BRPI0904371A2 - suporte submarino fixo para risers e mÉtodo de montagem e instalaÇço do mesmo - Google Patents

Abstract

SUPORTE SUBMARINO FIXO PARA RISERS E MÉTODO DE MONTAGEM E INSTALAÇçO DO MESMO. Refere-se a presente invenção a uma estrutura submersa fixa, destinada a apoiar risers de produção de petróleo, de modo a gerar e manter a configuração Lazy S, onde são diversas as vantagens em comparação com o estado da técnica. A invenção em questão compreende uma base estrutural; pelo menos uma estaca para cravamento no solo marinho e fixação da estrutura; uma viga suporte sobre a qual são apoiados os risers. Também é descrito e reivindicado o método de montagem e instalação da invenção.

Description

SUPORTE SUBMARINO FIXO PARA RISERS E MÉTODO DEMONTAGEM E INSTALAÇÃO DO MESMO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre asestruturas fixas submersas, mais particularmente dentre as estruturas fixassubmersas para suportar risers de produção de petróleo e injeção de gásem poços produtores, bem como o seu método de montagem e instalação.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A exploração e a produção de petróleo na atualidade ocorrem,principalmente, no mar e em profundidades cada vez maiores. Devido aesse fato, é comprovada a necessidade de se avançar no estudo de novastecnologias e na solução para sistemas marítimos de produção. Um doscomponentes fundamentais nesses sistemas é um conjunto de dutos,rígidos ou flexíveis, denominados linha de coleta de produção.

Este conjunto de dutos, que constituem as linhas de coleta deprodução se subdivide basicamente em duas porções distintas, sendo aprimeira porção, preponderantemente horizontal, constituída de dutosflexíveis ou rígidos, que liga o poço de petróleo no solo marinho a umponto ainda no solo marinho, próximo à locação da plataforma, e éconhecido pelo termo em inglês "flowline".

A segunda porção é constituída por dutos preponderantementeverticais, conectada à extremidade do trecho horizontal e que ascende dosolo marinho até o casco da plataforma, onde será acoplada. Esta porçãoé conhecida pelo termo em inglês "riser".

Normalmente usam-se dois tipos de risers: flexíveis ou rígidos.Risers flexíveis são compostos por várias camadas metálicas epoliméricas, cujo conjunto das camadas proporciona resistência e torna atubulação estanque, sem comprometer a sua flexibilidade. Os risçcsflexíveis são empregados, principalmente, com sistemas flutuantes deprodução e completação submarina. Já os risers rígidos, como o próprionome diz, são fabricados em materiais que apresentam baixa flexibilidade.

O sistema de risers também deve atender a certos limitesoperacionais, tais como não sofrer grandes deslocamentos, ou atender alimites de resistência de material estabelecidos por suas normas defabricação e operação.

Os sistemas de risers também podem ser classificados de acordocom a sua configuração, material e finalidade. As configurações de riserspodem ser classificadas em vertical, catenária ou complexa (usandoflutuadores).

Na configuração vertical aplica-se uma força de tração no topo doriser, com a finalidade de mantê-lo sempre tracionado, evitando a suaflambagem. Esta configuração demanda a utilização de plataformas combaixa resposta dinâmica.

A configuração em catenária é aquela cuja geometria do riser édefinida segundo condições da estática, levando-se em consideraçãoapenas o peso próprio do riser desprezando-se todos os demais efeitosexternos. Esta é a mais simples e a mais barata configuração de riser. Noentanto, caso exista qualquer efeito significativo de primeira ordem demovimento de onda na extremidade em contato com a plataforma, a intensidade da tensão é diretamente transferida ao riser, agravando oefeito de compressão da extremidade em contato com o solo marinho.

A configuração complexa deriva da configuração em catenária.Neste caso o riser assume uma geometria em forma de catenária duplapor meio da instalação de flutuadores ou bóias mantidas submersas com poitas.

Como exemplo de configurações complexas pode-se citar asconfigurações Lazy S, Steep S, Lazy Wave, Steep Wave e Pliant Wave,onde cada uma apresenta suas particularidades, suas vantagens edesvantagens. As configurações Lazy S e Steep S que utilizam flutuadoresapresentam uma seção intermediária que passa por um arco dotadodesses flutuadores, onde o empuxo alivia o peso suportado pelo sistemaflutuante e contribui com o momento restaurador quando se encontra sobforças que resultam em deslocamentos laterais. Nesta configuração LazyS, existe um tensionador, que é um cabo de aço com a função de manterestável o arco com flutuadores. Já na configuração Steep S, o própriopeso do riser apoiado sobre os flutuadores exerce uma força sobre osmesmos, o que garante a estabilidade dos flutuadores.

As configurações Lazy Wave e Steep Wave apresentam ocomportamento semelhante ao das configurações acima descritas,entretanto, nessas configurações, o arco é substituído por uma seçãointermediária dotada de flutuadores distribuídos. A Pliant wave consistenuma configuração Lazy Wave modificada, ela melhora o desempenho daconfiguração Lazy Wave principalmente pelo controle do raio de curvaturajunto ao ponto de contato com o solo marinho, entretanto ainda é muitoafetada pelas forças ambientais, como o movimento do mar, o quepossibilita o deslocamento lateral e o choque entre as linhas de riser.

A configuração Lazy Sé a melhor alternativa para esses casos porestar menos sujeita aos movimentos causados pelas forças ambientais doque as outras configurações acima apresentadas.

A patente US 6.364.022 propõe uma configuração de riser híbridoque é dotado de pelo menos uma seção curva em forma de onda (wave)para garantir a flutuabilidade de um segmento do riser. Na referidapatente, são usados alguns meios para obter a seção curva em forma deonda, inclusive a configuração Lazy S, onde a seção curva se apoiaparcialmente em um arco dotado de flutuadores, que é ancorado no solomarinho por meio de uma poita.

O uso de arco dotado de flutuadores, ancorado no solo marinho,para obter a configuração Lazy S apresenta algumas limitações edesvantagens. Dentre elas pode-se citar o complexo projeto e o alto custodos arcos com flutuadores, as dificuldades de instalação e ancoramento, apossibilidade de movimentação lateral dos arcos devido ao movimento domar. Ademais, cada arco instalado no solo marinho, tem capacidade paraapoiar apenas uma pequena quantidade de risers, o que torna necessáriaa instalação de diversos arcos no solo marinho quando se tem umaquantidade significativa de risers.

A invenção descrita e reivindicada a seguir apresenta umaconcepção mais simples e mais vantajosa em relação aos arcos dotadosde flutuadores e às bóias convencionalmente usadas. A mesma permiteobter a configuração Lazy S para um riser flexível sem a necessidade deflutuadores e sem estar sujeita a deslocamentos laterais devidos aosmovimentos do mar.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Refere-se a presente invenção a uma estrutura submersa fixa,destinada a apoiar risers de produção de petróleo, de modo a gerar emanter a configuração Lazy S, onde são diversas as vantagens emcomparação com o estado da técnica, dentre as quais se podem destacar:simplicidade e baixo custo de construção montagem e instalação; maiorconfiabilidade na operação; menor rigor e freqüência nas inspeçõessubmarinas, além de vantagens associadas ao método de montagem einstalação, como por exemplo, sua economicidade.

A estrutura em questão é apoiada no solo marinho e compreendebasicamente os seguintes elementos:

a. Uma base estrutural constituída de pelo menos uma guia, que éum tubo que se estende por toda a altura da base, e umapluralidade de barras de sustentação rigidamente unidas entre sie à guia, de modo a manter a base apoiada de maneira estável ena posição vertical;

b. Pelo menos uma estaca, cilíndrica, com diâmetro externocompatível com o diâmetro interno da guia e com comprimentosuperior ao desta guia. Apresenta um furo parcial a partir de suaextremidade superior e é posicionada concentricamente à guia,sendo sua extremidade inferior cravada no solo marinho, demodo a manter todo o suporte fixo;

c. Uma viga suporte, constituída por uma barra horizontal e pelomenos um posicionador, ortogonal à barra e rigidamente unido àmesma por uma de suas extremidades, sendo o posicionadorencaixado na estaca de modo a manter a viga suporte solidária atodo o conjunto.

O suporte, objeto desta invenção, em uma de suas concretizaçõespreferidas, é dotado de duas estacas cravadas no solo marinho. Comoconseqüência, a base estrutural, que confere estabilidade ao suporte nofundo do mar, é dotada de duas guias, através das quais as estacas sãoorientadas para serem cravada no solo marinho.

Também é descrito e reivindicado o método de montagem einstalação da invenção, que apresenta vantagens em comparação com oestado da técnica principalmente por sua economicidade.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As características do suporte submarino fixo para risers, objeto dapresente invenção serão mais bem percebidas a partir da descriçãodetalhada, associada às figuras abaixo referenciadas, que representam asconcretizações preferidas para a presente invenção, nas quais:

A FIGURA 1 apresenta uma perspectiva do suporte submarino fixopara risers em uma concretização dotada de apenas uma estaca.

A FIGURA 2 apresenta uma perspectiva do suporte objeto destainvenção em uma concretização alternativa, dotada de duas estacas.

A FIGURA 3 apresenta uma perspectiva da base estrutural dosuporte referente à concretização dotada de apenas uma estaca.

A FIGURA 4 apresenta uma visão em perspectiva da etapa dométodo de montagem e instalação do suporte objeto desta invenção naqual a estaca é descida, posicionada e alinhada com a guia da base estru-tural, na concretização com apenas uma estaca.

A FIGURA 5 apresenta uma visão em perspectiva da etapa dométodo de montagem e instalação do suporte, referente à concretizaçãodotada de apenas uma estaca, na qual uma viga suporte é descida,posicionada e encaixada na estaca já cravada no solo marinho.

A FIGURA 6 apresenta uma visão em perspectiva da base estruturaldo suporte referente à concretização dotada de duas estacas.

A FIGURA 7 apresenta uma visão em perspectiva da etapa dométodo de montagem e instalação do suporte objeto desta invenção naqual uma primeira estaca é descida, posicionada na primeira guia da baseestrutural, na concretização com duas estacas.

A FIGURA 8 apresenta uma visão em perspectiva da etapa dométodo de montagem e instalação do suporte objeto desta invenção naqual uma segunda estaca é descida, posicionada na segunda guia da base estrutural, na concretização com duas estacas.

A FIGURA 9 apresenta a visualização de um detalhe destacado naFigura 8 em escala aumentada.

A FIGURA 10 apresenta uma visão em perspectiva da etapa dométodo de montagem e instalação do suporte, referente à concretizaçãodotada de duas estacas, na qual uma viga suporte é descida, posicionadae encaixada nas estacas já cravadas no solo marinho.

A FIGURA 11 apresenta uma visão em perspectiva do suporte,objeto desta invenção, em operação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Refere-se a presente invenção a uma estrutura submersa fixa,destinada a apoiar risers de produção de petróleo, estando estes risers emoperação ou não, de modo a gerar e manter a configuração Lazy S. Ainvenção é destinada principalmente para suportar risers de unidadesflutuantes em lâminas d'água rasas.

São diversas as vantagens que esta invenção apresenta em compa-ração com o estado da técnica. Dentre estas vantagens pode-se destacar:simplicidade e baixo custo de construção montagem e instalação; maiorconfiabilidade na operação; menor rigor e freqüência nas inspeçõessubmarinas.

Outras vantagens podem ser associadas ao método de montagem einstalação da presente invenção, como por exemplo, sua economicidade,visto que o referido método faz uso de um movimento alternativo geradopelas ondas do mar, dispensando, dessa forma, equipamentosconvencionais para fixação submarina.

A estrutura em questão, doravante denominada "suporte", é apoiadano solo marinho e compreende basicamente os seguintes elementos:

a. Uma base estrutural (2) constituída de pelo menos uma guia (21),que é um tubo que se estende por toda a altura da base (2), euma pluralidade de barras de sustentação (22) rigidamente

unidas entre si e à guia (21), de modo a manter a base (2)apoiada de maneira estável e na posição vertical.

b. Pelo menos uma estaca (3), cilíndrica, com diâmetro externocompatível com o diâmetro interno da guia (21) e comcomprimento superior ao desta guia. Apresenta um furo parcial

(31) a partir de sua extremidade superior (32) e é posicionadaconcentricamente à guia (21), sendo sua extremidade inferior(33) cravada no solo marinho, de modo a manter todo o suportefixo.

c. Uma viga suporte (4), constituída por uma barra horizontal (41) epelo menos um posicionador (42), ortogonal à barra (41) erigidamente unido à mesma por uma de suas extremidades,sendo o posicionador (42) acoplado à estaca (3) de modo amanter a viga suporte (4) unida a todo o conjunto.

A Figura 1 apresenta uma possível concretização para o suporte,objeto desta invenção. Nesta concretização, o suporte é dotado de apenasuma estaca para fixá-lo no solo marinho. Como conseqüência, a baseestrutural, que confere estabilidade ao suporte no fundo do mar, é dotadade apenas uma guia, através da qual a estaca é orientada para sercravada no solo marinho, conforme ilustrado na Figura 3.

A Figura 4 apresenta uma visão em perspectiva da estaca (3)posicionada e alinhada com a guia (21). Para efeitos desta invenção, acompatibilidade entre o diâmetro externo da estaca (3) e o diâmetrointerno da guia (21) pode representar um ajuste com interferência ou umajuste com folga.

A Figura 5 apresenta a base estrutural (2) a estaca (3) e a viga (4),onde a viga (4) está posicionada e alinhada com a estaca (3). A barrahorizontal (41) da viga (4) pode ter seção circular, ter seção semicircularou ter secção trapezoidal, sendo as duas últimas não representadas nasfiguras.

O posicionador (42) da viga (4) pode ser um cilindro maciço, comdiâmetro externo compatível com o diâmetro do furo parcial (31) de modoa se acoplar à estaca (3) por meio do furo parcial (31) atuando como umengate tipo macho, ou pode ser uma camisa cilíndrica, com o diâmetrointerno compatível com o diâmetro da estaca (3), com capacidade para seacoplar à estaca (3) envolvendo sua extremidade, atuando como umengate tipo fêmea.

A Figura 2 apresenta outra possível concretização para o suporte.Nesta concretização, o suporte é dotado de uma primeira e uma segundaestaca (3a) e (3b) para fixá-lo no solo marinho. Como conseqüência, abase estrutural (2), que confere estabilidade ao suporte no fundo do mar, édotada de uma primeira e uma segunda guia (21a) e (21b), através dasquais as estacas (3a) e (3b) são orientadas para serem cravadas no solomarinho, conforme ilustrado na Figura 6.

Nesta segunda concretização, seja qual for o ajuste usado entre asguias (21a) e (21b) e as estacas (3a) e (3b), não é possível o giro da baseestrutural em conseqüência um movimento das águas no fundo do mar,pelo fato de a base estrutural (2) ser fixada em dois pontos distintos.

A Figura 10 apresenta a base estrutural (2), as estacas (3a) e (3b) ea viga (4), onde a viga (4) está posicionada e alinhada com as estacas (3a) e (3b). Da mesma maneira que na primeira concretização, a barrahorizontal (41) da viga (4) pode ter seção circular, ter seção semicircular eou ter secção trapezoidal. Entretanto, nesta concretização, a viga (4)possui um primeiro e um segundo posicionador (42a) e (42b), que podemser cilindros maciços com diâmetro externo compatível com o furo parcial de cada estaca (3a) (3b), atuando como engates tipo macho, ou podemser camisas cilíndricas, com o diâmetro interno compatível com o diâmetrode cada estaca (3a) (3b), atuando como engates tipo fêmea.

As Figuras 3, 4 e 5 representam o método de montagem einstalação do suporte, referente à primeira concretização. Este método compreende as seguintes etapas:

a. Descer a base estrutural (2) até o solo marinho e posicioná-la nolocal adequado previamente definido.

b. Descer a estaca (3) e posicioná-la de maneira alinhada com aguia (21).

c. Inserir a estaca (3) concentricamente no interior da guia (21) ecravá-la no solo marinho.

d. Descer a viga suporte (4) e posicioná-la de modo que oposicionador (42) fique concentricamente alinhado com a estaca(3).

e. Acoplar a viga suporte (4) à estaca (3) por meio do posicionador(42).

As Figuras 6, 7, 8, 9 e 10 representam o método de montagem einstalação do suporte, referente à segunda concretização. Este métodocompreende as seguintes etapas:

a. Descer a base estrutural (2) até o solo marinho e posicioná-la nolocal adequado previamente definido.

b. Descer a primeira estaca (3a) e posicioná-la de maneira alinhadacom a primeira guia (21a).

c. Inserir a primeira estaca (3a) concentricamente no interior daprimeira guia (21a) e cravá-la no solo marinho.

d. Descer a segunda estaca (3b) e posicioná-la de maneira alinhadacom a segunda guia (21b).

e. Inserir a segunda estaca (3b) concentricamente no interiorsegunda da guia (21b) e cravá-la no solo marinho.

f. Descer a viga suporte (4) e posicioná-la de modo que osposicionadores (42a) e (42b) fiquem concentricamente alinhadoscom as estacas (3a) e (3b) respectivamente.

g. Acoplar a viga suporte (4) às estacas (3a) e (3b) por meio dosposicionadores (42a) e (42b).

A descida de todos os elementos até o leito marinho pode ocorrerpor meio de cabo, que pode ser de aço ou de outro material.

Tanto na primeira quanto na segunda concretização, as estacas sãoinseridas no interior das guias e cravadas no solo marinho por meio de umbate-estaca (5), ligado a uma embarcação de serviço na superfície do mar,e que atua no interior do furo parcial de cada estaca, realizando ummovimento alternativo vertical.

A Figura 9, representativa do detalhe 1, apresenta o bate estaca (5)atuando no interior do furo parcial de uma das estacas. Este bate-estaca(5) é ligado à embarcação de serviço por meio de um cabo, que pode serde aço, ou de outro material, e o seu movimento alternativo vertical égerado pelo movimento da embarcação de serviço em conseqüência dasondas na superfície do mar, o que confere ainda maior economicidade aométodo de montagem e instalação.

A figura 11 apresenta uma visão em perspectiva do suportemontado e instalado no solo marinho, operando de modo a apoiar os risersna configuração Lazy S.

A descrição que se fez até aqui do suporte submarino fixo pararisers e método de montagem e instalação, objeto da presente invenção,deve ser considerada apenas como uma possível concretização, equaisquer características particulares devem ser entendidas como algoque foi descrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem serconsideradas Iimitantes da invenção, a qual está limitada apenas aoescopo das reivindicações que seguem.

Claims (13)

1.- SUPORTE SUBMARINO FIXO PARA RISERS, apoiado no solomarinho, caracterizado por compreender:a. Uma base estrutural (2) constituída de pelo menos uma guia(21), que é um tubo que se estende por toda a altura da base(2), e uma pluralidade de barras de sustentação (22)rigidamente unidas entre si e à guia (21), de modo a manter abase (2) apoiada de maneira estável e na posição vertical.b. Pelo menos uma estaca (3), cilíndrica, com diâmetro externocompatível com o diâmetro interno da guia (21) e comcomprimento superior ao desta guia. Apresenta um furoparcial (31) a partir de sua extremidade superior (32) e éposicionada concentricamente à guia (21), sendo suaextremidade inferior (33) cravada no solo, de modo a mantertodo o suporte fixado no leito marinho.c. Uma viga suporte (4), constituída por uma barra horizontal(41) e pelo menos um posicionador (42) rigidamente unido,por uma de suas extremidades, à barra horizontal (41), sendoo posicionador (42) acoplado à estaca (3) de modo a manter aviga suporte (4) unida a todo o conjunto.

2.- Suporte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por acompatibilidade entre o diâmetro externo da estaca (3) e o diâmetrointerno da guia (21) representar um ajuste com interferência.

3.- Suporte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por acompatibilidade entre o diâmetro externo da estaca (3) e o diâmetrointerno da guia (21) representar um ajuste com folga.

4.- Suporte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a barrahorizontal (41) ter seção circular.

5.- Suporte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a barrahorizontal (41) ter seção semicircular.

6.- Suporte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a barrahorizontal (41) ter secção trapezoidal.

7.- Suporte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por oposicionador (41) ser um cilindro maciço com diâmetro externocompatível com o diâmetro do furo parcial (31) de modo a se acoplar àestaca (3) por meio do furo parcial (31) atuando como um engate tipomacho.

8.- Suporte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por oposicionador (41) ser uma camisa cilíndrica com o diâmetro internocompatível com o diâmetro da estaca (3) e se acoplar à estaca (3)envolvendo sua extremidade, atuando como um engate tipo fêmea.

9.- MÉTODO DE MONTAGEM E INSTALAÇÃO DO SUPORTE, definidona reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas:a. Descer a base estrutural (2) até o leito marinho e posicioná-lano local adequado previamente definido.b. Descer a pelo menos uma estaca (3) e posicioná-la demaneira alinhada com a pelo menos uma guia (21).c. Inserir a pelo menos uma estaca (3) concentricamente nointerior da guia (21) e cravá-la no solo marinho.d. Descer a viga suporte (4) e posicioná-la de modo que oposicionador (42) fique concentricamente alinhado com aestaca (3).e. Acoplar a viga suporte (4) à estaca (3) por meio doposicionador (42).

10.- Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a descidade todos os elementos até o leito marinho ocorrer por meio de cabo.

11.- Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a estaca(3) ser inserida no interior da guia (21) e cravada no solo marinho pormeio de um bate-estaca (5), ligado a uma embarcação de serviço nasuperfície do mar, e que atua no interior do furo parcial (31) realizandoum movimento alternativo vertical.

12. - Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o bateestaca (5) ser ligado à embarcação de serviço por meio de um cabo.

13. - Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por omovimento alternativo vertical do bate estaca (5) ser gerado pelomovimento da embarcação de serviço em conseqüência das ondasna superfície do mar.