BRPI0804577A2 - riser auto-suportado de curvatura controlada por sistema de amarração com interligações múltiplas - Google Patents

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.

Description

"RISER AUTO-SUPORTADO DE CURVATURA CONTROLADAPOR SISTEMA DE AMARRAÇÃO COM INTERLIGAÇÕES MÚLTIPLAS".

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.

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.

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.

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.

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.

Os desenhos anexos apresentam esquematicamente os modelosusuais e o novo conceito de riser proposto pela presente patente.

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.

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.

A Fig.3 mostra o arranjo geral do novo conceito de riser propostopela presente patente.

A Fig.4 mostra em detalhe o sistema de amarração cominterligações múltiplas, considerado como ponto chave para o sucesso doconceito de riser proposto.

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.

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.

Em conformidade com os desenhos apresentados nas Fig.3 aFig.8, o novo conceito de riser é composto pelos componentes descritos aseguir.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (5)

1. - Riser auto-suportado de curvatura controlada por sistema de amarraçãocom interligações múltiplas consistindo em uma tubulação que parte do solosubmarino 2 em continuidade ao duto submarino 8 até a plataforma 3,conduzindo óleo, gás, produtos químicos ou combinação entre eles,caracterizado pelo fato da configuração do riser 1 na região próxima ao solosubmarino 2 possuir um sistema de amarração com interligações múltiplas 15,composto por vários colares 22 distribuídos ao longo do riser 1, estando estesinterligados a uma placa conectora 20 por intermédio de linhas auxiliares 21 decomprimentos pré-calculados, mantendo a curvatura do riser dentro dos limitesaceitáveis de projeto; estando a placa conectora 20 interligada a uma estaca 5cravada no solo submarino 2 por intermédio da linha principal 16;

2. - Riser auto-suportado de curvatura controlada por sistema de amarraçãocom interligações múltiplas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o riser 1 eleva-se até uma bóia submersa 6 posicionada emuma profundidade típica entre 70 e 150m, com uma terminação do tipopescoço de ganso 7 para a conexão de um duto flexível 9 até a plataforma 3;

3. - Riser auto-suportado de curvatura controlada por sistema de amarraçãocom interligações múltiplas, de acordo com as reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato do sistema de amarração com interligação múltiplas 15possuir mais de uma placa conectora 20 interligadas entre elas por linhasauxiliares 21 adicionais e conectadas a uma ou mais estacas 5 por intermédiode linhas principais 16 adicionais;

4. - Riser auto-suportado de curvatura controlada por sistema de amarraçãocom interligações múltiplas, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3,caracterizado pelo fato de que uma estaca 5 pode ancorar mais de um riser 1,sendo cada riser 1 com o seu próprio sistema de ancoragem com interligaçõesmúltiplas 15;

5. - Riser auto-suportado de curvatura controlada por sistema de amarraçãocom interligações múltiplas, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 ou 4,caracterizado pelo fato da placa conectora ser um anel ou uma peça quemantenha a função de interligar as linhas auxiliares com as principais.