BRPI0315599B1 - conduto tubular flexível para o transporte de fluido no domínio da exploração petroleira offshore - Google Patents

Abstract

"conduto tubular flexível papa o transporte de fluido no domínio da exploração petroleira offshore". esse conduto tubular flexível (1) para o transporte de fluido no domínio da exploração petroleira offshore compreende pelo menos do interior para o exterior uma bainha de pressão (2), uma abóbada de pressão (3), uma bainha intermediária (4), pelo menos uma lona de armaduras de tração (5, 6) e uma bainha externa de proteção (7); ele compreende uma camada de drenagem específica (10) formada pelo enrolamento de pelo menos um elemento alongado (11) e posicionada entre a abóbada de pressão (3) e a bainha intermediária (4). o elemento alongado (11) é enrolado em torno da abóbada de pressão de acordo com um ângulo de armação compreendido entre 55<198> e 80<198>, ou de preferência entre 55,198> e 70<198>. o ou os elementos alongados (11) que formam a camada de drenagem são realizados de matéria plástica.

Description

“CONDUTO TUBULAR FLEXÍVEL PARA O TRANSPORTE DE FLUIDO NO DOMÍNIO DA EXPLORAÇÃO PETROLEIRA OFFSHORE” A presente invenção se refere a um conduto tubular flexível do tipo daqueles utilizados para a exploração e o transporte dos fluidos na indústria petroleira offshore. Ela se refere mais precisamente a condutos destinados ao transporte de fluidos ditos polifásicos ou de gás.

Condutos destinados ao transporte de fluido na indústria petroleira offshore são descritos em numerosas patentes da requerente tais como por exemplo a patente EP 0 937 932. Eles satisfazem entre outras às recomendações do API 17B (American Petroleum Institute Recommended Practice 17B). esses condutos são formados por um conjunto de camadas diferentes destinadas cada uma delas a permitir que o conduto flexível suporte as tensões de serviço ou de manutenção assim como as tensões específicas ligadas a sua utilização offshore. Essas camadas compreendem notadamente bainhas poliméricas e camadas de reforço formadas por enrolamentos de fios de forma, de fitas ou de fios feitos de materiais compósitos, mas elas podem compreender também enrolamentos de tiras diversas entre as diferentes camadas de reforço. Elas compreendem mais especialmente pelo menos uma bainha de estanqueidade ou bainha de pressão destinada a veicular o fluido transportado. A dita bainha de estanqueidade pode ser o elemento mais interno do conduto (o conduto é nesse caso dito de tipo “smooth bore”) ou ser disposta em tomo de uma carcaça formada por exemplo pelo enrolamento com passo curto de uma fita grampeada (o conduto é nesse caso dito de tipo “rough-bore”). Camadas de reforços formados por enrolamentos de fios metálicos ou compósitos são geralmente dispostas em tomo da bainha de pressão e podem compreender por exemplo: • Uma armadura de pressão formada por um enrolamento com passo curto de um fio de forma metálico grampeado, a dita armadura de pressão sendo disposta diretamente em tomo da bainha de estanqueidade a fim de compensar a componente radial da pressão interna. • Eventualmente uma guarnição formada por um enrolamento com passo curto de um fio de forma não grampeado situada acima da armadura de pressão para contribuir para a resistência à pressão interna, a armadura de pressão com ou sem a dita guarnição forma o que é chamado de abóbada de pressão do conduto. • Lonas de armadura de tração formadas por enrolamentos com passo longo de fios de forma metálicos ou compósitos, as ditas lonas sendo destinadas a compensar a componente axial da pressão interna assim como as solicitações longitudinais que o conduto sofre, como por exemplo os esforços de colocação.

Uma bainha polimérica externa ou bainha de proteção é geralmente prevista acima das camadas de reforço precedentemente citadas. Em certos casos, uma bainha polimérica intermediária também é prevista. Essa bainha intermediária pode por exemplo ser uma bainha dita anti-esmagamento (“anti-collapse” em inglês) disposta geralmente em tomo da abóbada de pressão. Essa bainha intermediária tem notadamente como objetivo impedir o esmagamento da bainha de estanqueidade e da carcaça eventual que ela circunda quando o anular (espaço situado entre a bainha de estanqueidade e a bainha externa) é submetido a uma pressão excessiva como por exemplo, quando a bainha externa está danificada e não é mais estanque. Ela está geralmente presente no caso de um “Smooth Bore” pois a bainha de estanqueidade é ainda mais sensível ao esmagamento.

Nos condutos flexíveis de produção, o fluido transportado é com frequência polifásico e ele contém gases tais como o H2S, o C02 ou o metano, que podem se difundir através da bainha de pressão. O gás que se difunde través da bainha de estanqueidade do conduto flexível aumenta a pressão no anular à medida da difusão. Esse aumento da pressão no anular pode levar a problemas de esmagamento da bainha interna e isso notadamente no caso de um “Smooth Bore” onde a dita bainha não é retida por uma carcaça. Esse é por exemplo o caso quando a pressão do anular se toma muito superior à pressão que existe dentro do conduto, como por ocasião de uma paralisação de produção ou em certas condições especiais em serviço. Também, é previsto drenar os gases presentes dentro do anular para limitar a pressão desse último. A drenagem dos gases é efetuada através e ao longo das armaduras de tração na direção de uma válvula de drenagem geralmente situada ao nível de uma ponteira terminal do conduto flexível.

No caso de um “smooth bore”, a bainha intermediária situada acima da abóbada de pressão impede a drenagem do gás na lona de armadura de tração. A drenagem do gás deveria nesse caso ser realizada no interior da abóbada de pressão, mas uma tal solução não pode ser considerada pois é muito difícil drenar eficazmente o gás em uma camada tal como a abóbada de pressão cujo ângulo de enrolamento é próximo de 90°. Assim, os condutos flexíveis de tipo “Smooth Bore” não são utilizados para o transporte de fluido polifásico ou de gás e são exclusivamente reservados às linhas de injeção de água, linhas para as quais não há problema de difusão de gás. Assim, somente os condutos do tipo “Rough Bore” são utilizados para realizar linhas de produção, mas essas estruturas são mais onerosas em razão da presença de uma camada metálica suplementar notadamente.

Assim, existe uma necessidade real de uma estrutura de baixo custo de tipo “Smooth Bore” que possa ser utilizada para transportar fluidos polifásicos ou gases. Par tentar responder a essa necessidade, foram propostas soluções que consistem em drenar o gás o mais próximo possível da bainha de pressão interna. No pedido de patente WO 01/33130, é descrito um conduto flexível do qual a bainha interna apresenta ranhuras em sua superfície externa, as ditas ranhuras sendo destinadas a drenar o gás entre a dita bainha e a abóbada de pressão. No pedido de patente FR 01 11135 da requerente ainda não publicado, a bainha interna de pressão é realizada em duas camadas (bainha dupla) e o gás é drenado entre as duas bainhas em ranhuras longitudinais previstas com essa finalidade. No entanto, essas soluções são muito complicadas para executar notadamente em razão dos problemas de fluência dos materiais termoplásticos utilizados para fazer as bainhas.

Em um outro pedido relativo a condutos flexíveis de tipo “bonded” WO 99/66246, é evocada a circulação de um líquido ou de um gás acima da abóbada de pressão em um espaço livre ou parcialmente livre. No entanto, de nenhum modo é detalhada e nem mesmo sugerida uma solução qualquer para o problema de sobrepressão dentro do anular devido a um problema de gás que se difunde através da bainha de pressão.

Em uma outra patente EP 0 937 932, a requerente descreveu um conduto com uma estrutura que compreende dois pares de armaduras de tração e uma bainha intermediária situada entre o par de armaduras externo e o par de armaduras interno, a dita estrutura podendo ser um “Smooth Bore”. Em uma tal estrutura, o gás presente no anular “interno” é drenado no interior do par de lonas de armadura interior que apresenta um ângulo de armação compreendido entre 30 e 55°. No entanto, essa solução proposta não permite realizar um conduto de tipo “smooth bore” utilizável em produção de baixo custo, e isso notadamente em razão das quatro lonas de armaduras de tração previstas para o conduto.

Por outro lado, qualquer que seja o tipo de conduto (“Smooth Bore” ou “Rough Bore”) utilizado, o problema da difusão de gás implica que os elementos metálicos da estrutura (abóbada de pressão, armaduras de tração) que se encontram no anular devem ser resistentes ao H2S notadamente. Isso implica um custo maior devido aos tratamentos especiais aos quais eles são submetidos e as características mecânicas obtidas permanecem médias.

Igualmente, a presente invenção tem como objetivo corrigir os inconvenientes precitados das estruturas da técnica anterior propondo para isso um conduto flexível utilizável para transportar fluidos polifásicos ou gases.

De acordo com sua característica principal, o conduto tubular flexível destinado ao transporte de fluido no domínio da exploração petroleira offshore é do tipo que compreende pelo menos do interior para o exterior uma bainha de pressão, uma abóbada de pressão, uma bainha intermediária, pelo menos uma lona de armaduras de tração e uma bainha externa de proteção e é caracterizado pelo fato de que ele compreende uma camada de drenagem específica formada pelo enrolamento de pelo menos um elemento alongado e posicionada entre a abóbada de pressão e a bainha intermediária.

De acordo com uma outra característica, a bainha de pressão é o elemento mais interno do conduto flexível.

De acordo com uma outra característica, o ou os elementos alongados é ou são vantajosamente enrolados em tomo da abóbada de pressão de acordo com um ângulo de armação compreendido entre 55° e 80° e preferencialmente entre 55° e 70°. O ou os elementos alongados que formam a camada de drenagem podem vantajosamente ser realizados em matéria plástica. Por outro lado, eles apresentam vantajosamente uma resistência suficiente no sentido radial para resistir sem ser esmagados à pressão hidrostática que existe na profundidade onde o conduto deve ser utilizado de maneira a poder transmitir essa pressão para a abóbada de pressão sobre a qual eles são enrolados.

De acordo com um modo de realização da invenção, o ou os elementos alongados que formam a camada de drenagem específica é ou são enrolados de maneira a deixar uma folga mínima entre as espiras para permitir a drenagem do gás no interior das ditas folgas.

De acordo com um outro modo de realização da invenção, o ou os elementos alongados apresentam caneluras ou ranhuras longitudinais que permitem a drenagem do gás no interior das caneluras ao longo do ou dos elementos.

Outras características e vantagens da invenção se desprenderão da descrição que vai se seguir em referência aos desenhos anexos que só são dados a títulos de exemplos não limitativos. • A figura 1 representa esquematicamente em perspectiva um conduto flexível da invenção de tipo “smooth bore” e suas diferentes camadas. • A figura 2 representa em corte longitudinal um primeiro modo de realização de um conduto flexível de tipo “smooth bore” da invenção. • A figura 3 representa em corte longitudinal um segundo modo de realização de um conduto flexível de tipo “smooth bore” da invenção. O conduto tubular flexível 1 da invenção é do tipo destinado à exploração petroleira offshore tal como aqueles definidos pelas recomendações do API17B e API17J. Ele é constituído por um conjunto de camadas constitutivas não ligadas que compreendem bainhas poliméricas e camadas de reforço ou armaduras, as ditas camadas podendo se for o caso ser separadas por enrolamentos de tiras diversas destinadas a evitar a fluência das bainhas ou destinadas a formar um isolamento térmico por exemplo.

De acordo com o modo de realização da invenção ilustrado nas figuras 1 a 3, o conduto flexível que leva a referência geral 1 é do tipo não ligado (“unbonded” em inglês) e de tipo “smooth-bore”, o elemento mais interno é formado por uma bainha de estanqueidade ou bainha de pressão 2. Ela é geralmente obtido por extrusão e tem como função realizar a estanqueidade do conduto (“bore” em inglês) onde circula o fluido e resistir à componente radial da pressão interna exercida pelo dito fluido com o auxílio da abóbada de pressão 3 que a recobre.

Essa abóbada de pressão 3 é por exemplo formada por um enrolamento com passo curto de um fio de forma metálico grampeado e destinado a compensar a pressão interna com a bainha de pressão que ela recobre. O conduto compreende também lonas de armaduras ditas de tração 5, 6 enroladas com passo longo e destinadas a compensar os esforços longitudinais aos quais pode ser submetido o conduto (componente longitudinal da pressão ou esforços de colocação por exemplo). É evidente que a abóbada de pressão poderia também compreender uma guarnição destinada a reforçar a resistência da abóbada à pressão interna. O conduto flexível 1 também compreende uma bainha de proteção externa 7 destinada a proteger as camadas de reforço 3,5,6 situadas no espaço anular que ela forma com a bainha interna. O conduto flexível 1 compreende uma bainha intermediária 4 sob a forma de uma bainha anti-esmagamento ou anti-collapse. Essa bainha define dois espaços anulares, um anular “interno” 30 situado entre ela e a bainha de estanqueidade 2 e um anular “externo” 20 entre ela e a bainha externa 7. Essa bainha intermediária 4 é notadamente destinada a reduzir os riscos de esmagamento da bainha de estanqueidade 2 quando a bainha externa está danificada e que o anular “externo” 20 se encontra submetido à pressão hidrostática por exemplo. Ela está assim destinada a suportar essa pressão com o auxílio da camada sobre a qual ela se apóia, impedindo que a pressão hidrostática venha se aplicar diretamente sobre a bainha de estanqueidade 2.

De acordo com a invenção, o conduto flexível 1 compreende uma camada de drenagem específica 10 destinada a permitir a drenagem dos gases que se difundem através da bainha de pressão 2 no anular interno. Essa camada específica é vantajosamente disposta entre a abóbada de pressão 3 e a bainha anti-esmagamento 4. Ela é formada por um enrolamento de um elemento alongado 11 do qual o perfil e/ou a configuração do enrolamento (folga, ângulo de armação) favorece a drenagem dos gases ao longo dos elementos. Como mostra a figura 2, o perfil do elemento alongado pode apresentar canais laterais ou caneluras 12 que permitem que o gás circule ao longo dos elementos 11. Uma outra solução ilustrada na figura 3 consiste em utilizar perfis ovóides que deixam entre si espaços (13, 14) nos quais o gás pode ser drenado. A natureza do material utilizado para formar os elementos 11 da camada de drenagem específica 10 pode ser de todos os tipos. É possível notadamente prever utilizar perfilados alongados metálicos ou feitos de matéria plástica tal como pó polipropileno, o polietileno ou o polifluoreto de vinilideno (PVDF). O material utilizado para realizar essa camada de drenagem 10 deve no entanto ser suficientemente resistente para poder transmitir para a abóbada de pressão sobre a qual ela é enrolada, a pressão hidrostática potencial suscetível de se aplicar sobre a bainha intermediária 4 sem se esmagar. Além disso os perfilados podem apresentar um perfil auto-grampeável por exemplo.

De acordo com uma alternativa não representada, a drenagem do gás na camada específica de drenagem 10 é efetuada nas folgas existentes entre os diferentes elementos que a compõem. Assim, a camada é projetada e enrolada de maneira a deixar uma folga mínima entre os elementos alongados para obter uma drenagem satisfatória do gás no interior dessas folgas.

De acordo com os modos de realização ilustrados, a camada de drenagem específica é formada pelo enrolamento helicoidal com passo curto de elementos alongados. O enrolamento é efetuado de acordo com um ângulo de armação compreendido entre 55° e 70°. De acordo com um modo de realização preferido, essa camada específica 10 não tem uma outra função senão a de drenar o gás situado no anular “interno”, ela não traz nenhuma contribuição mecânica para a resistência da estrutura. É possível notar que a camada específica de drenagem (10) pode ser realizada pelo enrolamento de um só elemento alongado (11), no caso de um ângulo de armação elevado (próximo de 80°), mas ela pode também ser formada pelo enrolamento de vários elementos ou perfilados quando o ângulo de armação da dita camada diminui.

De acordo com os modos de realização preferidos ilustrados da invenção, o conduto flexível é de tipo “Smooth Bore” e compreende uma bainha de estanqueidade como elemento mais interno. No entanto,'a invenção pode também encontrar sua aplicação em um conduto de tipo “Rough Bore” no qual o elemento mais interno é uma carcaça. Nesse caso, a camada de drenagem específica permite drenar o gás que se difunde através da bainha de pressão no interior de um anular dito interno onde se encontra a abóbada de pressão, enquanto que a bainha intermediária permite definir um anular “externo” onde são dispostas as lonas de armaduras de tração e no qual nenhum gás que provém do fluido transportado se difunde. Essa disposição especial permite vantajosamente realizar um conduto de tipo “Rough Bore” do qual as armaduras podem ser realizadas em um material sem levar em consideração os critérios NACE de resistência do dito material à corrosão em meio H2S.

Claims (10)

1. Conduto tubular flexível (1) para o transporte de fluido no domínio da exploração petroleira offshore do tipo que compreende pelo menos do interior para o exterior uma bainha de pressão (2), uma abóbada de pressão (3), uma bainha intermediária (4), pelo menos uma lona de armaduras de tração (5, 6) e uma bainha externa de proteção (7), caracterizado pelo fato de que ele compreende uma camada de drenagem específica (10) formada pelo enrolamento de pelo menos um elemento alongado (11) e posicionada entre a abóbada de pressão (3) e a bainha intermediária (4).

2. Conduto tubular flexível (1) de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a bainha de pressão (2) é o elemento mais interno do conduto flexível.

3. Conduto tubular flexível (1) de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o elemento mais interno do conduto flexível é constituído por uma carcaça.

4. Conduto tubular flexível de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que o elemento alongado (11) é enrolado em tomo da abóbada de pressão de acordo com um ângulo de armação compreendido entre 55° e 80°.

5. Conduto tubular flexível (1) de acordo com a reivindicação 4 caracterizado pelo fato de que o ângulo de armação está compreendido entre 55° e 70°.

6. Conduto tubular flexível (1) de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que o ou os elementos alongados (11) que formam a camada de drenagem são realizados em matéria plástica.

7. Conduto tubular flexível (1) de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que o ou os elementos alongados (11) que formam a camada de drenagem apresentam uma resistência suficiente no sentido radial para resistir sem ser esmagados a pressão hidrostática que existe na profundidade onde o conduto deve ser utilizado de maneira a poder transmitir essa pressão para a abóbada de pressão (3) sobre a qual eles são enrolados.

8. Conduto tubular flexível (1) de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que o ou os elementos alongados (11) que formam a camada de drenagem específica (10) é ou são enrolados de maneira a deixar uma folga mínima entre as espiras para permitir a drenagem do gás no interior das ditas folgas.

9.

Conduto tubular flexível (1) de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que o ou os elementos alongados (11) que formam a camada de drenagem (10) apresentam caneluras ou ranhuras longitudinais (12) que permitem a drenagem do gás no interior das caneluras ao longo do ou dos elementos.