BRPI0804577A2

BRPI0804577A2 - self-supporting multi-link mooring-controlled bending riser

Info

Publication number: BRPI0804577A2
Authority: BR
Inventors: Carlos Terencio Pires Bomfimsilva; Joao Paulo Carrijo Jorge
Original assignee: Carlos Terencio Pires Bomfimsilva; Joao Paulo Carrijo Jorge
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-07-20
Also published as: BRPI0804577B1

Abstract

Patente de invenção para um novo conceito de riser para utilização em sistemas marítimos de produção de óleo e gás, composto por uma tubulação que parte do solo submarino 2 em continuidade ao duto submarino 8, se elevando até uma profundidade típica entre 70 e 150m, sendo sustentado por uma bóia submersa 6 na extremidade. A configuração do riser 1 na região próxima ao solo submarino 2 é definida por um sistema de amarração com interligações múltiplas 15, composto por vários colares 22 distribuídos ao longo do riser 1, estando estes interligados a uma placa conectora 20, que por sua vez está interligada a uma estaca 5 cravada no solo submarino 2. A extremidade superior do riser possui uma terminação com pescoço de ganso 7, que irá permitir futuramente a conexão de um duto flexivel 9 até a plataforma 3.Patent for a new riser concept for use in offshore oil and gas production systems, consisting of a pipeline from subsea ground 2 in continuity to subsea duct 8, rising to a typical depth between 70 and 150m, and supported by a submerged float 6 at the end. The configuration of riser 1 in the near-ground region 2 is defined by a multi-link mooring system 15, comprising several collars 22 distributed along riser 1, which are interconnected with a connector plate 20, which in turn is interconnected to a stake 5 nailed to the underwater floor 2. The upper end of the riser has a gooseneck termination 7, which will in future allow a flexible duct 9 to be connected to platform 3.

Description

"RISER AUTO-SUPORTADO DE CURVATURA CONTROLADAPOR SISTEMA DE AMARRAÇÃO COM INTERLIGAÇÕES MÚLTIPLAS"."SELF-SUPPORTED CONTROLLED CURVATURE RISER BY MULTIPLE INTERCONNECTION MOORING SYSTEM".

A presente patente tem por objetivo estabelecer um novo conceitode dutos ascendentes, conhecidos por risers, para utilização em sistemasmarítimos de produção de óleo e gás, em especial em plataformas flutuantes.The present patent aims to establish a new concept of risers, known as risers, for use in marine oil and gas production systems, in particular on floating platforms.

O riser é o segmento de tubulação suspensa do duto submarino,que permite o transporte de fluidos produzidos, tais como óleo, gás, produtosquímicos, água ou uma combinação entre eles, entre o fundo do mar e aplataforma e vice e versa.The riser is the subsea pipe suspended pipe segment that allows the transport of produced fluids such as oil, gas, chemicals, water or a combination of them between the seabed and the platform and vice versa.

Um modelo usual de riser, conhecido por riser de aço em catenária(SCR), considera que a ascensão do riser seja desenvolvida diretamente até aplataforma flutuante em continuidade ao duto submarino. Este sistema absorvetodos os movimentos da plataforma provenientes da sua movimentação devidoriser em função da possível falha por fadiga na região próxima ao fundo do mare/ou na região de junção com a plataforma. Este modelo de riser, em funçãodo diâmetro e da profundidade a ser instalado, pode ainda requerer cargaselevadas a serem sustentadas pela plataforma, podendo por vezes inviabilizaro seu uso. Alguns destes modelos de risers podem ser instalados comflutuadores ao longo da sua extensão, reduzindo a carga suportada pelaplataforma, e ao mesmo tempo fornecendo maior flexibilidade ao sistema paraabsorver os movimentos da plataforma. Esta variação, no entanto, aumenta ocusto do sistema, devido a necessidade de utilização de flutuadores emprofundidades elevadas, feitos tipicamente de matrizes de poliuretana sobremacro-esferas de vidro para resistir a pressão hidrostática. Por fim, estemodelo de riser requer ainda que a plataforma esteja ancorada na locação parapermitir assim a sua construção e instalação, o que representa um tempoadicional considerável que irá retardar o início da produção no mar.A usual riser model, known as catenary steel riser (SCR), assumes that the riser rises to be developed directly to the floating platform in continuity with the subsea pipeline. This system absorbs all platform movements arising from its movement due to possible fatigue failure in the region near the bottom of the sea or in the region of junction with the platform. This riser model, depending on the diameter and depth to be installed, may also require high loads to be supported by the platform, and may sometimes be unfeasible to use. Some of these riser models can be installed with floaters along their length, reducing the load supported by the platform while providing greater flexibility for the system to absorb platform movements. This variation, however, increases the system cost due to the need for the use of high depth floats, typically made of polyurethane arrays over glass beads to resist hydrostatic pressure. Finally, this riser model also requires the platform to be anchored at the location to allow for its construction and installation, which represents a considerable additional time that will delay the start of production at sea.

Um outro modelo usual de riser, conhecido por torre auto-suportada(FSHR), compreende uma tubulação vertical cuja extremidade inferior é fixadaa uma estaca e a superior a uma bóia submersa, cuja profundidade está abaixoda ação significativa das ondas. A região inferior do riser possui umaterminação conhecida por pescoço de ganso para permitir futura interligaçãocom o duto submarino instalado independentemente no fundo do mar. A regiãosuperior também possui um pescoço de ganso que irá permitir uma futurainterligação do riser com a plataforma através de um duto flexível, que iráabsorver os movimentos do sistema flutuante, mantendo o riser em umaconfiguração estável. O projeto deste modelo de riser requer umacomplexidade elevada na sua região inferior, incluindo a necessidade de doisconectores mecânicos para interligação com o duto submarino, utilização decurvas fabricadas por indução a quente para esta interligação, uma estruturapara interface do riser com a estaca e para sustentação do pescoço de ganso,uma estrutura para terminação do duto submarino, e uma junta flexívellocalizada na parte inferior do riser para sua fixação na estaca. Um problemaadicional a este riser é a necessidade de mais de uma embarcação delançamento para permitir a instalação do duto submarino, do riser, e dainterligação entre eles.Another usual riser model, known as a self-supporting tower (FSHR), comprises a vertical pipe whose lower end is attached to a post and the upper end to a submerged float whose depth is lowered by significant wave action. The lower riser region has a termination known as a goose neck to allow future interconnection with the undersea duct installed independently on the seabed. The upper region also has a goose neck that will allow future interconnection of the riser with the platform through a flexible duct that will absorb the movements of the floating system, keeping the riser in a stable configuration. The design of this riser model requires high complexity in its lower region, including the need for two mechanical connectors for interconnection with the subsea, use of hot-induction bends for this interconnection, a structure for riser to stake interface and for supporting the goose neck, a structure for subsea duct termination, and a flexible joint located at the bottom of the riser for attachment to the stake. An additional problem with this riser is the need for more than one launch vessel to allow the installation of the underwater pipeline, riser, and interconnection between them.

Tendo em vista os problemas dos sistemas mais usuais de riser eno propósito de superá-los, foi desenvolvido um conceito, onde o riser é umsegmento contínuo do duto submarino, se estendendo até uma profundidadeque não sofra ação significativa dos efeitos dinâmicos das ondas, tipicamenteentre 70 e 150m, se mantendo sustentado por uma bóia submersa naextremidade. A curvatura do riser na região próxima ao fundo do mar émantida dentro de valores aceitáveis de projeto por intermédio de um sistemade amarração com interligações múltiplas, composto por vários colaresdistribuídos ao longo do riser, estando estes interligados a uma placasconectora, que por sua vez está interligada a uma estaca cravada no solosubmarino. A extremidade superior do riser possui uma terminação compescoço de ganso, que irá permitir futuramente a conexão de um duto flexívelaté a plataforma.Given the problems of the most common riser systems and the purpose of overcoming them, a concept has been developed where the riser is a continuous segment of the subsea pipeline, extending to a depth that does not suffer significant action from the dynamic effects of waves, typically between 70 and 150m, supported by a float submerged at the end. The curvature of the riser in the near-seabed region is maintained within acceptable design values by means of a multiple interconnecting mooring system consisting of several collars distributed along the riser, which are interconnected with a connecting plate, which in turn is interconnected. to a stake driven into the submarine soil. The upper end of the riser has a goose neck termination, which will allow future connection of a flexible duct to the platform.

Os desenhos anexos apresentam esquematicamente os modelosusuais e o novo conceito de riser proposto pela presente patente.The accompanying drawings schematically present the current models and the new riser concept proposed by the present patent.

A Fig. 1 mostra o modelo usual de riser conhecido por riser de açoem catenária (SCR), cuja ascensão do riser 1 segue diretamente do solosubmarino 2 até a plataforma 3 em continuidade ao duto submarino 8.Fig. 1 shows the usual riser model known as catenary steel riser (SCR), whose rise from riser 1 follows directly from subsoil 2 to platform 3 in continuity with subsea 8.

A Fig.2 apresenta o outro modelo citado usual de riser, conhecidopor torre auto suportada (FSHR), mostrando a tubulação vertical 4 com aextremidade inferior conectada a estaca 5 e a superior conectada a bóiasubmersa 6. A região inferior do riser está ilustrada, mostrando toda a suacomplexidade, com a terminação conhecida por pescoço de ganso 7 suportadapela estrutura 12, que por sua vez está apoiada na estaca 5 através da juntaflexível 14. O duto submarino 8 está apoiado no solo submarino 2 com aestrutura 13 na sua extremidade contendo o receptáculo de espera para afutura interligação com o riser. A tubulação de interligação entre o dutosubmarino e o riser está apresentado com as suas curvas 11 fabricadas porindução à quente e um conector 10 em cada extremidade. A região superiortambém está ilustrada com o pescoço de ganso 7 e a bóia submersa 6sustentando todo o peso do riser, além de mostrar o duto flexível 9 interligandoo pescoço de ganso 7 até a plataforma 3.Fig. 2 presents the other usual cited riser model known as the self-supporting tower (FSHR) showing the vertical pipe 4 with the lower end connected to pile 5 and the upper end connected to submerged buoys 6. The lower region of the riser is illustrated showing all its complexity, with the goose neck termination 7 supported by the frame 12, which is in turn supported on the pole 5 by the flexible joint 14. The subsea duct 8 is supported on the subsea floor 2 with the frame 13 at its end containing the receptacle waiting for suturing interconnection with the riser. The interconnect piping between the submarine duct and the riser is shown with its hot induction bends 11 and a connector 10 at each end. The superior region is also illustrated with the goose neck 7 and the submerged float 6 bearing the full weight of the riser, and showing the flexible duct 9 interconnecting the goose neck 7 to the platform 3.

A Fig.3 mostra o arranjo geral do novo conceito de riser propostopela presente patente.Fig. 3 shows the general arrangement of the new riser concept proposed by the present patent.

A Fig.4 mostra em detalhe o sistema de amarração cominterligações múltiplas, considerado como ponto chave para o sucesso doconceito de riser proposto.Fig. 4 shows in detail the multi-link mooring system, considered as key to the success of the proposed riser concept.

As Fig.5, Fig.6 e Fig.7 mostram as principais etapas do processo deinstalação do conceito de riser proposto, como forma de demonstrar aviabilidade da mesma.Fig.5, Fig.6 and Fig.7 show the main steps of the process of installing the proposed riser concept, as a way to demonstrate its viability.

Por fim, a Fig.8 mostra a configuração final do riser na sua formaauto-suportada, antes da sua interligação à plataforma 3 através do dutoflexível 9.Finally, Fig. 8 shows the final configuration of the riser in its self-supporting form prior to its interconnection to platform 3 via flexible 9.

Em conformidade com os desenhos apresentados nas Fig.3 aFig.8, o novo conceito de riser é composto pelos componentes descritos aseguir.In accordance with the drawings shown in Fig. 3 to Fig. 8, the new riser concept consists of the components described below.

O riser 1 é um elemento contínuo do duto submarino 8, cujaextremidade superior possui uma terminação com pescoço de ganso 7, quepermitirá a futura interligação de um duto flexível 9, tipicamente de 400m decomprimento, com a plataforma 3; uma finalidade especial do duto flexível 9,além de fornecer continuidade de escoamento entre o riser e a plataforma 3, éa de absorver os movimentos da plataforma, mantendo o riser 1 em umaconfiguração estável independentemente dos seus movimentos.The riser 1 is a continuous element of the subsea duct 8, the upper end of which has a goose neck termination 7, which will allow future interconnection of a flexible duct 9, typically 400m long, to platform 3; A special purpose of flexible duct 9, in addition to providing continuity of flow between the riser and platform 3, is to absorb platform movements while maintaining riser 1 in a stable configuration regardless of its movements.

Por ser um segmento contínuo do duto submarino, o custo deinstalação é barateado de forma considerável devido à simplicidade dosequipamentos do conceito e do processo de instalação.As it is a continuous segment of the subsea pipeline, the installation cost is considerably reduced due to the simplicity of the equipment and concept of the installation process.

No topo do riser 1, há uma bóia submersa 6 com resistênciaestrutural suficiente para resistir à pressão externa, podendo eventualmente seraté pressurizada para diminuir este efeito; sua finalidade é fornecer empuxosuficiente para sustentar o peso do riser e ao mesmo tempo promover aestabilidade do sistema sob a ação de correnteza. Sua localização deverá sertipicamente estabelecida entre as profundidades de 70 e 150m abaixo dasuperfície do mar, onde não sofra ação significativa das ondas.At the top of riser 1 is a submerged float 6 of sufficient structural strength to withstand external pressure and may eventually be pressurized to lessen this effect; Its purpose is to provide sufficient thrust to support the weight of the riser and at the same time to promote the stability of the system under the current action. Its location should typically be established between the depths of 70 and 150m below the sea surface where no significant wave action occurs.

O riser 1 é mantido em sua configuração graças a um sistema deamarração com interligações múltiplas 15, que tem por objetivo controlar acurvatura do mesmo. O sistema de amarração com interligações múltiplas écomposto por uma linha principal 16 constituída por elos de amarra, que possuia manilha 17 em uma das suas extremidades de forma a permitir conexão coma estaca 5, a ser cravada no solo submarino 2. A outra extremidade da linhaprincipal 16 está conectada ao gancho 18 através da manilha 17. O gancho18, quando interligado ao anel 19 pré-montado na placa conectora 20 porintermédio da manilha 17, permitirá que todo o riser fique ancorado à estaca naconfiguração desejada. A placa conectora 20 é constituída por uma série deolhais por onde sairá, além da linha principal 16 descrita anteriormente, aslinhas auxiliares 21, que também são compostas por elos de amarra, e serãoconectadas ao riser 1 por intermédio dos colares 22 pré-montados ao longo doriser nas posições pré-estabelecidas pelo projeto. As conexões das linhasauxiliares 21, tanto com a placa conectora 20, tanto com os colares 22, sãorealizadas por intermédio da utilização das manilhas 17. Os colares 22poderão ser do tipo braçadeira ou soldados de forma integral ao riser, podendoser ainda montado de forma fixa ou permitindo a sua rotação ao longo do eixodo riser. O sistema de amarração com interligações múltiplas deve serprojetado para permanecer o mais próximo quanto possível ao solo submarino2, para que a curvatura no riser 1 possa ser controlada de forma eficiente. Onúmero de linhas auxiliares poderá ser de no mínimo dois, sendo adeterminação deste número em função do diâmetro do riser e da profundidadelocal. O comprimento da linha principal e das auxiliares deverá serdeterminado no projeto, de forma a manter o riser na configuração desejada.The riser 1 is retained in its configuration thanks to a multi-interconnecting tethering system 15, which aims to control its buckling. The multi-link mooring system is comprised of a main line 16 consisting of tie-down links, which had shackle 17 at one end to allow connection with pile 5 to be nailed to the submarine ground 2. The other end of the main line 16 is connected to hook 18 through clevis 17. Hook 18, when interconnected with ring 19 pre-assembled to connector plate 20 by clevis 17, will allow the entire riser to be anchored to the desired configuration post. The connector plate 20 is comprised of a series of loops which will lead, in addition to the main line 16 described above, to the auxiliary lines 21, which are also composed of tie links, and will be connected to the riser 1 via the collars 22 pre-assembled along doriser in the positions pre-established by the project. Auxiliary line connections 21 with either the connector plate 20 or the collars 22 are made by using the shackles 17. The collars 22 may be clamp-type or fully welded to the riser and may still be fixed or allowing its rotation along the riser axis. The multi-link mooring system must be designed to remain as close as possible to the submarine ground2 so that the bend in riser 1 can be effectively controlled. The number of auxiliary lines may be at least two, this number being determined as a function of riser diameter and local depth. The length of the main and auxiliary lines should be determined in the design to keep the riser in the desired configuration.

A seqüência de instalação inicia com a cravação da estaca 5,seguida de pré-abandono no solo submarino 2, de todo o conjunto da linhaprincipal 16, já previamente montada ao gancho 18 e a estaca 5 com utilizaçãodas manilhas 17. A cravação da estaca 5 pode ser realizada na mesmacampanha de cravação das estacas do sistema de amarração da plataforma 3.The installation sequence begins with stake 5, followed by subsea ground pre-abandonment 2 of the entire assembly of the main line 16, previously pre-assembled to hook 18 and pile 5 using shackles 17. Pile 5 can be carried out in the same pile driving campaign of the platform mooring system 3.

O riser 1 deverá ser então lançado continuamente desde a seçãosoldada ao duto submarino 8 até a sua extremidade, incluindo a montagem doscolares 22, das linhas auxiliares 21, da placa conectora 20 e do anel 19pertencentes ao sistema de amarração 15. As linhas auxiliares 21 deverão serpré-montadas à placa conectora 20, assim como o anel 19, por intermédio dasmanilhas 17, e fixadas aos colares ainda na embarcação de lançamento 24. Asextremidades das linhas auxiliares 21 deverão ser mantidas na embarcação delançamento, mesmo quando a placa conectora 20 precisar estar submersa.The riser 1 should then be released continuously from the welded section to subsea 8 to its end, including mounting of collars 22, auxiliary lines 21, connector plate 20 and ring 19 belonging to mooring system 15. Auxiliary lines 21 should be pre-mounted to the connector plate 20 as well as ring 19 by means of the shackles 17 and fixed to the collars still on the launching vessel 24. Endings of auxiliary lines 21 shall be maintained on the launching vessel even when the connector plate 20 must be Underwater.

Após a construção de todo o riser, porém antes de montar a bóiasubmersa 6, a extremidade superior do riser deverá ser conectada a um cabode abandono 23, que com a continuação do lançamento irá permitir que a placaconectora 20 atinja o solo submarino 2, onde se encontra em espera a estaca 5cravada na sua posição de projeto e a linha principal com o gancho 18 naextremidade. Neste ponto a conexão entre o gancho 18 e o anel 19 poderá serrealizada com auxílio de um veículo de intervenções submarinas controladoremotamente. Pequenas bóias 25 podem ser adicionadas ao gancho 18 e aoanel 19 durante a fase de instalação, visando mantê-los acima do solosubmarino 2, facilitando assim a conexão entre estes dois elementos.After the entire riser has been built, but before mounting the submerged float 6, the upper end of the riser should be connected to a dropout cable 23, which with continued launching will allow the connector 20 to reach the underwater floor 2 where it finds the pile 5 stuck in its design position on hold and the main line with hook 18 at the end. At this point the connection between hook 18 and ring 19 can be made with the aid of a remote controlled underwater intervention vehicle. Small buoys 25 can be added to hook 18 and ring 19 during the installation phase to keep them above subsoil 2, thus facilitating the connection between these two elements.

Tão logo o gancho 18 da linha principal 16 tenha sido conectada aoanel 19 da placa conectora 20, o cabo de abandono 23 deverá ser recolhidoem conjunto com a movimentação da embarcação de lançamento 24, até que oriser 1 se encontre em sua posição de projeto. O processo de instalação éentão completado com a instalação da bóia submersa 6, e estará preparadopara permitir futuramente a conexão com o duto flexível 9.As soon as the hook 18 of the main line 16 has been connected to the ring 19 of the connector plate 20, the drop cable 23 should be retracted together with the movement of the launching vessel 24 until oriser 1 is in its design position. The installation process is then completed with the installation of the submerged float 6, and will be prepared to allow future connection to the flexible duct 9.

A seqüência de instalação descrita acima tem por objetivodemonstrar a praticidade e a viabilidade da instalação, podendo o conceito serinstalado por um processo alternativo que mantenha o riser na configuraçãoproposta por este invento.The installation sequence described above is intended to demonstrate the practicality and feasibility of the installation and the concept may be installed by an alternative process that maintains the riser in the configuration proposed by this invention.

O conceito do riser descrito neste invento pode ter ainda variaçõesconstrutivas, tais como: a utilização de várias bóias submersas ao invés deuma única; a utilização de mais de uma placa conectora interligadas entre elaspor intermédio de linhas auxiliares adicionais; a linha principal e as linhasauxiliares poderão ser constituídas por amarras, cabos, cordas ou combinaçãoentre eles, tanto de aço, como de poliéster, ou outro tipo de material quemantenha o sistema tracionado e na posição adequada; a placa conectorapoderá eventualmente ser constituída por um anel ou outra forma de manter ajunção entre as diversas linhas auxiliares e a principal; a estaca 5 poderáancorar mais de um riser 1, sendo cada riser 1 com o seu próprio sistema deancoragem com interligações múltiplas 15 e; o sistema de amarração cominterligação múltiplas 15 poderá possuir mais de uma placa conectora 20interligadas entre elas por linhas auxiliares 21 adicionais e conectadas a umaou mais estacas 5 por intermédio de linhas principais 16 adicionais.The riser concept described in this invention may also have constructive variations such as: the use of several submerged buoys instead of one; the use of more than one connector board interconnected between them by additional auxiliary lines; the main line and the auxiliary lines may consist of lashings, ropes, ropes or a combination of steel or polyester or any other material which keeps the traction system in place; the connector plate may optionally consist of a ring or other means of maintaining the connection between the various auxiliary lines and the main one; stake 5 may support more than one riser 1, each riser 1 having its own multi-link anchor system 15 and; the multiple interconnecting lashing system 15 may have more than one connector plate 20 interconnected between them by additional auxiliary lines 21 and connected to one or more piles 5 via additional main lines 16.

Claims

1. - Self-supporting multi-link mooring-controlled bending riser consisting of a pipe from subsoil 2 in continuity to subsea 8 to platform 3, conducting oil, gas, chemicals or a combination thereof, characterized by The riser 1 configuration in the region near the subsoil 2 has a multi-link mooring system 15, composed of several collars 22 distributed along the riser 1, which are interconnected to a connector plate 20 by auxiliary lines 21 pre-lengths. calculated, keeping the curvature of the riser within acceptable design limits; the connector plate 20 being interconnected to a stake 5 nailed to the underwater floor 2 via the main line 16;

2. Self-supporting multi-link mooring-controlled bending riser according to claim 1, characterized in that riser 1 rises to a submerged float 6 positioned at a typical depth of 70 to 150 m with a goose neck termination 7 for connecting a flexible duct 9 to platform 3;

Self-supporting multi-link mooring-controlled bending riser according to claim 1 or 2, characterized in that the multi-link mooring system 15 has more than one connector plate 20 interconnected therebetween by additional auxiliary lines 21. and connected to one or more piles 5 via additional main lines 16;

Self-supporting multi-link mooring-controlled bending riser according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a pile 5 can anchor more than one riser 1, each riser 1 being the same. its own multi-link anchor system 15;

Self-supporting multi-link mooring-controlled bending riser according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the connector plate is a ring or a piece which has the function of interconnecting the auxiliary lines. with the main ones.