BR112018004968B1

BR112018004968B1 - Tubo de alta pressão e método para produção de um tubo de alta pressão

Info

Publication number: BR112018004968B1
Application number: BR112018004968-9A
Authority: BR
Inventors: Lambertus Gerrit Peter Dalmolen
Original assignee: Pipelife Nederland B.V
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2021-09-14
Also published as: BR112018004968A2; RU2018113428A; CA2998315A1; US20180252339A1; CN108291686A; US10711925B2; RU2717585C2; SA518391105B1; WO2017048117A1; EP3350498A1; NL2015434B1; RU2018113428A3; CA2998315C; CN108291686B; EP3350498B1; CO2018003541A2

Abstract

um tubo de alta pressão compreende um revestimento interno (1), uma camada de revestimento externo (6) e uma camada de reforço (2, 5) posicionada entre o revestimento interno e a camada de revestimento externo. a camada de reforço possui faixas helicoidalmente enroladas (2, 5) que, cada uma, compreende uma matriz (4) e fibras (3) incorporadas na matriz; as fibras consistem de uma diversidade de filamentos de alta resistência torcidos. com o objetivo de prover uma flexibilidade de flexão relativamente alta, os filamentos de uma fibra são filamentos dimensionados obtidos ao submeter os filamentos a uma operação de dimensionamento.

Description

[001] A invenção refere-se a um tubo de alta pressão, que compreende um revestimento interno, uma camada de revestimento externo e uma camada de reforço posicionada entre o revestimento interno e a camada de revestimento externo, a dita camada de reforço compreendendo faixas helicoidalmente enroladas que, cada uma, compreende uma matriz e fibras incorporadas na matriz, as ditas fibras compreendendo filamentos de alta resistência torcidos.

[002] Este tubo de alta pressão geralmente é conhecido, por exemplo, a partir de WO-A-2013/131972. Os elementos de reforço helicoidalmente enrolados, na forma de faixas do dito tubo da técnica anterior, podem compreender fibras de carbono, consistindo de um grande número de filamentos finos. As fibras de carbono possuem diversas vantagens; por exemplo, tais fibras são em grande parte invulneráveis em relação às substâncias agressivas como H2S, como presentes no petróleo bruto. Além disso, as fibras de carbono possuem uma resistência à ruptura elevada e um módulo de elasticidade elevada. Estas propriedades proveem aos tubos, em questão de capacidade de suportar altas pressões, até 200 bar ou mais elevadas. No entanto, as fibras de carbono por si são problemáticas em relação ao manuseio. Os filamentos possuem uma rigidez e dureza elevadas, o que dificulta implementar tais fibras diretamente na parede do tubo. Com o objetivo de facilitar o manuseio das fibras de carbono, elas podem ser impregnadas com um material matriz e, em seguida, montadas de modo a formar elementos de reforço de fibra de carbono, por exemplo, na forma de faixas.

[003] Devido à circunstância de que os filamentos de carbono são incorporados, e assim conectados entre si, o material matriz, os elementos de reforço exibem uma rigidez à flexão relativamente elevada. Esta rigidez à flexão relativamente elevada das fibras não é propícia para a realização de operações de enrolamento, conforme são, por exemplo, aplicadas na manufatura de tubos de alta pressão. Isto significa que no processo de manufatura dos tubos de alta pressão, os elementos de reforço em questão devem ter uma espessura bastante limitada, de modo a limitar sua rigidez à flexão e ser capaz de enrolar as fibras em torno do revestimento interno. No caso de as faixas de reforço serem finas, isto significa que um número de faixas relativamente elevado deva ser enrolador em torno do revestimento interno de modo a atingir a resistência e dureza necessárias da parede do tubo.

[004] No entanto, o processo de enrolamento de diversas camadas de faixas com fibras incorporadas é complexo e demorado. Seria preferível concluir o processo de enrolamento com um número limitado de faixas, preferencialmente duas faixas opostamente enroladas. O número e a espessura das fibras em cada uma destas faixas teriam então que ser elevados. No entanto, a rigidez das faixas assim obtida limitaria gravemente a possibilidade de enrolá- las em torno do revestimento interno. Além disso, o próprio tubo seria bastante rígido em relação à flexão, tornando quase impossível de enrolar o tubo sobre a bobina.

[005] Portanto, um objetivo da invenção é prover um tubo de alta pressão do tipo mencionado antes, o qual pode ser fabricado a partir de um número limitado de faixas, e que ainda possui as vantagens associadas às fibras de alta resistência. Um objetivo adicional é prover tal tubo, o qual pode ser enrolador sobre uma bobina de raio limitado. Este objetivo é atingido em que os filamentos de uma fibra são filamentos dimensionados obtidos ao submeter os filamentos a uma operação de dimensionamento antes de torcê-los juntos na etapa de formação de fibras.

[006] A operação de dimensionamento dos filamentos possui a vantagem de que permite algum deslocamento entre os filamentos adjacentes, em contraste aos filamentos que são aderidos de forma fixa entre si através de uma matriz rígida como uma resina solidificada. Os filamentos são torcidos de modo a formar uma fibra, possivelmente na presença de material adicional, que promove a coesão do feixe de filamento torcido. Os filamentos ainda devem ser capazes de deslocamento um pouco em relação ao outro na fibra, que possibilita flexionar a fibra mesmo no caso da espessura da fibra, e assim o número de filamentos torcidos na fibra, ser relativamente elevada.

[007] Uma operação de dimensionamento é bem conhecida por si só na área de material têxtil. Uma operação de dimensionamento implica, por exemplo, o uso de agentes de dimensionamento ou produtos químicos, como resinas líquidas, materiais tipo petróleo e tipo cera.

[008] Preferencialmente, os filamentos são filamentos não impregnados. Normalmente, os filamentos possuem uma espessura de 4 a 100 μm, ou 4 a 50 μm, ou 4 a 10 μm. Preferencialmente, os filamentos são filamentos de carbono. Opcionalmente, os filamentos são revestidos com um revestimento flexível, por exemplo, um revestimento semelhante à borracha. Normalmente, os filamentos possuem um comprimento que é da mesma ordem de magnitude do comprimento da fibra que contém os ditos filamentos.

[009] A invenção é relacionada ainda a um método para produção de um tubo de alta pressão, que compreende as etapas de: - provisão de filamentos de alta resistência, - dimensionamento dos ditos filamentos de alta resistência, - torção dos ditos filamentos de alta resistência dimensionados de modo a formar fibras, - incorporação das fibras em uma matriz, de modo a formar uma faixa, - provisão de um revestimento interno em formato de tubo, - faixas helicoidalmente enroladas umas sobre as outras e com o ângulo de enrolamento oposto em torno do revestimento interno, - provisão de um revestimento externo na parte superior das faixas helicoidalmente enroladas.

[010] Os filamentos são preferencialmente filamentos não impregnados, e preferencialmente durante a etapa de incorporação das fibras na matriz, o estado não impregnado dos filamentos de fibra é mantido. As fibras não impregnadas são fibras que não são impregnadas com material matriz ou outros materiais que fazem as fibras se aderirem de modo que nenhum ou quase nenhum deslocamento relativo são possíveis. Portanto, pode ser garantido que os filamentos em uma fibra não impregnada podem realizar deslocamentos relativos um em relação ao outro, de modo a manter uma determinada flexibilidade de flexão das fibras. Além disso, as fibras e a matriz são preferencialmente selecionadas de materiais que excluem ou inibem a adesão entre as ditas fibras e a dita matriz. A ausência de uma adesão (forte) entre as fibras e a matriz circundante também promove a flexibilidade de flexão das faixas, possibilitando ainda enrolar as faixas em um raio relativamente pequeno.

[011] Opcionalmente, as fibras, antes de incorporá-las na matriz, podem ser mergulhadas em uma mistura, de modo a cobrir as ditas fibras com uma substância semelhante à borracha.

[012] A invenção será descrita ainda em referência às realizações mostradas nos desenhos.

[013] A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva e em seção do tubo de alta pressão.

[014] A Figura 2 mostra uma vista em perspectiva em uma faixa de reforço para o tubo.

[015] O tubo, como mostrado na figura 1, consiste de um revestimento interno 1 em torno do qual, primeiramente, a faixa de reforço 2 é helicoidalmente enrolada. Subsequentemente, sobre a dita primeira faixa de reforço 2, a segunda faixa de reforço 5 é helicoidalmente enrolada, com um ângulo de enrolamento oposto. Em seguida, uma camada de revestimento externo 6 é aplicada sobre a segunda faixa de reforço helicoidalmente enrolada 5.

[016] Cada faixa de reforço 2, 5 consiste de uma estrutura de material matriz 4 e das fibras 3 incorporadas na estrutura do material matriz 4. As fibras 3, cada uma, consistem de filamentos de carbono, os quais são enrolados uns aos outros. Estes filamentos foram submetidos a uma operação de dimensionamento e, além disso, não são impregnados com o material matriz 4. Como resultado, as fibras possuem uma flexibilidade de flexão relativamente elevada. Devido à circunstância de que as fibras 3 não são aderidas à estrutura circundante do material matriz 4, a própria faixa de reforço possui uma flexibilidade de flexão relativamente elevada também.

[017] Como resultado, as faixas de reforço 2, 5 podem ser enroladas com um raio relativamente pequeno em torno do revestimento interno. Este raio de flexão relativamente pequeno pode até ser obtido caso as fibras 3 possuam uma espessura relativamente grande e, assim, um número relativamente grande de fibras de carbono torcidas. Isto significa que um número limitado, em particular apenas dois, de faixas de reforço 2, 5 será suficiente para a fabricação de um tubo com uma resistência elevada contrapressões internas. Além disso, o próprio tubo combinará rigidez e resistência relativamente altas contra as pressões internas excessivas com uma flexibilidade de flexão relativamente baixa. Portanto, este tubo é adequado para o enrolamento em uma bobina, que simplifica consideravelmente a produção e o transporte dos tubos.

Lista de Numerais de Referência

[018] 1. Revestimento interno

[019] 2. Primeira faixa de reforço

[020] 3. Fibras

[021] 4. Estrutura de material matriz

[022] 5. Segunda faixa de reforço

[023] 6. Camada de revestimento

[024] Apesar de a invenção ter sido descrita em referência às realizações exemplares, será compreendido pelos peritos na técnica que podem ser realizadas diversas alterações e equivalentes podem ser substituídos por elementos destes sem se desviar do escopo da invenção. Além disso, podem ser realizadas muitas modificações para adaptar uma situação ou material em particular aos ensinamentos da invenção sem se desviar do escopo essencial desta. Portanto, pretende-se que a invenção não esteja limitada às realizações particulares e/ou preferidas reveladas, mas que a invenção inclua todas as realizações que recaem no escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. TUBO DE ALTA PRESSÃO, caracterizado por compreender um revestimento interno (1), uma camada de revestimento externo (6) e uma camada de reforço (2, 5) posicionada entre o revestimento interno e a camada de revestimento externo, a dita camada de reforço compreendendo uma primeira faixa helicoidalmente enrolada (2) e uma segunda faixa helicoidalmente enrolada (5) enrolada com um ângulo de enrolamento oposto à primeira faixa helicoidalmente enrolada, cada uma (2, 5) compreendendo uma matriz (4) e uma única fileira de fibras (3) incorporadas na matriz, as ditas fibras compreendendo filamentos de alta resistência entrelaçados, em que os filamentos de cada fibra são filamentos dimensionados obtidos ao submeter os filamentos a uma operação de dimensionamento.

2. TUBO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos filamentos serem filamentos não impregnados.

3. TUBO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelos filamentos possuírem uma espessura de 4 a 100 μm.

4. TUBO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelos filamentos serem filamentos de carbono.

5. TUBO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelos filamentos serem revestidos com um revestimento flexível.

6. TUBO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo revestimento flexível compreender um revestimento semelhante à borracha.

7. TUBO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelos filamentos terem um comprimento que é da mesma ordem de magnitude do comprimento da fibra que contém os ditos filamentos.

8. TUBO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela camada de reforço compreender apenas duas faixas helicoidais opostamente enroladas (2, 5).

9. TUBO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por um material matriz estar ausente entre os filamentos de uma fibra.

10. MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM TUBO DE ALTA PRESSÃO, caracterizado por compreender as etapas de: - provisão de filamentos de alta resistência, - dimensionamento dos ditos filamentos de alta resistência, - entrelaçamento dos ditos filamentos de alta resistência dimensionados para formar fibras (3), - incorporação das fibras em uma matriz (4) de modo a formar faixas (2, 5), de uma única fileira de fibras incorporadas na matriz, - provisão de um revestimento interno em formato de tubo (1), - faixas helicoidalmente enroladas (2, 5) uma sobre a outra e enroladas com ângulos de enrolamento opostos em torno do revestimento interno (1), e - provisão de um revestimento externo (6) na parte superior das faixas helicoidalmente enroladas (2, 5).

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelos filamentos serem filamentos não impregnados.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, durante a etapa de incorporação das fibras (3) na matriz (4), o estado não impregnado dos filamentos das fibras ser mantido.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelas fibras e a matriz (4) serem selecionadas a partir de materiais que excluem ou inibem a adesão entre as ditas fibras (3) e a dita matriz (4).

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelas fibras, antes da incorporação destas na matriz, serem mergulhadas em uma mistura, de modo a cobrir as ditas fibras com uma substância semelhante à borracha.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelos filamentos de uma fibra serem dispostos próximos entre si sem interposição de um material matriz entre os ditos filamentos.