BRPI0520284B1

BRPI0520284B1 - Hybrid riser system

Info

Publication number: BRPI0520284B1
Application number: BRPI0520284-1A
Authority: BR
Inventors: Slagsvold Lars
Original assignee: Ge Oil & Gas Uk Limited
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2017-07-04
Also published as: EP1817475B1; EP1817475A2; BRPI0520284A2; EP1817475A4; NO20072611L; WO2006059220A3; WO2006059220B1; ES2729828T3; WO2006059220A2; DK1817475T3

Abstract

sistema de riser híbrido. a presente invenção se refere a um sistema de riser híbrido (10), para conexão entre uma unidade flutuante (12) e uma unidade submarina (14) que se localiza no fundo do mar (18). o sistema de riser (10) compreende um conduto de material composto (22), para transportar um fluido entre as referidas unidades flutuante (12) e submarina (14), e pelo menos uma seção de tubulação terminal (20, 24), que é adaptada para ser conectada entre a unidade flutuante (12) e/ou a unidade submarina (14) e o conduto de material composto (22) a referida pelo menos uma seção de tubulação terminal (20, 24) compreende um tubo metálico ou um tubo flexível não unido.

Description

"SISTEMA DE RISER HÍBRIDO" Campo Técnico A presente invenção concerne um sistema de riser híbrido, para conexão entre uma unidade flutuante, tal como, uma embarcação flutuante ou uma unidade de produção de petróleo e gás e uma unidade submarina, tal como, uma instalação de poço submarina, localizada no fundo do mar. A expressão "sistema de riser" é idealizada para significar uma tubulação ou uma coluna adaptada para o transporte de fluidos, isto é, liquidos e gases ou misturas dos mesmos e, em particular, hidrocarbonetos, tais como, petróleo e/ou gás ou fluidos de injeção, tais como, metanol ou água, entre as unidades flutuante e submarina.

Antecedentes da Invenção Os sistemas de riser incluem um conduto através do qual diversos fluidos são transportados a partir de uma instalação submarina localizada no fundo do mar para uma plataforma ou embarcação flutuante na superfície do mar, tal como, uma instalação de produção superficial e/ou de armazenamento ou vice-versa. A embarcação ou plataforma flutuante é constantemente exposta a movimentos provocados, por exemplo, pelas ondas, ventos e correntes de superfície e submarinas. Portanto, a plataforma flutuante é continuamente submetida a forças que provocam movimentos na mesma e no sistema de riser a ela conectada. Os sistemas de riser devem ser capazes de suportar as forças exercidas sobre os mesmos sem qualquer deficiência devido à fadiga ou esforço similar. Se uma parte de um riser é submetida à fadiga ou se torna danificada ao ponto de ocorrer uma falha ou possível falha, pelo menos parte do sistema de riser tem de ser substituído, o que é dispendioso e pode ser difícil e demorado de conseguir. Quando se utilizam tubulações de riser de peso leve, por exemplo, tubulação de material composto, um peso adicional pode se fazer necessário ser adicionado à parte superior do riser que é conectada à plataforma ou embarcação flutuante, de modo a garantir que a tubulação fique sob tensão, porém, no entanto, este peso adicional atua em um modo de compressão sobre o riser, pelo que um fluxo de fluido afeta adversamente o sistema de riser, aumentando os custos de fabricação e instalação. A Patente U.S. No. 5.639.187 divulga um sistema de riser marinho que combina risers de catenária de aço com linhas de fluxo flexíveis. A expressão "catenária" significa a curva assumida por um cordel de densidade uniforme e seção transversal que é perfeitamente flexível, mas que não é capaz de ser esticado e que se pendura livremente de dois pontos fixos. Os risers de catenária de aço são curvados na direção ascendente através da água, em um percurso de catenária suave para uma bóia grande submersa, a qual, por sua vez, é amarrada no fundo do mar por meio de linhas de tendão de perna de tensão em uma profundidade abaixo da zona de turbulência da água. A bóia mantém os risers de catenária de aço rígidos, em uma posição substancialmente vertical, na água. As linhas de fluxo flexíveis (comumente chamadas de tubos de ponte) são conectadas de modo fluido aos risers de catenária de aço na bóia e se estendem ascendentemente através da zona de turbulência para a superfície.

Uma desvantagem de tal sistema é que se fazem necessários uma bóia grande e meios de aperto para suportar os risers pesados de aço. A amarração da bóia a uma predeterminada profundidade também requer um cuidadoso planejamento e engenharia, o que torna o projeto e fabricação da bóia complexos, demorado e dispendioso. Além disso, o equipamento requerido para a amarração da bóia aumenta mais ainda os custos de fabricação e instalação.

Resumo da Invenção Constitui um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema de riser híbrido para conexão entre uma unidade flutuante e uma unidade submarina que se localiza no fundo do mar, cujo sistema pode suportar ou acomodar as forças exercidas sobre o mesmo devido aos movimentos, tais como, aquelas provocadas pelo movimento da unidade flutuante.

Tal objetivo é alcançado através de um sistema de riser que inclui um conduto de material composto flexível para transporte de um fluido, isto é, líquido ou gás, entre as referidas unidades flutuante e submarina. 0 termo "conduto de material composto" se refere a um tubo aglutinado, tendo um forro interno e uma bainha protetora externa e, opcionalmente, pelo menos uma camada de reforço, tal como o descrito no Pedido de Patente Internacional WO 99/67561. Este documento WO 99/67561 descreve um riser flexivel compreendendo um material composto. 0 riser compreende um forro interno de material termoplástico e um componente intermediário de múltiplas camadas de polímero reforçado, e um forro termoplástico externo. 0 forro interno é continuamente unido ao componente de múltiplas camadas intermediário, o qual, por sua vez, é continuamente unido ao forro externo. 0 sistema de riser da invenção também compreende pelo menos uma seção de tubulação que é adaptada para ser conectada entre as unidades flutuante e/ou submarina e o conduto composto. A dita pelo menos uma seção terminal de tubulação, compreende um tubo metálico, isto é, um tubo feito de metal ou que contém metal ou um tubo flexível não unido. 0 sistema de riser é adaptado para assumir uma configuração submissa, quando instalado. 0 termo "não unido" é idealizado de significar um tubo que consiste de uma pluralidade de camadas, compreendendo, por exemplo, um metal ou polímero, que não são unidas entre si, sendo, portanto, livres para se movimentarem independentemente entre si. Um tubo flexível não unido ou tubo metálico proporciona uma seção terminal de tubo com aumento de resistência e peso, fazendo com que a mesma não se desvie de direção nem se curve como um conduto de material composto e, dessa forma, elimina a necessidade de proporcionar um sistema de riser com peso ■adicional. 0 sistema de riser híbrido, de acordo com a invenção, apresenta uma seção de conduto de material composto leve e quase flutuante, o que implica em menos impacto de carga sobre a unidade flutuante. Pelo menos uma extremidade do sistema de riser, isto é, a extremidade que está conectada à unidade flutuante, e/ou a extremidade que está conectada à unidade submarina, é provida de uma seção de tubulação que pode melhor suportar ou acomodar as forças exercidas sobre o sistema de riser na vizinhança da unidade flutuante e/ou unidade submarina quando o riser é desviado de direção e curvado ao máximo. 0 sistema de riser da invenção reduz a tensão de topo, a curvatura decorrente do contato inferior, a compressão decorrente do contato inferior e a tensão decorrente da sustentação posterior, sendo adequado para uso em altas pressões hidrostáticas, em águas profundas e ultra-profundas.

De acordo com uma modalidade da invenção, a dita pelo menos uma seção terminal de tubulação é disposta como sendo negativamente flutuante.

De acordo com outra modalidade da invenção, o conduto de material composto é constituído por um único conduto contínuo, isto é, o conduto de material composto é conectado a pelo menos uma seção terminal de tubulação, porém, não existem outras conexões ao longo da extensão do riser.

De acordo com outra modalidade da invenção, o sistema de riser possui uma seção de conduto de material composto leve e quase flutuante, de modo a assumir uma flutuação neutra ou ligeiramente negativa.

De acordo com outras modalidades da invenção, o riser é adaptado para assumir uma configuração submissa quando instalado, isto é, uma forma suspensa livre (catenária) , uma forma de S pouco acentuado (Lazy) ou de onda ou uma forma de S acentuado (Steep) ou de onda.

De acordo com outra modalidade da invenção, o conduto de material composto compreende um tubo aglutinado, tendo um forro interno e uma bainha protetora externa e, opcionalmente, pelo menos uma camada de reforço.

De acordo com outra modalidade da invenção, as extremidades superiores e/ou inferiores da seção de conduto de material composto são terminadas em um conector de interface de material composto-material metálico.

De acordo com uma adicional modalidade da invenção, o conduto de material composto é suficientemente flexível para ser embobinado em uma bobina com um raio de cubo de roda de cerca de 4.500-8.500 mm.

De acordo com uma modalidade da invenção, o conduto de material composto e a dita pelo menos uma seção terminal de tubulação, apresentam um diâmetro interno na faixa de cerca de 10-40 cm (4-16 polegadas).

De acordo com uma modalidade da invenção, o comprimento da seção terminal de tubulação que é conectado à unidade flutuante é de aproximadamente 50-600 metros. De acordo com outra modalidade, o comprimento da seção terminal de tubulação que é conectado à unidade submarina é de aproximadamente 50—100 metros.

De acordo com uma adicional modalidade da invenção, o comprimento do conduto de material composto é de cerca de 1.000-1.500 metros ou mais.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, a unidade flutuante é uma unidade de produção ou de armazenamento ou uma plataforma ou embarcação e a unidade submarina é uma instalação de poço submarino, pelo que o sistema de riser é adaptado para o transporte de fluidos, em particular, de hidrocarbonetos, tal como, petróleo e/ou gás, ou de fluidos de injeção, como metanol ou água, entre as unidades flutuante e submarina.

Descrição Detalhada dos Desenhos A presente invenção será, doravante, ainda explicada por meio de exemplos não-limitativos, tomando-se como referências as figuras anexas, em que: - a figura 1 representa uma vista esquemática de um riser de acordo com uma modalidade da invenção, conectado entre uma embarcação de produção e uma instalação submarina; - a figura 2 mostra um conector para conectar uma seção terminal de tubulação de um riser à seção de conduto central de material composto do riser; e - a figura 3 representa uma seção transversal do conduto central de material composto de um riser, de acordo com uma modalidade da invenção, tomada ao longo da linha A-A, da figura 2.

Deverá ser observado que os desenhos não foram feitos em escala e que as dimensões de certas características foram exageradas para mostrar uma maior clareza.

Descrição Detalhada das Modalidades A figura mostra um sistema de riser (10) para conexão entre uma unidade flutuante (12) e uma unidade submarina (14), localizada no fundo do mar (18). A unidade flutuante (12) é no exemplo ilustrado uma unidade de produção flutuante para processamento de fluido de poço, por exemplo, mediante remoção de gás e água de uma instalação de poço submarino (14), e transporte do fluido para uma tubulação de descarga ou despejo em outra embarcação, tal como, um navio petroleiro, pelo que o sistema de riser (10) transporta fluido da unidade submarina (14) para a unidade flutuante (12). A unidade de produção flutuante (12) pode, alternativamente, ou também, possuir equipamento para injetar água ou gás no poço submarino (14) para fins de produção, pelo que o riser (10) transporta fluido da unidade flutuante (12) para a unidade submarina (14) .

Um riser (10) compreende uma seção de tubulação terminal superior metálica (20), tal como, uma tubulação de aço contínua soldada ou rosqueada, uma seção de conduto central de material composto (22) e uma seção de tubulação terminal inferior metálica (24). A seção de tubulação terminal superior (20) possui um comprimento de aproximadamente 50 a 600 metros, sendo negativamente flutuante. Alternativamente, uma parte ou toda a seção de tubulação terminal superior (20) e/ou seção de tubulação terminal inferior (24) podem ser formadas a partir de um tubo flexível não unido. A seção de tubulação terminal inferior (24) se conecta a uma instalação submarina (14) no fundo do mar (18), tal como, um manifold ou árvore de produção/injeção, numa localização desviada horizontalmente da embarcação de produção (12) . O riser (10) é construído para assumir uma configuração submissa quando instalado. Conforme mostrado na figura 1, o riser instalado (10) assume uma configuração de onda pouco acentuada (Lazy). O movimento da unidade flutuante é acomodado pela flexibilidade da seção de tubulação terminal superior, isto é, o tubo flexível não unido ou tubo metálico. Meios de tensionamento não são necessários para manter tensão no riser (10) . A tensão é obtida através da seção de tubulação terminal superior (20) e um efeito de flutuação é opcionalmente aplicado à seção de conduto central de material composto (22), a fim de evitar a compressão na coluna do riser (10). A seção de conduto central de material composto (22) constitui a maior parte do comprimento do riser (10), sendo maior que a seção de tubulação terminal superior (20) ou seção de tubulação terminal inferior (24) . Por exemplo, a distância da embarcação (12) para uma instalação submarina (14) pode ser de 2.000 metros, onde a seção de conduto central de material composto é de comprimento de 1.500 metros ou mais. A seção de conduto central de material composto (22) é preferivelmente neutra ou ligeiramente negativa quanto à flutuação. A seção de tubulação terminal inferior (24) é utilizada em ambientes onde se necessita de flexibilidade para conectar a extremidade inferior do riser (10) a uma instalação submarina (14), ou onde a compressão decorrente de contato inferior pode ocorrer. Em alguns ambientes, a seção de conduto central de material composto (22) pode ser conectada diretamente à instalação submarina (14). A seção de tubulação terminal inferior (24) pode incluir uma junta de tensionamento cônica metálica, se necessário. A seção de tubulação terminal inferior pode também compreender um tubo flexível não unido do tipo descrito acima. A seção de tubulação terminal inferior (24) pode também compreender um tubo de aço contínuo tendo uma estrutura similar à seção de tubulação terminal superior (20). Conforme mostrado na figura 1, uma vez que o riser (10) apresenta uma configuração submissa, uma porção da seção de tubulação terminal inferior (24) irá, provavelmente, se dispor sobre o fundo do mar (18). A seção de tubulação terminal inferior (24) é também muito mais curta que o comprimento da seção de conduto central de material composto (22) . Assim, por exemplo, a seção de tubulação terminal inferior é preferivelmente de comprimento de cerca de 50 a 100 metros. A seção ou cada seção de tubulação terminal (20, 24) pode ser conectada ao conduto de material composto (22) na instalação terrestre e ser armazenada em uma bobina para fins de instalação ou a(s) seção (ões) de tubulação pode(m) ser enrolada(s) em uma bobina separada e conectada(s) ao conduto de material composto durante a instalação. Este último método seria mais adequado quando a(s) seção(ões) de tubulação compreender(em) um tubo metálico. A figura 2 mostra um conector tipo flange (26) , por exemplo, feito de metal para conectar um conduto de material composto (22) a uma seção de tubulação terminal superior (20) e/ou a uma seção de tubulação terminal inferior (24). 0 conector (26) é preso por uma pluralidade de parafusos (28). 0 conector tipo flange (26) pode ser do tipo padrão API. Alternativamente, uma flange mais compacta pode ser usada, como também uma junta flexível, dependendo do ambiente. A seção de tubulação terminal superior (20) apresenta uma conexão flutuadora convencional, por exemplo, acoplando o riser (10)à unidade de produção flutuante (12). A conexão flutuadora pode incluir uma junta flexível ou uma conexão de flange com um dispositivo de reforço curvo. A figura 3 mostra uma seção transversal da seção de conduto central de material composto do sistema de riser (bainha protetora externa, não mostrado). De acordo com uma modalidade da invenção, o conduto (22) apresenta um forro interno impermeável a fluido (30), tendo um diâmetro interno que, tipicamente, varia de cerca de 15 a 30 cm (6 a 12 polegadas) , o qual é contínuo e se estende da sua extremidade superior (20) para a sua extremidade inferior (24). O forro interno (30) pode ser formado de um material termoplástico convencional, tal como, poliamidas, fluoreto de polivinilideno (PVDF), sulfeto de polifenileno (PPS) ou éter-cetona poliéter (PEEK), preferivelmente, tendo uma espessura entre 4 e 7 mm. Uma fita reforçada de fibra termoplástica (32), tal como, fibra de carbono ou fibra de vidro, é embrulhada em volta do forro (30) em diversos ângulos, dependendo das cargas e do ambiente. A invenção, logicamente, não é de nenhum modo limitada às modalidades preferidas descritas acima. Ao contrário, diversas possibilidades de modificações da mesma se tornarão evidentes para um especialista versado na técnica, sem que seja afastada a idéia básica da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Assim, por exemplo, a referida pelo menos uma seção de tubulação terminal pode ser integralmente formada com o conduto de material composto, ao invés de conectar a referida pelo menos uma seção de tubulação terminal ao conduto de material composto.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema de riser híbrido (10), para conexão entre uma unidade flutuante (12) e uma unidade submarina (14) que se localiza no fundo do mar (18), caracterizado pelo fato de compreender um conduto flexível de material composto (22), para transportar um fluido entre as referidas unidades flutuante (12) e submarina (14), e pelo menos uma seção de tubulação terminal (20, 24), que é adaptada para ser conectada entre a unidade flutuante (12) e/ou a unidade submarina (14) e o conduto de material composto (22), em que a referida pelo menos uma seção de tubulação terminal (20, 24) compreende um tubo metálico ou um tubo flexível não unido, e em que o sistema de riser é adaptado para assumir uma configuração flexível submissa quando instalado.

2. Sistema de riser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida pelo menos uma seção de tubulação terminal (20, 24) é disposta para ser negativamente flutuante.

3. Sistema de riser, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o conduto de material composto (22) é constituído de um único conduto contínuo de material composto.

4. Sistema de riser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a seção de conduto de material composto (22) é de flutuação neutra ou negativa.

5. Sistema de riser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida configuração submissa é uma configuração suspensa livre.

6. Sistema de riser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida configuração submissa é uma configuração na forma de S pouco acentuado ou na forma de onda pouco acentuada.

7. Sistema de riser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida configuração submissa é uma configuração na forma de S muito acentuado ou na forma de onda muito acentuada.

8. Sistema de riser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o conduto de material composto (22) compreende um tubo aglutinado tendo um forro interno (30) e uma bainha protetora externa e, opcionalmente, pelo menos uma camada de reforço (32) .

9. Sistema de riser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as extremidades superior e/ou inferior da seção de conduto de material composto (22) terminam em um conector de interface de material composto/material metálico.

10. Sistema de riser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o conduto de material composto (22) é suficientemente flexível para ser embobinado em uma bobina com um raio de cubo de roda de cerca de 4.500 - 8.500 mm.

11. Sistema de riser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o conduto de material composto (22) e a referida pelo menos uma seção de tubulação terminal (20, 24), apresentam um diâmetro interno que varia de cerca de 10 a 40 cm.

12. Sistema de riser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o comprimento da seção de tubulação terminal (20) que é conectada à unidade flutuante (12) é de aproximadamente 50 a 600 metros.

13. Sistema de riser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o comprimento da seção de tubulação terminal (24) que é conectada à unidade submarina é de aproximadamente 50 a 100 metros.