BR112016009570B1

BR112016009570B1 - método e aparelho para revestir junta de campo de tubo

Info

Publication number: BR112016009570B1
Application number: BR112016009570-7A
Authority: BR
Inventors: Philippe Benoit Jacques Hoffmann; Mike Gordon; Nicolas Monfort-Moros; Sylvain Popineau
Original assignee: Subsea 7 Limited
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2020-11-24
Also published as: EP3318789B1; GB201319287D0; WO2015063496A3; EP3063452A2; EP3318789A1; NO3063452T3; US20160279847A1; GB2519816A; US10357910B2; GB2519816B; WO2015063496A2; AU2014343437A1; EP3063452B1; AU2014343437B2

Abstract

TÉCNICAS PARA REVESTIR CANOS. A presente invenção refere-se a uma junta de campo de um duto que é revestida em um processo de moldagem por injeção de termoplástico posicionando-se uma ferramenta de molde ao redor da junta de campo para definir uma cavidade de molde. O material termoplástico é injetado na cavidade de molde para formar um revestimento de junta de campo que irá endurecer na cavidade de molde. Conforme o material termoplástico encolhe na cavidade de molde enquanto o revestimento de junta de campo endurece, uma pressão compactante é aplicada para dentro radialmente dentro da cavidade de molde contra um lado radialmente externo do revestimento de junta de campo. Um fluido compactante introduzido na cavidade de molde entre a ferramenta de molde e o revestimento de junta de campo pode ser usado para aplicar pressão contra o revestimento de junta de campo. Isso acelera e controla o resfriamento do revestimento de junta de campo enquanto maximiza a qualidade.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA REVESTIR JUNTA DE CAMPO DE TUBO

[0001] Esta invenção refere-se a revestir canos, em particular a aparelho e técnicas para revestir juntas de campo de dutos e a dutos que têm juntas de campo revestidas por essas técnicas. A invenção pode ser usada com qualquer diâmetro de cano, especialmente em que um revestimento de junta de campo deve ser aplicado em um sistema de revestimento de origem que fornece isolamento térmico.

[0002] Os dutos usados na indústria de óleo e gás são formados normalmente de comprimentos de cano de aço - "juntas de cano" -que são soldados de extremidade a extremidade antes de o duto ser assentado. Para atenuar a corrosão do duto e também, opcionalmente, para isolar os fluidos que o duto transporta durante o uso, as juntas de cano são pré-revestidas com revestimentos de proteção que, opcionalmente, também estão isolando termicamente.

[0003] Muitas variações são possíveis na estrutura e na composição do revestimento para obter as propriedades de proteção ou isoladoras exigidas. O polipropileno (PP) é mais comumente usado para revestir as juntas de cano a partir das quais os dutos são produzidos. O PP é, tipicamente, aplicado em uma camada anticorrosão no aço de uma junta de cano, tal como uma camada de base de epóxi unida por fusão (FBE).

[0004] Um revestimento de PP de três camadas (3LPP) pode ser usado para proteção de corrosão. Um revestimento de PP de cinco camadas (5LPP) pode ser usado para isolamento térmico adicional. Camadas adicionais são possíveis se um isolamento térmico ainda maior for necessário, tal como em um revestimento de PP de sete camadas (7LPP). Os leitores versados na técnica irão compreender claramente o significado dos termos 3LPP, 5LPP e 7LPP, os quais se referem a níveis maiores sucessivamente de proteção e isolamento de corrosão para um cano.

[0005] Um comprimento curto de cano é deixado sem revestimento em cada extremidade da junta de cano para facilitar a solda. A "junta de campo" resultante precisa ser revestida com um revestimento de junta de campo para atenuar a corrosão e para manter qualquer grau de isolamento pode ser necessário para os propósitos do duto.

[0006] Quando um duto é assentado offshore, a solda e o revestimento de junta de campo são realizados comumente a bordo de uma embarcação de assentamento de canos, tal como uma balsa para lançamento de canos que fabrica e lança a coluna de cano resultante com o uso de métodos S-lay ou J-lay. A solda e o revestimento de junta de campo também podem ser realizados onshore em uma spoolba-se (base de enrolamento), em que juntas de cano são unidas primeiramente para formar hastes de cano longas e as hastes de cano são unidas posteriormente de modo sucessivo de extremidade a extremidade para formar um cano contínuo para enrolamento em uma embarcação de reel-lay (carretel) visitante.

[0007] Revestimentos de junta de campo de alta qualidade são importantes para assegurar proteção e isolamento eficazes através da vida de projeto longa de um duto submerso. Também é importante que as operações de revestimento de junta de campo possam ser completadas de modo suficientemente rápido de modo que as mesmas não atrasem negativamente o processo de fabricação escolhido. Essa é uma preocupação em particular em uma operação de S-lay, em que o processamento paralelo em etapas em estações de trabalho sucessivas permite a taxa de fabricação mais alta para minimizar a privação de uma embarcação de assentamento de canos valiosa.

[0008] O documento № WO 2012/004665 explica que o período de tempo curto disponível para revestimento de junta de campo em operações de S-lay favorece uma técnica de poliuretano moldado por fu-são (CMPU), em que uma resina de uretano de duas partes liga reticula em um molde para formar poliuretano (PU). Dependendo-se de cura em vez de resfriamento para solidificar o revestimento, um processo de CMPU permite um tempo de ciclo para revestimento que corresponde amplamente ao tempo de ciclo de solda e remove, então, o processo de revestimento do percurso crítico em operações de S-lay.

[0009] O documento № WO 2012/004665 continua a explicar que um revestimento de junta de campo de CMPU sofre da disparidade entre PP e PU, o que abala a resistência de união entre o revestimento de cano e o revestimento de junta de campo. Isso introduz um risco de que fissuras possam ocorrer na interface entre o revestimento de cano e o revestimento de junta de campo. Por exemplo, as fissuras podem ocorrer quando o duto se dobra durante o enrolamento, assentamento ou realmente durante o serviço, em que o duto pode experimentar expansão e contração térmica significativa. O ingresso de água através de tais fissuras pode corroer o cano, reduzir a adesão do revestimento ao cano e degradar o próprio revestimento, particularmente devido à hidrólise de PU na alta pressão de água profunda em que o calor emana de dentro do duto.

[0010] Conforme o documento № WO 2012/004665 reconhece, as desvantagens de um revestimento de junta de campo de CMPU podem ser atenuadas em vez de usar PP como um revestimento de junta de campo. Um revestimento de junta de campo de PP pode ser feito através de um processo de polipropileno moldado por injeção (IMPP), em que a junta de campo é envolvida por um molde que define uma cavidade de molde anular ao redor da junta de campo. PP fundido é injetado na cavidade sob alta pressão. O PP é um material termoplástico e, portanto, endurece através de resfriamento durante e após a injeção. Uma vez que o PP tenha resfriado até uma extensão de sustentação própria, o molde é removido, o que deixa um tubo de PP ao redor da junta de campo que serve como o revestimento de junta de campo.

[0011] Vantajosamente, o revestimento de junta de campo de PP resultante tem propriedades mecânicas e químicas semelhantes ao revestimento de cano de PP adjacente. Além disso, os materiais termoplásticos compatíveis do revestimento de cano e do revestimento de junta de campo se fundem em sua interface mútua, resistindo a fis-suramento e, dessa forma, proporcionando uma vida de serviço mais longo. A temperatura de serviço de PP também é marcadamente mais alta que de PU.

[0012] Embora um revestimento de junta de campo de PP seja desejável pelos motivos acima, o processo de IMPP apresenta desafios consideráveis no contexto específico de fabricar dutos submersos. Um desafio chave é minimizar o tempo de ciclo para continuar o revestimento de junta de campo fora do percurso crítico da técnica de fabricação de duto escolhida, enquanto dá ao PP fundido injetado tempo suficiente para resfriar e solidificar sem sacrificar a qualidade do revestimento.

[0013] O tempo de resfriamento necessário é fortemente dependente do tamanho, formato e, particularmente, da profundidade da cavidade de molde em uma direção radial em relação à seção de cano, o que determina a espessura do revestimento de junta de campo. O tempo de resfriamento necessário também pode depender do processo de fabricação escolhido. Em uma operação de S-lay, por exemplo, o PP precisa estar sólido o suficiente mediante desmoldagem para resistir a achatamento e a distorção permanente quando a coluna de cano é dobrada sobre os rolamentos de um guia-tubos mediante a ser lançada da embarcação de assentamento de canos. Por outro lado, em uma operação de J-lay, o revestimento de junta de campo pode ser desmoldado em um estado mais suave, mas ainda de sustentação própria, uma vez que o mesmo irá resfriar rapidamente mediante imersão em água antes de estar em risco de distorção permanente quando o cano se dobra próximo do leito do mar.

[0014] Embora um molde possa, por exemplo, se resfriado por água para acelerar o resfriamento em um processo de IMPP, um resfriamento forçado e descuidado pode reduzir a qualidade do revestimento de junta de campo. Mesmo assim, o tempo de ciclo de revestimento de IMPP pode ser muito grande para permitir seu uso em operações de S-lay. O revestimento de IMPP é mais apto para ser usado em operações J-lay, o que permite mais tempo para revestir a junta de campo, conforme observado acima.

[0015] O revestimento de IMPP também sofre da viscosidade do PP fundido e, dessa forma, da necessidade de bombear e conter o PP em pressões de molde altas. Isso adiciona ao volume e ao custo do molde e do equipamento de injeção que alimenta PP fundido ao molde.

[0016] A presente invenção visa aperfeiçoar processos de moldagem por injeção para revestimento de junta de campo de dutos submersos com o uso de materiais termoplásticos, tal como PP. Em particular, a invenção visa manter ou aperfeiçoar a qualidade de revestimentos de junta de campo de PP sem prolongar operações de revestimento; de fato, a invenção permite que as operações de revestimento sejam aceleradas sem perda de qualidade, para o benefício de taxas de fabricação de duto. A invenção também visa acelerar o resfriamento de materiais termoplásticos injetados e aperfeiçoar o controle do processo de resfriamento. Outro objetivo da invenção é minimizar a pressão em que materiais termoplásticos fundidos precisam ser supridos e injetados na cavidade de molde.

[0017] A inspiração para a invenção é o desafio de contração ou encolhimento volumétricos de materiais termoplásticos conforme os mesmos resfriam após serem injetados em uma cavidade de molde. Convencionalmente, o encolhimento de materiais termoplásticos foi tratado de duas formas na técnica de moldagem por injeção.

[0018] Primeiramente, a cavidade de molde pode ser embalada injetando-se continuamente material termoplástico fundidos após a cavidade de molde ter sido preenchida, enquanto mantendo-se ou au-mentando-se a pressão de injeção. Essa etapa de embalagem compensa por um encolhimento inicial injetando-se mais material fundido para manter a cavidade de molde cheia, independente do encolhimento de material injetado anteriormente conforme o mesmo resfria e enrijece durante a etapa de embalagem. Entretanto, embalar em alta pressão aplica exigências estruturais adicionais na ferramenta de molde e seu equipamento auxiliar; o que também pode impedir a remoção da ferramenta de molde para desmoldar após o revestimento de junta de campo ter endurecido suficientemente.

[0019] Em segundo lugar, a cavidade de molde tem um tamanho tipicamente maior em relação ao contorno do item acabado desejado, de forma que seja baseada no comportamento de encolhimento previsto do material termoplástico durante o resfriamento após a injeção. A previsão de encolhimento do material termoplástico leva em consideração vários fatores. Tais como o material que é injetado, a temperatura de injeção, a pressão de injeção, a pressão de contenção, o tempo de contenção e a geometria da cavidade de molde.

[0020] Aumentar o tamanho da cavidade de molde reconhece que não é possível ou desejável continuar a embalagem através ao longo do processo de resfriamento. A pressão de embalagem pode ser aplicada e mais material termoplástico pode ser injetado, apenas até que o material na entrada da cavidade de molde - a porta - se solidifique. Uma vez que o material termoplástico na porta se solidifica, nenhum material a mais pode entrar na cavidade de molde; além disso, a pres-são de injeção não pode mais cair sobre o corpo de material que já tenha preenchido a cavidade de molde. A etapa de embalagem precisa, então, cessar. Consequentemente, embora o corpo de material termoplástico na cavidade de molde resfrie adicionalmente após a embalagem cessar, aquele corpo de material irá ser submetido a encolhimento não compensado.

[0021] No contexto de revestimento de IMPP de uma junta de campo de duto, o corpo de material termoplástico na cavidade de molde tende a sair radialmente para dentro da parede de molde conforme o material continua a encolher sem a compensação de embalagem. Embora esse movimento separado seja benéfico para desmoldagem, o mesmo pode ser resistido até certo ponto por adesão localizada entre o material termoplástico e a parede de molde. Ao mesmo tempo, o material na cavidade de molde também tende a sair das outras superfícies que definem a cavidade de molde, a saber as extremidades opostas do revestimento de cano, e a superfície de cano exposta que define o lado radialmente para dentro da cavidade de molde. Entretanto, o material na cavidade de molde não pode sair dessas outras superfícies uma vez que o mesmo está aderido ou fundido às mesmas.

[0022] Por esses motivos, o encolhimento não compensado induz estresses no revestimento de junta de campo moldado. Onde existe encolhimento diferencial, esses estresses podem deformar o revestimento de junta de campo. É até possível que espaços vazios ou depressões sejam criados no revestimento de junta de campo, o que irá concentrar adicionalmente estresses experimentados durante o enrolamento, assentamento e operação do duto.

[0023] Manter ou aumentar a pressão de injeção durante a etapa de embalagem é contrário aos objetivos da invenção. Dessa forma, a injeção contínua de materiais termoplásticos fundidos também é, o que adiciona calor ao sistema e, portanto, tende a estender em vez de en-curtar o tempo de resfriamento.

[0024] O documento № WO 2012/004665 reflete o estado geral da técnica na medida em que a mesma monta uma ferramenta de molde ao redor de uma junta de campo e injeta ou despeja um polímero através de aberturas na ferramenta de molde para formar um revestimento de junta de campo. O documento № WO 2001/002768 descreve também uma ferramenta de molde típica para moldar por injeção um revestimento por polímero, com orifícios que são fechados por adesivos após a injeção. Em ambos os casos, os moldes são rígidos e não existe nenhuma previsão para compactar o revestimento por polímero.

[0025] O documento № WO 2012/004665 também ensina circulação refrigerante. Outro exemplo de uma ferramenta de molde com circulação refrigerante é destacado no documento № WO 2001/036173.

[0026] Conhece-se usar um anel sólido ou outra parte, separados de um molde, para pré-preencher um espaço vazio entre um cano e um molde. Um exemplo é revelado no documento № US 4660861. De modo semelhante, o documento № WO 03/095887 ensina como anéis pré-formados podem ser dispostos ao redor de uma junta de campo. Então, uma ferramenta de molde é presa ao redor dos anéis e material isolante é despejado nos espaços vazios. O molde é removido quando o material isolante solidifica. Além disso, o documento № WO 2010/049627 descreve isolamento de uma junta cano em cano (PiP) com o uso de uma manga plástica externa oca. A cavidade dentro da manga pode conter um anel sólido isolado. A cavidade é, então, preenchida com um gel isolador termicamente não compressível. Entretanto, nenhuma compactação é realizada nesses exemplos.

[0027] A compactação foi realizada na técnica de fabricação de duto envolvendo-se uma manga passível de encolhimento por calor (HSS) ao redor de um revestimento de junta de campo e encolhendo-se aquela manga, conforme revelado no documento № WO 84/03346. De fato, um material de HSS é, algumas vezes, usado como o próprio molde.

[0028] Em aplicações de moldagem por injeção auxiliado por gás projetadas para produzir peças moldadas ocas, os documentos nos WO 03/006226, WO 2004/082921, WO 2004/071742, EP 0402730 e DE 19852123 descrevem a injeção de um gás após a injeção de polímero fundido em um molde. O gás injetado cria um espaço vazio ou uma cavidade dentro do polímero fundido para fazer uma peça oca enquanto, se necessário, empurra polímero de excesso para fora da cavidade de molde. Todas essas propostas visam reduzir o peso da peça moldada e reduzir marcas de afundamento localizadas.

[0029] O documento № DE 19852123 usa o gás injetado para empurrar polímero fundido contra uma parede de molde alongada semelhante a um pistão e ao longo da mesma. O gás injetado desloca uma frente de fundição em direção a uma extremidade do molde. A contra-pressão é aplicada ao lado oposto da frente de fundição para controlar sua velocidade e progressão.

[0030] Os processos de moldagem por injeção auxiliado por gás, conforme descrito acima, são usados tipicamente para maçaneta de porta de carro ou quaisquer peças espessas que exijam uma superfície uniforme e peso leve.

[0031] Os mesmos são inúteis para a produção de revestimentos de junta de campo em dutos, o que exige uma camada moldada densa e uniforme que não é interrompida por espaços vazios. Além disso, embora o gás injetado possa ser usado para fornecer algum resfriamento inicial para produtos ocos com parede delgada, esse gás permanece dentro da peça oca até a desmoldagem e, dessa forma, não pode fornecer um resfriamento contínuo eficaz ao longo do ciclo de resfriamento prolongado de um revestimento espesso.

[0032] O documento № EP 0188363 descreve uma junta para se-ções de duto isoladas que têm uma manga tubular com suas extremidades encolhidas em direção às superfícies externas dos invólucros das seções de duto e vedadas nas mesmas. O interior da manga é preenchido com material de isolamento na forma de espuma de poliuretano termofixa. A espuma serve para fornecer rigidez, de forma que forças de tração e compressivas que agem em uma seção de duto são transmitidas através da junta para a outra seção de duto. A manga é passível de encolhimento por calor antes da injeção da espuma termofixa. A manga é limitada a uso com espumas termofixas que são injetadas como líquidos frios, uma vez que outros materiais que exigem aquecimento para forma líquida para injeção na cavidade deformam a manga passível de encolhimento por calor. De modo semelhante, o documento № WO 2010/069044 também descreve uma lâmina ou um invólucro passível de encolhimento por calor que são preenchidos com espuma de poliuretano termofixa para unir duas seções tubulares.

[0033] O documento № EP 2166269 também descreve conectar dois membros tubulares com o uso de espuma de poliuretano termofixa. Entretanto, a espuma é injetada em uma cavidade e, subsequentemente, uma manga termoplástica passível de encolhimento por calor é encolhida por calor na espuma.

[0034] O documento № GB 2319316 descreve uma manga passível de encolhimento por calor que forma seções tubulares de conexão. Entretanto, nenhum material de preenchimento é descrito para preencher a cavidade criada pela manga.

[0035] É contra esses antecedentes que a presente invenção foi desenvolvida.

[0036] De certa forma, a invenção reside em um método para revestir uma junta de campo de um duto que compreende: posicionar uma ferramenta de molde ao redor da junta de campo para definir uma cavidade de molde; injetar material termoplástico na cavidade de mol-de para formar um revestimento de junta de campo que irá endurecer na cavidade de molde; e aplicar pressão compactante dentro da cavidade de molde radialmente para dentro contra um lado radialmente externo do revestimento de junta de campo, diferente de através de injeção contínua do material termoplástico.

[0037] A aplicação de pressão compactante contra o revestimento de junta de campo é faseada vantajosamente conforme o material termoplástico encolhe na cavidade de molde enquanto o revestimento de junta de campo endurece. Isso acelera e controla o resfriamento do revestimento de junta de campo enquanto maximiza a qualidade.

[0038] De preferência, um fluido compactante - e mais preferencialmente um líquido compactante - é usado para aplicara a pressão compactante contra o revestimento de junta de campo. Um fluido compactante é introduzido vantajosamente na cavidade de molde entre a ferramenta de molde e o revestimento de junta de campo, em que o fluido pode ser forçado ao longo de uma interface entre a ferramenta de molde e o revestimento de junta de campo para separar o revestimento de junta de campo da ferramenta de molde.

[0039] O fluido compactante pode ser colocado em contato com o revestimento de junta de campo na cavidade de molde. Alternativamente, o fluido compactante pode ser separado do revestimento de junta de campo na cavidade de molde por uma partição intermediária que se move na cavidade de molde sob pressão a partir do fluido compactante para exercer pressão a partir do fluido compactante contra o revestimento de junta de campo. A partição pode definir parcialmente uma câmara para conter o fluido compactante ao desmoldar o revestimento de junta de campo. A partição também pode ser passível de desvio, por exemplo, como uma membrana, para conformação ao lado radialmente externo do revestimento de junta de campo sob pressão do fluido compactante.

[0040] Vantajosamente, o revestimento de junta de campo pode ser resfriado, enquanto líquido na cavidade de molde, transferindo-se calor a partir do revestimento de junta de campo para o fluido compac-tante que aplica pressão contra o revestimento de junta de campo. A transferência de calor para o fluido compactante pode ser aperfeiçoada passando-se um fluxo de fluido compactante através da cavidade de molde para remover calor do revestimento de junta de campo. O fluido compactante pode ser resfriado, por exemplo, em um trocador de calor fora da cavidade de molde ou transferindo-se calor a partir o fluido compactante para a ferramenta de molde e passando-se um fluxo de fluido de resfriamento através da ferramenta de molde para rejeitar aquele calor.

[0041] A aplicação de pressão compactante pode ser antecedida por uma etapa compactante inicial que compreende injeção contínua do material termoplástico na cavidade de molde após a cavidade de molde ter sido preenchida. Em todo caso, prefere-se cessar a injeção de material termoplástico na cavidade de molde antes de aplicar pressão compactante.

[0042] Por outro lado, dentro do mesmo conceito inventivo, a invenção também reside em um aparelho para revestir uma junta de campo de um duto. Esse aparelho compreende: uma ferramenta de molde posicionável ao redor da junta de campo para definir uma cavidade de molde, em que a ferramenta de molde tem uma ou mais portas através das quais o material termoplástico pode ser injetado na cavidade de molde para formar um revestimento de junta de campo que endurece na cavidade de molde; um sistema de suprimento de material termoplástico para suprir material termoplástico à porta, ou a cada uma das mesmas, da ferramenta de molde; e um sistema compactante adicional ao sistema de suprimento de material termoplástico para aplicar pressão compactante dentro da cavidade de molde radialmente para dentro contra um lado radialmente externo do revestimento de junta de campo.

[0043] O sistema compactante compreende, de preferência, um sistema de suprimento de fluido para injetar fluido compactante na cavidade de molde entre a ferramenta de molde e o revestimento de junta de campo. O sistema de suprimento de fluido compreende adequadamente uma ou mais entradas de fluido que penetram uma parede da ferramenta de molde e que terminam para dentro em uma superfície interna daquela parede.

[0044] O aparelho da invenção compreende, de preferência, um sistema de resfriamento para resfriar o fluido compactante, em que o sistema pode resfriar o fluido compactante resfriando-se a ferramenta de molde e/ou passando-se o fluido compactante através de um trocador de calor fora da cavidade de molde.

[0045] A ferramenta de molde compreende adequadamente uma ou mais saídas de fluido, adicionais a uma ou mais entradas de fluido, em que o fluido compactante pode fluir através da cavidade de molde para remover calor do revestimento de junta de campo.

[0046] O conceito inventivo se estende a uma instalação de produção de duto que realiza o método da invenção ou que compreende o aparelho da invenção. O conceito inventivo também se estende a um duto ou uma junta de campo para um duto, produzido realizando-se o método da invenção, através do aparelho da invenção ou através da instalação de produção de duto da invenção.

[0047] Para resumir a invenção, uma junta de campo de um duto que é revestida em um processo de moldagem por injeção de termoplástico posicionando-se uma ferramenta de molde ao redor da junta de campo para definir uma cavidade de molde. O material termoplástico é injetado na cavidade de molde para formar um revestimento de junta de campo que irá endurecer na cavidade de molde. A pressão compactante é aplicada para dentro radialmente dentro da cavidade de molde contra um lado radialmente externo do revestimento de junta de campo, de preferência, conforme o material termoplástico encolhe na cavidade de molde enquanto o revestimento de junta de campo endurece. Um fluido compactante introduzido na cavidade de molde entre a ferramenta de molde e o revestimento de junta de campo pode ser usado para aplicar pressão contra o revestimento de junta de campo.

[0048] A fim de que a invenção possa ser mais prontamente compreendida, uma referência será feita agora, a título de exemplo, aos desenhos anexos, em que:

[0049] A Figura 1 é uma vista lateral esquemática de uma balsa para lançamento de canos configurada para operação de S-lay, que mostra um contexto típico para o revestimento técnicas da presente invenção;

[0050] A Figura 2 é uma vista em corte transversal esquemática na linha ll-ll da Figura 3, que mostra uma ferramenta de molde de acordo com a invenção posicionada ao redor de uma junta de campo;

[0051] As Figuras 3 a 7 são vistas detalhadas em corte longitudinal da ferramenta de molde e da junta de campo na linha lll-lll da Figura 2, que mostra a progressão ao longo do tempo de uma operação de moldagem por injeção de acordo com a invenção; e

[0052] As Figuras 8 e 9 são vistas detalhadas em corte longitudinal que correspondem a Figuras 3 a 7, mas mostra variantes da ferramenta de molde em outras modalidades da invenção.

[0053] Referindo-se primeiramente à vista esquemática da Figura 1 dos desenhos, uma embarcação de assentamento de canos 10 é configurada para o método de instalação de S-lay e se move da esquerda para a direita, conforme ilustrado durante uma operação de assentamento de canos. A embarcação 10 transporta um suprimento de juntas de cano 12 em seu convés 14 que são soldadas em uma ou mais estações de solda 16 para formar uma coluna de cano 18 que se move para frente em relação à embarcação 10 ao longo de uma linha de disparo. As soldas são testadas em uma ou mais estações de teste 20 localizadas a jusante (isto é, para frente) das estações de solda 16 e são, então, revestidas em uma ou mais estações de revestimento 22 localizadas a jusante das estações de teste 20. As estações de solda 16, as estações de teste 20 e as estações de revestimento 22 estão, dessa forma, na linha de disparo ao longo da qual a coluna de cano 18 se move conforme a mesma é montada, verificada e revestida antes de ser lançada da embarcação 10 para o mar 24.

[0054] A coluna de cano 18 é sustentada por um sistema tensor 26 localizado a jusante das estações de revestimento 22. O sistema tensor 26 compreende tipicamente múltiplos tensores, mas tais detalhes não são relevantes para a invenção e, dessa forma, foram omitidos dos desenhos.

[0055] A coluna de cano 18 é lançada da embarcação 10 ao longo de um guia-tubos 28 que se estende para frente da embarcação 10, localizado a jusante do sistema tensor 26. O guia-tubos 28 compreende rolamentos 30 que sustentam a dobra em excesso da coluna de cano 18 conforme a mesma entra no mar 24.

[0056] Nesse exemplo, a coluna de cano 18 pende do guia-tubos 28 em um formato de S superficial sob a tensão que age entre o sistema tensor 26 e um ponto de momento de contato no leito do mar (não mostrado). É possível que uma coluna de cano experimente um desvio muito maior através da dobra em excesso que é mostrada na Figura 1, especialmente nas operações denominadas de S-lay inclinado em que o ângulo de partida da coluna de cano é perto de vertical conforme a mesma deixa o guia-tubos.

[0057] A invenção diz respeito a operações de revestimento realizadas nas estações de revestimento 22 na linha de disparo, o que se-rá descrito agora com referência às Figuras 2 a 7 dos desenhos.

[0058] As Figuras 2 a 7 mostram uma ferramenta de molde 32, de acordo com a invenção, que circunda uma junta de campo soldada de um duto em uma estação de revestimento 22. A junta de campo é criada entre juntas de cano em contiguidade 34, em que uma solda a topo circunferencial 36 fixa as juntas de cano 34 entre si.

[0059] Cada junta de cano 34 é revestida com um revestimento de origem, por exemplo, um revestimento de 5LPP 38 e esse revestimento 38 termina perto da extremidade de cada junta de cano 34 com um formato de extremidade tipicamente chanfrado. Um vão anular está entre as extremidades opostas do revestimento 38 ao redor da solda 36, em que as superfícies externas expostas das juntas de cano 34 precisam ser revestidas. Para esse propósito, a ferramenta de molde 32 é fixa ao redor da junta de campo, que se estende de um revestimento 38 até o outro e se sobrepõe a esses revestimentos 38 para definir uma cavidade de molde 40. A cavidade de molde 40 inclui o vão anular entre os revestimentos 38, nos quais o material termoplástico fundido é injetado como um revestimento de junta de campo.

[0060] A ferramenta de molde 32 compreende um tubo 42 de, em geral, corte transversal circular, dividido de modo longitudinal em um diâmetro do corte transversal em duas metades. As porções de extremidade opostas 44 do tubo 42 se acomodam contra os revestimentos 38 das respectivas juntas de cano 34 e, dessa forma, têm um diâmetro interno que corresponde ao diâmetro externo das juntas de cano revestidas 34.

[0061] Uma porção central 46 do tubo 42 que engloba o vão entre os revestimentos 38 tem um diâmetro interno aumentado que excede o diâmetro externo das juntas de cano revestidas 34. Isso aumenta a profundidade da cavidade de molde 40 para permitir o encolhimento do material termoplástico injetado conforme o mesmo resfria. A porção central ampliada 46 se estende além das extremidades chanfradas dos revestimentos 38 para definir extensões 48 da cavidade de molde 40.

[0062] As duas metades da ferramenta de molde 32 são montadas em conjunto para circundar a junta de campo. O local em que as mesmas se encontram, as duas metades têm flanges 50 que são pinçados em conjunto através de pinças externas 52 representadas esquematicamente na Figura 2. As pinças 52 contêm as duas metades contra a pressão interna dentro da ferramenta de molde 32 em uso; as mesmas também contêm a ferramenta de molde 32 em engate de vedação com os revestimentos 38 das juntas de cano 34. Vedações voltadas para dentro 54 são fornecidas adequadamente nas porções de extremidade 44 da ferramenta de molde para esse propósito, conforme pode ser observado nas Figuras 3 a 7.

[0063] A parede tubular da ferramenta de molde 32 é penetrada por uma matriz de bocais ou portas de injeção 56 para injeção na cavidade de molde 40 de PP fundido 58 suprido através de respectivas linhas de alimentação 60 sob pressão de um reservatório ou uma máquina de suprimento 62. Uma matriz circunferencial de três portas 56 é mostrada nesse exemplo, espaçadas de modo igual angularmente ao redor da circunferência da parede tubular em uma posição longitudinal central.

[0064] Cada porta 56 tem uma respectiva válvula 64 que controla a injeção de PP fundido 58 através daquela porta 56. As válvulas 64 são controladas por uma unidade de controle central 66 mostrada na Figura 2 e podem ser operadas em conjunto ou independentemente entre si. Para simplificar a ilustração, elementos de válvula de gatilho 68 são mostrados esquematicamente nas válvulas 64; outros tipos de válvula são, claramente, possíveis.

[0065] Os respiradouros 70 em ambas as extremidades da parede tubular da ferramenta de molde 32 permitem que o ar escape confor-me a cavidade de molde 40 é preenchida com PP fundido 58. A ferramenta de molde 32 também tem um sistema de resfriamento opcional que compreende uma camisa de água criada por uma matriz de canos paralelos 72 embutidos na parede tubular da ferramenta de molde 32 ou dispostos na mesma. Outros fluidos de resfriamento, tais como óleo ou um gás, podem ser bombeados através dos canos 72 em vez de água. Também é possível que um fluido quente seja bombeado através dos canos 72, a fim de aquecer a ferramenta de molde 32 antes do uso.

[0066] De acordo com a invenção, a parede tubular da ferramenta de molde 32 é penetrada adicionalmente através de uma ou mais entradas de fluido 74 conectadas a um sistema de suprimento de fluido 76. O sistema de suprimento de fluido 76 é completamente separado do sistema que supre PP fundido 58 às portas 56. Nesse exemplo, existem duas entradas de fluido 74, localizadas no interior das extremidades da ferramenta de molde 32 para se alinharem aproximadamente com as extremidades chanfradas dos revestimentos 38 das juntas de cano 34, apenas no interior das extensões 48 da cavidade de molde 40.

[0067] O sistema de suprimento de fluido 76 que se comunica com as entradas de fluido 74 compreende um reservatório de fluido 78, uma bomba de alta pressão 80 e uma válvula 82, todos dos quais são interconectados por linhas de fluido 84 que orientam para as entradas de fluido 74. A bomba 80 e a válvula 82 são, ambas, controladas por um controlador 86 para admitir um fluido compactante 88 a partir do reservatório 78 para a cavidade de molde 40. O fluido compactante 88 pode ser um gás ou, de preferência, um líquido, tal como óleo.

[0068] Um respiradouro pode ser fornecido na ferramenta de molde 32 para permitir que o ar escape conforme o fluido compactante 88 entra na cavidade de molde 40, mas tal respiradouro foi omitido dos desenhos para simplicidade.

[0069] Antes de a operação de moldagem por injeção começar, as superfícies externas não revestidas expostas das juntas de cano 34 são limpas, preparadas e aquecidas, assim como as superfícies de extremidade chanfrada dos revestimentos 38.

[0070] Na Figura 3, a operação de moldagem por injeção começou abrindo-se as válvulas 64 associadas às portas 56 (apenas uma dentre as quais é mostrada nessa vista) para admitir uma fundição de PP fundido pressurizado 58. Conforme a injeção continua durante o preenchimento, conforme mostrado, a fundição injetada tem duas frentes de fundição 90 que avançam em direções longitudinais opostas das portas 56 em direção a respectivas extremidades da cavidade de molde 40.

[0071] A Figura 4 mostra a cavidade de molde 40 agora preenchida com PP 58 quando as frentes de fundição 90 alcançam as extensões 48 e preenchem as mesmas em respectivas extremidades da cavidade de molde 40. O interior da fundição de PP 58 permanece fundido nesse estágio, mas a fundição começa a congelar conforme o PP 58 resfria. Os solidificadores de fundição do exterior entram, em virtude de transferência de calor, através de seu exterior.

[0072] A solidificação do PP 58 resulta em encolhimento que é compensado inicialmente por uma etapa de embalagem rápida e opcional, conforme mostrado na Figura 4. Será observado, em relação a isso, que as válvulas 64 associadas às portas 56 permanecem abertas nesse estágio, de forma que PP adicional 58 seja forçado para a cavidade de molde por um período curto para manter a cavidade de molde cheia e para compensar por encolhimento.

[0073] Com referência agora às Figuras 5 e 6 dos desenhos, a etapa de embalagem cessa antes que o PP 58 nas portas comece a congelar. As válvulas 64 associadas às portas 56 são, então, fecha-das, de forma que nenhum PP adicional 58 seja admitido na cavidade de molde 40. Consequentemente, a fundição não recebe mais entrada de calor e, dessa forma, resfria mais rapidamente que se a etapa de embalagem fosse prolongada. O resfriamento pode ser acelerado passando-se fluido de resfriamento através dos canos 72 do sistema de resfriamento da ferramenta de molde 32.

[0074] A partir do fim da etapa de embalagem, na técnica anterior, o resfriamento contínuo de PP 58 já na cavidade de molde 40 resulta nas desvantagens de encolhimento não compensado. Em contraste, a invenção compensa pelo encolhimento através de uma etapa de compactação que, diferente de embalagem, não envolve injeção contínua de PP 58. Em vez disso, nesse exemplo, a etapa de compactação usa o fluido compactante 88 para aplicar pressão radialmente para dentro contra o PP 58 na cavidade de molde 40.

[0075] A técnica anterior não ensina compactação em molde de um revestimento de junta de campo injetando-se um fluido adicional no material termoplástico fundido que forma o revestimento de junta de campo.

[0076] De fato, não se conhecia nenhum fluido diferente de um revestimento material viscoso, um produto de cura ou um aditivo químico a ser usado dentro de uma cavidade de molde entre um cano e uma ferramenta de molde.

[0077] Quando o controlador 86 do sistema de suprimento de fluido 76 ativa a bomba 80 e abre a válvula 82, o fluido compactante 88 é atraído através das linhas 84 a partir do reservatório 78 para ser injetado sob pressão na cavidade de molde 40 através das entradas de fluido 74. As entradas de fluido 74 injetam o fluido compactante 88 como uma camada delgada entre a parede tubular da ferramenta de molde 32 e o PP 58 que também está na cavidade de molde 40. Nesse exemplo, existe contato direto entre o fluido compactante 88 e o PP 58 na cavidade de molde 40.

[0078] Vantajosamente, conforme mostrado na Figura 5, o fluido compactante 88 é forçado sob pressão a se propagar ao longo da interface entre a ferramenta de molde 32 e o PP 58 na cavidade de molde 40 para separar o PP 58 da ferramenta de molde 32 com uma ação de descamação. Isso impede a adesão do PP 58 à ferramenta de molde 32 ou separa o PP 58 da ferramenta de molde 32 se tal adesão já tiver ocorrido.

[0079] Finalmente, o fluido compactante 88 se estende por quase todo o comprimento da cavidade de molde 40 para separar o PP 58 da ferramenta de molde 32, conforme mostrado na Figura 6. Isso facilita a desmoldagem eventual e é um modo em que o fluido compactante 88 ajuda a reduzir o estresse no PP que solidifica 58. A pressão é mantida no fluido compactante 88 conforme o PP que solidifica 58 encolhe; mais fluido compactante 88 é introduzido na cavidade de molde 40, conforme pode ser necessário, para levar em consideração o encolhimento contínuo do PP 58.

[0080] Conforme o fluido compactante 88 será injetado, em geral, em uma temperatura mais baixa que o PP 58 nesse estágio, o fluido compactante 88 age como um dissipador de calor para atrair calor do PP 58 e a fim de acelerar o resfriamento do PP 58. O contato térmico íntimo entre o fluido compactante 88 e o PP 58 ao longo de uma área de superfície grande é vantajoso em relação a isso. O sistema de resfriamento da ferramenta de molde 32 pode permanecer ativo para atrair calor tanto do fluido compactante 88 quanto do PP 58.

[0081] Quando os parâmetros de operação tiverem sido verificados e o PP 58 na cavidade de molde 40 tiver resfriado e solidificado até um ponto de sustentação própria adequada, o fluido compactante 88 é despressurizado e drenado, por exemplo, revertendo-se a bomba 80 para retornar o fluido compactante 88 para o reservatório 78. As pinças 50 mostradas na Figura 2 são, então, liberadas para separar e remover as duas metades da ferramenta de molde 32 da junta de campo em uma operação de desmoldagem. O PP 58 é, então, resfriado por ar para a temperatura ambiente através da exposição a ar ambiente, conforme mostrado na Figura 7.

[0082] Se um resfriamento mais rápido for exigido, ar ou outros gases de resfriamento podem ser soprados sobre o PP exposto 58 para resfriar o PP 58 através de condução e convecção. Alternativa ou adicionalmente, um líquido de resfriamento, tal como água, pode ser pulverizado ou despejado sobre o PP exposto 58, para resfriar o PP 58 através de condução e evaporação. A temperatura e/ou a taxa de fluxo de líquidos ou gases de resfriamento podem ser modificadas para controlar a taxa de resfriamento; por exemplo, tais líquidos ou gases podem ser refrigerados para abaixo da temperatura ambiente.

[0083] Será observado a partir das Figuras 6 e 7 que a porção central de tamanho maior 46 da ferramenta de molde 32 e o encolhimento controlado e compensado do PP 58 sob pressão do fluido com-pactante 88 determinam e controlam o formato e as dimensões externos do revestimento de junta de campo acabado. O resultado final é previsível, uniforme e consistente de um revestimento de junta de campo para o próximo, tanto em formato externo quanto em estrutura interna.

[0084] O diâmetro externo do revestimento de junta de campo acabado corresponde amplamente ao diâmetro externo das juntas de cano revestidas 34 para qualquer um dos lados da junta de campo. Em virtude das extensões 48 nas extremidades da cavidade de molde 40, as extremidades do revestimento de junta de campo se sobrepõem levemente ao cano revestimentos 38. Essas sobreposições alongam de modo benéfico e, dessa forma, aumentam, a área das interfaces entre os revestimentos de cano 38 e o revestimento de junta de cam-po.

[0085] As Figuras 8 e 9 mostram variantes da invenção em que uma membrana flexível e elasticamente extensível 92 é interposta entre o fluido compactante 88 e o PP 58. A membrana 92 é vedada ao redor de sua periferia para o interior da ferramenta de molde 32, fora de bordo das entradas de fluido 74, para definir uma câmara expansível que inclui o fluido compactante 88 que é admitido através das entradas de fluido 74.

[0086] Conforme a câmara entre a ferramenta de molde 32 e a membrana 92 se expande sob pressão crescente a partir do fluido compactante 88 dentro da mesma, a membrana 92 exerce pressão de fluido no PP 58. A membrana 92 é delgada o suficiente para não interferir excessivamente na transferência de calor do PP 58 para o fluido compactante 88. Entretanto, o contato direto entre o fluido compactante 88 e o PP 58 é evitado e o fluido compactante 88 permanece contido pela membrana 92 para facilitar o manuseio, especialmente quando se despressuriza e drena o fluido compactante 88 para desmoldagem.

[0087] A Figura 9 se difere da Figura 8 por uma provisão opcional para o fluido compactante 88 fluir para dentro, através e para fora da câmara definida pela membrana 92, enquanto continua a aplicar pressão de fluido no PP 58 através da membrana 92. Isso permite que o fluido compactante 88 transporte calor do PP 58 para fora da cavidade de molde 40 e rejeite o calor do exterior da cavidade de molde 40. Uma provisão semelhante para fluir fluido compactante 88 através da cavidade de molde 40 pode ser feita em uma variante da primeira modalidade mostrada nas Figuras 2 a 7.

[0088] Especificamente, a Figura 9 mostra um circuito de troca de calor que compreende uma bomba de circulação 94. A bomba 94 circula o fluido compactante 88 novamente a partir de uma saída de fluido 96 através de um trocador de calor 98 fora da cavidade de molde 40 e retorna o fluido compactante 88 através de uma entrada de fluido 74 para a cavidade de molde 40 em uma temperatura mais baixa.

[0089] Em alguns casos, o fluido compactante 88 não precisa ser circulado novamente: por exemplo, se o fluido compactante 88 for água e, dessa forma, é barato e não tem impacto ambiental, o mesmo pode ser descartado após passar através da cavidade de molde 40.

[0090] Embora a Figura 9 mostre um sistema de resfriamento para a ferramenta de molde 32 que compreende canos 72, como nas modalidades anteriores, é possível que o resfriamento através do fluido compactante 88 possa remover a necessidade de um sistema de resfriamento separado para a ferramenta de molde 32.

[0091] A presente invenção é apta, particularmente, para ser usada em operações de S-lay, mas seu uso não é limitado a S-lay. A invenção também pode ser usada em operações de J-lay e ao fabricar e enrolar dutos de reel-layem uma spoolbase. Por exemplo, como S-lay, o duto é horizontal e é guiado em um sistema de rolamentos em uma spoolbase, em que o teste de solda e o revestimento de junta de campo acontecem entre duas extremidades do duto. A solda acontece em uma extremidade para montar o duto; uma vez testado e revestido, o duto é enrolado em um carretel na outra extremidade.

[0092] Muitas outras variações são possíveis dentro do conceito inventivo. Por exemplo, a ferramenta de molde pode ter mais ou menos portas, conforme apropriado, e as mesmas podem ser distribuídas de modo diferente ao longo da ferramenta de molde. Além disso, as portas da ferramenta de molde podem abrir em sucessão longitudinal ou circunferencial para permitir um molde em cascata, conforme proposto no documento № WO 2012/004665.

[0093] Opcionalmente, um sistema de resfriamento de ferramenta de molde pode ser complementado por um dispositivo de resfriamento de cano posicionado dentro das juntas de cano em contiguidade para resfriar a fundição acelerando-se a condução de calor através da parede de cano. Tal dispositivo de resfriamento de cano pode, por exemplo, se um pig refrigerado ou uma cabeça de pulverização que são movíveis longitudinalmente ao longo do cano para aplicar resfriamento onde o mesmo é necessário. Um exemplo de tal cabeça de pulverização também é revelado no documento № WO 2012/004665.

[0094] O material termoplástico usado para moldagem por injeção pode ser PP, poliestireno ou outro material termoplástico adequado que seja compatível com o revestimento aplicado às juntas de cano. Aditivos ou modificadores podem ser empregados, tal como um modificador de elastômero como EPDM (borracha de monômero de dieno de etileno propileno), para fornecer flexibilidade e resistência a impacto apropriados, ou fibras de vidro, aramida ou carbono para aumentar resistibilidade e módulo elástico. Aditivos tais como fibras também podem reduzir o encolhimento e a velocidade de resfriamento.

Claims

Método para revestir uma junta de campo de um duto caracterizado pelo fato de que compreende:
posicionar uma ferramenta de molde (32) ao redor da junta de campo, para definir uma cavidade de molde (40);
injetar material termoplástico na cavidade de molde (40) para formar um revestimento de junta de campo que irá endurecer na cavidade de molde;
introduzir um fluido compactante (88) na cavidade de molde (40) entre a ferramenta de molde (32) e o revestimento de junta de campo para aplicar pressão compactante dentro da cavidade de molde (40) radialmente para dentro contra um lado radialmente externo do revestimento de junta de campo, diferente de através de injeção contínua do material termoplástico; e
forçar o fluido de compactação ao longo de uma interface entre a ferramenta de molde (32) e o revestimento da junta de campo para separar o revestimento da junta de campo da ferramenta de molde (32) e colocar o fluido de compactação (88) em contato com o revestimento da junta de campo no cavidade de molde (40).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende aplicar a dita pressão compactante contra o revestimento de junta de campo conforme o material termoplástico encolhe na cavidade de molde (40) enquanto o revestimento de junta de campo endurece.
Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fluido compactante (88) é um líquido.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende resfriar o revestimento de junta de campo, enquanto líquido na cavidade de molde (40), transferindo-se calor do revestimento de junta de campo para o fluido compactante (88) que aplica pressão contra o revestimento de junta de campo.
Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende passar um fluxo de fluido compactante (88) através da cavidade de molde (40) para remover calor do revestimento de junta de campo.
Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que compreende resfriar o fluido compactante (88).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita aplicação de pressão compactante é antecedida por uma etapa compactante inicial que compreende a injeção contínua do material termoplástico na cavidade de molde (40) após a cavidade de molde (40) ter sido preenchida.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende cessar a injeção de material termoplástico na cavidade de molde (40) antes da dita aplicação de pressão compactante.
Aparelho para revestir uma junta de campo de um duto, em que o aparelho compreende:
uma ferramenta de molde (32) posicionável ao redor da junta de campo para definir uma cavidade de molde (40) ao redor da junta de campo, em que a ferramenta de molde (32) tem uma ou mais portas (56) através das quais o material termoplástico pode ser injetado na cavidade de molde (40) para formar um revestimento de junta de campo que endurece na cavidade de molde (40);
um sistema de suprimento de termoplástico (62) para suprir material termoplástico para a porta, ou para cada uma das portas (56) da ferramenta de molde (32); e caracterizado por
um sistema compactante adicional ao sistema de supri-mento de termoplástico para introduzir um fluido compactante (88) na cavidade de molde (40);
em que uma parede da ferramenta de molde (32) é penetrada adicionalmente por uma ou mais entradas (74) de fluido compactante conectadas a um sistema de suprimento de fluido e termina interiormente em uma superfície interna da parede da ferramenta de molde (32), para injetar o fluido compactante (88) na cavidade de molde (40) entre a ferramenta de molde (32) e o revestimento de junta de campo para aplicar pressão compactante dentro da cavidade de molde (40) radialmente para dentro contra um lado radialmente externo do revestimento de junta de campo, forçar o fluido compactante (88) ao longo de uma interface entre a ferramenta de molde (32) e o revestimento da junta de campo para separar o revestimento da junta de campo da ferramenta de molde (32) e colocar o fluido compactante (88) em contato com o revestimento da junta de campo na cavidade do molde (40).
Aparelho, de acordo com qualquer a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de resfriamento para resfriar o fluido compactante (88).
Aparelho, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que é disposto para passar um fluxo de fluido compactante (88) através da cavidade de molde (40) para remover calor do revestimento de junta de campo.
Instalação de produção de duto caracterizada pelo fato de que compreende o aparelho, como definido em qualquer uma das reivindicações 9 a 11.