de uma blindagem de liga de alumínio em água do mar não é recomendado. O campo de cabo submarino é estreitamente relacionado com o campo de tubos flexíveis por estes aspectos, visto que problemas similares são enfrentados por ambas tecnologias.

[0016] O Requerente considerou o problema de evitaÁ„o dos ou de pelo menos consideravelmente reduzir os fenômenos de corrosão de sulfeto de hidrogênio, em um tubo flexível submarino provido com camadas de blindagem de tração, feitas de fios ou tiras de aço carbono não isolados.

[0017] FgpVtq fc rtgugpVg fguetk>«q. c gzrtguu«q “c>q ectdqpq” fi usada com referência a aço que não seja aço inoxidável e pode incluir aços de liga. Tal aço carbono é selecionado em razão de suas propriedades mecânicas e não é esperado prover uma significativa resistência à corrosão.

[0018] O Requerente constatou que os fenômenos de corrosão de sulfeto de hidrogênio podem ser eficazmente evitados, ou pelo menos consideravelmente reduzidos, provendo-se os fios ou tiras de aço das camadas de blindagem de tração com uma cobertura de alumínio. Na realidade, o alumínio é quimicamente inerte, versus o sulfeto de hidrogênio.

[0019] Entretanto, o Requerente observou que as camadas de blindagem de tração dos tubos flexíveis submarinos são arranjadas em uma posição exposta a potencial contato com a água do mar. Na realidade, aso um rompimento da camada polimérica protetora externa ocorra por quaisquer razões durante a instalação e/ou a vida útil do tubo, a água do mar pode faeüogpVg gpVtct pq Vwdq g cnecp>ar cu átgcu xczkcu fc “eqrqc cpwnct” *eqoq acima definido).

[0020] O Requerente assim entendeu que um tubo flexível submarino, tendo camadas de blindagem de fios ou tiras de aço carbono revestidos com cobertura de alumínio, em princípio seria submetido à ação da corrosão da água do mar.

[0021] Entretanto, apesar de qualquer expectativa ao contrário, o Requerente surpreendentemente constatou que o uso de blindagens revestidas com alumínio em tubos flexíveis submarinos não somente resultou em adequada resistência à corrosão por sulfeto de hidrogênio, mas também proveu uma adequada resistência à corrosão intensificada por íon cloreto, associada com a ação da água do mar.

[0022] Por conseguinte, a presente invenção refere-se a um tubo flexível submarino para transporte de óleo, compreendendo: - uma carcaça flexível metálica; - um revestimento polimérico interno, arranjado em uma posição radialmente externa em relação à dita carcaça flexível metálica; - uma bainha externa polimérica protetora; - uma estrutura de blindagem mecânica em uma posição radialmente interna em relação à dita bainha externa polimérica protetora, dita estrutura de blindagem mecânica sendo potencialmente exposta ao contato com água, dita estrutura de blindagem mecânica incluindo uma blindagem resistente à pressão e uma blindagem de tração, arranjada em uma posição radialmente externa em relação a dito revestimento polimérico interno; em que dita estrutura de blindagem mecânica compreende uma pluralidade de elementos alongados de aço carbono, cada um de ditos elementos alongados de aço carbono sendo revestido por uma cobertura de alumínio.

[0023] Por toda a presente descrição e nas subsequentes tgkxkpfkec>õgu. cu gzrtguuõgu “tcfkcnogpVg intgrno” g “tcfkcnogpVg gzVgmq” são usadas para indicar uma posição mais próxima e distante, respectivamente, ao longo da direção radial em relação a um eixo geométrico longitudinal do tubo flexível.

[0024] Por toda a presente descrição e subsequentes reivindicações, a gzrtguu«q “gngogpVqu cnqpicfqu” fi wucfc rctc cdtcpigt fíqu qw Vktcu qw fíVcu tendo, se não especificado de outro modo, qualquer formato de seção transversal.

[0025] Preferivelmente, dita estrutura de blindagem mecânica compreende pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas.

[0026] Preferivelmente, os elementos alongados de aço carbono de ditas camadas de blindagem sobrepondo-se são arranjados de acordo com enrolamentos helicoidais de longo passo. Mais preferivelmente, ditas pelo menos duas camadas de blindagem sobrepondo-se têm direções de enrolamento opostas em relação a um eixo geométrico longitudinal de tubo flexível submarino, isto é, os elementos alongados de aço carbono são contra enrolados em pares.

[0027] Por passo longo pretendemos significar um passo helicoidal que é de pelo menos cinco vezes o diâmetro da circunferência, em torno do qual a espiral é projetada, de modo a prover um significativo componente da carga sustentada pelos elementos alongados, alinhados ao longo do eixo geométrico helicoidal.

[0028] Preferivelmente, uma primeira camada de material plástico é interposta entre ditas pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas.

[0029] Preferivelmente, uma primeira camada de material plástico é interposta entre ditas pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas.

[0030] Preferivelmente, uma segunda camada de material plástico é interposta entre uma camada radialmente interna de ditas pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepondo-se e dita blindagem resistente à pressão.

[0031] Preferivelmente, dita cobertura de alumínio tem uma espessura não menor do que cerca de 250 om.

[0032] Mais preferivelmente, dita cobertura de alumínio tem uma espessura entre cerca de 250 a 900 om.

[0033] Dita cobertura de alumínio é preferivelmente aplicada por qualquer um dos seguintes processos: imersão em alumínio fundido, bainha com folha fina de alumínio, pulverização de chama e/ou plasma, extrusão de alumínio. Mais preferivelmente, dita cobertura de alumínio é aplicada por um processo de extrusão.

[0034] Preferivelmente, dita carcaça flexível metálica compreende um enrolamento helicoidal de um elemento alongado entrelaçado de aço inoxidável.

[0035] Preferivelmente, dito revestimento polimérico interno é feito de poliamida ou fluoreto de polivinilideno.

[0036] Preferivelmente, dita blindagem resistente à pressão compreende um enrolamento helicoidal de um elemento alongado de aço carbono entrelaçado.

[0037] Preferivelmente, dita bainha externa polimérica protetora é feito de polietileno ou poliamida.

[0038] Outras características e vantagens da presente invenção mostrar-se-ão mais claramente pela seguinte descrição detalhada de uma sua modalidade preferida, tal descrição sendo provida meramente por meio de exemplo não limitante e sendo feita com referência aos desenhos anexos. Em tais desenhos: - a figura 1 e uma vista em perspectiva esquemática de um tubo flexível submarino, de acordo com a presente invenção; - a figura 2 é uma vista em seção transversal do tubo flexível submarino da figura 1; - a figura 3 é uma vista ampliada de uma parte da vista em seção transversal da figura 2.

[0039] Nas figuras 1 a 3, um tubo flexível submarino, de acordo com a presente invenção, é rotulado com o numeral de referência 1.

[0040] O tubo 1 estende-se ao longo de um eixo geométrico longitudinal X-X.

[0041] O tubo 1 compreende, em uma sua posição radialmente interna, uma carcaça flexível metálica 10, configurada para operar em contato com o óleo bruto (ou outro fluido) a ser transportado.

[0042] A carcaça 10 compreende um enrolamento helicoidal 11 de um elemento alongado de aço inoxidável 12.

[0043] O tubo 1 compreende adicionalmente, em uma posição radialmente externa em relação à carcaça 10, um revestimento polimérico interno 20. O revestimento polimérico interno 20 é uma camada extrusada, configurada para prover integridade de fluido na superfície radialmente externa da carcaça 10, a fim de evitar vazamentos do óleo bruto para fora da carcaça 10.

[0044] O material polimérico do revestimento 20 é preferivelmente selecionado do grupo compreendendo poliamida, fluoreto de polivinilideno, polietileno, polietileno reticulado.

[0045] Mais preferivelmente, este material polimérico (por exemplo, poliamida 6 ou poliamida 12) ou fluoreto de polivinilideno.

[0046] Uma camada de cobertura de material polimérico (não mostrado) pode ser provida entre a carcaça 10 e o revestimento polimérico 20.

[0047] O material polimérico desta camada de cobertura é preferivelmente poliamida ou polipropileno.

[0048] O tubo 1 compreende adicionalmente, em uma posição radialmente externa em relação ao revestimento polimérico interno 20, uma estrutura de blindagem mecânica, que é potencialmente exposta ao contato com água. A estrutura de blindagem mecânica compreende uma blindagem resistente à pressão 30 e uma blindagem de tração 40.

[0049] A blindagem resistente à pressão 30 é configurada para resistir a cargas radiais, tais como a pressão interna a que a carcaça 10 é submetida em operação. A blindagem resistente à pressão 30 é formada de uma ou mais camadas estruturais, consistindo de um enrolamento helicoidal de curto passo 31 de um elemento alongado de aço carbono perfilado entrelaçado 32.

[0050] Na presente descriÁ„o, a bainha das blindagens È definida como “alumínio”. Entretanto, esta definição abrange ligas de alumínio, tais como aquelas pertencendo ‡ sÈrie 1000, 3000, 5000, 6000 e 7000 do International Alloy Designation System, preferivelmente 1100, 6061, 7079.

[0051] O enrolamento helicoidal 31 é definido por uma pluralidade de bobinas 31a dispostas coaxialmente ao eixo geométrico longitudinal X-X e, preferivelmente, entrelaçadas entre si.

[0052] Como mostrado na figura 3, o elemento alongado de aço carbono perfilado entrelaçado 32 é revestido por uma cobertura de alumínio 33.

[0053] No presente exemplo, a blindagem resistente à pressão 30 compreende uma única camada de bobinas. Entretanto, mais camadas de blindagem resistentes à pressão podem ser providas, de acordo com as necessidades específicas.

[0054] Como mostrado na figura 1, a blindagem de tração 40 é arranjada em uma posição radialmente externa em relação à blindagem resistente à pressão 30. A blindagem de tração 40 é configurada para resistir a forças de tração longitudinais, a que o tubo 1 pode ser submetido em operação.

[0055] A blindagem de tração 40 compreende uma primeira camada de blindagem de tração 41 de enrolamentos helicoidais de longo passo de elementos alongados de aço carbono 42 (figura 3), estendendo-se paralelos entre si em uma espiral coaxial com o eixo geométrico longitudinal X-X.

[0056] Como mostrado na figura 3, cada elemento alongado 42 é revestido por uma cobertura de alumínio 43.

[0057] Na modalidade preferida mostrada nos desenhos, uma camada 50 de material plástico é arranjada entre a blindagem resistente à pressão 30e a blindagem de tração 40. A camada 50 é preferivelmente feita de um enrolamento helicoidal de uma fita 51 de um material polimérico e é usada para evitar, em operação, qualquer desgaste indesejado na interface entre a blindagem resistente à pressão 30 e a blindagem de tração 40.

[0058] O material polimérico da camada 50 é preferivelmente poliamida (por exemplo, poliamida 6) ou polipropileno.

[0059] A blindagem de tração 40 compreende, em uma posição radialmente externa, em relação à camada 50, uma segunda camada de blindagem de tração 61 de enrolamentos helicoidais de longo passo de elementos alongados de aço carbono 62 (figura 3) estendendo-se paralelos entre si em uma espiral coaxial como eixo geométrico longitudinal X-X.

[0060] Como claramente mostrado na figura 3, cada elemento alongado 62 é revestido por uma cobertura de alumínio 63.

[0061] Os enrolamentos helicoidais da segunda camada de blindagem de tração 61 estendem-se ao longo de uma direção de enrolamento que é oposta à direção de enrolamento dos enrolamentos helicoidais da primeira camada de blindagem de tração 41, em relação ao eixo geométrico longitudinal X-X, de modo a definir uma configuração cruzada. Preferivelmente, os enrolamentos helicoidais da primeira e segunda camadas de blindagem de tração 41 e 61 são carregados substancialmente com o mesmo passo, em direções opostas, a fim de evitar rotações de tubo sob carga axial.

[0062] Tipicamente, para um tubo flexível de cerca de 2 „ 16 pol. (cerca de 50 „ 400 mm) de diâmetro nominal interno, o passo de enrolamento das camadas de blindagem de tração 41 e 61 é compreendida entre 25 cm e 200 cm.

[0063] Na modalidade preferida mostrada nos desenhos anexos, uma camada 70 de material polimérico é arranjada entre a primeira camada de blindagem de tração 41 e a segunda camada de blindagem de tração 61. A camada 70 é preferivelmente feita de um enrolamento helicoidal de uma fita 71 de um material polimérico e é configurada para evitar, em operação, qualquer desgaste indesejado na interface entre as camadas de blindagem de tração 41 e 61.

[0064] O material polimérico da camada 70 é preferivelmente poliamida (por exemplo, poliamida 6) ou polipropileno.

[0065] O tubo 1 compreende adicionalmente, em uma posição radialmente externa em relação à camada de blindagem de tração radialmente externa 61, uma bainha externa polimérica protetora. A bainha externa 80 tem como objetivo ser à rtqxc fóáiwc, oguoq se, pc rrática, a presença de água sob a bainha externa 80 tiver que ser levado em consideração, para avaliar os riscos de corrosão.

[0066] O material polimérico da bainha 80 é preferivelmente polietileno ou poliamida (por exemplo, poliamida 11).

[0067] Além das camadas estruturais principais e camadas antidesgaste descritas acima, outras camadas podem ser incluídas, dependendo das necessidades específicas. As fitas isolantes com baixa condutividade térmica (não mostradas) podem também ser aplicadas entre, por exemplo, a blindagem de tração 40 e a bainha externa 80, a fim de se obter propriedades de isolamento térmico específicas do tubo 1.

[0068] Como mostrado na figura 3, onde as camadas 50, 70 foram voluntariamente omitidas exatamente para fins de simplicidade, uma coroa anular 90 é definida como o espaço anular entre o revestimento interno 20 e a bainha externa 80.

[0069] Este espaço anular é principalmente ocupado pelos elementos alongados 32 da blindagem resistente à pressão 30 e pelos elementos alongados 42,62 das camadas de blindagem de tração 41 e 61, porém as áreas vazias 90a estão inevitavelmente presentes entre cada elemento alongado 42, 62 e o elemento alongado adjacente 42,62, bem como entre a bainha 80 e a camada de blindagem de tração radialmente externa 61, entre a camada de blindagem de tração radialmente externa 61 e a camada de blindagem de tração radialmente interna 41, entre a camada de blindagem de tração radialmente interna 41 e a blindagem resistente à pressão 30, entre a blindagem resistente à pressão 30 e o revestimento 20 e, finalmente, entre cada um dos elementos acima e as camadas adicionais 50, 70, se presentes. \

[0070] Preferivelmente, cada elemento alongado 42,62 da blindagem de tração 40 tem uma seção transversal substancialmente retangular de cerca de 7 mm x 2 mm para um tubo de 3 pol., com bordas chanfradas ou arredondadas. O raio de curvatura das bordas arredondadas é preferivelmente de 1,3 mm.

[0071] O elemento alongado 31, da blindagem resistente à pressão 30, tem um perfil de entrelaçamento de cerca de 16 mm x 6,5 mm de seção transversal total.

[0072] Cada cobertura de alumínio 33, 43, 63 de cada um dos elementos alongados 32, 42, 62 tem, preferivelmente, uma espessura não menor do que 250 om. Mais preferivelmente, dita cobertura de alumínio 33, 43, 63 tem uma espessura entre cerca de 250 a 900 om. O Requerente constatou que tal espessura permite ter-se uma vida útil de tubo esperada maior do que 20 anos, até 40 anos.

[0073] Cada cobertura de alumínio 33, 43, 63 é aplicada ao respectivo elemento alongado 32, 42, 62 por qualquer um dos seguintes processos: imersão dos elementos alongados 32, 42, 62 em alumínio derretido, bainha dos elementos alongados 32, 42, 62 com uma folha fina de alumínio, pulverização de alumínio por chama e/ou plasma sobre os elementos alongados 32, 42, 62, extrusão de alumínio sobre os elementos alongados 32, 42, 62, extrusão de alumínio sobre os elementos alongados 32, 42, 62.

[0074] Preferivelmente, a cobertura de alumínio 33, 43, 63 é aplicada por um processo de extrusão.

[0075] Em operação, após instalação do tubo flexível 1, o óleo bruto é alimentado dentro da carcaça 10.

[0076] As coberturas de alumínio 33, 43, 63 vantajosamente protegem os elementos alongados de aço carbono 32, 42, 62 contra os fenômenos de corrosão causados pela difusão de dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e água do óleo bruto até a blindagem resistente à pressão 30 e blindagem de tração 40, assim evitando o risco de ter-se uma fragilidade do aço, resultante da reação química do dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e água acumulada nos espaços livres 90a da coroa anular 90 com o aço das blindagens acima mencionadas. Além disso, caso a bainha 80 seja danificado por quaisquer razões em operação, a água do mar pode entrar dentro do tubo 1 e alcançar a coroa anular 90, assim contactando as coberturas de alumínio 33, 43, 63.

[0077] Entretanto, foi constatado que a corrosão esperada das coberturas de alumínio 33, 43,63 não ocorre substancialmente.

TESTES

[0078] Espécimes de aço carbono foram submetidos a um primeiro teste de envelhecimento procedendo-se de acordo com as especificações NACE TM-0177-05, Method B (Standard Bent-Beam Test). Este teste é, na realidade, necessário ser feito em qualquer material baseado em aço, a ser usado em água do mar.

[0079] A solução de água do teste de envelhecimento compreende cloreto de sódio a 5% em peso.

[0080] Os espécimes testados foram: uma barra de aço carbono não revestida, dois fios de aço carbono não revestidos e três fios de aço carbono revestidos com alumínio, como especificado na tabela 1 abaixo.

[0081] A espessura da cobertura de alumínio foi de 270 om. TABELA 1

[0082] Os testes foram feitos sob as seguintes condições: • Pré-carga dos espécimes pelo método de deflexão, com comparador Solução de teste: A de EFC 16 (European Federation of Corrosion) • Solução de pH: 4,0 • Teste de gás: 10% H2S + 90% CO2 • "Nível de tração: 90% de AYS (limite de escoamento médio) •"Exame visual em cada espécime, após teste de corrosão

[0083] As extremidades opostas dos fios de aço carbono revestidos com alumínio foram protegidas com tinta epóxi.

[0084] Os espécimes foram pré-carregados de acordo com as especificações NACE e submersos nas soluções de teste em fase de saturação. Especificamente, os três espécimes não revestidos foram submersos em uma primeira solução de teste e os três espécimes revestidos com alumínio foram submersos em uma solução de teste.

[0085] Após apenas 43 horas de envelhecimento, os dois fios de aço não revestidos da primeira solução já foram quebrados. A falha da barra de aço não revestida da primeira solução ocorreu após 400 horas, porém antes do fim do teste de envelhecimento (720 horas).

[0086] No final do teste de envelhecimento, a primeira solução estava suja, como resultado da corrosão dos espécimes não revestidos.

[0087] Diferentemente, os três espécimes revestidos de alumínio da solução do segundo teste, no final do teste de envelhecimento, não estavam quebrados e a segunda solução estava clara, como resultado da ação protetora exercida pelo alumínio.

[0088] Na TABELA 2 abaixo, os detalhes e resultados do teste de envelhecimento são listados. *Nota 1 - A solução de teste unitária era bastante transparente para permitir ver os espécimes, esta barra não mostrou quaisquer fissuras. Portanto, ela não quebrou antes de 400 horas. * Nota 2 - Estes espécimes foram constatados falhados às 7:00 após 43 horas; seu tempo de falha real é entre 30 e 43 horas. TABELA 2

[0089] Os espécimes das barras de aço carbono não revestidas foram comparados com barras de aço carbono revestidas com alumínio, submetidas a um segundo teste de envelhecimento, de acordo com as especificações NACE TM-0177-05, Method B (Standard Bent-Beam Test).

[0090] As barras de aço carbono revestidas de alumínio estavam propensas a adição de alguns defeitos. Em particular, dois espécimes foram manipulados sem defeitos, dois espécimes com cinco microfuros no ponto de tensão máxima, da superfície de cada espécime e dois outros espécimes com a remoção, por um comprimento de 13 mm, da cobertura de alumínio no ponto de tensão máxima da superfície de cada espécime. A espessura da cobertura de alumínio era de 186 om.

[0091] Os espécimes das barras de aço carbono não revestidas foram pré-carregadas de acordo com as especificações NACE acima e submersos nas soluções de teste na fase de saturação. Especificamente, os dois espécimes não revestidos foram submersos em uma primeira solução de teste e os seis espécimes revestidos com alumínio foram submersos em uma segunda solução de teste.

[0092] Falha das barras de aço não revestidas da primeira solução ocorreu após 400 horas, mas antes do fim do teste de envelhecimento (720 horas).

[0093] No final do teste de envelhecimento, a primeira solução estava suja, como resultado da corrosão dos espécimes não revestidos.

[0094] Na tabela 3 abaixo, os detalhes e resultados do teste de envelhecimento são listados. TABELA 3

[0095] Os seis espécimes revestidos com alumínio da segunda solução de teste no final do teste de envelhecimento não quebraram e a segunda solução era clara, como resultado da ação protetora exercida pelo alumínio, apesar dos defeitos adicionados.

[0096] Na Tabela 4, são listados os detalhes e resultados do teste de envelhecimento nos espécimes. TABELA 4

[0097] Os testes de envelhecimento examinados acima salientam que os espécimes sem cobertura de alumínio não estavam de acordo com as especificações NACE TM-0177-05 Method B, enquanto os espécimes com cobertura de alumínio estavam de acordo com o mesmo teste.

[0098] Em particular, os testes de envelhecimento, conduzidos pelo Requerente mostraram um esperado aumento de vida, comparando-se o mesmo tipo de espécimes, mais elevado do que 16 vezes, devido à provisão de uma cobertura de alumínio. Isto significa um muito significativo aumento de vida em trabalho do tubo flexível 1 da invenção.

[0099] Os testes de envelhecimento confirmaram que, em um tubo flexível submarino 1, de acordo com a presente invenção, não haverá corrosão dos elementos alongados de aço carbono 32, 42, 62, provocada pela difusão do sulfeto de hidrogênio dentro do tubo 1 e, surpreendentemente, não haverá corrosão das coberturas de alumínio 33, 43, 63, causada por contato potencial com a água do mar.

[00100] Um terceiro teste de envelhecimento foi realizado para avaliar a resistência dos elementos de aço revestidos de alumínio à corrosão da água do mar (independentemente da presença de dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio agressivos). No teste dois tubos plásticos idênticos, de 3 m de comprimento e um diâmetro interno de 12 mm, foram submersos verticalmente no mar com suas extremidades inferiores a 10 m de profundidade. As extremidades inferiores dos tubos foram fechadas com rolhas. Em cada tubo foram colocadas nove amostras de 2,7 mm de fio de aço revestido com alumínio, cada uma delas com 300 mm de comprimento, com as extremidades vedadas com resina. A cobertura do fio era de cerca de 190 micros de espessura. Cada amostra foi inicialmente limpada com acetona, marcada com uma referência progressiva e pesada com precisão. Ditas amostras de fio foram arranjadas verticalmente uma no topo da outra e mantidas frouxamente em posição dentro do tubo por espaçadores de folha de alumínio.

[00101] Desta maneira, a amostra n° 1 foi localizada no fundo dos tubos e a amostra n° 9 próximo do topo. Após colocar as amostras, o topo dos tubos foi fechado com rolhas também e seis furos de 2 mm perfurados nas paredes do tubo próximo da extremidade superior.

[00102] Quando os tubos foram imersos no mar, ar escapou pelos furos superiores, deixando a água do mar entrar, enchendo o tubo. Esta instalação foi destinada a simular a situação quando água do mar entra na coroa anular de um tubo flexível, por exemplo, por causa dos vazamentos ou ruptura da bainha externa.

[00103] Um dos tubos foi recuperado após 3 meses de imersão e o segundo tubo após 8 meses de imersão.

[00104] Para referência, seis amostras de fio idênticas foram fixadas em uma estrutura aberta e imersas nas mesmas profundidade e localização. Estas amostras foram livremente expostas a água do mar continuamente renovada.

[00105] Três das seis amostras foram recuperadas após 3 meses e três após 8 meses.

[00106] Após recuperação, todas as amostras observadas foram limpadas de produtos de corrosão e pesadas. Pela diferença de peso, uma velocidade de corrosão média da camada pode ser facilmente computada com base na densidade do alumínio de 2,7 g/cm3.

[00107] Os resultados são relatados na TABELA 5 abaixo. TABELA 5

[00108] Em condições de teste, a taxa de corrosão do alumínio foi surpreendentemente baixa, com perdas de espessura em torno de 1 om, que são próximas do limite de sensibilidade para este tipo de medição. Além disso, as amostras recuperadas do tubo após 8 meses de imersão estavam limpas, sem produtos de corrosão visíveis, sem incrustações e com indicação de corrosão desprezível.

[00109] Com referência às condições, ao contrário, uma taxa de corrosão significativamente mais elevada foi detectada, com perdas de espessura na faixa de 6 a 8 om. As amostras recuperadas da estrutura mostraram relevantes incrustações, solidificações de carbonato e áreas difusas de corrosão facilmente detectáveis em baixa ampliação, com características mistas, corrosão de buracos uniformes a rasos.

[00110] Como conclusão, presumindo-se uma velocidade de corrosão de -2 om/ano, uma camada de 40 om sobreviveria 20 anos de exposição ao mar em condições de teste, com risco de formação de buracos, enquanto com referência às condições (velocidade de corrosão de -25 om/ano), pelo menos 500 om seriam necessários para a mesma vida, com um risco consistente de corrosão com buracos e consequente avaria local.

Claims (15)

1. Tubo flexível submarino (1) compreendendo: - uma carcaça flexível metálica (10); - um revestimento polimérico interno (20) arranjado em uma posição radialmente externa em relação à dita carcaça flexível metálica (10); - uma bainha externa polimérica protetora (80); - uma estrutura de blindagem mecânica arranjada em uma posição radialmente interna em relação à dita bainha externa polimérica protetora (80), dita estrutura de blindagem mecânica sendo potencialmente exposta a contato com a água, dita estrutura de blindagem mecânica incluindo uma blindagem resistente à pressão (30) e uma blindagem de tração (40) arranjada em uma posição radialmente externa em relação a dito revestimento polimérico interno (20); em que dita estrutura de blindagem mecânica compreende uma pluralidade de elementos alongados de aço carbono (32, 42, 62), cada um de ditos elementos alongados de aço carbono (32, 42, 62) sendo revestido por uma cobertura de alumínio (33, 43, 63), caracterizado pelo fato de que a cobertura de alumínio (33, 43, 63) é diretamente exposta a um contato com a água quando somente a bainha externa (80) é danificada.

2. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita estrutura de blindagem mecânica compreende pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas (41, 61).

3. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ditos elementos alongados de aço carbono (42, 62) de ditas pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas (41,61) são arranjados de acordo com enrolamentos helicoidais de passo longo (41, 61).

4. Tubo flexível submarino (1) de acordo com de acordo com as reivindicações 2 e 3, caracterizado pelo fato de que ditas pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas (41, 61) têm direções de enrolamento opostas em relação a um eixo geométrico longitudinal (X-X) do tubo flexível submarino (1).

5. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma primeira camada (70) de material plástico interposto entre ditas pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas (41, 61).

6. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma segunda camada (50) de material plástico interposto entre uma camada radialmente interna (40) de ditas pelo menos duas camadas de blindagem de tração sobrepostas (41, 61) e dita blindagem resistente à pressão (30).

7. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita cobertura de alumínio (33, 43, 63) tem uma espessura não menor do que 250 μm.

8. Tubo flexível submarino de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita cobertura de alumínio (33, 43, 63) tem uma espessura entre 250 e 900 μm.

9. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita cobertura de alumínio (33, 43, 63) é aplicada por qualquer um dos processos a seguir: imersão em alumínio derretido, revestimento com folha fina de alumínio, pulverização por chama e/ou plasma, extrusão de alumínio.

10. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita cobertura de alumínio (33, 43, 63) é aplicada por um processo de extrusão.

11. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita cobertura de alumínio (33, 43, 63) é feita de uma liga de alumínio.

12. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita carcaça flexível metálica (10) compreende um enrolamento helicoidal (11) de um elemento alongado entrelaçado de aço inoxidável (12).

13. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito revestimento polimérico interno (20) é feito de poliamida ou fluoreto de polivinilideno.

14. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita pelo menos uma blindagem resistente à pressão (30) compreende um enrolamento helicoidal (31) de um elemento alongado de aço carbono entrelaçado (32).

15. Tubo flexível submarino (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita bainha externa polimérica protetora (80) é feita de polietileno ou poliamida.