BRPI0709669A2 - conjunto de tubo - Google Patents

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Abstract

CONJUNTO DE TUBO. Um conjunto de tubo e método para fornecer flutuabilidade a um conjunto de tubo são revelados, O conjunto de tubo que é do tipo para transportar fluidos de uma linha de fluxo submarinha para uma estrutura flutuante compreende um primeiro segmento de cano flexível, um outro segmento de cano flexível e um suporte de flutuabilidade rígido para fornecer pelo menos um elemento de flutuabilidade no suporte.

Description

"CONJUNTO DE TUBO"
A presente invenção refere-se a um conjunto de tubo e um método para fornecerum conjunto de tubo incluindo um ou mais módulos de flutuabilidade. Em particular, mas nãoexclusivamente, a presente invenção refere-se a um conjunto de tubo que fornece um oumais suportes de flutuabilidade rígidos em junções entre os segmentos de cano flexível emum tubo. Os módulos de flutuabilidade podem ser presos ao suporte rígido ou são forneci-dos integralmente entre eles de forma que abrasão ou outro dano ao corpo de cano flexívelseja prevenido.
Tradicionalmente cano flexível é utilizado para transportar fluidos de produção, taiscomo óleo e/ou gás e/ou água, de uma localização para outra. Cano flexível é particular-mente útil em conectar uma localização submarinha a uma localização ao nível do mar. Ca-no flexível é em geral formado como um conjunto de um corpo de cano e um ou mais encai-xes terminais. O corpo de cano é tipicamente formado como um compósito de materiais emcamadas que formam um conduíte contendo pressão. A estrutura do cano permite desviosgrandes sem causar tensões de curvatura que prejudicam a funcionalidade do cano em suavida. O corpo do cano é em geral construído como uma estrutura compósita incluindo ca-madas metálicas e poliméricas.
Em projeto de cano flexível conhecido, o cano inclui uma ou mais camadas de blin-dagem elástica. A carga primária em uma tal camada é tensão. Em aplicações de pressãoalta, tais como em ambientes de água profunda e de água ultraprofunda, a camada de blin-dagem elástica experimenta cargas de tensão alta da carga da tampa terminal de pressãointerna como também peso. Isto pode causar falha no cano flexível uma vez que tais condi-ções são experimentadas em períodos prolongados de tempo.
Cano flexível não ligado foi um capacitador para desenvolvimentos em água pro-funda (menos de 3.300 pés (1.005,84 metros)) e água ultraprofunda (maior que 3.300 pés)durante mais de 15 anos. A tecnologia permitiu a indústria inicialmente produzir em águaprofunda no início dos anos 90 e depois em águas ultraprofundas até por volta de 6.500 pés(1.981,2 metros) no final dos anos 90. Profundidades em água maiores que 6.500 pés em-purram o envelope onde configurações de tubo suspenso livre típicas podem operar. Cargasde tensão alta de peso de cano suspenso livre acoplado com cargas de pressão alta criamum desafio para qualquer sistema de tubo.
Com produção de óleo e gás em água profunda e água ultraprofunda que continuacrescendo, a indústria está buscando ir para profundidades de água maiores que 6.500 pés.Há, portanto uma necessidade contínua de avançar capacidades de cano flexível não ligadoe soluções de sistema de tubo conseqüentemente.
Uma técnica que foi tentada no passado de alguma forma para aliviar os problemasacima mencionados é a adição de auxiliares de flutuabilidade em localizações predetermi-nadas ao longo do comprimento do tubo. Porém, o prendimento de auxiliares de Hutuabili-dade levou a cargas de compressão aumentadas sendo exercidas no corpo do cano. Istoocorre quando uma braçadeira ou outro mecanismo de prendimento é fechada em volta docorpo do cano para prender um módulo de flutuabilidade ao tubo. A braçadeira induz cargascompressivas que somam às cargas hidrostáticas existentes e podem levar à falha do tubo.
É uma meta da presente invenção pelo menos em parte mitigar os problemas su-pracitados.
É uma meta das modalidades da presente invenção prover um conjunto de tubo emétodo para fabricação de um conjunto de tubo capaz de operar em profundidades de águade cerca de 10.000 pés (3.048,0 metros).
É uma meta das modalidades da presente invenção fornecer um conjunto de tuboao qual módulos de flutuabilidade podem ser prendidos ou incluídos integralmente para for-necer as vantagens de um tubo sustentado sem as desvantagens associadas com relação atal flutuabilidade para o tubo.
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um conjuntode tubo para transportar fluidos de uma linha de fluxo submarinha para uma estrutura flutu-ante, compreendendo:
um primeiro segmento de cano flexível;
um outro segmento de cano flexível; e
um suporte de flutuabilidade rígido para fornecer pelo menos um elemento de flutu-abilidade ao dito suporte.
De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um métodopara fornecer flutuabilidade em uma ou mais localizações desejadas em um conjunto detubo, compreendendo as etapas de:
fornecer um conjunto de tubo que compreende uma pluralidade de segmentos decano flexível;
próximo a uma junção entre os ditos segmentos, fornecer um suporte de flutuabili-dade rígido; e
prender pelo menos um elemento de flutuabilidade ao dito suporte.
Modalidades da presente invenção fornecem um conjunto de tubo que pode aco-modar carregamento combinado de pressão e tensão internas altas.
Modalidades da presente invenção fornecem um conjunto de tubo em que cargasdinâmicas acima da linha do mar podem ser desacoplado de peso suspenso livre. Dessemodo o movimento da estrutura flutuante, tal como aquele causado por movimento do vasode topo ou de superfície que induz cargas no cano, pode ser superado fornecendo flutuabili-dade em pelo menos uma localização ao longo do comprimento do tubo. Isto ajuda a sepa-rar a inércia do topo do cano flexível da região do fundo. Eficazmente isto fornece uma regi-ão de ponto de toque quasi-estática em pelo menos uma localização ao longo do compri-mento do cano flexível.
Modalidades da presente invenção provêem um método para prender módulos deflutuabilidade em um cano flexível por meio de uma estrutura rígida. O material formando aestrutura rígida fornece uma superfície suficiente para afixar material flutuante ao cano flexí-vel. Os módulos de flutuabilidade podem ser ligados em uma variedade de modos, tais co-mo abraçadeira, soldadura, mecanicamente ou outras técnicas de fixação aceitáveis. Alter-nativamente, de acordo com outras modalidades da presente invenção, os módulos de flu-tuabilidade podem ser feitos integrais com uma estrutura rígida. Neste sentido, os módulosde flutuabilidade não necessitam ser fixados. Os módulos de flutuabilidade podem ser qual-quer tipo de elemento tendo uma flutuabilidade aumentada com respeito ao cano flexível.
Exemplos notáveis são espuma sintática ou tanques de aço ou outros.
Modalidades da presente invenção serão agora descritas doravante, por via de e-xemplo apenas, com referência aos desenhos em anexo em que:
Figura 1 ilustra um corpo de cano flexível;
Figura 2 ilustra um tubo catenário que tem uma distribuição solta de flutuabilidade;
Figura 3 ilustra um suporte rígido para um módulo de flutuabilidade;
Figura 4 ilustra um suporte rígido para dois módulos de flutuabilidade; e
Figura 5 ilustra uma variedade de conjuntos de tubo.
Nos desenhos tais numerais de referência referem-se a tais partes.
Ao longo deste relatório descritivo referência será feita a um cano flexível. Será en-tendido que um cano flexível é um conjunto de um corpo de cano e um ou mais encaixesterminais em cada um destes uma terminação do corpo de cano é terminada. Figura 1 ilus-tra como um corpo de cano 100 é formado de um compósito de materiais em camadas queformam um conduíte contendo pressão. Embora várias camadas particulares sejam ilustra-das na Figura 1, é para ser entendido que a presente invenção é amplamente aplicável àsestruturas de corpo de cano compósito incluindo duas ou mais camadas.
Como ilustrado na Figura 1, um corpo de cano tipicamente inclui uma camada decarcaça mais interna 101. A carcaça fornece uma construção metálica engrenada que podeser usada como a camada mais interna para impedir, total ou parcialmente, quebra de umaenvoltura de pressão interna 102 devido à descompressão do cano, pressão externa, pres-são de blindagem elástica e cargas de compressão mecânicas.
A envoltura de pressão interna 102 tipicamente compreende uma camada de polí-mero que assegura integridade do fluido interno. É para ser entendido que esta camada debarreira pode por si compreender várias subcamadas.
Uma camada de blindagem de pressão 103 é uma camada estrutural com um ân-gulo concebido perto de 90° que aumenta a resistência do cano flexível à pressão interna eexterna e às cargas de compressão mecânica. A camada também estruturalmente suporta aenvoltura de pressão interna e tipicamente consiste em uma construção metálica entrelaçada.
O corpo de cano flexível pode também incluir uma ou mais camadas de fita 104 euma primeira camada de blindagem elástica 105 e segunda camada de blindagem elástica106. Cada camada de blindagem elástica é uma camada estrutural com um ângulo concebi-do tipicamente entre 20° e 55°. Cada camada é usada para sustentar as cargas elásticas epressão interna. As camadas de blindagem elástica são tipicamente contra-enroladas empares.
O corpo de cano flexível também tipicamente inclui camadas de isolamento 107 euma envoltura externa 108 que compreende uma camada de polímero usada para protegero cano contra penetração de água do mar e outros ambientes externos, corrosão, abrasão edano mecânico.
Cada cano flexível compreende pelo menos um segmento de corpo de cano 100junto com um encaixe terminal localizado em pelo menos uma terminação do cano flexível.Um encaixe terminal fornece um dispositivo mecânico que forma a transição entre o corpode cano flexível e um conector ou outro encaixe terminal. As camadas de cano diferentescomo mostradas, por exemplo, na Figura 1 são terminadas no encaixe terminal em um talmodo a transferir a carga entre o cano flexível e o conector.
Figura 2 ilustra um conjunto de tubo 200 adequado para transportar fluido de pro-dução tal como óleo e/ou gás e/ou água de uma localização submarinha 201 para uma faci-lidade flutuante 202. Por exemplo, na Figura 2 a localização submarinha 201 é uma linha defluxo submarinha. A linha de fluxo flexível 203 compreende um cano flexível, completamenteou em parte, repousando sobre o chão do mar 204 ou enterrado abaixo do chão do mar eusado em uma aplicação estática. A facilidade flutuante pode ser fornecida por uma plata-forma e/ou bóia ou, como ilustrado na Figura 2, um navio. O tubo 200 é fornecido como umtubo flexível, quer dizer um cano flexível que conecta o navio à instalação do chão do mar.O cano flexível inclui cinco segmentos de corpo de cano flexível 2050 a 2054 e quatro jun-ções 2060 a 2063 entre os segmentos adjacentes do corpo do cano.
Será apreciado que há tipos diferentes de tubo, como é bem conhecido por aquelesversados na técnica. As modalidades da presente invenção podem ser usadas com qual-quer tipo de tubo, tal como um livremente suspenso (livre, tubo catenário), um tubo contidoaté certo ponto (bóias, correntes), tubo totalmente contido ou incluso em um tubo (tubos I ou J).
Figura 3 ilustra como um suporte de flutuabilidade rígido pode ser conectado a umconjunto de tubo em uma junção 206 de forma que um ou mais elementos de flutuabilidadepossam ser localizados naquela junção. O suporte de flutuabilidade rígido é na forma de umcano longo rígido 300 tendo um primeiro conector 301 em uma primeira terminação domesmo e um segundo conector 302 em uma segunda terminação do mesmo. Cada conectoré conectado a um conector de junção 302^ 3022 de um encaixe terminal 303 dos segmentosadjacentes de cano flexível. Cada encaixe terminal 303 termina uma porção de um corpo decano flexível 100 em um respectivo segmento de cano flexível. Um enrijecedor de curvatura304 é prendido em cada encaixe terminal 303 para enrijecer o cano flexível 100 gradualmen-te para equiparar à rigidez do corpo de encaixe terminal 303. Como mostrado na Figura 3,encaixes terminais de segmentos adjacentes de cano flexível são desse modo dispostos emum arranjo de parte de trás-a-parte de trás e espaçados separadamente com um espaça-mento entre os encaixes terminais adjacentes sendo ligados em ponte pelo suporte de flutu-abilidade rígido 300. Um módulo de flutuabilidade 305 que forma qualquer elemento tendouma flutuabilidade maior que as partes do tubo e que pode ser por exemplo um cilindro deespuma sintática ou tanque de aço ou outro elemento de flutuabilidade, é prendido ao supor-te de flutuabilidade rígido 300 de uma maneira convencional tal como prendendo o elementode flutuabilidade 305 ao suporte 300. É para ser entendido que de acordo com as modalida-des da presente invenção mais de um módulo de flutuabilidade pode ser usado em umajunção entre os segmentos adjacentes de cano flexível. Também os elementos de flutuabili-dade podem ser feitos integrantes com o suporte de flutuabilidade.
O propósito do suporte de flutuabilidade rígido é prover uma estrutura rígida para aflutuabilidade ligar ou ser integrante na configuração do cano flexível. O suporte de flutuabi-lidade rígido fornece uma superfície robusta no qual pode ser ligado material de flutuabilida-de adicionado. Como observado acima, o material rígido pode ser inserido em linha com otubo flexível. O material fornece uma superfície suficiente para anexar o material flutuanteao cano flexível. O material flutuante pode ser ligado em uma variedade de modos, a saber,através de braçadeira, soldadura, mecanicamente ou qualquer técnica de fixação aceitável.
Figura 4 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção em que um su-porte de flutuabilidade rígido 400 é formado como uma envoltura rígida alongada. A envoltu-ra é prendida a uma primeira terminação 401 da mesma à porção do corpo 3032 de um en-caixe terminal. Um conector 3022 termina o corpo de encaixe terminal 3032 e este conector3022 é conectado a um conector associado 302-1 de um encaixe terminal adjacente 303i. Ooutro encaixe terminal 302-t é conectado a um corpo do cano flexível associado 100i e umenrijecedor de curvatura 304ί é prendido ao encaixe terminal SOS1.
Como ilustrado na Figura 4, encaixes terminais 303 dos segmentos adjacentes decano flexível são desse modo dispostos em uma configuração de parte de trás-a-parte detrás e conectados diretamente. Um suporte rígido 400 é prendido ao encaixe terminal de umsegmento embora será apreciado que um suporte de flutuabilidade rígido poderia tambémser prendido ao encaixe terminal 303τ do outro encaixe terminal. Isto poderia ser além, oucomo uma alternativa, da conexão do suporte para o encaixe terminal 3032.
O suporte de flutuabilidade rígido pode ser formado de qualquer material rígido a-propriado tal como aço ou outros e um ou mais módulos de flutuabilidade 305 podem serprendidos ao suporte de qualquer maneira apropriada como observado. É para ser entendi-do que as modalidades da presente invenção não são restringidas à aplicação de qualquernúmero específico de elementos de flutuabilidade. É também para ser entendido que comouma alternativa para prender elementos de flutuabilidade ao suporte rígido 400 os elemen-tos de flutuabilidade podem ser formados integrais com o suporte 400.
O cano flexível 1002 estende-se em uma zona encerrada/circundada pela envoltura400. Uma terminação do corpo de cano flexível 100-2 é terminada no respectivo encaixe ter-minal 3032 enquanto a outra terminação do cano enquanto o corpo 100-2 estende-se longeda junção entre os segmentos adjacentes de cano flexível.
Vantajosamente a envoltura rígida 400 pode incluir mais de uma camada e em par-ticular uma camada interna tendo um diâmetro interno que equipara ou está de algum modocorrelatado com um diâmetro externo do cano flexível. O material da camada mais internado suporte rígido pode ser selecionado de forma que abrasão da superfície externa do canoflexível seja reduzido e/ou prevenida completamente.
Modalidades da presente invenção desse modo melhoram a confiança de longoprazo da posição de flutuabilidade em uma configuração de tubo. Prender elemento de flu-tuabilidade diretamente ao cano flexível como é habitual nas configurações do tubo dimen-sionado da técnica anterior pode não ser adequado para aplicações de água profundas on-de as camadas de polímero do cano flexível são mais suscetíveis a rastejar sob cargas depressão externas altas. O benefício da presente invenção é a rigidez e versatilidade dossuportes de flutuabilidade rígidos empregados. Confiança da posição de flutuabilidade seráganha e esta confiança é fundamental em qualquer configuração de tubo escalonada. Con-siderando com as técnicas de fixação de elemento de flutuabilidade da técnica anterior exis-te uma ampla antecipação industrial que os módulos de flutuabilidade podem mover-se como passar do tempo, com as modalidades do movimento de flutuabilidade da presente inven-ção pode ser mitigada de forma que a localização dos elementos de flutuabilidade ao longodo comprimento do tubo pode ser prognosticada mais precisamente e desse modo os bene-fícios de qualquer sistema de tubo dimensionado podem ser maximizados.
Uma vantagem do suporte de flutuabilidade rígido é fornecer uma estrutura rígidapara ligar elementos de flutuabilidade sob os quais pode ser prendidos em-linha com o tuboflexível. Se as técnicas da técnica anterior forem usadas e o elemento de flutuabilidade forpreso diretamente ao cano flexível, as camadas não-metálicas de cano flexível podem alte-rar em diâmetro devido a rastejo do material, que diminui a força de prendimento. Se a forçade prendimento não for suficiente, o elemento de flutuabilidade pode deslizar-se no canoalterando a configuração do tubo e potencialmente arriscando a integridade da estrutura do tubo.
As modalidades da presente invenção podem ser usadas em uma ampla variedadede configurações de tubo, também com uma variedade de configurações de flutuabilidadedistribuídas. Por exemplo, a Figura 5 ilustra quatro possíveis opções em que as modalida-des da presente invenção podem ser desenvolvidas. É para ser entendido que a invençãonão é restringida a usar estes tipos de arranjo específicos.
Figura 5A ilustra uma configuração de tubo vertical que tem uma distribuição de flu-tuabilidade em que os elementos de flutuabilidade são distribuídos de forma próxima.
Figura 5B ilustra um sistema de tubo catenário em que os elementos de flutuabili-dade são distribuídos de forma próxima novamente.
Figura 5C ilustra um sistema de tubo vertical em que os elementos de flutuabilidadesão dispostos em uma distribuição solta.
Figura 5D ilustra um sistema de tubo catenário novamente usando um arranjo li-vremente distribuído de elementos de flutuabilidade.
As modalidades da presente invenção fornecem a vantagem que capacidade decurvatura não é um fator limitativo. Também a compressão em regiões de ponto de toque émuito baixa e talvez evitável.
Além disso, as modalidades da presente invenção fornecem a vantagem que seuma tensão positiva for mantida o risco de gaiola é evitado.
Ao longo da descrição e reivindicações deste relatório descritivo, as palavras "com-preendem" e "contêm" e variações das palavras, por exemplo "compreendendo" e "compre-ende", significa "incluindo mas não limitado a", e não são intencionadas (e de fato não) ex-cluem outras metades, aditivos, componentes, números inteiros ou etapas.
Ao longo da descrição e reivindicações deste relatório descritivo, o singular abrangeo plural a menos que o contexto requeira do contrário. Em particular, onde o artigo indefinidofor usado, o relatório descritivo é para ser entendido como contemplando a pluralidade comotambém singularidade, a menos que o contexto requeira do contrário.
Aspectos, números inteiros, características, compostos, metades químicas ou gru-pos descritos junto com um aspecto particular, modalidade ou exemplo da invenção sãopara ser entendidos ser aplicáveis a qualquer outro aspecto, modalidade ou exemplo descri-tos aqui a menos que incompatíveis.

Claims (19)

1. Conjunto de tubo para transportar fluidos de uma linha de fluxo submarinha parauma estrutura flutuante, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:um primeiro segmento de cano flexível;um outro segmento de cano flexível; eum suporte de flutuabilidade rígido para fornecer pelo menos um elemento de flutu-abilidade ao dito suporte.
2. Reivindicação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque adicionalmente compreende:o dito suporte de flutuabilidade compreende um membro de cano rígido conectadoa uma primeira e segunda terminação do mesmo em uma configuração em-linha para umencaixe terminal do primeiro e outros segmentos de cano flexível.
3. Conjunto de tubo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fatode que adicionalmente compreende:o dito suporte de flutuabilidade compreende um membro de envoltura rígido conec-tado a um encaixe terminal de um selecionado dos ditos segmentos de cano flexível, a ditaenvoltura sendo disposta concentricamente com uma porção do corpo de cano flexível dosegmento selecionado de cano flexível.
4. Conjunto de tubo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fatode que adicionalmente compreende:o dito membro de envoltura tem um diâmetro interno que equipara com um diâme-tro externo de uma camada externa da dita uma porção do corpo de cano flexível.
5. Conjunto de tubo, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que cada segmento de cano flexível compreende uma por-ção do corpo de cano flexível e pelo menos um respectivo encaixe terminal.
6. Conjunto de tubo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fatode que um segmento de cano flexível adicionalmente compreende um elemento enrijecedorde curvatura preso a um respectivo encaixe terminal e estendendo-se em uma zona do res-pectivo corpo de cano flexível.
7. Conjunto de tubo, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende:pelo menos um elemento de flutuabilidade preso ao suporte de flutuabilidade.
8. Conjunto de tubo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:pelo menos um elemento de flutuabilidade integral com o dito suporte.
9. Conjunto de tubo, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que a dita estrutura flutuante compreende um entre umaplataforma e/ou bóia e/ou navio.
10. Conjunto de tubo, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que a dita localização submarinha compreende uma insta-lação de linha de fluxo e/ou de chão marinho e/ou plataforma submarinha.
11. Método para fornecer flutuabilidade em uma ou mais localizações desejadas emum conjunto de tubo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:fornecer um conjunto de tubo que compreende uma pluralidade de segmentos decano flexível;próximo a uma junção entre os ditos segmentos, fornecer um suporte de flutuabili-dade rígido; efornecer pelo menos um elemento de flutuabilidade no dito suporte.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de quea dita etapa de fornecer um suporte de flutuabilidade rígido compreende as etapas de:conectar um membro de cano rígido em encaixes terminais dos segmentos de canoflexível adjacentes em uma configuração em-linha.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de queadicionalmente compreende as etapas de:fornecer um enrijecedor de curvatura em cada encaixe terminal.
14. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de quea dita etapa de fornecer um suporte de flutuabilidade rígido adicionalmente compreende asetapas de:conectar os respectivos encaixes terminais dos segmentos de cano flexível adja-centes em uma configuração de parte de trás-a-parte de trás; eprender um membro de envoltura rígido a um dos ditos encaixes terminais, o ditomembro de envoltura estendendo-se concentricamente com uma zona de um corpo de canoflexível terminada no dito um encaixe terminal.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de queadicionalmente compreende as etapas de:fornecer um enrijecedor de curvatura em um encaixe terminal restante dos ditosrespectivos encaixes terminais.
16. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de quea dita etapa de fornecer pelo menos um elemento de flutuabilidade compreende fornecer umsuporte rígido integral com pelo menos um elemento de flutuabilidade.
17. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de quea dita etapa de fornecer pelo menos um elemento de flutuabilidade compreende prenderpelo menos um elemento de flutuabilidade ao dito suporte.
18. Aparelho, CARACTERIZADO por ser construído e disposto substancialmentecomo descrito anteriormente com referência aos desenhos em anexo.
19. Método, CARACTERIZADO por ser substancialmente como descrito anterior-mente com referência aos desenhos em anexo.
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