BRPI0814812B1 - Método para ancorar tubos de aço de um umbilical submarino para um conjunto de terminação de dito umbilical submarino, e conjunto de terminação para um umbilical submarino - Google Patents
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Abstract
método para ancorar tubos de aço de um umbilical submarino para um conjunto de terminação de dito umbilical submarino, e conjunto de terminação para um umbilical submarino método de ancoragem de um ou mais componentes portadores de carga de uma estrutura submarina alongada, tal como uma tubulação flexível ou de umbilical, em uma terminação ou conexão de extremidade, compreendendo as etapas de: inserir dito(s) componente(s) transportador(es) de carga na ou através da cavidade ou espaço vazio dentro da terminação; e encher dita cavidade ou espaço vazio com um material de enchimento pelo que dito(s) componente(s) transportador(es) de carga são embutidos e ancorados na(o) mesma(o); em que dito material de enchimento compreende contas esferoidais.
Description
“MÉTODO PARA ANCORAR TUBOS DE AÇO DE UM UMBILICAL SUBMARINO PARA UM CONJUNTO DE TERMINAÇÃO DE DITO UMBILICAL SUBMARINO, E CONJUNTO DE TERMINAÇÃO PARA UM UMBILICAL SUBMARINO” [0001] A presente invenção refere-se a um método e aparelho para ancorar uma estrutura submarina alongada, tal como uma tubulação flexível, cabo ou de umbilical, em uma terminação ou conexão de extremidade, e também a um material de enchimento aperfeiçoado para ancorar componentes portadores de carga de dita estrutura submarina alongada em dita terminação.
[0002] Um umbilical consiste de um grupo de um ou mais tipos de elementos umbilicais ativos alongados, tais como cabos elétricos, cabos de fibra óptica e condutos transportadores de fluido, cabeados conjuntamente para flexibilidade e sobre-encapados e/ou providos com armação para resistência mecânica. Umbilicais são tipicamente usados para transmitir energia, sinais e fluidos (por exemplo, para injeção de fluido, energia hidráulica, liberação de gás, etc.) para e de uma instalação submarina. Os condutos de fluido principais usados para produzir umbilical são mangueiras termoplásticas e tubos de aço. A API (American Petroleum Institute) 17E Especificação para Umbilicais Submarinos, terceira edição, Julho de 2003, provê normas para o projeto e fabricação de tais umbilicais.
[0003] Um umbilical de tubo de aço é definido como um umbilical em que todos dos ou a maior parte dos elementos de umbilical alongados que compõem o umbilical são tubos de aço. Os tubos de aço e os outros elementos de umbilical alongados que constituem o umbilical são agrupados conjuntamente e enrolados em um padrão helicoidal. Exemplos de umbilical de tubo de aço são expostos nos documentos US 6472614, WO 93/17176 e GB 2316990, Tubos de aço não são permeáveis a gases. Eles são também capazes de resistir a cargas de instalação e cargas axiais em-serviço e altas pressões de ruptura externas; por conseguinte, o umbilical, com projeto judicioso, é capaz de resistir a cargas axiais sem requerer a adição de camadas de armadura de tração. É também possível aumentar ainda mais sua resistência axial por adição de aço interno ou barras compósitas dentro do feixe (por exemplo, ver US 6472614 e WO 2005/124213).
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2/16 [0004] Tubulações flexíveis são usadas na indústria fora da costa para transportar, sobre longas distâncias, um fluido que está sob pressão e possivelmente a uma alta temperatura, tal como gás, óleo, água ou outros fluidos. Tais tubos flexíveis geralmente cumprem com a norma: API 17J Especificação para Tubo Flexível Não Ligado (“Specification For Unbonded Flexible Pipe”), segunda edição, novembro de 1999. A construção de tubos não ligados consiste de camadas poliméricas e metálicas não ligadas, separadas, que permite o movimento relativo entre camadas.
[0005] A US 6102077 revela uma estrutura submarina alongada que combina as funções de um tubo flexível e de um umbilical. Esta estrutura compreende um tubo flexível central de grande diâmetro que é usado como uma linha de produção para transportar óleo ou gás, e uma pluralidade de tubos periféricos de pequeno diâmetro arranjados à maneira de hélice ou S/Z em torno de do tubo flexível central, ditos tubos periféricos sendo usados como linhas de serviço ou controle para injeção de fluido, injeção por elevação de gás, energia hidráulica ou liberação de gás. Tais estruturas são comercializadas pela Depositante sob a marca registrada ISU® (“Umbilical Submarino Integrado”) (Umbilical Submarino Integrado) e o identificador IPB (Feixe de Produção Integrado”) (Integrated Production Bundle).
[0006] A invenção tem como objetivo solucionar o problema de unir os componentes portadores de carga axiais da estrutura alongada com uma terminação ou conexão de extremidade. Os componentes portadores de carga axiais podem incluir:
- as camadas de armadura de tração para cabos, tubos flexíveis e alguns umbilicais;
- os tubos de aço de umbilicais de tubos de aço, ISU® e IPB;
- As barras de aço ou compósitas para aumentar a resistência de suporte de carga axial de umbilicais.
[0007] As cargas de tração axiais que atuam sobre o conjunto da estrutura submarina alongada e a terminação podem ser muito altas para muitas aplicações. A junta entre os componentes portadores de carga axiais e a terminação tem que ser
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3/16 provida suficientemente resistente para resistir a tais grandes cargas de tração axiais que atual sobe ela.
[0008] É conhecido, quando os componentes portadores de carga axiais são metálicos, soldar tais componentes diretamente a um anteparo provido na terminação. Todavia, o processo de soldagem é muito demorado, caro e intensivo em termos de trabalho, e pode causar dano nas camadas de polímero pelo calor a partir da soldagem, tal como encapamento elétrico e materiais de isolamento em torno dos condutores.
[0009] Além disso, esta solução não impede totalmente os deslocamentos radiais dos componentes portadores de carga dentro da terminação. Para superar este inconveniente, um aperfeiçoamento consiste em encher a terminação com um composto de solidificação difícil, tal como uma resina de epóxi. Nesta aplicação, o composto de solidificação difícil é usado para impedir retificação dos tubos, isto é, para impedir deslocamento radial dentro da terminação. Cargas de tração são transmitidas através dos tubos de aço para a placa de anteparo, à qual eles são soldados, assim a solidificação difícil do composto não tem que resistir às cargas axiais primárias.
[0010] Para evitar ou superar as desvantagens da solução por soldagem, é também conhecido modificar ou deformar a parte de extremidade de cada componente transportador de carga e então segurar ditas partes de extremidade em uma cavidade dentro da terminação enchida com um composto de solidificação difícil, de modo que ditas partes de extremidades são embutidas no composto de solidificação difícil.
[0011] A US 6412825 revela uma solução para unir as camadas de armadura de tração de um tubo flexível com uma conexão de extremidade, onde as camadas de armadura de tração são feitas com fios metálicos de aço retangulares e onde a parte de extremidade de cada fio metálico é torcida antes de ser embutida no composto de solidificação difícil.
[0012] A US 6161880 revela uma segunda solução similar para unir as camadas de armadura de tração, onde a parte de extremidade de cada fio metálico de aço é
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4/16 formada em formato de onda antes de ser embutida no composto de solidificação difícil.
[0013] A figura 2 da US 4640163 revela uma terceira solução similar para unir as camadas de armadura de tração de um umbilical com uma terminação, onde a parte de extremidade de cada fio metálico de aço é formada em formato de gancho antes de ser embutida no composto de solidificação difícil.
[0014] Todavia, essas soluções, baseadas em segurar os componentes portadores de carga na cavidade enchida com um composto de solidificação difícil, podem também superaquecer os componentes sensíveis a temperatura (tais como capas de polímero), especialmente para umbilicais ou tubos flexíveis de grande diâmetro onde a cavidade a ser cheia com um composto de solidificação difícil tem um grande volume, por causa da reação de cura exotérmica. Além disso, dificuldades em despejar grandes volumes de um tal composto de solidificação difícil podem induzir a defeitos, tais como entrada de bolhas de ar, com efeito prejudicial sobre a resistência de ancoragem. Uma outra desvantagem, no caso de grandes volumes, é a contração do composto de solidificação difícil durante a cura, que pode induzir tensões prejudiciais à terminação, e pode reduzir a capacidade dos compostos de solidificação difícil de resistir a carregamento de compressão e permitir o movimento do composto e/ou componente dentro da terminação.
[0015] A presente invenção tem como objetivo superar um ou mais desses problemas acima mencionados.
[0016] De acordo com um aspecto da presente invenção, é provido um método de ancoragem de um ou mais componentes portadores de carga de uma estrutura submarina alongada, tal como uma tubulação flexível ou de umbilical, em uma terminação ou conexão de extremidade, compreendendo as etapas de: inserir dito(s) componente(s) transportador(es) de carga na ou através da cavidade ou espaço vazio dentro da terminação; e encher dita cavidade ou espaço vazio com um material de enchimento pelo que dito(s) componente(s) transportador(es) de carga são embutidos e ancorados na(o) mesma(o);
[0017] em que dito material de enchimento compreende contas esferoidais.
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5/16 [0018] No presente pedido, contas esferoidais devem ser entendidas como corpos que têm um formato substancialmente esférico, o qual pode ou não pode ser perfeitamente redondo ou esférico, que podem ou não ter tamanhos e formatos uniformes, e que podem ser sólidos ou ocos; ou qualquer mistura ou combinação dos mesmos.
[0019] Preferivelmente o método compreende simultaneamente, contemporaneamente ou separadamente (como uma etapa separada) ocupar e/ou encher pelo menos alguns, preferivelmente a maioria, senão todos, dos espaços intersticiais entre as contas esferoidais na cavidade ou espaço vazio com um composto de solidificação difícil e subsequentemente endurecer dito composto. [0020] Em uma forma de concretização, o material de enchimento compreende as contas esferoidais e o composto de solidificação difícil.
[0021] O composto de solidificação difícil pode ser líquido ou, de outra maneira, que pode fluir ou se mover. Preferivelmente, o composto de solidificação difícil tem uma baixa viscosidade, e é capaz de fluir, opcionalmente com ou sob pressão, para se mover para dentro e/ou encher e/ou ocupar os espaços intersticiais.
[0022] O composto de solidificação difícil pode compreender um ou mais componentes, e exemplos incluem epóxi e resinas de poliéster, bem como outros compostos de solidificação difícil tendo uma menor resistência à compressão que vidro ou outros materiais cerâmicos. O composto de solidificação difícil pode também incluir ou não incluem um ou mais materiais sólidos.
[0023] Preferivelmente, o composto de solidificação difícil é uma resina de epóxi curável que é curada depois de ocupar os espaços intersticiais. Alternativamente, o composto de solidificação difícil pode compreender cimento ou qualquer outro material que tem propriedades mecânicas apropriadas.
[0024] Opcionalmente, o composto de solidificação difícil é injetado na cavidade ou espaço vazio, por exemplo através de uma ou mais portas de injeção ou outras aberturas, depois da colocação das contas esferoidais. O composto de solidificação difícil pode ser provido a partir de uma ou mais direções, preferivelmente incluindo a direção para cima através da cavidade ou espaço vazio, e opcionalmente sob
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6/16 pressão.
[0025] O método pode também compreender ocupar e/ou encher espaços intersticiais entre as contas esferoidais com um material de enchimento intersticial, tal como areia ou micro-contas esferoidais.
[0026] No presente pedido, micro-contas esferoidais deve ser entendidas como corpos que têm um formato similar ao das contas esferoidais, mas com dimensões muito menores. O tamanho relativamente pequeno das micro-contas esferoidais permite que elas ocupem e/ou preencham pelo menos alguns, preferivelmente pelo menos a maioria, senão todos, dos interstícios entre as contas esferoidais.
[0027] Em uma outra forma de concretização da presente invenção, o material de enchimento compreende as contas esferoidais, um composto de solidificação difícil e o material de enchimento intersticial.
[0028] O método pode compreender a outra etapa de configurar, formar ou modificar regiões de dito componentes portadores de carga dentro de dita cavidade ou espaço vazio para ancorar dito componentes dentro do material de enchimento e/ou para resistir melhor carregamento de tração.
[0029] Preferivelmente as contas esferoidais são de um diâmetro e forma substancialmente uniformes. As contas esferoidais podem ter um diâmetro de entre 0,1 mm e 11 mm, preferivelmente entre 1 mm e 5 mm. Em uma forma de concretização, as contas esferoidais têm um diâmetro entre 3,2 mm e 3,8 mm.
[0030] Preferivelmente, as micro-contas esferoidais são de um diâmetro e forma substancialmente uniformes. Preferivelmente, as micro-contas esferoidais têm um diâmetro menor que um décimo do diâmetro das contas esferoidais. Em uma primeira forma de concretização onde as contas esferoidais têm um diâmetro entre 3,2mm e 3,8mm, as micro-contas esferoidais podem tipicamente ter um diâmetro entre 0,1mm e 0,25mm. Em uma segunda forma de concretização onde as contas esferoidais têm um diâmetro em torno de 10 mm, as micro-contas esferoidais podem ter um diâmetro entre 0,5 mm e 1 mm.
[0031] Preferivelmente, as contas esferoidais são formadas de vidro ou material cerâmico.
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7/16 [0032] Preferivelmente, as micro-contas esferoidais são formadas de vidro ou material cerâmico.
[0033] Formas e tipos de vidro e material cerâmico capazes de formar contas esferoidais e/ou micro-contas esferoidais são conhecidos na arte.
[0034] Uma forma de concretização preferida da presente invenção compreende um método de ancoragem de um ou mais componentes portadores de carga de uma estrutura submarina alongada, tal como uma tubulação flexível ou de umbilical, em uma terminação ou conexão de extremidade de acordo com a qualquer reivindicação precedente, pelo menos compreendendo as etapas de;
[0035] inserir dito(s) componente(s) transportador(es) de carga na ou através da cavidade ou espaço vazio dentro da terminação; preparar um material de enchimento compreendendo contas esferoidais sólidas e um composto de solidificação difícil; encher dita cavidade ou espaço vazio com dito material de enchimento; e permitir que dito material de enchimento endureça de forma a embutir e ancorar dito(s) componente(s) transportador(es) de carga.
[0036] Preferivelmente, o método ainda compreende a adição de um material de enchimento intersticial na forma de micro-contas esferoidais e/ou areia, o material de enchimento compreendendo o material de enchimento intersticial, as contas esferoidais e o composto de solidificação difícil, sendo preparado e misturado antes de ser cheio em uma cavidade de terminação ou espaço vazio.
[0037] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um material de enchimento para ancorar um ou mais componentes portadores de carga de uma estrutura submarina alongada, tal como uma tubulação flexível ou de umbilical, em uma terminação ou conexão de extremidade, dito material de enchimento compreendendo uma pluralidade de contas esferoidais.
[0038] Preferivelmente as contas esferoidais são de um diâmetro e forma substancialmente uniformes. As contas esferoidais podem ter um diâmetro de entre
0,1 mm e 11 mm. Preferivelmente as contas esferoidais têm um diâmetro de entre 2 mm e 5 mm. Em uma forma de concretização, as contas esferoidais têm um diâmetro entre 3,2 mm e 3,8 mm.
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8/16 [0039] Preferivelmente as contas esferoidais são formadas de vidro ou material cerâmico.
[0040] Preferivelmente, o material de enchimento ainda compreende um composto de solidificação difícil capaz de ocupar e/ou encher pelo menos alguns, preferivelmente pelo menos a maioria, senão todos, dos espaços intersticiais entre as contas esferoidais. O composto de solidificação difícil pode compreender uma resina de epóxi. O material de enchimento pode ainda compreender um material de enchimento intersticial, tal como areia ou micro-contas esferoidais, capaz de encher e/ou ocupar os espaços intersticiais entre as contas esferoidais.
[0041] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é provido um conjunto de terminação para uma estrutura submarina alongada tendo uma pluralidade de componentes portadores de carga, dito conjunto de terminação compreendendo uma conexão de extremidade tendo um espaço vazio ou cavidade dentro de que ou através de que dita pluralidade de componentes portadores de carga passa, dito espaço vazio ou cavidade sendo cheio com um material de enchimento como definido aqui para ancorar dita pluralidade de componentes portadores de carga dentro de dita cavidade ou espaço vazio.
[0042] Formas de concretização preferidas da presente invenção serão agora descritas, a título de exemplo somente, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:
[0043] A figura 1 é uma vista de seção transversal esquemática da cavidade da terminação com três componentes portadores de carga da estrutura submarina passando através da mesma, pronta para enchimento com um material de enchimento de acordo com uma forma de concretização da presente invenção; [0044] A figura 2 é a terminação da figura 1 uma vez preenchida;
[0045] A figura 3 é uma vista em perspectiva de um material de enchimento de acordo com uma outra forma de concretização da presente invenção; e [0046] A figura 4 é um gráfico de tensão de compressão contra esforço de compressão, em comparação com um material de enchimento convencional presentemente aplicado para ancorar os componentes portadores de carga de um
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9/16 umbilical submarino na terminação, com materiais de enchimento de acordo com três formas de concretização preferidas da presente invenção.
[0047] Com referência aos desenhos, a figura 1 é uma vista de seção transversal esquemática de uma cavidade 20 de uma terminação 22 com três componentes portadores de carga 24 de uma estrutura submarina 26 passando através da mesma, pronta para enchimento com um material de enchimento de acordo com formas de concretização da presente invenção. A terminação 22 pode ter qualquer tamanho, formato ou projeto.
[0048] Em uma primeira forma de concretização da presente invenção, a realização de uma terminação de extremidade de umbilical “enchida seca”, é atingida pela introdução de um material de enchimento sólido, seco, que compreende, por exemplo, contas de vidro esferoidais 2 mostradas na figura 3 tendo um diâmetro de entre 3,3 mm e 3,8 mm, na cavidade 20 através de um número de portas 28.
[0049] No caso de uma estrutura submarina de umbilical de tubo de aço, não somente tubos de aço, mas também componentes sensíveis a temperatura, tais como cabos elétricos, cabos de fibra óptica ou mangueiras, podem passar através da cavidade 20. Preferivelmente, a terminação 22 é orientada horizontalmente e as contas de vidro esferoidais 2 são despejadas por gravidade através das portas de enchimento 28 ao longo da parte superior da terminação 22. Isto assegura uma alta percentagem de contato entre as contas de vidro esferoidais 2 e as faces transportadoras de carga dos componentes portadores de carga 24, melhorando assim a ancoragem e a resistência à tração.
[0050] Nesta primeira forma de concretização, um composto de solidificação difícil, por exemplo, uma resina de epóxi 4 na figura 3, é então infundida através do material de enchimento. Ela poderia ser injetada sob baixa pressão, a partir da parte inferior da terminação 22, para embutir e ancorar ditos componentes portadores de carga 24 na mesma. Um número de portas de injeção pode ser desejado e/ou requerido para impedir o desenvolvimento de bolsas de ar e aumentar a velocidade da injeção de resina.
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10/16 [0051] Em uma outra forma de concretização da invenção, é provido um método de inserir dito componentes portadores de carga 24 na cavidade 20, preparar um material de enchimento compreendendo contas esferoidais sólidas 2, um composto de solidificação difícil 4 e um material de enchimento intersticial 30, encher dita cavidade 20 através das portas 28 com dito material de enchimento, e permitir que o material de enchimento endureça totalmente de forma a embutir e ancorar dito componentes portadores de carga 24 na cavidade 20 da terminação 22. Assim, os componentes do material de enchimento são pré-misturados, e então permitidos que fluam para dentro da cavidade 20, opcionalmente sob pressão, para ocupar a cavidade 20. Desta maneira, o material de solidificação difícil 4 e o material de enchimento intersticial 30 já ocupam o espaço intersticial entre as contas esferoidais 2, e eles fluem para ocupar melhor e encher os espaços intersticiais quando o material de enchimento flui em torno dos componentes portadores de carga 24 na cavidade 20.
[0052] Este assim chamado método de enchimento úmido pode compreender um material de enchimento intersticial 30 na forma de micro-contas esferoidais e/ou areia, o material de enchimento, compreendendo dito material de enchimento intersticial 30, contas esferoidais 2 e o composto de solidificação difícil 4, sendo preparado e misturado antes de ser cheio em uma cavidade de terminação 20, [0053] A figura 2 mostra, apenas em uma maneira repetitiva, a cavidade 20 enchida com um material de enchimento intersticial 30, contas esferoidais 2 e um composto de solidificação difícil 4 (representado com linhas tracejadas). O número e natureza dos componentes mostrados na figura 2 são simplificados e exagerados para as finalidades de ilustrarão dos componentes de material de enchimento componentes mais claramente.
[0054] As características preferidas dos componentes (tais como a natureza e tamanho das contas e micro-contas, baixa viscosidade duma resina de solidificação difícil) do material de enchimento para o método de enchimento úmido são similares àquelas do material de enchimento que corresponde ao método de enchimento seco descrito acima.
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11/16 [0055] Para qualquer forma de concretização da presente invenção, uma resina de epóxi líquida preferivelmente compreende uma mistura de componentes líquidos, tipicamente uma resina líquida e um endurecedor líquido, sem a adição de qualquer enchimento sólido, tal como pós de coríndon ou quartzo, por exemplo. Isto reduz a viscosidade de uma resina líquida e permite assim facilidade de mistura, despejo, e injeção duma resina. Por esta razão, um endurecedor líquido deve ser preferido a um endurecedor em pó seco.
[0056] Quando da formulação de compostos para encher a cavidade de terminação, métodos convencionais têm favorecido aqueles que compreendem enchimentos configurados irregulares, tais como minerais esmagados, coríndon ou quartzo. A irregularidade e o acabamento de superfície não polida de tais enchimentos permitem que o composto de solidificação difícil engaje à superfície do enchimento, aumentado a capacidade do composto de solidificação difícil manter o enchimento em posição, quando carregado.
[0057] Em contraste, a presente invenção provê dentro da terminação contas de vidro esferoidais, configuradas regularmente, com superfície lisa, as quais provêem uma compactação consistente superior, e que criam espaços intersticiais entre as contas para facilitar a ocupação, e/ou transmissão e/ou difusão, de um composto de solidificação difícil, tal como uma resina de baixa viscosidade, através da matriz de contas (dita matriz de contas sendo também a matriz de enchimento no caso preferido em que uma resina líquida propriamente dita não compreende qualquer material de enchimento sólido).
[0058] Preferivelmente, o enchimento de uma terminação usando a presente invenção maximiza a percentagem de contas esferoidais na cavidade de terminação total. Isto assegura um melhor contato entre partícula-com-partícula (conta com conta) através de todo o material de enchimento, assistindo a dispersão de cargas compressivas através da matriz de contas de vidro com mínima transmissão de carga através do composto de solidificação difícil.
[0059] O método da presente invenção pode ser formulado em duas configurações:
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Método 1: somente contas esferoidais.
Método 2: mistura de contas esferoidais com um material de enchimento intersticial compreendendo micro-contas esferoidais e/ou areia.
[0060] O método 1 é de benefício em climas mais frios, enquanto o método 2 acomoda temperaturas ambientes mais altas por reduzir a percentagem total por volume de composto de solidificação difícil na matriz. Ambos os sistemas podem ser infundidos da mesma maneira e, uma vez curados, exibem propriedades mecânicas similares.
[0061] O material de enchimento intersticial usado no método 2 é de tamanho específico para ocupar e/ou ajustar-se através dos interstícios das contas esferoidais, enquanto permanece suficientemente grande para permitir a infusão e/ou co-ocupação de composto de solidificação difícil. Por exemplo, se o diâmetro das contas esferoidais for entre 3,3 mm e 3,8 mm, o tamanho de partícula do material de enchimento intersticial deve preferivelmente variar entre 0,15mm e 0,25mm. Material de enchimento intersticial compreendendo partículas que são demasiadamente pequenas pode formar tampões entre as contas de vidro, prejudicando ou impedindo a infusão.
[0062] Quando da ancoragem de um umbilical de tubo de aço em uma terminação, o método da presente invenção pode usar uma terminação de projeto similar àquele usado para os projetos correntes, com a inclusão de uma ou mais portas de injeção em torno da e/ou ao longo da terminação.
[0063] Para ajudar a ancorar componentes portadores de carga, tais como tubos de aço, no material de enchimento, e para assistir a resistir a cargas de tração, uma ou mais áreas de diâmetro localizado aumentado, tal como através de arruelas, ganchos, luvas ou colares 32, podem ocorrer ou ser seguras na circunferência externa dos componentes portadores de carga 24 em locais selecionados, possivelmente por soldagem, para definir faces de suporte sobre os tubos. Isto é exemplificado no WO 2008/037962 A1, incorporado aqui para referência. Tais colares 32, etc. não somente assistem a ancoragem mecânica entre os componentes portadores de carga 24 e o material de enchimento, mas também
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13/16 reduzem a quantidade de composto de solidificação difícil necessária, e, por conseguinte, reduzem qualquer temperatura exotérmica que ocorre na solidificação do mesmo, cujos benefícios são discutidos aqui.
[0064] Materiais de enchimento de acordo com a presente invenção têm mostrado resistência compressiva extremamente alta (baixo deslocamento devido à carga compressiva). A figura 4 mostra testes de compressão de diferentes materiais de enchimento.
[0065] A curva 8 é um exemplo de um resultado de teste de compressão de um material de enchimento provido de acordo com o método 1, e que consiste de uma mistura de contas de vidro esferoidais e resina de epóxi. A curva 10 é um exemplo de um resultado de teste de compressão de um material de enchimento provido de acordo com o método 2, e que consiste de uma mistura de contas de vidro esferoidais, resina de epóxi e micro-contas de vidro esferoidais.
[0066] A curva 12 é um exemplo de um resultado de teste de compressão de um material de enchimento provido de acordo com o método 2, e que consiste de uma mistura de contas de vidro esferoidais, resina de epóxi, e areia.
[0067] A linha 6 é um exemplo de um resultado de teste de compressão de um material de enchimento de acordo com um método convencional, que consiste de uma mistura de minerais finamente esmagados e resina de epóxi.
[0068] A figura 4 mostra que os módulos de elasticidade de compressão dos materiais de enchimento de acordo com formas de concretização da presente invenção são muito mais altos que o módulo da linha 6 do material de enchimento de acordo com um método convencional.
[0069] O módulo de elasticidade de compressão dos materiais de enchimento convencionais, à base de resinas de epóxi, é geralmente em torno de 10 GPa. O módulo de elasticidade de compressão de materiais de enchimento de acordo com as formas de concretização da presente invenção pode ser mais alto que 20 GPa. Esta capacidade de resistir melhor à compressão é devida às cargas serem dirigidas predominantemente através das contas de vidro esferoidais. A matriz de contas de vidro esferoidal impede a maioria das tensões de compressão; assim, as tensões
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14/16 aplicadas à resina de epóxi permanecem muito baixas.
[0070] Desta maneira, a matriz de contas de vidro atua como um componente transportador de carga, enquanto o composto de solidificação difícil é principalmente um material de ligação que não é capaz de impedir altas tensões compressivas. A presente invenção leva vantagem do vidro ou outros materiais cerâmicos que têm módulo de compressão significantemente mais alto e resistência à compressão final que os compostos de solidificação difícil, tais como resinas de epóxi. Poderia ser possível substituir uma resina de epóxi por resina de poliéster ou por qualquer outro composto de solidificação difícil que tem uma resistência à compressão muito menor que o vidro, sem fugir da presente invenção.
[0071] Os métodos de enchimento convencionais são baseados na introdução de somente um material de enchimento líquido em uma cavidade dentro de uma terminação seca, dito material de enchimento líquido consistindo de uma resina de solidificação difícil misturada com pequenas partículas de minerais esmagados configurados irregularmente. Em tais métodos, uma resina de solidificação difícil tem tanto funções de suporte de carga quanto de ligação. Para aumentar as capacidades de suporte de carga do material de enchimento, a quantidade de minerais sólidos esmagados em tais resinas foi aumentado para melhorar a resistência à compressão do material de enchimento. Todavia, isto também elevou a viscosidade do material de enchimento para um nível prejudicial, aumentado significantemente o risco de aprisionamento de ar ou bolhas de espaço oco e não do enchimento de toda a cavidade.
[0072] Na presente invenção, a substituição de pequenas partículas de minerais esmagados por contas de vidro substancialmente maiores tem inúmeras vantagens significantes. Em primeiro lugar, como discutido acima, aumenta as propriedades mecânicas benéficas do material de enchimento. em segundo lugar, reduz o volume total duma resina de solidificação difícil requerido para preencher uma terminação. Isto também reduz qualquer temperatura de reação exotérmica durante a polimerização de um composto de solidificação difícil, tal como uma resina. Em terceiro lugar, devido à geometria e ao tamanho das contas, torna-se mais favorável
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15/16 usar uma resina de baixa viscosidade, por exemplo um epóxi quase puro sem qualquer enchimento sólido, que permanece facilmente escoável, reduzindo assim o grau e/ou risco de não enchimento de toda a cavidade.
[0073] A adição de material de enchimento intersticial na forma de micro-contas esferoidais e/ou areia, isto é, o método 2 acima, pode também permitir outras reduções na temperatura de reação exotérmica da resina. micro-contas de vidro para uso na presente invenção têm um diâmetro muito menor que as contas de vidro, de forma que elas podem se posicionar dentro dos interstícios da matriz de contas. Caso contrário, esses interstícios seriam somente cheios com resina. Por exemplo, micro-contas de vidro que têm um diâmetro entre 0,15 mm e 0,25 mm são preferivelmente misturadas com contato de vidro de diâmetro entre 3,3 mm e 3,8 mm. Assim, a substituição da resina por micro-contas de vidro ainda reduz a percentagem, por volume, de resina no material de enchimento. Isto também reduz o custo por unidade de volume do material de enchimento. (micro-contas de vidro custam menos que resina, por unidade de volume).
[0074] A análise dos resultados mostrados na figura 4 confirma que a adição de micro-contas de vidro (a curva 10) melhora o módulo de elasticidade de compressão do material de enchimento, isto é, reduz deflexão por unidade de carga compressiva aplicada. Este desempenho mecânico melhorado é devido ao efeito de travamento das micro-contas de vidro entre as maiores contas de vidro, impedindo assim o movimento sob condições carregadas.
[0075] O método de enchimento e material de enchimento da presente invenção preferivelmente usam uma predeterminada composição por peso de contas de vidro esferoidais, micro-contas de vidro esferoidais e resina de solidificação difícil, a qual proporciona alto desempenho mecânico enquanto permanece prática em termos de mistura e manipulação.
[0076] Onde o enchimento intersticial é na forma de areia com alto grau de pureza em substituição às micro-contas de vidro esferoidais, o material de enchimento tem capacidades compressivas similares (a curva 12, a figura 4) para o material de enchimento com vidro micro-contas (a curva 10, a figura 4). O uso de um
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16/16 enchimento intersticial na forma de areia também provê resultados favoráveis e baixos custos em comparação com os compostos de resina correntemente usados. [0077] As vantagens da presente invenção sobre os métodos convencionais incluem:
- Redução da exotérmica máxima (calor excessivo produzido por uma resina de solidificação difícil durante sua reação química de reticulação), e assim redução do risco de danificar componentes sensíveis a temperatura, tais como encapamento de cabo e polímeros de isolamento;
- capacidade de controlar temperaturas exotérmicas máximas;
- facilidade de mistura /despejo/injeção, isto é, viscosidade reduzida;
- elevadas propriedades mecânicas sobre uma extensa faixa de temperaturas de operação (incluindo fluência reduzida a altas temperaturas); e /ou
- reduzida contração do material de enchimento durante resfriamento após a reação exotérmica;
[0078] Várias modificações e variações nas formas de concretização descritas da invenção serão aparentes para aqueles especializados na arte sem fugir do escopo da invenção como definida nas reivindicações anexas. Embora a invenção tenha sido descrita com respeito a específicas formas de concretização preferidas, deve ser entendido que a invenção como reivindicada não deve ser indevidamente limitada a tais formas de concretização específicas.
Claims (20)
- REIVINDICAÇÕES1. Método para ancorar tubos de aço (24) de um umbilical submarino (26) para um conjunto de terminação (22) de dito umbilical submarino, o método, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:inserir dito tubo de aço (24) na ou através da cavidade (20) dentro da terminação; e encher dita cavidade (20) com um composto de solidificação difícil (4) e uma pluralidade de contas tendo formato substancialmente esférico, em que ditos tubos de aço (24) são embutidos e ancorados na dita cavidade;em que cada conta tem um diâmetro de entre 0,1 mm e 11 mm; em que as contas são formadas de vidro ou material cerâmico; e em que as contas enchem a cavidade para formar uma compactação dentro da dita cavidade definida por uma matriz de contas na qual ditas contas estão em contato para dispersar cargas compressivas através da matriz de contas, ditas matriz de contas definindo espaços intersticiais entre ditas contas que são enchidas com dito composto de solidificação difícil.
- 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ocupar espaços intersticiais entre as contas esferoidais (2) com o composto de solidificação difícil (4) e subsequentemente endurecer dito composto.
- 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda areia ocupando os espaços intersticiais entre as contas.
- 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cavidade é enchida com um material de enchimento intersticial em adição as contas, e o composto de solidificação difícil.
- 5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a outra etapa de configurar, formar ou modificar regiões de dito(s) tubos de aço dentro de dita cavidade para ancorar dito tubos de aço dentro do composto de solidificação difícil.
- 6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as contas esferoidais (2) são de um diâmetro e forma uniformes.Petição 870190003797, de 14/01/2019, pág. 28/332/4
- 7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende encher os espaços intersticiais entre as contas com um material de enchimento intersticial (30) incluindo micro-contas de formato substancialmente esférico.
- 8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as contas esferoidais (2) têm um diâmetro de entre 3,2 mm e 3,8 mm.
- 9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os tubos de aço (24) se estendem para fora e longe de uma extremidade do umbilical submarino na cavidade.
- 10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ancorar compreende as etapas de inserir e encher.
- 11. Método de ancorar tubos de aço de um umbilical submarino para um conjunto de terminação de dito umbilical submarino, o método caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos as etapas de:inserir dito(s) tubos de aço na ou através da cavidade dentro da terminação;preparar um material de enchimento compreendendo contas sólidas tendo formato esférico e um composto de solidificação difícil;encher dita cavidade com dito material de enchimento; e permitir que dito material de enchimento endureça de forma a embutir e ancorar dito(s) tubos de aço, em que cada conta tem um diâmetro de entre 0,1 mm e 11 mm; em que as contas são formadas de vidro ou material cerâmico; e em que as contas enchem a cavidade para formar uma compactação dentro da dita cavidade definida por uma matriz de contas na qual ditas contas estão em contato para dispersar cargas compressivas através da matriz de contas, dita matriz de contas definindo espaços intersticiais entre ditas contas que são enchidas com dito composto de solidificação difícil.
- 12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a mistura de um material de enchimento intersticial na formaPetição 870190003797, de 14/01/2019, pág. 29/333/4 de micro-contas esferoidais e/ou areia com o material de enchimento, o material de enchimento compreendendo o material de enchimento intersticial, as contas e o composto de solidificação difícil, e encher o material de enchimento na cavidade de terminação.
- 13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os tubos de aço se estendem para fora e longe de uma extremidade do umbilical submarino na cavidade.
- 14. Conjunto de terminação para um umbilical submarino (26) recebendo uma pluralidade de tubos de aço (24), dito conjunto de terminação caracterizado pelo fato de que compreende uma conexão de extremidade tendo uma cavidade (20) posicionada e configurada para receber dita pluralidade de tubos de aço (24), material de enchimento compreendendo composto de solidificação difícil e uma pluralidade de contas tendo formato esférico e posicionados e configurados para ancorar dita pluralidade de tubos de aço dentro de dita cavidade, em que cada conta tem um diâmetro de entre 0,1 mm e 11 mm; em que as contas são formadas de vidro ou material cerâmico; e em que as contas enchem a cavidade para formar uma compactação dentro da dita cavidade definida por uma matriz de contas na qual ditas contas estão em contato para dispersar cargas compressivas através da matriz de contas, dita matriz de contas definindo espaços intersticiais entre ditas contas que são enchidas com dito composto de solidificação difícil.
- 15. Conjunto de terminação, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o diâmetro de cada conta está entre 2mm e 5mm.
- 16. Conjunto de terminação, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o composto de solidificação difícil compreende uma resina de epóxi.
- 17. Conjunto de terminação, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um material de enchimento intersticial ocupando os espaços intersticiais entre as contas.Petição 870190003797, de 14/01/2019, pág. 30/334/4
- 18. Conjunto de terminação, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o material de enchimento intersticial compreende areia ou micro-contas esferoidais.
- 19. Conjunto de terminação, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um colar seguro a uma periferia externa de cada tubo de aço de dita pluralidade de tubos de aço, e posicionada e configurada para aumentar a ancoragem mecânica de cada tubo de aço no material de enchimento.
- 20. Conjunto de terminação, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que um comprimento o colar é posicionado transverso a um comprimento de cada dos tubos de aço.
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