MXPA05011885A - Sistema de superaislamiento que soporta carga de peso ligero y compacto. - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema de superaislamiento de peso ligero y compacto, que tambien es capaz de soportar un alto nivel de carga compresiva. El sistema utiliza separadores para proporcionar soporte estructural y utiliza la deformacion controlada de una pelicula externa protectora delgada soportada por los separadores, para formar superficies catenarias fuertes para proteger el material de aislamiento que esta debajo. Los separadores pueden comprender un aerogel o un aerogel puede proporcionar un aislamiento separado del separador, aunque este contenido dentro de la pelicula externa delgada. El sistema sera util para el manejo termico de una variedad de estructuras debajo del agua profunda, tales como aparatos tubo en tubo, tubos ascendentes y arboles submarinos para exploracion de petroleo y gas en agua ultraprofunda.

Description

SISTEMA DE SUPERAISLAMIENTO QUE SOPORTA CARGA DE PESO LIGERO Y COMPACTO ANTECEDENTES En la exploración de petróleo y gas en aguas profundas y ultraprofundas , el petróleo crudo o el gas se extrae debajo del lecho marino vía un sistema de tuberías hacia la superficie del agua. Es importante mantener la temperatura del petróleo crudo o el gas caliente que fluye en la tubería por de arriba aproximadamente 30-50 °C, dependiendo de la composición de los hidrocarburos (por ejemplo, petróleo crudo o gas natural). El mantener una temperatura en este intervalo evita las restricciones de flujo o atascamiento debido a la formación de hidratos o ceras, lo cual puede ocurrir vía enfriamiento del petróleo crudo o el gas por el agua fría, conforme los hidrocarburos fluyen desde el pozo por debajo del agua hacia la planta de producción en la superficie. También, si el pozo debe taparse para el mantenimiento debido a un clima inclemente, es altamente deseable mantener la temperatura de los hidrocarburos dentro del tubo y otras partes de los sistemas de tubería (por ejemplo, un árbol de Navidad o un árbol subterráneo, tubos ascendentes, etc.), por encima de la temperatura de precipitación durante tanto tiempo como sea posible para reducir al mínimo o evitar los procesos de desatascamiento caros que consumen tiempo antes de reanudar la operación de bombeo. Estos son los llamados requisitos de aseguramiento de flujo para la configuración tubo en tubo debajo del agua. La configuración tubo en tubo ha sido el método tradicional de elección para satisfacer los requisitos de aseguramiento del flujo en la exploración en aguas profundas. La configuración utiliza dos tubos concéntricos gruesos; es decir, el tubo interno (linea de flujo o tubo de flujo) y el tubo externo (tubo portador) . La linea de flujo transporta el hidrocarburo que sale del pozo a alta temperatura (por ejemplo, 60-300°C) , y a alta presión [por ejemplo, hasta aproximadamente 70 MPa (10,000 psi) ] . El tubo portador está diseñado (independiente a la linea de flujo) para soportar la presión hidrostática externa que se incrementa proporcionalmente con la profundidad [por ejemplo, aproximadamente 28 MPa (4000 psi) a 2800 m] . En el anillo entre los dos tubos, se instalan separadores de anillo partido (también referidos como "centralizadores") , que están hechos de un material que tiene una conductividad relativamente baja (por ejemplo, una poliamida) a intervalos regulares (por ejemplo, a intervalos de 1.2 m) . Los separadores actúan como una guia durante la inserción del tubo interno en el tubo externo; cada tubo puede ser de 1 ó 2 km de longitud. Los separadores también se diseñan para ayudar a mantener el hueco anular entre los dos tubos concéntricos cuando el aparato tubo en tubo se flexiona para enrollarlo en un carrete o cuando se flexiona después de la instalación. En el espacio anular entre los separadores, el material de aislamiento se enrolla alrededor de la línea de flujo. El material de aislamiento puede ser, por ejemplo, espuma de uretano que tiene una conductividad térmica de 24 mW/m-K y mayor o un producto de sílice ahumado empacado al vacío con una conductividad térmica de 21 mW/m-K. En algunos escenarios, la temperatura del petróleo crudo que sale del pozo, es de únicamente 60°C, lo cual no es muy caliente, como es el caso de la costa de Angola. Como una consecuencia de esta temperatura relativamente baja, se necesita un nivel de aislamiento mucho mayor para evitar la formación de hidratos debido al enfriamiento. También, conforme los depósitos de petróleo recuperable y de gas en el fondo del mar poco profundo se agotan, los pozos deben perforarse en aguas cada vez más profundas. El diseño tubo en tubo actual, aunque es aceptable por debajo de una profundidad de 1000 m, encuentra severos obstáculos cuando el campo debajo del agua está a más profundidad de 1000 m, como se describe a continuación. Conforme la profundidad del pozo se incrementa, tienen que superarse los siguientes obstáculos y problemas técnicos. Como un punto de inicio, las características de los hidrocarburos se vuelven más propensas a formar ceras o hidratos. Adicionalmente, puesto que las distancias entre los pozos más profundos y la planta de producción en la plataforma de la superficie se incrementan de manera significativa, el valor total de la transferencia de calor (OHT o Overall Heat Transfer) del aparato tubo en tubo debe reducirse ordinariamente a valores muy bajos, tales como 0.5 W/m2-°C con un requisito de aislamiento transitorio menor que 30°C en 16 horas, para evitar el sobreenfriamiento de los hidrocarburos recuperados. La proporción de un aparato tubo en tubo con este valor de OHT muy bajo, necesitaría ordinariamente incrementar de manera significativa el espesor del aislamiento, lo cual a su vez, incrementaría el diámetro interno del tubo portador requerido para acomodar el aislamiento adicional contenido dentro del tubo portador . Conforme el diámetro interno del tubo portador se incrementa, el espesor de la pared del tubo portador que se necesita para soportar una presión externa fija en este contexto, se incrementa como una función aproximadamente proporcional del incremento en el diámetro exterior del tubo portador. Además, conforme se incrementa la profundidad, la presión externa que actúa sobre el tubo portador de incrementa como una función lineal de la profundidad. Por cada 10.33 m de profundidad del agua, la presión se incrementa por 1 atm (100 kPa) . A 2500 m, la presión hidrostática alcanza aproximadamente 25 Mpa (3560 psi) . El espesor de la pared del tubo portador se incrementa aproximadamente de manera proporcional con un incremento en la presión hidrostática para un radio interno dado. Por lo tanto, la pared del tubo portador se fabrica con espesores que se incrementan conforme la presión, para el uso pretendido se incrementa, lo cual causa un incremento adicional en el diámetro exterior del tubo portador, conforme se incrementa la profundidad de uso pretendida . Conforme el tubo portador se hace más grande el diámetro y en espesor, resultan las siguientes desventajas. Primero, el peso del aparato tubo en tubo se incrementa de manera brusca, incrementándose aproximadamente de manera proporcional con el cuadrado del espesor de la pared y linealmente con el diámetro medio. Segundo, el costo del material se incrementa conforme la cantidad de acero y aislamiento se incrementa. Tercero, se necesita un trabajo adicional y equipo más pesado para producir el aparato tubo en tubo. Cuarto, se necesita equipo más pesado para enrollar el aparato tubo en tubo en un carrete y también para instalar el aparato tubo en tubo; el equipo que se utiliza actualmente, puede necesitar reforzarse y hacerse más resistente (a un nivel significativo de gastos de capital) , para manejar los tubos mucho más pesados que se requerirían para profundidades de 2500 m y más profundas. Quinto, el peso sumergido de los tubos puede volverse demasiado pesado para las torres de perforación o los barcos utilizados actualmente para manejar la carga y mantenerla estable en mares picados; el exceso de peso de los tubos necesita, en consecuencia, construir torres de perforación más grandes, barcos y tanques de flotación más grandes a costos incrementados y estabilidad disminuida en aguas picadas. Finalmente, el barco debe hacer más viajes para transportar los tramos de tubo necesarios. La operación de fabricación tubo en tubo actual es extremadamente laboriosa y por lo tanto, costosa. Los tubos utilizados para las líneas de flujo y los tubos portadores vienen generalmente en tramos de 12 m (40 pies) del proveedor. En la fábrica, los tubos de 12 m de largo se sueldan primero juntos en secciones de 1 ó 2 km de largo del tubo portador externo. Sección por sección, se instalan los separadores de poliamida (centralizadores) , en las secciones de la línea de flujo interna y el aislamiento térmico se enrolla alrededor de las secciones de la línea de flujo entre los centralizadores. Después de cada sección de la línea de flujo, se aisla y asegura atando con cintas, esa sección se empujará hacia un tubo portador en espera. La siguiente sección de la linea de flujo se suelda a la sección a ser insertada en el tubo portador. Los centralizadores ayudan a guiar la linea de flujo durante la inserción en el tubo portador. Este proceso continúa hasta que la longitud total del aparato tubo en tubo de 1 km a 2 km se monta. Los procesos de soldadura de los tubos e instalación del centralizador y el aislamiento térmico, ocurren en una manera de paro e inicio y requiere una labor manual y tiempo sustanciales. En un método alterno utilizado actualmente, todas las secciones de 1 ó 2 km de la linea de flujo y el tubo portador de sueldan de manera separada. A continuación, el tramo total de la línea de flujo se ajusta con anillos centralizadores a intervalos regulares con el aislamiento térmico entre los centralizadores, y se cubre y sujeta en su lugar con cintas. La línea de flujo aislada terminada se inserta entonces cuidadosamente en el tubo portador en espera, basándose en los centralizadores para mantener el hueco anular y proteger por lo tanto, el aislamiento durante la operación de inserción. Por las razones discutidas anteriormente, cuando la profundidad se incrementa de manera significativa para la tubería debajo del agua, se volvería más económica y logísticamente inaceptable continuar utilizado el diseño actual del aparato tubo en tubo, el material de aislamiento y el proceso de fabricación. Ambos métodos de fabricación descritos anteriormente, representan el estado de la técnica del proceso de fabricación del tubo en tubo y son muy laboriosos, costosos y lentos. En un diseño tubo en tubo reciente, la linea de flujo interna está cubierta con un aislamiento que no soporta carga protegida por un tubo portador hecho de Plástico Reforzado con Vidrio (GRP o Glass Reinforced Plástic) . El tubo GRP se conecta mecánicamente a la linea de flujo en ambos extremos de una sección de tubo de 12 m de largo, utilizando uniones mecánicas que comprenden un material polimérico que soporta carga, capaz de garantizar los desempeños térmicos y mecánicos. Un material de aislamiento de desempeño relativamente alto, pero que no soporta carga, con una conductividad térmica de aproximadamente 21 mW/m-K, llena el espacio anular entre la linea de flujo y el tubo portador, y proporciona los desempeños térmicos requeridos. Los autores describen qué tan ligero seria este nuevo tubo en comparación con el diseño del tubo en tubo actual y qué tan convenientemente se produciría el tubo en un proceso automatizado. Aunque el peso sumergido de esta nueva configuración puede ser menor que aquél del aparato tubo en tubo convencional diseñado para las mismas condiciones de operación, la capacidad de la fibra de vidrio para soportar las condiciones del agua de mar en una base a largo plazo no se ha probado, y la capa externa permanece extremadamente gruesa. Por lo tanto, el tubo GRP puede no tener la flexibilidad de doblado necesaria, y como consecuencia, pueden necesitarse viajes adicionales para transportar los tubos con diámetro mayor a los sitios de instalación. En el diseño tubo en tubo convencional y también en el diseño tubo en tubo de GRP, descrito anteriormente, el tubo interno está diseñado para soportar la presión interna usualmente alta [por ejemplo, 70 Mpa (10,000 psi) ] , y el tubo externo está diseñado para soportar de manera independiente la presión de aplastamiento externa [15 Mpa (2170 psi) a 1.5 km (5000 pies) y 30 Mpa (4340 psi) a 3 km (10, 000 pies) ] .

SUMARIO Los sistemas de aislamiento térmico de esta descripción pueden utilizarse para aplicaciones tan diversas como el aislamiento de tubería en aguas profundas, aislamiento de buques cisterna (LNG o Liquefied Natural Gas), tubería de proceso, etc. Estos sistemas de aislamiento pueden caracterizarse como sigue: peso ligero, delgados, de bajo costo, de alto desempeño de aislamiento térmico y alta capacidad de soporte de carga, asi como ser fácilmente instalados y mantenidos. Los sistemas de aislamiento preexistentes pueden satisfacer algunas de las propiedades deseadas anteriores, pero no todas. Por ejemplo, el aislamiento de múltiples capas evacuadas (MLI o Multi Layer Insulation) recubierto en armazones de metal pesado se desempeña maravillosamente en términos de capacidad del soporte de carga y desempeño térmico; pero en general, los MLI son extremadamente pesados y caros y son muy difíciles de fabricar, instalar y mantener. Por otra parte, los aerogeles de sílice de baja densidad ofrecen un excelente aislamiento con hasta cinco veces el desempeño de aislamiento térmico de la fibra de vidrio utilizada comúnmente en condiciones ambientales, aunque los aerogeles de baja densidad típicamente no pueden soportar la carga más allá de una fracción de una atmósfera antes de comprimirse. La fibra de vidrio es barata, pero es demasiado voluminosa e inefectiva; además, la fibra de vidrio no soporta carga y su instalación es desordenada. La espuma puede soportar carga a un grado muy limitado y el desempeño del aislamiento térmico es demasiado bajo. Las modalidades avanzadas de las estructuras aisladas, descritas a continuación, pueden utilizarse para exploración de petróleo y gas en aguas profundas, y especialmente para aguas ultraprofundas y otras aplicaciones. La estructura incluye una película externa protectora delgada y una estructura subyacente contenida por la película externa. Se proporcionan uno o más separadores entre la película externa y la película subyacente. Los separadores proporcionan soporte estructural para la película externa, y pueden permitir que la película externa se deforme para producir catenarias entre las superficies en contacto con el separador, para colocar la película externa bajo un esfuerzo de tracción cuando se somete a una carga de presión externa. En una modalidad, la estructura aislada es un aparato tubo en tubo, en donde la película externa es un tubo portador con paredes delgadas y la estructura subyacente es una línea de flujo para transportar hidrocarburos. Cuando se diseña para un conjunto dado de condiciones de operación, el nuevo diseño puede ofrecer las siguientes ventajas y características sobresalientes con respecto al estado de la técnica: (a) una pared mucho más delgada (por casi un orden de magnitud de la película externa; (b) un diámetro externo del tubo portador mucho más pequeño; (c) un peso total reducido drásticamente (reducido por casi la mitad de un diseño convencional) ; (d) una flexibilidad mayor y un radio de flexión más estrecho (aproximándose al del tubo interno solo en el diseño del estado de la técnica o del tubo en tubo GRP) ; (e) aislamiento térmico más efectivo entre la estructura subyacente y la película externa; (f) un menor costo de material y de fabricación; (g) un diámetro del carrete más pequeño o menos carretes para la misma longitud de una instalación tubo en tubo y (h) menores costos de instalación y mantenimiento, etc. Adicionalmente, los diseños del tubo en tubo de esta descripción son eminentemente adecuados para la fabricación automatizada a escala masiva para reducir drásticamente el costo del trabajo y por lo tanto reducir el costo total del aparato tubo en tubo. Además, necesitan hacerse menos viajes al sitio de instalación para transportar la misma longitud del aparato tubo en tubo para la instalación del carrete o la configuración en J. Aunque varios principios de esta invención pueden aplicarse a muchas partes del sistema submarino, la descripción de la invención proporcionada aquí se enfocará, por simplicidad de la presentación, a una aplicación tubo en tubo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos acompañantes, descritos a continuación, los caracteres de referencia similares se refieren a partes iguales o similares a través de las diferentes vistas. Los dibujos no están necesariamente a escala, en su lugar, se puso énfasis en ilustrar los principios particulares de los métodos y aparatos caracterizados en la Descripción Detallada. La Figura 1 es una vista en perspectiva expuesta, que muestra una linea de flujo, un separador helicoidal y un tubo portador. La Figura 2 es una vista amplificada del aparato de la Figura 1. La Figura 3 es una vista en perspectiva parcialmente en corte del detalle de un separador que tiene una sección transversal triangular, con una tira soldada y aislamiento que soporta carga. La Figura 4 es una vista en perspectiva de un tubo portador de pared delgada en deformación catenaria bajo carga externa, para basarse en la alta resistencia a la tracción en lugar de la baja resistencia al colapso del tubo portador. La Figura 5 es una gráfica del esfuerzo preliminar de un aparato tubo en tubo avanzado, con un separador enrollado helicoidalmente que tiene una sección transversal triangular. La Figura 6 ilustra un sistema de tubo caliente que utiliza energía geotérmica para mantener el calor de los hidrocarburos en un aparato tubo en tubo. La Figura 7 es una vista en acercamiento de varias capas del sistema de tubo caliente y el aparato de tubo en tubo de la Figura 6.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Los diseños tradicionales tubo en tubo, e incluso los diseños GRP recientes , se basan en que el tubo portador externo tiene un espesor y resistencia suficientes para manejar la carga externa por si mismo, sin colapsarse bajo condiciones de operación normales. Por necesidad, esto hace a la pared externa del tubo portador relativamente gruesa . Cuando un tubo se expone a una presión externa q, el modo de falla ordinariamente es que el tubo se colapsa debido a la inestabilidad de la deformación elástica bajo la carga compresiva, la cual se da aproximadamente por: 1 E t3 q =—* ;r*—?" (Ecuación 1) ¾ 4 1-v2 r3 (Warren C. Young, Formulas for Elastic Stability of Plates and Shells, Roark' s Formulas for Stress and Strain, Sexta Edición, McGraw-Hill, Inc., Ecuación 19.a, Tabla 35, 1989), en donde q es la presión externa; E es el Módulo de Young; v es la Relación de Poisson; t es el espesor de la pared; y r es el radio medio. Para un tubo largo, sostenido circular a intervalos de 1, = 0.807*—*—G? 1 (Ecuación 2) 1-?2 {Warren C. Young, Formulas for Elastic Stability of Plates and Shells, Roark's Formulas for Stress and Strain, Sexta Edición, McGraw-Hill, Inc., Ecuación 19. b, Tabla 35, 1989). Como un ejemplo, tomemos un tubo con un radio medio de 15 cm (6 pulgadas) hecho de acero con una resistencia a la tracción de 550 MPa (80,000 psi) , un Modulo de Young de 200 GPa (30 millones de psi) , y una Relación de Poisson (v) de 0.29, que se somete a 28 MPa (4,000 psi) de presión externa. Puesto que la presión es externa, el modo de falla es aquél de la inestabilidad de la deformación; y el espesor de pared necesario para resistir el colapso debido a la inestabilidad de la deformación, calculado de la Ecuación 1, es de 1.2 cm (0.47 pulgadas) . Cuando hay un soporte interno, tal como los separadores, sin embargo, la situación cambia marcadamente para mejorar. Por ejemplo, si el separador es delgado y circular y se coloca separado regularmente a lo largo de la longitud del tubo, tal que 1 = 15 cm (6 pulgadas), el espesor de la pared requerido, calculado de la Ecuación 2, es únicamente 4.6 rtira (0.18 pulgadas), lo cual representa una reducción del 62% en el espesor de la pared.

Como se ilustra en la Figura 1, un tubo portador de pared relativamente delgada (14) puede soportarse bien por los separadores (10) (el uso del término "separadores" en la presente, puede referirse a separadores discretos o vueltas de un separador continuo enrollado helicoidalmente) en el anillo, en donde los separadores (10) están soportados firmemente por la linea de flujo (12) . En una primera modalidad, el tubo portador de pared delgada (14) está soportado mecánicamente, en el caso de utilizar material de aislamiento que no pueda soportar la carga de la presión externa, mediante separadores (10) colocados estratégicamente en el anillo del aparato tubo en tubo a lo largo de la longitud de los tubos (12, 14). El tubo portador (14) forma una superficie catenaria entre los separadores (10) y el esfuerzo principal experimentado por la pared delgada que forma la catenaria del tubo portador (14) bajo la carga es de tracción. Como se utiliza aquí, las referencias a una forma de "catenaria" o "similar a una catenaria", se refieren a formas que coinciden bastante estrechamente con la gráfica de un coseno hiperbólico que caracteriza una catenaria perfecta. Sin embargo, una catenaria perfecta sólo es posible con materiales perfectamente flexibles, los cuales se ajustan poco en cualquier estructura del "mundo real". En consecuencia, las referencias a las formas de catenaria o similares a catenaria en la presente, incluyen aquellas formas que varían algo de las catenarias perfectas debido a las limitaciones en la flexibilidad y otras influencias, interferencias y limitaciones del "mundo real". La colocación de los separadores (10) es una cuestión de optimización. Si la separación es demasiado grande, el espesor de la pared del tubo portador (14) tendrá que ser grueso; y si la separación es demasiado pequeña, el espesor de la pared del tubo portador (14) será delgado; pero la pérdida de la conducción térmica a través del separador (10) se incrementará. Para optimizar la separación del separador (10) , las propiedades de material del separador (10) , tales como la conductividad térmica y la resistencia mecánica del portador, se toman en cuenta para llegar a la separación correcta. La mayor resistencia mecánica de la pared del portador y la mayor conductividad térmica del separador (10) alientan la adopción de distancias mayores entre los separadores (10) (o entre las revoluciones de un separador en una configuración helicoidal) . Los separadores (10) pueden hacerse de un material estructuralmente fuerte, tal como acero o compuestos de alta resistencia. En las modalidades particulares, el separador (10) incluye una capa separada de aislamiento térmico que puede soportar la carga compresiva.

En una segunda modalidad, el tubo portador de pared delgada (14) está soportado mecánicamente por un aislamiento avanzado en el anillo (que tiene tanto excelente capacidad de aislamiento térmico como excelente resistencia compresiva) . La conductividad térmica del aislamiento puede ser, por ejemplo, 50 mW/m*K o menos. El esfuerzo principal experimentado por la pared delgada del tubo portador (14) bajo carga de presión externa en esta modalidad, es radial y en su mayoría compresivo. El aislamiento avanzado en la segunda modalidad, tiene suficiente resistencia estructural para soportar la carga mecánica y puede proporcionar un excelente nivel de aislamiento térmico. También es un caso especial de la primera modalidad, en donde el separador se hace del material de aislamiento estructural especial y llena el anillo a lo largo de la longitud de los tubos en lugar de estar colocado aparte en intervalos como en la primera modalidad. Por ejemplo, el separador puede formarse de un aerogel, tal como un aerogel de sílice preacondicionado o un aerogel de celulosa de alta resistencia, tales como aquellos disponibles de Aspen Aerogels (Northborough, Massachusetts , EUA) . Los aerogeles se describen con mayor detalle en la Patente de los Estados Unidos No. 6,670,402, la cual se incorpora en la presente como referencia en su totalidad. Un aerogel de sílice puede ser precomprimido al nivel de presión máximo anticipado en la operación; se ha encontrado que los aerogeles de sílice precomprimidos muestran poco deterioro en el desempeño térmico para el mismo espesor después de que se comprimen. Los aerogeles de celulosa exhiben una resistencia estructural extremadamente alta incluso sin precompresión, mientras que proporcionan todavía un excelente desempeño de aislamiento térmico . En el diseño ilustrado en las Figuras 1-3, un separador delgado (10) se enrolla helicoidalmente sobre la línea de flujo (12) . El ángulo de la hélice es entre cero grados (es decir, anillos separadores discretos) y ochenta grados, en donde el ángulo real depende del ancho del separador utilizado y del hueco requerido entre los separadores. El separador (10) soporta un tubo portador relativamente delgado (14) (véase la Figura 2). En la modalidad de la Figura 3, la sección transversal triangular del separador (10) es evidente; la sección transversal triangular es especialmente adecuada para una operación de enrollado y es capaz de manejar bien la carga concentrada que viene del tubo portador (14) bajo la carga externa. Una tira soldada (16) (opcional) y el aislamiento que soporta carga (18) (opcional), también pueden observarse en la Figura 3. La tira soldada (16) opcional, se suelda al separador (10) (que se extiende más allá de la superficie superior plana del separador (10) y al tubo portador (14) sirve para asegurar la integridad de la soldadura y para proporcionar una alta resistencia de la soldadura. La tira soldada (16) también dispersa la carga externa, reduciendo por lo tanto, la concentración de esfuerzos en el tubo portador (14) bajo la carga de operación. El aislamiento que soporta la carga (18) opcional, asegurará una reducción significativa en el calor transmitido de la pared del tubo portador (14) a través de la tira soldada (16) y a través del cuerpo de la estructura principal del separador (10) con la sección trasversal triangular. El separador (10) considerado aqui, soporta estructuralmente el tubo portador (14) y también separa térmicamente la linea de flujo (12) y el tubo portador (14) de manera muy efectiva. La pared del tubo portador (14) es relativamente delgada y se deja, por el diseño, colapsar bajo operación normal para formar una catenaria entre los separadores localizados estratégicamente debajo del tubo portador (14) , como se muestra en la Figura 4. En este caso, el colapso inicial se convierte inmediatamente a una carga de tracción del tubo portador (14) . En consecuencia, la falla del tubo portador (14) requerirá superar la alta resistencia a la tracción del tubo portador (14) en lugar de ser una función de la resistencia al colapso relativamente baja del tubo portador (14 ) . Se ilustró ya utilizando las Ecuaciones 1 y 2 que el diseño de la catenaria resulta en una reducción del 62% en el espesor del tubo portador si los anillos separadores (por ejemplo, rotaciones consecutivas en una configuración helicoidal, medida a una posición radial común) están separados 15 cm (6 pulgadas) para el mismo diámetro del tubo de flujo (es decir, 10 cm) y las condiciones de operación dadas previamente. Esta reducción en el espesor disminuirá de manera significativa el peso del tubo portador (14) . Por supuesto, en términos de mantener una cuenta del peso total del aparato tubo en tubo, uno tiene que agregar el peso de los separadores (10) . Sin embargo, la contribución del peso de los separadores (10) promediada sobre todo el tramo, seria relativamente pequeña y seria superada en peso por mucho en el ahorro en peso que resulte del uso del tubo portador más delgado. Los separadores (10) están soportados en la dirección radial por el tubo de la linea de flujo (12) . Los separadores (10) toman la carga transmitida a través de la superficie de contacto con el tubo portador (14) . Bajo carga de presión, tanto del interior de la linea de flujo (12) como del exterior del tubo portador (14) , los separadores (10) se vuelven el enlace mecánico entre el tubo portador (14) y la linea de flujo (12) . De hecho, esta transmisión bidireccional de la carga tiene el efecto benéfico de equilibrar al menos parcialmente la presión del tubo interno de los hidrocarburos con la presión externa del agua de mar. Por ejemplo, si la presión interna que viene del hidrocarburo es de 69 MPa (10,000 psi) para el tubo de la linea de flujo (12) y si la presión externa para el tubo portador (14) causada por el agua de mar es de 28 MPa (4000 psi) , la carga efectiva en la linea de flujo (12) es de sólo 41 MPa (6000 psi) . Visto de otra manera, los separadores (10) pueden considerarse como "viguetas" para la linea de flujo (12). Debido al equilibrio de la presión y a los efectos de vigueta de los separadores, el espesor de la pared para la linea de flujo (12) también puede reducirse, de acuerdo con la reducción efectiva en la carga experimentada por la linea de flujo (12), como se describió anteriormente .

Diseño del Separador Los separadores pueden ser discretos (por ejemplo, en la forma de anillos separados), como se implica por la Ecuación 2. De manera alterna, los separadores pueden ser de un diseño helicoidal continuo, como se muestra en la Figura 1. En un caso no limitante, un separador se volverá un cilindro lleno que ocupa el anillo formado entre la linea de flujo interna y el tubo portador externo. Aparte del caso limitante mencionado anteriormente, la sección transversal del separador puede ser sólida o tubular (hueca) y puede tomar una variedad de formas, tales como un círculo o un triángulo, dependiendo del material y de las condiciones de operación que uno elija. Las Figuras 1-3 muestran la versión de un separador enrollado helicoidalmente con una sección transversal especial diseñada para realizar bien múltiples funciones. La sección transversal del separador debe ser tal que conducirá a que se doble alrededor del tubo sin colapsar los tubos. Por ejemplo, los tubos triangulares, circulares, elípticos y trapezoidales pueden enrollarse fácilmente alrededor de un tubo de una manera controlada, sin colapsar demasiado el volumen interior del tubo. La Figura 3 muestra los detalles de este separador helicoidal (10) particular, que incluye una tubería de sección transversal triangular entre una tira (18) que soporta carga y aislante, en el fondo y una tira plana (16) en la parte superior. La forma triangular se eligió para manejar la carga compresiva y para reducir al mínimo la transferencia de calor desde el tubo portador (14) al separador (10) y a la línea de flujo (12) . El valor total de la transferencia de calor del tubo portador a la línea de flujo puede ser, por ejemplo, 5W/m2-°C o menos. La parte inferior (es decir, el lado orientado hacia el tubo de la linea de flujo (12) del separador (10) tiene una tira (18) que soporta carga y aislante, en la forma de una tira de aerogel de alta resistencia compresiva, diseñada para aislar térmicamente la espiral del separador metálico (10) de la linea de flujo (12) interna. La tira de aerogel puede formarse de aerogeles de sílice reforzadas con fibra o de aerogeles de celulosa precomprimidos , ambos tienen las propiedades requeridas de alta resistencia estructural y excelente aislamiento térmico. El espesor de la tira se determinará por el requisito del aislamiento para el separador (10) y variará generalmente entre 1 mu a la dimensión completa del hueco del anillo entre la línea de flujo (12) y el tubo portador (14) , el último caso significa el uso de aislamiento estructural como el separador (10) completo. La línea de flujo (12) se diseña para manejar el flujo de hidrocarburo a alta presión, justo como las líneas de flujo actualmente en uso. La Figura 5 muestra un resultado de un análisis preliminar de los elementos finitos que confirma la viabilidad del aparato tubo en tubo con una película externa delgada soportada por un separador. El separador en la Figura 5 está enrollado helicoidalmente y tiene una sección transversal triangular. Las gráficas de la Figura 5 ilustran que los esfuerzos en la pared externa son relativamente bajos directamente por encima de los separadores y más altos en las catenarias entre los separadores . Los separadores (10) también están configurados para proporcionar no más que la mínima transferencia de calor entre el tubo portador externo (14) y la línea de flujo interna (12), mientras que proporciona el soporte mecánico necesario para la película externa delgada (es decir, el tubo portador (14), que forma una catenaria entre los separadores (10) , en el caso en donde hay un hueco axial entre los separadores (10). Los separadores (10), sin importar su diseño, se eligen para dar una resistencia térmica muy alta, ya sean vía pequeñas áreas de contacto, de manera preferida en las interfaces entre el separador (10) y el tubo portador (14) y la línea de flujo (12), como se muestra o utilizando un material de aislamiento térmico que soporta carga para los separadores (10) o colocando una tira hecha de tal material entre los separadores (10) y uno o ambos tubos (12, 14) . Los separadores (10) pueden ser separadores de anillo discretos o pueden ser tiras o tubos enrollados helicoidalmente de varias secciones transversales . Las secciones transversales del separador incluyen, de manera no exclusiva, tubos de secciones transversales circulares o triangulares o varillas sólidas de secciones transversales rectangulares, circulares o triangulares. Los separadores tubulares pueden estar evacuados, presurizados con fluidos o en equilibrio de presión con el espacio anular a través de los orificios del respirador.

Materiales de Aislamiento El hueco creado entre los dos tubos concéntricos y los separadores puede evacuarse, evacuarse con protecciones para la radiación, llenarse parcial o completamente con materiales de aislamiento o simplemente llenarse con gases. De manera preferida, los materiales de aislamiento tales como gases de baja conductividad térmica, aerogeles o cualquier otro material de aislamiento efectivo, pueden insertarse en el espacio anular creado entre la linea de flujo (12), el separador (10) y el tubo portador (14) , dependiendo de los requisitos para la instalación y la aplicación a mano para el tubo en tubo.

Proceso de Fabricación del Tubo en Tubo El nuevo aparato tubo en tubo puede producirse en fábricas, en la orilla o si es necesario, a bordo del barco. Los componentes de la maquinaria pueden alinearse o colocarse a lo largo del tubo que se está fabricando para realizar la operación de fabricación de acuerdo con la siguiente secuencia: 1. En una sección de manejo del tubo, los tramos del tubo suministrado (usualmente en tramos de 12 m) se cargan y alimentan para utilizarse como la línea de flujo (12). 2. En la estación de soldado de la línea de flujo, los tramos individuales de tubo se sueldan para formar finalmente secciones continuas de la línea de flujo (12) , usualmente en tramos de 1 ó 2 km. 3. Un montaje alimentador/rotor del tubo forma el núcleo de toda la operación de fabricación, proporcionando el movimiento lineal y rotacional de la tubería que se alarga siempre, que formará la línea de flujo (12) . El monta e incluye un impulsor lineal que empuja el tubo hacia delante. El impulsor lineal mismo, se monta en un rotor que gira el tubo largo. Combinado, el montaje proporciona el movimiento lineal, así como el giratorio para el tubo, conforme se somete a varias adiciones para formar el aparato tubo en tubo avanzado. El ángulo helicoidal y el paso del separador (10) se controlan por las velocidades relativas del movimiento lineal y el movimiento giratorio proporcionado por el montaje alimentador/rotor . 4. El material para el separador (10) (por ejemplo, un tubo triangular emparedado entre una tira plana de aerogel y una tira de soldadura) se alimenta linealmente a una estación del separador y se enrolla en el tubo interno de una manera helicoidal, a un paso y ángulo helicoidal deseados por el movimiento lineal/giratorio de la linea de flujo (12) . 5. El material para el aislamiento se alimenta linealmente en el volumen vacio entre las vueltas helicoidales del separador (10) en la estación del aislamiento y se enrolla en la linea de flujo (12) a un paso y ángulo helicoidal deseados por el movimiento lineal/giratorio de la linea de flujo (12) . En consecuencia, el aislamiento llenará el espacio entre los separadores (10) enrollados helicoidalmente. Pueden proporcionarse múltiples capas del aislamiento, ya sea en subestaciones separadas o todas a la vez en esta estación. Después de que la cantidad apropiada de aislamiento se enrolla en la linea de flujo (12) , el aislamiento se asegura mediante una capa de sujeción en esta estación. 6. En una estación de soldadura de la película externa, una tira metálica delgada que abarca el hueco entre los separadores (10) enrollados helicoidalmente se alimenta y suelda en la porción superior plana del separador. La soldadura consiste de dos tiras metálicas adyacentes que forman la película externa (es decir, el tubo portador (14) ) y la tira plana (16) centrada a lo largo de la tira soldada superior del separador (10) , que forma el recubrimiento subyacente para la soldadura. Esta configuración asegura que la soldadura del tubo portador (14) en las uniones, será más segura y que los esfuerzos en la película delgada externa, bajo la presión externa de diseño, estará dentro de un límite aceptable. 7. En una sección de limpieza, la soldadura de la película externa se limpia, en preparación para la operación de recubrimiento. 8. En una sección de tratamiento de los extremos, las secciones de extremo apropiadas, con la provisión para jalar la tubería terminada, se unen ambas al inicio de la sección larga de tubo (por ejemplo, 1 ó 2 km) y el final, cuando se termina la longitud deseada de la sección de la línea de flujo. 9. En una sección de pintado/recubrimiento, los toques finales se ponen sobre el aparato tubo en tubo avanzado, aplicando capas de recubrimiento para varios propósitos, tales como protección contra la corrosión, prevención contra el herrumbre, etc. 10. En la sección de transporte de la sección terminada, se realizan las etapas finales del proceso de fabricación. Una vez que una sección de 1 km (o 2 km) se termina, la sección terminada se enrollará en un estante de almacenamiento para conectarse con secciones mucho más largas, tales como longitudes de 10 ó 20 km, en una brida, o para formar una larga tubería flotante a ser remolcada a un área de instalación. Como es evidente de la descripción dada anteriormente, la operación completa puede ser automatizada con una mínima intervención de operadores humanos. Los componentes de la máquina descritos anteriormente no son particularmente de alta tecnología o de costo alto. En consecuencia, el diseño del tubo en tubo avanzado es eminentemente adecuado para un manejo y fabricación de bajo costo, en contraste con la práctica actual de utilizar mucho trabajo manual e intervención humana.

Uso del Sistema de Supera!slamiento, que Soporta Carga, de Peso Ligero y Compacto Hasta ahora, el nuevo sistema de superaislamiento que soporta carga, de peso ligero, compacto, se ha descrito para aplicaciones de estructuras debajo del agua ultraprofunda, entre otras. El sistema puede aplicarse a muchas partes del sistema de exploración de petróleo debajo del agua que requiere un aislamiento térmico efectivo bajo una alta presión externa, tal como una linea de flujo, un tubo ascendente, un árbol de Navidad o un árbol submarino, líneas en el campo, y cualquier otra parte que se beneficiaría del superaislamiento compacto, de peso ligero con una película protectora relativamente delgada. Los sistemas similares pueden extenderse fácilmente para aislar los buques cisterna LNG y cualquier otra aplicación en donde se requiera la capacidad de alto soporte de carga.

Modalidades Especiales : Aislamiento para un Árbol Submarino : Un Árbol de Navidad (árbol submarino) de una instalación de tubería debajo del agua tiene muchas superficies que no son tubulares; por ejemplo, la superficie que tiene que aislarse bajo carga de presión puede ser en gran medida plana, curva o irregular. En muchos casos, puede utilizarse una variación del sistema de aislamiento descrito hasta ahora para el tubo en tubo; a saber, pueden unirse tiras de separadores a la superficie de un conducto externo con una separación apropiada y justo como en el caso el aparato tubo en tubo, el material de aislamiento puede instalarse entre los separadores. La rejilla del aislamiento y el separador se cubrirá entonces con una lámina de la película externa relativamente delgada. Aquí, la idea es tener nuevamente la película externa delgada para soportar la carga de la presión externa, formando superficies en catenaria sostenidas por la rejilla del separador que está debajo, como se describió en el caso del aparato tubo en tubo. Por supuesto, los separadores se diseñarán y colocarán con una separación suficientemente estrecha y suficientemente alta para evitar la compresión excesiva del aislamiento subyacente y para distribuir la carga compresiva a través de la superficie de la estructura subyacente.

Aislamiento para un Buque Cisterna de Gas Natural Licuado (LNG) Sigue una breve explicación de cómo se utilizarla este sistema de aislamiento para aislar efectivamente un sistema grande, tal como un buque cisterna LNG. A diferencia de un aparato tubo en tubo, el buque cisterna LNG porta un gran volumen de gas natural licuado en el interior del tanque. El tanque se somete a cambios geométricos/dimensionales significativos cuando el gas natural licuado, el cual está a una temperatura criogénica, se introduce. El sistema de aislamiento se diseña para moverse con el tanque cuando se encoge y expande o para que se localice con el fin de evitar grandes desplazamientos si todos los separadores se conectan a través. En cualquier caso, habrá un movimiento relativo entre el sistema de aislamiento y el buque cisterna o la cubierta externa, si es un diseño de doble cubierta, dependiendo dónde esté unido físicamente el sistema de aislamiento. Por simplicidad, supondremos que el sistema de aislamiento está unido a una cubierta externa plana y el tanque LNG de fondo plano está sostenido por el sistema de aislamiento. El movimiento relativo del tanque LNG seria en el plano x-y en la interfaz entre el tanque LNG y la placa de fondo. En este caso, el sistema de aislamiento incluye (a) separadores que soportan la carga del peso del recipiente que contiene el gas natural licuado y (b) el aislamiento térmico, tal como un aerogel que no soporta carga, colocado entre los separadores. Los separadores incluyen tiras de aislamiento que soporta carga (por ejemplo, aerogel) para reducir al mínimo la conducción del calor a través de los separadores. También es posible utilizar aerogeles que soportan carga para llenar el hueco entre el tanque LNG y la pared externa y en un caso especial, sin el uso de separadores separados. En el caso especial, la capa de aerogel que soporta carga es el separador .

Aislamiento y Estructura de Soporte para un Tubo de Flujo para Transportar Gas Natural Licuado: En otra modalidad, el tubo de flujo interno porta el gas natural licuado a presiones ambientales o a presiones ligeramente elevadas y es sostenido mecánicamente además, por los separadores (también conocidos como centralizadores ) u otras estructuras mecánicas que se colocan en el espacio anular entre el tubo portador y el tubo de flujo. Los materiales de aislamiento, tales como partículas de aerogel o capas de aerogel, se colocan en el espacio anular para aislar efectivamente el fluido de que gane calor, en el caso del transporte del gas natural licuado (LNG) y para evitar la pérdida del calor en el caso del transporte del petróleo. Se utilizan centralizadores hechos de materiales mecánicamente fuertes (por ejemplo, acero) y se aislan además con un material de aerogel para reducir la conducción de calor a través de los centralizadores . El material de aerogel también se inserta en el espacio anular entre los tubos y entre cualquiera de dos centralizadores en la dirección axial. Si se utilizan capas de aerogel las capas se escalonan en la parte superior de otra alrededor de los bordes para limitar las pérdidas de calor. Después de colocar las capas, se utilizan medios de restricción para asegurarse que las capas no se mueven fuera de lugar fácilmente. Tal modalidad puede practicarse a presiones externas normales o a presiones externas altas, tales como los sistemas submarinos. La presente invención proporciona maneras para transportar gas natural como un líquido que se transporta de otra manera como un gas en las tuberías. El gas natural licuado (LNG) se transporta a bajas temperaturas como -157 a 127°C (-250 a 250°F) .

Incluso pequeñas perturbaciones en la temperatura pueden causar cambios indeseables en la presión, que tienen que tomarse en cuenta durante el diseño del tubo de flujo. La presente invención proporciona flexibilidad en tales diseños, debido a la efectividad del sistema de aislamiento.

Aplicaciones Adicionales del Sistema de Aislamiento El nuevo sistema de superaislamiento compacto, de peso ligero se desarrolló para aplicaciones de estructuras debajo del agua, profunda y ultraprofunda entre otras cosas. El sistema de aislamiento permite ventajas del diseño, tales como alcanzar un aislamiento altamente efectivo y la posibilidad de hacer el separador contiguo sobre una gran distancia. El diseño del separador continuo hace al sistema bastante adecuado para la introducción de un material de cambio de fase o un sistema de tubo caliente para incrementar la capacidad calorífica efectiva del sistema y por lo tanto, extender la duración del modo sin flujo para el pozo durante el mantenimiento o durante un paro extendido debido al clima, mantenimiento o accidentes. Se dan dos ejemplos relacionados a continuación.

Uso de un Material de Cambio de Fase (PCM o Phase-Change Material) : Puede introducirse un material de cambio de fase (PCM) en el espacio entre los separadores o incluso dentro de los tubos del separador si los tubos del separador no se utilizan como un sistema de tubo caliente. Durante los periodos de paro, el calor almacenado en el PCM se liberará lentamente al hidrocarburo contenido dentro de la linea de flujo mientras que el aislamiento que cubre el PCM mantendrá el calor adentro sustancialmente protegido del agua de mar fria. Al proporcionar un excelente aislamiento térmico entre el agua de mar fria y el PCM, el PCM puede mantener los hidrocarburos por encima de la temperatura deseada durante un periodo de tiempo más largo que un sistema tubo en tubo con un valor de aislamiento inferior. Un ejemplo de un PCM adecuado es la cera, particularmente cera de petróleo/parafina, la cual se puede fundir y volver a solidificar conforme la temperatura de los hidrocarburos se eleva y cae. Por ejemplo, algunas composiciones de petróleo pueden transportarse a 71-82°C (160-180°F) , en donde las ceras tienen los puntos de fusión típicos. Sin embargo, al manipular la composición de la cera, el PCM puede tratarse para tener un punto de fusión variado dependiendo de la temperatura del transporte . El PCM transferiría el calor nuevamente hacia los hidrocarburos que fluyen conforme el PCM se solidifica desde una masa fundida.

Tubo caliente geotérmico para mantener el hidrocarburo caliente durante la operación y el paro: Si las espirales del separador helicoidal se equipan con pasajes apropiados (tales como una capa de malla fina que funciona como mechas) , para un núcleo de fase liquida y vapor en el centro, conectados contiguamente sobre una distancia larga requerida; llenos con un fluido de tubo caliente apropiado (los ejemplos se proporciona a continuación) , puede crearse un sistema de tubo caliente, que utilice la energía geotérmica debajo del fondo del mar para mantener los hidrocarburos en el tubo en tubo y otros sistemas submarinos por encima de la temperatura de precipitación durante un periodo extendido durante la operación normal o incluso durante periodos de paro para mantenimiento o caso de tormenta. Tal aparato se ilustra en la Figura 6, en donde los tubos calientes enrollados (20) llenan el hueco entre las vueltas de un separador enrollado (10) en una línea de flujo que se extiende desde el lecho del océano, en el fondo, a través de agua. Un fluido de tubo caliente apropiado es un fluido que cambia su estado de líquido a vapor o viceversa dentro de los límites de temperatura y presión del sistema en operación. Los ejemplos incluyen agua, alcohol, glicol, sodio etc.

Como se muestra en la Figura 7, los tubos del tubo caliente separado (20) corren entre las vueltas de un separador enrollado (10) y se aisla térmicamente mediante capas de aislamiento de aerogel (22) . El fluido del tubo caliente se mueve de acuerdo con la siguiente trayectoria dentro de los conductos. El liquido del lado frío del conducto se transporta por la tensión superficial del liquido que actúa en la capa de la mecha fina en el perímetro interno del tubo al lado caliente, en donde el líquido ebulle y se recolecta en el canal de vapor (de manera más predominante en la región del núcleo) . La presión de vapor generada por la ebullición impulsa el vapor hacia la región fría. Una vez que el vapor alcanza la región fría, se condensa el líquido y llega hacia la mecha para enviarse nuevamente a un punto caliente por la tensión superficial inducida bombeando dentro de la capa de mecha. El sistema del tubo caliente obviará la necesidad de calentamiento eléctrico y otro método de calentamiento que son muy caros de instalar, mantener y por lo tanto, mucho menos deseables que el sistema de tubo caliente descrito anteriormente. En la descripción de las modalidades de la invención, la terminología específica se utiliza con el fin de dar claridad. Para propósitos de la descripción, cada término especifico pretende incluir al menos todos los equivalentes técnicos y funcionales que operan de una manera similar para lograr un propósito similar. Además, en algunos casos en donde una modalidad particular de la invención incluye una pluralidad de elementos del sistema o pasos del método, aquellos elementos o pasos pueden reemplazarse con un solo elemento o paso; de igual manera, un solo elemento o paso puede reemplazarse con una pluralidad de elementos o pasos que sirvan para el mismo propósito. Además, aunque esta invención se ha mostrado y descrito con referencia a las modalidades particulares de la misma, aquellos con experiencia en la técnica entenderán que varios otros cambios en la forma y detalles pueden hacerse a la misma sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para aislar térmicamente una linea de tubo, que comprende: proporcionar una linea de flujo (12); proporcionar una configuración del separador (10) alrededor de la linea de flujo (12); proporcionar un tubo portador (14) que está alineado concéntricamente con y alrededor de la linea de flujo (12) para crear un espacio anular entre la linea de flujo (12) y el tubo portador (14), en donde la configuración del separador (10) está en un espacio anular y sostiene el tubo portador (14); proporcionar un sistema de aislamiento (22), que incluye un aerogel, el sistema de aislamiento (22) llena sustancialmente los volúmenes huecos alrededor de la configuración del separador (10) en el espacio anular entre la linea de flujo (12) y el tubo portador (14); y hacer fluir un fluido a través de la linea de flujo (12) .
2. 2. El método según la reivindicación 1, en donde el tubo portador (14) tiene un espesor en o por debajo del cual permite que experimente un colapso controlado hacia la linea de flujo (12) en los lados opuestos de las áreas de contacto externas (16) cuando el tubo portador (14) se somete a una carga de presión externa de aplastamiento que excede la resistencia del colapso radial del tubo portador (14), en ausencia del soporte estructural de la configuración del separador (10) ; y colocar la linea de flujo (12) con la configuración del separador (10) circundante y el tubo portador (14) a una profundidad por deba o del agua, a la cual la presión del agua es al menos aquella de la carga de la presión externa de aplastamiento y permitir que el tubo portador (14) experimente el colapso controlado en lados opuestos de las áreas de contacto externas (16) .
3. 3. El método según la reivindicación 1, en donde la pared del tubo portador (14) se colapsa parcialmente por debajo de una profundidad debajo del agua de diseño para formar superficies similares a catenarias entre los separadores.
4. 4. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el aerogel está en la forma de una o más capas o partículas reforzadas con fibra.
5. 5. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el fluido incluye un hidrocarburo o gas natural licuado.
6. 6. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la configuración del separador (10) se hace de un material de aislamiento, opcionalmente un material de aerogel.
7. 7. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la tira del aislamiento térmico (18), incluye opcionalmente un material de aerogel que se coloca entre la configuración del separador (10) y la linea de flujo (12) .
8. 8. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además el paso de colocar un material de cambio de fase alrededor de la linea de flujo (12), en donde el material de cambio de fase puede responder a los cambios de temperatura en la linea de flujo cambiando las fases.
9. 9. El método según la reivindicación 2, en donde el tubo portador (14) , por si mismo, es incapaz de soportar una carga compresiva externa de 25 MPa, debido a la presión hidrostática del agua de mar, aunque la configuración del separador (10) proporciona suficiente soporte para permitir que el tubo portador (14) experimente un colapso controlado entre las áreas de contacto (16) y soporte la presión hidrostática bajo tensión.
10. 10. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la configuración del separador (10) está en la forma de una espiral helicoidal o una varilla de sección transversal con forma circular, elíptica, triangular o trapezoidal.
11. 11. Una linea de tubo de aislamiento térmico que comprende: una linea de flujo (12); una configuración del separador (10) alrededor de la linea de flujo (12) ; un tubo portador (14) que está alineado concéntricamente con y alrededor de la linea de flujo (12), para crear un espacio anular entre la linea de flujo (12) y el tubo portador (14), en donde la configuración del separador (10) está en el espacio anular y sostiene el tubo portador (14 ) ; y un sistema de aislamiento (22) que incluye un aerogel, el sistema de aislamiento (22) llena sustancialmente los volúmenes huecos alrededor de la configuración del separador (10) en el espacio anular entre la linea de flujo (12) y el tubo portador (14) y la linea de flujo (12) es adecuada para que el fluido fluya a través .
12. 12. La tubería según la reivindicación 11, en donde el tubo portador (14) tiene un espesor en o debajo del cual permite que experimente el colapso controlado hacia la línea de flujo (12) en lados opuestos de las áreas de contacto externas (16) , cuando el tubo portador (14) se somete a una carga de presión externa de aplastamiento que excede la resistencia al colapso radial del tubo portador (14) en ausencia del soporte estructural de la configuración del separador (10) ; en donde la linea de flujo (12) con la configuración del separador (10) circundante y el tubo portador (14), está en una profundidad debajo del agua a la cual la presión del agua es al menos aquella de la presión de la carga de la presión externa de aplastamiento y a la cual el tubo portador (14) experimentará el colapso controlado en lados opuestos de las áreas de contacto externas (16) .
13. 13. La tubería según la reivindicación 12, en donde la pared del tubo portador (14) se colapsa parcialmente debajo de la profundidad del agua de diseño para formar superficies similares a catenarias entre los separadores .
14. 14. La tubería según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en donde el aerogel está en la forma de una o más capas o partículas reforzadas con fibra.
15. 15. La tubería según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en donde el fluido incluye un hidrocarburo o gas natural licuado.
16. 16. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la configuración del separador (10) se hace de un material de aislamiento, de manera preferida un material de aerogel.
17. 17. La tubería según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en donde la tira de aislamiento térmico (18), que incluye opcionalmente un aerogel se coloca entre la configuración del separador (10) y la linea de flujo (12) .
18. 18. La tubería según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, que comprende además el paso de colocar un material de cambio de fase alrededor de la línea de flujo (12) , en donde el material de cambio de fase puede responder a los cambios de temperatura en la línea de flujo cambiando las fases .
19. 19. La tubería según la reivindicación 12, en donde el tubo portador (14), por sí mismo, es incapaz de soportar una carga compresiva externa de 25 MPa, debido a la presión hidrostática del agua de mar, aunque la configuración del separador (10) proporciona suficiente soporte para permitir que el tubo portador (14) experimente un colapso controlado entre las áreas de contacto (16) , y soporte la presión hidrostática bajo tensión.
20. 20. La tubería según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en donde la configuración del separador (10) está en la forma de una espiral helicoidal o varilla de sección transversal con forma circular, elíptica, triangular o trapezoidal.