BR112018077498B1 - Método para conectar dois elementos individuais de um tubo de transporte de fluido subaquático submetido à fadiga - Google Patents

Método para conectar dois elementos individuais de um tubo de transporte de fluido subaquático submetido à fadiga Download PDF

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Abstract

a presente invenção fornece um método para conectar dois elementos unitários (2, 4) de um tubo de transporte de fluido submarino submetido à fadiga, sendo que o método compreende soldar dois elementos de tubo unitários metálicos ou bimetálicos que foram colocados em contato por meio de suas respectivas extremidades livres (2a, 4a), sendo que a soldagem é feita fazendo-se três cordões de solda distintos (6, 8, 10), com um último cordão de solda (8) que é depositado entre dois primeiros cordões de solda laterais (6, 10), e que é seguido diretamente por lixamento controlado dos cordões de solda a fim de aplicar tensões de compressão sobre os mesmos.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se ao campo geral de tubo s de transporte de fluido submarinos que são submetidos à fadiga enquanto em operação. A invenção se refere, mais particularmente, a tubo s para transferir hidrocarbonetos, por exemplo, óleo ou gás, que fornecem uma conexão do fundo para a superfície ou então uma conexão entre dois suportes flutuantes.
[002] Tubo s de conexão do fundo para a superfície ou tubo s para fornecer conexões entre dois suportes flutuantes usados para transferir hidrocarbonetos, denominados no presente documento como "risers", são tipicamente feitos tomando-se tubo s que foram previamente colocados no fundo do mar, e, então, elevando-os contínua e diretamente em direção a um suporte flutuante, por exemplo, dando-se aos mesmos uma configuração de catenária.
[003] Tubo s que são elevados dessa forma do fundo a fim de formarem risers precisam ser feitos com o uso de tubo s que são flexíveis quando a profundidade de água é menor do que umas poucas centenas de metros. Entretanto, uma vez que a profundidade de água alcança ou excede 800 metros (m) a 1.000 m, tubo s flexíveis são substituídos por tubo s rígidos constituídos de elementos de tubo de comprimento de unidade que são produzidos de um material forte, tal como aço espesso, e que são soldados. Risers rígidos em uma configuração de catenária e produzidos de material forte, são comumente denominados como "risers catenários de aço" (SCRs).
[004] Os elementos unitários de um tubo que é subsequentemente usado como um riser rígido são conectados entre si a bordo de um navio lançador e os mesmos são abaixados para o fundo do mar progressivamente conforme são conectados. Esse lançamento pode ser realizado com o uso de uma torre de lançamento em J ou de lançamento em S posicionada no navio lançador. Com o lançamento em J, o tubo submarino é tipicamente rebaixado da embarcação de colocação enquanto está praticamente vertical (em um ângulo na faixa +30° a -10° em relação à vertical). O lançamento em J consiste no lançamento de catenária única em que o ângulo quase vertical de inclinação do tubo diminui progressivamente à medida que o mesmo se move para baixo até atingir a inclinação do fundo do mar. Com o lançamento em S, o tubo submarino é, tipicamente, abaixado do navio lançador enquanto está praticamente horizontal e curva subsequentemente a fim de alcançar o fundo do mar.
[005] As técnicas de lançamento em J e de lançamento em S exigem, cada uma, novo elemento de tubo unitário para ser conectado ao tubo submarino a bordo do navio lançador antes de ser abaixados para o mar, enquanto o navio lançador é movido para a frente por uma quantidade que corresponde ao comprimento do elemento de tubo unitário. Essa etapa de conexão é realizada por soldagem de topo da extremidade livre do novo elemento de tubo unitário de aço à extremidade livre do tubo submarino de aço que já foi montado e abaixado no mar.
[006] Além disso, elementos de tubo unitários são, em geral, revestidos na fábrica com um revestimento de proteção, por exemplo, produzido à base de resina epóxi, com a exceção de suas extremidades livres, as quais são deixadas livres de qualquer desses revestimentos para que o revestimento não seja queimado pelo calor desprendido durante a soldagem. Enquanto estão conectadas no navio lançador, as extremidades livres do tubo submarino e do elemento de tubo unitário novo, para montagem ao mesmo, são soldadas. Uma vez que essas extremidades tenham sido soldadas, o cordão de solda é, tipicamente, eliminado por uma operação de esmerilhamento, e, então, um revestimento à base de resina epóxi é aplicado derretendo-o tanto sobre o cordão de solda conforme esmerilhado plano dessa forma quanto sobre as respectivas extremidades conectadas do elemento de tubo unitário e do tubo submarino de modo a reconstruir o revestimento de proteção sobre o comprimento inteiro do tubo . Antes de aplicar o revestimento por derretimento, é necessário realizar uma operação de lixamento das superfícies do tubo a fim de obter um estado de superfície áspero para o aço de modo a melhorar a adesão do revestimento de proteção no tubo .
[007] Esmerilhar o cordão de solda é uma etapa particularmente importante quando se conecta um novo elemento de tubo unitário ao tubo submarino, uma vez que isso torna possível eliminar quaisquer descontinuidades geométricas nas cercanias do cordão de solda, as quais poderiam dar origem a rachadura. Especificamente, risers rígidos são tubo s que são submetidos a níveis altos de esforço dinâmico e a grandes quantidades de deformação que fazem com que seja necessário garantir que os mesmos tenham boa resistência a fadiga. No entanto, resistência a fadiga, em geral, exige grande resistência contra rachadura nas soldas feitas entre os vários elementos unitários do tubo . Além disso, uma vez que o cordão de solda tenha sido esmerilhado, é prática comum atuar manualmente para inspecionar o resultado que foi obtido (com o uso de uma sonda de ultrassom) a fim de verificar que todas as descontinuidades geométricas tenham sido eliminadas e a fim de inspecionar a solda nessa localização de modo a assegurar que a mesma de fato satisfaz os critérios de qualidade padrões de soldagem.
[008] Esse método de conexão apresenta certas desvantagens. Em particular, seu esmerilhamento e inspeção consomem uma duração de tempo relativamente longa para serem realizados (próximo a 20 minutos por solda). Além disso, o resultado que é obtido após esmerilhamento não é sempre aceitável. Em particular, a inspeção pode revelar que o cordão de solda foi danificado durante o esmerilhamento ou que o mesmo não satisfaz os critérios de qualidade de padrões de soldagem, o que significa que é necessário refazer o cordão de solda.
[009] Um método é também conhecido do Documento WO 2008/139116 para conectar dois elementos unitários de aço de um tubo , nesse método uma operação de martelagem localizada é realizada no interior do tubo a fim de aumentar a compressão do aço nas cercanias dos cordões de solda. Embora confiável em termos de resistência a fadiga em cordões de solda, essa operação de martelagem é relativamente difícil para realizar e exige que ferramentas de martelagem adequadas sejam usadas no interior do tubo .
OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0010] Um objetivo principal da presente invenção é propor um método de conexão que não apresente as desvantagens mencionadas acima.
[0011] De acordo com a invenção, esse objetivo é alcançado por um método para conectar dois elementos unitários de um tubo de transporte de fluido submarino que é submetido à fadiga, sendo que o método compreende soldar dois elementos de tubo unitários metálicos ou bimetálicos que tenham sido colocados em contato por meio de suas respectivas extremidades livres, em que a soldagem é feita fazendo-se três cordões de solda distintos, sendo que um último cordão de solda é depositado entre dois primeiros cordões de solda laterais, e que é seguido diretamente por lixamento controlado dos cordões de solda a fim de aplicar tensões de compressão sobre os mesmos.
[0012] Surpreendentemente, os inventores constataram que recorrer a três cordões de solda seguidos diretamente por lixamento controlado dos cordões torna possível fornecer tensões de compressão sobre os cordões de solda que retardam o início e propagação de rachaduras devido à fadiga a que o tubo é submetido. Recorrer a dois cordões de solda que são, cada um, junto aos elementos unitários que estão para conectar, seguidos por um terceiro cordão de solda entre os dois primeiros, e seguido diretamente por lixamento também torna possível obter tensões de compressão que evitam recorrer a qualquer operação de esmerilhamento (o método da invenção não inclui qualquer operação de esmerilhar o cordão de solda) e melhora consideravelmente a durabilidade com resistência a fadiga da montagem, por um mínimo de 300%.
[0013] A soldagem pode ser realizada com os elementos de tubo unitários em uma posição vertical, sendo que o último cordão de solda é depositado entre os dois primeiros cordões de solda laterais.
[0014] Preferencialmente, o lixamento inclui adicionalmente lixar as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários. Isso torna possível obter um estado de superfície áspero para o material que constitui o tubo , independentemente de aquele material ser aço, alumínio ou titânio, melhorando, desse modo, a adesão subsequente do revestimento de proteção no tubo .
[0015] Após o lixamento, o método também pode incluir a aplicação de um revestimento à base de resina epóxi derretendo-se tanto sobre os cordões de solda quanto também sobre as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0016] Outras características e vantagens da presente invenção aparecem a partir da descrição a seguir, feita com referência aos desenhos anexos, os quais mostram uma implantação que não tem qualquer caráter de limitação. Nas Figuras:
[0017] A Figura 1 é uma vista em perfil de dois elementos de tubo unitários conectados pelo método de acordo com a invenção; e
[0018] A Figura 2 é uma vista em corte da Figura 1 que mostra os cordões de solda.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0019] A invenção se aplica a conectar dois elementos unitários de um tubo submarino que é submetido à fadiga e que é usado para transportar fluido tal como hidrocarbonetos, por exemplo, óleo ou gás de poços de produção submarinos.
[0020] Um campo de aplicação da invenção é aquele de tubo s colocados no leito do mar e elevados para a superfície a fim de serem usados como um riser rígido, isto é, como conexões do fundo para a superfície ou como conexões entre dois suportes flutuantes. A título de exemplo, o termo "suporte flutuante" é usado para cobrir uma unidade de produção, armazenamento e descarregamento flutuante (FPSO).
[0021] Os tubo s usados como um riser rígido são, tipicamente, produzidos a partir de elementos de tubo unitários de metal que são conectados por soldagem (e produzidos de um material que não é limitado a aço). De modo mais preciso, os elementos unitários de um tubo que é subsequentemente usado como um riser rígido são conectados entre si a bordo de um navio lançador e os mesmos são abaixados para o fundo do mar progressivamente conforme são conectados. Esse lançamento pode ser realizado com o uso de uma torre de lançamento em J ou uma torre de lançamento em S posicionada no navio lançador.
[0022] A conexão da invenção entre dois elementos unitários 2, 4 desse tubo a bordo de um navio lançador é mostrada diagramaticamente na Figura 1.
[0023] Durante lançamento em J ou lançamento em S, os dois elementos de tubo unitários de liga de aço 2 e 4 estão em uma posição vertical. Os mesmos são colocados em contato, alinhando-se suas respectivas extremidades livres 2a, 4a ao longo de um eixo geométrico vertical comum X-X. Três cordões de solda distintos 6, 8 e 10 são, então, feitos entre essas duas extremidades livres.
[0024] Os cordões de solda 6, 8 e 10 são produzidos a partir do exterior do tubo por qualquer técnica conhecida para soldar dois elementos tubulares produzidos de liga de aço. A título de exemplo, é possível usar uma técnica de soldagem por arco elétrico. O material usado para fazer o cordão de solda pode, tipicamente, ser compatível com qualquer grau de aço.
[0025] Os três cordões de solda 6 a 10 são feitos na seguinte ordem: as primeiras duas passagens são realizadas para formar dos cordões de solda laterais (cordões 6 e 10 nas Figuras 1 e 2), isto é, os cordões junto às respectivas extremidades livres 2a e 4a dos elementos de tubo unitários, e, então, a última passagem é realizada para formar um último cordão de solda (cordão de solda 8 nas Figuras) entre os primeiros dois cordões de solda laterais 6 e 10.
[0026] O último cordão de solda 8, que é feito entre as duas primeiras passagens, portanto, serve para elevar a temperatura dos dois cordões de solda laterais 6 e 10 que terão tendido a resfriar. Como um resultado, aquecendo-se os cordões de solda laterais 6 e 10 de maneira simétrica, é possível reduzir as durezas dos primeiros cordões de solda em das extremidades livres 2a e 4a dos dois elementos de tubo unitários.
[0027] Uma vez que os cordões de solda 6 a 10 tenham sido feitos e tenham resfriado, o método conexão da invenção prevê realizar diretamente uma operação de lixamento controlado nesses cordões de solda, e também nas extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários. Em particular, nenhuma etapa de esmerilhamento ou de qualquer outro tipo de corte mecânico é realizada nos cordões de solda.
[0028] O lixamento é realizado por qualquer técnica conhecida. Por exemplo, é possível usar um ou mais bocais de projeção 12 que sejam adequados para se mover em translação ao longo do eixo geométrico vertical X-X (movimento referenciado F1 na Figura 1) e para girar ao redor desse eixo geométrico (movimento referenciado F2 na Figura 1).
[0029] O propósito do lixamento é especificamente preparar as superfícies das extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários de modo a obter um estado de superfície áspero para o aço, o que melhora a adesão subsequente de um revestimento de proteção no tubo (em particular aplicando-se um revestimento à base de resina epóxi por derretimento). Surpreendentemente, por ser realizada de maneira controlada sobre os cordões de solda 6 a 10, o lixamento também torna possível fornecer tensões de compressão sobre esses cordões de solda que retardam o início e propagação de rachaduras devido à fadiga à qual o tubo é submetido.
[0030] Na prática, o lixamento é realizado com o uso dos mesmos parâmetros de projeção (abrasivo e bocais de projeção) tanto para as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários quanto também para os cordões de solda, com a exceção da duração de projeção, que é mais longa para lixar os cordões de solda do que para lixar as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários.
[0031] Segue uma descrição de uma implantação do método de conexão da invenção.
[0032] Nessa implantação, os elementos de tubo unitários são produzidos de um tubo bimetálico que compreende aço API 5L -X65 no exterior e aço Inconel®625 (uma liga de níquel-cromo com molibdênio e nióbio adicionados) no interior, o material usado para fazer os três cordões de solda também que é Inconel®625.
[0033] A título de exemplo, o tratamento de lixamento realizado diretamente após fazer os cordões de solda é realizado com o uso de Profilium® 58 como o abrasivo. Profilium® 58 é um abrasivo de granalhagem vendido pelo fornecedor "W Abrasives". Esse abrasivo apresenta a seguinte composição química: C > 0,85%; Si > 0,4%; 0,6% < Mn < 1,2%; S < 0,05%; e P < 0,05%. O mesmo apresenta dureza maior do que 64 na escala de dureza Rockwell C (HRc) e um peso específico mínimo de 7,4.
[0034] Com tal tratamento de lixamento, uma melhoria considerável (de pelo menos 300%) foi observada na durabilidade com resistência a fadiga da montagem de dois elementos de tubo unitários (comparada com uma montagem que envolve uma operação de esmerilhamento).
[0035] Uma vez que a operação de lixamento tenha sido realizada, vantajosamente, é feita provisão para aplicar um revestimento de proteção (em particular contra corrosão), por exemplo, um revestimento formado à base de resina epóxi, sobre as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários e sobre os cordões de solda.
[0036] Tipicamente, esse revestimento é depositado derretendo-o tanto sobre os cordões de solda quanto também sobre as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários a fim de reconstituir o revestimento de proteção sobre o comprimento inteiro do tubo .

Claims (6)

1. Método para conectar dois elementos unitários (2, 4) de um tubo de transporte de fluido submarino submetido à fadiga, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende soldar dois elementos de tubo unitários metálicos ou bimetálicos que tenham sido colocados em contato por meio de suas respectivas extremidades livres (2a, 4a), sendo que a soldagem é feita fazendo- se três cordões de solda distintos (6, 8, 10), com um último cordão de solda (8) que é depositado entre dois primeiros cordões de solda laterais (6, 10), e que é seguido diretamente por lixamento controlado dos cordões de solda a fim de aplicar tensões de compressão sobre os mesmos.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mesmo não inclui esmerilhar os cordões de solda.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a soldagem é realizada enquanto os elementos de tubo unitários estão em uma posição vertical.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o lixamento ainda inclui lixar as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o lixamento é realizado nas extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários e nos cordões de solda com o uso do mesmo abrasivo projetado a partir de um bocal comum, sendo que a duração pela qual o abrasivo é projetado sobre os cordões de solda é mais longa do que a duração pela qual o abrasivo é projetado sobre as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende, após o lixamento, aplicar um revestimento à base de resina epóxi pelo seu derretimento tanto sobre os cordões de solda quanto também sobre as extremidades conectadas dos elementos de tubo unitários.
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