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BR102016021963B1 - Sistema e método autônomo de travamento de suporte de riser - Google Patents

Sistema e método autônomo de travamento de suporte de riser Download PDF

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BR102016021963B1
BR102016021963B1 BR102016021963-9A BR102016021963A BR102016021963B1 BR 102016021963 B1 BR102016021963 B1 BR 102016021963B1 BR 102016021963 A BR102016021963 A BR 102016021963A BR 102016021963 B1 BR102016021963 B1 BR 102016021963B1
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BR
Brazil
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locking
support
riser
locking device
counter
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BR102016021963-9A
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Sérgio Batista De Barros
Marcelo Costa Vitiello
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Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
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Publication date
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Priority to AU2017232139A priority patent/AU2017232139B2/en
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Priority to CA2980331A priority patent/CA2980331C/en
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Abstract

sistema e método autônomo de travamento de suporte de riser a presente invenção está relacionada a sistemas de travamento de conectores de risers em unidades de produção de petróleo. nesse cenário, a presente invenção provê um sistema autônomo de travamento de suporte de riser, o sistema compreendendo (i) um suporte de riser (32) conectado em sua extremidade inferior a um riser submerso (34) e em sua extremidade superior a um elemento de tração (30), (ii) um balcão de suporte (20) compreendendo uma abertura passante (22) por meio da qual atravessam o elemento de tração (30) e pelo menos parte do suporte de riser (32), (iii) um dispositivo de travamento (40) posicionado sobre o balcão de suporte (20), o dispositivo de travamento (40) sendo deslizante com relação ao balcão de suporte (20) e acionado por um meio de aciona-mento (48), em que o dispositivo de travamento (40) é deslizante entre uma posição de destravamento e uma posição de travamento sobre a abertura passante (22), em que, na posição de travamento, o dispositivo de travamento (40) é engatável de modo travante em um conector (38) do suporte de riser (32) após o conector (38) ter atravessado a abertura passante (22) do balcão de suporte (20). a presente invenção ainda provê um método autônomo de travamento de suporte de riser associado ao sistema acima descrito.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção está relacionada a sistemas de travamento de conectores de risers em unidades de produção de petróleo.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] Com a descoberta de campos produtores de hidrocarbonetos localizados em laminas d'água cada vez mais profundas, a utilização de estruturas rígidas fixadas no leito do mar, destinadas à instalação dos equipamentos de produção, tornou-se cada dia mais complexa. Em alguns casos, devido às condições peculiares da região onde se situa o campo produtor de hidrocarbonetos, sua utilização torna-se inviável.
[0003] Em períodos mais recentes, as estruturas flutuantes vêm se tornando uma alternativa cada vez mais empregada para a instalação dos equipamentos de produção, pois, normalmente, apresentam uma opção de custo inferior quando comparadas às estruturas fixas.
[0004] A produção de petróleo em águas profundas utiliza em larga escala dutos ascendentes, conhecidos como risers. Esta tubulação, que pode ser flexível ou rígida, coleta o petróleo produzido pelo poço submarino, transportando- o até uma unidade flutuante e, em seguida, para navios-tanques ou diretamente para instalações em terra.
[0005] A instalação e desinstalação dos risers na estrutura da unidade flutuante são conhecidas como operações de pull-in e pull-out, onde um cabo de pull-in/out, conectado a um sistema de suportação submerso que suporta o riser, suspende o conjunto riser e sistema de suportação até que o conector deste último se encaixe em um suporte da unidade estacionária de produção (UEP) e possa ser assentado e travado manualmente.
[0006] A empresa SBM desenvolveu um sistema de cunhas para assentamento e travamento dos conectores dos sistemas de suportação, em especial para os sistemas de suportação do tipo l-tube, ilustrado na figura 1.
[0007] O assentamento e travamento do conector do sistema de suportação é realizado com auxílio de mergulhadores, já que tais operações não são completamente automatizadas.
[0008] Entretanto, uma vez que o procedimento de instalação de risers flexíveis convencionalmente empregado no estado da técnica exige o emprego de mergulhador e mobilização de navios de apoio, tal procedimento acaba ficando sujeito às condições marítimas em um determinado período de tempo. Essa dependência das condições climáticas pode gerar atrasos imprevistos nos projetos devido aos longos períodos de espera por uma boa condição de mergulho.
[0009] Na tentativa de solução desse problema, algumas técnicas de assentamento e travamento de sistemas de suportação de risers são observadas no estado da técnica. Algumas delas são brevemente descritas abaixo.
[0010] O documento US7373986B2 revela um conector para riser compreendendo um sistema de travamento de duplo clique. Na operação de puffin, um enlargamento ou junta posicionado na porção superior de um riser adentra um receptáculo fixado à estrutura de uma plataforma. A junta ou enlargamento compreende superfícies de suporte compreendendo carnes que se encaixam em recessos do receptáculo. Os receptáculos estão arranjados lado a lado e o encaixe dos carnes é guiado por guias que deslocam os carnes angularmente até que os mesmos estejam posicionados sobre os recessos. Em seguida, o riser é baixado até que os carnes se encaixem nos recessos.
[0011] O documento US5947642A descreve um dispositivo para acoplamento de riser flexível compreendendo um enrijecedor dotado de um ressalto e uma trava angularmente móvel adaptada para travamento automático do ressalto quando da elevação do enrijecedor para dentro de um receptáculo cilíndrico.
[0012] O documento US7967070B2 também revela um conector compreendendo um conjunto de funil guia a ser acoplado a uma estrutura submarina, em que o conjunto de funil guia recebe uma haste. A haste é acoplada a um enrijecedor. Um conjunto de travamento é acoplado ao conjunto de funil guia, em que o conjunto de travamento compreende um dispositivo de travamento. Travas movem-se para dentro e para fora do conjunto de funil guia, em que as travas são inseridas em recessos da haste para travamento da movimentação axial da haste com relação ao conjunto de funil guia. O conector é instalado e travado usando um veículo operado remotamente (ROV - do inglês, Remotely Operated Vehicle).
[0013] Apesar de o estado da técnica compreender diversos dispositivos e sistemas para travamento de sistemas de suportação ou enrijecedores de risers, muitos deles são complexos e/ou necessitam de ajustes precisos para o referido travamento. Ademais, muitos irão necessitar ao menos de assistência de um ROV, o que pode inviabilizar a operação de pull-in/out em condições marítimas extremas.
[0014] Como será detalhado adiante, a presente invenção provê uma alternativa simples e com baixo custo para assentamento e travamento automático de sistemas de suportação.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0015] A presente invenção tem por objetivo principal prover um sistema e método autônomo de travamento de suporte de riser que independa de mergulho para travamento e destravamento manual do sistema ou da necessidade de assistência de um ROV.
[0016] Assim, de forma a alcançar tal objetivo, a presente invenção provê um sistema autônomo de travamento de suporte de riser, compreendendo (i) um suporte de riser conectado em sua extremidade inferior a um riser submerso e em sua extremidade superior a um elemento de tração, (ii) um balcão de suporte compreendendo uma abertura passante por meio da qual atravessam o elemento de tração e pelo menos parte do suporte de riser e (iii) um dispositivo de travamento posicionado sobre o balcão de suporte, o dispositivo de travamento sendo deslizante com relação ao balcão de suporte e acionado por um meio de acionamento, em que o dispositivo de travamento é deslizante entre uma posição de destravamento e uma posição de travamento sobre a abertura passante, em que, na posição de travamento, o dispositivo de travamento é engatável de modo travante em um conector do suporte de riser após o conector ter atravessado a abertura passante do balcão de suporte.
[0017] A presente invenção ainda provê um método autônomo de travamento de suporte de riser, compreendendo as etapas de (i) atravessar, através de uma abertura passante de um balcão de suporte, pelo menos parte de um suporte de riser conectado em sua extremidade inferior a um riser submerso e em sua extremidade superior a um elemento de tração e (ii) deslizar, com relação ao balcão de suporte, um dispositivo de travamento posicionado sobre o balcão de suporte, o dispositivo de travamento sendo acionado por um meio de acionamento, em que o dispositivo de travamento é deslizante entre uma posição de destravamento e uma posição de travamento sobre a abertura passante, em que, na posição de travamento, o dispositivo de travamento é engatável de modo travante em um conector do suporte de riser após o conector ter atravessado a abertura passante do balcão de suporte.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0018] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência, representando as modalidades da presente invenção.
[0019] A figura 1 ilustra um sistema de cunhas para assentamento e travamento de conectores de sistemas de suportação do tipo l-tube como conhecido no estado da técnica.
[0020] A figura 2 ilustra uma vista isométrica de uma porção de um casco de uma UEP onde pode é instalado o sistema da presente invenção.
[0021] A figura 3 ilustra uma vista isométrica detalhada de uma concretização preferencial do sistema da presente invenção em uma posição de travamento.
[0022] A figura 4 ilustra uma vista isométrica da concretização preferencial do sistema da presente invenção em uma posição destravada onde um conector ainda não atravessou uma abertura passante de um balcão de suporte.
[0023] A figura 5 ilustra uma vista isométrica da concretização preferencial do sistema da presente invenção em uma posição destravada onde o conector está atravessando a abertura passante do balcão de suporte.
[0024] A figura 6 ilustra uma vista isométrica da concretização preferencial do sistema da presente invenção em uma posição destravada onde o conector já atravessou a abertura passante do balcão de suporte.
[0025] A figura 7 ilustra uma vista isométrica da concretização preferencial do sistema da presente invenção em uma posição intermediária onde um dispositivo de travamento está em deslocamento para travamento do conector.
[0026] A figura 8 ilustra uma vista isométrica detalhada da concretização preferencial do sistema da presente invenção na posição de travamento.
[0027] A figura 9 ilustra uma vista isométrica detalhada do dispositivo de travamento de acordo com a concretização preferencial da presente invenção.
[0028] A figura 10 ilustra quatro vistas do dispositivo de travamento da figura 9, sendo elas uma vista frontal, uma vista lateral, uma vista inferior e uma vista isométrica inferior.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0029] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.
[0030] As figuras 2 a 8 ilustram vistas isométricas de uma porção de um casco 10 de uma UEP onde o sistema da presente invenção é instalado.
[0031] A presente invenção compreende um balcão de suporte 20, que fica preferencialmente submerso, compreendendo uma abertura passante 22 por meio da qual atravessam um elemento de tração 30, que é preferencialmente um cabo de aço, e pelo menos parte de um suporte de riser 32. O balcão de suporte 20 é fixo com relação ao casco 10 da UEP.
[0032] Um suporte de riser 32, que também compõe o sistema proposto, é conectado em sua extremidade inferior a um riser submerso 34 e em sua extremidade superior ao elemento de tração 30.
[0033] Preferencialmente, o suporte de riser 32 é um suporte do tipo I- tube ou do tipo boca de sino multifuncional (BSMF), comumente empregados para suportar risers em UEPs.
[0034] Opcionalmente, o elemento de tração 30 passa por uma polia de desvio 36 adaptada para direcionar o carregamento do suporte de riser 32 e, consequentemente, do riser submerso 34.
[0035] Uma vez que o elemento de tração 30 e pelo menos parte do suporte de riser 32 tenham atravessado a abertura passante 22, através do tensionamento do elemento de tração 30, pode-se realizar o travamento do suporte de riser 32 com relação ao balcão de suporte 20 através de um dispositivo de travamento 40 posicionado sobre o mesmo.
[0036] O dispositivo de travamento 40 é deslizante entre uma posição de destravamento (figuras 4 a 6), afastada da abertura passante 22, e uma posição de travamento (figura 8) sobre a abertura passante 22.
[0037] Preferencialmente, o dispositivo de travamento 40 é deslizante sobre pelo menos um trilho 24 posicionado sobre o balcão de suporte 20. Mais preferencialmente, dois trilhos são providos sobre o balcão de suporte 20 para deslizamento do dispositivo de travamento 40, como ilustrado no detalhe da figura 2. Opcionalmente, batentes 25 são posicionados na extremidade de cada trilho para limitar a movimentação do dispositivo de travamento 40.
[0038] Na posição de travamento, o dispositivo de travamento 40 é engatável de modo travante em um conector 38 do suporte de riser 32 após o conector 38 ter atravessado a abertura passante 22 do balcão de suporte 20. O conector 38 compreende preferencialmente um ressalto anelar para engate no dispositivo de travamento 40.
[0039] Preferencialmente, o dispositivo de travamento 40 compreende um formato de ferradura onde há uma abertura frontal 42 para posicionamento do referido dispositivo de travamento 40 em torno do conector 38 do suporte de riser 32 e engate no ressalto anelar do mesmo.
[0040] Preferencialmente, o dispositivo de travamento 40 é travável na posição de travamento através de pelo menos um pino de travamento 44 engatável em pelo menos um orifício de travamento 26 do balcão de suporte 20 (figura 2). Mais preferencialmente, dois pinos de travamento são providos para engate em dois orifícios de travamento do balcão de suporte 20.
[0041] Preferencialmente, o pelo menos um pino de travamento 44 é acionado por pelo menos um cilindro hidráulico de travamento 46. Assim, quando o dispositivo de travamento 40 encontra-se na posição de travamento, o pelo menos um cilindro hidráulico de travamento 46 aciona o pelo menos um pino de travamento 44 para engate no pelo menos um orifício de travamento 26 do balcão de suporte 20 e travamento do suporte de riser 32. Para destravamento do sistema, o pelo menos um cilindro hidráulico de travamento 46 é acionado de modo a desengatar o pelo menos um pino de travamento 44 do pelo menos um orifício de travamento 26 do balcão de suporte 20. Dessa forma, o dispositivo de travamento 40 passa a ficar livre para movimentação entre as posições de travamento e destravamento.
[0042] O deslizamento do dispositivo de travamento 40 entre as posições de travamento e destravamento é realizado através de um meio de acionamento 48. Preferencialmente, o meio de acionamento 48 é pelo menos um cilindro hidráulico de deslocamento fixado em uma extremidade ao dispositivo de travamento 40 e em outra extremidade a um elemento de fixação 49 do balcão de suporte 20.
[0043] Opcionalmente, o dispositivo de travamento 40 compreende uma superfície superior, que vai contatar o conector 38 do suporte de riser 32, inclinada em pelo menos uma direção com relação à sua superfície inferior, como ilustrado nas vistas frontal e lateral da figura 10. Como pode ser observado, ângulos X e Y são formados em duas direções perpendiculares entre si para um melhor engate da superfície superior do dispositivo de travamento 40 com o conector 38 do suporte de riser 32. Os ângulos X e Y irão variar de acordo com o ângulo de catenária e/ou ângulo de azimute do riser 34.
[0044] Opcionalmente, um capacete centralizador 37 é provido no interior do suporte de riser 32. Ainda opcionalmente, uma junta flexível 39 (flex joint) é provida na extremidade superior do riser 34.
[0045] Opcionalmente, cada um dos componentes do sistema da presente invenção pode ser tratado com pelo menos um de revestimento deslizante, no caso de partes móveis, e revestimento anti-incrustante.
[0046] A presente invenção também provê um método associado ao sistema acima proposto, compreendendo as etapas de:(a) atravessar, através da abertura passante 22 do balcão de suporte 20, pelo menos parte do suporte de riser 32 conectado em sua extremidade inferior ao riser submerso 34 e em sua extremidade superior ao elemento de tração 30; e(b) deslizar, com relação ao balcão de suporte 20, o dispositivo de travamento 40 posicionado sobre o balcão de suporte 20, o dispositivo de travamento 40 sendo acionado pelo meio de acionamento 48,em que o dispositivo de travamento 40 é deslizante entre a posição de destravamento e a posição de travamento sobre a abertura passante 22, em que, na posição de travamento, o dispositivo de travamento 40 é engatável de modo travante no conector 38 do suporte de riser 32 após o conector 38 ter atravessado a abertura passante 22 do balcão de suporte 20.
[0047] Preferencialmente, o método da presente invenção compreende a etapa adicional de travar o dispositivo de travamento 40 na posição de travamento através de pelo menos um pino de travamento 44 engatável em pelo menos um orifício de travamento 26 do balcão de suporte 20.
[0048] Preferencialmente, o método da presente invenção compreende a etapa adicional de destravar o dispositivo de travamento 40 na posição de travamento através do desengate de pelo menos um pino de travamento 44 do pelo menos um orifício de travamento 26 do balcão de suporte 20.
[0049] Assim, a presente invenção provê um sistema e um método autônomos de travamento de suporte de riser que independem de mergulho para travamento e destravamento manual do sistema ou da necessidade de assistência de um ROV.
[0050] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims (12)

1. Sistema autônomo de travamento de suporte de riser, caracterizado por compreender:um suporte de riser (32) conectado em sua extremidade inferior a um riser submerso (34) e em sua extremidade superior a um elemento de tração (30);um balcão de suporte (20) compreendendo uma abertura passante (22) por meio da qual atravessam o elemento de tração (30) e pelo menos parte do suporte de riser (32);um dispositivo de travamento (40) posicionado sobre o balcão de suporte (20), o dispositivo de travamento (40) sendo deslizante com relação ao balcão de suporte (20) e acionado por um meio de acionamento (48);em que o dispositivo de travamento (40) é deslizante entre uma posição de destravamento e uma posição de travamento sobre a abertura passante (22),em que, na posição de travamento, o dispositivo de travamento (40) é engatável de modo travante em um conector (38) do suporte de riser (32) após o conector (38) ter atravessado a abertura passante (22) do balcão de suporte (20).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de travamento (40) ser deslizante sobre pelo menos um trilho (24) posicionado sobre o balcão de suporte (20).
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o dispositivo de travamento (40) ser travável na posição de travamento através de pelo menos um pino de travamento (44) engatável em pelo menos um orifício de travamento (26) do balcão de suporte (20).
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o pelo menos um pino de travamento (44) ser acionado por pelo menos um cilindro hidráulico de travamento (46).
5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o meio de acionamento (48) ser pelo menos um cilindro hidráulico de deslocamento.
6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o dispositivo de travamento (40) compreender um formato de ferradura onde há uma abertura frontal (42) para posicionamento do referido dispositivo de travamento (40) em torno do conector (38) do suporte de riser (32).
7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o dispositivo de travamento (40) compreender uma superfície superior, que contata o conector (38) do suporte de riser (32), inclinada (X, Y) em pelo menos uma direção com relação a uma superfície inferior.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a inclinação (X, Y) da superfície superior do dispositivo de travamento (40) com relação a pelo menos uma direção ser correspondente a pelo menos um de ângulo de catenária e ângulo de azimute do riser (34).
9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o suporte de riser (32) ser um suporte do tipo l-tube ou BSMF.
10. Método autônomo de travamento de suporte de riser, caracterizado por compreender as etapas de:atravessar, através de uma abertura passante (22) de um balcão de suporte (20), pelo menos parte de um suporte de riser (32) conectado em sua extremidade inferior a um riser submerso (34) e em sua extremidade superior a um elemento de tração (30);deslizar, com relação ao balcão de suporte (20), um dispositivo de travamento (40) posicionado sobre o balcão de suporte (20), o dispositivo de travamento (40) sendo acionado por um meio de acionamento (48),em que o dispositivo de travamento (40) é deslizante entre uma posição de destravamento e uma posição de travamento sobre a abertura passante (22),em que, na posição de travamento, o dispositivo de travamento (40) é engatável de modo travante em um conector (38) do suporte de riser (32) após o conector (38) ter atravessado a abertura passante (22) do balcão de suporte (20).
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender a etapa adicional de travar o dispositivo de travamento (40) na posição de travamento através de pelo menos um pino de travamento (44) engatável em pelo menos um orifício de travamento (26) do balcão de suporte (20).
12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por compreender a etapa adicional de destravar o dispositivo de travamento (40) na posição de travamento através do desengate de pelo menos um pino de travamento (44) do pelo menos um orifício de travamento (26) do balcão de suporte (20).
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