BR112021012105A2 - Tubo flexível para transportar um fluido em um ambiente submarino e método de fabricação de um tubo flexível para transportar um fluido em um ambiente submarino - Google Patents

Abstract

tubo flexível para transportar um fluido em um ambiente submarino e método de fabricação de um tubo flexível para transportar um fluido em um ambiente submarino. a invenção se refere a um tubo flexível (10) para transportar um fluido em um ambiente submarino tendo um eixo longitudinal (a) compreendendo uma camada externa impermeável a líquidos (20) tendo uma espessura entre 1/125 e 1/75 do diâmetro interno da camada externa (20) e compreendendo pelo menos uma tira enrolada de forma helicoidal (22) formando uma pluralidade de voltas, dita tira (22) sendo feita de uma matriz polimérica (24) reforçada com uma pluralidade de elementos de reforço (26).

Description

“TUBO FLEXÍVEL PARA TRANSPORTAR UM FLUIDO EM UM AMBIENTE SUBMARINO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM TUBO FLEXÍVEL PARA TRANSPORTAR UM FLUIDO EM UM AMBIENTE SUBMARINO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere ao campo técnico de tubos flexíveis para o transporte de um fluido em um ambiente submarino.

[002] Mais particularmente, a invenção se refere a tubos flexíveis não ligados usados para transportar hidrocarbonetos em um ambiente submarino.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Tubos flexíveis para transportar um fluido em um ambiente submarino são imersos em um corpo d'água em profundidades que podem ultrapassar 3.000 m. Eles são particularmente úteis para transportar água e/ou hidrocarbonetos entre uma instalação de fundo e uma instalação de superfície.

Eles também podem ser usados para conectar duas instalações inferiores.

Alguns tubos flexíveis também podem ser usados para conectar duas instalações de superfície.

[004] A estrutura de um tubo flexível é descrita, por exemplo, nos documentos padrão API RP 17B, 5ª edição, publicado em maio de 2014 e API 17J, 4ª edição, publicado em maio de 2014 pelo American Petroleum Institute.

[005] Normalmente, um tubo flexível compreende uma bainha de vedação interna referida no campo técnico da invenção como uma “bainha de pressão”. A bainha de vedação interna forma uma passagem interna para o fluxo do fluido e, assim, garante o transporte vedado do mesmo.

[006] Altas tensões de tração podem ser exercidas na tubulação flexível, particularmente quando ela se estende através de corpos d'água profundos. Um par de camadas de blindagem de tração é disposto ao redor da bainha interna para absorver essas tensões de tração. O par de camadas de blindagem de tração é tipicamente composto de fios enrolados de forma helicoidal em um passo longo, isto é, o valor absoluto do ângulo da hélice está entre 20º e 55º.

[007] A fim de evitar a entrada de água do corpo d'água no tubo flexível, o último normalmente compreende uma bainha de polímero externa protetora disposta em torno do par de camadas de blindagem de tração. A bainha externa tem tipicamente 10 mm de espessura.

[008] A bainha interna e a externa definem um espaço denominado espaço anular. O par de camadas de blindagem de tração é disposto dentro do espaço anular.

[009] O fluido transportado é de forma geral composto de hidrocarbonetos brutos. Esses hidrocarbonetos normalmente compreendem uma mistura de gases, como dióxido de carbono, metano ou sulfeto de hidrogênio. O fluido transportado também compreende água e possivelmente partículas de areia.

[010] Os gases contidos no fluido transportado se difundem através da bainha interna e se acumulam dentro do espaço anular. O espaço anular também contém água que resulta de uma perda acidental de vedação da bainha externa e/ou da difusão e condensação da água contida no fluido transportado através da bainha interna. A presença de água e desses gases dentro do espaço anular causa vários fenômenos de corrosão dos elementos de metal dentro do espaço anular. Os fios de blindagem podem, então, ser submetidos a corrosão sob tensão (SCC), por exemplo.

[011] A fim de reduzir a corrosão dos fios da blindagem, o aumento da espessura da bainha externa é ensinado, por exemplo, no documento API 17B mencionado acima. Isso reduz o risco de rasgar a bainha externa e, portanto, reduz a probabilidade de a água entrar no espaço anular e causar corrosão.

[012] No entanto, esta solução não é totalmente satisfatória. Na verdade, embora os riscos de rasgar a bainha externa sejam reduzidos, a água contida no fluido transportado ainda pode se difundir através da bainha interna e condensar dentro do espaço anular. Na presença de gases que se difundiram pela bainha interna, isso pode levar à corrosão dos fios da blindagem. Além disso, o aumento da espessura da bainha externa aumenta o custo de fabricação do tubo flexível, uma vez que é necessária mais matéria-prima.

[013] Portanto, há uma necessidade de fornecer um tubo flexível no qual os elementos de metal sejam preservados da corrosão, bem como um processo para a fabricação de tal tubo flexível que seja simples de implementar e barato.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[014] Para este fim, o objeto da invenção é um tubo flexível para transportar um fluido em um ambiente submarino tendo um eixo longitudinal e, de dentro para fora do tubo, compreendendo: - uma bainha de polímero interna, para formar uma passagem para a circulação de fluido, - pelo menos um par de camadas de blindagem de tração, para reforçar o tubo flexível contra forças axiais, - uma camada externa impermeável a líquidos, a bainha interna e a camada externa definindo um espaço anular no qual o referido pelo menos um par de camadas de blindagem de tração está disposto, e - a referida camada externa tendo uma espessura entre 1/125 e 1/75 do diâmetro interno da camada externa e compreendendo pelo menos uma tira enrolada de forma helicoidal formando uma pluralidade de voltas, a referida tira sendo feita de uma matriz polimérica reforçada com uma pluralidade de elementos de reforço.

[015] A espessura da camada externa de acordo com a invenção promove a difusão de gases como dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e/ou metano através da camada externa para o exterior do tubo flexível. Isso reduz a concentração de gás dentro do espaço anular e protege o par de camadas de blindagem de tração da corrosão.

[016] Em contraste, verificou-se que ao enrolar o tubo flexível em dispositivos de armazenamento, tais como bobinas, a camada externa deforma-se e forma dobras (“dobragem”) devido à espessura da camada externa. Essas dobras podem danificar a camada externa de forma irreversível e causar sua quebra.

[017] A presente invenção resolve este problema reforçando a camada externa com uma pluralidade de elementos de reforço. Em contrapartida, para garantir a sua função de reforço, os elementos de reforço devem ser orientados segundo um determinado ângulo em relação ao eixo longitudinal do tubo flexível. Este ângulo é próximo a 90º, por exemplo. No entanto, o processo convencional de extrusão da camada externa não permite tal orientação dos elementos de reforço. Para resolver este problema, descobriu-se que a camada externa deve ter a forma de uma tira de polímero reforçada. Na verdade, a tira pode ser enrolada de forma helicoidal, para orientar os elementos de reforço no ângulo desejado em relação ao eixo longitudinal do tubo flexível. A matriz polimérica garante a vedação da tira em relação aos fluidos, bem como a flexibilidade da camada externa e, portanto, do tubo flexível.

[018] A tira é ainda enrolada de modo a obter uma camada externa impermeável aos líquidos para evitar a penetração da água, ao mesmo tempo que promove a difusão do gás para o exterior do tubo flexível.

[019] De preferência, a espessura da camada externa está entre 3 mm e 5 mm para um diâmetro interno da camada externa entre 250 mm e 600 mm.

[020] De forma vantajosa, as voltas da tira são ligadas umas às outras. A união das voltas da tira reforça a vedação da camada externa em relação aos líquidos, bem como a sua resistência à pressão interna em particular.

[021] De forma vantajosa, as voltas da tira têm uma sobreposição. A sobreposição das voltas permite melhorar ainda mais a vedação da camada externa em relação aos líquidos, em comparação com uma camada externa na qual as voltas da tira são apenas unidas.

[022] De forma vantajosa, a tira é enrolada em um ângulo de hélice de valor absoluto entre 60º e 90º em relação ao eixo longitudinal do tubo flexível. Quando o ângulo da hélice está dentro desta tira, a resistência da camada externa às forças radiais é melhorada. A camada externa tem então uma dupla função, que é garantir a vedação do tubo flexível em relação aos líquidos enquanto permite a difusão dos gases para o exterior, mas também evitar o abaulamento das camadas de blindagem de tração sob o efeito do efeito de fundo inverso. Na verdade, quando o tubo flexível, seja qual for a sua natureza, é submetido a uma pressão externa que é maior do que a pressão interna, pode ocorrer uma compressão axial, que é conhecida pelos técnicos no assunto como o “efeito de tampa reversa”. O efeito reverso da capa tende a comprimir axialmente o tubo flexível, encurtando seu comprimento e aumentando seu diâmetro, o que tende a fazer com que o par de camadas de blindagem de tração se abaulem. No caso em que a camada externa é selada, a pressão hidrostática fora do tubo se opõe efetivamente à protuberância da blindagem de tração. No entanto, se a camada externa não estiver mais selada, devido a um rasgo acidental, por exemplo, a pressão hidrostática não se opõe mais ao abaulamento do par de camadas de blindagem de tração. Como resultado, na ausência de um meio adicional com a função de limitar esta protuberância, os fios que compõem as camadas de blindagem de tração podem se dobrar radialmente, o que pode causar uma deformação local irreversível do par de camadas de blindagem com a forma de uma “gaiola”, e assim levar à destruição do tubo flexível. A camada externa, de acordo com esta forma de realização, limita este risco de deformação local do par de camadas de blindagem de tração.

[023] De preferência, a camada externa compreende uma pluralidade de tiras sobrepostas, de preferência entre 2 a 8 tiras sobrepostas. A pluralidade de tiras permite o uso de tiras mais finas. Assim, quando as voltas de uma tira se sobrepõem, a espessura das áreas de sobreposição é menos importante e, assim, os possíveis problemas mecânicos da camada externa causados por variações de espessura são reduzidos. De forma vantajosa, de acordo com esta forma de realização, pelo menos duas tiras são cruzadas. Isso melhora as propriedades da camada externa.

[024] De acordo com uma forma de realização preferida, os elementos de reforço são fibras, tais como fibras orgânicas, fibras minerais ou fibras de metal.

[025] De forma vantajosa, os elementos de reforço são orientados segundo um ângulo de valor absoluto entre 0 e 40º em relação ao eixo longitudinal da tira.

[026] De forma vantajosa, a matriz polimérica é selecionada a partir de materiais termoplásticos, tal como um polietileno, um polipropileno, uma poliamida ou materiais termoplásticos elastoméricos, tal como um termoplástico vulcanizado, em particular um silicone termoplástico vulcanizado ou materiais termoendurecíveis.

[027] De acordo com uma forma de realização preferida, os elementos de reforço são incorporados na matriz polimérica.

[028] A invenção também se refere a um método de fabricação de um tubo flexível para transportar um fluido em um ambiente submarino,

compreendendo as seguintes etapas: (a) formar uma bainha de polímero interna, formando uma passagem de fluxo de fluido, (b) formar pelo menos um par de camadas de blindagem de tração, para reforçar o tubo flexível contra forças axiais, e (c) enrolar de forma helicoidal uma tira formando uma pluralidade de voltas, a referida tira sendo feita de uma matriz polimérica reforçada com uma pluralidade de elementos de reforço, para formar uma camada externa impermeável a compostos líquidos, tendo uma espessura entre 1/125 e 1/75 do diâmetro interno da camada externa, a camada externa e a bainha interna definindo um espaço anular no qual o referido pelo menos um par de camadas de blindagem de tração está disposto.

[029] De forma vantajosa, na etapa (c) a tira é enrolada com uma sobreposição de voltas.

[030] De forma vantajosa, o método compreende uma etapa de ligação das voltas.

[031] De forma vantajosa, a etapa de ligação das voltas compreende uma subetapa de aquecimento da tira.

[032] De forma vantajosa, o método compreende uma etapa na qual a pressão é aplicada à tira.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[033] Outras características e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição de formas de realização particulares da invenção, dada a título de indicação, mas não limitante, com referência aos desenhos anexos, nos quais: - A Figura 1 representa esquematicamente uma vista em perspectiva de um exemplo de forma de realização de um tubo flexível de acordo com a invenção,

- A Figura 2 representa esquematicamente uma vista em perspectiva de outra forma de realização de exemplo de um tubo flexível de acordo com a invenção, - As Figuras 3a e 3b representam esquematicamente uma vista em perspectiva de formas de realização exemplares de uma tira de acordo com a invenção, - As Figuras 4a e 4b representam esquematicamente uma vista em corte transversal de exemplos de formas de realização de uma camada externa de acordo com a invenção, - A Figura 5 representa esquematicamente uma instalação para fabricação de um tubo flexível de acordo com a invenção, e - A Figura 6 representa esquematicamente um dispositivo para fabricar uma camada externa de um tubo flexível de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[034] A Figura 1 mostra um exemplo de um tubo flexível (10) de acordo com a invenção.

[035] O tubo flexível (10) deve ser imerso em um corpo de água.

O corpo d'água pode ser um lago, um mar ou um oceano. De forma geral, a profundidade do corpo d'água é de pelo menos 100 m, e mais particularmente entre 500 m e 3000 m.

[036] O tubo flexível (10) transporta um fluido através do corpo de água entre uma primeira instalação e uma segunda instalação. A primeira instalação é uma instalação submarina, tal como uma cabeça de poço ou um coletor, por exemplo. A segunda instalação é uma instalação de superfície, tal como uma unidade flutuante de armazenamento e transferência (Floating Production Storage and Offloading) (FPSO) ou uma plataforma de perna de tensão (Tension Leg Platform) (TLP), por exemplo. O tubo flexível (10) transporta o fluido entre duas instalações de superfície ou entre uma instalação subaquática e uma instalação de superfície ou entre duas instalações subaquáticas.

[037] O fluido transportado pelo tubo flexível (10) é água e/ou um óleo e/ou gás líquido, por exemplo. O fluido de óleo e/ou gás é formado por uma mistura multifásica compreendendo uma parte líquida formada principalmente por compostos de carbono lineares e/ou cíclicos, saturados e/ou insaturados, de densidade variável, e água, uma parte gasosa composta de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), sulfeto de hidrogênio (H2S) e outros gases, por exemplo, e por fim, uma parte sólida composta de forma geral por partículas de areia. A temperatura do fluido dentro do tubo flexível (10) está entre 50 ºC e 200 ºC, mais particularmente entre 50 ºC e 130 ºC. A temperatura do fluido varia durante o transporte entre a primeira e a segunda planta.

[038] O fluido tem uma pressão parcial de dióxido de carbono entre 1 bar e 300 bar, por exemplo, e uma pressão parcial de sulfeto de hidrogênio inferior a 1 bar. A pressão parcial de cada um dos gases dentro do fluido depende, em particular, da natureza do campo de petróleo e/ou gás sendo explorado.

[039] Conforme mostrado como um exemplo na Figura 1, o tubo flexível (10) compreende uma pluralidade de camadas concêntricas dispostas em torno de um eixo longitudinal (A). De acordo com a invenção, o tubo flexível (10) compreende uma bainha interna (14), pelo menos um par de camadas de blindagem de tração (18) e uma camada externa (20).

[040] O tubo flexível (10) é de forma preferencial um tubo flexível não ligado. Não ligado, para os fins da presente invenção, é entendido como um tubo flexível (10) no qual o par de camadas de blindagem de tração (18) é livre para se mover em relação à bainha interna (14) ao flexionar o tubo flexível (10). De preferência, todas as camadas do tubo (10) são livres para se mover em relação umas às outras. Isso torna o tubo flexível (10) mais flexível do que um tubo no qual as camadas são unidas umas às outras.

[041] De preferência, o tubo flexível (10) também compreende uma carcaça interna (12) disposta dentro da bainha interna (14).

[042] De forma vantajosa, a camada flexível (10) compreende uma abóbada de pressão (16) disposta em torno da bainha interna (14). A abóbada de pressão (16) é disposta entre o par de camadas de blindagem de tração (18) e a bainha interna (14).

[043] A carcaça interna (12) reforça o tubo flexível (10) contra forças de pressão externas. Limita o risco de colapso do tubo flexível (10) quando a pressão fora do tubo flexível (10) é maior do que a pressão dentro do tubo flexível (10). A carcaça interna (12) compreende pelo menos um fio perfilado de forma helicoidal enrolado com passo curto. Para os fins desta invenção, um passo curto é entendido como um ângulo de hélice com um valor absoluto entre 75º e 90º. A seção transversal do fio perfilado tem uma geometria em forma de S, por exemplo. Para aumentar a resistência da carcaça às forças de pressão externas, as voltas do fio de metal são interligadas. O material de metal é o aço inoxidável, por exemplo. Quando a carcaça interna (12) está presente, o tubo flexível (10) é dito ter um furo áspero. Quando o tubo flexível (10) não tem carcaça interna (12), diz-se que tem um furo liso. A carcaça interna (12) está de forma geral em contato com o fluido sendo transportado.

[044] A bainha interna (14) é disposta em torno da carcaça interna (12) quando ela está presente. A bainha interna (14) forma passagem para circulação de fluido. Ele garante que o fluido seja transportado através do corpo d'água de forma vedada. A bainha interna (14) é de polímero, ou seja, mais de 50% do material que forma a bainha interna (14) é um polímero. O polímero é, por exemplo, uma poliolefina como um polipropileno, polietileno ou poliamida ou um polímero fluorado como um fluoreto de polivinilideno (PVDF).

O material de polímero é selecionado de acordo com a natureza e a temperatura do fluido transportado. A espessura da bainha interna (14) é, por exemplo, entre 4 mm e 15 mm. A bainha interna (14) é feita por extrusão em torno da carcaça interna (12), por exemplo.

[045] A abóbada de pressão (16) reforça a resistência do tubo flexível (10) contra a pressão interna. Limita os riscos de rompimento do tubo flexível (10), em particular quando a pressão dentro do tubo flexível (10) é maior do que a pressão fora do tubo flexível (10). A abóbada de pressão (16) é disposta em torno da bainha interna (14). A abóbada de pressão (16) é formada por pelo menos um fio perfilado de forma helicoidal enrolado com um passo curto. A seção transversal do fio perfilado tem uma geometria em forma de I, K, Z ou U, por exemplo. O material do fio perfilado é aço carbono, por exemplo.

[046] O par de camadas de blindagem de tração (18) se destina a reforçar o tubo flexível (10) contra as forças de tração. O par de camadas de blindagem de tração (18) compreende uma camada de blindagem de tração interna (18a) e uma camada de blindagem de tração externa (18b). O par de camadas de blindagem de tração (18) compreende uma pluralidade de fios de blindagem de tração enrolados em um passo longo. “Passo longo” é entendido como um ângulo de hélice de valor absoluto entre 20º e 55º. A seção transversal dos fios da blindagem de tração é retangular ou circular, por exemplo. Os fios de reforço de tração são de metal, por exemplo. O material de metal é um aço de carbono, por exemplo.

[047] Os fios de blindagem de tração da camada de blindagem de tração interna (18a) são enrolados em um ângulo de hélice oposto ao ângulo de hélice dos fios de blindagem de tração da camada de blindagem de tração externa (18b). Os fios de blindagem de tração da mesma camada de blindagem de tração (18a, 18b) são contíguos.

[048] A camada externa (20) é disposta em torno do par de camadas de blindagem de tração (18). A camada externa (20) é disposta em torno da camada de blindagem de tração externa (18b). “Em torno da camada de blindagem de tração externa (18b)”, no sentido da presente invenção, é entendido como a camada externa (20) sendo disposta fora da camada de blindagem de tração externa (18b). Camadas adicionais podem ser dispostas entre a camada externa (20) e a camada de blindagem de tração externa (18b).

A camada externa (20) é impermeável a líquidos e forma uma barreira protetora contra a penetração de água do corpo d'água dentro do tubo flexível (10).

[049] A camada externa (20) e a bainha interna (14) definem um espaço anular entre elas. O espaço anular, de acordo com o exemplo mostrado na Figura 1, compreende a abóbada de pressão (16) e o par de camadas de blindagem de tração (18).

[050] Gases como dióxido de carbono e/ou metano e/ou sulfeto de hidrogênio e água contidos no fluido se difundem através da bainha interna (14) e se acumulam dentro do espaço anular. Esses compostos podem induzir à corrosão dos fios de metal do par de camadas de blindagem de tração (18) e dos fios de metal perfilados da abóbada de pressão (16).

[051] Para reduzir a concentração de gás dentro do espaço anular, a camada externa (20) tem uma espessura entre 1/125 e 1/75 do diâmetro interno da camada externa (20). O diâmetro interno da camada externa (20) está entre 100 mm e 600 mm. De preferência, a espessura da camada externa (20) está entre 3 mm e 5 mm, para um diâmetro interno da camada externa (20) entre 250 mm e 600 mm. De acordo com a invenção, a espessura da camada externa (20) e o diâmetro interno da camada externa (20) são medidos nas mesmas unidades, em milímetros. Tal espessura favorece a difusão de gases, em particular dióxido de carbono e/ou metano e/ou sulfeto de hidrogênio através da camada externa (20) e, assim, reduz a concentração desses gases dentro do espaço anular. A corrosão dos fios de metal do par de camadas de blindagem de tração (18) e da abóbada de pressão (16) é assim reduzida.

[052] De acordo com a invenção, a camada externa (20) é formada por pelo menos uma tira enrolada de forma helicoidal (22). Para melhorar a resistência às forças radiais, a tira (20) é enrolada em um ângulo de hélice de valor absoluto entre 60º e 90º em relação ao eixo longitudinal (A) do tubo flexível (10).

[053] De acordo com uma forma de realização preferida da invenção mostrada na Figura 2, a camada externa (20) compreende uma pluralidade de tiras (22), por exemplo, uma tira interna (22a) e uma tira externa (22b). De preferência, a camada externa (20) compreende entre 2 a 8 tiras (22) empilhadas uma em cima da outra.

[054] Para melhorar a resistência da camada externa (20) quando ela compreende uma pluralidade de tiras (22), pelo menos duas tiras são cruzadas. Por exemplo, a tira interna (22a) e a tira externa (22b) são cruzadas. De forma vantajosa, a fim de otimizar as propriedades da camada externa (20) em particular em relação à pressão no interior do tubo flexível (10), as tiras (22) são enroladas em um ângulo de hélice oposto.

[055] De acordo com uma forma de realização preferida, as tiras (22) são ligadas umas às outras. Por exemplo, a tira externa (22b) é ligada à tira interna (22a). A ligação é alcançada fundindo pelo menos uma porção de uma tira (22) a outra tira (22), por exemplo, ou por auto vulcanização das tiras (22). Eles são de forma vantajosa ligados ao longo de todo o comprimento do tubo flexível (10) ou em intervalos entre 0,5 m e 2 m.

[056] Para melhorar a vedação da camada externa (20), as voltas da tira (22) têm uma sobreposição. A largura da sobreposição entre as voltas da tira (22) é, por exemplo, entre 5% e 70% da largura da tira (22).

[057] Para melhorar ainda mais a vedação da camada externa (20), as voltas da tira (22) são unidas, por exemplo, por ligação, fusão ou qualquer outro processo adequado. A união por fusão da tira (22) é preferida porque facilita o processo de montagem e fornece resistência de união ideal.

[058] A tira (22) é mostrada nas Figuras 3a e 3b, por exemplo. A tira (22) tem uma largura (L) entre 50 mm e 150 mm. A espessura da tira (22) está entre 0,4 mm e 2 mm.

[059] De preferência, a tira (22) tem uma resistência à tração na direção longitudinal da tira (22) entre 100 daN/cm e 800 daN/cm medida a 23 ºC de acordo com ISO 527-1 (2012).

[060] A tira (22) é formada por uma matriz polimérica (24) reforçada por uma pluralidade de elementos de reforço (26).

[061] A matriz polimérica (24) é selecionada entre materiais termoplásticos, tal como polietileno, polipropileno, poliamida ou materiais termoplásticos elastoméricos, tal como um termoplástico vulcanizado, em particular um silicone termoplástico vulcanizado ou materiais termoendurecíveis, tal como silicones ou uma mistura dos mesmos. De preferência, o alongamento no limiar da matriz polimérica (24) é maior ou igual a 5%, de forma vantajosa maior ou igual a 7% e ainda mais de forma vantajosa maior ou igual a 10%.

[062] Os elementos de reforço (26) são fibras como fibras orgânicas, fibras minerais ou fibras de metal, por exemplo. As fibras orgânicas são fibras de aramida ou tereftalato de polietileno ou fibras de polietileno de alto peso molecular, por exemplo. As fibras minerais são carbono ou basalto ou fibras de vidro, por exemplo. As fibras de metal são formadas de boro ou alumina, por exemplo, ou outro material de metal adequado para a presente invenção. De forma vantajosa, o módulo de elasticidade dos elementos de reforço (26) é maior ou igual a 10 GPa, de forma vantajosa maior que 30 GPa, ainda mais de forma vantajosa maior ou igual a 50 GPa e de preferência entre 50 GPa e 150 GPa. De forma vantajosa, os elementos de reforço formam um tecido, um não tecido ou um tapete.

[063] Os elementos de reforço, como as fibras, são orientados em um ângulo de valor absoluto entre 0º e 40º em relação ao eixo longitudinal (B) da tira (22).

[064] Assim, a tira (22) tem propriedades anisotrópicas. Os elementos de reforço (26) em combinação com um ângulo de envoltório da tira (22) entre 60º e 90º, fornecem à tira (22) resistência suficiente para limitar a deformação radial da camada externa (20) em relação ao eixo do tubo flexível (10). Além disso, a matriz polimérica (24) tem um alongamento no limiar para manter a flexibilidade da camada externa (20) na direção axial do tubo flexível (10).

[065] De acordo com uma primeira forma de realização da tira (22) mostrada na Figura 3a, os elementos de reforço (26) são embutidos na matriz polimérica (24). Isso protege os elementos de reforço do desgaste resultante do atrito entre as camadas do tubo flexível (10). “Embutido na matriz” é entendido como os elementos de reforço (26) sendo completamente envolvidos pela matriz polimérica (24).

[066] De acordo com uma segunda forma de realização da tira (22) mostrada na Figura 3b, os elementos de reforço (26) são dispostos em uma superfície externa da tira (22). De forma vantajosa, os elementos de reforço (26) são ligados à matriz polimérica (24). A ligação pode ser química, por ligação dos elementos de reforço (24), por exemplo, ou mecânica.

[067] De acordo com outra forma de realização (não mostrada), os elementos de reforço (26) são dispostos em ambas as superfícies da tira (22). Isso aumenta a densidade dos elementos de reforço (26) dentro da tira

(22).

[068] A Figura 4a mostra um exemplo de uma forma de realização da camada externa (20). A camada externa (20) compreende uma tira (22) e uma camada adicional (23), por exemplo. A tira (22) compreende a matriz polimérica (24) e elementos de reforço (26) dispostos em uma superfície externa da tira (22) como descrito com referência à Figura 3b. De forma vantajosa, os elementos de reforço (26) são dispostos na superfície externa da tira (22) radialmente mais perto da camada adicional (23). A tira (22) é enrolada de forma helicoidal com um passo curto. As voltas da tira (22) são unidas. A camada adicional (23) é uma bainha extrudada em torno da tira (22), por exemplo. O material da camada adicional (23) é selecionado a partir de materiais termoplásticos, tal como polietileno, polipropileno, poliamida, por exemplo, ou materiais termoplásticos elastoméricos, tal como um termoplástico vulcanizado, em particular um silicone termoplástico vulcanizado ou materiais termoplásticos termoendurecíveis, como silicones ou uma mistura dos mesmos. De preferência, o material da camada adicional (23) é idêntico à matriz polimérica da tira (22). De forma vantajosa, a camada adicional (23) é ligada à tira (22). A ligação é alcançada, por exemplo, derretendo os materiais da camada adicional (23) e da tira (22) durante a extrusão da camada (23) na tira (22), por exemplo.

[069] De acordo com outro exemplo mostrado na Figura 4b, a camada externa compreende uma pluralidade de tiras (22), por exemplo, incluindo uma tira interna (22a), uma tira do meio (22c) e uma tira externa (22b). As tiras (22) compreendem a matriz polimérica (24) e elementos de reforço (26) dispostos em uma superfície externa da tira (22) como descrito com referência à Figura 3b. A tira interna (22a) é enrolada de forma helicoidal em um passo curto. Os elementos de reforço (26) da tira interna (22a) são dispostos na superfície externa da tira interna (22a) mais radialmente do eixo longitudinal (A) do tubo flexível (10). A tira central (22c) é enrolada de forma helicoidal com um passo curto ao redor da tira interna (22a). Os elementos de reforço (26) da tira central (22c) são dispostos na superfície externa da tira central (22c) mais radialmente do eixo longitudinal (A) do tubo flexível (10). Isso limita o desgaste dos elementos de reforço (26) resultantes do atrito entre os elementos de reforço (26) das tiras (22). A tira externa (22b) é enrolada de forma helicoidal em torno da tira central (22c). Os elementos de reforço (26) da tira externa (22b) são dispostos na superfície externa da tira externa (22b) radialmente mais perto do eixo longitudinal (A) do tubo flexível (10). A matriz (24) da tira externa (22b) protege assim os elementos de reforço (26) de ataques de UV e de qualquer dano externo resultante de atrito com equipamento de armazenamento ou colocação, por exemplo.

[070] O tubo flexível (10) pode compreender camadas adicionais, como tiras antidesgaste dispostas entre a abóbada de pressão (16) e a camada de blindagem de tração interna (18a) e/ou entre a camada de blindagem de tração interna (18a) e a camada de blindagem de tração externa (18b). As tiras antidesgaste limitam o desgaste da abóbada de pressão (16) e do par de camadas de blindagem de tração (18) devido ao atrito.

[071] O tubo flexível (10) pode compreender um par adicional de camadas de blindagem de tração quando as forças de tração são particularmente altas.

[072] De forma vantajosa, o tubo flexível (10) compreende tiras de isolamento térmico. Por exemplo, tiras de isolamento térmico são enroladas em um passo curto entre a camada externa (20) e a camada de blindagem de tração externa (18b). As tiras de isolamento térmico são formadas por uma matriz polimérica de polipropileno, por exemplo.

[073] Uma instalação para fabricar o tubo flexível (10) será agora descrita com referência à Figura 5 e Figura 6.

[074] A instalação compreende uma estação (120) para fabricar a carcaça interna (12), uma estação (140) para fabricar a bainha interna (14), uma estação (160) para fabricar a abóbada de pressão (16), uma estação (180) para fabricar o par de camadas de blindagem de tração (18) e uma estação (200) para fabricar a camada externa (20).

[075] A estação (120) para fabricar a carcaça interna (12) compreende uma mesa giratória na qual pelo menos um dispositivo de perfilagem de fio é montado e meios de grampeamento de fio dispostos a jusante do dispositivo de perfilagem. A mesa giratória compreende ainda uma passagem central da carcaça interna (12). O fio é armazenado e desenrolado de um carretel disposto a montante da mesa giratória.

[076] A carcaça (12) é transferida para a estação (140) para a fabricação da bainha interna (14). A estação (140) para fabricar a bainha interna (14) compreende uma extrusora para formar a bainha interna (14) em torno da carcaça interna (12) e, opcionalmente, um meio para resfriar a bainha interna (14) localizada a jusante da extrusora, tal como bicos de ar ou água para acelerar o resfriamento da bainha interna (14).

[077] A bainha interna (14) disposta em torno da carcaça interna (12) é transferida para a estação (160) para a fabricação da abóbada de pressão (16). A estação (160) para fabricar a abóbada de pressão (16) compreende meios para enrolar o fio de metal perfilado.

[078] O conjunto é transferido para a estação (180) para a fabricação do par de camadas de blindagem de tração (18). A estação (180) para fabricar o par de camadas de blindagem de tração (18) compreende uma pluralidade de carretéis a partir das quais os fios de blindagem de tração são desenrolados.

[079] A camada externa (20) é fabricada em torno do par de camadas de blindagem de tração (18) na estação (200) de fabricação da camada externa (20). De forma vantajosa, a estação (200) para a fabricação da camada externa (20) é disposta em linha com a estação (180) para a fabricação do par de camadas de blindagem de tração (18). De acordo com outro exemplo, a estação (200) para a fabricação da camada externa (20) não está disposta em linha com a estação para a fabricação do par de camadas de blindagem de tração (18). A instalação, então, compreende um dispositivo de armazenamento de tubo flexível (10) para armazenar e desenrolar o tubo flexível (10) dentro da estação (200) de fabricação da camada externa (20).

[080] A estação (200) para fabricar a camada externa (20) é mostrada na Figura 6, por exemplo, e compreende um dispositivo de enrolamento (220) para as tiras (22) montadas em um suporte (300) de uma mesa giratória (280), e opcionalmente um dispositivo de aquecimento (240). A estação de fabricação (200) opcionalmente compreende pelo menos um rolo de pressão (260).

[081] O dispositivo de enrolamento (220) compreende uma bobina na qual a tira (22) é enrolada. É montado no suporte (300) da mesa giratória (280) e é acionado em rotação. O dispositivo de enrolamento (220) permite que a tira (22) seja depositada na camada de blindagem de tração externa (18b) com um ângulo de enrolamento de valor absoluto entre 60º e 90º em relação ao eixo longitudinal (A) do tubo flexível (10). De forma vantajosa, o dispositivo de enrolamento (220) é motorizado. De forma vantajosa, o dispositivo de enrolamento (220) compreende um freio. O freio permite modular a força de tensão à qual a tira (22) é submetida durante o seu enrolamento em torno da camada de blindagem de tração externa (18b).

[082] O aquecedor (240) é configurado para fazer com que a matriz polimérica (24) da tira (22) derreta para unir as voltas da tira (22). O dispositivo de aquecimento (240) compreende, por exemplo, um laser, uma lâmpada, tal como uma lâmpada infravermelha, um dispositivo de soldagem ultrassônica e/ou um soprador de ar quente. O dispositivo de aquecimento (240) é de forma vantajosa montado no suporte (300) da mesa giratória (280) a ser girada junto com o dispositivo de enrolamento (220).

[083] O rolo de pressão (260) é disposto em torno da passagem central da mesa giratória (280), no ponto de contato entre a tira (22) e a camada de blindagem de tração externa (18b). O rolo de pressão (260) se destina a exercer pressão sobre a tira (22) durante o enrolamento em torno da camada de blindagem de tração externa (18b) para promover a ligação entre as voltas da tira (22).

[084] De acordo com uma forma de realização particular não mostrada, a estação (200) compreende uma pluralidade de bobinas (220) para depositar múltiplas tiras (22) de uma maneira sobreposta. O dispositivo de aquecimento (240) e o rolo de pressão (260) então asseguram uma conexão ótima entre cada tira (22).

[085] De acordo com uma forma de realização particular não mostrada, a estação (200) compreende ainda uma extrusora para formar a camada adicional (23) em torno da tira (22). De acordo com este modo, o dispositivo de aquecimento (240) e o rolo de pressão (260) permitem com vantagem melhorar a ligação entre a camada adicional (23) e a tira (22).

[086] A instalação de acordo com a invenção permite assim que o tubo flexível (10) seja fabricado continuamente sem interromper o processo de fabricação. De fato, a fabricação da camada externa (20) é realizada simultaneamente com a fabricação do par de camadas de blindagem de tração (18), uma vez que as estações de fabricação podem ser dispostas em linha.

Além disso, a estação de fabricação (220) para a camada externa (20) implementa meios de fabricação convencionais e não requer nenhum equipamento ou configuração especial.

[087] Um método para fabricar o tubo flexível (10) será agora descrito.

[088] De acordo com uma primeira etapa opcional, uma carcaça interna (12) é fornecida.

[089] O processo compreende a etapa (a) de formação da bainha de polímero interna (14) que forma a passagem para a circulação do fluido.

Compreende a extrusão da bainha interna (14) e o resfriamento da bainha interna (14).

[090] A bainha interna (14) é então movida para a estação de fabricação da abóbada de pressão (16). Os fios são enrolados de forma helicoidal em um passo curto ao redor da bainha interna (14) para formar a abóbada de pressão (16).

[091] Em seguida, o método compreende uma etapa (b) na qual o par de camadas de blindagem de tração (18) é formado. Em uma subetapa, a camada de blindagem de tração interna (18a) é formada pelo enrolamento helicoidal de uma pluralidade de fios em um passo longo. Em seguida, em uma subetapa adicional, a camada de blindagem de tração externa (18b) é formada pelo enrolamento helicoidal de uma pluralidade de fios em um ângulo oposto ao ângulo de hélice dos fios da camada de blindagem de tração interna (18a).

[092] Em uma etapa final (c), a camada externa (20) é formada.

Nesta etapa, a tira (22) é enrolada em hélice, de forma vantajosa com uma sobreposição entre as voltas. De forma vantajosa, a tira (22) é enrolada com um passo curto. De forma vantajosa, durante esta etapa, a tira (22) é aquecida.

O aquecimento é realizado antes ou depois de enrolar a tira (22) em torno da camada de blindagem de tração externa (18b). De preferência, a tira (22) é aquecida no ponto de contato entre a tira (22) e a camada de blindagem de tração externa (18b). De forma vantajosa, de acordo com esta etapa, a pressão é exercida na área de sobreposição entre as voltas da tira (22).

[093] De acordo com outra forma de realização, na etapa (c), a tira (22) é enrolada de forma helicoidal de forma que as voltas da tira (22) sejam unidas. A tira (22) é então aquecida com vantagem. Em seguida, uma camada adicional (23) é formada em torno da tira (22) por extrusão, por exemplo. De forma vantajosa, a pressão é aplicada à camada adicional (23) após a extrusão.

[094] De acordo com ainda outra forma de realização, na etapa (c), uma pluralidade de tiras (22) são enroladas de forma helicoidal. Em uma primeira subetapa, uma tira interna (22a) é enrolada em um passo curto com uma sobreposição entre as voltas. Em uma etapa posterior, uma tira central (22c) é enrolada com um passo curto. Em seguida, em uma etapa posterior, uma tira externa (22b) é enrolada com um passo curto.

[095] De acordo com uma forma de realização, antes da etapa (c), a tira (22) é submetida a uma etapa de calandragem. De preferência, a calandragem da tira (22) é realizada a uma temperatura superior à temperatura ambiente e inferior à temperatura de fusão da matriz polimérica (24). Por exemplo, a calandragem da tira (22) é realizada a 60 ºC, de preferência a 80 ºC. Isso melhora a resistência à temperatura da tira (22) e, portanto, da camada externa (20).

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES

1. TUBO FLEXÍVEL (10) PARA TRANSPORTAR UM FLUIDO EM UM AMBIENTE SUBMARINO, caracterizado por ter um eixo longitudinal (A) e compreender de dentro para fora do tubo (10): - uma bainha de polímero interna (14), para formar uma passagem para a circulação de fluido, - pelo menos um par de camadas de blindagem de tração (18), para reforçar o tubo flexível (10) contra forças axiais; - uma camada externa impermeável a líquidos (20), a bainha interna (14) e a camada externa (20) definindo um espaço anular no qual o pelo menos um par de camadas de blindagem de tração (18) está disposto; - a camada externa (20) tendo uma espessura entre 1/125 e 1/75 do diâmetro interno da camada externa (20) e compreendendo pelo menos uma tira enrolada de forma helicoidal (22) formando uma pluralidade de voltas, a tira (22) sendo feita de uma matriz polimérica (24) reforçada com uma pluralidade de elementos de reforço (26).

2. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela espessura da camada externa (20) estar entre 3 mm e 5 mm para um diâmetro interno da camada externa (20) entre 250 mm e 600 mm.

3. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelas voltas da tira (22) serem ligadas umas às outras.

4. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelas voltas da tira (22) apresentarem uma sobreposição.

5. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela tira (22) ser enrolada em um ângulo de hélice de valor absoluto entre 60º e 90º em relação ao eixo longitudinal (A) do tubo flexível (10).

6. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela camada externa (20) compreender uma pluralidade de tiras sobrepostas (22).

7. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por pelo menos duas tiras (22) serem cruzadas.

8. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelos elementos de reforço (26) serem fibras, tais como fibras orgânicas, fibras minerais ou fibras de metal.

9. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelos elementos de reforço (26) serem orientados em um ângulo de valor absoluto entre 0º e 40º em relação ao eixo longitudinal da tira (22).

10. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela matriz polimérica (24) ser selecionada entre materiais termoplásticos ou materiais termoplásticos elastoméricos ou materiais termoendurecíveis.

11. TUBO FLEXÍVEL (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelos elementos de reforço (26) estarem embutidos na matriz polimérica (24).

12. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM TUBO FLEXÍVEL (10) PARA TRANSPORTAR UM FLUIDO EM UM AMBIENTE SUBMARINO, caracterizado por compreender as seguintes etapas: (a) formar uma bainha de polímero interna (14) formando uma passagem para a circulação de fluido, (b) formar pelo menos um par de camadas de blindagem de tração (18), para reforçar o tubo flexível (10) contra forças axiais (c) enrolar de forma helicoidal uma tira (22) formando uma pluralidade de voltas, a tira (22) sendo feita de uma matriz polimérica (24) reforçada com uma pluralidade de elementos de reforço (26) para formar uma camada externa impermeável a compostos líquidos (20) com uma espessura entre 1/125 e 1/75 do diâmetro interno da camada externa (20), a camada externa (20) e a bainha interna (14) definindo um espaço anular no qual o pelo menos um par de camadas de blindagem de tração (18).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por na etapa (c) a tira (22) ser enrolada com uma sobreposição das voltas.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado por compreender uma etapa de ligação das voltas.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela etapa de ligação das voltas compreender uma subetapa de aquecimento da tira (22).

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado por compreender uma etapa em que é aplicada pressão sobre a tira (22).