BRPI1104109B1

BRPI1104109B1 - método para moldar um tubular compósito e tubular compósito

Info

Publication number: BRPI1104109B1
Application number: BRPI1104109-9A
Authority: BR
Inventors: Karl A. Parfrey
Original assignee: Vetco Gray, Inc.
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2020-10-27
Also published as: AU2011236041A1; CN102563062A; GB201117508D0; MY156217A; SG180096A1; GB2484587A; BRPI1104109A2; NO340857B1; GB2484587B; NO20111386A1; US8679606B2; US20120094041A1; CN102563062B

Abstract

MÉTODO PARA MOLDAR UM TUBULAR DE COMPÓSITO 62, TUBULAR DE COMPÓSITO 62 E MÉTODO PARA MOLDAR UM TUBULAR DE PAREDE GROSSA 62. Trata-se de um método e aparelho para moldar um tubular 62 a partir de um material compósito. O material compósito inclui fibras 54, 56, 58 e resina epóxi 60 que são moldadas em camadas 52i que são enroladas em volta de um eixo geométrico para formar um membro anelar. As fibras 54, 56, 58 em cada camada são dispostas axial e circunferencialmente. As fibras orientadas axialmente 54, 56 são anguladas de aproximadamente 10° até aproximadamente 20° com respeito a um eixo geométrico do tubular 62. As fibras circunferenciais 58 são enroladas em camadas 52i variando de aproximadamente 60° na camada mais interna 521 até aproximadamente 90° na camada mais externa 52n. As fibras circunferenciais 58 nas camadas intermediárias 52Í+1 - n-1 são dispostas a ângulos crescentes com a distância para a camada mais interna 521. Mudar o alinhamento das fibras circunferenciais nas camadas sucessivas distribui melhor a tensão circunferencial através da parede do tubular 62 deste modo reduzindo as concentrações de tensão na camada mais interna 521.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se em geral a um método para moldar um membro de compósito. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método para moldar um membro tubular de parede espessa a partir de constituintes compostos. Ainda mais especificamente, a presente invenção refere-se a um método para projetar a sequência de empilhamento de laminado de um recipiente de pressão de compósito cilíndrico de parede espessa para melhorar a desempenho estrutural do recipiente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Recipientes tubulares e cilíndricos ou tubulares de pressão que tem paredes espessas são sujeitos a tensões em suas paredes que variam como uma função da posição radial dentro da espessura da parede. Um exemplo de como a tensão é distribuído pela parede de um recipiente de pressão cilíndrico de parede espessa é mostrado na Figura 1. Aqui, a ordenada representa a tensão do material e a abscissa representa a posição radial dentro da espessura da parede do recipiente de pressão. Como visto na Figura 1, a tensão máxima na parede é realizada no diâmetro interno da parede e a tensão cai exponencialmente quando se aproxima da parede externa, indicando que a maior parte da tensão se concentra dentro da parte mais interna da parede. Deste modo, recipientes de pressão cilíndricos de parede espessa estão substancialmente mais próximos do ponto de falha do material constituinte ao longo da parede interna do que da parede externa. Isto resulta em uma estrutura ineficiente conforme a espessura da parede é aumentada para lidar com uma pressão interna crescente. O material na região da parede interna é sobreutilizado e o material na região da parede externa é subutilizado. Adicionar material adicional ao diâmetro externo do recipiente de pressão aumenta o peso e custo da estrutura enquanto aumenta apenas de maneira marginal sua habilidade para conter a carga de pressão interna. Este efeito ineficiente se toma muito pronunciado quando a carga de pressão interna do recipiente sobe para uma fração significativa das resistências típicas do material, como é o caso em modernos equipamentos de gás e óleo de alta pressão.

[003] Recipientes de pressão ou tubulares podem ser construídos a partir materiais compósitos colocando um composto de fibras em um material matriz em volta de um mandril cilíndrico. Tipicamente, fibras feitas pelo homem tais como fibras de vidro, aram ida ou carbono são combinadas com uma matriz de polímero tal como uma resina epóxi. Após colocar o composto de fibras e a matriz em volta do mandril, o compósito é curado e em seguida a estrutura tubular resultante removida do mandril. O material compósito pode ser colocado em volta do mandril cilíndrico usando uma variedade de tecnologias; tais como enrolamento de filamento, colocação de fibra, entrelaçamento, pultrusão ou técnicas de enrolamento de atração, e envolvimento espiral; que têm sido usadas para criar estruturas cilíndricas ou tubulares de compósito.

[004] Um exemplo de sistema de enrolamento de filamento do estado da técnica é mostrado em uma vista esquemática na Figura 2. Neste exemplo, o sistema de enrolamento de filamento 10 inclui uma estrutura 12 na qual um mandril 14 é disposto horizontalmente. Um conjunto de porta bobinas 28 é mostrado equipado com uma série de carretéis ou bobinas 30 contendo filamentos 32 que são alimentados para o mandril 14. Estes filamentos 32 são tipicamente na forma de um fardo de diversos milhares de fibras secas coladas, referenciadas coletivamente como feixes. O mandril 14 é girado enquanto o conjunto de porta bobinas 28 vai e vem por todo o comprimento do trilho 26 e adjacente ao mandril rotativo 14, alimentando e enrolando os feixes 32 sobre o mandril 14 para criar camadas de material no mandril 14. Os feixes 32 são combinados com a matriz de polímero e usados para formar o compósito tubular 24. Os feixes 32 passam através de um banho de resina 38 antes de serem enrolados sobre o mandril 14 em que deste modo são impregnados com o material de matriz e formam o compósito. Controlando a relação da velocidade de rotação mandril 14 com a velocidade de reciprocação linear do conjunto de porta bobinas 28 os feixes 32 podem ser enrolados em volta do mandril em um ângulo helicoidal definido. O processo de enrolamento do filamento é capaz de produzir ângulos de fibra na amplitude de ±15° até aproximadamente +90° ou - 90°, quando medido relativo ao eixo do mandril cilíndrico. Em geral é esboçada uma distinção entre o enrolamento helicoidal e enrolamento de circunferencial. Em uma camada enrolada helicoidalmente o mandril gira enquanto o suporte de bobinas vai e vem repetidamente, eventualmente produzindo uma camada com 100% de cobertura composta de feixes entrelaçados orientados a dois ângulos complementares iguais e opostos ±0°. Em uma camada enrolada circunferencial no mandril enquanto o suporte de bobinas atravessa ao longo do mandril lentamente uma única vez, produzindo uma única camada enrolada circunferencial à aproximadamente +90° ou enrolada circunferencial a aproximadamente -90°, dependendo da direção do movimento do suporte de bobinas.

[005] Outros sistemas para formar recipientes e tubulares de compósitos incluem um sistema de posicionamento de fibra, um sistema de entrelaçamento, um sistema de pultrusão (ou enrolamento de atração), e um sistema de envolvimento espiral. O sistema de posicionamento de fibra (não mostrado) aplica fibras pré-impregnadas com resina sobre um mandril. Sistemas de entrelaçamento empregam dois ou mais transportadores, cada um com carretéis ou bobinas, que alimentam fibras dos carretéis sobre um mandril enquanto orbitam o mandril em direções opostas. Pultrusão puxa fibras secas através de uma matriz onde e resina é introduzida. Pultrusão pode ser combinada com sistemas de envolvimento ou trançamento de fibra. Sistemas de envolvimento rolam um mandril sobre uma folha pré-cortada de compósito de material impregnado, onde a folha é geralmente uma coleção de fibras que são tecidas ou unidirecionais.

[006] Na Figura 3 é mostrado em uma vista esquemática lateral de um exemplo de um tubular compósito do estado da técnica feito usando uma das técnicas do estado da técnica descritas acima. Uma série de camadas forma uma construção laminada do tubular. Cada uma das camadas individuais é tipicamente composta de fibras orientadas em uma única direção, ou fibras orientadas em duas direções complementares com ±0 positivo e negativo como produzido, por exemplo, filamento enrolado ou camada entrelaçada. A relação de ângulos de fibra em uma base camada por camada é referenciada como a sequência de empilhamento do laminado, e é descrita tipicamente em uma nomenclatura tal como ± 45° / (88° / -88° / ±15°) 12 / ± 45°. Este exemplo particular, se aplicado a um tubo fabricado pelo processo de enrolamento de filamento, deve descrever um tubo que compreende uma primeira camada de enrolamento helicoidal ±45°; seguida por uma série de 12 repetições de uma camada de enrolamento circunferencial +88°, uma camada de enrolamento circunferencial -88°, e uma camada de enrolamento helicoidal ±15°; em seguida terminando com uma camada de enrolamento helicoidal a ±45°.

[007] A sequência de empilhamento de laminado de uma estrutura de compósito é determinada tipicamente pelas cargas previstas para serem suportadas pela estrutura, bem como por considerações pragmáticas relativas à fabricabilidade e durabilidade da estrutura. Por exemplo, fibras alinhadas axialmente devem neutralizar cargas axiais em um recipiente ou tubular, e fibras enroladas circunferenciais devem neutralizar cargas radiais. Entretanto, como descrito abaixo obstáculos impedem fibras realmente de forma axial (ou seja, ~0°) e fibras realmente enroladas circunferenciais (ou seja, ~90°).

[008] Em um exemplo uma estrutura tubular sujeita apenas a cargas de compressão ou tensão axial devem em teoria determinar que as fibras sejam orientadas axialmente ao longo do eixo geométrico do tubo a um ângulo de 0o. Isto deve alinhar as fibras de reforço do material compósito com a direção do carregamento estrutural. Entretanto este ângulo não é alcançável pelo método de enrolamento de filamento; portanto se o tubo era para ser fabricado através de enrolamento de filamento helicoidal em vez disso devem ser usadas espirais a um ângulo realizável de porventura ± 15°. Embora as fibras nesta camada não sejam orientadas em uma direção realmente axial, esta camada ainda deve ser referenciada como uma camada "axial". Entretanto enrolamento de um ângulo helicoidal muito baixo tal como ± 15° apresenta problemas. Durante o processo de enrolamento de filamento é mantida uma pressão substancial nos feixes conforme os mesmos são enrolados em volta do mandril. Esta tensão do feixe, combinada com a curvatura do feixe quando o mesmo é enrolado em volta do mandril, puxa o feixe firmemente no mandril na direção radial. Isto ajuda com a consolidação das camadas do tubo, espremendo o excesso de resina e bolhas de ar entranhadas. Adicionalmente, a tensão do feixe impede a ondulação das fibras o que reduz a performance estrutural. Entretanto, o grande raio efetivo de curvatura dos feixes quando os mesmos são enrolados em volta do mandril a um ângulo raso de +15° resulta em uma baixa força de compactação e, portanto em má qualidade de Iam inação.

[009] Portanto um projeto real de tubo de filamento enrolado carregado axialmente também deve determinar que camadas adicionais sejam incluídas no laminado para ajudar na compactação do laminado. Camadas tipicamente enroladas circunferenciais devem ser interpostas entre as camadas axiais para compactar as camadas. Estas camadas enroladas circunferenciais também devem fornecer alguma durabilidade estrutural na direção da circunferência, evitando a separação axial do tubo se o mesmo for sujeito a uma carga de compressão ou flexão.

[010] Devido à primeira camada enrolada sobre o mandril ser uma camada enrolada circunferencial, as fibras circunferenciais enrolam e arranham quando o mandril é retirado do tubo. Assim, a primeira camada é feita frequentemente a um ângulo intermediário, tal como uma camada de +/- 45°. O enrolamento final no diâmetro externo do tubo também pode ser uma camada de ± 45° para promover resistência e durabilidade.

[011] Tipicamente a amplitude superior dos ângulos de fibra é de aproximadamente +/- 88°, embora menos do que 90° e não em uma verdadeira direção circunferencial, uma camada feita de fibras aplicada com estes valores ainda deve ser referenciada como uma camada "circunferencial". Adicionalmente, as mesmas condições de fabricabilidade e durabilidade como observadas acima devem determinar a inclusão de camadas adicionais com diferentes ângulos de fibras.

[012] Levando em consideração todos estes fatores uma tubular estrutura tipicamente de enrolamento de filamento pode utilizar a sequência de empilhamento de laminado da seguinte forma: ± 45° / (88°A / - 88°A/ ± 15°B)C / ± 45°. Os números A, B, e C são selecionados com respeito ao carregamento particular que é esperado que a estrutura tubular vá experimentar. A relação das camadas enroladas circunferenciais para as camadas axiais A:B é determinada pelas magnitudes relativas da pressão da estrutura tubular e cargas axiais, respectivamente. A quantidade de repetições de C dos grupos circunferencial / axial devem ser determinados pela espessura da parede exigida para suportar as cargas estruturais. Finalmente, o laminado começa e termina com camadas a 45° para melhorar a fabricabilidade e durabilidade.

[013] Para os propósitos da discussão neste documento, o laminado tubular acima na forma de ± 45° / (88°A / -88°A / ± 15°B)C / ± 45° é referenciado daqui em diante como o laminado "referência". Se o projeto referência design é fabricado por uma metodologia diferente não sujeita as mesmas limitações de ângulo de fibra que a metodologia de enrolamento de filamento, o laminado de referência pode ser generalizado para a forma ± 45° / (CIRCUNFERENCIALA / AXIALB)C / ± 45° onde CIRCUNFERENCIAL e AXIAL como representando camadas de material com fibras orientadas em uma direção predominantemente ou substancialmente circunferencial ou axial, respectivamente, como permitido pelas restrições da metodologia particular de fabricação.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[014] Neste documento é revelado um exemplo de um método para moldar um tubular compósito que inclui fornecer filamentos axiais e filamentos circunferenciais que são combinados com um material de matriz. Em uma modalidade exemplo, o método formar uma primeira camada anelar com filamentos axiais dispostas em ângulos de aproximadamente 10° até aproximadamente 20° de deslocamento a partir do eixo geométrico do tubular. Os filamentos circunferenciais podem ser dispostos em ângulos que variam de aproximadamente 45° até aproximadamente 65° de deslocamento a partir do eixo geométrico do tubular. Com cada camada sucessiva, o ângulo em que os filamentos circunferenciais são dispostos pode ser aumentado e o ângulo de disposição dos filamentos axiais pode variar ou permanecer substancialmente o mesmo.

[015] Também é revelado um laminado anelar que tem uma camada interna, camadas intermediárias que circunscrevem concentricamente a camada interna, uma camada externa que circunscreve a camada intermediária mais externa, filamentos axiais dentro de cada camada, filamentos circunferenciais dentro de cada camada, e um material de matriz impregnado dentro dos filamentos. Os filamentos axiais são dispostos na camada interna a um ângulo de aproximadamente 10° até aproximadamente 20° com respeito e um eixo geométrico do tubular, os filamentos circunferenciais são dispostos na camada interna a um ângulo com respeito a um eixo geométrico do tubular de modo que quando a pressão é aplicada a uma superfície interna do tubular e direcionada radialmente para fora a partir do eixo geométrico do tubular, a tensão circunferencial na camada externa é de pelo menos aproximadamente 20% da tensão circunferencial na camada interna.

[016] Também é revelado um método para moldar um tubular de parede espessa que inclui fornecer filamentos axiais e filamentos circunferenciais misturados com um material de matriz para produzir um compósito, moldando o compósito em um laminado anelar que compreende uma camada interna, camadas intermediárias que circunscrevem concentricamente a camada interna, uma camada externa que circunscreve a camada intermediária mais externa, angulando os filamentos axiais em cada camada à aproximadamente 10° até aproximadamente 20° de um eixo geométrico do tubular, angulando os filamentos circunferenciais na camada interna a aproximadamente 60° do eixo geométrico do tubular, angulando os filamentos circunferenciais na camada externa a aproximadamente 90° do eixo geométrico do tubular, e angulando os filamentos circunferenciais nas camadas intermediárias de mais do que aproximadamente 60° até aproximadamente 90° do eixo geométrico do tubular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017] A Figura 1 é um diagrama exemplificativo de tensão circunferencial com relação à espessura da parede.

[018] A Figura 2 é uma vista esquemática sistema de enrolamento de filamento do estado da técnica.

[019] A Figura 3 é uma vista esquemática lateral dos filamentos enrolados em um tubular compósito do estado da técnica.

[020] A Figura 4 é um exemplo de uma camada interna de um tubular compósito de acordo com a presente revelação.

[021] A Figura 5 é uma vista esquemática lateral de um tubular compósito moldado com um método revelado neste documento.

[022] A Figura 6 é um diagrama que ilustra a tensão circunferencial em relação à espessura da parede de um tubular compósito feito de acordo com a presente revelação.

[023] A Figura 7 é uma vista lateral de um exemplo de uso de um tubular compósito moldado de acordo com a presente revelação.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[024] O aparelho e método da presente revelação serão agora descritos daqui para frente mais completamente com referência às figuras em anexo nas quais as modalidades são mostradas. Este objeto da presente revelação pode, entretanto, ser incorporado de muitas formas diferentes e não deve ser interpretado com limitado às modalidades apresentadas neste documento; em vez disso, estas modalidades são fornecidas para que esta revelação seja minuciosa e completa, e transmita completamente o escopo da invenção para os técnicos no assunto. Números de referência semelhantes se referem a elementos semelhantes por todo o documento. Por conveniência na referência as figuras em anexo, termos direcionais são usados para referência e ilustração apenas. Por exemplo, os termos direcionais tais como "superior", "inferior", "acima", "abaixo", e assim por diante são usados para ilustrar uma localização relativa.

[025] Deve ser entendido que o objeto da presente revelação não é limitado aos detalhes exatos de construção, operação, materiais exatos, ou modalidades mostradas e descritas, uma vez que modificações e equivalentes ficarão evidentes para um técnico no assunto. Nos desenhos e especificação, foram reveladas modalidades ilustrativas do objeto da revelação e, embora sejam empregados termos específicos, os mesmos são usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não com o propósito de limitação. Consequentemente, o objeto da revelação é, portanto para ser limitado apenas pelo escopo das reivindicações em anexo.

[026] Com referência agora a Figura 4, um exemplo de uma camada mais interna, ou primeira camada 52, é ilustrado em uma vista esquemática lateral. Neste exemplo, a primeira camada 52 circunscreve um eixo geométrico Ax e é formada a partir de um compósito de filamentos axiais 54, 56, filamento enrolado circunferencial 58, e um material de matriz 60. Os filamentos enrolados circunferências 54, 56 são mostradas dispostos a um ângulo de deslocamento do eixo geométrico Ax. Ângulos de exemplo variam a partir de 0o e até aproximadamente +/- 20°. Opcionalmente, os ângulos podem variar de aproximadamente +/-10° até +/-17°, ou aproximadamente +/- 15°. O filamento enrolado circunferencial 58 da Figura 4 é mostrado a um ângulo menor do que 90°. O ângulo pode variar dependendo da aplicação do produto final e é estabelecido de modo que tensões circunferenciais dentro da parede de um tubular compósito são mais bem distribuídas através de todas as camadas que compõem a parede tubular. Exemplo de ângulos de filamento enrolado circunferencial 58i para a primeira camada 52i variam de +/- 30° até +/- 80°, opcionalmente, os ângulos podem variar de aproximadamente +/- 40° até aproximadamente +/- 70°, alternativamente, os ângulos podem variar de aproximadamente +/- 50° até aproximadamente +/- 65°, e podem incluir um ângulo de aproximadamente +/- 45°, +/- 50°, +/- 55°, +/- 60°, bem como +/- 65°. Além disso, os limites superiores e inferiores das amplitudes previamente identificadas podem ser intercambiados com outras amplitudes citadas a qualquer valor dentro destas amplitudes pode ser um ângulo em que o filamento enrolado circunferencial é disposto.

[027] A Figura 5 mostra um exemplo de um tubular compósito 62 moldado de acordo com o presente método. O tubular 62 inclui uma série de camadas 52i-n composta de camadas dos filamentos enrolados axialmente 54, 56, dos filamentos enrolados circunferenciais 58I-Í, e o material de matriz 60. Embora um único feixe de fibra ou fibra possa compor os filamentos enrolados circunferenciais 58I-Í; por clareza filamentos enrolados circunferenciais dentro de camadas diferentes recebem designações diferentes. Também é assinalado que a camada mais externa tem uma designação de "n" (ou seja, "n" camadas), e os filamentos enrolados circunferenciais na camada mais externa 52n tem uma designação de "i" (ou seja, "i" camadas de filamentos enrolados circunferenciais), em que os valores para i e n podem ou não ser iguais.

[028] Foi descoberto que a distribuição de tensão através de um compósito de parede espessa pode ser mais bem distribuído ao longo da parede variando a orientação de ângulo dos filamentos enrolados circunferenciais 58I-Í dentro das camadas específicas 52i-n ou camadas que compõem o tubular compósito 62. Assim, em um exemplo, um tubular compósito 62 deve ter uma camada mais interna, tal como a camada 52i da Figura 4 com um filamento enrolado circunferencial 58i a algum ângulo menor do que 90° para um eixo geométrico Ax do tubular e uma camada mais externa 52n que tem fibras enroladas circunferenciais 58i que são substancialmente normais ao eixo Ax do tubular 62. As camadas intermediárias 522 a 52n-i podem ter filamentos enrolados circunferenciais 582 a 58M dispostos a ângulos cujos valores variam de aproximadamente o ângulo de orientação do filamento enrolado circunferencial 581 na camada mais interna 521 e o ângulo de orientação do filamento enrolado circunferencial 58i na camada mais externa 52n. Em um exemplo, cada camada sucessiva da camada interna 52i até a camada mais externa 52n tem filamentos enrolados circunferenciais a ângulos maiores do que a camada interna adjacente.

[029] Um exemplo de ângulos que aumentam sucessivamente em filamentos enrolados circunferenciais 58i a 58n é ilustrado na Figura 5. Aqui, o filamento enrolado circunferencial mais interno 58i é ilustrado em uma linha tracejada, como são os filamentos 582, 583, e 58M. A diferença de ângulo dos filamentos enrolados circunferenciais 58i a 58i pode ser constante entre camadas adjacentes sucessivas 52u a 52v (em que v é maior do que u, e u pode variar de 1 a n-1 e v pode variar de 2 a n), pode mudar em etapas incrementais, ou pode variar exponencialmente com relação à espessura da parede de compósito. Opcionalmente, a diferença de ângulo entre filamentos enrolados circunferenciais 58i a 58i entre camadas adjacentes sucessivas 52x a 52y pode ser vista a partir de um estudo de otimização executado em um Sistema de Manuseio de Informação, tal como um processador ou computador com meio legível programável associado e/ou ser determinado iterativamente ou com um algoritmo.

[030] Em uma modalidade exemplo, um filamento enrolado circunferencial 58I-Í pode não ser incluído dentro de cada camada 52i a 52n, uma ou mais das camadas 52i a 52n pode ser feita de enrolamentos axiais 54, 56. Em ainda outra alternativa, as camadas mais interna e mais externa 52i, 52n podem ter enrolamentos intermediários com ângulos de fibra de +/- 45°. Em ainda outra modalidade exemplo, o tubular compósito 62 pode ter uma sequência de empilhamento de laminado de +/- 45° (+/- θ°x/ +/-AXIALY)N / +/- 45°. embora os valores X, Y, e N possam variar dependendo da aplicação particular, nesta modalidade exemplo os valores de θ aumentarão com valores crescentes de X. Em outra modalidade exemplo, o ângulo de fibra dos filamentos enrolados circunferenciais 58i a 58i podem alcançar o máximo entre a camada mais interna e mais externa 52i, 52n e a aproximadamente dois terços da distância da camada mais interna 52i. Nesta modalidade exemplo, o ângulo de fibra permanece substancialmente o mesmo a partir da posição de dois terços para a camada mais externa 52n.

[031] Um exemplo de uma distribuição de tensão através da parede de um tubular compósito é ilustrado de forma gráfica na Figura 6. Neste exemplo, a diferença entre a tensão nas paredes interna e externa é reduzida e maiores valores de tensão são experimentados ao longo das posições intermediárias dentro da parede. Isto resulta em uma plotagem de distribuição de tensão da Figura 6 sendo mais plana do que aquela da Figura 1, em que deste modo indica uma distribuição de tensão mais igual entre as paredes interna e externa do tubular compósito.

[032] Em um exemplo de uso de um tubular compósito 64, uma parte de um sistema de perfuração 66 é ilustrado na Figura 7 como tendo um elevador vertical 68 montado dentro de um conjunto de poço submarino 70. Preso a e paralelo ao elevador 68 estão os tubulares de compósito 62 formados a partir dos processos descritos acima. O conjunto de cabeça de poço submarino 70 é montado no solo submarino 72. É tirada vantagem pelo conjunto de cabeça de poço submarino 70 que emprega um tubular compósito 62 moldado como descrito neste documento. Por exemplo, o tubular compósito 62 pode ser usado em linhas de estrangulamento e de paralisação. Distribuir tensão circunferencial por toda a parede tubular pode diminuir a espessura da parede, até aproximadamente 30%. Uma vez que linhas de estrangulamento e de paralisação pode pesar mais do que elevadores de diâmetro maior 86 devido a sua grande espessura da parede, linhas mais fortes e mais leves são disponíveis usando o tubular compósito descrito neste documento. Linhas de peso reduzido podem aumentar a facilidade de manuseio de sistemas projetados atualmente bem como a segurança. Adicionalmente, os tubulares de compósito mais leves podem permitir operações de perfuração a profundidades previamente inatingíveis.

[033] Embora esta revelação discuta a invenção no contexto de condutos de fluido pressurizados tubulares usados em equipamentos de óleo e gás, a presente revelação não deve ser interpretada como limitada a um campo particular utilização. A invenção revelada neste documento refere-se a estruturas cilíndricas pressurizadas ou tubulares de compósito, que podem tomar a forma de condutos de fluido tubulares de extremidade aberta, ou a forma de recipientes de pressão cilíndricos de extremidade fechada.

[034] O presente sistema e método descritos neste documento, portanto, são bem adaptados para executar a obter os fins e vantagens mencionadas, bem como outras inerentes naqueles contextos. Embora a modalidade atualmente preferencial tenha sido apresentada por propósitos da revelação, existem várias mudanças nos detalhes dos procedimentos para alcançar os resultados desejados. Estas e outras modificações serão prontamente sugeridas elas próprias para os técnicos no assunto, e são entendidas como estando abrangidas dentro do espírito da presente invenção reveladas neste documento e do escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. MÉTODO PARA MOLDAR UM TUBULAR COMPÓSITO (62), sendo que o método compreende: - fornecer filamentos axiais (54) e filamentos circunferenciais (58) misturados com um material de matriz (60); - caracterizado pela formação de uma primeira camada anelar (52i) que compreende filamentos axiais (54) dispostos a um ângulo de 10° a 20° deslocado de um eixo geométrico do tubular (62) e filamentos circunferenciais (58) dispostos a um ângulo de 45° a 65° deslocado do eixo geométrico do tubular (62); e formar um laminado de camadas anelares sucessivas (52i+i- n) dispondo filamentos axiais (54) sobre uma das camadas subjacentes (52Í+I-n) a um ângulo de 10° a 20° deslocado do eixo geométrico do tubular (62) e dispondo filamentos circunferenciais (58) sobre uma das camadas subjacentes (52Í+I-n) a um ângulo de deslocamento do eixo geométrico do tubular (62) que excede o ângulo de deslocamento dos filamentos circunferenciais (58) dentro da camada subjacente (52Í-I).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo ângulo de deslocamento dos filamentos circunferenciais (58) tem um valor máximo de 90°.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelos filamentos circunferenciais (58) na primeira camada (52i) serem dispostos a um ângulo de deslocamento de 60°.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por quando uma tensão circunferencial é gerada em uma parede lateral do tubular (62), a tensão circunferencial em uma superfície externa do tubular (62) é de 30% da tensão circunferencial em uma superfície interna do tubular (62).

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo ângulo de deslocamento de filamentos circunferenciais (58) dentro das sucessivas camadas anelares (52i-n) aumentar sobre aquele de uma camada subjacente por uma quantidade de um ou mais de uma mesma quantidade, uma quantidade crescente, uma quantidade crescente linearmente, e uma quantidade crescente exponencialmente.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo tubular (62) compreender uma linha alongada usada para aplicações de estrangulamento e paralisação em um conjunto de cabeça de poço submarino.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelas etapas de formação de camadas compreendem enrolar os filamentos (54), (56), (58) em volta de um mandril (14).

8. TUBULAR COMPÓSITO (62), que compreende: uma camada interna (52i); camadas intermediárias (52Í+I - n-i) que circunscrevem concentricamente a camada interna (52i); uma camada externa (52n) que circunscreve camada intermediária mais externa (52n-i); caracterizado por filamentos axiais (54) dentro de cada camada (52i) que são dispostos na camada interna (52i) a um ângulo 10° a 20° com respeito a um eixo geométrico do tubular (62); filamentos circunferenciais (58) dentro de cada camada (52i) que são dispostos a um ângulo com respeito a um eixo geométrico do tubular (62) que aumenta com a proximidade da camada externa (52n); e um material de matriz (60) impregnado dentro dos filamentos (54), (58).

9. TUBULAR COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelos filamentos circunferenciais nas camadas intermediárias (52i+i -n-i) serem dispostos com respeito ao eixo geométrico do tubular (62) a ângulos maiores do que o ângulo de orientação dos filamentos circunferenciais (58) na camada interna (52i) até 90°.

10. TUBULAR COMPÓSITO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado por quando pressão é aplicada a uma superfície interna do tubular (62) e direcionada radialmente para fora a partir do eixo geométrico do tubular (62), a tensão circunferencial na camada externa (52n) é pelo menos 20% da tensão circunferencial na camada interna (52i).

11. TUBULAR COMPÓSITO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelos filamentos circunferenciais (58) na camada interna (52i) ficarem a um ângulo de pelo menos 50° com respeito ao eixo geométrico do tubular (62).

12. TUBULAR COMPÓSITO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelos filamentos circunferenciais (58) na camada externa (52n) ficarem a um ângulo de pelo menos 90° com respeito ao eixo geométrico do tubular (62).