BRMU8803199U2 - aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos - Google Patents

Abstract

Aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos. Visa obter uma solução simples para o aumento da vida útil do duto, reduzindo a fadiga numa região crítica da sua estrutura, causada por agentes naturais ou não, e absorver todos os movimentos angulares do duto de forma a eliminar os esforços conjugados de dobramento e tração nos dutos. O "aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos de dutos e entre um duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos" contempla o uso de um dispositivo constituído por cinco elementos principais: dois carretéis com dois braços opostos em cada carretel e um olhal na extremidade de cada braço, dois anéis com quatro furos defasados de 90 graus e um segmento de tubo flexível. A montagem dos cinco elementos dá-se pela fixação, através de eixos, dos braços dos dois carretéis aos anéis, e o tubo flexivel, uma vez posicionado no eixo central do dispositivo, tem as suas extremidades fixadas nos carretéis através de parafusos.

Description

APERFEIÇOAMENTO DO PROCESSO PARA CONEXÃO DE UM DUTO COMUMA UNIDADE FLUTUANTE DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E/OU GÁS,ENTRE DOIS TRECHOS DE DUTOS E ENTRE UM DUTO E UMEQUIPAMENTO SUBMERSO, PARA ELIMINAR FADIGA NOS DUTOS.

O pedido de patente de modelo de utilidade de um "aperfeiçoamento doprocesso para conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção depetróleo e/ou gás, entre dois trechos de dutos e entre um duto e umequipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos" foi criado no intuito deresolver um problema crônico na interligação dos poços de petróleo do fundodo mar e os vários tipos de embarcações e plataformas flutuantes de produção.

A produção de petróleo no mar tem demandado o uso em larga escala deplataformas flutuantes de produção. Os cascos destas unidades flutuantespodem ser de vários tipos, tais como: Plataformas semi-submersiveis, naviosde produção do tipo "Floating, Production, Storage and Offloading" (FPSO),navios de armazenamento do tipo "Floating, Storage and Offloading" (FSO),plataformas de pernas tracionadas ou "Tension Leg Platforms", plataforma decoluna cilíndrica ou "Spar Buoys", monobóias e outros tipos.

As plataformas flutuantes de produção normalmente são fixadas no maratravés de várias linhas de ancoragem, cuja quantidade e dimensionamentodependem de uma série de variáveis, tais como: tamanho da unidade,profundidade, condições meteoceanográficas do local de instalação, etc. Cabesalientar também que alguns projetos de plataformas de produção podem,mesmo que raramente, contemplar um sistema de posicionamento através depropulsão própria, conhecido como sistema de posicionamento dinâmico.

Uma vez que as unidades de produção flutuantes estejam posicionadas nasuperfície do mar, existe então a necessidade de que o petróleo provenientedos poços de produção, localizados no fundo do mar, chegue até as unidadesna superfície, para ser processado numa planta existente, ou armazenado.

Futuramente, o petróleo processado e/ou armazenado na unidade flutuante e ogás resultante do processamento precisam ser transferidos para terra, viaoleoduto e gasoduto, ou via navio tanque, que ira descarregar atracado numterminal na costa.

Nas duas formas de escoamento apresentadas, o petróleo proveniente dospoços de produção chegando até a unidade flutuante ou sendo bombeado parafora desta, faz-se necessário o uso de dutos. Estes dutos, por sua vez deverãoestar permanentemente conectados nas suas respectivas unidades flutuantes,pelo período de tempo em que estas estiverem operando, de forma a manter acontinuidade operacional do sistema.

Existem diversos materiais utilizados para a fabricação destes dutos, sendoque os mais comuns são o aço e um compósito feito da combinação do aço ederivados de plástico de alta resistência, sendo possível a sua fabricação emoutros materiais.

Uma vez as unidades flutuantes de produção ou plataformas instaladas, sejamancoradas e com seus dutos de produção ou de escoamento conectados,estas ficarão sujeitas as condições meteoceanográficas do local. Esta situaçãoirá acarretar movimentos da unidade flutuante na superfície do mar, devido àação de ventos, correnteza e ondas. Tais movimentos da plataforma serãotransmitidos consequentemente para todos os elementos conectados nesta,onde se incluem os dutos de produção e/ou escoamento.

As conexões entre os dutos e as suas respectivas unidades de produçãocostumam apresentar problemas de falha e rompimento, comumente devido àfadiga, ocasionada pelos movimentos relativos e constantes entre as duaspartes, no caso a plataforma e os dutos provenientes do leito marinho.

Aliado ao problema da fadiga dos dutos existe ainda o fato destes estaremsubmetidos a elevadas cargas de tração, quando as unidades de produçãoflutuantes são instaladas em grandes profundidades. Estas cargas de traçãoestão diretamente relacionadas ao peso do segmento dos dutos suspensos, ouseja, o trecho entre o leito marinho e a superfície.

Este cenário demonstra que existe uma carga de tração conjugada com umacarga de dobramento ou momento sobre os dutos, na região de sua conexãocom a plataforma.As cargas de tração sozinhas não trazem grandes problemas estruturais aosdutos, ao passo que combinadas com as cargas de dobramento trazemresultados altamente prejudiciais. Portanto, eventualmente acontecemproblemas operacionais específicos nas unidades flutuantes de produção, ouqualquer casco flutuante que tenha dutos conectados neste. Significa que como passar do tempo, pode ocorrer o rompimento parcial ou integral dos dutos, naregião da sua conexão com a plataforma. Isto acarreta a necessidade desubstituição dos dutos danificados, o que se traduz em prejuízos de vulto, poisalém dos custos da operação de substituição dos dutos acrescentam-se oslucros cessantes pela perda de produção da plataforma pelo tempo dasubstituição. Aliado aos problemas devido ao rompimento dos dutos soma-seainda a poluição ambiental ocasionada pelo vazamento de petróleo.O trecho de duto suspenso entre o leito marinho e a unidade flutuante tambémé chamado de "riser" na comunidade técnica da indústria do petróleo, ao passoque o trecho apoiado no leito marinho é chamado de "flow line".

O pedido de patente do modelo de utilidade do "aperfeiçoamento do processopara conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleoe/ou gás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamentosubmerso, para eliminar fadiga nos dutos", tem a função principal de eliminaros esforços de dobramento sobre uma determinada região dos dutos, podendoesta região estar situada não só na extremidade do duto junto à unidadeflutuante, como em qualquer lugar ao longo do comprimento do duto.O aperfeiçoamento do processo, objeto deste pedido de patente de modelo deutilidade, foi idealizado e projetado para permitir a conexão da extremidadesuperior dos dutos com a unidade flutuante; permitir o escoamento de fluidospara dentro e/ou para fora da unidade flutuante através destes dutos, semtransmitir esforços de dobramento na região de conexão com a unidadeflutuante; facilitar a conexão da sua extremidade superior com os dutosexistentes na plataforma; fazer a conexão de vários segmentos de dutosexistente na linha de escoamento do petróleo e fazer a conexão de um dutocom um equipamento submerso.As plataformas de produção, ou quaisquer outros sistemas flutuantes deprodução, necessitam de dutos de produção e ou de escoamento a elasconectadas, de forma a garantir o fluxo continuo de produtos, tais comopetróleo, gás e água.

Visando resolver os problemas dos dutos conectados a unidades marítimasflutuantes, foram criados alguns dispositivos visando desacoplar os esforçoscombinados de tração e flexão na região de conexão entre o duto e a unidade,ou então simplesmente enrijecer a estrutura do duto na região em questão.Uma das soluções atualmente em uso é a aplicação de enrijecedores naextremidade superior dos dutos para aumentar a resistência à flexão daestrutura do duto, na região de sua conexão à plataforma. Estes enrijecedores,que são camisas no formato de um tronco de cone, podem ser fabricados apartir de ligas metálicas ou de material elastomérico, respectivamente paraaplicação em dutos de aço e dutos flexíveis a base de compósitos.

A segunda solução em prática, conforme patente EP 1559941 A1, trata de umacâmara em formato de anel toroidal, com um berço interno de materialelastomérico, visando suportar o duto e simultaneamente permitir a articulaçãoda mesma no interior da câmara.

Existem relatos de que ambas alternativas atualmente em prática jáapresentaram problemas estruturais em algum dos seus componentes, devidoao rompimento do elastômero na câmara do anel toroidal e a soltura, oumesmo rompimento, do enrijecedor. Alie-se a estes problemas, o fato destassoluções serem de custos elevados. Sabe-se que quando ocorre umrompimento desta natureza, implica em acidentes ambientais devido aovazamento de produtos oleosos ou gás, reparo ou substituição dos dutosdanificados, aliado ao lucro cessante da plataforma de produção.As duas soluções acima descritas são as que estão atualmente em uso, dentrode um universo de aplicação ainda limitado. Portanto, algumas alternativasforam propostas, de forma a resolver o problema dos dispositivosmencionados, conforme patentes comentadas a seguir.A patente US 747.411 (PI 8602868 no Brasil) mostra uma junta universalcircundada por vários dutos de fluxo articulados. A concepção descrita nestapatente aparentemente não atende o problema dos dutos, visto que osmesmos devem possuir também vários pontos articulados.

A patente PI 0400422-1 que trata de um tirante preso no "riser", numa regiãopróxima a superfície do mar, e na estrutura da plataforma. A finalidade é a deeliminar parte dos esforços sobre o "riser", na região de conexão do mesmocom a plataforma. Entretanto, na região de conexão do tirante com o "riser",existirão esforços combinados de tração e flexão que poderá comprometer aestrutura do "riser", aliado ao fato de que os esforços na conexão do "riser" coma plataforma não serão totalmente eliminados.

A patente PI 9605669-0 A, descreve um sistema para fixação do "riser" a umaestrutura localizada na superfície do mar. Neste sistema, utilizam-se tubos guiapara evitar os movimentos e contato dos "risers" com a estrutura da plataforma,bem como a conexão do enrijecedor do "riser" na base do duto guia. Entretantoeste sistema é caracterizado pela solução já mencionada de tentar eliminar osesforços sobre a estrutura do "riser", através da utilização do elementoenrijecedor preso a este, a qual ainda traz problemas pela soltura eventual doenrijecedor.

A patente US 4.097.072 descreve um conjunto para a transferência deprodutos, com uma mangueira flexível no centro do conjunto e circundada poruma junta cardan esbelta, sendo a conexão entre a mangueira e os trechos dedutos rígidos feitos com flanges rotativos. Entretanto, para os dutos, edispositivo a eles interligados, de plataformas de produção de petróleo e/ou gásdo tipo "riser" operando em águas profundas - que podem chegar a 3.000 m deprofundidade -, submetidos e elevadas pressões internas - que podem chegara 210 bar - e/ou externas - que podem chegar 300 bar - , e ainda por umperíodo de tempo que pode durar até 30 anos, cuidados especiais deverão sertomados com relação ao trecho de duto flexível do dispositivo, de forma a evitara sua ruptura, principalmente após um longo ciclo de cargas de flexão.

Também os elementos estruturais da junta cardan e seus braços de suporteirão estar submetidos a elevadas forças de tração, que podem chegar a 4.000KN, por um longo período de tempo. Portanto, a presente patente de modelode utilidade oferece um processo que permite o fluxo de petróleo ou gás,operando a elevadas pressões internas e externas, bem como suportandoelevadas cargas de tração combinadas com flexão, de forma segura e confiávelpor vários anos.

O sistema descrito na patente PI 0505400-1 A, mostra um suporte articuladopara o "riser". Esta concepção, por se tratar de um suporte que é encamisadona extremidade superior do "riser", não ira atenuar os inconvenientesrelacionados a dobramento e fadiga na estrutura dos "risers", pelo fato doterminal superior do "riser" estar preso num duto rígido da unidade flutuante.Sabe-se ainda que a falha ou rompimento dos dutos demandam reparos queimplicam no uso de barcos especializados em operações de lançamento dedutos rígidos ou flexíveis. Estes barcos são dotados de carreteis ou cestas paraarmazenamento, aparelhos para tracionamento e outros dispositivos especiaisnecessários às operações de lançamento e reparo dos dutos.A movimentação de longos trechos de dutos, seu carregamento, transporte e aoperação de instalação que se faça necessária, irá necessitar sempre do usode barcos de lançamento de dutos. Entretanto, estas embarcações nemsempre estão disponíveis no mercado, no caso de uma demanda urgente.

O mérito do pedido de patente de modelo de utilidade do "aperfeiçoamento doprocesso para conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção depetróleo e/ou gás, entre dois trechos de dutos e entre um duto e umequipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos" é o de permitir umasolução simples para o aumento da vida útil do duto, reduzindo a fadiga numaregião crítica da sua estrutura, causada por agentes naturais ou não, eabsorver todos os movimentos angulares do duto, de forma a eliminar osesforços conjugados de dobramento e tração nos dutos.

O "aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto com uma unidadeflutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos de dutos e entreum duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos"contempla o uso de um dispositivo constituído por cinco elementos principais:dois carreteis com dois braços estruturais opostos e um olhai na extremidadede cada braço, dois anéis com quatro furos defasados de 90 graus e umsegmento de tubo flexível. A montagem dos cinco elementos dá-se pelafixação, através de eixos, dos braços dos dois carreteis aos anéis, e o dutoflexível, uma vez posicionado no eixo central do dispositivo, tem as suasextremidades fixadas nos carreteis através de parafusos. A montagem finalmostra então uma junta universal com um duto flexível preso no eixo central.

O duto flexível deste pedido de patente de modelo de utilidade deverá serdimensionado basicamente para a pressão, flexão, temperatura e composiçãoquímica do fluxo de produto, pois os esforços conjugados de dobramento e detração serão capturados pela estrutura da junta universal. As extremidadesflangeadas do dispositivo irão permitir e facilitar as conexões no mesmo.

Como já mencionado, a utilização deste "aperfeiçoamento do processo paraconexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ougás, entre dois trechos de dutos e entre um duto e um equipamento submerso,para eliminar fadiga nos dutos" é abrangente a qualquer tipo de duto, sendoque a sua aplicação pode ser em qualquer das duas extremidades do duto,desde que seja para resolver os problemas de fadiga decorrente das cargas deflexão conjugada com tração. Desta forma, um dos possíveis locais para aaplicação deste modelo de utilidade deverá ser na estrutura de uma unidadeflutuante ou plataforma, no local de conexão do duto que chega até esta.

Outro possível local para a aplicação do modelo de utilidade é num trecho do"riser" de uma plataforma, na região próxima de contato do "riser" com o leitomarinho. Este local de contato, conhecido como "touch down point", é ondetambém se observa problemas de fadiga devido a um dobramento cíclico do"riser".

Uma outra possível posição para aplicação da patente do modelo de utilidade éentre um equipamento submerso apoiado no leito marinho, como exemplo, umcoletor de petróleo de vários poços de produção conhecido como "manifold", eum duto.O pedido de patente de modelo de utilidade de um "aperfeiçoamento doprocesso para conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção depetróleo e/ou gás, entre dois trechos de dutos e entre um duto e umequipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos" poderá ser mais bemcompreendido a partir das ilustrações feitas a seguir, com os desenhos quefazem parte desse relatório descritivo. Contudo, cabe salientar que pelo fatodos desenhos serem ilustrações de uma concretização especifica do modelode utilidade, não podem ser considerados como limitadores do mesmo, umavez que este pode receber outros detalhes construtivos equivalentes paraatender o seu objetivo.

Figura 1 - Vista isométrica

1 - Dispositivo que contempla o "aperfeiçoamento do processopara conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleoe/ou gás, entre dois trechos de dutos e entre um duto e um equipamentosubmerso, para eliminar fadiga nos dutos".

Figura 2 - Vista isométrica explodida do dispositivo que contempla o"aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto com uma unidadeflutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos de dutos e entreum duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nos dutos".

2 - carretei com terminações flangeadas, para ser conectado naplataforma ou duto.

3 - ressalto cilíndrico.

4 - duto flexível.

5 - braços estruturais iguais, presos e solidários diametralmenteopostos em relação ao carretei (2).

6 - olhais de fixação.

7 - carretei com terminações flangeadas, para ser conectado noduto ou equipamento submerso.

8 - braços estruturais iguais, presos e solidários diametralmenteopostos em relação ao carretei (7).9 - anel externo com quatro furos simetricamente defasados de90 graus.

10 - anel interno com quatro furos simetricamente defasados de90 graus.

11 - quatro eixos, com cabeça numa extremidade e rosca naoutra, para fixar os olhais dos braços (5) e (8) aos furos dos anéis (9) e (10), deforma a permitir que os braços articulem ortogonalmente entre si.

12 - porca para ser rosqueada nas extremidades dos eixos (11).

Figura 3 - Vista lateral ilustrativa, de uma forma de fixação do dispositivoque contempla o "aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto comuma unidade flutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos dedutos e entre um duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nosdutos" no casco de uma plataforma, com detalhe.

1 - Dispositivo que contempla o "aperfeiçoamento do processopara conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleoe/ou gás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamentosubmerso, para eliminar fadiga nos dutos".

13 - plataforma flutuante.

14-duto.

15 - ponto de contato do duto com leito marinho ou "touch downpoint"(16).

16 - leito Marinho.

Figura 4 - Vista lateral ilustrativa da conexão entre o dispositivo quecontempla o "aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos dedutos e entre um duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nosdutos" e dois trechos de duto.

1 - Dispositivo que contempla o "aperfeiçoamento do processopara conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleoe/ou gás, entre dois trechos de dutos e entre um duto e um equipamentosubmerso, para eliminar fadiga nos dutos".13 - plataforma flutuante.

14-duto.

15 - ponto de contato do duto com leito marinho ou "touch downpoint"(16).

16 - leito Marinho.

Figura 5 - Vista lateral ilustrativa da conexão entre o dispositivo quecontempla o "aperfeiçoamento do processo para conexão de um duto com umaunidade flutuante de produção de petróleo e/ou gás, entre dois trechos dedutos e entre um duto e um equipamento submerso, para eliminar fadiga nosdutos" e um equipamento submerso do tipo "manifold".

1 - Dispositivo que contempla o "aperfeiçoamento do processopara conexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleoe/ou gás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamentosubmerso, para eliminar fadiga nos dutos".

13 - plataforma flutuante.

14-duto.

16 - leito Marinho.

17 - bóia submersa.

18 - um equipamento submerso, do tipo coletor de petróleo devários poços de produção conhecido como "manifold".

Claims (5)

QUADRO REIVINDICATORIO

1. - Patente de modelo de utilidade de um "aperfeiçoamento do processo paraconexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ougás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamento submerso,para eliminar fadiga nos dutos", caracterizado por aumentar a vida útil dosdutos, devido a eliminação da fadiga ocasionada pelos esforços conjugados deflexão e tração nos dutos, através do uso de uma junta cardan para separar esuportar os esforços de tração, e do uso de um trecho de duto flexívelencamisado pela estrutura de cardan, para suportar os esforços de flexão, bemcomo elevadas pressões internas e ou externas, e este duto flexível resistirainda as características físico-químicas do petróleo ou gás, quando estes estãoconectados numa plataforma flutuante de produção de petróleo ou gás,conectados entre si e/ou conectados a um equipamento submarino.

2. - Patente de modelo de utilidade de um "aperfeiçoamento do processo paraconexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ougás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamento submerso,para eliminar fadiga nos dutos", conforme reivindicação 1, caracterizado por serutilizado para conexão do duto com qualquer tipo de plataforma flutuante deprodução de petróleo e/ou gás, conforme exemplo mostrado na Figura 3.

3. - Patente de modelo de utilidade de um "aperfeiçoamento do processo paraconexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ougás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamento submerso,para eliminar fadiga nos dutos", conforme reivindicação 1, caracterizado por serutilizado para conexão do duto com outro duto de plataforma flutuante deprodução de petróleo e/ou gás, conforme exemplo mostrado na Figura 4.

4.

- Patente de modelo de utilidade de um "aperfeiçoamento do processo paraconexão de um duto com uma unidade flutuante de produção de petróleo e/ougás, entre dois trechos de duto e entre um duto e um equipamento submerso,para eliminar fadiga nos dutos", conforme reivindicação 1, caracterizado por serutilizado para conexão do duto de qualquer tipo de plataforma flutuante deprodução de petróleo e/ou gás com um equipamento submerso, conformeexemplo mostrado na Figura 5.