ES2893163T3 - Procedimiento para la producción de un tubo revestido con un revestimiento interno - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de un tubo metálico, cuya superficie interna está revestida con una capa termoplástica, conteniendo el procedimiento los siguientes pasos: a) se dispone un tubo metálico; b) se dispone un revestimiento interno tubular a partir de un material termoplástico, c) sobre el revestimiento interno tubular se aplica una banda en espiral con unión de materiales, estando constituida la región de la superficie de contacto de la banda por una masa de moldeo o un pegamento, que se adhieren sólidamente a la superficie del revestimiento interno, y estando constituida la región de la superficie opuesta de la banda por una masa de moldeo o un pegamento, que se adhieren sólidamente al metal del tubo soporte, conteniendo la banda fibras de refuerzo unidireccionalmente; conteniendo la banda de 3 a 20 % en volumen de fibras de refuerzo, referido al volumen de la banda; d) en caso dado se reduce la sección transversal del revestimiento interno mediante acción de una fuerza externa, e) se introduce el revestimiento interno en el tubo metálico, f) por medio de presión de contacto, y en caso dado calentamiento, el revestimiento interno y el tubo metálico se unen sólidamente entre sí.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la producción de un tubo revestido con un revestimiento interno
La invención se refiere a un procedimiento para la producción de un tubo, cuya superficie interna está revestida con una capa termoplástica. Esta se refiere también al tubo producido de este modo, a su empleo para la producción de una tubería instalada, así como a la tubería instalada producida de este modo. En el caso de una tubería producida de este modo se trata en especial de un conducto de metal, que sirve para el transporte de aguas residuales, gas, aceite, petróleo, productos de refinería, mezclas de agua en aceite, mezclas de arena-agua-aceite, suspensiones en minería o medios similares, para el apoyo y el revestimiento de una perforación para la extracción de petróleo o gas, o como varillas de perforación en la producción de pozos en campos de petróleo o gas.
Los conductos de aguas residuales, aceite o gas, o los conductos que transportan medios similares, tienen una vida útil limitada. El motivo de ello son, por una parte, los daños por corrosion graduales, por otra parte las constantes cargas mecánicas, como se producen debido al transporte de medios abrasivos. Los conductos que entran en consideración están situados en general aproximadamente a 1 m de profundidad o más en el suelo, o bajo el agua en mares y lagos, de modo que un cambio de los conductos sería posible solo con gasto considerable. Los conductos metálicos también se emplean frecuentemente para la estabilización y el revestimiento de pozos en campos de petróleo y gas. Estos conductos, llamados revestimientos en el lenguaje técnico, están igualmente expuestos a condiciones muy corrosivas, algunas veces también abrasivas. Por lo demás, las tuberías metálicas también se emplean frecuentemente como varillas de perforación en la creación de pozos en el terreno. Estas perforaciones sirven para la explotación de pozos de petróleo, fuentes de gas o también fuentes de agua. La varilla de perforación conduce el cabezal de perforación durante la perforación en el terreno. En este caso, la varilla es frecuentemente un tubo, a través de cuya sección transversal pueden fluir medios de proceso, pero también los primeros medios de transporte. También estos conductos están expuestos a medios altamente corrosivos, y algunas veces abrasivos. Por lo tanto, existe una demanda de conductos resistentes a corrosión y abrasión.
Los conductos que entran en consideración se equipan frecuentemente con un revestimiento en fábrica, o por ejemplo en las denominadas bases de carretes. Este sirve, entre otras cosas, para la prevención de daños por corrosión. Los conductos de transporte de petróleo se ensamblan, por ejemplo antes de la introducción en el mar, en las denominadas bases de carretes en tierra firme, y se equipan con un revestimiento. Por lo demás, a modo de ejemplo, los conductos para carcasas de pozos se dotan de un revestimiento en fábrica, y a continuación se introducen en el pozo.
Se describen procedimientos apropiados para la introducción de un revestimiento interno en un tubo o una tubería, a modo de ejemplo, en las siguientes solicitudes de patente: EP 0562 706 A2, EP 0619451 A1, WO 95/27168, WO 98/02293, WO 01/16520, WO 2007/023253, EP 0377486 A2, EP 0450975 A2, EP 0514 142 A2 y WO 96/37725.
En este caso, el diámetro externo del revestimiento interno tubular se diseña algo mayor que el del tubo a revestir. Para introducir el revestimiento interno, este se reduce en su sección transvarsal mediante estiramiento, recalcado o plegado. Tras la introducción del revestimiento interno, este se coloca en la pared interna del tubo mediante disposición. Este proceso se puede apoyar por alimentación de presión y temperatura. El tubo revestido de este modo no presenta un espacio anular. Sin embargo, debido a irregularidades de la superficie interna del tubo o del conducto, que se pueden dar, a modo de ejemplo, por rugosidad superficial, o también por soldaduras, quedan microvolúmenes.
Un procedimiento de introducción apropiado es, a modo de ejemplo, el Swagelining™. Después de que en este se soldaron por contacto tubos de revestimiento interno para dar una sección, que es algo más larga que el tramo del tubo soporte a sanear, esta se extrae a través de un troquel, que reduce temporalmente el diámetro del tubo. De este modo se posibilita la introducción del revestimiento interno en el espacio interno tubular más reducido del tubo soporte. Tras la introducción completa del revestimiento interno en el conducto se aligera la fuerza de tracción. Debido al comportamiento de recuperación del material termoplástico, el revestimiento interno vuelve de nuevo a su diámetro de partida, hasta que se ajusta sólidamente a la pared interna del conducto. De ello resulta un elevado rozamiento con la pared entre revestimiento interno y conducto, que conduce a una estabilización de posición del revestimiento interno, e impide, a modo de ejemplo, una expansión longitudinal inducida por hinchamiento del medio o influencia térmica más allá de la expansión del conducto. Además, el revestimiento interno se ajusta a la superficie interna del tubo de manera tan densa que de ello resulta un volumen muy reducido en el espacio anular.
Otro procedimiento de introducción apropiado es el procedimiento Rolldown®. También en este caso se unen en primer lugar tubos de revestimiento interno in situ en el procedimiento de soldadura de contacto. Para posibilitar una entrada, la sección transversal del revestimiento interno se reduce en la máquina de arrollado con ayuda de rodillos dispuestos por pares. La velocidad de deformación asciende típicamente a uno hasta tres metros por minuto. Tras la introducción se cierran los extremos del tubo y se alimenta el revestimiento interno con presión de agua. De este modo, este se estira de nuevo a su diámetro original, y se ajusta de manera densa a la pared interna del tubo. Frente al Swagelining, en este caso, en la entrada del revestimiento interno son necesarias fuerzas de tracción menores, lo que conduce a una carga de material más reducida y a velocidades de entrada más elevadas.
El revestimiento interno se puede introducir ya en fábrica según estos métodos.
El plegado se describe, a modo de ejemplo, en el documento EP 0377486 A2.
El documento WO 2011/042732 describe otro procedimiento para la introducción de revestimientos internos con diámetro mayor o igual que el conducto soporte. En este se explica como se puede introducir un revestimiento interno en secciones de tubo cortas. En este caso, el revestimiento interno se desplaza en el tubo soporte a través de un troquel.
Los procedimientos de introducción descritos anteriormente son apropiados para revestir conductos, que sirven para el transporte de calefacción urbana, agua dulce, aguas residuales, gas, aceite, petróleo o medios similares, para el apoyo y el revestimiento de perforaciones para la extracción de petróleo y gas, o como varillas de perforación en campos de petróleo y gas, con revestimientos de materiales termoplásticos.
En todos los procedimientos descritos es desfavorable que los medios gaseosos puedan permear a través del revestimiento interno. Las cavidades y/o microcavidades que se encuentran entre el revestimiento interno y el conducto soporte se cargan con gas de este modo. La presión del gas en equilibrio adopta la presión parcial del gas en el medio de transporte. En el caso de fluctuaciones de presión en el conducto, el gas que se encuentra en el espacio anular se puede expandir; en el peor de los casos, el gas puede adoptar en este caso un volumen que puede conducir al plegado radial del revestimiento. Este plegado conduce a un cierre de la sección transversal del tubo soporte, y en el peor de los casos a que ya no pueda pasar el medio. Este fallo, conocido por el especialista como colapso, es el tipo de fallo dominante de revestimientos internos. Este fenómeno es especialmente crítico en la alimentación o el transporte de petróleo o gas natural, o en el transporte de CO2 supercrítico, sobre todo bajo condiciones en las que se debe contar con variaciones de presión relativamente rápidas. Tales variaciones de presión son un fenómeno conocido en la industria del petróleo y el gas bajo el concepto "Rapid Gas Decompression" (RGD).
A modo de ejemplo, en el transporte de petróleo terciario se deben evitar tales variaciones de presión. Los métodos de transporte de petróleo terciarios emplean CO2 supercrítico como disolvente para aceite residual, reduciéndose su viscosidad y facilitándose la extracción a partir de las capas que conducen aceite. Para CO2 , la temperatura crítica se sitúa en 31 °C y la presión crítica se sitúa en 73,8 bar. En la práctica se emplean presiones claramente más elevadas, ya que la capacidad de disolución de CO2 supercrítico aumenta con la presión. Las presiones típicas se sitúan en el intervalo de 75 a 220 bar, pudiendo ascender la temperatura a hasta 150°C.
Los tubos que transportan CO2 supercrítico están equipados frecuentemente con un revestimiento interno polimérico para proteger la estructura, habitualmente metálica, de la corrosión. En el caso de tubos de transporte, el revestimiento está constituido habitualmente por polietileno; no obstante, a modo de ejemplo, este también puede estar constituido por una poliamida o por PVDF.
También se pueden producir variaciones de presión rápidas durante el funcionamiento de conductos de petróleo, así como de conductos de gas, a modo de ejemplo si el conducto se descomprime para trabajos de mantenimiento, y en este caso se produce una reducción de presión rápida. También en una desconexión de emergencia se puede producir una rápida reducción de presión en tales conductos de alimentación, recogida y transporte. Para impedir un desprendimiento del revestimiento interno y con este un colapso del revestimiento interno son conocidos procedimientos en los que el revestimiento interno se pega en el tubo metálico. De este modo, por ejemplo, en el documento JP 06322346A se describe que se puede pegar un revestimiento interno en un tubo de acero con ayuda de un adhesivo termofusible. En el documento EP 2783835 A1 se da a conocer otro método; en este caso se introduce un revestimiento interno en un tubo metálico y se une este con el metal desde fuera mediante fusión a través de calentamiento del tubo. En el documento EP 2783 835 A1 se describe que el revestimiento interno también puede estar constituido por dos, tres o más capas. En este caso, la capa externa del revestimiento interno puede estar modificada en adherencia para obtener un pegado sólido con el tubo soporte. De este modo, por ejemplo, el pegado de un revestimiento interno a partir de una poliolefina con el tubo soporte se puede optimizar estando constituido el revestimiento interno por una capa de poliolefina situada en el interior y una siguiente capa externa a partir de una pololefina funcionalizada. También la adherencia de un revestimiento interno constituido por una masa de moldeo de poliamida se puede optimizar mediante tal capa externa a partir de una poliolefina funcionalizada. En este documento se indican a continuación diferentes secuencias de capas ejemplares. Tales tubos de material sintético multicapa son conocidos desde hace muchos años por el sector de tuberías de combustible para vehículos. Sin embargo, las plantas de extrusión disponibles a tal efecto están diseñadas para tubos con diámetros reducidos, es decir, para diámetros claramente menores que 50 mm y generalmente para diámetros de 6 a 12 mm. No obstante, para aplicaciones en el sector de petróleo y gas se requieren diámetros claramente mayores -según aplicación son habituales diámetros internos de 1 a 10 pulgadas (25,4 a 254 mm)-. No obstante, las plantas que pueden producir estos diámetros se encuentran disponibles solo para la producción de tubos de una capa. Una conversión de plantas multicapa presentes a mayores diámetros o una conversión de plantas monotubo presentes para tubos grandes de varias capas está vinculada a un gasto de tiempo y costes elevados y apenas es posible, en parte debido a la demanda de espacio.
Por los documentos DE 3023214 y EP 2558273 son conocidos previamente otros procedimientos para la producción de tubos.
La tarea de la invención consiste en evitar los inconvenientes expuestos y poner a disposición un procedimiento que posea por una parte las buenas propiedades de las tecnologías de revestimientos empleadas habitualmente, y elimine por otra parte cavidades y microcavidades, de modo que ya no se produzcan las dificultades descritas anteriormente.
Esta tarea se soluciona mediante un procedimiento para la producción de un tubo metálico cuya superficie interna está revestida con una capa termoplástica, conteniendo el procedimiento los siguientes pasos:
a) se dispone un tubo metálico; a continuación, este se denomina también tubo soporte,
b) se dispone un revestimiento interno tubular a partir de un material termoplástico,
c) sobre el revestimiento interno tubular se aplica una banda en espiral con unión de materiales, estando constituida la región de la superficie de contacto de la banda por una masa de moldeo o un pegamento, que se adhieren sólidamente a la superficie del revestimiento interno, y estando constituida la región de la superficie opuesta de la banda por una masa de moldeo o un pegamento, que se adhieren sólidamente al metal del tubo soporte, conteniendo la banda fibras de refuerzo unidireccionalmente; conteniendo la banda de 3 a 20 % en volumen de fibras de refuerzo, referido al volumen de la banda;
d) en caso dado se reduce la sección transversal del revestimiento interno mediante acción de una fuerza externa,
e) se introduce el revestimiento interno en el tubo soporte,
f) por medio de presión de contacto, y en caso dado calentamiento, el revestimiento interno y el tubo soporte se unen sólidamente entre sí.
También son objeto de la invención el tubo según la reivindicación 8, el empleo de este tubo para la producción de una tubería instalada, así como la tubería según las reivindicaciones 10 a 14.
En este caso son posibles generalmente dos formas de realización.
En la primera forma de realización, el diámetro externo del revestimiento interno es un poco menor que el diámetro interno del tubo. La diferencia de ambos diámetros es al menos una cantidad en el rango infinitesimal. Típicamente, el diámetro externo del revestimiento interno es como máximo 25 %, y preferentemente como máximo 20 % mayor que el diámetro interno del tubo. En este caso, la sección transversal del revestimiento interno en el paso de procedimiento d) se reduce generalmente en 3 a 30 %, y preferentemente en 5 a 25 %. Esto se puede producir, a modo de ejemplo, mediante estiramiento, recalcado o plegado según el estado de la técnica.
En la segunda forma de realización, el diámetro externo del revestimiento interno corresponde al diámetro interno del tubo o es un poco menor, a modo de ejemplo como máximo hasta 3 %, de modo que el revestimiento interno se puede introducir en el tubo con fuerzas reducidas ("close fit design"). En caso necesario, antes de la introducción del revestimiento interno, también aquí se puede reducir su sección transversal mediante acción de una fuerza externa; no obstante, esta puede ser claramente menor que en la primera forma de realización. Las respectivas geometrías de tubo se seleccionan de modo que el revestimiento interno polimérico se expanda radialmente en el calentamiento en mayor medida que el tubo, entre en contacto estrecho, y se genere la presión de contacto necesaria. Esta última se puede intensificar mediante aplicación de una presión interna, a modo de ejemplo por medio de aire comprimido; de este modo se puede efectuar la fijación geométrica en el paso de procedimiento f). No obstante, el revestimiento interno polimérico se puede dotar también de un efecto memoria directamente tras el proceso de extrusión, que conduce a un diámetro externo aumentado tras el efecto de la temperatura y la subsiguiente refrigeración. A tal efecto, el revestimiento interno polimérico se puede extraer a través de una tobera y moldear en frío de este modo (estirado en sentido longitudinal y reducido en diámetro). Esta deformación se realiza a temperaturas por debajo de Tg, de modo que, en el caso de calentamiento del revestimiento interno por encima de Tg, se reajusta la extrusión. Este procedimiento es especialmente apropiado para materiales poliméricos que poseen una Tg elevada, a modo de ejemplo para poliarilenetercetonas, para garantizar una buena estabilidad al almacenamiento de estos revestimientos poliméricos tratados previamente de este modo.
En este caso, en sentido estricto se debe entender por "tubo" una sección transportable; varios de estos tubos se ensamblan para dar una tubería. Este procedimiento es apropiado especialmente para longitudes de tubo entre 1 m y 50 m, que se unen a continuación en la instalación para dar tuberías más largas, a modo de ejemplo por medio de conexión roscada, bridas, manguitos aplastables, soldadura, etc.
El tubo está constituido preferentemente por metal, a modo de ejemplo por acero, acero refinado, cobre, aluminio, hierro fundido, acero galvanizado, acero cadmiado, metal revestido de aluminio, acero recubierto con aleaciones metálicas, como por ejemplo GALFAN, o por otro metal. De modo especialmente preferente, la superficie interna del tubo está constituida por acero, cinc o una aleación con el componente principal aluminio, hierro o cinc.
Son materiales apropiados para el revestimiento interno masas de moldeo termoplásticas, a modo de ejemplo a base de poliamidas, poliolefinas, polímeros fluorados, poliarilenetercetonas o sulfuro de polifenileno. Aquí y en lo sucesivo, la expresión “a base de” significa generalmente que la masa de moldeo está constituida por el respectivo polímero al menos en 50 % en peso, preferentemente al menos en 60 % en peso, de modo especialmente preferente al menos en 70 % en peso, en especial preferentemente al menos en 80 % en peso, y de modo muy especialmente preferente al menos en 85 % en peso, o bien al menos en 90 % en peso.
La poliamida empleable según la invención es producible a partir de una combinación de diamina y ácido dicarboxílico, a partir de un ácido w-aminocarboxílico o la correspondiente lactama. En principio se puede emplear cualquier poliamida, a modo de ejemplo PA46, PA6, PA66 o copoliamidas sobre esta base con unidades que se derivan de ácido tereftálico y/o ácido isoftálico. En una forma de realización preferente, las unidades monoméricas contienen en medial menos a 8, al menos 9, o bien al menos 10 átomos de C. En el caso de mezclas de lactamas, en este caso se considera la media aritmética. En el caso de una combinación de diamina y ácido dicarboxílico, la media aritmética de átomos de C de diamina y ácido dicarboxílico asciende al menos a 8, al menos a 9, o bien al menos a 10. Son poliamidas apropiadas, a modo de ejemplo: PA610 (producible a partir de hexametilendiamina [6 átomos de C] y ácido sebácico [10 átomos de C], por consiguiente, la media de átomos de C en las unidades monoméricas asciende en este caso a 8), PA88 (producible a partir de octametilendiamina y diácido 1,8-octanoico), PA8 (producible a partir de caprillactama), PA612, PA810, PA108, PA9, PA613, PA614, PA812, PA128, PA1010, PA10, PA814, PA148, PA1012, PA11, PA1014, PA1212 y PA12. Además son convenientemente apropiadas poliamidas parcialmente aromáticas, a modo de ejemplo PA66/6t , PA6/6T, PA6T/MPMDT (MPMD representa 2-metilpentametilendiamina), PA9T, PA10T, PA11T, PA12T, PA14T, así como copolicondensados de estos últimos tipos con una diamina alifática y un ácido dicarboxílico alifático, o con un ácido w-aminocarboxílico, o bien una lactama. La producción de las poliamidas es estado de la técnica. Naturalmente, también se pueden emplear copoliamidas basadas en estas, pudiéndose utilizar concomitantemente también monómeros, como caprolactama.
La poliamida puede ser también una amida de polieteréster o una polieteramida. Las polieteramidas son conocidas en principio, por ejemplo por el documento DE-OS 3006961. Estas contienen como comonómero una polieterdiamina. Las polieterdiaminas apropiadas son accesibles mediante conversión de los correspondientes polieterdioles mediante aminación reductiva o acoplamiento en acrilonitrilo con subsiguiente hidrogenación (por ejemplo EP-A-0434244; EP-A-0 296852). Estas poseen generalmente un peso molecular promedio en número de 230 a 4000; su proporción en la polieteramida asciende preferentemente a 5 hasta 50 % en peso.
Las polieterdiaminas disponibles comercialmente partiendo de propilenglicol son accesibles comercialmente como tipos de ELASTAMIN® en la firma Huntsman. En principio, también son convenientemente apropiadas polieterdiaminas partiendo de 1,4-butanodiol o 1,3-butanodiol, o polieterdiaminas de estructura mixta, por ejemplo con distribución estadística o por bloques de las unidades procedentes de los dioles.
Asimismo, también se pueden emplear mezclas de diversas poliamidas, suponiendo suficiente compatibilidad. Las combinaciones de poliamida compatibles son conocidas por el especialista o se pueden determinar mediante ensayos rutinarios.
En una posible forma de realización se emplea una mezcla de 30 a 99 % en peso, de modo especialmente preferente 40 a 98 % en peso, y de modo especialmente preferente 50 a 96 % en peso de poliamida en sentido estricto, así como 1 a 70 % en peso, de modo especialmente preferente 2 a 60 % en peso, y en especial preferentemente 4 a 50 % en peso de polieteresteramida y/o polieteramida. En este caso son preferentes polieteramidas.
En el caso de poliolefina se trata, a modo de ejemplo, de polietileno (PE) o de polipropileno (PP). En principio se puede emplear cualquier tipo comercial. A modo de ejemplo entran en consideración: polietileno lineal de densidad elevada, media o reducida, LDPE, copolímeros de etileno-acrilato, copolímeros de etileno-acetato de vinilo, homopolipropileno isotáctico o atáctico, copolímeros aleatorios de propeno con eteno y/o 1-buteno, copolímeros en bloques de etilenopropileno, y similares. La poliolefina se puede producir según cualquier procedimiento conocido, a modo de ejemplo según Ziegler-Natta, según el procedimiento de Phillips, por medio de metalocenos o a través de radicales.
El polímero fluorado puede ser, a modo de ejemplo, un fluoruro de polivinilideno (PVDF), un copolímero de etilenotetrafluoretileno (ETFE), un ETFE modificado con ayuda de un tercomponente, como por ejemplo propeno, hexafluorpropeno, fluoruro de vinilo o fluoruro de vinilideno (a modo de ejemplo EFEP), un copolímero de etilenoclorotrifluoretileno (E-CTFE), un policlorotrifluoretileno (PCTFE), un copolímero de tetrafluoretileno-hexafluorpropenofluoruro de vinilideno (THV), un copolímero de tetrafluoretileno-hexafluorpropeno (FEP) o un copolímero de tetrafluoretileno-perfluoralquilviniléter (PFA). También entran en consideración copolímeros a base de fluoruro de
vinilideno, que presentan hasta 40 % en peso de otros monómeros, como por ejemplo trifluoretileno, clorotrifluoretileno, etileno, propeno y hexafluorpropeno.
La poliarilenetercetona contiene unidades de las fórmulas
(-Ar-X-) y (-Ar'-Y-),
representando Ar y Ar' un resto divalente aromático, preferentemente 1,4-fenileno, 4,4‘-bifenileno, así como 1,4-, 1,5-o 2,6-naftileno. X es un grupo electroatractor, preferentemente carbonilo o sulfonilo, mientras que Y representa otro grupo, como O, S, CH2 , isopropilideno o similares. En este caso, al menos 50 %, preferentemente al menos 70 %, y de modo especialmente preferente al menos 80 % de los grupos X representan un grupo carbonilo, mientras que al menos 50 %, preferentemente al menos 70 %, y de modo especialmente preferente al menos 80 % de los grupos Y están constituidos por oxígeno.
En la forma de realización preferente, 100 % de los grupos X están constituidos por grupos carbonilo, y 100 % de los grupos Y están constituidos por oxígeno. En esta forma de realización, la poliarilenetercetona puede ser, a modo de ejemplo, una polieteretercetona (PEEK; Fórmula I), una polietercetona (PEK; Fórmula II), una polietercetoncetona (PEKK; Fórmula III) o una polieteretercetoncetona (PEEKK; Fórmula IV), pero por supuesto también son posibles otras disposiciones de grupos carbonilo y oxígeno.
La poliarilenetercetona es parcialmente cristalina, lo que se expresa, a modo de ejemplo, en el análisis por DSC mediante hallazgo de un punto de fusión de cristalita Tm, que se sitúa alrededor de 300°C o por encima en la mayor parte de los casos según orden de magnitud.
El sulfuro de polifenileno contiene unidades de la Fórmula
(-C6H4-S-);
Este está constituido preferentemente por al menos 50 % en peso, al menos 70 % en peso, o bien al menos 90 % en peso de estas unidades. Las unidades restantes pueden ser aquellas que se indican anteriormente en el caso de poliarilenetercetona, o unidades de ramificador tri- o tetrafuncional, que resultan del empleo concomitante, a modo de ejemplo de triclorobenceno o tetraclorobenceno en la síntesis. Sulfuro de polifenileno es comercial en una variedad de tipos, o bien masas de moldeo.
La masa de moldeo puede contener los habituales adyuvantes y aditivos, así como, en caso dado, otros polímeros, en el caso de poliarilenetercetona, a modo de ejemplo polímeros fluorados, como PFA, poliimida, polieterimida, LCP, como por ejemplo poliéster fluidocristalino, polisulfona, polietersulfona, polifenilsulfona, polibenzimidazol (PBI) u otros polímeros resistentes a altas temperaturas, en el caso de sulfuro de polifenileno, a modo de ejemplo, copolímeros, o bien terpolímeros de etileno con comonómeros polares, y en el caso de poliamida un modificador de tenacidad al impacto. Además pueden estar contenidos los aditivos habituales, como plastificantes, pigmentos, sustancias de refuerzo fibrosas, agentes auxiliares de elaboración y estabilizadores. La proporción de poliarilenetercetona, sulfuro de polifenileno, poliamida, poliolefina o polímero fluorado en la masa de moldeo asciende al menos a 50 % en peso, preferentemente al menos 60 % en peso, de modo especialmente preferente al menos 70 % en peso, en especial preferentemente al menos 80 % en peso, y de modo muy especialmente preferente al menos 90 % en peso. Preferentemente, la masa de moldeo no contiene un segundo componente polimérico que forma una fase separada.
El diámetro interno del tubo soporte asciende generalmente a hasta 2000 mm, preferentemente hasta 1000 mm, y de modo especialmente preferente hasta 500 mm, ascendiendo el límite inferior del diámetro interno a 20 mm, preferentemente 30 mm, y de modo especialmente preferente 40 mm. El grosor de pared del revestimiento interno se sitúa en este caso en el intervalo de 1 a 100 mm, preferentemente en el intervalo de 1,5 a 80 mm, y de modo especialmente preferente en el intervalo de 2 a 70 mm.
El revestimiento interno se puede producir preferentemente mediante extrusión de una masa de moldeo termoplástica para dar tubos continuos; después se cortan estos en secciones apropiadas.
Materiales apropiados para la banda son masas de moldeo preferentemente a base de polímeros parcialmente cristalinos, a modo de ejemplo polímeros olefínicos, poliamidas, polímeros fluorados, poliarilenetercetonas o sulfuro de polifenileno. A este respecto, la banda puede presentar una capa o también varias capas, a modo de ejemplo dos capas, tres capas o cuatro capas. A este respecto, la banda puede contener una capa a partir de una masa de moldeo adhesiva o un pegamento sobre el lado hacia el revestimiento interno y/o sobre el lado hacia el tubo metálico. La capa de la banda que está prevista para la unión con el tubo soporte, así como, en caso dado, la capa que está prevista para la unión con el revestimiento interno, puede estar constituida, a modo de ejemplo, por un adhesivo o un pegamento reticulante. A modo de ejemplo, son pegamentos relevantes para el procedimiento según la invención pegamentos de resina epoxi, pegamentos de poliuretano, pegamentos de resina fenólica, pegamentos de resina de poliéster (en especial aquellos con grupos terminales reactivos, como por ejemplo grupos terminales isocianato), adhesivos termofusibles de poliamida, pegamentos de cianacrilato, pegamentos de polisulfuro, pegamentos fotoendurecibles, así como pegamentos de endurecimiento anaerobio. Estos últimos se endurecen bajo exclusión de aire y catálisis metálica, y por lo tanto son convenientes en especial para la unión entre superficie de banda externa y tubo soporte. Para facilitar el manejo, una capa de pegamento puede estar cubierta con una lámina protectora extraíble.
A continuación, se describirán algunas formas ejemplares de realización de la banda.
En el caso de un revestimiento interno a partir de una masa de moldeo de poliamida, la banda puede presentar una capa. A modo de ejemplo, esta está constituida entonces por una masa de moldeo a base de un polietileno o polipropileno funcionalizado con anhídrido de ácido maleico, una polieteramida o una poliamida, que contiene aditivos modificadores de la adherencia, como se describen en el parágrafo [0033] del documento EP2783835A1.
En este caso, la banda también puede presentar dos capas. A modo de ejemplo, esta puede estar compuesta por una capa a partir de una masa de moldeo a base de poliamida o poliolefina funcionalizada, que porta una capa a partir de un pegamento de resina epoxi en el lado que está previsto para la unión con el revestimiento interno de poliamida.
En este caso, la banda también puede presentar tres capas en este caso. De este modo, por ejemplo esta puede estar compuesta por una capa a partir de una masa de moldeo a base de poliamida o poliolefina funcionalizada, que porta en ambos lados respectivamente una capa a partir de un pegamento de resina epoxi o, de manera alternativa, una capa a partir de un pegamento de resina epoxi en el lado que está previsto para la unión con el revestimiento interno de poliamida, así como una capa a partir de un pegamento de endurecimiento anaerobio en el lado que está previsto para la unión con el tubo metálico.
En el caso de un revestimiento interno a partir de una masa de moldeo de polietileno o polipropileno, la banda puede presentar una capa. A modo de ejemplo, esta está constituida entonces por una masa de moldeo a base de un polietileno o polipropileno funcionalizado con anhídrido de ácido maleico.
También en este caso, la banda puede presentar dos capas. A modo de ejemplo, esta puede estar compuesta por una capa a partir de una masa de moldeo a base de polietileno o polipropileno funcionalizado, que porta una capa a
partir de un pegamento de resina epoxi o un pegamento de endurecimiento anaerobio en el lado que está previsto para la unión con el tubo metálico.
Además, en este caso la banda también puede presentar tres capas. A modo de ejemplo, esta puede estar compuesta por una capa a partir de una masa de moldeo a base de polietileno o polipropileno funcionalizado, que porta una capa a partir de un polietileno o polipropileno no funcionalizado en el lado que está previsto para la unión con el revestimiento interno de poliolefina, así como una capa a partir de un pegamento de resina epoxi o un pegamento de endurecimiento anaerobio en el lado que está previsto para la unión con el tubo metálico.
La anchura de la banda es dependiente del diámetro del tubo. Las anchuras habituales se sitúan en el intervalo de aproximadamente 20 mm a aproximadamente 700 mm, y de modo preferente en el intervalo de aproximadamente 30 mm a aproximadamente 500 mm. El grosor de la banda está limitado debiendo ser esta suficientemente estable desde el punto de vista mecánico, por una parte, y suficientemente flexible para poderse enrollar aún de modo conveniente por otra parte. Por lo tanto, en la práctica, la banda posee habitualmente un grosor en el intervalo de 0,05 mm a 3 mm, y preferentemente en el intervalo de 0,1 mm a 2 mm.
La sección transversal de la banda puede ser rectangular. No obstante, también en los lados se pueden encontrar escotaduras, de modo que las zonas solapantes engranen entre sí y proporcionen una superficie de bobinado esencialmente lisa.
La banda se enrolla en forma de espiral bajo tensión sobre el revestimiento interno para unir esta por arrastre de fuerza mediante la presión de contacto. A este respecto se debe considerar que la banda se enrolla por empuje para cubrir sensiblemente sin huecos, y de modo preferente prácticamente por completo sin huecos, la superficie externa del revestimiento interno; se deben evitar solapamientos y huecos en la medida de lo posible. El ángulo de bobinado no juega ningún papel en principio, siempre que sea posible un bobinado de la capa de banda sin pliegues. El bobinado se efectúa bajo una presión de contacto que se genera mediante la acción de bobinado o mediante el dispositivo de sujeción.
Para aumentar la resistencia a la tracción de la banda, una capa de banda o varias capas de banda contienen fibras de refuerzo unidireccionales. Según la invención, la banda contiene de 3 a 20 % en volumen, preferentemente de 5 a 19 % en volumen y de modo especialmente preferente de 10 a 18 % en volumen de fibras de refuerzo, referido al volumen de la banda. Una forma especial de realización de esta es una banda a partir de tres o más capas, en la que la capa central (en el caso de una banda de tres capas) o al menos una de las capas centrales (en el caso de una banda a partir de más de tres capas) contiene fibras de refuerzo unidireccionales. En este caso, el contenido en fibra se sitúa preferentemente en el intervalo de 3 a 40 % en volumen, más preferentemente de 10 a 38 % en volumen, y de modo especialmente preferente de 20 a 36 % en volumen, referido al volumen de la capa de banda reforzada con fibras. Las fibras de refuerzo unidireccionales están orientadas generalmente en sentido axial de la banda. Las fibras de una o varias capas de banda son preferentemente fibras continuas.
En principio, son apropiadas fibras de longitud suficiente, cuya temperatura de reblandecimiento y estabilidad térmica por encima de la temperatura de elaboración de la masa de moldeo de matriz, de aproximadamente 250°C; se pueden emplear fibras inorgánicas, fibras poliméricas, así como fibras naturales, así como combinaciones entre sí. Son ejemplos de fibras apropiadas fibras metálicas, fibras de vidrio, preferentemente fibras de vidrio a partir de vidrio S1, vidrio S2, fibras de carbono, fibras de carbono metalizadas, fibras de boro, fibras cerámicas (por ejemplo a partir de Al2Ü3 o SiÜ2), fibras de basalto, fibras de carburo de silicio, fibras de titanato potásico, fibras de aramida, fibras de poliéster fluidocristalino, fibras de poliacrilonitrilo, así como fibras de polímeros como poliimida, polieterimida, sulfuro de polifenileno, poli-p-fenilenbenzoisoxazol (PBO), polietercetona, polieteretercetona y similares.
La sección transversal de las fibras puede ser, a modo de ejemplo, circular, rectangular, ovalada, elíptica o en forma de capullo. Con fibras cuya sección transversal difiere de la forma circular (a modo de ejemplo fibras de vidrio planas) se puede obtener un grado de llenado de fibra más elevado en la pieza acabada y, de este modo, una resistencia más elevada. Las fibras disponibles comercialmente contienen, en la mayor parte de los casos en su superficie, un acabado que pone a disposición grupos funcionales para el enlace a una matriz polimérica. Un acabado puede ser útil, pero en principio no es necesario para el fin de la invención. Preferentemente se emplean fibras que presentan un acabado, de modo más preferente, el acabado es reactivo frente a la matriz polimérica.
La unión entre revestimiento interno y banda se puede generar únicamente mediante presión, en caso dado en combinación con una reacción de reticulación, o por medio de soldadura térmica. En el caso de soldadura de revestimiento interno y banda es preferente que se fundan ambas superficies de contacto. En una forma de realización, en primer lugar, se funden ambas superficies de contacto, a modo de ejemplo por medio de radiación infrarroja, aire caliente, gas caliente, radiación láser, radiación de microondas, o directamente mediante calefacción de contacto. Después se presionan las superficies de contacto fundidas, por ejemplo, con ayuda de la tensión de bobinado o por medio de un cuerpo de presión, por ejemplo, un rodillo o una mandíbula. La presión de contacto se debería mantener
entonces hasta la solidificación de las zonas fundidas. En otra posible forma de realización, la banda se enrolla y después se funde desde fuera indirectamente, o bien directamente por medio de un cuerpo de presión calentable. A continuación, se mantiene la presión de contacto hasta la solidificación de las zonas fundidas. Este procedimiento se puede realizar con ayuda de una estación de bobinado y una estación de consolidación siguiente, como se describe, a modo de ejemplo, en el documento WO 2012/118379.
La introducción del revestimiento interno en el tubo soporte se efectúa de modo conocido, por ejemplo según el estado de la técnica esbozado inicialmente.
Del mismo modo, la unión entre revestimiento interno y tubo soporte se puede generar únicamente mediante presión, en caso dado en combinación con una reacción de reticulación, o bien por medio de soldadura térmica. La presión se puede generar mediante resiliencia, la expansión térmica del revestimiento interno o una presión interna aplicada desde fuera por medio de agua o aire comprimido. En la soldadura térmica, el tubo se calienta desde fuera o desde dentro, pudiéndose emplear cualquier procedimiento apropiado técnicamente. A modo de ejemplo, el tubo soporte o el revestimiento interno se calienta por medio de aire caliente, vapor caliente, inducción electromagnética o lámpara IR. En este caso, la temperatura ajustada se debía situar preferentemente al menos 10 K, de modo especialmente preferente al menos 20 K, en especial preferentemente al menos 30 K, y de modo muy especialmente preferente al menos 40 K por encima de la temperatura de fusión del material de la superficie externa de la banda aplicada. Por temperatura de fusión se entiende el punto de fusión de cristalita Tm de la masa de moldeo, determinado según la norma ISO 11357 en el 2a calentamiento, o el punto de reblandecimiento de un material no cristalino. Generalmente se recomienda mantener la temperatural menos a 10 s, preferentemente al menos 20 s, de modo especialmente preferente al menos 30 s, y de modo especialmente preferente al menos 40 s.
Si ahora se calienta el tubo a una temperatura por encima del intervalo de reblandecimiento, o bien de fusión del material de la superficie externa de la banda aplicada, la superficie externa de la banda se funde, y la presión de contacto, que se genera mediante la resiliencia, la expansión térmica del revestimiento interno o una presión interna aplicada desde fuera, conduce a un prensado de la fusión en las microcavidades entre la banda aplicada y el tubo. De este modo se elimina el espacio anular. El gas permeante ya no se puede acumular y, por consiguiente, en el caso de fluctuaciones de presión del medio requerido ya no se puede producir un colapso del revestimiento interno.
A continuación, se reduce la temperatura. En este caso, a modo de ejemplo el tubo se puede enfriar de manera natural, preferentemente mediante una esclusa, y de modo especialmente preferente mediante una refrigeración de agua. Este se debe enfriar al menos en tal medida que la superficie externa de la banda aplicada solidifique de nuevo. Habitualmente se enfría a temperatura ambiente.
Tras el enfriamiento se presenta una sujeción remanente entre el material de la banda aplicada y el material del tubo, así como adicionalmente una unión adhesiva. De este modo, como ventaja adicional, también se impiden movimientos relativos entre revestimiento interno y tubo soporte.
Debido a la alta resistencia mecánica, las buenas propiedades de abrasión, la buena resistencia al rayado, así como el grosor óptimo del revestimiento interno introducido, según la invención se puede garantizar simultáneamente tanto una buena protección anticorrosiva como también una buena protección frente a abrasión. La superficie interna muy lisa del revestimiento interno polimérico garantiza además una resistencia a la circulación muy reducida, lo que reduce la energía necesaria para el proceso de transporte (en especial el rendimiento de la bomba); simultáneamente se garantiza una reducción de depósitos, o bien impurezas en la pared interna, a modo de ejemplo de ceras, sales o biocapas. simultáneamente, mediante el procedimiento según la invención se elimina el peligro de que el revestimiento interno colapse en el caso de fluctuaciones de presión. Por este motivo, la tubería producida a partir de los tubos según la invención se puede emplear de modo especialmente ventajoso para la alimentación, o bien para el transporte de petróleo o gas natural, o para el transporte de CO2 supercrítico, sobre todo bajo condiciones en las que se debe contar con variaciones de presión relativamente rápidas.
Claims (14)
1. - Procedimiento para la producción de un tubo metálico, cuya superficie interna está revestida con una capa termoplástica, conteniendo el procedimiento los siguientes pasos:
a) se dispone un tubo metálico;
b) se dispone un revestimiento interno tubular a partir de un material termoplástico,
c) sobre el revestimiento interno tubular se aplica una banda en espiral con unión de materiales, estando constituida la región de la superficie de contacto de la banda por una masa de moldeo o un pegamento, que se adhieren sólidamente a la superficie del revestimiento interno, y estando constituida la región de la superficie opuesta de la banda por una masa de moldeo o un pegamento, que se adhieren sólidamente al metal del tubo soporte, conteniendo la banda fibras de refuerzo unidireccionalmente; conteniendo la banda de 3 a 20 % en volumen de fibras de refuerzo, referido al volumen de la banda;
d) en caso dado se reduce la sección transversal del revestimiento interno mediante acción de una fuerza externa,
e) se introduce el revestimiento interno en el tubo metálico,
f) por medio de presión de contacto, y en caso dado calentamiento, el revestimiento interno y el tubo metálico se unen sólidamente entre sí.
2. - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el revestimiento interno está constituido por una masa de moldeo que está constituida al menos en 50 % en peso por poliamida, poliolefina, polímero fluorado, poliarilenetercetona o sulfuro de polifenileno.
3. - Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la banda está constituida por una a cuatro capas.
4. - Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que al menos una capa de la banda está constituida por una masa de moldeo que está constituida al menos en 50 % en peso por poliolefina, poliamida, polímero fluorado, poliarilenetercetona o sulfuro de polifenileno.
5. - Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado por que la banda contiene una capa a partir de una masa de moldeo adhesiva o un pegamento sobre el lado hacia el revestimiento interno.
6. - Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que la banda contiene una capa a partir de una masa de moldeo adhesiva o un pegamento sobre el lado hacia el tubo metálico.
7. - Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado por que el pegamento se selecciona a partir de adhesivo, pegamento de resina epoxi, pegamento de poliuretano, pegamento de resina fenólica, pegamento de resina de poliéster, adhesivo termofusible de poliamida, pegamento de cianacrilato, pegamento de polisulfuro, pegamento fotoendurecible y pegamento de endurecimiento anaerobio.
8. - Tubo producido según una de las reivindicaciones precedentes.
9. - Empleo de un tubo según la reivindicación 8 para la producción de una tubería instalada.
10. - Tubería producida bajo empleo de un tubo según la reivindicación 8, caracterizada por que sirve para el transporte de aguas residuales, gas, aceite, petróleo, productos de refinería, mezclas de agua en aceite, mezclas de arena-aguaaceite o suspensiones en minería.
11. - Tubería producida bajo empleo de un tubo según la reivindicación 8, caracterizada por que sirve para el apoyo y el revestimiento de una perforación para la extracción de petróleo o gas.
12. - Tubería producida bajo empleo de un tubo según la reivindicación 8, caracterizada por que sirve como varillas de perforación en la producción de pozos en campos de petróleo o gas.
13. - Tubería producida bajo empleo de un tubo según la reivindicación 8, caracterizada por que es una tubería de alimentación, una tubería colectora o una tubería de transporte para petróleo o gas natural.
14. - Tubería producida bajo empleo de un tubo según la reivindicación 8, caracterizada por que es un conducto para CO2 supercrítico.
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