BR112020025791B1 - Tubo flexível destinado a ser submerso em um corpo dágua, método de fabricação de um tubo flexível e uso de um tubo - Google Patents

Abstract

a presente invenção se refere a um tubo flexível (10) destinado a ser submerso em um corpo d?água que compreende: - uma bainha interna (12) definindo uma passagem para o transporte de um fluido, em particular hidrocarbonetos; e - pelo menos uma camada de armaduras de tração (16, 17) disposta em torno da bainha interna (12). o tubo flexível (10) compreende pelo menos uma bainha polimérica compreendendo uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na matriz.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um tubo flexível destinado a ser submerso em um corpo d’água, compreendendo - uma bainha interna que define uma passagem de transporte de um fluido, em particular hidrocarbonetos; e - pelo menos uma camada de armaduras de tração disposta em torno da bainha interna.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O tubo flexível é, em particular, conforme descrito nos documentos normativos publicados pelo American Petroleum Institute (API), API 17J "Especificação para Tubo Flexível Não Ligado" 4a Edição de maio de 2014, e API RP 17B "Prática Recomendada para Tubo Flexível" 5a Edição de maio de 2014. O tubo flexível é um tubo ascendente (ou “riser” em inglês) e/ ou um tubo colocado no fundo do mar (ou “flowline” em inglês).

[003] O tubo é, por exemplo, destinado ao transporte de hidrocarbonetos em águas profundas e, portanto, é provável que seja usado sob altas pressões, maiores que 1 x 107 Pa (100 bar), ou mesmo até 1 x 108 Pa (1000 bar), e em altas temperaturas, maiores que 130 °C, ou mesmo 170 °C, por longos períodos de tempo, ou seja, vários anos, normalmente 30 anos.

[004] Os tubos flexíveis compreendem um conjunto de seções flexíveis ou uma única seção flexível. Eles geralmente incluem uma bainha externa protetora definindo um volume interno e pelo menos uma bainha interna impermeável disposta dentro do volume interno.

[005] Esta bainha interna é tipicamente uma bainha de pressão que delimita uma passagem para a circulação de um fluido, mas também pode ser, por exemplo, uma bainha intermediária disposta entre a bainha de pressão e a bainha externa.

[006] O fluido é, em particular, um hidrocarboneto compreendendo um alto teor de gases corrosivos, como dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.

[007] Camadas de aderência de tração formadas por toalhas de fios geralmente metálico são dispostas no espaço anular, que é o volume entre a bainha interna e a bainha externa, para garantir uma boa resistência à tração do tubo flexível.

[008] Vantajosamente, o comprimento do tubo é muito longo, em particular para tubulações adequadas a grandes profundidades, o que gera grande tensão na armadura de tração. Esta grande tensão é exercida sobre a armadura de tração, essencialmente durante as fases de instalação e operação para tubos ascendentes e principalmente durante a fase de instalação de tubos apoiados no fundo do mar.

[009] Em alguns casos, o espaço anular que contém as camadas de armaduras de tração é submetido a gases ácidos, como por exemplo sulfeto de hidrogênio (H2S) e dióxido de carbono (CO2) dos fluidos transportados, e cuja pressão parcial é relativamente alta.

[0010] Na presença de água, que pode ser proveniente da água contida no hidrocarboneto transportado, tendo migrado e condensado através da bainha interna em direção ao espaço anular, ou do corpo d’água em caso de rompimento da bainha externa, as camadas de armaduras de tração sofrem corrosão que pode levar, dependendo da severidade do ambiente no espaço anular, a uma perda de integridade das propriedades mecânicas do tubo flexível e, finalmente, à sua ruína.

[0011] Além disso, a combinação do meio corrosivo associado a cargas mecânicas pode levar à formação de corrosão por tensão (ou SCC para “Stress Corrosion Cracking” em inglês).

[0012] Para amenizar este problema, é conhecida a utilização de bainhas com alto coeficiente de permeação, a fim de facilitar a evacuação dos gases presentes no anel para o exterior da tubulação.

[0013] Por exemplo, o documento WO 2012/006998 A1 descreve um tubo flexível para o transporte de hidrocarbonetos compreendendo uma bainha intermediária disposta entre as camadas da armadura. A bainha intermediária é porosa, permitindo a evacuação dos gases aprisionados entre a bainha interna e a bainha intermediária.

[0014] Esse tubo flexível não é totalmente satisfatório. De fato, a resistência mecânica do tubo e a resistência ao fenômeno de corrosão das camadas de armadura podem ser melhoradas para permitir o uso do tubo em um ambiente mais agressivo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0015] Um objetivo da invenção é, portanto, fornecer um tubo que garanta uma vida útil melhorada do tubo, em particular uma resistência mecânica e uma resistência à corrosão melhoradas.

[0016] Para este fim, o objetivo da invenção é um tubo do tipo acima mencionado, caracterizado pelo tubo flexível compreender pelo menos uma bainha polimérica compreendendo uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz.

[0017] O tubo de acordo com a invenção pode incluir uma ou mais das seguintes características, consideradas isoladamente ou em qualquer combinação tecnicamente possível: - a bainha polimérica compreendendo uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz é uma bainha externa delimitando uma superfície externa do tubo e/ ou é uma bainha intermediária entre a bainha interna e o bainha externa, em particular uma bainha intermediária disposta fora de cada camada da armadura de tração, uma bainha intermediária disposta entre uma câmara de pressão e uma camada de armaduras de tração e/ ou uma bainha intermediária disposta entre duas camadas de armaduras de tração; - a mistura polimérica compreende: - de 10% a 90% em volume, preferencialmente menos de 70% em volume, muito preferencialmente menos de 50% em volume, de polímero termoplástico; e - de 90% a 10% em volume, de preferência mais de 30% em volume, muito preferencialmente mais de 50% em volume, da composição de silicone; - a mistura polimérica compreende ainda pelo menos um aditivo escolhido a partir de compostos de radiação anti-UV, antioxidantes, cargas orgânicas, cargas minerais, plastificantes e uma mistura dos mesmos; - a mistura polimérica tem um índice de fusão a quente inferior a 20 g/ 10 min, sendo o índice de fusão a quente medido a 190 °C por meio de um pistão de 5 kg; - a mistura polimérica tem uma dureza D maior que 20, de preferência maior que 30, muito preferivelmente maior que 40; - a mistura polimérica exibe um alongamento na ruptura superior a 80%, sendo o alongamento na ruptura medido a 20 °C; - o polímero termoplástico é escolhido a partir de poliolefinas, poliamidas, polímeros estirênicos, elastômeros termoplásticos e uma mistura dos mesmos; - a composição de silicone compreende e/ ou vantajosamente consiste em um pó de silicone, o pó preferencialmente tendo um diâmetro inferior a 100 μm, preferencialmente entre 5 μm e 30 μm; - o pó é de forma substancialmente esférica; - a mistura polimérica é um termoplástico vulcanizado obtido por extrusão; - a composição de silicone compreende: - uma goma de diorganopolissiloxano possuindo em média pelo menos dois grupos alcenila por molécula; e - um composto organo hidreto de silicone tendo em média pelo menos dois grupos de hidrogênio ligados ao silício por molécula; - A bainha polimérica apresenta uma espessura entre 0,5 mm e 20 mm.

[0018] A invenção também tem como objeto um método de fabricação de um tubo flexível destinado a ser imerso em um corpo d’água, compreendendo as seguintes etapas: a) fornecimento de uma bainha interna, definindo uma passagem para o transporte de um fluido, em particular hidrocarbonetos; b) montagem da bainha interna com pelo menos uma camada de armaduras de tração, a camada de armaduras de tração sendo disposta em torno da bainha interna; caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas: c) fornecer pelo menos uma bainha polimérica compreendendo uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz; e d) montagem da bainha polimérica em torno de pelo menos uma camada concêntrica do tubo flexível, de preferência em torno de uma câmara de pressão e/ ou uma camada de armaduras de tração.

[0019] O método de acordo com a invenção pode compreender uma ou mais das seguintes características, consideradas isoladamente ou em qualquer combinação tecnicamente possível: - a bainha polimérica é obtida formando uma pré-mistura compreendendo o polímero termoplástico e a composição de silicone e extrusão da referida pré-mistura; - a pré-mistura é obtida por extrusão de grânulos compreendendo a composição de silicone vulcanizada e dispersa na matriz termoplástica por extrusão dinâmica.

[0020] A invenção também tem como objeto a utilização de um tubo do tipo acima mencionado para o transporte de hidrocarbonetos.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

[0021] A invenção será melhor compreendida com a leitura da descrição que se segue, dada apenas a título de exemplo, e feita com referência ao desenho anexo, no qual: - A única figura é uma vista em perspectiva explodida da secção central de um tubo de acordo com a invenção compreendendo uma bainha polimérica de acordo com a invenção, sendo a bainha polimérica de acordo com a invenção, a bainha exterior.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0022] Um tubo flexível (10) de acordo com a invenção é parcialmente ilustrado na única figura.

[0023] O tubo flexível (10) se destina a ser colocado através de um corpo d’água (não mostrado) em uma instalação para a exploração de fluidos, em particular hidrocarbonetos.

[0024] A corpo d’água é, por exemplo, um mar, um lago ou um oceano. A profundidade do corpo d’água é, por exemplo, entre 50 m e 4000 m.

[0025] A instalação de exploração de fluido compreende um conjunto de superfície, geralmente flutuante, e um conjunto de fundo que são geralmente conectados pelo tubo flexível (10). O tubo flexível (10) também torna possível conectar os conjuntos de fundo entre si, ou conjuntos. de superfícies entre eles.

[0026] O tubo flexível (10) compreende uma seção central, parcialmente ilustrada na figura, e em cada uma das extremidades axiais da seção central, uma peça terminal, não mostrada.

[0027] O tubo flexível (10) é, neste exemplo, um tubo "não ligado" (designado pelo termo "unbonded" em inglês).

[0028] Pelo menos duas camadas adjacentes do tubo flexível (10) estão livres para se mover longitudinalmente uma em relação à outra ao flexionar o tubo (10).

[0029] Vantajosamente, todas as camadas adjacentes do tubo flexível (10) podem mover-se livremente umas em relação às outras. Esse tubo está descrito por exemplo nas normas publicadas pelo API 17J American Petroleum Institute (API) (maio 2014, 4a edição) e API RP17B (maio 2014 5a edição).

[0030] O tubo flexível (10) estende-se ao longo de um eixo A-A’.

[0031] No que se segue, os termos "externo" e "interno" são geralmente entendidos de maneira radial em relação ao eixo A-A’ do tubo flexível (10), o termo "externo" sendo entendido como sendo relativamente mais distante radialmente do eixo A-A’ e o termo "interno" sendo entendido como sendo relativamente mais próximo radialmente ao eixo A-A’ do tubo flexível (10).

[0032] Conforme ilustrado na figura, o tubo flexível (10) delimita uma pluralidade de camadas concêntricas em torno do eixo A-A’, que se estendem continuamente ao longo do tubo flexível (10) até as extremidades do tubo flexível (10).

[0033] Em particular, o tubo flexível (10) compreende uma bainha interna tubular (12), uma câmara de pressão (14), pelo menos uma camada de armaduras de tração (16, 17), uma carcaça interna (20) e uma bainha externa (22).

[0034] De maneira conhecida, a bainha interna (12) destina-se a conter de forma vedada o fluido transportado no tubo flexível (10). A bainha interna (12) é vantajosamente formada de um material polimérico, por exemplo, à base de uma poliolefina, tal como de polietileno ou de polipropileno, com base em uma poliamida, como PA11 ou PA12, ou à base em um polímero fluorado, como fluoreto de vinilideno (PVDF).

[0035] Alternativamente, a bainha interna (12) é formada a partir de um polímero de alto desempenho, como uma poliarilétercetona (PAEK), como a poliétercetona (PEK), a poliéterétercetona (PEEK), a poliéterétercetonacetona (PEEKK), a poliétercetonacetona (PEKK) ou a poliétercetonaétercetonacetona (PEKEKK), a poliamida-imida (PAI), a poliéter-imida (PEI), a polissulfona (PSU), o polifenilsulfona (PPSU), poliétersulfona (PES), a poloarolsulfona (PAS), o polifenilenoéter (PPE), o polisulfeto de fenileno (PPS), os polímeros de cristal líquido (LCP), a poliftalamida (PPA), os derivados fluorados, tais como politetrafluoroetileno (PTFE), o perfluoropoliéter (PFPE), perfluoroalcoxi (PFA) ou etileno clorotrifloroetileno (ECTFE) e/ ou misturas dos mesmos.

[0036] A espessura da bainha interna (12) tem, por exemplo, entre 5 mm e 20 mm.

[0037] A carcaça (20) é formada por uma tira de metal perfilada, enrolada em espiral. As voltas da tira são vantajosamente grampeadas umas às outras, o que permite absorver as forças de esmagamento radial. Neste exemplo, a carcaça (20) é colocada dentro da bainha interna (12). O tubo flexível (10) é então designado pelo termo em inglês "rough bore" por causa da geometria da carcaça (20).

[0038] Como realização alternativa (não mostrada), o tubo não possui carcaça interna, sendo então designado pelo termo inglês “smooth bore”.

[0039] A bainha externa (22) está localizada fora da bainha interna (12). A bainha externa (22) define um volume interno (23) no qual estão localizadas a carcaça (20), a bainha interna (12), a câmara de pressão (14) e a pelo menos uma camada armadura de tração (16, 17).

[0040] A bainha externa (22) define com a bainha interna (12) um espaço anular (24).

[0041] espaço anular (24) é definido no volume interno (23). O espaço anular (24) é adequado para ser inundado por um líquido, em particular por água proveniente do corpo d’água ou mesmo água contida no fluido transportado que teria se difundido e então condensado através da bainha interna (12), em direção ao volume interno (23).

[0042] A bainha externa (22) tem tipicamente a forma de um cilindro de revolução do eixo A-A’. A bainha externa (22) geralmente tem um diâmetro externo entre 50 mm (ou 2 polegadas) e 500 mm (ou 20 polegadas), de preferência entre 120 mm (ou 5 polegadas) e 460 mm (ou 18 polegadas), e uma espessura de entre 0,5 mm e 20 mm, de preferência entre 4 mm e 15 mm.

[0043] A câmara de pressão (14) está localizada no espaço anular (24), fora da bainha interna (12). A câmara de pressão (14) é configurada para absorver as forças radiais ligadas à pressão prevalecente dentro da bainha interna (12).

[0044] A câmara de pressão (14) é vantajosamente formada por um fio metálico perfilado (25) enrolado helicoidalmente em torno da bainha interna (12). O fio perfilado (25) tem de preferência uma geometria em forma de Z. A geometria em forma de Z torna possível melhorar a resistência mecânica geral e reduzir a massa do tubo flexível (10).

[0045] Alternativamente, o fio perfilado (25) tem uma geometria em forma de T, de U, de K, de X ou de I.

[0046] O material metálico que forma o fio perfilado (25) é escolhido a partir de um aço carbono, por exemplo, a partir de classes de aço carbono compreendendo entre 0,1% e 0,8% de carbono. Durante as aplicações em um ambiente particularmente corrosivo, o material metálico é escolhido entre os aços inoxidáveis, como os aços duplex.

[0047] A câmara de pressão (14) é enrolada helicoidalmente com um passo curto em torno da bainha interna (12). O ângulo da hélice é de valor absoluto próximo a 90° em relação ao eixo A-A’ do tubo flexível (10), tipicamente entre 75° e 90°.

[0048] O tubo flexível (10) opcionalmente compreende um arco (26).

[0049] O arco (26), quando presente, é formado por um enrolamento em espiral de pelo menos um fio, vantajosamente de seção transversal retangular em torno da câmara de pressão (14). A sobreposição de vários fios enrolados em torno da câmara de pressão (14) pode vantajosamente substituir uma espessura total do arco (26) dado. Isso aumenta a resistência ao rompimento do tubo flexível (10). O enrolamento de pelo menos um fio tem um passo curto em torno do eixo A-A’ do tubo flexível (10), ou seja, com um ângulo de hélice de valor absoluto próximo a 90°, normalmente entre 75° e 90°.

[0050] Em uma forma de realização alternativa da invenção, a câmara de pressão (14) e o arco (26) são substituídos por uma câmara de pressão (14) de maior espessura formada a partir de um fio de metal perfilado (25) com uma geometria em forma de T, de U, de K, de X ou de I, e/ ou de pelo menos uma tira de aramida de alta resistência mecânica (Technora® ou Kevlar®) e/ ou de pelo menos uma tira de compósito compreendendo uma matriz termoplástica na qual fibras de carbono ou fibras de vidro são incorporadas.

[0051] Cada camada de armaduras de tração (16, 17) está localizada no espaço anular (24), fora da câmara de pressão (14).

[0052] No exemplo mostrado na figura, o tubo flexível (10) compreende pelo menos um par de camadas de armaduras de tração (16, 17).

[0053] Cada par tem uma primeira camada de armaduras de tração (16) aplicada à câmara de pressão (14), à bainha interna (12) ou a outro par de camadas de armaduras de tração (16, 17) e uma segunda camada de armaduras de tração (17), disposta em torno da primeira camada da armadura de tração (16).

[0054] Cada camada de armaduras de tração (16, 17) compreende pelo menos um elemento de armadura longitudinal (28) enrolado em um passo longo em torno do eixo A-A’ do tubo flexível (10). O valor da hélice é menor ou igual a 60°, e está tipicamente entre 10° e 60°.

[0055] Os elementos de armadura (28) de uma primeira camada de armaduras de tração (16) são enrolados geralmente em um ângulo oposto aos elementos de armadura (28) de uma segunda camada de armaduras de tração (17). Assim, se o ângulo de enrolamento dos elementos de armadura (28) da primeira camada de armaduras de tração (16) é igual a + α, α estando entre 10° e 60°, o ângulo de enrolamento dos elementos de armadura (28) da segunda camada de armaduras de tração (17) disposta em contato com a primeira camada de armaduras de tração (16) é, por exemplo - α, com α entre 10° e 60°.

[0056] Os elementos de armadura (28) são, por exemplo, formados por fios de metal ou de um material compósito, ou por fitas com alta resistência mecânica.

[0057] O material metálico que forma os elementos de armadura (28) é escolhido a partir de um aço carbono, por exemplo, de graus de aço de carbono compreendendo entre 0,1% e 0,8% de carbono. Durante as aplicações em um ambiente particularmente corrosivo, o material metálico é escolhido entre os aços inoxidáveis, como os aços duplex.

[0058] Neste exemplo, cada camada da armadura de tração (16, 17) repousa sobre pelo menos uma tira antidesgaste (não mostrada). A tira antidesgaste é, por exemplo, feita de plástico, em particular à base de uma poliamida ou um polifluoreto de vinilideno (PVDF). Ela tem uma espessura inferior à espessura de cada bainha.

[0059] Vantajosamente, uma faixa de retenção, como uma fita de aramida com alta resistência mecânica (Technora® ou Kevlar®) é enrolada em torno da segunda camada de armaduras de tração (17) mais externa em relação ao eixo A-A’, para garantir a retenção mecânica das camadas de armaduras de tração (16, 17). Em alternativa, as fibras de aramida são substituídas por fibras de vidro ou fibras de carbono.

[0060] O tubo flexível (10) compreende pelo menos uma bainha polimérica compreendendo uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz.

[0061] No exemplo mostrado na figura, a bainha polimérica é a bainha externa (22).

[0062] Neste exemplo, a bainha externa polimérica (22) compreende uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz. A bainha externa (22) é configurada para permitir a evacuação dos gases presentes no espaço anular (24) para o exterior do tubo. Vantajosamente, a velocidade de evacuação de gás através da bainha externa (22) é maior do que a velocidade de chegada desses gases no espaço anular (24).

[0063] A bainha externa (22) também está configurada para evitar a penetração de água do exterior do tubo flexível (10) para o interior do tubo flexível (10).

[0064] A mistura polimérica compreende vantajosamente de 10% a 90% em volume de polímero termoplástico. De preferência, a mistura polimérica compreende menos de 70% em volume de polímero termoplástico, tipicamente menos de 50% em volume de polímero termoplástico.

[0065] O polímero termoplástico é preferencialmente escolhido a partir de: - poliolefinas funcionalizadas ou não funcionalizadas, - poliamidas, - polímeros estirênicos, - elastômeros termoplásticos (também incluindo TPE), e uma mistura dos mesmos.

[0066] Quando o polímero termoplástico é escolhido entre as poliolefinas, o polímero termoplástico é, por exemplo, um homopolímero de polietileno, um homopolímero de polipropileno, um polibuteno, um copolímero de polietileno e de polipropileno ou uma mistura dos mesmos. Os copolímeros são, por exemplo, em bloco ou aleatórios.

[0067] A estrutura dos TPEs compreende duas fases incompatíveis, uma delas reunindo as sequências termoplásticas dispersas na fase elastomérica. Quando o polímero termoplástico é escolhido a partir de elastômeros termoplásticos, o polímero termoplástico é, por exemplo, escolhido a partir de: - elastômeros termoplásticos olefínicos (TPO), que são misturas físicas feitas de poliolefinas. É feita uma distinção entre aqueles que contêm mais de 60% de olefina e aqueles em que a fase elastomérica é predominante (mais de 70%), sendo este último possivelmente reticulado ou não; - copolímeros em bloco à base de poliestireno, cuja fase rígida consiste em blocos de poliestireno, podendo a fase flexível ser formada, por exemplo, por sequências de polibutadieno (SBS), poliisopreno (SIS) ou poli (etileno butileno) (SEBS); - copolímeros de bloco à base de poliuretano (TPU) que podem ser obtidos por reação conjunta de um diol de alto peso molecular que constitui a sequência de elastômero cristalizável de TPE, com um diisocianato e um diol de baixo peso molecular que geram o bloco rígido; - copolímeros de blocos à base de poliéster, como os obtidos por copolimerização de um polibutileno (PBT) ou de um tereftalato de polietileno (PET) que constitui as sequências rígidas e cristalinos e de um glicol de baixo peso molecular (butanodiol, dietileno glicol), que, combinados com um polialquileno éter glicol forma a sequência flexível cristalizável; - os copolímeros em bloco à base de poliamida, cujos blocos rígidos são constituídos por poliamida (PA) e as sequências flexíveis cristalizáveis de poliéter, também chamadas de poliéteramidas; e uma mistura dos mesmos.

[0068] Por exemplo, o polímero termoplástico é escolhido a partir de poliolefinas, de preferência de polietilenos e de polipropilenos.

[0069] O polímero termoplástico forma uma matriz contínua. Por "matriz contínua" entende-se uma fase polimérica contínua. A bainha externa (22) compreende componentes dispersos descontinuamente na matriz polimérica, mas que não fazem parte da matriz polimérica.

[0070] A matriz termoplástica fornece rigidez e resistência às forças circunferenciais ("hoop stress" em inglês) e à deformação da bainha externa (22).

[0071] A mistura polimérica tem um índice de fusão ("Melt Flow Index" em inglês, ou MFI) inferior a 20 g/ 10 min. O índice de fusão a quente é medido de acordo com ASTM D1238, procedimento A, normalmente a 190°C usando um pistão de 5 kg. Isto permite que a bainha externa (22) seja produzida por extrusão com diâmetros entre 50 mm (isto é, 2 polegadas) e 500 mm (isto é, 20 polegadas).

[0072] A mistura polimérica tem uma dureza Shore D superior a 20, de preferência superior a 30, muito preferencialmente superior a 40. A dureza Shore D é medida de acordo com a norma ASTM D 2240.

[0073] A composição de silicone é incorporada na matriz termoplástica.

[0074] A mistura polimérica compreende de 10% a 90% em volume de composição de silicone. De preferência, a mistura polimérica compreende mais de 30% em volume de composição de silicone, tipicamente mais de 50% em volume de composição de silicone.

[0075] De maneira conhecida, o silicone é um polímero, também denominado “polissiloxano”.

[0076] A composição de silicone compreende e/ ou consiste vantajosamente em um pó de silicone, estando o referido pó disperso na matriz termoplástica, de preferência de forma homogênea.

[0077] O pó de silicone é de preferência de forma substancialmente esférica, conforme observado por exemplo por microscopia eletrônica de varredura, e de diâmetro médio em número, medido pela distribuição de tamanho de partícula seca através de um dispositivo de medição de difração a laser de acordo com a Norma ISO 13320:2009, inferior a 100 μm, normalmente entre 5 μm e 30 μm.

[0078] O pó de silicone é, por exemplo, obtido a partir de borracha de silicone linear de alto peso molecular obtida, por exemplo, por reticulação de polidimetilsiloxano (PDMS).

[0079] De acordo com outro exemplo, o pó de silicone é obtido por reticulação de polimetilsilsesquioxano tendo uma estrutura reticulada de rede tridimensional, em que a ligação siloxano é expressa pela fórmula empírica (CH3SiO3/2)n. O pó de resina de silicone tem a vantagem de ter uma dureza maior do que a dureza do pó de borracha de silicone. Um grau vantajoso de pó de silicone de acordo com esta forma de realização exemplar é o grau comercial KMP-701 da Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

[0080] Como realização alternativa, o pó de silicone é obtido a partir de esferas de borracha de silicone compreendendo um revestimento, também denominado “coating”, de resina de silicone. Esta realização alternativa do pó minimiza o risco de formação de aglomerados de partículas e permite uma melhor dispersão do pó na matriz termoplástica.

[0081] De acordo com uma forma de realização particular, o pó de silicone é funcionalizado e compreende grupos compatíveis com a matriz termoplástica. Por exemplo, o pó de silicone compreende pelo menos um grupo escolhido entre grupos acrilato, em particular metacrilatos e grupos epóxi. Esta forma de realização torna possível aumentar a força de ligação entre a composição de silicone e a matriz termoplástica.

[0082] A composição de silicone aumenta a permeabilidade geral da mistura de polímero. A permeabilidade a gases, como dióxido de carbono e/ ou sulfeto de hidrogênio, da bainha externa (22) de acordo com a invenção é pelo menos duas vezes maior, normalmente pelo menos cinco vezes maior, do que a permeabilidade a gases, como dióxido de carbono e/ ou sulfureto de hidrogênio de uma bainha compreendendo exclusivamente a matriz termoplástica. A permeabilidade é medida de acordo com o padrão ISO 2556.

[0083] A composição de silicone melhora ainda mais a resistência ao impacto e à deformação na ruptura da matriz termoplástica.

[0084] A mistura polimérica exibe um alongamento na ruptura maior do que 80%, o alongamento na ruptura sendo medido a 20 °C. O alongamento na ruptura é medido de acordo com a norma ASTM D638, tipicamente a 20 °C e a uma taxa de 50 mm/ min.

[0085] De preferência, a mistura polimérica compreende ainda pelo menos um aditivo escolhido a partir de compostos anti-UV, antioxidantes, cargas de reforço orgânicas ou inorgânicas, plastificantes e uma mistura dos mesmos. De acordo com uma forma de realização vantajosa, a mistura de polímero compreende uma concentração de plastificante maior ou igual a 10% em volume, por exemplo, entre 10% e 20% em volume.

[0086] Um método de fabricação do tubo flexível (10) compreendendo uma bainha externa (22) de acordo com a primeira forma de realização será agora descrito.

[0087] Inicialmente, a bainha interna (12) é fornecida. De acordo com uma forma de realização particular, uma carcaça (20) é fornecida previamente e a bainha interna (12) é então formada em torno da carcaça (20), por exemplo, por extrusão.

[0088] Normalmente, um fio de metal perfilado (25) é enrolado em torno da bainha interna (12) para formar a câmara de pressão (14) e os elementos de armadura (28) são enrolados em torno da câmara de pressão (14).

[0089] Pelo menos um elemento de armadura (28) também é fornecido.

[0090] Os elementos de armadura (28) são enrolados em torno da bainha interna (12) a fim de formar as camadas de armaduras de tração (16, 17).

[0091] Então, a bainha polimérica, que neste exemplo é a bainha externa (22), é formada por extrusão de uma pré-mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz.

[0092] O pó de silicone é, por exemplo, obtido a partir de borracha de silicone linear de alto peso molecular obtida, por exemplo, por reticulação de polidimetilsiloxano (PDMS).

[0093] De acordo com outro exemplo, o pó de silicone é obtido por reticulação de polimetilsilsesquioxano tendo uma estrutura reticulada de rede tridimensional, em que a ligação siloxano é expressa pela fórmula empírica (CH3SiO3/2)n. O pó de resina de silicone tem a vantagem de ter uma dureza maior do que a dureza do pó de borracha de silicone. Um grau vantajoso de pó de silicone de acordo com esta forma de realização exemplar é o grau comercial KMP-701 da Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

[0094] Como realização alternativa, o pó de silicone é obtido a partir de esferas de borracha de silicone compreendendo um revestimento, também denominado “coating”, de resina de silicone.

[0095] Antes da formação da bainha externa (22), o pó de silicone é disperso no polímero termoplástico, por exemplo, por extrusão de dupla rosca (também chamada de extrusion bivis) ou por um co-misturador do tipo BUSS.

[0096] De acordo com uma forma de realização particular, pelo menos um aditivo é adicionado ao polímero termoplástico e à composição de silicone antes da etapa de extrusão da bainha externa (22). O aditivo é escolhido a partir de compostos anti-UV, antioxidantes, cargas de reforço orgânicas ou inorgânicas, plastificantes e uma mistura dos mesmos.

[0097] A bainha externa (22) é então montada em torno de pelo menos uma camada de armaduras de tração (16, 17), tipicamente por extrusão da pré-mistura em torno da referida camada de armadura (16, 17).

[0098] Alternativamente, a mistura polimérica é extrudada na forma de tiras, com as tiras estando enroladas em torno das camadas de armaduras de tração (16, 17) para formar a bainha externa (22).

[0099] A instalação do tubo (10) será descrita resumidamente.

[00100] O tubo flexível (10) está submerso no corpo d’água e conectado a um conjunto de superfície e a um conjunto de fundo. Alternativamente, o tubo flexível (10) conecta um conjunto de fundo a outro conjunto de fundo após a imersão no corpo d’água ou mesmo um conjunto de superfície com outro conjunto de superfície.

[00101] Água, inicialmente contida nos hidrocarbonetos transportados, pode migrar através da bainha interna (12) em direção ao espaço anular (24) e condensar no referido espaço.

[00102] Além disso, gases ácidos, como, por exemplo, sulfeto de hidrogênio (H2S) e dióxido de carbono (CO2) também migram através da bainha interna (12) em direção ao espaço anular (24).

[00103] Esses gases ácidos então migram através da bainha externa (22). A bainha externa (22) tendo uma maior permeabilidade a esses gases do que a bainha interna (12), os gases ácidos não se acumulam no espaço anular (24).

[00104] O fenômeno de corrosão das camadas de armaduras de tração (16, 17) é, portanto, muito limitado, devido à rápida evacuação de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono através da bainha externa (22).

[00105] Além disso, dadas as propriedades mecânicas da bainha externa (22), como a dureza Shore D descrita acima, a bainha externa (22) pode suportar a pressão radial exercida sobre o tubo flexível (10) ligada às forças de pressão durante a instalação, por exemplo.

[00106] De acordo com uma segunda forma de realização, a composição de silicone é dispersa na matriz termoplástica por vulcanização. Por exemplo, a composição de silicone é reticulada dentro da matriz termoplástica durante a implementação por extrusão da bainha externa (22). A mistura polimérica tem uma morfologia do tipo "gota estável" e é chamada de termoplástico vulcanizado (TPV) à base de silicone.

[00107] Neste exemplo, a composição de silicone compreende, por exemplo, uma goma de diorganopolissiloxano e um composto de organo hidreto de silicone, também referido como um hidreto de organossilicone composto.

[00108] A goma de diorganopolissiloxano tem em média pelo menos dois grupos alquenilas por molécula.

[00109] O composto de organo hidreto de silicone tem em média pelo menos dois grupos de hidrogênio ligados ao silício por molécula.

[00110] De preferência, a composição de silicone compreende: - de 10% a 90% em volume de goma de diorganopolissiloxano; e - de 10% a 90% em volume de composto de organo hidreto de silicone.

[00111] A mistura polimérica é tipicamente uma mistura de poliuretano termoplástico e de silicone reticulado, vendido em particular sob o grau TPSiV™ 4000-80 pela empresa Dow Chemical.

[00112] A bainha externa (22) é obtida formando uma pré-mistura compreendendo o polímero termoplástico e a composição de silicone e extrudando a referida pré-mistura. Em particular, a pré-mistura é obtida por extrusão de grânulos compreendendo a composição de silicone vulcanizada e dispersa na matriz termoplástica por extrusão dinâmica. Alternativamente, a bainha externa (22) é obtida por vulcanização da composição de silicone na matriz termoplástica durante a extrusão da mistura polimérica.

[00113] No caso de um termoplástico vulcanizado, a mistura polimérica forma vantajosamente uma rede polimérica interpenetrante ou uma rede polimérica semi-interpenetrante.

[00114] Uma rede de polímero interpenetrante, também conhecida pela sigla em inglês "IPN" para " Interpenetrating polymer network") compreende pelo menos duas redes de polímero que são, no nível molecular, pelo menos parcialmente entrelaçadas sem estarem ligadas entre si por ligações covalentes. Essas redes não podem ser separadas sem quebrar a ligação química.

[00115] Uma rede de polímero semi-interpenetrante (também conhecido pela sigla em inglês “SIPN” para “Semi-interpenetration Polymer Network”) compreende pelo menos uma rede de polímero e pelo menos um polímero linear ou ramificado e é caracterizada pela penetração de escala molecular de pelo menos uma rede por várias macromoléculas lineares ou ramificadas. Uma rede de polímero semi-interpenetrante, que às vezes é referida como uma rede de polímero pseudo-interpenetrante, difere de uma rede de polímero interpenetrante pelo fato de que polímeros lineares ou ramificados podem, em princípio, ser separados da rede de polímero sem quebrar uma ligação química.

[00116] Em uma outra realização, o tubo (10) compreende ainda uma bainha intermediária (não mostrada) disposta no espaço anular (24) entre a bainha interna (12) e a bainha externa (22) e montada em torno de uma camada de armadura de reforço (16, 17). Nesta realização, a bainha polimérica é a bainha intermediária. A bainha intermediária compreende assim uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz.

[00117] De acordo com uma forma de realização, a bainha intermediária compreende a mistura polimérica de acordo com a invenção e a bainha externa (22) compreende um polímero, como uma poliolefina.

[00118] De acordo com outra forma de realização, a bainha externa (22) e a bainha intermediária compreendem cada uma a mistura polimérica de acordo com a invenção. Isso limita o acúmulo de gás entre a bainha externa (22) e a bainha intermediária, o que pode danificar o tubo flexível.

[00119] De acordo com outra forma de realização, a bainha de acordo com a invenção é disposta entre a câmara de pressão (14) e a camada de armaduras de tração interna (16).

[00120] De acordo com ainda outra forma de realização, a bainha de acordo com a invenção é disposta entre as armaduras de tração (16, 17).

[00121] Como outra realização, uma combinação dessas formas de realização é possível.

[00122] De acordo com uma forma de realização particular, cada bainha polimérica do tubo flexível (10) diferente da bainha interna (12) compreende uma mistura polimérica que compreende um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na referida matriz.

[00123] A presença de composição de silicone em pelo menos uma bainha polimérica aumenta a permeabilidade desta bainha a gases derivados de hidrocarbonetos e limita o acúmulo de gases ácidos no espaço anular (24).

[00124] O fenômeno de corrosão de elementos metálicos, como as camadas de armaduras de tração (16, 17), é, portanto, reduzido. A vida útil do tubo é assim prolongada.

[00125] O espaço anular (24) do tubo flexível (10) de acordo com a invenção é desmontado e mais graus de aço podem, portanto, ser usados para os elementos metálicos.

[00126] Além disso, a bainha polimérica possui propriedades mecânicas, como resistência a forças circunferenciais, dureza ou alongamento na ruptura, compatíveis com o uso de tubos subaquáticos flexíveis, embora seja simples de fabricar.

Claims (15)

1. TUBO FLEXÍVEL (10) DESTINADO A SER IMERSO EM UM CORPO D’ÁGUA, que compreende: - uma bainha interna (12) definindo uma passagem para o transporte de um fluido, em particular hidrocarbonetos; e - pelo menos uma camada de armaduras de tração (16, 17) disposta em torno da bainha interna (12); caracterizado pelo tubo flexível (10) compreender pelo menos uma bainha polimérica compreendendo uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na matriz.

2. TUBO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela mistura polimérica compreender: - de 10% a 90% em volume, preferencialmente menos de 70% em volume, muito preferencialmente menos de 50% em volume, de polímero termoplástico; e - de 90% a 10% em volume, de preferência mais de 30% em volume, muito preferencialmente mais de 50% em volume, da composição de silicone.

3. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela mistura polimérica compreender ainda pelo menos um aditivo escolhido a partir de compostos de anti-radiação UV, antioxidantes, cargas orgânicas, cargas minerais, plastificantes e uma mistura dos mesmos.

4. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela mistura polimérica ter um índice de fusão a quente inferior a 20 g/ 10 min, sendo o índice de fusão a quente medido a 190 °C por meio de um pistão de 5 kg.

5. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela mistura polimérica ter uma dureza D maior que 20, de preferência maior que 30, muito preferencialmente maior que 40.

6. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela mistura polimérica ter um alongamento na ruptura superior a 80%, sendo o alongamento na ruptura medido a 20 °C.

7. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo polímero termoplástico ser escolhido a partir de poliolefinas, poliamidas, polímeros estirênicos, elastômeros termoplásticos e uma mistura dos mesmos.

8. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela composição de silicone compreender e/ou consistir em um pó de silicone, o pó preferencialmente tendo um diâmetro inferior a 100 μm, preferencialmente entre 5 μm e 30 μm.

9. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela mistura polimérica ser um termoplástico vulcanizado obtido por extrusão.

10. TUBO (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela composição de silicone compreender: - uma goma de diorganopolissiloxano possuindo em média pelo menos dois grupos alcenila por molécula; e - um composto de organo hidreto de silicone tendo em média pelo menos dois grupos de hidrogênio ligados ao silício por molécula.

11. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pela bainha polimérica ter uma espessura entre 0,5 mm e 20 mm.

12. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM TUBO FLEXÍVEL (10) destinado a ser imerso em um corpo d’água, o tubo flexível (10) compreendendo uma pluralidade de camadas concêntricas, em que o método compreende as seguintes etapas: a) fornecimento de uma bainha interna (12), definindo uma passagem para o transporte de um fluido, em particular hidrocarbonetos; b) montar a bainha interna (12) com pelo menos uma camada de armaduras de tração (16, 17), a camada de armaduras de tração (16, 17) sendo disposta em torno da bainha interna (12); caracterizado pelo método compreender as seguintes etapas: c) fornecer pelo menos uma bainha polimérica compreendendo uma mistura polimérica compreendendo um polímero termoplástico formando uma matriz e pelo menos uma composição de silicone incorporada na matriz; e d) montagem da bainha polimérica em torno de pelo menos uma camada concêntrica do tubo flexível (10), de preferência em torno da bainha interna (12), uma câmara de pressão (14) e/ou uma camada armadura de tração (16, 17).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela bainha polimérica ser obtida pela formação de uma pré-mistura compreendendo o polímero termoplástico e a composição de silicone e extrusão da pré-mistura.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela pré-mistura ser obtida por extrusão de grânulos compreendendo a composição de silicone vulcanizada e dispersa na matriz termoplástica por extrusão dinâmica.

15. USO DE UM TUBO (10), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por ser para o transporte de hidrocarbonetos.