BRPI0403555B1 - Método de acoplamento e fixação de enrijecedores de curvatura em dispositivos bocas de sino - Google Patents

Description

método de acoplamento e fixação de enrijecedores de CURVATURA EM DISPOSITIVOS BOCAS DE SINO

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a um elemento e um método para posicionamento de enrijecedor de curvatura no interior de um dispositivo denominado boca de sino, em um sistema de acoplamento de dutos flexíveis. Mais particularmente, a presente invenção utiliza um elemento flutuante adicional para conferir flutuabilidade a um enrijecedor de curvatura, e manter o dito enrijecedor acoplado e fixado ao dito dispositivo boca de sino.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Para produção de petróleo em alto mar são utilizadas unidades flutuantes de produção que necessitam de dutos flexíveis para a elevação e escoamento de petróleo e gás. Em sistemas de acoplamento dos dutos flexíveis às unidades 15 flutuantes de produção são utilizados dispositivos denominados boca de sino, fixos nas unidades flutuantes de produção.

Um dispositivo boca de sino tem como função principal o acoplamento e a fixação do acessório chamado enrijecedor de curvatura às unidades flutuantes de produção. A dita fixação ocorre para limitar o dobra mento e evitar curvaturas 2 o críticas da linha flexível na interface com o conector de extremidade do duto flexível. Outra característica é evitar a concentração de tensões na extremidade de conexão do duto flexível à unidade flutuante de produção, este fato, minimiza os esforços de fadiga na armadura de tração e, conseqüentemente, evita a ruptura da linha flexível (denominada "riser").

Na patente US 6.220,303, é descrito um enrijecedor de curvatura, o qual pode ser instalado/fixado ao dispositivo boca de sino de diversas maneiras, de forma que a sua instalação irá depender do sistema de acoplamento do duto flexível à unidade flutuante de produção. O dito acoplamento ocorre preferencial mente por meio do dispositivo boca de sino. O dito dispositivo boca de sino é utilizado quando o acoplamento do duto flexível está situado em um convés emerso, no qual a rixação submersa é necessária, por exemplo, para aumentar o número de dutos flexíveis instalados em um espaço reduzido, ou ainda evitar o contato dos dutos flexíveis com a estrutura e com o sistema de ancoragem.

Entretanto, para instalação/fixaçào do enrijecedor de curvatura ao dispositivo boca de sino é sempre necessário o emprego de unidades de trava mento mecânico. As unidades de travamento mecânico são equipamentos especializados, conhecidos como "dogs". A Figura t e a Figura 2, aqui anexadas a título explicativo, mostram um sistema de instalação/fixaçâo de enrijecedores de curvatura aos dispositivos boca de sino.

De acordo com as Figura 1 e Figura 2, os sistemas hoje existentes para instalação/fixaçâo de enrijecedores de curvatura em dispositivos boca de sino são compostos por unidades de travamento mecânico conhecidos como "dog". Os enrijecedores de curvatura são providos adicionalmente de um acessório de instalação/fixaçâo, o qual é conhecido como capacete metálico.

Este acessório é fixado ao enrijecedor de curvatura no processo de fabricação do dito enrijecedor de curvatura. Este acessório juntamente com as unidades de travamento mecânico, acoplados ao duto flexível permitirão a instalação/fixaçâo do duto flexível ao dispositivo boca de sino.

Entretanto, nos sistemas de instalação/fixação, os quais são providos de "dogs", como por exemplo, o acima mencionado e ilustrado pela Figura 1 e pela Figura 2, ocorrem as seguintes desvantagens: - Danos ao corpo do duto flexível devido ao atrito com a parte interna do acessório adicional capacete metálico, o qual esta acoplado ao enrijecedor de curvatura; - Travamento deficiente das unidades de travamento mecânico, "dogs", o que ocasiona a queda do enrijecedor de curvatura do dispositivo boca de sino e consequentes danos estruturais nas linhas flexíveis com impactos na segurança de pessoas, das instalações e do meio ambiente; - Necessidade de colares batentes para segurança na instalação devido ao risco de queda dos enrijecedores durante as operações dé conexão (pull in) e desconexão <pull out) dos dutos flexíveis às unidades flutuàntes de produção; - Necessidade de adaptação de unidades de travamento auxiliar para garantir o fechamento das unidades de travamento mecânico, "dogs"; - Necessidade de inspeções periódicas com recurso de mergulhadores para verificação da integridade da fixação do enrijecedor de curvatura ao dispositivo boca de sino; - Falhas no sistema de acoplamento do enrijecedor de curvatura â estrutura do capacete metálico; - Ruptura do enrijecedor de curvatura por fadiga na interface anel de engastamento metálico/polímero.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO é um óbjetivo da presente invenção proporcionar um elemento para aliviar as deficiências acima descritas do estado da técnica. Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um método para fixação de um elemento flutuante para conferir flutuabilidade a um enríjecedor de curvatura, e manter o dito enrijecedor acoplado e fixado a um dispositivo boca de sino. A presente invenção foi desenvolvida com vistas a proporcionar a garantia de instalação/fixação do enrijecedor de curvatura no interior do dispositivo boca de sino nas unidades flutuantes de produção sem a utilização de acessórios adicionais tais como: capacete metálico e unidades de travamento mecânico (dogs"). O fato de nâo ser mais necessária à utilização dos capacetes metálicos, elimina o desgaste abrasivo do duto flexível na interface interna com o capacete metálico, otimiza as operações de manuseio, conexão e desconexão de dutos flexíveis às unidades flutuantes de produção e, ainda, reduz as intervenções com mergulhadores.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 apresenta um exemplo dos sistemas existentes do estado da arte para instalação/fixação de enrijecedores de curvatura em dispositivos boca de sino por meio de unidades de travamento mecânico ("dogs"). A Figura 2 representa a sequência esquemática de instalação do duto flexível ao dispositivo; boca de sino com os cabos adicionais necessários à conexão, de acordo com o estado da arte. A Figura 3 representa a sequência esquemática de conexão do enrijecedor de curvatura ao dispositivo boca de sino, de acordo com a presente invenção.

Figura 4 representa o lançamento do duto flexível no leito marinho e o momento de conexão do dito duto flexível com a unidade flutuante de produção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS A Figura 1 mostra um conjunto enrijecedor/capacete, o qual è formado pelo enrijecedor de curvatura (1) e o capacete metálico (2), preferencial mente o capacete metálico (2) deve ser de aço. Este conjunto enrijece do r/capacete é fixado ao dispositivo boca de sino (3), por meio de unidades de travamento mecânico (4) ("dog"), conforme o estado da arte. Para que esta conexão seja realizada é necessária a utilização de diversos equipamentos, inclusive 10 embarcações (E) especiais, como por exemplo, navios de lançamento de duto flextvel(5). O conjunto enrijecedor/capacete, mostrado na Figura 1, é instalado no duto flexível (5) e apôs esta instalação é fixado a um conector de extremidade (6) por meio de cabos fusíveis, melhor representados pela Figura 2. O lançamento do duto flexível (5) ao leito marinho (LM) é feito por meio de embarcações (E) especiais, como já dito anterior mente. As ditas embarcações (E) lançam o duto flexível (5) sobre o leito marinho (LM), a fim de efetuar a conexão do duto flexível (5) a uma unidade flutuante de produção (P). As embarcações (E) também podem recolher o duto flexível (5) caso ocorra alguma falha operacional durante o processo de conexão, como por exemplo, um dano ao corpo do duto flexível (5) ou uma queda do conjunto e n r ijecedor/ca pacete.

Na unidade flutuante de produção (P) o duto flexível (5) é fixado ao dispositivo boca de sino (3) por meio de unidades de travamento mecânico (4), "dogs". As operações de conexão (pull in) e desconexão (pull out) do duto flexível (5) à unidade flutuante de produção (P) ocorrem por meio de sistemas de içamento (SI).

Os ditos sistemas de içamento (SI) compreendem os cabos de guinchos, preferencial mente, cabos de aço e qualquer outro tipo de acessórios adequado para a realização da operação de içamento. Ditos acessórios não se encontram representados nas figuras anexas.

Os sistemas de içamento (SI) são instalados tanto nas embarcações especiais (E), quanto nas unidades flutuantes de produção (P). A operação de içamento permite que os dutos flexíveis (5) se movimentem de forma a efetuar a conexão ou a desconexão dos ditos dutos flexível (5) às unidades flutuantes de produção (P).

Na Figura 2, está mostrada a seqCiência esquemática de instalação do duto flexível (5) ao dispositivo boca de sino (3), de acordo com o estado da técnica. O enrijecedor de curvatura (1) está localizado em uma primeira extremidade do duto flexível (5), a extremidade inferior. Em uma segunda extremidade do duto flexível (5), a extremidade superior, se encontra o conector de extremidade (6), no qual se acopla um dispositivo adicional (8) denominado cabeça de tração. O dispositivo adicional (8), é fixado no cabo de conexão {10), o qual é proveniente de uma unidade flutuante de produção (P) e o cabo de lançamento (9), o qual é proveniente de uma embarcação (E) de lançamento. O dito dispositivo adicional (8), possibilita a conexão do duto flexível (5) aos cabos de conexão (10) e aos cabos de lançamento (9) do sistema de içamento (SI), por meio de acessórios de conexão, como por exemplo, manilhas. O duto flexível (5) atravessa o dispositivo boca de sino (3) pelo seu interior, e consequentemente conecta o conjunto enrijecedor/capacete ao dispositivo boca de sino (3). Em seguida há o trava mento das unidades de trava mento mecânico (4) ("dogs") e rompimento dos cabos fusíveis (7) de forma a acoplar o dispositivo boca de sino (3) ao conjunto enrijecedor/capacete. A Figura 3 representa esquemati ca mente uma sequência de conexão do referido enrijecedor de curvatura (IA), ao dispositivo boca de sino (3A), por meio de um elemento flutuante (12), de acordo com a presente invenção. Este elemento flutuante (12) é um acessório adicional, o qual é instalado ao enrijecedor de curvatura (1 A), A instalação do elemento flutuante (12) deve ser feita em uma primeira extremidade do enrijecedor de curvatura (1A), ou seja, na extremidade inferior do enrijecedor de curvatura (1 A), e a sua instalação pode ser realizada de duas formas diferentes: - junta mente com a instalação do enrijecedor de curvatura (1 A) no duto flexível (5A) antes de ocorrer o acoplamento do conector de extremidade (6A); ou - em uma etapa posterior a instalação do enrijecedor de curvatura (1A) no duto flexível (5A), no caso do elemento flutuante (12) possuir sua estrutura bipartida, No caso do elemento flutuante {12} ser bipartido, a instalação desse elemento flutuante (12) ao enrijecedor de curvatura (1 A) deve ocorrer por meio de dois dispositivos auxiliares como, por exemplo, as meias-canas, as quais são instaladas ao elemento flutuante (12) bipartido por meio de um elemento móvel de fixação como, por exemplo, um parafuso. Ditos dispositivos auxiliares não estão ilustrados na Figura 3. O material, do qual o elemento flutuante (12) é constituído e as suas dimensões volumétricas devem garantir uma quantidade de força vertical suficiente para assegurar o travamento do enrijecedor de curvatura (1 A) ao dispositivo boca de sino (3A). O material constituinte do elemento flutuante (12) deve ser preferencialmente de polietileno.

Na presente concretização, as dimensões volumétricas do elemento flutuante (12) foram calculadas de forma a garantir uma quantidade de força ao enrijecedor de curvatura (1A) de um duto flexível (5A) de aproximadamente 101,60 mm (4 polegadas). O em puxo exercido pelo elemento flutuante (12) no enrijecedor de curvatura (1A), garante a flutuabilidade do enrijecedor de curvatura (1 A) e exerce uma quantidade de força suficiente para que ocorra o perfeito posicionamento e acoplamento do enrijecedor de curvatura (1 A) ao dispositivo boca de sino (3A), sem a necessidade do capacete metálico (2) e das unidades de travamento mecânico (4) (Udogs"), conforme o estado da arte.

Para que a sequência de conexão seja completa, são utilizados os acessórios de instalação comuns aos dispositivos hoje empregados de acordo com o estado da arte.

Exemplo: Apesar de estar contido no escopo da presente invenção, este exemplo, bem como os demais outros possíveis não são limitativos do conteúdo descrito no relatório descritivo e expresso nas reivindicações. A sequência de conexão (pull in) de um duto flexível (5A) numa unidade de flutuante de produção (P) de petróleo será descrito a seguir: (1) Etapas no convés da embarcação (E) de lançamento: - Instalação de um elemento flutuante (12) a um enrijecedor de curvatura (1) e a um conector de extremidade (6A), Nesta etapa, todos os elementos deverão estar interligados pelos cabos fusiveis (7A) de forma a garantir a fixação durante o transporte fora da água; - Instalação de um dispositivo adicional (8A), a cabeça de tração ao enrijecedor de curvatura (1); - Posicionamento de um duto flexível (5A) para posição de lançamento (over board) ao leito marinho (LM); - Conexão do cabo de conexão (10A) proveniente da unidade flutuante de produção (P); - Instalação de um cabo de lançamento (9A) proveniente da embarcação (E); (2) Etapas no convés da unidade flutuante de produção (P): - Passagem do cabo de conexão (10A) através do interior do dispositivo boca de sino (3A); - Lançamento do cabo de conexão (10A) para a embarcação (E) de lançamento de forma a conectar o dispositivo adicional (8A) cabeça de tração ao duto flexível (5A).

Após as etapas acima, o cabo de conexão (10A) e o cabo de lançamento (9A) são lançados ao leito marinho (LM) por meio do sistema de içamento (SI) da embarcação (E) de lançamento e recolhido pelo sistema de içamento (SI) da unidade flutuante de produção (P) simultaneamente.

Antes que o dispositivo adicional (8A), cabeça de tração do duto flexível (5A) inicie a sua conexão no dispositivo boca de sino (3A), dito dispositivo boca de sino deverá ser desconectado do cabo de lançamento (9A) da embarcação (E) de lançamento.

Esta operação poderá ser feita por meio de dispositivos remotos. Após esta etapa, o duto flexível (5A) será içado por meio do dispositivo boca de sino até que o conector de extremidade (6A) seja acoplado no local definido.

Nesta etapa os cabos fusíveis 7A são rompidos, ocorre à conexão do enrijecedor de curvatura (1A) ao dispositivo boca de sino (3A), o qual é fixado no estado da arte por meio de unidades de travamento mecânicos (dogs), e, de acordo com a presente invenção, fixado por meio da força vertical, o em puxo, exercida pelo elemento flutuante (12). Este aspecto simplifica, os processos de fabricação e instalação. A condição acima descrita elimina as desvantagens do estado da arte. Este fato garante o posicionamento eficiente do enrijecedor de curvatura (IA), a diminuição de intervenções com mergulhadores nas etapas de travamento e destravamento das unidades de travamento mecânico ("dogs',)1 na conexão e desconexão dos dutos flexíveis (5A) e a eliminação dos desgastes relativos ao contato do duto flexível (5A) à estrutura do capacete metálico (2).

Podemos ainda citar como vantagem a diminuição de etapas no lançamento do duto flexível (5A) peta embarcação (E) de lançamento, devido à possibilidade de se instalar o enrijecedor de curvatura (1A) e o elemento flutuador (12) próximos à extremidade terminal do duto flexivel (5A) em instalação, este fato, elimina as ocorrências de queda dos enrijecedores de curvatura (1 A) das unidades flutuantes de produção (P), bem como a necessidade de mergulhadores para o travamento e destravamento das unidades de travamento mecânico {“dogs'') junto ao capacete metálico (2), o qual esta acoplado aos enrijecedores de curvatura (1 A) durante as operações de conexão e desconexão do dispositivo boca de sino (3A) localizado na unidade flutuante de produção (P). A invenção aqui descrita, assim como os aspectos abordados devem ser considerados como uma possível concretização. Deve, entretanto ficar claro que a invenção não está limitada a essas concretizações e, aqueles com habilidade na técnica irão perceber que, qualquer característica particular nela introduzida, deve ser entendida apenas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão e não podem ser feitas sem se afastar do conceito inventivo descrito. As características limitantes do objeto da presente invenção estão relacionadas ãs reivindicações que fazem parte do presente relatório.

Claims (7)

1. Método de acoplamento e fixação de enrijecedores de curvatura em dispositivos bocas de sino caracterizado por compreender as etapas de: No convés da embarcação (E) de lançamento: a) Instalação de um elemento flutuante (12) a um enrijecedor de curvatura (1 A) e a um conector de extremidade(6A); sendo que nesta etapa todos os elementos deverão estar interligados por cabos fusíveis (7A) de forma a garantir a fixação durante o transporte fora da água; b) Instalação de um dispositivo adicional (8A), a cabeça de tração, ao enrijecedor de curvatura (1 A); c) Posicionamento de um duto flexível (5A) para posição de lançamento ao leito marinho (LM); d) Conexão de um cabo de conexão (10A) proveniente de uma unidade flutuante de produção (P); e) Instalação de um cabo de lançamento (3A) proveniente da embarcação (E); No convés da unidade flutuante de produção (P): a) Passagem do cabo de conexão (10A) através do interior do dispositivo boca de sino(3A); b) Lançamento do cabo de conexão (1OA) para a embarcação (E) de lançamento de forma a conectar o dispositivo adicional{8A), cabeça de tração, ao duto flexível;

2. Método de acoplamento e fixação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento flutuante (12) possuir adicional mente uma estrutura bipartida.

3. Método de acoplamento e fixação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento flutuante (12) ser instalado juntamente com a instalação do enrijecedor de curvatura (1A) em um duto flexível (5A) antes de ocorrer o acoplamento do conector de extremidade (6A).

4. Método para acoplamento e fixação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento flutuante (12) ser alternativa mente instalado em uma etapa posterior à instalação do enrijecedor de curvatura (1A) no duto flexível (5A), no caso do elemento flutuante possuir sua estrutura bipartida.

5. Método de acoplamento e fixação, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a instalação do elemento flutuante no enrijecedor de curvatura (1 A) se dar por meio de dois dispositivos auxiliares.

6. Método de acoplamento e fixação, de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por os dispositivos auxiliares serem preferencialmente meias-canas instaladas ao elemento flutuante por meio de elementos móvel de fixação.

7. Método de acoplamento e fixação, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o elemento flutuante (12) ser confeccionado em material e dimensões que garantam uma força vertical suficiente para assegurar o travamento do enrijecedor de curvatura (1A) ao dispositivo boca de sino (3A).