BR112020002831A2

BR112020002831A2 - material

Info

Publication number: BR112020002831A2
Application number: BR112020002831-2A
Authority: BR
Inventors: Fraser Milne; Aneel Gill; Ewan George Lawrence Reid
Original assignee: Balmoral Comtec Limited
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2020-08-04
Also published as: GB201712940D0; GB201813192D0; JP2020530535A; US20200215805A1; BR112020002831B1; SG11202001181SA; GB2566608A; CN111315956A; US11104095B2; AU2018315035B2; CA3072388A1; KR20200040801A; EP3652405A1; JP7198270B2; WO2019030541A1; GB2566608B; AU2018315035A1

Abstract

Um material compreende uma camada de núcleo (12) de poliuretano rígido com uma primeira camada de reforço à flexão (17) aplicada sobre uma superfície e uma segunda camada de reforço à flexão (17) aplicada sobre outra superfície oposta da camada de núcleo, em que as inteiras respectivas primeira e segunda camadas de reforço à flexão estão em contato com a primeira e segunda superfícies da camada de núcleo do material.

Description

“MATERIAL”

[001] A invenção refere-se a um material e, mais especificamente, a um material com desempenho resistente à fluência maior que encontra aplicação específica na formação de produtos projetados para uso em operações de águas profundas e submarinas, mais especificamente na indústria de óleo e gás. A invenção também se refere a uma braçadeira que incorpora o material supracitado e também a um método para formar componentes da dita braçadeira.

[002] As braçadeiras são tipicamente usadas na recuperação de hidrocarbonetos, especialmente óleo e gás de instalações de produção submarinas, para muitos propósitos diferentes. Este pode ser para fixar módulos de flutuabilidade em torno de um membro tubular como a tubo, riser, linha de escoamento ou umbilical para adicionar flutuabilidade ao componente e reduzir cargas de tensão ou topside. O módulo de flutuabilidade também pode auxiliar em alcançar configurações particulares do membro tubular dentro da água circundante como lazy-wave, steep-wave, lazy ou Steep S, por exemplo. Isso permite que o operador retenha com segurança o membro tubular na configuração necessária. Alternativa ou adicionalmente, as braçadeiras podem reter linhas suplementares como as linhas de ataque, descarga, intensificador e hidráulica, por exemplo, em posição em torno de um membro tubular como um tubo ou riser e para evitar a deformação dessas linhas suplementares quando o tubo ou riser estiver operacional ou para reter um conjunto de módulo em posição no tubo ou linha de escoamento.

[003] As braçadeiras descritas acima são tipicamente montadas diretamente nas camadas externas do tubo, riser ou umbilical. Os fluidos que fluem através desses ativos submarinos são tipicamente produzidos a temperaturas e pressões muitos altas apesar de serem circundados por água do mar e, assim, as braçadeiras precisam ter capacidade para operar de modo seguro sob cargas muito altas dentro de um ambiente particularmente severo e para resistir ao movimento axial de cargas de lastro e flutuabilidade grandes.

[004] As braçadeiras de polímero oferecem redução de peso significativa em ambientes de águas profundas e ultra-profundas e considera-se que o poliuretano fornece um material robusto, resistente a impacto que pode ser personalizado e moldado para se adequar aos requisitos que um cliente possa apresentar.

[005] Enquanto os polímeros que incluem poliuretano são particularmente úteis na formação de componentes de preensão para uso abaixo do mar e particularmente úteis nas condições operacionais desafiadoras citadas acima, os materiais podem sofrer de fluência, o qual é a tendência de um material sólido de se mover lentamente ou se deformar permanentemente sob a influência de estresses mecânicos. Isso pode ocorrer como resultado de exposição a longo prazo a níveis altos de estresse e níveis altos de temperatura que ainda estão abaixo da resistência ao escoamento do material. Os componentes de preensão precisam, tipicamente, ter capacidade para suportar cargas em torno de 1 a 20 toneladas quando os mesmos estão em uso.

[006] O material sofrerá deformação durante o uso, mas desde que as cargas sejam liberadas antes de ruptura por fluência ocorrer, uma recuperação elástica imediata igual à deformação elástica do material ocorre, seguida por um período de recuperação lenta. Na maioria dos casos, entretanto, o material não retornará ao formato original e uma deformação permanente permanece. A magnitude da deformação permanente dependerá da extensão de tempo que a carga é aplicada, a quantidade de estresse aplicado ao material e a temperatura do material durante o uso. Ao longo do tempo, a capacidade do material de retornar quase ao formato original diminuirá e isso pode, portanto, encurtar a vida útil dos componentes formados a partir do material.

[007] Isso é, particularmente, um problema em relação a braçadeiras devido ao fato de que qualquer deformação significativa dos componentes da braçadeira inibirá a operação da braçadeira e, assim, pode levar à falha da braçadeira em se conectar de modo seguro em torno do membro tubular que é aplicado, o que poderia resultar, por exemplo, na perda da configuração necessária do tubo, riser ou umbilical dentro da coluna de água ou danos ao equipamento ancilar conectado ao membro tubular por meio da braçadeira.

[008] Portanto, reduzir a tendência à fluência de um material pode aumentar o desempenho do material e também estender a vida útil do material e particularmente componentes formados do material que são usados em um ambiente rigoroso ou severo como experimentado nas indústrias de óleo e gás submarinas e offshore.

[009] A fluência pode ser atenuada alterando-se os materiais a partir dos quais os componentes de braçadeira são formados para um material com um módulo significativamente maior que exibe muito pouca fluência como metais ou plásticos reforçados por fibra. Entretanto, produzir componentes a partir desses materiais é muito dispendioso e componentes metálicos como aço adicionariam peso significativo aos módulos de flutuabilidade e também requer proteção contra corrosão da água do mar.

[010] Alternativamente, o tamanho dos componentes de preensão pode ser aumentado para buscar reduzir o estresse dentro dos componentes para um nível em que a tendência para fluência também é reduzido significativamente. Entretanto, na prática, os componentes de preensão precisariam ser em torno de 4 a 5 vezes maiores a fim de alcançar essa redução em fluência e esse tamanho da braçadeira seria imprático tanto em termos de transporte quanto uso.

[011] Como uma alternativa adicional, as temperaturas operacionais dentro das quais os materiais são usados podem ser reduzidas a fim de controlar os efeitos da fluência dentro do material. Em um ambiente de água do mar, o controle da temperatura ambiente não é possível.

[012] A presente invenção tem, portanto, como meta abordar e busca superar o problema de fluência, particularmente em associação com materiais poliméricos. Mais particularmente, a presente invenção tem como objetivo abordar e busca superar os problemas associados à fluência em relação aos componentes de preensão formados ou incorporando componentes poliméricos.

[013] A presente invenção tem, portanto, como objetivo fornecer um material e, de preferência, um material com base em poliuretano que tem propriedades de resistência à fluência aprimoradas, buscando, assim, estender a vida útil e/ou capacidade dos componentes formados do material para uso em ambientes submarinos e offshore.

[014] Ademais, é um objetivo da presente invenção fornecer uma braçadeira com desempenho resistente à fluência aprimorado, particularmente para uso submarino em que a braçadeira experimentará condições de temperatura e pressão altas.

[015] É também um objetivo da presente invenção fornecer um método para formar componentes de um sistema de preensão que possa superar esses problemas em relação ao desempenho de fluência dos materiais.

DECLARAÇÕES DA INVENÇÃO

[016] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um material resistente à fluência que compreende uma camada de núcleo de poliuretano rígido com uma primeira camada de reforço à tração aplicada sobre uma superfície e uma segunda camada de reforço à tração aplicada sobre outra superfície oposta da camada de núcleo, em que as inteiras respectivas primeira e segunda camadas de reforço à tração estão em contato com as respectivas primeira e segunda superfícies da camada de núcleo do material.

[017] De preferência, a primeira e segunda camadas de reforço à tração inteiras estão em contato com a primeira e segunda superfícies inteiras da camada de núcleo do material.

[018] De preferência, a camada de núcleo compreende adicionalmente náilon.

[019] De preferência, a camada de reforço à tração tem um módulo de tração superior, de preferência, significativamente superior e a resistência à tração superior àquela da camada de núcleo do material.

[020] Devido ao seu módulo significativamente superior ao núcleo do material, a camada de reforço à tração atua para enrijecer o núcleo e reduzir o estresse à flexão no núcleo.

[021] Vantajosamente, a camada de reforço à tração compreende um material compósito reforçado com fibra ou uma lâmina de metal resistente à corrosão.

[022] Vantajosamente, a camada de reforço à tração inclui material de esteira tecido ou não tecido. Opcionalmente, o material de esteira é um revestimento triaxial, biaxial ou axial. Opcionalmente, a esteira pode ser tecida ou costurada.

[023] Convenientemente, cada camada de reforço à tração pode compreender duas ou mais camadas de material laminadas juntas e/ou no núcleo.

[024] Opcionalmente, o material de esteira laminado é impregnado em polímero.

[025] De preferência, o peso de fibra no material de esteira é inclinado em uma direção.

[026] De preferência, a esteira é produzida a partir de fibras de qualquer um dentre vidro, carbono, aramida, Dyneema ® ou uma combinação dos mesmos.

[027] Convenientemente, a camada de reforço é ligada ao núcleo do material.

[028] Vantajosamente, as camadas de reforço à tração têm em torno de 3 a 20 mm de espessura e, de preferência, têm em torno de 5 mm de espessura.

[029] De preferência, o núcleo do material compreende um poliuretano rígido com uma dureza maior do que 60 shore D.

[030] Em algumas modalidades, o núcleo do material compreende um náilon rígido com uma dureza maior do que 60 shore D.

[031] De preferência, o núcleo do material é imprensado entre as camadas de reforço à tração.

[032] De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é fornecida uma braçadeira para montar em torno de um membro tubular como um tubo, riser, umbilical, eixo ou mandril, sendo que a dita braçadeira compreende um ou mais segmentos adaptados para circundar o membro tubular, sendo que cada segmento incorpora o material de acordo com o primeiro aspecto da invenção.

[033] Vantajosamente, os segmentos de braçadeira compreende a primeira e segunda seções arqueadas que são espaçadas uma da outra por uma ou mais longarinas.

[034] Convenientemente, a uma ou mais longarinas são fornecidas nas extremidades das seções arqueadas.

[035] De preferência, o material, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, se estende entre as seções arqueadas dos segmentos de braçadeira.

[036] Vantajosamente, as seções arqueadas da braçadeira compreendem poliuretano.

[037] Em uma modalidade, a braçadeira tem três segmentos, os quais juntos circundam o membro tubular.

[038] De preferência, os meios de afixação são fornecidos nos segmentos de braçadeira para habilitar a conexão entre os segmentos de braçadeira adjacentes.

[039] Convenientemente, cada segmento de braçadeira compreende uma região de espessura ampliada em cada extremidade do segmento.

[040] De preferência, as regiões de espessura ampliada formam um ombro nas extremidades dos segmentos.

[041] Vantajosamente, os meios de afixação conectam as regiões de espessura ampliada de segmentos de braçadeira adjacentes.

[042] De preferência, as passagens são fornecidas através da região de espessura ampliada dos segmentos de braçadeira.

[043] De preferência, os meios de afixação compreendem longarinas de metal que repousam sobre os ombros nas extremidades dos segmentos.

[044] Vantajosamente, os meios de afixação compreendem, adicionalmente, uma barra de ligação de metal que passa através da longarina de um segmento de braçadeira, através da passagem na área de espessura ampliada e através da passagem de um segmento de braçadeira adjacente e através da longarina do segmento de braçadeira adjacente e uma cavilha ou porca para reter a barra de ligação em uma condição carregada.

[045] De preferência, a braçadeira compreende adicionalmente um ou mais elementos de preensão montados sobre uma superfície interna de cada segmento de braçadeira.

[046] Vantajosamente, os elementos de preensão são montados à camada de reforço dos segmentos de braçadeira.

[047] Convenientemente, cada segmento compreende três elementos de preensão. Ademais, cada elemento de preensão pode ser preso por elementos de afixação que incluem parafusos, porcas ou cavilhas no interior da camada de reforço.

[048] De preferência, os elementos de preensão compreendem um material resiliente. Com mais preferência, os mesmos podem compreender borracha.

[049] De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um método para formar componentes de uma braçadeira de acordo com o segundo aspecto da invenção que compreende as etapas de fornecer um molde atravessante conformado para formar múltiplos segmentos de braçadeiras, preencher parcialmente o molde com um material polimérico e permitir que o material polimérico cure no molde, remover o material polimérico curado do molde e cortar através dos segmentos individuais para separar os segmentos e aplicar uma camada de reforço à tração a cada lado aos segmentos de material polimérico.

[050] Vantajosamente, o material de reforço é coberto ou bombeado para o interior do molde para revestir as superfícies internas do molde antes de o material polimérico ser adicionado ao molde.

[051] Vantajosamente, o material polimérico é bombeado para o interior do molde na superfície interna coberta por reforço do molde.

[052] Convenientemente, os segmentos individuais do molde são separados por máquina, a qual corta o componente moldado em intervalos espaçados.

[053] De preferência, uma passagem é cortada nas extremidades de cada segmento de braçadeira.

[054] As modalidades da presente invenção serão descritas agora com referência aos desenhos anexos em que:

[055] A Figura 1 é uma vista em perspectiva recortada de um segmento de braçadeira que incorpora um material de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção;

[056] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma braçadeira de acordo com o segundo aspecto da presente invenção formada de três segmentos de braçadeira;

[057] A Figura 3 é uma vista da superfície interna de um segmento de braçadeira com um espaçador fixado;

[058] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma braçadeira de acordo com a Figura 2 montada em um tubo;

[059] A Figura 5 é uma vista esquemática de um corpo moldado que formam os segmentos de uma braçadeira de acordo com uma modalidade adicional da presente invenção;

[060] A Figura 6 é uma vista esquemática do corpo moldado da Figura 5 cortado em segmentos de braçadeira individuais, e

[061] A Figura 7 é uma vista esquemática de uma braçadeira formada de 3 segmentos de braçadeira da Figura 6.

[062] Referindo-se agora aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma primeira modalidade de uma braçadeira 1 adaptada para montar em um membro tubular 2 como um tubo, riser, umbilical, mandril ou outro desse elemento que compreende um material resistente à fluência de acordo com a presente invenção.

[063] A braçadeira 1 é formada de uma pluralidade de segmentos substancialmente arqueados 3. Na modalidade ilustrada existem três segmentos que podem ser presos juntos para circular completamente um membro tubular, embora em outras modalidades existam mais ou menos segmentos.

[064] Nessa modalidade, cada segmento 3 compreende a primeira e segunda placas arqueadas 4,5. As placas são substancialmente planos com bordas curvas interna e externa 6,7. As bordas laterais 8 cada de uma dentre a primeira e segunda placas são retas. Isso permite que as bordas dos segmentos adjacentes fiquem próximas entre si quando vários segmentos forem montados em torno de um membro tubular 2.

[065] Na modalidade ilustrada, longarinas verticais 9 se estendem entre as bordas laterais retas 8 da primeira e segunda placas. Uma passagem 10 é fornecida no centro de cada longarina vertical como será descrito adicionalmente abaixo. As placas arqueadas 4,5 e longarinas verticais 9 são formadas a partir de poliuretano.

[066] A Figura 2 é uma vista em perspectiva recortada em que a primeira placa arqueada 4 é removida para mostrar o detalhe interno do segmento de braçadeira 3. Um membro de reforço 11 é fornecido dentro do segmento entre a primeira e segunda placas arqueadas e que se estendem através das placas entre as bordas laterais 8. O membro de reforço compreende um núcleo polimérico 12 que se estende entre as longarinas verticais. O núcleo compreende, de preferência, um material polimérico rígido como, por exemplo, poliuretano ou náilon. O núcleo pode ser formado de uma combinação de materiais poliméricos como poliuretano rígido e náilon.

[067] Na modalidade ilustrada, o núcleo compreende um poliuretano rígido com uma dureza maior do que 60 shore D e o núcleo de poliuretano é rebaixado a partir da borda curva externa do segmento. Quando o núcleo compreender náilon, esse teria uma dureza semelhante ao material de poliuretano notado acima. A reentrância é maior em direção às longarinas verticais 9 do segmento e reduz para um ponto intermediário entre as longarinas, embora nessa modalidade, nesse ponto intermediário 13, o núcleo é ainda rebaixado da borda curva externa do segmento.

[068] As passagens 14 são fornecidas na primeira e segunda placas arqueadas 4,5. As passagens são alinhadas e posicionadas aproximadas ao ponto de reentrância máxima do membro de reforço 11 da borda curva externa 7 das placas.

[069] Em direção à borda curva interna 7 das placas, o núcleo de poliuretano 12 é formado em três porções com borda reta 15 conectadas juntas através de regiões anguladas 16. O núcleo de poliuretano do segmento é rebaixado das bordas curvas internas da primeira e segunda placas conforme mostrado na Figura 3 de modo que as placas arqueadas suspendam o núcleo de poliuretano interno.

[070] O membro de reforço compreende adicionalmente uma camada de reforço à tração 17 aplicado a cada lado do núcleo de poliuretano próximo às bordas curvas interna e externa 6,7 das placas. A camada de reforço à tração inteira 17 em cada lado está em contato com o núcleo do material. Portanto, não existem outros materiais ou elementos estruturais entre a superfície do núcleo e as camadas de reforço à tração 17. Nas modalidades preferenciais, a área de superfície inteira de ambos os lados do núcleo é coberta por respectivas camadas do material de reforço à tração. Em outras palavras, a camada de material de reforço à tração não é menor do que a superfície do núcleo do material e tem o mesmo formato e dimensões que as superfícies do núcleo no qual as mesmas são aplicadas.

[071] A camada de reforço à tração é produzida a partir de qualquer material de módulo de tração alta e resistência à tração alta, por exemplo, sem limitação,

compósitos de epóxi reforçados com fibra ou lâmina de metal resistente à corrosão. Os compósitos de epóxi são preferenciais para maximizar a resistência de ligação inter-materiais.

[072] Esteira costurada/não tecida triaxial com valores típicos de 0 graus/45 graus/45 graus e 600/300/300gm/m2 de peso também é adequada. As esteirais triaxiais, biaxiais ou uniaxiais, tecidas ou não tecidas também pode ser usadas na camada de reforço à tração, de preferência com o reforço de fibra do compósito sendo pelo menos igual, e de preferência significativamente maior, tendência em peso e/ou resistência na direção axial do riser após a instalação. De preferência, duas camadas de esteira costurada/não tecida triaxial, 0 graus/45 graus/45 graus, 600/300/300gm/m2 são usadas, com o grande reforço na direção de 0 graus em ambos as esteiras sendo alinhadas na direção axial.

[073] Os materiais de esteira adequados são vidro, carbono, aramida, Dyneema® ou qualquer outra fibra de alta resistência e alto módulo ou qualquer combinação desses. Quando esteira de vidro for usada como a camada de reforço, o peso de reforço de esteira total deve exceder 450 mg/m2 e pode ser tão alto quanto

7.200 mg/m2. Outros pesos de esteira devem ser usados em quantidades que são proporcionais às suas propriedades de tração.

[074] De preferência, a camada de reforço à tração é laminada, sendo que a laminação é direcional em suas propriedades de reforço. De preferência, a tendência da laminação é em direção ao alinhamento axial, isto é, na direção do riser e paralela à borda dianteira de braçadeira. Opcionalmente, a camada de reforço à tração pode ser pré-fabricada e ser ligada no núcleo de poliuretano, ao invés de ser criada in situ por laminação.

[075] O material laminado pode incluir uma resina, por exemplo, uma resina polimérica ou resina de epóxi. O material laminado pode incluir material de esteira impregnado com polímero, por exemplo, material de esteira tecido impregnado com polímero. Outras resinas de laminação ou impregnação podem ser usadas com a camada de reforço à tração da invenção, por exemplo, sem limitação, poliéster insaturado, éster vinílico ou resinas termofixas e/ou termoplásticas fenólicas. O tipo de resina a ser usado irá variar dependendo da natureza do corpo de braçadeira no qual a laminação ocorre e a disponibilidade de adesivos adequados para a ligação de laminados pré-produzidos.

[076] A camada de reforço à tração é aplicada em uma camada delgada no núcleo de poliuretano. A camada de reforço à tração pode ter em torno de 3 mm a 20 mm de espessura, mas de preferência pode ter em torno de 5 mm de espessura. A espessura do reforço é personalizada para equilibrar as cargas de flexão e rigidez necessária da braçadeira específica. A espessura de poliuretano dependerá totalmente das restrições de geometria, requisitos de flutuabilidade da área de mancal, e saindo do diâmetro externo da camada de reforço à tração externa que, por sua vez, aprimora o módulo secional, aumentando, assim, o desempenho. A camada pode ser ligada no núcleo de poliuretano 12.

[077] Alternativamente, o núcleo de poliuretano pode ser preparado e as camadas de reforço à tração depositadas em cada lado e retidas em posição uma vez que a braçadeira é montada em um membro tubular como descrito adicionalmente abaixo.

[078] As passagens 18 são fornecidas na camada de reforço à tração no lado adjacente às bordas curvas internas 6 da primeira e segunda placas arqueadas. Um par de passagens é fornecido em cada uma das três seções retas 15 da camada de reforço à tração, uma adjacente à primeira placa arqueada e a outra adjacente à segunda placa arqueada.

[079] As hastes de metal alongadas 19 são montadas através das passagens correspondentes nas placas arqueadas como será descrito adicionalmente abaixo. O comprimento das hastes de metal é tal que a extremidade de cada haste fica logo abaixo ou nivelado à superfície da primeira e segunda placas 4,5.

[080] Uma pluralidade de membros de preensão 20 são montados adjacentes à borda curva interna 6 dos segmentos. Na modalidade ilustrada três membros de preensão 20 são fornecidos, cada um afixado a uma das três porções com borda retas 15 do membro de reforço. Os membros de preensão asseguram um encaixe justo entre a superfície externa do membro tubular e a superfície interna dos segmentos de preensão.

[081] Cada membro de preensão compreende um bloco substancialmente retangular 21 de um material resiliente como borracha. Os materiais adequados para a borracha são aqueles que não apenas têm taxas de relaxamento ao estresse baixas, alta resistência à água do mar e alta resistência ao calor, exceto aqueles que resultam em comportamento similar a líquido sob carga, isto é, virtualmente nenhuma mudança de volume sob carga (uma razão de Poison próxima a 0,5). A maioria dos graus de borracha natural têm um valor em excesso de 0,49995. Os mesmos têm resiliência muito alta – quando a carga sobre o mesmo for reduzida a borracha se recupera rapidamente. Se isso não ocorrer, deslizamento poderia ser possível quando o riser se contrai. De preferência, a borracha é a borracha natural como Engineering VulcanzateTM.

[082] Como mostrado com mais clareza na Figura 3, os membros de preensão têm passagens 22 que habilitam os membros de afixação como parafusos ou cavilhas 23 a passarem através dos membros de preensão e no interior das passagens no membro de reforço 11 para afixar os mesmos com segurança em posição na face interna do membro de reforço. A superfície externa dos membros de preensão 24 pode ser conformada para se conformar à superfície externa do membro tubular e para considerar quaisquer irregularidades na superfície externa do membro tubular 2. Os membros de preensão se estendem substancialmente entre o lançamento das placas arqueadas dos segmentos de braçadeira.

[083] Em uso, três segmentos de braçadeira são posicionados em torno de um membro tubular 2 com os membros de preensão 20 adjacentes às bordas curvas internas 6 das placas arqueadas que encostam na superfície externa do membro tubular.

[084] Os prendedores de cavilha padrão são, então, passados pelas passagens nos lados dos componentes de preensão para conectar as hastes de metal e reter os segmentos juntos.

[085] Como mostrado na Figura 4, as bordas dos segmentos adjacentes 3 são bem aproximadas e mantidas firmemente na posição para reter os membros de preensão 20 firmemente contra a superfície externa do membro tubular. Os membros de preensão atuam como molas de borracha em torno do membro tubular. Nessa posição, a camada externa 17 do membro de reforço 11, próxima à borda curva externa da placas 7 é mantida em tensão enquanto a superfície interna do membro de reforço, próxima à borda curva interna 6 da primeira e segunda placas é mantida em compressão.

[086] Suportando-se cada lado do núcleo de poliuretano 12 das componentes de preensão com a camada de reforço à tração, o núcleo de poliuretano é imprensado de modo eficaz entre as camadas de reforço à tração ao longo da superfície inteira, assegurando, assim, que ao mesmo tempo em que o núcleo de poliuretano ainda pode dobrar e flexionar independentemente da camada de reforço, as cargas experimentadas por ambas as dobras nas superfícies externa e interna da braçadeira são restringidas, enrijecendo, assim, o núcleo que por sua vez reduz o estresse à flexão no núcleo e, assim, reduz a fluência dentro do núcleo de poliuretano.

[087] Isso proporciona um aprimoramento na resistividade à fluência dos componentes de preensão sem precisar aumentar o tamanho dos componentes de preensão e, portanto, o tamanho da braçadeira.

[088] Uma segunda modalidade dos componentes de braçadeira de acordo com a invenção é mostrada nas Figuras 5 a 7. Nessa modalidade, uma pluralidade de segmentos de braçadeira 30 são formados juntos em um processo de moldagem. Um molde atravessante (não mostrado) é preparado, no qual o fundo do molde formará a borda interna dos componentes de braçadeira correspondente à borda arqueada interna dos segmentos da primeira modalidade. O fundo do molde tem uma porção central elevada com bordas laterais afiladas. Isso formará as três seções com borda retas 31 da superfície interna dos segmentos de braçadeira.

[089] A parte superior da canaleta é conformada para assegurar que a borda externa 32 de cada segmento seja substancialmente arqueada e para fornecer regiões de maior espessura 33 em cada extremidade de cada seção de braçadeira.

[090] Um revestimento de material de reforço à tração 34 como aquele descrito acima em relação à primeira modalidade é aplicado ao fundo do molde. A camada de reforço à tração pode ser coberta ou bombeada para o interior do molde. A espessura do material pode ter em torno de 3 a 20 mm.

[091] Poliuretano 35 ou náilon como descrito acima é, então, bombeado no interior do molde para cobrir a camada de reforço à tração e para preencher substancialmente o molde. Uma camada de reforço à tração adicional é, então, aplicada sobre o poliuretano no molde. O poliuretano é, então, deixado curar no molde e é eficazmente imprensado entre as camadas de reforço à tração.

[092] A tira moldada é, então, removida do molde após tipicamente 15 a 45 minutos e deixado resfriar naturalmente por cerca de 24 a 48 horas e conforme mostrado na Figura 5 e cortada por máquina em segmentos de braçadeira individuais conforme mostrado na Figura 6. As bordas cortadas na tira formarão as bordas superior e inferior de um segmento de preensão quando a braçadeira for montada.

[093] Alternativamente, o molde pode ser usado para conformar o núcleo de poliuretano dos segmentos e a camada de reforço à tração pode ser preparada separadamente e cortada ao tamanho e aplicada sobre cada lado dos segmentos separados e ligados ao núcleo de poliuretano ou deixados flutuar livremente nos lados do núcleo de poliuretano. Como descrito acima, a camada de reforço inteira está em contato direto com as superfícies opostas inteiras do núcleo do material.

[094] Como mostrado nas Figuras 5 e 6, cada segmento de braçadeira compreende um corpo substancialmente arqueado formado de um núcleo de poliuretano com camadas internas e externa de fibra de vidro ou material polimérico de fibra de carbono. Em uso, a camada interna será próxima à superfície externa de um elemento tubular 2 e a camada externa estará distante do elemento tubular.

[095] Os segmentos de preensão têm uma região de maior espessura 33 nas extremidades do componente e uma reentrância 37 na superfície externa logo atrás dessa região de maior espessura. Uma lacuna 38 é cortada na região de maior espessura em cada extremidade dos segmentos de braçadeira. Nessa modalidade, a primeira e segunda placas arqueadas da primeira modalidade são formadas de modo integral com o corpo reforçado dos segmentos de braçadeira. Isso fornece uma economia de peso aos segmentos de preensão, mas também reduções no tempo de fabricação e custos de material.

[096] No uso dessa modalidade, três segmentos de braçadeira são preparados a partir da tira moldada de segmentos. Uma lacuna 38 é formada na região de maior espessura 33 em cada extremidade dos segmentos e componentes de preensão são montados na superfície interna dos membros de braçadeira. Como com a primeira modalidade, três componentes de preensão 20 montados na superfície interna do segmento de braçadeira, sendo que um componente é fornecido em cada uma das três seções com borda retas do segmento de preensão. O componente de preensão pode ser como descrito na primeira modalidade e pode ser montado à borda interna do segmento de preensão por meio de meios de afixação adequados (não mostrado).

[097] Uma barra de metal (não mostrada) é colocada na reentrância atrás da região de maior espessura nas extremidades dos segmentos de preensão. A barra de metal tem um comprimento equivalente ou ligeiramente menor do que a altura de um segmento de preensão. Uma barra de ligação (não mostrada), uma cavilha ou uma barra rosqueada é passada pela barra de metal e através das lacunas para conectar as barras de metal de dois segmentos preensão adjacentes juntas.

[098] Como com a primeira modalidade, a camada de reforço fornecida pelo polímero de fibra de vidro ou polímero de fibra de carbono dota o núcleo de poliuretano de características de resistividade à fluência aprimoradas. Isso significa que uma carga pode ser aplicada aos segmentos de braçadeira quando os mesmos circundam um elemento tubular para reter de modo seguro a braçadeira em posição no elemento tubular e a taxa de deformação do poliuretano ao longo do tempo será reduzida de modo que a vida útil antecipada dos componentes de braçadeira formados a partir desse material possa ser aumentada. Adicionalmente, os componentes de braçadeira podem ser projetados para acomodar cargas axiais grandes que permitem que módulos de flutuabilidade maiores sejam produzidos. Isso proporciona uma vantagem significativa para componentes de braçadeira para uso nas condições ambientais severas na indústria de óleo e gás submarina e offshore em que os componentes estão sujeitos a temperaturas e pressões operacionais extremas.

[099] Será entendido por uma pessoa versada que a moldagem de segmentos de braçadeira conforme descrito com referência à segunda modalidade é menos demorada do que formar segmentos de braçadeira com um núcleo reforçado interno e, portanto, mais eficiente de fabricar o que leva a economia de custo e tempo. Na modalidade descrita acima em que as camadas interna e externa reforçadas são formadas diretamente com o núcleo interno de poliuretano, o custo de moldagem e usinagem do núcleo é reduzido e, portanto, fornece economia de eficiência. Ademais, como uma pluralidade de segmentos de braçadeira são formados em uma única operação de moldagem, isso limita quaisquer diferenças de material entre componentes de braçadeira adjacentes que proporcionam aprimoramentos adicionais na eficiência e confiabilidade.

[0100] Na descrição, vários exemplos de membros tubulares foram dados e a pessoa versada compreenderia que existem muitos outros componentes que esse termo abrange, incluindo, por exemplo, tramos e risers de aço em catenária.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Material resistente à fluência CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma camada de núcleo de poliuretano rígido com uma primeira camada de reforço à tração aplicada sobre uma superfície e uma segunda camada de reforço à tração aplicada sobre outra superfície oposta da camada de núcleo, em que as inteiras respectivas primeira e segunda camadas de reforço à tração estão em contato com as respectivas primeira e segunda superfícies da camada de núcleo do material.

2. Material resistente à fluência, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e segunda camadas de reforço à tração estão em contato com as inteiras respectivas primeira e segunda superfícies da camada de núcleo do material.

3. Material resistente à fluência, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o material polimérico compreende adicionalmente náilon.

4. Material resistente à fluência, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que as camadas de reforço à tração têm um módulo de tração superior e uma resistência à tração superior àquela da camada de núcleo do material.

5. Material resistente à fluência, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que as camadas de reforço à tração compreendem um material compósito reforçado com fibra ou uma lâmina de metal resistente à corrosão.

6. Material resistente à fluência, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que as camadas de reforço à tração incluem material de esteira tecido ou não tecido.

7. Material resistente à fluência, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de esteira é um revestimento triaxial,

biaxial ou axial.

8. Material resistente à fluência, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que cada camada de reforço à tração compreende duas ou mais camadas de material laminado junto com e/ou no núcleo.

9. Material resistente à fluência, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que as camadas de reforço são ligadas ao núcleo do material.

10. Material resistente à fluência, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que as camadas de reforço à tração tem em torno de 3 a 20 mm de espessura.

11. Material resistente à fluência, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que as camadas de reforço à tração têm em torno de 5 mm de espessura.

12. Material resistente à fluência, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores CARACTERIZADO pelo fato de que o núcleo do material compreende um poliuretano rígido com uma dureza maior do que 60 shore D.

13. Braçadeira para montar em torno de um membro tubular como um tubo, riser, umbilical, eixo ou mandril, sendo que a dita braçadeira é CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um ou mais segmentos adaptados para circundar o membro tubular, em que cada segmento incorpora um material resistente à fluência, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

14. Braçadeira, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que os segmentos de braçadeira compreendem primeira e segunda seções arqueadas que são espaçadas uma da outra por uma ou mais longarinas.

15. Braçadeira, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que a uma ou mais longarinas são fornecidas nas extremidades das seções arqueadas.

16. Braçadeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, CARACTERIZADA pelo fato de que o material resistente à fluência, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, se estende entre as seções arqueadas dos segmentos de braçadeira.

17. Braçadeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, CARACTERIZADA pelo fato de que as seções arqueadas da braçadeira compreendem poliuretano.

18. Braçadeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a braçadeira compreende três segmentos que juntos circundam o membro tubular.

19. Braçadeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 18, CARACTERIZADA pelo fato de que compreendem adicionalmente meios de afixação fornecidos nos segmentos de braçadeira para habilitar a conexão entre segmentos de braçadeira adjacentes.

20. Braçadeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 19, CARACTERIZADA pelo fato de que cada segmento de braçadeira compreende uma região de espessura ampliada em cada extremidade do segmento.

21. Braçadeira, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADA pelo fato de que as regiões de espessura ampliada formam um ombro nas extremidades dos segmentos.

22. Braçadeira, de acordo com a reivindicação 21 CARACTERIZADA pelo fato de que os meios de afixação conectam as regiões de espessura ampliada dos segmentos de braçadeira adjacentes.

23. Braçadeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 22, CARACTERIZADA pelo fato de que a braçadeira compreende adicionalmente um ou mais elementos de preensão montados sobre uma superfície interna de cada segmento de braçadeira.

24. Braçadeira, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que os elementos de preensão são montados à camada de reforço dos segmentos de braçadeira.

25. Braçadeira, de acordo com a reivindicação 23 ou reivindicação 24, CARACTERIZADA pelo fato de que os elementos de preensão compreendem um material resiliente.

26. Braçadeira, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADA pelo fato de que os elementos de preensão compreendem borracha.

27. Método para formar componentes de uma braçadeira, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 13 a 26, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de fornecer um molde atravessante conformado para formar múltiplos segmentos de braçadeiras, preenchendo parcialmente o molde com um poliuretano e permitindo que o poliuretano cure no molde, removendo o material de poliuretano rígido curado do molde e cortando através dos segmentos individuais para separar os segmentos e aplicar uma primeira camada de reforço à tração a cada lado dos segmentos de poliuretano e aplicar uma segunda camada de reforço à tração ao outro lado oposto dos segmentos de poliuretano.

28. Método para formar componentes de uma braçadeira, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de reforço é coberta ou bombeado para o interior do molde para revestir as superfícies internas do molde antes de o poliuretano ser adicionado ao molde.

29. Método para formar componentes de uma braçadeira, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o poliuretano é bombeado para o interior do molde na superfície interna coberta por reforço do molde.

30. Método para formar componentes de uma braçadeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 29, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de separar os segmentos moldados individuais da braçadeira por máquina que corta através do componente moldado em intervalos espaçados.