BR112015029796B1

BR112015029796B1 - tubo flexível para transportar um fluido, uso de um tubo e método para produção de um tubo flexível

Info

Publication number: BR112015029796B1
Application number: BR112015029796-0A
Authority: BR
Inventors: Alexandre DAMIENS; Edouard LECOINTE
Original assignee: Technip France
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2020-10-13
Also published as: WO2014191393A1; FR3006414A1; US20160123505A1; EP3004709A1; FR3006414B1; US9897235B2; BR112015029796A2; DK3004709T3; AU2014273223B2; AU2014273223A1; EP3004709B1

Abstract

TUBO FLEXÍVEL PARA TRANSPORTAR UM FLUIDO, USO DE UM TUBO E MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM TUBO FLEXÍVEL. Trata-se de um tubo (10) para transportar um fluido que compreende um revestimento interno (20), pelo menos uma camada (34, 36) de blindagens internas, dispostas no lado externo do revestimento interno (20), e um revestimento de proteção externo (22) posicionado no lado externo de cada uma das camadas (34, 36) de blindagens internas. O mesmo inclui um fluido interno recebido entre o revestimento interno (20) e o revestimento externo (22). O tubo inclui um revestimento de polímero intermediário (24) interposto entre o revestimento interno (20) e o revestimento externo (22), sendo que o revestimento intermediário (24) e o revestimento interno (20) delimitam um espaço anular interno (26) entre os mesmos para receber o fluido interno. O fluido interno é confinado no espaço anular interno (26) a uma pressão acima de 5.000 kpa (50 bars).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um tubo flexível para transportar um fluido que compreende: - um revestimento de polímero interno que define uma passagem interna para a circulação de um fluido transportado; - pelo menos uma camada de blindagens internas disposta no lado externo do revestimento interno; - um revestimento de polímero de proteção externo posicionado no lado externo de cada camada de blindagens internas; - um fluido interno recebido entre o revestimento interno e o revestimento externo.

[002] O tubo é, em particular, um tubo flexível do tipo não ligado projetado para transportar um fluido através de uma extensão de água, tal como um oceano, mar, lago ou rio.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Um tubo flexível é produzido, por exemplo, de acordo com os documentos normativos API 17J (Especificação para Tubo Não Ligado Flexível) e API RP 17B (Prática Recomendada para Tubo Flexível) estabelecidos pelo Instituto de Americano de Petróleo.

[004] O tubo é geralmente formado através de um conjunto de camadas concêntricas e superimpostas. Considera-se “não ligado”, conforme abrangido pelo significado da presente invenção, quando pelo menos uma das camadas do tubo tem a capacidade de ser mover longitudinalmente em relação às camadas adjacentes quando o tubo é dobrado.

[005] Em particular, um tubo não ligado é um tubo sem materiais de ligação que conectam as camadas que formam o tubo.

[006] De uma maneira conhecida, tal tubo inclui uma estrutura interna tubular que compreende pelo menos um revestimento de pressão. O tubo inclui telas de blindagens de tração posicionadas ao redor da estrutura tubular interna.

[007] Em alguns casos, o tubo inclui, adicionalmente, a abóbada de pressão, formada por pelo menos um fio interligado que tem um perfil com formato de T ou um perfil com formato de Z. Um camada de aro também pode ser enrolada em uma espiral ao redor da abóbada de pressão.

[008] Um tubo exemplificativo do tipo supramencionado é descrito no documento n2 WO 2011/026801. Esse tubo inclui, adicionalmente, um fluido de proteção recebido entre o revestimento interno e o revestimento externo. O fluido de proteção impede a corrosão das camadas de blindagens intermediárias. O mesmo é mantido em pressão atmosférica.

[009] Os dutos do tipo supramencionado são geralmente posicionados através de uma extensão de água, entre um conjunto inferior projetado para coletar o fluido extraído no fundo da extensão de água e um conjunto de superfície flutuante ou não flutuante projetado para conectar e distribuir o fluido. O conjunto de superfície pode ser uma plataforma semissubmersível, uma FPSO, uma plataforma estacionária, uma torre flexível, uma plataforma de pernas de tensão ou qualquer outro conjunto flutuante ou não flutuante.

[010] Em alguns casos, o tubo é usado para reinjetar, no fundo da extensão de água, um fluido presente da superfície, por exemplo um gás pressurizado. Esse é o caso, em particular, de depósito que compreendem hidrocarbonetos ricos em dióxido de carbono. O dióxido de carbono é separado dos hidrocarbonetos da superfície e é reinjetado no reservatório sob pressão, a fim de evitar a disseminação de dióxido de carbono na atmosfera.

[011] Em alguns casos, para a exploração de fluidos em águas profundas, o tubo flexível tem que comprimento superior a 200 m. Ademais, a pressão diferencial necessária para a reinjeção de fluido no reservatório pode ser bastante alta, por exemplo acima de 40.000 kPa (400 bars), ou até mesmo acima de 70.000 kPa (700 bars). Ademais, a pressão absoluta presente no fundo do tubo flexível, que é uma combinação de uma pressão de fluido muito alta no topo do tubo e a pressão hidrostática exercida, pode ser muito alta, por exemplo aproximadamente 130.000 kPa (1.300 bars).

[012] Quando os fluidos são transportados em pressões muito altas, os dutos com uma construção tradicional do tipo supramencionado podem ser limitados, particularmente para uso em uma aplicação dinâmica.

[013] De fato, fenômenos de fadiga, e mais particularmente fenômenos de fadiga por atrito, podem aparecer na abóbada de pressão e na camada de aro espiral.

[014] Essa fadiga altera as propriedades mecânicas do tubo e prejudica a longevidade. Um objetivo da invenção é, portanto, ter um tubo flexível para transportar um fluido, que tenha a capacidade de transportar um fluido em uma pressão muito alta e que seja, não obstante, bastante resistente ao longo do tempo para aplicações dinâmicas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[015] Para esse fim, a invenção refere-se a um tubo do tipo supramencionado, caracterizado pelo fato de que o tubo inclui um revestimento de polímero intermediário interposto entre o revestimento interno e o revestimento externo, sendo que o revestimento intermediário e o revestimento interno delimitam um espaço anular interno entre os mesmos para receber o fluido interno, e o fluido interno é confinado no espaço anular interno a uma pressão acima de 5.000 kPa (50 bars).

[016] O tubo de acordo com a invenção pode incluir um ou mais dos seguintes recursos, considerados sozinhos ou de acordo com quaisquer combinações tecnicamente possíveis: - o fluido interno é confinado no espaço anular interno a uma pressão acima de 20.000 kPa (200 bars) e, em particular, compreendida entre 20.000 kPa (200 bars) e 40.000 kPa (400 bars); - o mesmo compreende, no espaço anular interno, uma abóbada de pressão que inclui pelo menos um fio enrolado ao redor do revestimento interno e, opcionalmente, uma camada de aro posicionada ao redor da abóbada de pressão; - o fio tem um perfil com formato de V; - o fio tem um perfil com formato de T, K, U, X ou I; - o mesmo compreende, no espaço anular interno, pelo menos uma abóbada que inclui pelo menos uma faixa de aramida com uma resistência mecânica alta e/ou pelo menos uma faixa de compósito que compreende uma matriz termoplástica e em que fibras de vidro ou carbono são incorporadas; - cada uma das camadas de blindagens internas é posicionada no espaço anular interno; - cada uma das camadas das blindagens internas é enrolada com um ângulo espiral menor que 45° em valor absoluto, em particular compreendido entre 20° e 45° em valor absoluto; - o mesmo inclui pelo menos uma camada de blindagens externas posicionadas entre o revestimento intermediário e o revestimento externo; - cada uma das camadas de blindagens externas é enrolada com um ângulo espiral maior que 45° em valor absoluto, em particular compreendido entre 50° e 60° em valor absoluto; - o mesmo inclui uma abóbada externa posicionada entre o revestimento intermediário e o revestimento externo, sendo que o revestimento externo compreende um fio de metal e/ou uma faixa de alta resistência e/ou uma faixa de compósito; - o mesmo inclui uma faixa de manutenção externa para cada uma das camadas de blindagens externas posicionadas entre a camada de blindagens externas e o revestimento externo; - o mesmo inclui uma carcaça interna posicionada no revestimento interno, sendo que a carcaça interna é vantajosamente formada a partir de uma folha de metal interligada.

[017] A invenção se refere, ainda, ai uso de um tubo conforme definido acima para transportar, na passagem interna, um fluido a uma pressão acima de 40.000 kPa (400 bars), em particular acima de 70.000 kPa (700 bars).

[018] A invenção se refere, ainda, a um método para produção de um tubo flexível que inclui as seguintes etapas: - fornecer um revestimento de polímero interno, sendo que o revestimento interno define uma passagem interna para o fluxo de de um fluido transportado; - dispor pelo menos uma camada das blindagens de tração internas no lado externo do revestimento interno; - dispor um revestimento de proteção de polímero externo no lado externo da camada de blindagens internas; - injetar um fluido interno entre o revestimento interno e o revestimento externo; caracterizado pelo fato de que inclui inserir um revestimento de polímero intermediário entre o revestimento interno e o revestimento externo, sendo que o revestimento intermediário e o revestimento interno definem um espaço anular interno entre os mesmos para receber o fluido interno, e o método inclui confinar o fluido interno no espaço anular interno a uma pressão acima de 5.000 kPa (50 bars).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[019] A invenção será compreendida melhor mediante a leitura da seguinte descrição, fornecida apenas como exemplo e criada em aos desenhos anexos, no quais: - a Figura 1 é uma vista em perspectiva de corte parcial de um tubo flexível de acordo com a invenção; - a Figura 2 é uma vista em corte diagramático parcial ao longo de um plano transversal ao tubo da Figura 1; - a Figura 3 é uma vista diagramática parcial, em um corte ao longo de um plano axial mediano de um detalhe do tubo da Figura 1, que ilustra o espaço anular interno pressurizado do tubo; - a Figura 4 é uma vista diagramática parcial, em um corte ao longo de um plano axial mediano do tubo da Figura 1, que ilustra a ondulação do espaço anular interno pressurizado do tubo.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[020] No resto desse documento, os termos “externo” ou “do lado externo” e “interno” ou “do lado interno” geralmente devem ser entendidos radialmente em relação a um eixo geométrico A-A'do tubo, sendo que o termo “externo” é entendido como sendo relativamente radialmente mais distante do eixo geométrico A-A'e o termo “interno” é entendido como sendo relativamente radialmente mais próximo do eixo geométrico A-A do tubo.

[021] Ademais, os termos “a montante” e “a jusante” devem ser entendido geralmente em relação à direção de fluxo normal de um fluido de óleo dentro do tubo.

[022] As pressões mencionadas são pressões diferenciais, salvo indicação em contrário. As pressões mencionadas devem ser interpretadas, em particular, em relação à descrição de um tubo particular com um diâmetro interno igual a 152 mm (6”), que considera-se ilustrar a estrutura e desempenho do tubo de acordo com a invenção.

[023] Um primeiro tubo flexível 10 de acordo com a invenção é parcialmente ilustrado nas Figuras 1 a 3.

[024] O tubo flexível 10 inclui um segmento central 12 ilustrado parcialmente na Figura 1. O mesmo inclui, em cada uma das extremidades de eixo geométrico do segmento central 12, uma peça de extremidade final (não mostrada).

[025] Com referência à Figura 1, o tubo 10 delimita uma passagem central 16 para o fluxo de um fluido, vantajosamente um fluido de óleo. A passagem central 16 se estende ao longo de um eixo geométrico A-A', entre a extremidade a montante e a extremidade a jusante do tubo 10. A mesma emerge através das peças de extremidade.

[026] O diâmetro da passagem central 16 vantajosamente está compreendido entre 50 mm (2”) e 500 mm (20”).

[027] O fluido transportado pelo tubo é, por exemplo, um gás ou um líquido extraído do subsolo, ou reinjetado no mesmo. Em uma aplicação particular, o fluido é um gás rico em dióxido de carbono (por exemplo, que contém mais de 1% mol de dióxido de carbono) projetado para ser reinjetado no subsolo, vantajosamente no fundo de uma extensão de água.

[028] A pressão do fluido que flui no tubo é, por exemplo, maior que 40.000 kPa (400 bars), em particular maior que 70.000 kPa (700 bars) e vantajosamente está compreendida entre 90.000 kPa (900 bars) e 110.000 kPa (1.100 bars).

[029] O tubo flexível 10 é projetado para ser posicionado através de uma extensão de água (não mostrada) em uma instalação de exploração de fluido, em particular para hidrocarbonetos.

[030] A extensão de água é, por exemplo, um mar, lago ou oceano. A profundidade da extensão de água na instalação de exploração de fluido inclui-se, por exemplo, entre 50 m e 3000 m.

[031] A instalação exploração de fluido inclui um conjunto de superfície, geralmente flutuante, e um conjunto inferior (não mostrado), que são geralmente conectados entre si pelo tubo flexível 10.

[032] O tubo flexível 10 é preferencialmente um tubo “não ligado”.

[033] Pelo menos duas camadas adjacentes do tubo flexível 10 são livres para se mover longitudinalmente em relação uma à outra quando o tubo dobra.

[034] Vantajosamente, todas as camadas do tubo flexível são livres para se mover em relação uma à outra. Tal tubo é descrito, por exemplo, nos documentos normativos publicados pelo Instituto Americano de Petróleo (API), API 17J e API RP 17B.

[035] Conforme ilustrado pela Figura 1, o tubo 10 delimita uma pluralidade de camadas concêntricas ao redor do eixo geométrico A-A', as quais se estendem continuamente ao longo do segmento central 12 até as peças de extremidade situadas nas extremidades do tubo.

[036] De acordo com a invenção, o tubo 10 inclui pelo menos um primeiro revestimento 20 com uma base de um material de polímero que forma um revestimento de pressão. O tubo 10 compreende um segundo revestimento externo 22 projetado para proteger o tubo 10 e, de acordo com a invenção, um revestimento intermediário tensionado 24 inserido entre o revestimento interno 20 e o revestimento externo 22.

[037] O revestimento intermediário 24 define, com o revestimento interno 20, um espaço anular interno 26 projetado para ser pressurizado por um fluido interno. O mesmo define, com o revestimento externo 22, uma blindagem de espaço anular externo 28 da revestimento intermediário 24.

[038] No espaço anular interno 26, o tubo 10 inclui uma abóbada de pressão 30 e, opcionalmente, uma camada de aro interna 32 enrolada ao redor da abóbada de pressão 30.

[039] O tubo 10 inclui, adicionalmente, no espaço anular interno 26, uma pluralidade de camadas de blindagens de tração internas 34, 36 posicionada do lado externo em relação à abóbada de pressão 30 e em relação à camada de aro 32.

[040] No espaço anular externo 28, o tubo 10 inclui uma pluralidade de camadas de blindagem de tração 38, 40 posicionada do lado externo ao redor do revestimento intermediário 24. De acordo com uma realização alternativa da invenção, as camadas de blindagem de tração 38, 40 são substituídas por uma abóbada de pressão formada por um fio de metal perfilado que tem uma geometria com formato de T, U, K, X ou I e/ou a partir de pelo menos uma faixa de aram ida com uma resistência mecânica alta (Technora® ou Kevlar®), e/ou a partir de pelo menos uma faixa de compósito que compreende uma matriz termoplástica na qual fibras de carbono ou fibras de vidro são incorporadas.

[041] Preferencialmente, o tubo 10 inclui, adicionalmente, uma carcaça interna 42 posicionada dentro do revestimento interno 20.

[042] Quando a carcaça 42 está presente, a mesma é formada por uma folha de metal perfilada enrolada em uma espiral. Conforme ilustrado pela Figura 3, as voltas da folha são vantajosamente grampeadas entre si, o que possibilita reagir contra as forças de esmagamento radiais.

[043] O enrolamento helicoidal da folha de metal perfilada que forma a carcaça 42 tem um afastamento curto, isto é, tem um ângulo espiral com um valor absoluto próximo de 90°, tipicamente compreendido entre 75° e 90°.

[044] Nesse exemplo, a carcaça 42 é posicionada dentro do revestimento de pressão 20. O tubo é, então, designado pelo termo “furo áspero” devido à geometria da carcaça 42.

[045] Em uma alternativa que não é mostrada, o tubo flexível 10 não tem carcaça interna 42, e é então referido como “furo liso”.

[046] De uma maneira conhecida, o revestimento interno 20 é projetado para confinar de maneira hermética o fluido transportado na passagem 16. O mesmo é produzido a partir de um material de polímero, por exemplo, com uma base de uma poliolefina tal como polietileno, uma base de uma poliamida tal como PA11 ou PA12, ou uma base de um polímero fluorado tal como flúor de polivinilideno (PVDF).

[047] A espessura do revestimento interno 20 é, por exemplo, compreendida entre 5 mm e 20 mm.

[048] Nesse exemplo, a abóbada de pressão 30 é projetada para reagir contra as forças relacionadas à pressão que predomina dentro do revestimento de pressão 20. A mesma é por exemplo formada por um fio perfilado de metal enrolado em uma espiral ao redor do revestimento 20. O fio perfilado preferencialmente tem uma geometria que é um particular conformada em Z. A geometria com formato de Z possibilita o aprimoramento da resistência mecânica geral do tubo 10 e também possibilita a redução da massa do mesmo.

[049] Alternativamente, o fio perfilado tem uma geometria no formato de um T, U, K, X ou I.

[050] A abóbada de pressão 30 é enrolada em uma espiral com um afastamento curto ao redor do revestimento interno 20, isto é, com um ângulo espiral com um valor absoluto próximo de 90°, tipicamente compreendido entre 75° e 90°.

[051] A camada de aro 32 é constituída de um enrolamento em espiral de pelo menos um fio vantajosamente com um corte transversal ao redor da abóbada de pressão 30.

[052] A superposição de vários fios enrolados ao redor da abóbada de pressão 30 pode vantajosamente substituir uma determinada da camada de aro espessura total 32. Isso possibilita o aumento da resistência a ruptura do tubo 10 e a diminuição do risco de fadiga por atrito. O enrolamento do pelo menos um fio tem um afastamento curto, isto é, com um ângulo espiral que tem um valor absoluto próximo de 90°, tipicamente compreendido entre 75° e 90°.

[053] Em uma realização alternativa da invenção, a abóbada de pressão 30 e a camada de aro 32 são substituídas por uma abóbada de pressão com uma espessura maior formada a partir de um fio perfilado de metal que tem uma geometria com formato de T, U, K, X ou I, e/ou a partir de pelo menos uma faixa de aramida com uma resistência mecânica alta (Technora® ou Kevlar®), e/ou a partir de pelo menos uma faixa de compósito que compreende uma matriz termoplástica na qual as fibras de carbono ou fibras de vidro são incorporadas.

[054] No exemplo mostrado na Figura 1, o tubo flexível 10 inclui pelo menos um par de camadas de blindagem interna 34, 36, sendo uma dessas é mostrada na Figura 1.

[055] Altemativamente, o tubo flexível 10 inclui diversos pares de camadas de blindagem interna 34, 36 superimpostos uns sobre os outros, por exemplo, dois pares de camadas de blindagem interna 34, 36.

[056] Cada par inclui uma primeira camada de blindagem interna 34 aplicada na camada de aro 32 ou em outro par de camadas de blindagem interna, e uma segunda camada de blindagem interna 36 posicionada ao redor da primeira camada de blindagem interna 34.

[057] Cada camada de blindagem interna 34, 36 inclui pelo menos um elemento de blindagem longitudinal 44 enrolado com um afastamento longo ao redor do eixo geométrico A-A' do tubo 10.

[058] “Enrolado com um afastamento longo” significa que o valor absoluto do ângulo espiral é menor que 60°, e é tipicamente compreendido entre 20° e 60°.

[059] No exemplo mostrado na Figura 1, o valor absoluto do ângulo espiral de cada camada de blindagens internas 34, 36 é menor que 45°, e é um particular compreendido entre 20° e 30°, e é aproximadamente igual a 25°.

[060] Os elementos de blindagem 44 de uma primeira camada 34 são geralmente enrolados em um ângulo oposto em relação aos elementos de blindagem 44 de uma segunda camada 36. Assim, se o ângulo de enrolamento dos elementos de blindagem 44 da primeira camada 34 é igual a +a, sendo que α está compreendido entre 20° e 60°, e o ângulo de enrolamento dos elementos de blindagem 44 da segunda camada 36 posicionados em contato com a primeira camada 34 é por exemplo -a, sendo que a é compreendido entre 20° e 60°.

[061] Os elementos de blindagem 44 são, por exemplo, formados por fios de metal ou fio produzidos a partir de um material de compósito, ou por fitas com uma resistência mecânica alta.

[062] Nesse exemplo, cada camada de blindagem 34, 36 repousa em pelo menos uma faixa anti-desgaste. A faixa anti-desgaste é, por exemplo, produzida a partir de plástico, em particular com uma base de poliamida ou flúor de polivinilidena (PVDF). A mesma tem uma espessura menor que a espessura de cada revestimento 20, 22, 24.

[063] O revestimento intermediário 24 é projetado para confinar o fluido interno pressurizado no espaço anular interno 26. O mesmo é vantajosamente produzido a partir de um material de polímero, em particular com uma base de uma poliolefina, tal como polietileno, uma base de uma poliamida, tal como PA11 ou PA12, ou uma base de um polímero fluorado tal como flúor de polivinilidena (PVDF).

[064] A espessura do revestimento interno 24 está compreendida, por exemplo, entre 5 mm e 15 mm.

[065] O fluido interno é recebido hermeticamente no espaço anular interno 26. O mesmo tem uma pressão acima de 5.000 kPa (50 bars), vantajosamente acima de 20.000 kPa (200 bars) e em particular compreendida entre 20.000 kPa (200 bars) e 40.000 kPa (400 bars).

[066] O mesmo é inserido no espaço anular interno 26 vantajosamente através de um canal 200 disposto em uma peça de extremidade final, mais especificamente na parte superior do tubo 10. Um canal exemplificativo 200 é mostrado na Figura 4.

[067] O fluido interno é vantajosamente um líquido cuja pressão é mais facilmente controlável, tal como um óleo, um hidrocarboneto, em particular hexano, um líquido de proteção que compreende, por exemplo, um glicol, em particular monoetileno glicol, sendo que o líquido de proteção compreende vantajosamente um álcool. Alternativamente, o fluido interno é um gás neutro, tal como nitrogênio.

[068] Ademais, o fluido interno possibilita a proteção do elemento de blindagem de metal 30, 32, 34, 36 do espaço anular 26.

[069] O líquido preferencialmente tem uma densidade próxima daquela da água do mar. Conforme será observado abaixo, a presença do fluido interno pressurizado, confinado pelo revestimento intermediário 24, aplica uma pressão de retorno no revestimento interno 20.

[070] Isso diminui consideravelmente os estresses axiais experimentados pela abóbada de pressão 30 e pela camada de aro 32, bem como os estresses de pressão de contato radial exercidos na interface entre as camadas 30 e 32.

[071] Assim, a fadiga e os fenômenos de fadiga por atrito são significativamente reduzidas como resultado, em geral, dentro do espaço anular interno 26, mesmo quando a pressão do fluido que flui na passagem central 16 é alto, por exemplo, quando é acima de 40.000 kPa (400 bars), em particular acima de 70.000 kPa (700 bars).

[072] Ademais, o fluido interno pressurizado possibilita aumentar significativamente os limites das capacidades atuais em termos da pressão interna aceitável pelos dutos flexíveis subaquáticos do tipo não ligado.

[073] Vantajosamente, quando a abóbada de pressão 30 é formada por fios que têm um perfil com formato de Z, esse fenômeno é reduzido ainda mais.

[074] Assim, e vantajosamente, visto que a pressão de retorno exercida pelo fluido interno presente no espaço anular interno 26 compensa a pressão do fluido de hidrocarboneto exercida no revestimento interno 20, a pressão de serviço pode ser aumentada consideravelmente dentro da passagem central 16.

[075] Ademais, se a pressão do fluido de hidrocarboneto que flui na passagem central 16 for mantida a uma determinada pressão de serviço, a pressão de retorno exercida no revestimento de pressão 30 compensa significativamente da pressão de serviço. Isso possibilita, assim, reduzir as dimensões dos fios usados para formar a abóbada de pressão e, portanto, diminuir a massa do tubo flexível 10.

[076] Preferencialmente, o uso da camada de aro 32 que compreende mais de dois fios enrolados com um afastamento curto ao redor da abóbada de pressão 30 reduz o fenômeno de fadiga por atrito.

[077] No exemplo mostrado na Figura 1, o tubo flexível 10 inclui pelo menos um par de blindagens externas 38, 40, sendo que uma dessas é mostrada na Figura 1.

[078] Altemativamente, o tubo flexível 10 inclui diversos pares de camadas de blindagem externas 38, 40 superimpostos entre si, por exemplo, dois pares de camadas de blindagem externas 38, 40.

[079] Cada par inclui uma primeira camada de blindagens externas 38 aplicada no revestimento intermediário 24, ou em outro par de camadas de blindagem externas, e uma segunda camada de blindagens externas 38, posicionada ao redor da primeira camada de blindagens externas 36.

[080] Cada camada de blindagens externas 38, 40 inclui pelo menos uma camada de blindagem longitudinal 44 enrolada com um afastamento longo ao redor do eixo geométrico A-A’ do tubo 10.

[081] “Enrolado com um afastamento longo” significa que o valor absoluto do ângulo espiral é menor que 60°, e é tipicamente compreendido entre 20° e 60°.

[082] Preferencialmente, no exemplo mostrado na Figura 1, o valor absoluto do ângulo espiral de cada camada de blindagens externas 34, 36 é maior que 45°, e encontra-se particular entre 50° e 60°, e é aproximadamente igual a 55°.

[083] Os elementos de blindagem 44 de uma primeira camada 38 são geralmente enrolados ao longo de um ângulo oposto em relação aos elementos de blindagem 44 de uma segunda camada 40.

[084] Assim, se o ângulo de enrolamento dos elementos de blindagem 44 da primeira camada 38 for igual a + a, em que a encontra-se entre 20° e 60°, o ângulo de enrolamento dos elementos de blindagem 44 da segunda camada 40 posicionada em contato com a primeira camada 38 é, por exemplo, - a, em que a encontra-se entre 20° e 60°.

[085] Os elementos de blindagem 44 são, por exemplo, formados por fios de compósito ou metal, ou por fitas.

[086] Alternativamente, as camadas de blindagem externas 38, 40 são substituídas por uma abóbada de pressão “externa” formada a partir de um fio perfilado de metal que tem uma geometria com formato de T, U, K, X ou I e/ou pelo menos uma faixa de aram ida com uma resistência mecânica alta (Technora® ou Kevlar®), e/ou a partir de pelo menos uma faixa de compósito que compreende uma matriz termoplástica na qual fibras de carbono ou fibras de vidro são incorporadas.

[087] Nesse exemplo, cada camada de blindagem 38, 40 repousa em pelo menos uma faixa anti-desgaste. A faixa anti-desgaste é, por exemplo, produzida a partir de plástico, em particular com uma base de poliamida ou flúor de polivinilideno (PVDF). A mesma tem uma espessura menor que a espessura de cada revestimento 20, 22, 24.

[088] Vantajosamente, uma fita de manutenção é enrolada ao redor da segunda camada de blindagens externas 40 que é mais exterior em relação ao eixo geométrico A-A', para garantir a manutenção mecânica das camadas de blindagem externas 38, 40.

[089] O revestimento externo 22 é projetado para proteger o espaço anular 26 impedindo-se que o fluido penetre a partir do lado externo do tubo flexível 10 em direção ao lado interno. O mesmo é vantajosamente produzido a partir de um material de polímero, em particular com uma base de uma poliolefina, tal como polietileno, uma base de uma poliamida, tal como PA11 ou PA12, ou uma base de um polímero fluorado tal como flúor de polivinilidena (PVDF).

[090] A espessura do revestimento externo 22 é, por exemplo, compreendida entre 5 mm e 15 mm.

[091] A produção do tubo 10 será descrita agora.

[092] Primeiramente, a carcaça 42 é montada. O primeiro revestimento 20 é formado ao redor da carcaça 42, por exemplo, realizando a extrusão do polímero que forma a mesma.

[093] Em seguida, a abóbada 30 e a camada de aro 32 são enroladas ao redor do primeiro revestimento 20. As camadas de blindagem interna 34, 36 são, então, colocadas ao redor da camada de aro 32.

[094] O revestimento intermediário 24 é, então, formado ao redor das camadas de blindagem interna 34, 36, vantajosamente realizando a extrusão do polímero que forma as mesmas.

[095] As camadas de blindagem externas 38, 40 são então colocadas ao redor do revestimento intermediário 24.

[096] A camada de blindagem externa 22 é então formada ao redor das camadas de blindagem externas 38, 40, vantajosamente realizando a extrusão do polímero que formam as mesmas.

[097] As peças de extremidade 190 do tubo 10 são então instaladas nas extremidades do segmento central 12. Esse processo de instalação fecha o espaço anular interno 26.

[098] Em seguida, na extremidade de fabricação do tubo 10 e antes de submeter o mesmo a um Teste de Aceitação de Fábrica, o fluido interno é introduzido no espaço anular interno 26 por meio das peças de extremidade anteriormente instaladas e dentro das quais um canal 200 é disposto para introdução do fluido interno, conforme mostrado na Figura 4.

[099] Quando o tubo 10 é instalado na extensão de água usando-se, vantajosamente, um método de assentamento por reboque, em particular no caso em que o tubo inclui uma abóbada de pressão externa enrolada com um afastamento curto para substituir os elementos de blindagem 44, ou usando-se vantajosamente um método de assentamento vertical, em particular se o tubo compreende elementos de blindagem 44 enrolados com um afastamento longo, e durante o início de funcionamento, o fluido interno é confinado no espaço 26, a uma pressão acima de 5.000 kPa (50 bars), vantajosamente acima de 20.000 kPa (200 bars) e em particular uma pressão compreendida entre 20.000 kPa (200 bars) e 40.000 kPa (400 bars).

[0100] A pressurização do espaço anular interno 26 é mantida ao longo de toda a duração do serviço do tubo flexível 10, independentemente dos períodos de interrupção de produção para realizar operações de manutenção.

[0101] No caso de a pressurização do espaço anular 26 não ser mais garantida, a abóbada de pressão 30 e a camada de aro 32, enroladas com um afastamento curto, são dimensionadas para reagir contra a força radial exercida pela pressão de serviço durante um período de tempo reduzido.

[0102] Em contrapartida, se houver uma queda de pressão de serviço, embora a pressão no espaço anular 26 seja mantida, a carcaça é dimensionada para reagir contra a força de esmagamento radial exercida.

[0103] Durante o uso do tubo, o fluido pressurizado flui na passagem interna 16, por exemplo, a uma pressão acima de 40.000 kPa (400 bars), em particular uma pressão compreendida entre 70.000 kPa (700 bars)e 110.000 kPa (1.100 bars).

[0104] Conforme mostrado nas Figuras 2 e 4, a presença do fluido interno pressurizado confinado permanentemente no espaço anular interno 26 compensa as forças de pressão radial exercidas pelo fluido que flui na passagem interna 16.

[0105] A seta interna Fi corresponde à pressão radial exercida pelo fluido de hidrocarboneto que flui dentro da passagem interna 16 do tubo 10, na superfície interna do revestimento de pressão 20. A seta externa Fex corresponde à pressão radial (ou pressão de retomo) exercida pelo fluido interno presente dentro do espaço anular interno 26, na superfície externa do revestimento de pressão 20 e na superfície interna do revestimento intermediário 24.

[0106] As pressões radiais aplicada no revestimento de pressão 20 mostradas pelas setas Fi e Fex são orientadas radialmente para o centro do center do tubo 10, mas em direções opostas.

[0107] Isso então permite uma diminuição significativa na fadiga e nos fenômenos de fadiga por atrito que podem aparecer devido à pressão muito alta aplicada dentro do espaço anular interno 26.

[0108] As camadas de blindagem externas 38, 40 possibilitam manter a pressão do espaço anular interno 26.

[0109] Em uma alternativa, a pressão exercida pelo fluido interno confinado no espaço anular interno 26 é ajustável. Dessa maneira, os fenômenos de fadiga podem ser gerenciados precisamente ao longo do tempo, garantindo-se, portanto, um tempo de vida mais longo para o tubo 10.

[0110] Ademais, o segundo espaço anular ou espaço anular externo 28 fornece uma proteção geral para o tubo, em particular em relação ao estresse da camada de aro gerado no espaço anular interno 26. O tubo 10 pode, em particular, ser usado para reinjetar um fluido sob pressão muito alta no subsolo, tal como um gás rico em dióxido de carbono.

[0111] Em todas as descrições acima, os valores de pressão foram mencionados em referência a um tubo com um diâmetro aproximadamente igual a 152 mm.

Claims

1. TUBO FLEXÍVEL (10) PARA TRANSPORTAR UM FLUIDO que compreende: - um revestimento de polímero interno (20) que define uma passagem interna (16) para a circulação de um fluido transportado; - pelo menos uma camada (34, 36) de blindagens internas, dispostas no lado externo do revestimento interno (20); - um revestimento de polímero de proteção externo (22), posicionado no lado externo de cada uma das camadas (34, 36) das blindagens internas; - um fluido interno recebido entre o revestimento interno (20) e o revestimento externo (22); caracterizado por o tubo incluir um revestimento de polímero intermediário (24) interposto entre o revestimento interno (20) e o revestimento externo (22), sendo que o revestimento intermediário (24) e p revestimento interno (20) delimitam um espaço anular interno (26) entre os mesmos para receber o fluido interno, - fluido interno sendo confinado no espaço anular interno (26) a uma pressão acima de 5.000 kPa (50 bars).

2. TUBO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fluido interno ser confinado no espaço anular interno (26) a uma pressão acima de 20.000 kPa (200 bars), e em particular compreendida entre 20.000 kPa (200 bars) e (400 bars).

3. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender, no espaço anular interno (26), uma abóbada de pressão (30) que inclui pelo menos um fio enrolado ao redor do revestimento interno e, opcionalmente, uma camada de aro (32) posicionada ao redor da abóbada de pressão (30).

4. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o fio ter um perfil com formato de Z.

5. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o fio ter um perfil com formato de T, K, U, Xou I.

6. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender, no espaço anular interno (26), pelo menos uma abóbada que inclui pelo menos uma faixa de aramida com uma resistência mecânica alta e/ou pelo menos uma faixa de compósito que compreende uma matriz termoplástica e na qual fibras de vidro ou carbono são incorporadas.

7. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por cada uma das camadas de blindagens internas (34, 36) ser posicionada no espaço anular interno (26).

8. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por cada uma das camadas de blindagens externas (34, 36) ser enrolada com um ângulo espiral maior que 45° em valor absoluto, em particular compreendido entre 20° e 45° em valor absoluto.

9. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por incluir pelo menos uma camada de blindagens externas (38, 40) posicionada entre o revestimento intermediário (24) e o revestimento externo (22).

10. TUBO (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por cada uma das camadas de blindagens externas (38, 40) ser enrolada com um ângulo espiral maior que 45° em valor absoluto, em particular compreendido entre 50° e 60° em valor absoluto.

11. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado por incluir uma abóbada externa posicionada entre o revestimento intermediário (24) e o revestimento externo (22), sendo que o revestimento externo compreende um fio de metal e/ou uma faixa de alta resistência e/ou uma faixa de compósito.

12. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado por incluir uma faixa de manutenção externa para cada uma das camadas de blindagens externas (38, 40) posicionada entre a camada de blindagens externas (38, 40) e o revestimento externo (22).

13. TUBO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por incluir uma carcaça interna (42), posicionada no revestimento interno (20), sendo que a carcaça interna (42) é vantajosamente formada a partir de uma folha de metal interligada.

14. USO DE UM TUBO (10), conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, caracterizado por ser para transportar, na passagem interna (16), um fluido a uma pressão acima de 40.000 kPa (400 bars), em particular acima de 70.000 kPa (700 bars).

15. MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM TUBO FLEXÍVEL (10) que inclui as seguintes etapas: - fornecer um revestimento de polímero interno (20), sendo que o revestimento interno (20) define uma passagem interna (16) para a circulação de um fluido transportado; - dispor pelo menos uma camada das blindagens de tração internas (34, 36) do lado externo do revestimento interno (20); - dispor um revestimento de proteção de polímero externo (22), do lado externo da camada de blindagens internas (34, 36); - injetar um fluido interno entre o revestimento interno (20) e o revestimento externo (22); caracterizado por incluir a interposição de um revestimento de polímero intermediário (24) entre o revestimento interno (20) e o revestimento externo (22), sendo que o revestimento intermediário (24) e o revestimento interno (20) delimitam um espaço anular interno (26) entre os mesmos para receber o fluido interno, em que o método inclui confinar o fluido interno no espaço anular interno (26) a uma pressão acima de 5.000 kPa (50 bars).