End Fitting para dutos flexíveis unbonded

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04.2017

Autor: Fabiano Bertoni

End Fitting para dutos flexíveis unbonded

Os dutos flexíveis multicamadas são intensamente utilizados para promover a conexão entre os poços produtivos e a plataforma, e assim, realizar o escoamento da produção de óleo ou conduzir a injeção de gás e/ou água no reservatório. São diversas vantagens que favorecem a aplicação dos dutos flexíveis, como por exemplo, transporte através de bobinas, facilidade e custo da instalação, acomodação às regularidades do leito marinho, absorção dos movimentos dos navios plataforma, flexibilidade do lay-out submarino, reutilização, dentre outras.

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Para realizar a instalação dos dutos flexíveis é necessário a utilização de equipamentos suplementares, sendo o end fitting o principal deles. O end fitting, também denominado de conector, é um equipamento acessório instalado nas extremidades dos dutos flexíveis. É através dos conectores que os dutos podem estabelecer interface com outros equipamentos ou mesmo com outros trechos de dutos. O end fitting é o responsável pela sustentação estrutural do duto flexível, além de proporcionar acomodação adequada para as diversas camadas e, principalmente, garantindo a estanqueidade entre o fluido interno e o ambiente externo.

Ao projetar um duto flexível, diversas condições de utilização devem ser consideradas, como por exemplo, peso próprio, pressão interna, pressão externa, gradientes de temperatura, correntes marítimas, movimentações da plataforma e fluidos corrosivos. Contudo, todas as solicitações estruturais geradas pelas condições acima descritas são intensificadas no end fitting devido a inerente alteração geométrica que este tipo de acoplamento produz na extremidade do duto flexível, além do aumento de rigidez estrutural. Esta condição faz com que os end fittings sejam um dos pontos críticos, em nível estrutural, dentro do dimensionamento de um sistema de escoamento constituído por duto flexível.

O conceito de end fitting usualmente utilizado pelos fabricantes de dutos flexíveis é apresentado na norma API 17B. Algumas peculiaridades neste conceito podem ser apontadas, dentre as quais pode-se destacar que o sistema de vedação interna entre a Internal Pressure Sheath e o end fitting é posicionado abaixo das armaduras de tração e dentro da região de ancoragem, normalmente preenchida por resina epoxy.

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Contudo, ao utilizar este conceito, durante o processo de montagem do end fitting, é inevitável não deslocar os arames da armadura de tração para estabelecer acesso adequado à camada internal pressure sheath e, então, realizar a instalação do sistema de vedação interno. Na prática, o procedimento utilizado é a dobra dos arames da armadura de tração sobre um gabarito curvo em aproximadamente 90°. Finalizada a preparação da internal pressure sheath e instalação do sistema de vedação interno, os arames são novamente dobrados até o assentamento na posição de montagem.

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A armadura de tração é a camada responsável pela sustentação do duto flexível. Durante o processo de montagem, os arames são conformados causando alterações nas propriedades do material (encruamento), geração de tensões em diversas direções (torção, flexão e residuais), além de adicionar um concentrador de tensões promovido pelo raio de dobramento na entrada do end fitting, onde ocorre a transição de rigidez do duto e end fitting.

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Do ponto de vista da mecânica estrutural, as implicações geradas pela conformação dos arames durante o processo de dobra são negativas e contribuem de fato para a diminuição da capacidade e eficiência estrutural do duto flexível.

Adicionalmente, há uma condição que agrava ainda mais a situação, pois na prática, todos os arames da armadura de tração (normalmente mais que cem) são dobrados pelos montadores de forma manual. Ou seja, é praticamente impossível garantir a mesma trajetória de dobramento, mesmo utilizando gabaritos e dispositivos, para todos os arames, uma vez que o fator humano é dominante neste processo. Esta condição de dependência da habilidade dos montadores traz desvios no padrão de montagem entre end fittings e, mais importante, gera diferentes formas geométricas entre os arames da armadura de tração na região de dobra. Este fato inevitavelmente conduz à distribuição não-uniforme de tensões nos arames, ou seja, ocasionando sobrecargas localizadas em alguns arames e diminuindo ainda mais a capacidade e eficiência estrutural.

Outro importante aspecto negativo da dobra é relacionado ao tempo de montagem do end fitting, uma vez que dezenas de arames são dobrados um a um para instalação do sistema de vedação interna e, então dobrados novamente um a um para a posição final de montagem. Dessa forma, o tempo de montagem do end fitting é um dos principais retardantes do processo produtivo do duto flexível, sendo esta mais uma justificativa para busca de melhorias.

O END FITTING SÍMEROS

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Após anos de pesquisa, conduzindo testes e observando o comportamento dos dutos flexíveis sob carregamentos variáveis e meio agressivo, a SÍMEROS desenvolveu um end fitting próprio. O processo de montagem do end fitting SÍMEROS não utiliza a dobra dos arames da armadura de tração, pois o sistema de vedação não é localizado dentro da região preenchida pela resina epoxy, muito menos abaixo das armaduras de tração. Cabe ressaltar que o end fitting proposto pela SÍMEROS é baseado no conceito apresentado pela PETROBRAS (US20120211975 A1), contudo com diversas inovações de design, de sistemas de vedação e sistemas de ancoragem que diminuem drasticamente o trabalho manual. Estas melhorias tornam o processo de montagem mais rápido, promovem a redução de peso e custo, além de diminuir a interferência do end fitting e do processo montagem nos arames da armadura de tração, reduzido o coeficiente de concentração de tensão (kt) em níveis muito próximos de 1,0, o que permite um desempenho em fadiga superior em relação aos conectores convencionais.

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Os sistemas de vedação são constituídos por selos poliméricos configurados em geometrias que conduzem o auto energizamento, ou seja, aumento da vedação conforme incremento de pressão. Os selos utilizados pela Símeros geram menor pressão de contato com as camadas do duto flexível quando comparados com os convencionais selos metálicos. Adicionalmente, os materiais poliméricos habilitam a aplicação dos selos utilizando maiores tolerâncias de montagem, o que facilita ainda mais este processo. Outra importante característica é o acesso privilegiado ao sistema de vedação interno, possibilitando verificação ou manutenção mesmo após a finalização da resinagem do end fitting.

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O end fitting SÍMEROS já foi avaliado em diversos testes experimentais, onde foi possível validar a tecnologia através do elevado desempenho. Os resultados atraíram a atenção do principal usuário de dutos flexíveis do mundo, e juntos, estamos executando o programa de qualificação oficial para levar esta tecnologia aos campos de produção, com expectativa de conclusão em 2018.

Para maiores informações sobre essa e outras tecnologias estamos à disposição.

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