UMBILICAL Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE DICHO UMBILICAL.

Se muestra un umbilical que comprende una pluralidad de conductos de fluido (4,

5,6), cables eléctricos (7) y/o conductores ópticos (8), material de relleno (2, 3) situado al menos parcialmente alrededor y entre los conductos de fluido (4. 5, 6) y los cables/conductores (7, 8), estando agrupados de manera colectiva en un haz trenzado mediante una operación de tendido. El umbilical incluye además una camisa protectora (1) que envuelve a los conductos de fluido (4, 5, 6), a los cables/conductores (7, 8) y al material de relleno, y al menos un elemento de soporte de carga situado en la sección transversal del umbilical, constituyendo opcionalmente uno o más de los conductos de fluido elementos de soporte de carga. Los conductos de fluido (4, 5, 6), los cables/conductores (7, 8), el material de relleno (2, 3) y el al menos un elemento de soporte de carga están dispuestos de manera que el arrollamiento presenta sentidos de arrollado alternante en toda o parte de la extensión longitudinal del umbilical. Es también objeto de esta invención el procedimiento de fabricación de este umbilical caracterizado por combinar una etapa de arrollado mediante cambios de sentido de arrollamiento del haz y una etapa de posterior rigidización frente a la torsión mediante un revestimiento exterior

Umbilical y procedimiento de fabricación de dicho umbilical.

La presente invención se refiere a un umbilical que comprende una pluralidad de conductos de fluido, cables eléctricos y/o conductores ópticos, material de relleno situado al menos parcialmente alrededor y entre los conductos de fluido y los cables/conductores, estando agrupados de manera colectiva en un haz trenzado mediante una operación de tendido por arrollamiento, una camisa protectora que envuelve a los conductos de fluido, a los cables/conductores y al material de relleno, y al menos un elemento de soporte de carga situado de manera predeterminada en la sección transversal del umbilical, constituyendo opcionalmente uno o más de los conductos de fluido elementos de soporte de carga.

La invención también se refiere a un procedimiento para fabricar el umbilical del tipo indicado en la introducción, tal y como se expresa en la parte inicial de la reivindicación independiente 12 posterior.

Debe observarse que la invención puede aplicarse tanto a los umbilicales más tradicionales como a los umbilicales de alimentación propuestos de manera relativamente reciente, es decir, un umbilical que pueda transferir grandes cantidades de energía eléctrica entre la superficie del mar y el equipo situado en el lecho marino. Esta solicitud se refiere al umbilical más tradicional, mientras que el umbilical de alimentación está sujeto a una solicitud de patente aparte presentada el mismo día que la presente solicitud. Debe observarse además que el uso del presente umbilical está destinado principalmente para fines estáticos y que su capacidad de tensión se requiere en primer lugar durante el despliegue del mismo, descansando posteriormente de una manera más o menos estacionaria sobre el lecho marino.

La forma tradicional de realizar la operación de tendido por arrollamiento de varios elementos alargados se muestra por ejemplo en los documentos NO 174 940 (WO 93/17176) y NO 971984. Observando las figuras del primer documento, en particular la figura 1, se muestra la maquinaria requerida normalmente para fabricar un umbilical de este tipo. Tal y como se muestra, la maquinaria es compleja, requiere espacio, es voluminosa y, por consiguiente, es muy costosa. Además, debido al tamaño, la máquina debe ser necesariamente estacionaria, es decir, debe estar ubicada en una gran instalación, preferiblemente cerca de un puerto.

La maquinaria debe tener necesariamente estas dimensiones para realizar sus funciones, concretamente poder enrollar juntos los elementos alargados en un haz que se extiende de manera helicoidal en la dirección longitudinal de los mismos que presenta una longitud de tendido por arrollamiento predeterminada, normalmente entre 1,5 y 15 metros por revolución, dependiendo de la aplicación prevista.

Una necesidad importante para las industrias es poder fabricar un umbilical usando una maquinaria considerablemente más sencilla. Además, existe la necesidad de disponer de una instalación que pueda fabricar el umbilical en el lugar o cerca del lugar donde vaya a instalarse el umbilical. Cómo puede llevarse esto a cabo considerando las premisas anteriores? Se ha tenido que tornar en cuenta diversos aspectos y en particular la capacidad del umbilical de soportar y resistir cargas de tensión. Esto se tratará posteriormente.

Cuando un haz de elementos alargados de este tipo está sometido a cargas de tensión, por ejemplo durante su despliegue en aguas más profundas, los elementos trenzados o enrollados tenderán a "enderezarse" o a "desenrollarse". Los elementos de soporte de carga de la sección transversal están destinados a resistir las cargas de tensión. Los elementos de soporte de carga pueden ser conductos, cables de acero o elementos hechos de un material compuesto, ya sea en forma de varillas compuestas individuales distribuidas en la sección transversal o de varillas agrupadas en haces. Un ejemplo de material compuesto es la fibra de carbono.

Con la solución propuesta actualmente para la operación de tendido por arrollamiento del umbilical, que simplifica sustancialmente el proceso de fabricación, los elementos de soporte de carga no tendrán que ser necesariamente capaces de realizar esta función, concretamente la de poder transferir cargas importantes o esfuerzos de tensión. Tal y como se ha indicado anteriormente, sólo tenderán a enderezarse. Sin embargo, una solución nueva de este tipo sólo necesitará una maquinaria de fabricación muy sencilla en comparación con las tradicionales. Por lo tanto, todas las necesidades expresadas anteriormente quedarán satisfechas. Pero puede observarse que se genera un nuevo problema: cómo llevar a cabo la función de soporte de carga?

Este es un problema reconocido y a este respecto se hace referencia a la patente estadounidense 6.472.614 a nombre de Coflexip. En la columna 1, desde la mitad de la página hacia abajo, se describe que los elementos del umbilical están normalmente (habitualmente) enrollados juntos en la configuración S-Z ampliamente conocida, lo que significa que están enrollados de manera alternante cambiando el sentido de arrollamiento. Además, se describe que puesto que la configuración S-Z no puede soportar grandes esfuerzos de tensión sin desenrollarse (tal y como se ha descrito anteriormente), deben enrollarse capas de blindaje adicionales (por ejemplo, acero de Kevlar) de manera antihelicoidal alrededor de este haz para poder resistir los esfuerzos de tensión. El blindaje consiste en una pluralidad de varillas o cables de acero colocados lado a lado con una pequeña inclinación con respecto al eje longitudinal del umbilical.

Con el fin de mostrar la apariencia típica de este umbilical, la patente estadounidense indica que esto se describe en la especificación 17E del API (Instituto Americano del Petróleo, American Petroleum Institute), "Specification for Subsea Production Control Umbilicals", en particular en las páginas 42, 43 y 44. Resúmenes de las mismas se muestran en las figuras 7 y 8 las cuales hacen referencia a la técnica anterior. Además, en la patente estadounidense 6.472.614 se indica, al final de la columna 2, que actualmente no existe ninguna normalización para los umbilicales de tubo de acero, pero que existirá en el futuro. Esto se entiende como una confirmación de que los conductos mostrados en la página 43 de la especificación 17E son conductos termoplásticos y no conductos de acero como a los que hace referencia la presente invención.

Esto también se incluye para ilustrar el planteamiento tradicional en lo que respecta al tendido por arrollamiento en S-Z en combinación con el soporte de cargas. Esto requiere varillas de blindaje que estén enrolladas de manera helicoidal (no en S-Z) en al menos dos capas y cada capa está enrollada en direcciones opuestas entre si para que puedan actuar como los elementos de soporte de carga de la sección transversal.

Hasta la fecha no se ha llevado a cabo ningún tendido; por arrollamiento en S-Z de los conductos de acero en un umbilical debido a que éstos realizan la función de soporte de carga y tenderán, aplicando cargas axiales de alguna magnitud, a enderezarse (desenrollarse), tal y como se describe en dicha patente estadounidense 6.472.614. Además, los conductos de acero son naturalmente rígidos de manera inherente por naturaleza y, por consiguiente, difíciles de manipular en una operación de tendido de este tipo.

Otro problema con este tipo de umbilicales submarinos es que los conductos y los cables necesitan empalmarse con relativa frecuencia, quizás cada 500 metros. Esto da como resultado un elevado número de juntas si van a suministrarse longitudes de varias decenas de kilómetros. Cada operación de empalme requiere mucho tiempo. En secciones transversales complejas del umbilical, puede tardarse un par de días en realizar una operación de empalme de este tipo.

Por lo tanto, un desafío importante ha sido la tarea de poder generar grandes longitudes de umbilicales que presenten secciones transversales complejas y con menos empalmes que antes; en suma, conseguir una producción más continua y eficaz. De manera similar, como antes, se requiere que el umbilical pueda bobinarse en carruseles o carretes para fines de embarque y de soporte.

Según la presente invención se proporciona un umbilical del tipo indicado en la introducción, que se distingue por el hecho de que los conductos de fluido, los cables/conductores, el material de relleno y posiblemente el al menos un elemento de soporte de carga están dispuestos de manera alternante,...

1. Un umbilical que comprende

• una pluralidad de conductos de fluido (4, 5, 6),

• cables/conductores eléctricos (7) y/o conductores ópticos (8),

• material de relleno (2, 3) situado al menos parcialmente alrededor y entre los conductos de fluido (4, 5, 6) y los cables/conductores eléctricos (7) y/o conductores ópticos (8),

estando agrupados por arrollamiento, de manera colectiva, en un haz,

• un revestimiento exterior protector (1) que envuelve a los conductos de fluido (4, 5, 6), a los cables/conductores eléctricos (7) y/o conductores ópticos (8) y al material de relleno, y

• al menos un elemento de soporte de carga situado de manera predeterminada en la sección transversal del umbilical,

constituyendo opcionalmente uno o más de los conductos de fluido un elemento/elementos de soporte de carga,

caracterizado porque

• los conductos de fluido (4, 5, 6), los cables/conductores eléctricos (7) y/o conductores ópticos (8), el material de relleno (2, 3) y el al menos un elemento de soporte de carga están dispuestos de manera alternante cambiando el sentido de arrollamiento del haz en toda o parte de la extensión longitudinal del umbilical, en combinación con el hecho de que

• el haz tendido se mantiene fijo sustancialmente rígido frente a torsión mediante el revestimiento exterior (1) protector, posiblemente con la adición de una banda de resistencia que está enrollada de manera helicoidal alrededor del haz justo por debajo del revestimiento exterior (1) protector.

2. El umbilical según la reivindicación 1, caracterizado porque la banda de resistencia está enrollada de manera helicoidal alrededor del haz en dos o más capas dispuestas en sentidos opuestos.

3. El umbilical según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la banda de resistencia está enrollada de manera helicoidal alrededor del haz con una longitud de tendido del arrollamiento entre 0,1 y 0,5 metros por revolución.

4. El umbilical según la reivindicación 1, 2, ó 3, caracterizado porque la banda de resistencia (10, 10') está hecha de material metálico, tal como acero, plomo o aluminio.

5. El umbilical según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la banda de resistencia (9, 9') comprende cinta blindada de fibra, cinta blindada de fibra con forro de fricción y cinta textil, donde la cinta blindada de fibra está reforzada con fibra de aramida, fibra de carbono, fibra de vidrio y otros materiales sintéticos.

6. El umbilical según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el tendido por arrollamiento de los conductos de fluido (4, 5, 6), de los cables/conductores eléctricos (7) conductores ópticos (8), del material de relleno (2, 3) y de posiblemente otros elementos de soporte de carga cambia de sentido de arrollamiento a intervalos irregulares.

7. El umbilical según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los cambios de sentido en el arrollamiento de los conductos de fluido (4, 5, 6), de los cables/conductores eléctricos (7), de los conductores ópticos (8), del material de relleno (2, 3) y de posiblemente otros elementos de soporte de carga tienen lugar en el rango comprendido entre media revolución y tres revoluciones.

8. El umbilical según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el umbilical incluye una o más capas diferentes con elementos de soporte de carga como una capa exterior que está situada justo por debajo del revestimiento exterior (1), estando dispuestos dichos elementos de soporte de carga de cada capa de manera helicoidal y continua en el mismo sentido de arrollamiento que toda la extensión longitudinal del umbilical.

9. El umbilical según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los elementos de soporte de carga son varillas ligeras de material compuesto y/o cadenas de acero o cables de acero y/o cuerdas de fibra y/o cuerdas de poliéster.

10. El umbilical según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el material de relleno (2, 3) comprende muescas (11), o ranuras, longitudinales sobre en el mismo permitiendo la entrada del material del revestimiento exterior (1) dentro de las muescas (11) para aumentar la rigidez torsional del umbilical por fricción.

11. El umbilical según la reivindicación 10, caracterizado porque la banda de resistencia (12) está enrollada a lo largo de una determinada distancia con huecos entre cada arrollamiento de manera que estos huecos permiten la penetración del material de revestimiento.

12. Procedimiento de fabricación de un umbilical mediante tendido por arrollamiento de una pluralidad de elementos alargados que comprende las siguientes etapas:

• se provee de una pluralidad de conductos de fluido,

• se provee de cables eléctricos y/o conductores ópticos,

• se provee de material de relleno y se sitúa al menos parcialmente alrededor y entre los conductos de fluido y los cables/conductores,

• se agrupa de manera colectiva el conjunto de elementos alargados provistos anteriormente en un haz mediante arrollamiento,

• se provee de un revestimiento exterior protector y se envuelve a los conductos de fluido, a los cables/conductores y al material de relleno, y al menos un elemento de soporte de carga situándolo de manera predeterminada en la sección transversal del umbilical con el fin de proteger las cargas axiales, constituyendo opcionalmente uno o más de los conductos de fluido un elemento/elementos de soporte de carga,

caracterizado porque

• el arrollamiento de los conductos de fluido, los conductores/cables eléctricos, el material de relleno y posiblemente el al menos un elemento de soporte de carga se lleva a cabo siguiendo un sentido de arrollamiento alternante en toda o parte de la extensión longitudinal del umbilical y donde el o cada elemento de soporte de carga se sitúa de manera central o periférica durante la fabricación, y porque

• tras el trenzado se aplica un revestimiento protector exterior para la mejora de la rigidez torsional,

• opcionalmente se incorpora una banda, o una tira, de resistencia mediante arrollamiento helicoidal alrededor del haz después de haber finalizado la operación de tendido por arrollamiento y antes de aplicar el revestimiento exterior protector.

13. El procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la banda, o la tira, de resistencia se enrolla de manera helicoidal alrededor del haz en dos o más capas dispuestas siguiendo sentidos de arrollamiento opuestos.

14. El procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque la banda de resistencia se enrolla de manera helicoidal alrededor del haz a lo largo de una longitud de tendido del arrollamiento entre 0,1 y 0,5 metros por revolución.

15. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la operación de tendido por arrollamiento se lleva a cabo siguiendo sentidos de arrollamiento alternantes a intervalos irregulares.

16. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque los cambios de sentido en el arrollamiento en la operación de tendido por arrollamiento tienen lugar en el rango comprendido entre media revolución y tres revoluciones.

17. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque una o más capas diferentes con elementos de soporte de carga se aplican como capa(s) exterior (es) y se sitúan justo por debajo del revestimiento exterior, disponiendo dichos elementos de soporte de carga de cada capa de manera helicoidal y continua en el mismo sentido de arrollamiento que toda la extensión longitudinal del umbilical.

18. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque sobre el material de relleno se provee de muescas, o ranuras, longitudinales de manera que el material del revestimiento exterior se extrude sobre el haz y penetra dentro de las muescas para crear medios de generación de fricción para aumentar la rigidez torsional del umbilical.

19. El procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque la banda, o la tira, de resistencia se enrolla a lo largo de una determinada distancia dejando huecos entre cada arrollamiento para permitir la penetración del material de revestimiento extrudido dentro de dichas muescas.