BRPI0902351A2 - método de reparo estanque de dutos flexìveis - Google Patents

Abstract

MéTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXìVEIS. A presente invenção se refere a um método de reparo estanque de dutos flexíveis que consiste na aplicação de uma camada de manta elastomérica (4) em torno da tubulação, utilizando uma camada de cola adesiva (3) e, sobre a manta, aplica-se uma ou mais camadas de fitas adesivas (5), mais especificamente, de fitas anticorrosivas e fitas filamentosas e todo esse conjunto é fixado com abraçadeiras (6). A característica do processo da invenção reside no fato de o método ser de reparo leve, resistente, estanque e de fácil instalação para as regiões emersas e submersas de dutos flexíveis (1) e de promover o isolamento da região danificada (2) do duto e estanqueidade necessária para monitorar o espaço anular desta região do duto.

Description

MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se aplica a métodos de reparo de avarias emdutos flexíveis que ocorrem em regiões emersas e submersas, maisespecificamente, a um método de reparo estanque em dutos flexíveis deforma a garantir a estanqueidade do espaço anular destes.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Durante a instalação e a vida útil, os dutos flexíveis podem sofrerdanos no revestimento externo, provocando a perda de selagem ouestanqueidade do espaço anular e exposição das camadas metálicas aoambiente externo.

O monitoramento da pressão, vazão e fluidos do espaço anulardestes dutos pode detectar diversos problemas como não conformidadesoperacionais nas válvulas de alívio e barreiras de vedação, danos norevestimento externo e desbalanceamento das armaduras de tração.Portanto, existe a necessidade de proceder ao reparo de dutos flexíveis deforma a garantir a selagem ou estanqueidade do espaço anular datubulação, particularmente nas regiões emersas e submersas, queconsiste na aplicação de um reparo que seja leve, resistente, estanque ede fácil instalação, principalmente nas regiões citadas.

TÉCNICAS CORRELACIONADAS

Atualmente, a exploração de petróleo alpança uma profundidade de3.000m. Neste cenário, o duto flexível toma-se um componentefundamental tendo em vista sua melhor adaptação às condiçõesoperacionais severas devido a grandes profundidades, variações detemperaturas, fortes correntes marinhas, ondas e ventos. Essaversatilidade tornou a utilização do duto flexível bastante ampla pelasempresas de exploração e produção.

Os dutos flexíveis são tubulações utilizadas para o transporte depetróleo, fluidos de injeção, gás e determinados produtos químicos. Elessão usados como linhas que interligam os equipamentos submersos aosde superfície denominados risers, como dutos flexíveis assentados no leitomarinho, denominados flowlines, e também como linhas que podem fazerinterligação para equipamentos de superfície denominados jumpers. Destaforma, eles possuem mais facilidade de instalação e recuperação, quandocomparados aos dutos rígidos. Aproximadamente 80% da produção degás e óleo são atualmente transportadas em dutos flexíveis, formandouma rede de aproximadamente 6.000km de flowlines e 1.200km de risers,conectando árvores de natal e tubos com várias ligações ou manifolds,fixados a um sistema flutuante de produção.

Os dutos flexíveis são estruturas constituídas de camadas cilíndricaspoliméricas e camadas metálicas dispostas em helicóides, cada uma comcaracterísticas geométricas e físicas específicas. As camadas poliméricastêm função de vedação, ou seja, mantêm o fluido em seu interior, e podemauxiliar no isolamento térmico e na redução de fricção. As camadashelicoidais metálicas, também denominadas de armaduras, representamas principais características estruturais. Essas armaduras helicoidaisconsistem em arames ou tiras metálicas enroladas helicoidalmente sobreum núcleo polimérico.

Dutos flexíveis são compostos pelas seguintes camadas:

- camada externa ou outer sheath que protege contra a penetraçãode água do mar, desgaste e outros agentes externos;

- armadura de tração ou tensile armour Iayer que confere resistênciaà tração longitudinal da linha, constituída com arames metálicosenrolados em forma helicoidal, sendo um enrolamento no sentidohorário e outro no sentido anti-horário;

- armadura de pressão ou pressure armour Iayer que confereresistência a pressão interna e externa, constituída de arames deaço, enrolados no eixo longitudinal da linha;

- camada de pressão interna ou internai pressure sheath que é umacamada de polímero em função da vedação do fluido interno;

- carcaça interna com funções estruturais, para suportar pressõesinternas, externas e outros esforços, além de dar resistência àcorrosão interna e abrasão provocada pelo fluido;

- espaço anular que é a região do duto flexível compreendida entreo diâmetro externo da barreira de pressão.

A presença de gás natural do petróleo pressurizado e/ou dissolvidono interior desses dutos flexíveis de produção e/ou de exploração favorecea permeação, onde o gás migra lentamente através da barreira de pressãopolimérica até chegar ao espaço anular. Chegando ao espaço anular, estegás se acumula e permeia até o ponto mais alto, onde normalmenteficarão localizados na extremidade superior do duto flexível. Após algunsdias, a pressão interna no espaço anular aumenta em função da vazão dogás migrado, até atingir o valor da pressão de alívio pelas válvulasinstaladas nos conectores de extremidade do duto flexível. Esse fenômenopode ser observado através da abertura das válvulas de alívio de pressãode gás permeado no espaço anular e/ou pela presença de expurgo defluido pelas válvulas de alívio no conector da extremidade de risersflexíveis.

Diversos fatores podem contribuir para o comprometimento daintegridade de um duto flexível, dentre os quais se incluem:

- falhas mecânicas incipientes da camada polimérica interna ou falhade selagem no conector de extremidade, que pode permitir oaumento da pressão de gás no espaço anular em função doaumento da vazão migrada ou ausência de pressurização doespaço anular.

- falhas mecânicas na capa externa do riser flexível podem facilitar oeventual ingresso de água do mar no espaço anular econsequentemente o aumento instantâneo da pressão do espaçoanular.- perda de engastamento dos arames da armadura de tração aosconectores de extremidade do duto flexível, ocasionando oalongamento do duto e consequentemente à perda parcial dabarreira de vedação na interface com o conector de extremidade.

- falha de estanque idade na capa externa, decorrente de reparoexistente ou avaria durante o manuseio e operação, ocasiona oalagamento do espaço anular do duto flexível, com o conseqüenteaumento instantâneo da pressão.

Muitos estudos têm sido desenvolvidos para avaliação dadegradação de dutos flexíveis, dos mecanismos de fratura e, desta forma,são obtidas novas técnicas de inspeções e monitoramento.

Um dos danos mais comuns que ocorrem em dutos flexíveis durantea sua instalação ou operação é a abrasão e/ou ruptura da camada externado duto flexível, promovendo a exposição da região anular e suascamadas metálicas. Estas avarias podem ser facilmente detectadasatravés de inspeção visual ou através da técnica de injeção de nitrogênioem regiões de difícil acesso, tal como, dutos dos sistemas flutuantes deprodução, armazenamento e transferência de óleo ou Floating ProductionStorage and Offloading (FPSO). Além disso, essas avarias afetam omonitoramento superficial da pressão e requerem reparo imediato.

Durante sua instalação ou tempo de serviço, dutos flexíveis podemsofrer danos na capa externa, ocasionando a perda de selagem ouestanqueidade do espaço anular e exposição das camadas metálicas aomeio externo. Adicionalmente, a suspeita de rompimento de arames dacamada de tração, por exemplo, nos casos de torção, detectada atravésde inspeção visual, pode requerer a abertura de janelas na capa externapara avaliação da integridade das armaduras de tração.

Devido às particularidades de cada região, níveis de complexidadedistintos podem ser observados para a execução de reparos. Atualmente,os reparos nas regiões emersas e submersas são realizados "in situ"através da aplicação de graxa grafitizada na região de exposição daarmadura de tração e posteriormente são aplicadas fitas filamentosas eanticorrosivas que envolvem a região. Esse procedimento protege aarmadura dos agentes corrosivos, mas não recupera a estanqueidade doespaço anular. Existe ainda o reparo submarino com manta de resinaepóxi e luva de poliuretano para regiões submersas do duto flexível. Emoutra possibilidade o duto é remanejado para a embarcação de instalaçãoonde o reparo é então realizado através de solda plástica e/ ou através defitas filamentosas e anticorrosivas.

Diversas operações de reparo em tubulações submersas sãoconhecidas no estado da técnica, sendo que quando uma tubulaçãosubmarina é danificada, o método de reparo inclui o corte da seçãodanificada a substituição desta com posterior soldagem. Esta técnica seaplica a dutos rígidos de aço e não a dutos flexíveis.

Uma forma bastante difundida de reparar dutos metálicos consisteem aplicar externamente e soldar sobre a região afetada uma luvametálica originalmente bi-partida. A ligação do reparo metálico à tubulaçãoé feita através de solda, ocorrendo assim o aquecimento do duto e apresença de chama junto a locais que podem apresentar algum pequenovazamento, resultando em uma operação arriscada.

Outro inconveniente verificado na maneira usual de realizar reparode tubulações consiste em ser necessário o deslocamento deequipamento relativamente volumoso até o local do reparo. Isso éindesejável em razão de muitas linhas de dutos passarem por locais dedifícil acesso.

Outro problema verificado com o reparo feito com luva metálicaconsiste no custo relativamente elevado.

Em razão das dificuldades citadas acima, têm sido estudadas outrassoluções para o reparo desses dutos, todavia, as soluções propostas nãolograram ainda o êxito pretendido.A patente de invenção Pl 0204010-7 refere-se a um método derealizar reparo polimérico de dutos metálicos como oleodutos, gasodutos,dutos de instalação industriais em geral e outros. O reparo polimérico éconstituído por camada de fundo, camada de reparo, camada-base,camada laminada de tecido e manta de fibra de vidro impregnadas eintercaladas com resina de laminação. Os produtos empregados sãosubstancialmente a base de resinas epóxi ou similares. A invençãoproposta se refere a reparos aplicados em dutos rígidos e não em dutosflexíveis, conforme a proposta do presente pedido.

A patente US 7,500,494 descreve um sistema e método de reforçode uma região do tubo, incluindo aplicar uma estrutura de fibra para aregião do duto a ser reforçado e pressurização da resina através daestrutura da fibra com resina.

A patente de invenção Pl 9403284-0 descreve um método eequipamento para reparo da camada externa de linhas flexíveissubmersas consistindo na aplicação de uma manta de resina, a qualatinge o ponto de cura por aquecimento. Esta manta é aplicada sobre aavaria em torno do tubo, através de uma luva flexível que serve de moldede contenção e o reparo proposto é para preservar o revestimento do riserdos danos provocados por abrasão e a exposição por corrosão, mas nãopromove uma estanqueidade necessária para monitoramento de o espaçoanular.

O pedido de patente Pl 0110995-2 se refere ao controle devazamento em dutos, tais como tubulações para a condução de fluidos,sem requerer necessariamente o acesso direto ao próprio local devazamento. A invenção apresenta um equipamento e métodos para ocontrole de vazamento de duto onde um elemento de vedação éintroduzido no duto e é automaticamente arrastado ou então guiado aolocal de um vazamento; o elemento é levado, devido a um diferencial depressão atribuível ao vazamento, a se mover até o vazamento e deter ouvedar o mesmo. O elemento de vedação pode compreender umapluralidade de elementos individuais de flutuação distinta, sendo que cadaum deles pode ser conduzido longitudinalmente.

O pedido de patente Pl 0104774-4 consiste de um dispositivoutilizado na reabilitação de dutos que emprega a técnica da bobinagemautomática de fibras impregnadas em resina sobre a região deteriorada domesmo. A combinação fibra/resina pode ser do tipo carbono/epóxi,aramida/epóxi ou vidro/epóxi.

Considerando que os métodos de reparo não apresentam a soluçãode estanqueidade no espaço anular, a proposta de invenção apresentauma solução para estes problemas e assim o objetivo do presente pedidode invenção é um método de reparo estanque que consiste na aplicaçãouma manta elastomérica sobreposta com outras camadas adesivas parareparo de dutos flexíveis que supere os problemas normalmenteverificados com os meios de reparos usuais.

A invenção propõe um método de aplicação de um reparo leve,resistente, estanque e de fácil instalação. O reparo deve oferecerisolamento da região danificada na capa externa, evitando tanto a ação doambiente corrosivo externo sobre os componentes metálicos do dutoquanto garantir a estanqueidade necessária para o monitoramento doespaço anular.

SUMÁRIO

O objetivo da presente invenção é um método de reparo estanqueem dutos flexíveis que consiste na aplicação de um reparo constituído deuma manta de material elastomérico com cola adesiva e aplicação decamadas de fitas adesivas resistentes ao alongamento e à exposição àágua do mar, que conferirão resistência mecânica ao conjunto e autilização de abraçadeiras para garantir a pressão necessária à vedaçãodo conjunto.

Um dos aspectos da invenção consiste em ser um reparo leve,resistente, estanque e de fácil aplicação para as regiões emersas esubmersas de dutos flexíveis.

Outro aspecto da invenção é o fato do método de reparo propostooferecer isolamento da região danificada na capa externa, evitando tanto aação do meio ambiente corrosivo externo quanto garantir a estanqueidadeou selagem necessária para o monitoramento do espaço anular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características do método de reparo estanque de dutos, objetoda presente invenção, serão mais bem observadas a partir da descriçãodetalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associadas àsFiguras, as quais são parte integrante do presente relatório.

A Figura 1 ilustra uma região do duto flexível compreendendo umaregião danificada e a aplicação de uma cola adesiva para, em seguida, seraplicada uma manta elastomérica.

A Figura 2 ilustra a vedação da região danificada do duto flexívelcom uma primeira camada de manta elastomérica e, em seguida, aaplicação de camadas de fitas adesivas.

A Figura 3 ilustra a completa vedação da região do duto flexíveldanificado em que o presente reparo é fixado nas extremidades comquatro abraçadeiras para garantir a pressão necessária à vedação doconjunto.

A Figura 4 ilustra o teste de pressurização interna no reparoemerso, com a camada de manta de borracha nitrílica.

A Figura 5 ilustra o teste de pressurização interna no reparosubmerso, com a camada de manta de borracha nitrílica.

A Figura 6 ilustra um teste de pressurização externa.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição do método de reparo estanque em dutos flexíveis,objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação doscomponentes que o formam, com base nas Figuras acima descritas.Desta forma, trata a presente invenção de um método de reparoestanque de dutos flexíveis, para a indústria petrolífera.

O método de reparo proposto compreende:

(a) uma camada de manta elastomérica, sendo preferencialmente,uma manta de copolímero de butadieno-acrilonitrila ouelastômero nitrílico (NBR) ou uma manda de elastômero depoliuretano (PU) ou uma manta de elastômero sintético depolicloropreno (Neoprene), com dureza Shore A de 20 a 90(segundo norma ASTM), mais especificamente, com dureza deShore A de 35.

(b) uma camada de cola adesiva usada para vedação da mantaelastomérica, sendo preferencialmente, silicone ou epóxi;

(c) uma ou mais camadas de fitas adesivas, sendopreferencialmente, fitas anticorrosivas e fitas filamentosas, emais especificamente, de duas a quatro camadas;

(d) quatro abraçadeiras.

Inicialmente é feita a limpeza da região danificada da capa externado duto, procedendo a uma raspagem, nesta superfície, com a utilizaçãode uma raspadeira manual e posterior Iixamento utilizando uma Iixadeiramanual ou hidráulica, de forma a uniformizar a superfície tratada.

A Figura 1 ilustra uma região do duto flexível (1) compreendendouma região danificada (2) a ser reparada. Desta forma, aplica-se nasextremidades do contorno de parte do duto flexível (1), uma camada decola adesiva (3) para, em seguida, ser realizada a vedação dessa regiãocom uma camada de manta elastomérica (4)

A Figura 2 ilustra a vedação da região danificada do duto flexível (1)com uma primeira camada de manta elastomérica (4) e, em seguida, aaplicação de camadas de fitas adesivas (5), resistentes ao alongamento eà exposição à água do mar, que conferirão resistência mecânica e pressãona vedação ao conjunto.A Figura 3 ilustra a completa vedação do duto flexível (1) danificado,em que as camadas mais externas do reparo são as camadas de fitasadesivas (5) e o presente reparo é fixado nas extremidades com quatroabraçadeiras (6) para garantir a pressão necessária à vedação doconjunto.

Os gráficos referentes às Figuras 4 e 5 ilustram os testes depressurização interna tanto no reparo emerso (Figura 4) quanto no reparosubmerso (Figura 5) onde se utiliza uma manta de borracha nitrílica,mostrando que o mesmo resiste a pressão de 90 psi (6kgf), que é o dobrodo necessário, uma vez que quando a pressão no anular atinge 45 psi(3kgf), as válvulas de alívio abrem e o sistema é despressurizado.

Além dos testes de pressurização interna do anular, o sistema dutoe reparo foram submetidos a carregamentos externos em câmarahiperbárica simulando três níveis de profundidade: 30, 60 e 90 m paratestar a eficácia do reparo nestas condições. Vale ressaltar que estaspressões favorecem o bom desempenho do reparo uma vez que aspressões externas, devido às profundidades, contrabalanceiam a pressãointerna do anular. A Figura 6 ilustra o resultado desse teste depressurização externa.

O método de reparo proposto é capaz de oferecer isolamento daregião danificada na capa externa, evitando tanto a ação do ambientecorrosivo externo sobre os componentes metálicos do duto quanto garantira estanqueidade necessária para o monitoramento do espaço anular.

Claims (7)

1.- MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS,caracterizado por aplicar um reparo estanque que compreende:- uma camada de manta elastomérica (4), com dureza Shore A de 20 a 90;- uma camada de cola adesiva (3) em torno das extremidades da regiãodanificada (2) do duto;- camadas de fitas adesivas (5) e;- abraçadeiras (6).

2.- MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS, deacordo com a reivindicação 1, caracterizado por a cola adesiva (3) ser colade silicone ou cola epóxi.

3.- MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS, deacordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser a manta elastomérica(4) uma manta de elastômero nitrílico (NBR), ou elastômero de poliuretano(PU) ou elastômero sintético de policloropreno (Neoprene), com durezaShore A de 20 a 90, preferencialmente, com dureza Shore A de 35.

4.- MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS, deacordo com a reivindicação 1, caracterizado por aplicar uma ou maiscamadas de fitas adesivas (5) acima da camada da manta elastomérica (4).

5.- MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS, deacordo com a reivindicação 4, caracterizado por aplicar duas a quatrocamadas de fitas adesivas (5) acima da camada da manta elastomérica (4).

6.- MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS, deacordo com a reivindicação 4, caracterizado por a fita adesiva (5) ser fitaanticorrosiva e fita filamentosa.

7.- MÉTODO DE REPARO ESTANQUE DE DUTOS FLEXÍVEIS, deacordo com a reivindicação 1, caracterizado por o presente reparo serfixado nas extremidades com quatro abraçadeiras (6) para garantir a pres-são necessária à vedação do conjunto.