BRPI0805633A2 - sistema de riser hìbrido auto-sustentado aperfeiçoado e método de instalação - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE RISER HìBRIDO AUTO-SUSTENTADO APERFEIçOADO E MéTODO DE INSTALAçãO A presente invenção refere-se a um sistema de riser híbrido auto- sustentado (RHAS) aperfeiçoado com novas configurações de componentes nas interfaces das extremidades superior (3) e inferior (5) do trecho vertical do riser (1) em relação a configurações já instaladas pela indústria. Esta proposta de invenção descreve também um método de instalação para o RHAS proposto que permite utilizar embarcações de maior disponibilidade no mercado mundial e, desta forma, promover melhores ganhos técnico-operacionais.

Description

SISTEMA DE RISER HÍBRIDO AUTO-SUSTENTADO APERFEIÇOADOE MÉTODO DE INSTALAÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um sistema de riser híbrido auto-sustentado (RHAS) aperfeiçoado e seu método de instalação em que sepropõem melhorias estruturais e funcionais de alguns componentes dosistema, em relação a algumas configurações já instaladas pela indústria.

Propõe também, em função da resposta estrutural dinâmica do RHAS, ummétodo de instalação que permite utilizar embarcações de maiordisponibilidade no mercado mundial.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O riser híbrido auto-sustentado (RHAS) é composto de um trechovertical de aço tracionado por um tanque dé flutuação em sua extremidadesuperior, cujo empuxo fornece estabilidade ao sistema. O tanque deflutuação situa-se a uma profundidade onde os efeitos da correnteza desuperfície e das ondas estão significativamente atenuados. Um trecho deduto ou riser flexível em catenária dupla conecta a extremidade do trechovertical à plataforma de produção. A ligação entre o tanque de flutuação ea extremidade superior do trecho vertical do riser é feita por um tiçante oupor um trecho de amarra. Na extremidade inferior do riser situa-se afundação do mesmo, que pode ser uma estaca de sucção ou um tubo deaço perfurado e cimentado no solo.

O RHAS pode ser utilizado em sistemas de produção (coleta)ou exportação de óleo ou gás. A passagem dos fluidos produzidos ouexportados é feita por uma linha única do riser, conhecido como "risermonobore", que também desempenha função estrutural de suporte dosistema. Em sua extremidade inferior, há um elemento que faz a ligaçãoentre o trecho vertical e a linha de coleta ou exportação, que é um trechode tubulação, situado na base do riser e constituído de aço, conhecidocomo jumperrígiào.A presente invenção propõe um sistema do RHAS aperfeiçoado,através de melhorias estruturais e funcionais de alguns componentes dosistema, em relação a algumas configurações já instaladas pela indústriae, em função da resposta estrutural dinâmica do RHAS proposto, ummétodo de instalação que utilização dois tipos de embarcações de maiordisponibilidade no mercado oferecendo benefícios técnico-operacionais.

TÉCNICAS CORRELACIONADAS

Em sistemas marítimos de produção, o petróleo que é produzido nospoços localizados no fundo do oceano, é transportado até uma unidade deprodução por meio de tubulações que podem ser rígidas, flexíveis, oumesmo uma conjugação de ambas. Essas tubulações são conhecidaspelos versados na técnica como risers, os quais podem fazer a interligaçãoentre uma unidade flutuante e o fundo do mar.

Os risers podem ser flexíveis ou rígidos, ou mesmo umacombinação entre os dois tipos e constituem uma parte considerável doscustos totais nos campos de exploração de petróleo, os quais estãorelacionados aos custos de fabricação, instalação e manutenção, porexemplo.

De forma geral, tratando-se de cargas operacionais, os dutossubmarinos devem ser projetados para satisfazer os requisitos funcionaisdevidos aos carregamentos correspondentes ao meio interno (fluido sendotransportado), ao meio externo, cargas ambientais oriundas de ondas ecorrentes e movimentos da unidade flutuante durante a vida útil de projeto.

A fase de instalação é também uma fase crítica nos projetos dos risers.

Durante a instalação, além do carregamento combinado de flexão epressão externa, o duto está sujeito à tração axial exercida pelaembarcação de lançamento para evitar a flambagem (colapso) prematurada linha devido à curvai ura excessiva. O estado de tensões gerado poresta condição de carregamento deve ser mantido com fatores desegurança adequados, abaixo do correspondente à resistência limite doduto.

Unidades flutuantes ancoradas, como no caso de plataformas semi-submersíveis, por mais que sejam estáveis, não deixam de sofrerinfluências do próprio meio ambiente. Exemplos destes movimentos ficampor conta da indução do movimento das ondas da superfície, o de ventosou mesmo da correnteza do próprio mar. Nas regiões de águas profundasverifica-se a ocorrência de fortes correntes marinhas. Uma correntemarinha de grande intensidade pode gerar vibrações induzidas porvórtices que elevam a taxa de fadiga do material causando danoscumulativos aos dutos.

Os movimentos acima sacrificam as conexões dos risers com aplataforma e em casos mais graves atingem a própria estrutura do riser,que pode sofrer uma flambagem estrutural. O problema se apresenta maisgrave para risers rígidos, nos quais o estresse é mais agressivo. Os risersflexíveis minimizam esse estresse transferindo-o, em parte, para aintegridade dos materiais flexíveis.

Os risers podem ser classificados de acordo com a configuração,material e finalidade. Com base nas suas configurações, podemosclassificá-los em vertical, em catenária ou complexo (usando flutuadores):

a) riser vertical: aplica-se uma força de tração no topo, com afinalidade de manter o riser sempre tracionado, evitando a sua flambagem.

Esta configuração demanda a utilização de plataformas com baixaresposta dinâmica.

b) riser em catenária: na maioria dos casos não é aplicada força detração no topo. As extremidades (de topo e de fundo do riser) não estão nomesmo alinhamento.

c) riser complexo: derivado da configuração em catenária, o riserassume uma geometria em forma de catenária dupla através da instalaçãode flutuadores ou bóias mantidas submersas com poitas.

Os dutos rígidos são amplamente utilizados em instalações submari-nas em virtude da sua simplicidade estrutural e da sua maior resistênciaao colapso em elevadas profundidades, em contraposição aos dutosflexíveis. Estes são estruturas complexas, multicamada de polímeros eligas metálicas, em geral, cada uma com finalidade funcional e estruturaldiversa.

Apesar de possuírem algumas vantagens, os dutos flexíveis têm suaresistência limitada, pois as tecnologias atuais limitam as instalações aprofundidades de aproximadamente 2.500 metros. No entanto, o processode instalação de um duto flexível é mais rápido e requer menos tempo deengenharia para a sua realização.

Na atualidade as descobertas de óleo a grandes profundidades nomar têm levado ao desenvolvimento de campos localizados numaprofundidade aproximada de 3.000 metros, sendo então o sistema de riserhíbrido auto-sustentado (RHAS) uma alternativa atraente. O RHAS ébaseado em um duto rígido vertical de comprimento um pouco menor doque a profundidade local e apresenta-se como uma alternativa maisrobusta e duradoura para a configuração tradicional, que utiliza riserflexível.

Quanto maior a lâmina d'água (LDA)1 maior também é o esforçoimposto ao riser de exportação. Além do peso, que aumenta as tensões naestrutura, o riser pode, adicionalmente, sofrer vibração pela ação dacorrenteza. O riser pode não aparentar nenhuma deformação, mas, aolongo de sua vida útil, essas tensões cíclicas podem levá-lo à fadiga e àruptura. À medida que se avança para águas mais profundas, os projetosde risers tornam-se mais complexos e variados.

O projeto de um duto rígido demanda muitas horas de engenharia,pois a maior rigidez à flexão gera uma série de dificuldades para a suainstalação e operação. Esta característica diminui a adaptabilidade do dutocom o solo marinho. Outro problema é relativo à forma como os dutos sãoestocados no continente e transportados até o local de instalação. Oenrolamento não é tão simples quando comparado ao de dutos flexíveis.Ao mesmo tempo, é necessária a utilização de estruturas maiores pararealizá-lo. Existem outros métodos onde a tubulação é montada em altomar.

Atualmente, os sistemas de produção empregam navios sonda deposicionamento dinâmico provido de torre e um riser constituído de juntasroscadas de tubos de perfuração ou drill pipe. A estabilidade do riser édada pela tração aplicada no topo do mesmo por um dispositivo detensionamento da embarcação, que tem localização subjacente a torre domesmo. Este sistema de produção é caracterizado pelo alto custooperacional, pois utiliza embarcação de baixa disponibilidade no mercadomundial.

Embarcações do tipo PLSV ou Pipelay Support Vessel prestamserviços referentes a instalações de tubulações submarinas. Existemdiversos modelos de navios disponíveis, cada qual com seu Iayout deinstalação de acordo com os tipos de serviços prestados. Estasembarcações são capazes de instalar quilômetros de tubulação comapenas um carregamento, que pode ser de dutos rígidos, ou de dutosflexíveis, ou até mesmo de ambos dependendo do escopo de trabalho aser executado.

Alguns equipamentos estão comumente presentes, na construçãode embarcações deste gênero, tais como: carretei, tensionadores,guindastes e guinchos.

Uma embarcação do tipo PLSV, como o navio Seven Oceans, cujaprincipal atividade se concentra no lançamento de tubulações rígidas,permite o desenvolvimento de atividades secundárias, como por exemplo,a instalação de equipamentos submarinos.

Um dos processos mais rápidos de instalação de dutos rígidos éatravés de embarcações que utilizam o método de enrolamento ou ReelMethod. Neste método, dutos longos são enrolados em um carretei degrande diâmetro. A embarcação é carregada em uma base portuária ondejá estão fabricadas as seções definidas pelo projeto. No momento em queo carretei está completo, a embarcação parte em direção ao local deinstalação e inicia o desenrolamento gradual dos dutos.

Com o avanço tecnológico, muitos tipos de configurações de risersforam desenvolvidos objetivando viabilizar a produção de petróleo emcampos offshore. Dentre os vários tipos de configuração, podemosdestacar as que utilizam risers rígidos, como por exemplo: Riser Rígidocom Tração de Topo ou Top Tensioned Riser (TTR)1 Steel Catenary Riser(SCR) e configurações híbridas constituídas de partes de riser rígido epartes de riser flexível.

O trabalho "Evaluation of service Iife reduction of a top tensionedvertical riser due to vortex induced vibration" apresentado no XXVI IberianLatin-American Congress in Computacional Methods in Engineering, 2005,por Morooka e colaboradores analisa o comportamento dinâmico deestrutura tipo TTR e sua vida útil devido à fadiga.

Vieira e colaboradores no trabalho "Studies on V.I.V FatigueBehavior in SCRs of Hybrid Riser Systems" apresentado no 21 stInternational Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering,2002; Roveri e colaboradores com o trabalho "Free Standing Hybrid Riserfor 1800 m Water Depth" apresentado no 24th International Conference onOffshore Mechanics and Arctic Engineering, 2005 e Pereira ecolaboradores com o trabalho "Experimental Study on a Self StandingHybrid Riser System Throughout Test on a Deep Sea Model Basin"apresentado no 24th International Conference on Offshore Mechanics andArctic Engineering, 2005, discutem os benefícios da utilização de umsistema de configuração híbrida. Basicamente, estes sistemas sãocompostos por risers flexíveis na parte superior do sistema e de risersrígidos na parte inferior. Estes risers rígidos podem adquirir a configuraçãovertical ou catenária. Uma das maiores vantagens deste tipo deconfiguração é que os efeitos devido aos movimentos dinâmicos daunidade flutuante no riser rígido são atenuados, buscando assim minimizara falha por fadiga. Em particular, o riser híbrido auto-sustentado (RHAS),constituído de um riser rígido vertical suportado por uma bóia desubsuperfície e conectado à unidade flutuante através de um duto flexívelou jumper é uma configuração avaliada para aplicação em águas ultra-profundas.

Iniciativas neste sentido têm originado concepções que vemcrescendo em diversas aplicações como o pedido de patente US2008/0223583 A1 correspondente ao pedido de invenção brasileiroPl 0401727-7 que descreve um sistema de riser auto-sustentado parateste de longa duração em produção de petróleo submarina utilizandoárvore de natal molhada (ANM) acoplada a uma cabeça de poço e a umaunidade flutuante de produção (UFP). O dito sistema compreende umacabeça de poço no fundo do mar, conectada a uma ANM dotada de umpreventor, sendo conectado a um riser de produção através de umaferramenta de conexão. O riser, montado internamente a um conjunto debóias, é mantido tracionado com auxílio desse conjunto de bóias. Aextremidade superior do riser é dotada de um terminal de intervençãosubmarina, dito terminal sendo interligado a uma UFP através de umjumper flexível para carrear o óleo produzido para essa UFP.

A patente US 6,837,311 descreve uma configuração de riser híbridoque compreende uma pluralidade de risers de aço, substancialmenteinseridos em condutores de alumínio, com meios flutuantes e detensionamento, em que os condutores e risers são rigidamente conectadosa uma base ancorada ao fundo do oceano.

O pedido de patente EP1849701 A1 refere-se a um sistemade ancoragem desconectável compreendendo uma embarcação com umsuporte que sustenta o riser que é provido com uma peça no topo do riserque por meio de parafusos desconectáveis é unido ao suporte.O pedido W02005/001235 A1 mostra um sistema de riser depoços offshore e compreendendo um ou mais condutores tubularessuspensos por uma plataforma flutuante e contendo extremidades defundo estendidas de forma inclinada e fixadas verticalmente no fundo domar. Uma conexão de fundo é disposta na extremidade dos condutores ecompreende um jumper para conexão da extremidade inferior de cadacondutor a um poço submerso associado, um peso para aplicar umatensão vertical nos condutores e um equipamento para restringir aextremidade dos condutores contra um movimento horizontal.

O Pl 0505400-1 A descreve um suporte articulado para riserque tem como função principal promover a conexão, com uma unidadeflutuante, da extremidade de um riser proveniente de um poço no fundo dooceano, ou de outra plataforma, o mesmo que partindo para a costa , sejarígido, flexível ou constituído pela combinação destes últimos, esteja esteem uma configuração em catenária ou outra mais complexa.

O Pi 0600219-6 A apresenta um sistema destinado a compensar amovimentação vertical do ponto de suspensão de risers lançados em umaconfiguração de catenária, provocada pela movimentação natural presenteem embarcações offshore. O objetivo é alcançado com a concepção deum sistema que, segundo a presente invenção, compreende umcompensador de movimentos hidropneumático que suporta o riser emconfiguração em catenária até o fundo do mar e um segmento de riserflexível conectado às facilidades de produção da unidade estacionária deprodução (UEP).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção descreve um sistema de riser híbrido auto-sustentado (RHAS) aperfeiçoado e seu método de instalação em que sepropõem novas configurações de alguns componentes nas interfaces dasextremidades superior e inferior do trecho vertical do riser, em relação aalgumas configurações já instaladas pela indústria. Em função da respostaestrutural dinâmica do sistema de RHAS descrito, é proposto também ummétodo de instalação desse sistema que permite utilizar dois tipos deembarcações de maior disponibilidade no mercado mundial e, desta forma,promove melhorias técnico-operacionais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra o esquema de um riser híbrido auto-sustentado(RHAS) do estado da arte.

A Figura 2 ilustra detalhes da interface da extremidade superior doRHAS do estado da arte.

A Figura 3 ilustra detalhes da interface da extremidade inferior doRHAS do estado da arte.

A Figura 4 ilustra a nova interface da extremidade superior dotrecho vertical do riser com o jumperflexível.

A Figura 5 ilustra a interface, do estado da arte, da extremidadeinferior do trecho vertical do riser com a fundação e o jumper rígido.

A Figura 6 ilustra a nova interface entre a junta de reforço inferior eo componente da extremidade inferior do riser ou Bottom Riser Assembly(BRA) contendo um elemento flexível ou fíexjoint, constituído de camadasde aço e elastômero.

A Figura 7 ilustra os componentes do RHAS aperfeiçoado.

A Figura 8 ilustra o içamento da junta de reforço inferior e do BRApelo guindaste do PLSV (Seven Oceans) e transferência para a torre.

A Figura 9 ilustra solda da junta de reforço inferior à junta standard.

A Figura 10 ilustra descida das juntas standard pelo método Reel.

A Figura 11 ilustra o manuseio da junta de reforço superior parasolda na junta standard.

A Figura 12 ilustra a preparação para entrega da coluna para abalsa guindaste e de lançamento - BGL1.

A Figura 13 ilustra a coluna suportada pelo costado da BGL1 commanuseio do componente da extremidade superior do riser ou Top RiserAssembly (TRA) e conexão flangeada à junta de reforço superior.

A Figura 14 ilustra o manuseio do tanque de flutuação e tirante paraconexão ao TRA - caso 1.

A Figura 15 ilustra o manuseio do tanque de flutuação e tirante paraconexão ao TRA - caso 2.

A Figura 16 ilustra a descida do conjunto RHAS aperfeiçoado.

A Figura 17 ilustra a conexão do conjunto RHAS aperfeiçoado àfundação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A proposta do pedido de invenção descreve um sistema de riserhíbrido auto-sustentado (RHAS) aperfeiçoado que apresenta novasconfigurações de componentes nas interfaces das extremidades superior(3) e inferior (5) do trecho vertical do riser (1) e propõe em função daresposta estrutural dinâmica do sistema RHAS1 um método de instalaçãoque permite utilizar dois tipos de embarcações de maior disponibilidade nomercado mundial.

A Figura 1 ilustra o estado da arte de um sistema de configuraçãohíbrida com aproximadamente 1.100 metros de lâmina d'água (LDA) que écomposto por um trecho vertical do riser (1) tracionado por um tanqueflutuante (2) em sua extremidade superior (3), cujo empuxo forneceestabilidade ao sistema. A ligação entre o tanque flutuante (2) e aextremidade superior (3) do riser (1) é feita por um tirante (4). Nasextremidades superior (3) e inferior (5) do riser (1), são conectadas juntasde reforços superior (6) e inferior (7). Na extremidade inferior (5) do riser(1) situa-se a fundação (8) do mesmo, que pode ser uma estaca de sucçãoou um tubo de aço perfurado e cimentado no solo. Na extremidade inferior(5) do riser (1), um elemento denominado jumper rígido (9), constituído deaço, faz a ligação entre o trecho vertical do riser (1) e a linha de coleta ouexportação (10) no fundo do mar (11). Um trecho de jumper flexível (12),constituído de várias camadas de material polimérico e metálico, conecta aextremidade do riser (1) a unidade flutuante de produção - UFP (13).

As Figuras 2 e 3 ilustram detalhes da interface da extremidadesuperior (3) do RHAS que possui um flange (14) que conecta a junta dereforço superior (6) com o jumper flexível (12) e da extremidade inferior (5)do RHAS que contém um conector Rotolach (15) que é interligado afundação (8).

A primeira parte desta invenção trata da melhoria estrutural efuncional de alguns componentes do sistema de riser híbrido auto-sustentado (RHAS), enquanto em uma segunda parte descreve-se umprocedimento de instalação do RHAS aperfeiçoado utilizando-se o MétodoReel.

Com relação ao aperfeiçoamento dos componentes, são propostasas modificações (a), (b) e (c) descritas a seguir:

a) A interface entre o jumper flexível (12) e o trecho vertical do riser(1) mostrada na Figura 2 requer que os dois sejam instaladosconjuntamente. Isto se torna um problema caso a manutenção do jumperflexível (12) requeira sua substituição. Considerando-se a geometria doscomponentes, a desconexão do flange (14) na interface do jumper flexível(12) com a extremidade superior (3) do riser (1) pode demandar equipesde mergulho e equipamentos especializados para a realização da tarefa,havendo, portanto questões técnicas e econômicas significativas relativasa esta operação de manutenção.

Dessa forma, a Figura 4 apresenta uma nova configuração para aextremidade superior (3) do riser (1), contendo o componente Top RiserAssembly (TRA) (16) que se refere a uma estrutura tubular em forma depórtico espacial, com as seguintes funções:

• prover um caminho da carga de empuxo do tanque flutuante (2)para o trecho vertical do riser (1);

• prover suporte para o trecho curvo do riser (1);fornecer suporte para a extremidade superior (3) do riser (1), onde• será acoplado um módulo de conexão vertical (17), localizado naextremidade do jumper flexível (12).

A nova configuração apresenta as seguintes diferenças em relaçãoao estado da arte:

· o mandril, ao qual é acoplado o módulo de conexão vertical (17)da extremidade do jumper flexível (12), localiza-se fora dos limites daprojeção horizontal do tanque de flutuação (2) (distância h2 na Figura 4),permitindo que o jumper flexível (12) seja instalado posteriormente àinstalação do trecho vertical do riser (1). Adicionalmente, esta configuraçãopermite que, caso a manutenção do jumper flexível (12) requeira que omesmo seja removido, a desconexão do módulo de conexão vertical (17)seja feita remotamente por robôs submarinos (ROV), sem necessidade demergulhadores.

b) O empuxo aplicado pelo tanque de flutuação (2) é transmitido aoTRA (16) em um ponto localizado a uma distância horizontal - H1 emrelação ao eixo vertical da junta de reforço superior (6), enquanto a forçavertical exercida pelo jumper flexível (12) é aplicada a uma distânciahorizontal (hi + h2) em relação ao mesmo eixo, conforme Figura 4. O Ii1 éa distância horizontal entre o eixo principal do tirante (4) e o trecho verticaldo riser (1) e o h2 é a distância horizontal entre o eixo principal do tirante(4) e a extremidade do módulo de conexão vertical acoplado ao TRA (16).Estas distâncias dependem de variáveis do projeto como a profundidadeda lâmina de água (LDA) e as dimensões dos componentes do sistema.Estas configurações fazem com que as forças aplicadas no TRA (16) pelotanque de flutuação (2) e pelo jumper flexível (12), de sentidos contrários,resultem em momentos fletores de sinais diferentes na junta de reforçosuperior (6), o que resulta numa diminuição das cargas estáticas atuantessobre esta.

c) as interfaces da extremidade inferior do riser (1) com a fundação(8) e o jumper rígido (9), mostradas na Figura 5, permitem que, a exemplodo TRA (16), haja uma compensação das forças estáticas atuantes najunta de reforço inferior (7). A força de reação vertical na interface do riser(1) com a fundação (8) é transmitida ao Bottom Ríser Assembly (BRA) (18)num ponto localizado a uma distância horizontal h3 em relação ao eixovertical da junta de reforço superior (6), enquanto a força vertical exercidapelo jumper rígido (9) é aplicada a uma distância horizontal h4 em relaçãoao mesmo eixo, conforme Figura 5. O h3 é a distância entre o eixo verticalda fundação (8) e o trecho vertical do riser (1) e o H4 é a distância entre otrecho vertical do riser (1) e a interface entre o BRA (18) com o jumperrígido (9). Estas distâncias dependem de variáveis do projeto como aprofundidade da lâmina de água (LDA) e as dimensões dos componentesdo sistema. Estas configurações fazem com que as forças aplicadas noBRA (18) pela fundação (8) e pelo jumper rígido (9) resultem emmomentos fletores de sinais diferentes na junta de reforço inferior (7), oque causa uma diminuição das cargas estáticas atuantes.

No estado da arte a interface do riser (1) com a fundação (8) é feitaatravés de um conector mecânico que possui uma flexjoint (19) e a juntade reforço inferior (7) é posicionada alguns metros acima da flexjoint (19).A geometria desta configuração faz com que os deslocamentos ecarregamentos originados do riser (1) sejam quase que integralmentetransmitidos ao jumper rígido (9).

A Figura 6 apresenta uma nova configuração em que há umelemento flexível ou flexjoint (19) na base da junta de reforço inferior (7).Esta flexjoint (19) é constituída de camadas de aço e elastômerointercalados e atenua significativamente o momento fletor transmitido pelajunta de reforço inferior (7) à estrutura do BRA (18) e ao jumper rígido (9),visto que atua como um filtro dos esforços de flexão provenientes. Destemodo o jumper rígido (9) fica menos suscetível aos carregamentosdinâmicos provenientes do trecho vertical do riser (1). Neste caso há umaconexão rígida (20) entre o BRA (18) e a fundação (8).A seguir é descrito o procedimento de instalação do RHAS propostoutilizando-se o Método Reel. Os risers híbridos citados como exemplos doestado da arte foram instalados pelo Método J-Lay. Neste método, tubosde aproximadamente 50 metros de comprimento (quad joints) sãosoldados na torre da embarcação durante a instalação, enquanto o riservai penetrando na água. O Método Reel é mais rápido, pois todas assoldas são feitas em terra, com exceção das soldas das juntas standarddas extremidades nas duas juntas de reforço.

A Figura 7 mostra os componentes do novo sistema proposto queserão referenciados nas diversas etapas do procedimento de instalaçãopara este sistema. As estruturas tubulares espaciais do Top RiserAssembly (TRA) (16) e Bottom Riser Assembly (BRA) (18) sãorepresentadas de modo simplificado.

O Método Reel é utilizado para instalar o trecho correspondente àsjuntas standard (21), onde o dano à fadiga é significativamente menor doque o dano nas extremidades do riser (1). Nestas regiões, onde estãolocalizadas as juntas de reforço superior (6) e inferior (7), utilizam-semateriais especiais forjados para fazer a transição de esforços. Definiu-sea embarcação Seven Oceans (22) ilustrada na Figura 8, que é do tipoPLSV (P/pe/ay Support Vessel), dotado de posicionamento dinâmico, paraas atividades iniciais do procedimento proposto. Esta embarcação temuma torre (24) articulada na popa, que pode girar em torno de um eixotransversal à embarcação, permitindo instalar tubos pelo Método Reel.

Neste método, o tubo é enrolado, num canteiro de obras em terra, numabobina situada ao nível do convés do navio. Na instalação offshore o tuboé desenrolado e passa pela torre, onde volta a ter a configuração retilínea,conforme Figura 10.

Admite-se que a embarcação Seven Oceans (22) (Figura 8) tem umguindaste (25) de capacidade suficiente para içar alguns componentes dosistema. No entanto, quando o riser híbrido auto-sustentado (RHAS)aperfeiçoado está montado, seu peso excede a capacidade de carga doguindaste (25) do Seven Oceans (22) e uma outra embarcação, cujoguindaste tem maior capacidade, torna-se necessária. Definiu-se a BGL1(26) (Figura 13), cujo guindaste tem capacidade nominal de 1.000toneladas, para executar as atividades finais do procedimento proposto.

A Figura 8 mostra o içamento da junta de reforço inferior (7) e oBRA (18) pelo guindaste (24) do Seven Oceans (22) e a transferência doconjunto para a torre. A junta de reforço inferior (7) é acoplada, porexemplo, por meio de uma conexão flangeada ao BRA (18) em terra e oconjunto é transportado no convés do Seven Oceans (22) até o local deinstalação do RHAS.

A Figura 8 mostra o içamento do conjunto pelo guindaste (24) doSeven Oceans (22). A seguir, o conjunto é transferido para a torre, onde éfeita a solda da primeira junta standard (21) à junta de reforço inferior (7)(Figura 9). Na seqüência, é feita a descida das juntas standard (21) peloMétodo Reel, desenrolando-se o comprimento equivalente das juntasstandard (21) (Figura 10).

O conjunto formado pelo BRA (18), junta de reforço inferior (7) ejuntas standard (21) é suportado verticalmente pela parte inferior da torredo Seven Oceans (22) (Figura 11). O guindaste (24) do navio iça a juntade reforço superior (6) de seu convés e a transfere para a torre, onde amesma será soldada à extremidade superior das juntas standard (21)(Figura 11). Em seguida o conjunto é descido por um cabo de aço a umaprofundidade que permita fazer a transferência para a BGL1 (25) (Figura 12).

A Figura 13 mostra o conjunto formado pela junta de reforçosuperior (6), juntas standard (21), junta de reforço inferior (7), e BRA (18)suportados pelo costado da BGL1 (25). O TRA (15), e o tanque deflutuação (2), foram transportados no convés da BGL1 (25).

A Figura 13 mostra também TRA (16) sendo içado pelo guindasteda BGL1 para fazer o acoplamento à junta de reforço superior (6), doRHAS1 por exemplo, por meio de uma conexão flangeada (26).

Em seguida, o guindaste da BGL1 (25), iça o tanque de flutuação(2), e o tirante (4), para fazer a conexão deste ao TRA (16) (Figura 14), porexemplo, por meio de um conector de acionamento hidráulico.Alternativamente, caso a elevação do topo do TRA (16) fique muito acimado convés da BGL1 (25) após a conexão do TRA (16) ao riser (1), oconjunto será descido e ficará suspenso pelo TRA (16), preso ao costado(Figura 15). Nesta posição, a conexão do tirante (4) ao TRA (16) é feitacom o tanque de flutuação (2) sendo movimentado a uma altura menor,atenuando eventuais problemas de interferência com a lança do guindaste.

Na seqüência, a montagem do RHAS é descida aproximadamente100 metros pelo guindaste da BGL1 (25), de modo a posicionar o BRA(18), a algumas dezenas de metros de seu ponto de acoplamento nafundação (8) no solo marinho (10) (Figura 16) e aproximando-se oconjunto da vertical da fundação (8). Durante esta etapa é feito umcontrole de lastro e de pressão atuantes nos compartimentos do tanque deflutuação (2).

Conforme ilustra a Figura 17, o RHAS aperfeiçoado é puxado peloBRA (18) por um cabo de poliéster (29) que passa por um sistema depolias localizado na fundação (8) do RHAS1 para fazer o acoplamento doconector de acionamento hidráulico, localizado na base do BRA (18) coma fundação (8). O cabo de poliéster (27) é conectado a um cabo de aço(28) de uma embarcação convencional (29) de manuseio de âncoras. Umcontrapeso (30) é utilizado na interface entre o cabo de poliéster (27) e ocabo de aço (28), com objetivo de atenuar a oscilação da força axial noscabos, devido aos movimentos do barco.

O sistema RHAS proposto apresenta novas configurações nasinterfaces das extremidades superior (3) e inferior (5) do trecho vertical doriser (1) com o jumper flexível (12) e a fundação (8) que promovem umaredução das cargas estáticas atuantes nestas extremidades, além domomento fletor transmitido pela junta de reforço inferior (7) à estrutura doBRA (18) e ao jumper rígido (9) ser atenuado significativamente peloflexjoint (19) que atua como um filtro dos esforços de flexão provenientesdoriser(1).

Quanto ao método de instalação, propõe-se o método Reel que ébem mais rápido que o método J-Lay normalmente utilizado. Além disto,no método Reel, todas as soldas (com exceção das duas extremidades dotrecho vertical) são feitas na fábrica em terra, de modo controlado,obtendo-se um bom desempenho com relação à fadiga. No método J-Lay,há várias soldas de campo ao longo do trecho vertical, nas quais não seconsegue uma qualidade tão boa quanto às soldas feitas onshore.

Combinando-se as duas embarcações, obtêm-se vantagenseconômicas e técnicas, pois se contrata uma embarcação do tipo PLSVcomo, por exemplo, a Seven Oceans (22), para um determinado serviço ea utiliza também para realizar uma parte da instalação do RHASaperfeiçoado. A outra parte da instalação é feita pela balsa guindaste e delançamento. Combinando-se as duas embarcações é possível fazer ainstalação proposta. Existem no mundo embarcações que fazem ainstalação completa, mas são muito onerosas e de menor disponibilidadedo que uma embarcação de menor porte como a Seven Oceans (22).

Claims (9)

1. -SISTEMA DE RISER HÍBRIDO AUTO-SUSTENTADO APERFEI-ÇOADO, caracterizado por apresentar novas configurações para asextremidades superior (3) e inferior (5) do trecho vertical do riser (1) eserem estas novas configurações estruturas tubulares em forma depórtico espacial, denominadas Top Riser Assembly (TRA) (16) e BottomRiser Assembly (BRA) (18).

2. - SISTEMA DE RISER HÍBRIDO AUTO-SUSTENTADO APERFEI-ÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o TRA(16) prover um caminho da carga de empuxo aplicado pelo tanque deflutuação (2) em um ponto localizado a uma distância horizontal - Ii1que é a distância entre o eixo principal do tirante (4) e o trecho verticaldo riser (1), enquanto a força vertical exercida pelo jumper flexível (12)é aplicada a uma distância horizontal (H1 + h2) que é a distância entre otrecho vertical do riser (1) e a extremidade do módulo de conexãovertical (17) acoplado ao TRA (16) e Ii1 e h2 dependem de variáveis doprojeto como a profundidade da lâmina de água (LDA) e as dimensõesdos componentes do sistema.

3. -SISTEMA DE RISER HÍBRIDO AUTO-SUSTENTADO APERFEI-ÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ummandril acoplado a um módulo de conexão vertical (17) estar localizadofora dos limites da projeção horizontal do tanque de flutuação (2),permitindo que o jumper flexível (12) seja conectado posteriormente àinstalação do trecho vertical do riser (1).

4. - SISTEMA DE RISER HÍBRIDO AUTO-SUSTENTADO APERFEI-ÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a força dereação vertical na interface do riser (1) com a fundação (8) sertransmitida ao Bottom Riser Assembly (BRA) (18) num ponto localizadoa uma distância horizontal h3 que é a distância entre o eixo vertical dafundação (8) e o trecho vertical do riser (1), enquanto a força verticalexercida pelo jumper rígido (9) ser aplicada a uma distância horizontalh4 que é a distância entre o trecho vertical do riser (1) e a interfaceentre o BRA (18) com o jumper rígido (9) e h3 e h4 dependem devariáveis do projeto como a profundidade da lâmina de água (LDA) ecom as dimensões dos componentes do sistema.

5.- SISTEMA DE RISER HÍBRIDO AUTO-SUSTENTADO APERFEI-ÇOADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o flexjoint(19) atenuar significativamente o momento fletor transmitido pela juntade reforço inferior (7) à estrutura do BRA (18) e ao jumper rígido (9),visto que atua como filtro dos esforços de flexão provenientes.

6.- MÉTODO DE INSTALAÇÃO DE SISTEMA DE RISER HÍBRIDOAUTO-SUSTENTADO APERFEIÇOADO, caracterizado por utilizar umaembarcação dotada de posicionamento dinâmico do tipo PLSV quepermite instalar tubos pelo método Reel e outra embarcação, tipo balsaguindaste e de lançamento, com capacidade nominal de 1.000toneladas, para executar as atividades finais de instalação.

7.- MÉTODO DE INSTALAÇÃO DE SISTEMA DE RISER HÍBRIDOAUTO-SUSTENTADO APERFEIÇOADO, de acordo com areivindicação 7, caracterizado por a junta de reforço inferior (7) seracoplada ao BRA (18) em terra e o conjunto ser transportado no convésdo PLSV até o local de instalação do RHAS proposto.

8.-MÉTODO DE INSTALAÇÃO DE SISTEMA DE RISER HÍBRIDOAUTO-SUSTENTADO APERFEIÇOADO, de acordo com areivindicação 7, caracterizado por o conjunto da junta de reforço inferior(7) com o BRA (18) ser içado pelo guindaste (24) do PLSV e sertransferido para a torre (23), onde é feita a solda da primeira juntastandard (21) à junta de reforço inferior (7) e posteriormente serrealizada a descida das juntas standard (21) pelo método Reei

9.- MÉTODO DE INSTALAÇÃO DE SISTEMA DE RISER HÍBRIDOAUTO-SUSTENTADO APERFEIÇOADO, de acordo com areivindicação 7, caracterizado por o conjunto formado pelo BRA (17),junta de reforço inferior (7) e juntas standard (21) ser suportadoverticalmente pela parte inferior da torre (23) do PLSV e o guindaste(24) desta embarcação içar a junta de reforço superior (6) do convés etransferir para a torre (23), onde a mesma será soldada à extremidadesuperior das juntas standard (21) e em seguida o conjunto ser descidopor um cabo de aço a uma profundidade que permita fazer atransferência para uma balsa guindaste e de lançamento (25), degrande capacidade de içamento de carga, que concluirá a instalação doRHAS proposto.