ES2320780T3 - Conjunto tubular de preparado compuesto y metodo de formar el mismo. - Google Patents

Abstract

Un conjunto tubular de preparado compuesto, que comprende: un núcleo tubular (C) de material flexible conductor de fluidos que tiene una superficie curvada externa; un primer juego de una pluralidad de tiras superpuestas sustancialmente coextensivas de material de cinta (15), cuyo primer juego es lo suficientemente delgado y flexible como para doblarse a fin de adaptarse sustancialmente a la superficie curvada externa de dicho núcleo (C); y una primera lámina flexible (20) sustancialmente alrededor de dicho primer juego de tiras (15) para confinar conjuntamente a dichas tiras en la relación superpuesta.

Description

Conjunto tubular de preparado compuesto y método de formar el mismo.

El campo de la invención es el de las tuberías flexibles para conducir petróleo u otros fluidos bajo el agua o en tierra y al método de formar los mismos.

En el American Petroleum Institute documento API especificación 17J se describe una tubería flexible pegada convencional. Estos tipos de tubería se usan típicamente para la producción de servicios "dulces" y "amargos", incluídos servicios de exportación e inyección. Los fluidos transportados incluyen petróleo, gas, agua y productos químicos y gas de inyección. Una construcción típica está compuesta de una pluralidad de capas tubulares que comienzan con una carcasa de metal de enclavamiento y van seguidas de un tubo de forro para retener el fluido dentro de la tubería. Un refuerzo de blindaje de resistencia de zuncho en la dirección del ceñido es proporcionado por alambres metálicos helicoidales que pueden estar en varias capas y arrollados en direcciones helicoidales opuestas. Pueden usarse también capas adicionales, con una pieza extruída final de camisa para completar el conjunto, con un material tenaz resistente al desgaste.

Las patentes de EE. UU. números 5.261.462 y 5.435.867, ambas concedidas a Donald H. Wolfe, y otros, son ejemplos de tubería tubular compuesta de la técnica anterior. Esas patentes se refieren a estructuras tubulares con un tubo de plástico para el conductor de fluidos, que tiene una capa externa formada de tiras alternas arrolladas en espiral de preparado compuesto y elastómero. Se cree que las tuberías de preparado compuesto de la técnica anterior, tales como las descritas en las patentes anteriores, se han limitado a secciones comerciales relativamente cortas, en razón del método por el que se han hecho dichas estructuras tubulares.

Típicamente, las tuberías flexibles de preparado compuesto están formadas por arrollamientos de filamentos, lo que lleva consigo hacer girar la tubería al tiempo que se alimentan y mueven fibras impregnadas de resina desde bobinas de una parte a otra a todo lo largo de la tubería. Dicha técnica limita la longitud de la tubería flexible reforzada que puede fabricarse debido a la cantidad de bobinas requerida por la gran cantidad de fibras que se usan en cada pasada. Como cuestión práctica, no se sabía cómo hacer secciones relativamente largas de tubería de preparado compuesto suficientes para uso en bajo el agua debido a dicho problema.

En máquinas de una sola bobina, el tiempo de descarga y recarga es función del tiempo empleado para enfilar cada extremo de las fibras, el número de bobinas y el tiempo requerido para sustituir cada bobina. Asimismo, debido a los requisitos de carga útil del material, una máquina del tipo de una sola bobina requerirá que cada extremo se desplace cierta distancia desde su bobina sobre rodillos, roldanas, ojetes, etc., a través de la máquina hasta el punto de cierre sobre el tubo, originando así una tarea que lleva mucho tiempo. Debido a los cientos, e incluso miles, de bobinas, serían requeridas máquinas extremadamente grandes para fabricar tubería reforzada de preparado compuesto en secciones largas por dichos ramos de la técnica anterior; por consiguiente, la industria no ha podido obtener tuberías flexibles de preparado compuesto en largas secciones adecuadas para producción bajo el agua y operaciones de perforación de pozos. Haces de múltiples fibras tampoco son prácticos para secciones largas de tubería debido a los tiempos de carga de fibras requeridos.

En la patente de EE. UU. número 5.445.191 se describe un ejemplo de un tubo de preparado compuesto conocido con refuerzo que comprende hebras helicoidalmente arrolladas. Esta patente se refiere a una manguera para frenos hidráulicos que tiene un tubo de núcleo reforzado con capas trenzadas que comprenden hilo de fibras helicoidalmente arrollado.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un conjunto tubular de preparado compuesto, que comprende:

un núcleo tubular de material flexible conductor de fluidos que tiene una superficie externa curvada;

un primer juego de una pluralidad de tiras superpuestas sustancialmente coextensivas de material de cinta, cuyo primer juego es lo suficientemente delgado y flexible como para doblarse para adaptarse sustancialmente a la superficie externa curvada de dicho núcleo; y

una primera lámina flexible sustancialmente alrededor de dicho primer juego de tiras para confinar conjuntamente a dichas tiras en la relación superpuesta.

Con la presente invención, primero se forman cintas discretas a partir de las fibras y la resina o materiales similares, de manera que las cintas pueden enrollarse sobre carretes, lo que reduce el número de bobinas requerido en comparación con el número de bobinas querido para filamentos de una sola fibra, con lo que es posible fabricar largas secciones de tubería flexible de preparado compuesto. Las cintas se forman inicialmente y luego se alimentan desde carretes de cinta en lugar de desde bobinas de fibras en la técnica anterior. Asimismo, cada cinta está preferiblemente compuesta de una pluralidad de tiras de cinta delgadas superpuestas formadas predominantemente de fibras unidireccionales que están impregnadas de una resina epoxídica u otra resina de unión adecuada que se cura con calor, frío, rayos ultravioleta (UV) u otros métodos de curado. Las cintas de múltiples capas se envuelven con un polipropileno o plástico similar o tira metálica delgada o son cubiertas por extrusión de termoplástico para confinarlas juntas como una unidad, impidiéndose que el adhesivo de unión entre las tiras de cinta se escape desde la envoltura. Cada cinta así hecha puede alimentarse desde un carrete de cinta al núcleo tubular a medida que el núcleo tubular es hecho girar, o a medida que los carretes son hechos girar con relación al núcleo lo que reduce las envolturas helicoidales de cada una de las cintas sobre el núcleo tubular en las mismas o en direcciones helicoidales opuestas para refuerzo del núcleo.

La figura 1 es una vista isométrica de una disposición típica de fibras para la cinta de esta invención;

La figura 2 es una vista de las fibras de la figura 1 empotradas en una resina tal como una resina epoxídica;

La figura 3 es una vista en sección transversal de la cinta final que tiene una pluralidad de cintas de fibras estratificadas junto con un material termoplástico o elastomérico para formar una cinta de preparado compuesto como una unidad;

La figura 4 es una ilustración esquemática de un método de esta invención que muestra el método y el aparato para fabricar las cintas de fibras impregnadas de resina de esta invención; y

La figura 5 es una vista isométrica de una tubería fabricada de acuerdo con esta invención, que muestra la disposición de las cintas helicoidalmente arrolladas sobre el núcleo o tubo conductor de fluidos.

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Haciendo ahora referencia a la figura 1, se muestra una tira de cinta de fibras premontadas que está formada de una pluralidad de fibras 11 que se extienden paralelas entre sí en la dirección de urdimbre que es la dirección principal de la cinta. Esas fibras están hechas de fibra de vidrio, Kevlar, carbono o materiales similares. Las fibras 12 están dispuestas perpendiculares a las fibras 11 y se extienden debajo de las mismas y típicamente se unen entre sí con una puntada en el proceso de fabricación y montaje. Tales fibras 12 están en la dirección de trama a través de la tira de cinta. Preferiblemente, la mayor parte de la resistencia de la tira de cinta es proporcionada en la dirección de las fibras 11, y en algunos casos cada tira de cinta puede estar formada únicamente de fibras de urdimbre 11. Asimismo, entre las tiras de fibras en cada estratificado 15 o por fuera de las mismas pueden usarse tiras de metal delgado de acero, aluminio u otro metal, estando algunas perforadas.

La matriz de fibras formada de las fibras 11 y 12 puede formarse separadamente e impregnarse después de una resina, tal como una resina epoxídica, o la matriz de fibras puede hacerse en la misma máquina que impregna tales fibras con la resina.

La figura 2 es una ilustración de la tira de cinta T de esta invención, una forma de la cual se hace impregnando las fibras 11 y 12 de una resina epoxídica o similar para formar un solo estratificado 15. Los estratificados necesitan ser lo más delgados posible para reducir los esfuerzos en ellos cuando sean doblados sobre una superficie de tubería. Típicamente, el grosor de cada capa de estratificado es de aproximadamente 0,25 mm a aproximadamente 0,76 mm (0,010'' a 0,030''). Esto es un compromiso entre (a) una cinta muy delgada que proporciona un proceso de fabricación muy eficaz pero largo, y (b) una cinta más gruesa que es menos eficaz (más esfuerzos) pero que requiere menos tiempo de producción.

Cada estratificado 15, que es formado según esta invención, es una cinta separada T. Se superpone una pluralidad de tales cintas T unas sobre otras como se muestra en la figura 3 y, como se explicará, se unen entre sí mediante un adhesivo que puede ser inicialmente un material epoxídico o resina sin curar entre las cintas T que se cura más tarde durante o después de que se envuelvan las cintas A sobre el núcleo C. Una vez que se cura el adhesivo entre las cintas, el producto global de estratificados A adopta el radio con que fue doblado. Esto sucede a causa de que las cintas 15 se deslizan unas sobre otras y luego, cuando se cura el adhesivo, no pueden deslizarse.

En la figura 3, la cinta acabada A se muestra en sección transversal esquemáticamente con las fibras de urdimbre 11 dejadas al descubierto en los extremos, y la resina epoxídica impregnando y uniendo las múltiples cintas dentro de la cinta final T. Las fibras de trama no se muestran en la figura 3 a causa de que se extienden a través de la figura 3 justamente detrás de la línea de corte para la figura 3.

Una camisa protectora externa 20 de nilón, polietileno o material termoplástico o elastomérico flexible similar rodea las cintas superpuestas T y encierra el adhesivo entre tales cintas T de manera que no se escapa nada de adhesivo sin curar desde la camisa 20 durante el curado.

En la figura 3 se ilustra una disposición típica para formar la cinta final A por medio del equipo esquemáticamente mostrado en la figura 4.

A título de ejemplo, los estratificados 15 o cintas T se disponen en una relación superpuesta y se alimentan a través de rodillos exprimidores 25. Antes de llegar a los rodillos exprimidores 25, las cintas T se separan de manera que se aplica adhesivo en forma de una resina o similar entre las cintas T con cualquier tipo adecuado de aplicador 27 o pulverizador que suministra adhesivo o resina desde un inyector 28 y un colector 29 adecuadamente conectados al aplicador 27.

Unos rodillos de guía 35 sirven para mantener las cintas T en una alineación superpuesta entre sí.

Por último, un carrete giratorio 37, que tiene sobre él una tira para envolver 39 de polietileno, nilón o material termoplástico o elastomérico flexible similar se coloca para alimentar una envoltura helicoidal de la tira 39 a fin de formar una camisa protectora 20 haciendo girar el cabezal 37 del carrete. Dicha camisa protectora 20 es formada así por la cinta 39 que es pasada alrededor de las cintas T para formar el producto final de múltiples capas A mostrado en sección transversal en la figura 3. En lugar de las envolturas helicoidales 39, una envoltura de "cigarrillo" puede ser formada por una tira longitudinal que se extiende a lo largo de la cinta T, y que es plegada para extenderse parcial o totalmente alrededor o sustancialmente alrededor de la cinta T. La envoltura helicoidal 39 puede preferiblemente ser pasada luego fuera de la envoltura de cigarrillo para completar el producto A.

Haciendo ahora referencia a la figura 5, se ilustra una construcción de tubería sencilla para mostrar el uso de la cinta A para reforzar un núcleo o tubo interno C que está formado de un material flexible conductor de fluidos tal como polipropileno flexible o metal que es lo suficientemente grueso como para tener cierta rigidez pero lo suficientemente delgado como para ser todavía flexible sin deformación o aplastamiento importante. Una capa antiabrasiva B de polietileno relativamente delgado o similar está preferiblemente dispuesta entre las envolturas helicoidales de las cintas A para proporcionar antiabrasión entre dos capas de las envolturas helicoidales. Aunque las envolturas de las cintas A se muestran como envolturas helicoidales opuestas, la invención no se limita a las mismas. Por ejemplo, la construcción puede tener dos o más envolturas con un tendido a izquierdas, y dos o más con un tendido a derechas, y luego dos o más con un tendido a izquierdas.

Se hace observar que las cintas A están en una relación sin unión con el núcleo o tubo C y entre sí de manera que, cuando el núcleo o tubo C se flexiona durante el uso, las cintas A pueden deslizarse en un grado limitado con relación al núcleo o tubo C y entre sí para permitir la flexión de todo el conjunto. Adicionalmente, se hace observar que hay pequeños huecos o espacios helicoidales 40 entre cada una de las cintas A para proporcionar un movimiento relativo limitado de las cintas A con respecto al núcleo o tubo C y entre sí para flexibilidad cuando se flexiona el núcleo o tubo C.

La exposición y descripción anteriores de la invención son ilustrativas y explicativas de la misma, y pueden hacerse diversos cambios en los detalles del aparato y construcción y método de funcionamiento ilustrados sin apartarse del espíritu de la invención.

Claims (5)

1. Un conjunto tubular de preparado compuesto, que comprende: un núcleo tubular (C) de material flexible conductor de fluidos que tiene una superficie curvada externa; un primer juego de una pluralidad de tiras superpuestas sustancialmente coextensivas de material de cinta (15), cuyo primer juego es lo suficientemente delgado y flexible como para doblarse a fin de adaptarse sustancialmente a la superficie curvada externa de dicho núcleo (C); y una primera lámina flexible (20) sustancialmente alrededor de dicho primer juego de tiras (15) para confinar conjuntamente a dichas tiras en la relación superpuesta.

2. La estructura de la reivindicación 1, que incluye: un segundo juego de una pluralidad de tiras superpuestas sustancialmente coextensivas de material de cinta (15), cuyo segundo juego es lo suficientemente delgado y flexible como para doblase a fin de adaptarse sustancialmente a la superficie externa curvada de dicho núcleo (C); y una segunda lámina flexible (20) separada de dicha primera lámina (20) sustancialmente alrededor de dicho segundo grupo de tiras (15) para confinar conjuntamente dichas tiras (15) de dicho segundo juego en una relación superpuesta, cuya segunda lámina (20) está en contacto al menos parcialmente sin unión con dicha primera lámina (20) para proporcionar un movimiento relativo deslizante limitado entre ellas al flexionarse dicho núcleo tubular (C).

3. El conjunto tubular de preparado compuesto de la reivindicación 1, en el que dichas tiras (15) no son metálicas, e incluye un adhesivo entre dichas tiras (15) para unir entre sí dichas tiras (15).

4. El conjunto tubular de preparado compuesto de la reivindicación 2, en el que: dichas tiras (15) de dicho primer juego y de dicho segundo juego no son metálicas; y un adhesivo entre dichas tiras (15) de dicho primer juego y de dicho segundo juego une entre sí por separado dichas tiras (15) en cada uno de dichos juegos.

5. El conjunto tubular de preparado compuesto de cualquier reivindicación precedente, en el que dicha primera lámina (20) está en contacto sin unión con dicho núcleo (C) para proporcionar movimiento deslizante relativo limitado entre ellos al flexionarse dicho núcleo (C).