BRPI0804577B1 - SELF-SUPPORTED RISER OF MULTIPLE INTERCONNECTION LATCHING CONTROLLED CURVATURE - Google Patents
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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 pipe that departs from subsea ground 2 in continuity to subsea duct 8, rising to a typical depth between 70 and 150m, being supported by a submerged float 6 at the end. riser 1 configuration in the near-ground region 2 is defined by a multi-link mooring system 15 composed of several collars 22 distributed along riser 1, which are interconnected with a connector plate 20, which in turn is interconnected to a pile 5 driven into 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
(54) Título: RISER AUTO-SUPORTADO DE CURVATURA CONTROLADA POR SISTEMA DE AMARRAÇÃO COM INTERLIGAÇÕES MÚLTIPLAS (51) Int.CI.: E21B 17/01; E21B 7/12 (73) Titular(es): CARLOS TERENCIO PIRES BOMFIMSILVA. JOÃO PAULO CARRIJO JORGE (72) Inventor(es): CARLOS TERENCIO PIRES BOMFIMSILVA; JOÃO PAULO CARRIJO JORGE(54) Title: SELF-SUPPORTED RISER OF CURVATURE CONTROLLED BY MOORING SYSTEM WITH MULTIPLE INTERCONNECTIONS (51) Int.CI .: E21B 17/01; E21B 7/12 (73) Holder (s): CARLOS TERENCIO PIRES BOMFIMSILVA. JOÃO PAULO CARRIJO JORGE (72) Inventor (s): CARLOS TERENCIO PIRES BOMFIMSILVA; JOÃO PAULO CARRIJO JORGE
1/6 “RISER AUTO-SUPORTADO DE CURVATURA CONTROLADA POR SISTEMA DE AMARRAÇÃO COM INTERLIGAÇÕES MÚLTIPLAS”.1/6 “SELF-SUPPORTED RISER OF CURVATURE CONTROLLED BY MOORING SYSTEM WITH MULTIPLE LINKS”.
A presente patente tem por objetivo estabelecer um novo conceito de dutos ascendentes, conhecidos por risers, para utilização em sistemas marítimos de produção de óleo e gás, em especial em plataformas flutuantes.The present patent aims to establish a new concept of ascending pipelines, known as risers, for use in marine oil and gas production systems, especially 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, produtos químicos, água ou uma combinação entre eles, entre o fundo do mar e a plataforma e vice e versa.The riser is the segment of suspended piping in the submarine duct, which allows the transport of produced fluids, such as oil, gas, chemicals, water or a combination between 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 a plataforma flutuante em continuidade ao duto submarino. Este sistema absorve todos os movimentos da plataforma provenientes da sua movimentação devido a ação das ondas, podendo em algumas situações impossibilitar o projeto do riser em função da possível falha por fadiga na região próxima ao fundo do mar e/ou na região de junção com a plataforma. Este modelo de riser, em função do diâmetro e da profundidade a ser instalado, pode ainda requerer cargas elevadas a serem sustentadas pela plataforma, podendo por vezes inviabilizar o seu uso. Alguns destes modelos de risers podem ser instalados com flutuadores ao longo da sua extensão, reduzindo a carga suportada pela plataforma, e ao mesmo tempo fornecendo maior flexibilidade ao sistema para absorver os movimentos da plataforma. Esta variação, no entanto, aumenta o custo do sistema, devido a necessidade de utilização de flutuadores em profundidades elevadas, feitos tipicamente de matrizes de poliuretana sobre macro-esferas de vidro para resistir a pressão hidrostática. Por fim, este modelo de riser requer ainda que a plataforma esteja ancorada na locação para permitir assim a sua construção e instalação, o que representa um tempo adicional considerável que irá retardar o início da produção no mar.A usual model of riser, known as steel catenary riser (SCR), considers that the rise of the riser is developed directly to the floating platform in continuity to the submarine pipeline. This system absorbs all the movements of the platform due to its movement due to the action of the waves, and in some situations it is impossible to design the riser due to the possible failure due to fatigue in the region close to the seabed and / or in the region of junction with the platform. This riser model, depending on the diameter and depth to be installed, may still require high loads to be supported by the platform, and can sometimes make its use unfeasible. Some of these riser models can be installed with floats along its length, reducing the load supported by the platform, while at the same time providing greater flexibility to the system to absorb the movements of the platform. This variation, however, increases the cost of the system, due to the need to use floats at high depths, typically made of polyurethane matrices on glass macro-spheres to resist hydrostatic pressure. Finally, this riser model also requires the platform to be anchored in the location to allow 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 fixada a uma estaca e a superior a uma bóia submersa, cuja profundidade está abaixo da ação significativa das ondas. A região inferior do riser possui umaAnother usual model of riser, known as self-supported tower (FSHR), comprises a vertical pipe whose lower end is fixed to a post and the upper end to a submerged buoy, whose depth is below the significant action of the waves. The lower region of the riser has a
2/6 terminação conhecida por pescoço de ganso para permitir futura interligação com o duto submarino instalado independentemente no fundo do mar. A região superior também possui um pescoço de ganso que irá permitir uma futura interligação do riser com a plataforma através de um duto flexível, que irá absorver os movimentos do sistema flutuante, mantendo o riser em uma configuração estável. O projeto deste modelo de riser requer uma complexidade elevada na sua região inferior, incluindo a necessidade de dois conectores mecânicos para interligação com o duto submarino, utilização de curvas fabricadas por indução a quente para esta interligação, uma estrutura para interface do riser com a estaca e para sustentação do pescoço de ganso, uma estrutura para terminação do duto submarino, e uma junta flexível localizada na parte inferior do riser para sua fixação na estaca. Um problema adicional a este riser é a necessidade de mais de uma embarcação de lançamento para permitir a instalação do duto submarino, do riser, e da interligação entre eles.2/6 termination known as goose neck to allow future interconnection with the underwater pipeline installed independently on the seabed. The upper region also has a goose neck that will allow a future interconnection of the riser with the platform through a flexible duct, which 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 pipeline, use of curves manufactured by hot induction for this interconnection, a structure for the riser interface with the pile and for supporting the goose neck, a structure for terminating the submarine duct, and a flexible joint located at the bottom of the riser for its 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 submarine pipeline, the riser, and the interconnection between them.
Tendo em vista os problemas dos sistemas mais usuais de riser e no propósito de superá-los, foi desenvolvido um conceito, onde o riser é um segmento contínuo do duto submarino, se estendendo até uma profundidade que não sofra ação significativa dos efeitos dinâmicos das ondas, tipicamente entre 70 e 150m, se mantendo sustentado por uma bóia submersa na extremidade. A curvatura do riser na região próxima ao fundo do mar é mantida dentro de valores aceitáveis de projeto por intermédio de um sistema de amarração com interligações múltiplas, composto por vários colares distribuídos ao longo do riser, estando estes interligados a uma placas conectora, que por sua vez está interligada a uma estaca cravada no solo submarino. A extremidade superior do riser possui uma terminação com pescoço de ganso, que irá permitir futuramente a conexão de um duto flexível até a plataforma.In view of the problems of the most common riser systems and in order to overcome them, a concept was developed, where the riser is a continuous segment of the submarine pipeline, extending to a depth that does not suffer significant action from the dynamic effects of the waves , typically between 70 and 150m, being supported by a submerged buoy at the end. The curvature of the riser in the region close to the seabed is kept within acceptable design values by means of a mooring system with multiple interconnections, composed of several collars distributed along the riser, which are interconnected to a connector plate, which by it is in turn connected to a stake driven into the submarine soil. The upper end of the riser has a gooseneck termination, which will allow the connection of a flexible duct to the platform in the future.
Os desenhos anexos apresentam esquematicamente os modelos usuais e o novo conceito de riser proposto pela presente patente.The attached drawings schematically show the usual models and the new riser concept proposed by the present patent.
A Fig.1 mostra o modelo usual de riser conhecido por riser de aço em catenária (SCR), cuja ascensão do riser 1 segue diretamente do soloFig.1 shows the usual riser model known as steel catenary riser (SCR), whose riser 1 rises directly from the ground
3/6 submarino 2 até a plataforma 3 em continuidade ao duto submarino 8.3/6 submarine 2 to platform 3 in continuity to submarine pipeline 8.
A Fig.2 apresenta o outro modelo citado usual de riser, conhecido por torre auto suportada (FSHR), mostrando a tubulação vertical 4 com a extremidade inferior conectada a estaca 5 e a superior conectada a bóia submersa 6. A região inferior do riser está ilustrada, mostrando toda a sua complexidade, com a terminação conhecida por pescoço de ganso 7 suportada pela estrutura 12, que por sua vez está apoiada na estaca 5 através da junta flexível 14. O duto submarino 8 está apoiado no solo submarino 2 com a estrutura 13 na sua extremidade contendo o receptáculo de espera para a futura interligação com o riser. A tubulação de interligação entre o duto submarino e o riser está apresentado com as suas curvas 11 fabricadas por indução à quente e um conector 10 em cada extremidade. A região superior também está ilustrada com o pescoço de ganso 7 e a bóia submersa 6 sustentando todo o peso do riser, além de mostrar o duto flexível 9 interligando o pescoço de ganso 7 até a plataforma 3.Fig.2 shows the other usual model of riser, known as self-supported tower (FSHR), showing vertical pipe 4 with the lower end connected to the post 5 and the upper connected to the submerged buoy 6. The lower region of the riser is illustrated, showing all its complexity, with the termination known as the goose neck 7 supported by the structure 12, which in turn is supported on the post 5 through the flexible joint 14. The submarine duct 8 is supported on the submarine soil 2 with the structure 13 at its end containing the holding receptacle for future interconnection with the riser. The interconnection piping between the submarine pipeline and the riser is presented with its curves 11 manufactured by hot induction and a connector 10 at each end. The upper region is also illustrated with the goose neck 7 and the submerged buoy 6 supporting the entire weight of the riser, in addition to showing the flexible duct 9 connecting the goose neck 7 to the platform 3.
A Fig.3 mostra o arranjo geral do novo conceito de riser proposto pela 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 com interligações múltiplas, considerado como ponto chave para o sucesso do conceito de riser proposto.Fig.4 shows in detail the mooring system with multiple interconnections, considered as a key point for the success of the proposed riser concept.
As Fig.5, Fig.6 e Fig.7 mostram as principais etapas do processo de instalação do conceito de riser proposto, como forma de demonstrar a viabilidade da mesma.Fig.5, Fig.6 and Fig.7 show the main stages of the installation process of the proposed riser concept, as a way to demonstrate its viability.
Por fim, a Fig.8 mostra a configuração final do riser na sua forma auto-suportada, antes da sua interligação à plataforma 3 através do duto flexível 9.Finally, Fig.8 shows the final configuration of the riser in its self-supported form, before its interconnection to platform 3 through flexible duct 9.
Em conformidade com os desenhos apresentados nas Fig.3 a Fig.8, o novo conceito de riser é composto pelos componentes descritos a seguir.In accordance with the drawings presented in Fig.3 to Fig.8, the new riser concept is composed of the components described below.
O riser 1 é um elemento contínuo do duto submarino 8, cuja extremidade superior possui uma terminação com pescoço de ganso 7, que permitirá a futura interligação de um duto flexível 9, tipicamente de 400m deThe riser 1 is a continuous element of the submarine duct 8, whose upper end has a goose neck termination 7, which will allow the future interconnection of a flexible duct 9, typically 400m in length.
4/6 comprimento, com a plataforma 3; uma finalidade especial do duto flexível 9, além de fornecer continuidade de escoamento entre o riser e a plataforma 3, é a de absorver os movimentos da plataforma, mantendo o riser 1 em uma configuração estável independentemente dos seus movimentos.4/6 length, with platform 3; a special purpose of the flexible duct 9, in addition to providing flow continuity between the riser and the platform 3, is to absorb the movements of the platform, keeping the riser 1 in a stable configuration regardless of its movements.
Por ser um segmento contínuo do duto submarino, o custo de instalação é barateado de forma considerável devido à simplicidade dos equipamentos do conceito e do processo de instalação.As it is a continuous segment of the submarine pipeline, the installation cost is considerably cheaper due to the simplicity of the concept equipment and the installation process.
No topo do riser 1, há uma bóia submersa 6 com resistência estrutural suficiente para resistir à pressão externa, podendo eventualmente ser até pressurizada para diminuir este efeito; sua finalidade é fornecer empuxo suficiente para sustentar o peso do riser e ao mesmo tempo promover a estabilidade do sistema sob a ação de correnteza. Sua localização deverá ser tipicamente estabelecida entre as profundidades de 70 e 150m abaixo da superfície do mar, onde não sofra ação significativa das ondas.At the top of riser 1, there is a submerged buoy 6 with sufficient structural strength to withstand external pressure, which can eventually be pressurized to reduce this effect; its purpose is to provide sufficient thrust to support the weight of the riser and at the same time promote the stability of the system under the action of the current. Its location should typically be established between the depths of 70 and 150m below the sea surface, where it does not suffer significant waves.
O riser 1 é mantido em sua configuração graças a um sistema de amarração com interligações múltiplas 15, que tem por objetivo controlar a curvatura do mesmo. O sistema de amarração com interligações múltiplas é composto por uma linha principal 16 constituída por elos de amarra, que possui a manilha 17 em uma das suas extremidades de forma a permitir conexão com a estaca 5, a ser cravada no solo submarino 2. A outra extremidade da linha principal 16 está conectada ao gancho 18 através da manilha 17. O gancho 18, quando interligado ao anel 19 pré-montado na placa conectora 20 por intermédio da manilha 17, permitirá que todo o riser fique ancorado à estaca na configuração desejada. A placa conectora 20 é constituída por uma série de olhais por onde sairá, além da linha principal 16 descrita anteriormente, as linhas auxiliares 21, que também são compostas por elos de amarra, e serão conectadas ao riser 1 por intermédio dos colares 22 pré-montados ao longo do riser nas posições pré-estabelecidas pelo projeto. As conexões das linhas auxiliares 21, tanto com a placa conectora 20, tanto com os colares 22, são realizadas por intermédio da utilização das manilhas 17. Os colares 22 poderão ser do tipo braçadeira ou soldados de forma integral ao riser, podendo ser ainda montado de forma fixa ou permitindo a sua rotação ao longo do eixo $The riser 1 is maintained in its configuration thanks to a mooring system with multiple interconnections 15, which aims to control its curvature. The mooring system with multiple interconnections consists of a main line 16 consisting of mooring links, which has the shackle 17 at one of its ends in order to allow connection with the post 5, to be driven into the submarine soil 2. The other end of the main line 16 is connected to the hook 18 via the clevis 17. The hook 18, when interconnected to the ring 19 pre-assembled on the connector plate 20 through the clevis 17, will allow the entire riser to be anchored to the pile in the desired configuration. The connector plate 20 consists of a series of eyelets through which, in addition to the main line 16 described above, auxiliary lines 21, which are also composed of tie links, will be connected to the riser 1 by means of collars 22 pre- mounted along the riser in the positions pre-established by the project. The connections of the auxiliary lines 21, both with the connector plate 20, and with the collars 22, are made through the use of shackles 17. Collars 22 can be of the clamp type or integrally welded to the riser, and can also be mounted fixedly or allowing its rotation along the $ axis
5/6 do riser. O sistema de amarração com interligações múltiplas deve ser projetado para permanecer o mais próximo quanto possível ao solo submarino 2, para que a curvatura no riser 1 possa ser controlada de forma eficiente. O número de linhas auxiliares poderá ser de no mínimo dois, sendo a determinação deste número em função do diâmetro do riser e da profundidade local. O comprimento da linha principal e das auxiliares deverá ser determinado no projeto, de forma a manter o riser na configuração desejada.5/6 of the riser. The mooring system with multiple interconnections must be designed to remain as close as possible to submarine soil 2, so that the curvature in riser 1 can be controlled efficiently. The number of auxiliary lines can be at least two, the determination of this number depending on the diameter of the riser and the local depth. The length of the main and auxiliary lines must be determined in the project, in order 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 linha principal 16, já previamente montada ao gancho 18 e a estaca 5 com utilização das manilhas 17. A cravação da estaca 5 pode ser realizada na mesma campanha de cravação das estacas do sistema de amarração da plataforma 3.The installation sequence begins with the driving of the pile 5, followed by pre-abandonment in the submarine soil 2, of the whole of the main line 16, previously assembled to the hook 18 and the pile 5 using the shackles 17. The driving of the pile pile 5 can be carried out in the same pile driving campaign as the platform 3 mooring system.
O riser 1 deverá ser então lançado continuamente desde a seção soldada ao duto submarino 8 até a sua extremidade, incluindo a montagem dos colares 22, das linhas auxiliares 21, da placa conectora 20 e do anel 19 pertencentes ao sistema de amarração 15. As linhas auxiliares 21 deverão ser pré-montadas à placa conectora 20, assim como o anel 19, por intermédio das manilhas 17, e fixadas aos colares ainda na embarcação de lançamento 24. As extremidades das linhas auxiliares 21 deverão ser mantidas na embarcação de lançamento, mesmo quando a placa conectora 20 precisar estar submersa.The riser 1 must then be launched continuously from the section welded to the submarine duct 8 to its end, including the assembly of collars 22, auxiliary lines 21, connector plate 20 and ring 19 belonging to the mooring system 15. The lines auxiliary lines 21 must be pre-assembled to the connector plate 20, as well as the ring 19, using shackles 17, and attached to the collars still on the launch vessel 24. The ends of the auxiliary lines 21 must be maintained on the launch vessel, even when the connector plate 20 needs to be submerged.
Após a construção de todo o riser, porém antes de montar a bóia submersa 6, a extremidade superior do riser deverá ser conectada a um cabo de abandono 23, que com a continuação do lançamento irá permitir que a placa conectora 20 atinja o solo submarino 2, onde se encontra em espera a estaca 5 cravada na sua posição de projeto e a linha principal com o gancho 18 na extremidade. Neste ponto a conexão entre o gancho 18 e o anel 19 poderá ser realizada com auxílio de um veículo de intervenções submarinas controlado remotamente. Pequenas bóias 25 podem ser adicionadas ao gancho 18 e ao anel 19 durante a fase de instalação, visando mantê-los acima do solo submarino 2, facilitando assim a conexão entre estes dois elementos.After the construction of the entire riser, but before mounting the submerged buoy 6, the upper end of the riser must be connected to an abandonment cable 23, which, with the continuation of the launch, will allow the connector plate 20 to reach the submarine soil 2 , where the post 5 driven in its design position and the main line with the hook 18 at the end is waiting. 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, in order to keep them above submarine soil 2, thus facilitating the connection between these two elements.
Tão logo o gancho 18 da linha principal 16 tenha sido conectada ao anel 19 da placa conectora 20, o cabo de abandono 23 deverá ser recolhidoAs soon as the hook 18 of the main line 16 has been connected to the ring 19 of the connector board 20, the abandon cable 23 must be retracted
6/6 em conjunto com a movimentação da embarcação de lançamento 24, até que o riser 1 se encontre em sua posição de projeto. O processo de instalação é então completado com a instalação da bóia submersa 6, e estará preparado para permitir futuramente a conexão com o duto flexível 9.6/6 together with the movement of the launch vessel 24, until the riser 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 connection in the future with the flexible duct 9.
A seqüência de instalação descrita acima tem por objetivo demonstrar a praticidade e a viabilidade da instalação, podendo o conceito ser instalado por um processo alternativo que mantenha o riser na configuração proposta por este invento.The installation sequence described above aims to demonstrate the practicality and feasibility of the installation, and the concept can 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 variações construtivas, tais como: a utilização de várias bóias submersas ao invés de uma única; a utilização de mais de uma placa conectora interligadas entre elas por intermédio de linhas auxiliares adicionais; a linha principal e as linhas auxiliares poderão ser constituídas por amarras, cabos, cordas ou combinação entre eles, tanto de aço, como de poliéster, ou outro tipo de material que mantenha o sistema tracionado e na posição adequada; a placa conectora poderá eventualmente ser constituída por um anel ou outra forma de manter a junção entre as diversas linhas auxiliares e a principal; a estaca 5 poderá ancorar mais de um riser 1, sendo cada riser 1 com o seu próprio sistema de ancoragem com interligações múltiplas 15 e; o sistema de amarração com interligação múltiplas 15 poderá possuir mais de uma placa conectora 20 interligadas entre elas por linhas auxiliares 21 adicionais e conectadas a uma ou mais estacas 5 por intermédio de linhas principais 16 adicionais.The riser concept described in this invention can also have constructive variations, such as: the use of several submerged buoys instead of a single one; the use of more than one connector board interconnected between them by means of additional auxiliary lines; the main line and auxiliary lines may consist of moorings, cables, ropes or a combination of them, both steel and polyester, or another type of material that keeps the system tractioned and in the proper position; the connector plate may eventually consist of a ring or other way of maintaining the junction between the various auxiliary lines and the main one; the post 5 may anchor more than one riser 1, each riser 1 having its own anchoring system with multiple interconnections 15 and; the multiple interconnecting mooring system 15 may have more than one connector plate 20 interconnected by additional auxiliary lines 21 and connected to one or more piles 5 by means of additional main lines 16.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention | ||
| B09A | Decision: intention to grant | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted | ||
| B25A | Requested transfer of rights approved |

