BRPI1004601B1 - hydrocarbon duct cleaning pig - Google Patents
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Abstract
pig de limpeza de dutos de hidrocarbonetos refere-se a presente invenção a um pig monolítico destinado a ser enviado pelo interior de dutos, rígidos ou flexíveis, de produção ou transporte de gás natural para limpeza destes dutos. o pig compreende uma pluralidade de orifícios comunicadores, que podem ter formato interno regular ou de venturi, e que se estendem a partir de sua extremidade dianteira, até uma cavidade interna que termina na extremidade traseira do pig. estes orifícios comunicadores permitem a passagem de gás natural de uma região traseira para uma região frontal do pig, proporcionando assim a gaseificação do líquido condensado de gás natural que se forma a frente do pig, reduzindo-se desta forma o peso da coluna hidrostática e a resistência à passagem do pig.hydrocarbon duct cleaning pig refers to the present invention to a monolithic pig destined to be sent inside the ducts, rigid or flexible, for production or transportation of natural gas for cleaning these ducts. the pig comprises a plurality of communicating holes, which may have a regular internal or venturi shape, and which extend from its front end, to an internal cavity that ends at the rear end of the pig. these communicating holes allow the passage of natural gas from a rear region to a frontal region of the pig, thus providing the gasification of the condensed liquid of natural gas that forms in front of the pig, thereby reducing the weight of the hydrostatic column and the resistance to the passage of the pig.
Description
A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os equipamentos destinados a serem enviados no interior de dutos para promover a limpeza dos ditos dutos, mais particularmente dutos de produção e transporte de gás natural.The present invention finds its field of application among the equipment destined to be sent inside pipelines to promote the cleaning of said pipelines, more particularly pipelines for the production and transportation of natural gas.
Todas as grandes indústrias utilizam dutos para o transporte dos mais variados tipos de fluidos por seu interior. A utilização de equipamentos capazes de se moverem pelo interior de um duto por meio, por exemplo, de um fluxo de fluido é bem conhecida na técnica e o equipamento é freqüentemente referido pelo termo em inglês "pipeline pig"doravante chamado apenas pelo termo PIG.All major industries use pipelines to transport the most varied types of fluids inside. The use of equipment capable of moving through a duct through, for example, a fluid flow is well known in the art and the equipment is often referred to by the English term "pipeline pig" hereinafter referred to only by the term PIG.
Pigs são equipamentos que, inseridos dentro do duto, viajam por toda a sua extensão, impulsionados, geralmente, pela própria vazão de produto no interior do duto. Eles são classificados em duas categorias: “Utility pigs”, que realizam a função de limpeza, separação de produtos e remoção de água, e “In-line Inspection tools”, também conhecidos como pigs instrumentados, “intelligent pigs” ou “smart pigs”, que fornecem informações das condições da linha, bem como da extensão e localização de algum problema.Pigs are equipment that, inserted inside the duct, travel along its entire length, driven, generally, by the product flow itself inside the duct. They are classified into two categories: “Utility pigs”, which perform the function of cleaning, product separation and water removal, and “In-line Inspection tools”, also known as instrumented pigs, “intelligent pigs” or “smart pigs ”, Which provide information about the line conditions, as well as the extent and location of any problems.
Um fenômeno que ocorre freqüentemente, a depender das características do fluido presente e nas condições de escoamento no interior do duto, e que pode gerar transtornos operacionais ou mesmo algum grau de risco, é a formação de depósitos na parede interna do duto. Em alguns casos a taxa de formação de depósitos na parede interna do duto é muito lenta, e estes apresentam baixa dureza e pouca aderência. Neste caso, estes tipos de depósitos podem ser removidos muito facilmente mesmo depois da primeira ocorrência. Em outros casos, a formação pode resultar em incrustações graves, chegando até mesmo a casos de obstrução total do fluxo de fluido. Em ambos os casos relatados acima, um pig é utilizado como elemento removedor do material depositado no interior do duto, promovendo a limpeza desta última.A phenomenon that occurs frequently, depending on the characteristics of the fluid present and the flow conditions inside the duct, and that can generate operational disturbances or even some degree of risk, is the formation of deposits on the inner wall of the duct. In some cases the rate of formation of deposits on the inner wall of the duct is very slow, and these have low hardness and little adhesion. In this case, these types of deposits can be removed very easily even after the first occurrence. In other cases, the formation can result in severe fouling, even in cases of total obstruction of the fluid flow. In both cases reported above, a pig is used as a removing element for the material deposited inside the duct, promoting the cleaning of the latter.
A limpeza de gasodutos com o uso de pigs apresenta um complicador devido a um problema freqüente associado ao fluxo de gás no interior de dutos, que é a produção de razoável volume de condensado de gás natural no interior do gasoduto. Este fato se deve ao gradiente de temperatura, que pode atingir cerca de 40°C ou mais, podendo resultar na criação de uma coluna hidrostática que pode atingir o comprimento do próprio duto. Quando um Pig de limpeza passa num gasoduto, ele empurra este volume de condensado até a plataforma de destino. A coluna de líquido que se forma gera uma contrapressão à frente do dispositivo, podendo parar o processo de limpeza.The cleaning of gas pipelines using pigs presents a complicating factor due to a frequent problem associated with the flow of gas inside pipelines, which is the production of a reasonable volume of natural gas condensate inside the pipeline. This fact is due to the temperature gradient, which can reach about 40 ° C or more, which can result in the creation of a hydrostatic column that can reach the length of the duct itself. When a cleaning pig passes a pipeline, it pushes this volume of condensate to the destination platform. The column of liquid that forms creates a back pressure in front of the device, which can stop the cleaning process.
Diante desta situação a plataforma de destino despressuriza quase que totalmente o gasoduto em sua chegada para reduzir a contrapressão gerada pelo condensado. Esta despressurização ocorre por meio do desvio do fluxo de gás da planta de processo para as tochas, que são as torres onde os gases inflamáveis oriundos do processamento primário de petróleo são queimados. Na tocha a pressão é baixa (atmosférica) e a contrapressão do duto na chegada fica reduzida, o que faz o pig se movimentar novamente e percorrer toda a extensão do gasoduto.In view of this situation, the destination platform almost completely depressurizes the gas pipeline on arrival to reduce the back pressure generated by the condensate. This depressurization occurs by diverting the gas flow from the process plant to the torches, which are the towers where the flammable gases from primary oil processing are burned. In the torch the pressure is low (atmospheric) and the duct back pressure on arrival is reduced, which makes the pig move again and travel the entire length of the pipeline.
Manobras como esta representam perda de eficiência operacional, pois resultam em desperdício de gás, além de trazer prejuízos para o meio ambiente. Por esta razão, existe a necessidade da criação de equipamentos que permitam executar a limpeza de gasodutos com a redução, ou eventual eliminação, da necessidade de direcionar o gás natural para as tochas.Maneuvers like this represent a loss of operational efficiency, as they result in waste of gas, in addition to causing damage to the environment. For this reason, there is a need to create equipment that allows cleaning of pipelines with the reduction, or eventual elimination, of the need to direct natural gas to the torches.
A invenção descrita e reivindicada neste pedido de patente representa um avanço para a limpeza de gasodutos, pois revela um equipamento capaz de reduzir o peso da coluna hidrostática gerada pelo condensado de gás natural formado no gasoduto, evitando assim a queima de consideráveis frações de gás natural na tocha da unidade de produção.The invention described and claimed in this patent application represents an advance for cleaning pipelines, as it reveals equipment capable of reducing the weight of the hydrostatic column generated by the condensate of natural gas formed in the pipeline, thus avoiding the burning of considerable fractions of natural gas. on the production unit's torch.
A presente invenção se refere a um Pig monolítico para limpeza de dutos de escoamento de gás natural com redução da contrapressão gerada pelo peso da coluna hidrostática de condensado de gás natural e, conseqüentemente, redução do volume de gases e hidrocarbonetos queimados nas tochas.The present invention relates to a monolithic Pig for cleaning natural gas flow ducts with reduction of the back pressure generated by the weight of the hydrostatic column of natural gas condensate and, consequently, reduction of the volume of gases and hydrocarbons burned in the torches.
O referido pig compreende um corpo substancialmente cilíndrico com pluralidade de discos impulsionadores igualmente espaçados em sua superfície. O pig compreende ainda uma extremidade dianteira formada por um segmento tronco-cônico seguido de um segmento cilíndrico a partir de sua base menor, e unida ao primeiro disco impulsionador por sua base maior; uma extremidade traseira em forma de uma zona esférica, unida por sua base menor ao corpo cilíndrico; uma cavidade interna que se estende a partir da extremidade traseira até uma região próxima à extremidade dianteira; uma pluralidade de orifícios comunicadores, que se estendem a partir da superfície do segmento tronco-cônico, da extremidade dianteira, até a cavidade interna, com espaçamento angular e longitudinal entre si em pelo menos um perímetro circunferencial da superfície do segmento tronco-cônico, de modo a permitir a passagem de fluido de uma região traseira do pig para uma região frontal do pig.Said pig comprises a substantially cylindrical body with a plurality of booster discs equally spaced on its surface. The pig also comprises a front end formed by a tapered trunk segment followed by a cylindrical segment from its smaller base, and joined to the first booster disk by its larger base; a rear end in the form of a spherical zone, joined by its smaller base to the cylindrical body; an internal cavity extending from the rear end to a region close to the front end; a plurality of communicating holes, which extend from the surface of the trunk-conical segment, from the front end, to the internal cavity, with angular and longitudinal spacing between them in at least one circumferential perimeter of the surface of the trunk-conical segment, of in order to allow fluid to pass from a rear region of the pig to a frontal region of the pig.
Parte do gás natural, na região traseira do pig, é direcionado para frente do pig por meio dos orifícios comunicadores, promovendo, desta forma, a gaseificação do condensado de gás natural e reduzindo o peso da coluna hidrostática formada, o que permite reduzir, ou em eventuais situações, eliminar o direcionamento do gás para ser queimado nas tochas da unidade de produção.Part of the natural gas, in the pig's rear region, is directed to the pig's front through the communicating holes, thus promoting the gasification of the natural gas condensate and reducing the weight of the hydrostatic column formed, which allows to reduce, or in eventual situations, eliminate the directing of the gas to be burned in the torches of the production unit.
As características do pig de limpeza de dutos de hidrocarbonetos, objeto da presente invenção, serão mais bem percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associado aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte integrante do presente relatório.The characteristics of the hydrocarbon duct cleaning pig, object of the present invention, will be better perceived from the detailed description that will be made below, by way of example only, associated with the drawings referenced below, which are an integral part of the present report.
A FIGURA 1 apresenta uma vista frontal e uma vista lateral em corte parcial da concretização preferida para a presente invenção.FIGURE 1 shows a front view and a partial sectional side view of the preferred embodiment for the present invention.
A FIGURA 2 apresenta uma vista frontal e uma vista lateral em corte parcial de outra possível concretização para a presente invenção.FIGURE 2 shows a front view and a partial sectional side view of another possible embodiment for the present invention.
A FIGURA 3 apresenta um gráfico de perda de carga em função da vazão total de gás nos orifícios para duas concretizações da invenção.FIGURE 3 shows a graph of head loss as a function of the total flow of gas in the orifices for two embodiments of the invention.
A descrição detalhada do pig, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que o formam. A invenção revelada neste pedido objetiva efetuar operações de limpeza de gasodutos com redução da contrapressão gerada pelo peso de uma coluna hidrostática, gerada por condensado de gás natural e, conseqüentemente, redução do volume de gases e hidrocarbonetos queimados nas tochas.The detailed description of the pig, object of the present invention, will be made according to the identification of the components that form it. The invention disclosed in this application aims to carry out gas pipeline cleaning operations with a reduction of the back pressure generated by the weight of a hydrostatic column, generated by natural gas condensate and, consequently, a reduction in the volume of gases and hydrocarbons burned in the torches.
Refere-se a presente invenção a um pig monolítico destinado a ser enviado pelo interior de dutos, rígidos ou flexíveis, de escoamento de hidrocarbonetos, mas particularmente gás natural, para limpeza destes dutos.The present invention refers to a monolithic pig destined to be sent inside the ducts, rigid or flexible, for the flow of hydrocarbons, but particularly natural gas, for cleaning these ducts.
A figura 1 apresenta a concretização preferida para a presente invenção, que é composta por um corpo substancialmente cilíndrico (1), provido de uma pluralidade de discos impulsionadores (2) igualmente espaçados em sua superfície. Este corpo cilíndrico (1) adicionalmente compreende: a) uma extremidade dianteira (3) formada por um segmento tronco- cônico (32) seguido de um segmento cilíndrico (31) a partir de sua base menor, e unida ao primeiro disco impulsionador (2) por sua base maior; b) uma extremidade traseira (4) em forma de uma zona esférica, unida por sua base menor ao corpo cilíndrico (1); c) uma cavidade interna (5) que se estende a partir da extremidade traseira (4) até uma região próxima à extremidade dianteira (3); d) uma pluralidade de orifícios comunicadores (33), que se estendem a partir da superfície do segmento tronco-cônico (32), da extremidade dianteira (3), até a cavidade interna (5), com espaçamento angular e longitudinal entre si em pelo menos um perímetro circunferencial da superfície do segmento tronco- cônico (32), de modo a permitir a passagem de gás natural de uma região traseira do pig para uma região frontal do pig.Figure 1 shows the preferred embodiment for the present invention, which is composed of a substantially cylindrical body (1), provided with a plurality of booster discs (2) equally spaced on its surface. This cylindrical body (1) additionally comprises: a) a front end (3) formed by a tapered segment (32) followed by a cylindrical segment (31) from its smaller base, and joined to the first booster disk (2 ) for its larger base; b) a rear end (4) in the form of a spherical zone, joined by its smaller base to the cylindrical body (1); c) an internal cavity (5) extending from the rear end (4) to a region close to the front end (3); d) a plurality of communicating holes (33), extending from the surface of the tapered trunk segment (32), from the front end (3), to the internal cavity (5), with angular and longitudinal spacing between them in at least one circumferential perimeter of the surface of the tapered segment (32), in order to allow the passage of natural gas from a rear region of the pig to a frontal region of the pig.
Os orifícios comunicadores (33) proporcionam obter à frente do pig um fluido gaseificado que reduz o peso da coluna do líquido, o que resulta na redução da contrapressão á frente do pig. Estes orifícios (33) possuem uma angulação que varia na faixa entre 0o e 45° com relação ao eixo de rotação do pig. Para efeitos de concretização preferida, o ângulo usado é de 20°, o que permite que o gás natural passe da região traseira para a região frontal do pig sem resistências consideráveis.The communicating orifices (33) provide to obtain in front of the pig an aerated fluid that reduces the weight of the column of the liquid, which results in the reduction of the back pressure in front of the pig. These holes (33) have an angle that varies in the range between 0 ° and 45 ° with respect to the axis of rotation of the pig. For the purposes of preferred embodiment, the angle used is 20 °, which allows natural gas to pass from the rear region to the front region of the pig without considerable resistance.
O espaçamento angular (a) entre os orifícios comunicadores (33) varia na faixa entre 20° e 45° em cada perímetro circunferencial, para efeito de concretização preferida, esse ângulo é de 36°. Quando há mais de um perímetro circunferencial, por exemplo, dois, o espaçamento angular entre os orifícios de dois perímetros (β) deve ser calculado de modo a manter a simetria de posicionamento entre os orifícios não alinhados. O diâmetro dos orifícios comunicadores (33) variam na faixa entre 3 mm e 10 mm, podendo os orifícios compreender um formato interno de Venturi, ou seja, possuir estrangulamento.The angular spacing (a) between the communicating holes (33) varies in the range between 20 ° and 45 ° in each circumferential perimeter, for the preferred embodiment, this angle is 36 °. When there is more than one circumferential perimeter, for example, two, the angular spacing between the holes of two perimeters (β) must be calculated in order to maintain the symmetry of positioning between the non-aligned holes. The diameter of the communicating holes (33) varies in the range between 3 mm and 10 mm, the holes being able to comprise an internal Venturi shape, that is, to have strangulation.
Parte do gás natural, que impulsiona o pig, passa pelos orifícios comunicadores e se mistura ao líquido de gás natural condensado à frente do pig, promovendo desta forma a gaseificação deste líquido e reduzindo, o peso da coluna hidrostática formada, o que permite reduzir, ou em eventuais situações, eliminar o direcionamento do gás para ser queimado nas tochas da unidade de produção.Part of the natural gas, which drives the pig, passes through the communicating holes and mixes with the condensed natural gas liquid in front of the pig, thus promoting the gasification of this liquid and reducing the weight of the hydrostatic column formed, which allows to reduce, or in eventual situations, eliminate the directing of the gas to be burned in the torches of the production unit.
Os orifícios comunicadores (33) compreendem, em seu interior, elementos tamponadores (34) que interrompem o fluxo de gás quando desejado. Esses elementos tamponadores (34) podem ser pinos metálicos inseridos sob pressão ou parafusos rosqueados no interior dos orifícios (33), tendo como principal finalidade reduzir a passagem do gás pelos orifícios (33), principalmente no trecho horizontal, onde esta passagem pode implicar em perda de diferencial de pressão e significativa redução na velocidade do pig.The communicating holes (33) comprise buffer elements (34) inside which interrupt the gas flow when desired. These buffer elements (34) can be metal pins inserted under pressure or threaded screws inside the holes (33), with the main purpose of reducing the passage of gas through the holes (33), mainly in the horizontal section, where this passage can imply in loss of pressure differential and significant reduction in pig speed.
A figura 2 apresenta outra possível concretização para a presente invenção. Nesta concretização, o pig monolítico compreende um canal (6), que se estende desde o segmento cilíndrico (31) da extremidade dianteira (3) até a cavidade interna (5), dotado de uma válvula de gás lift (61) para controlar ou interromper o fluxo de gás de da região traseira para frente do pig.Figure 2 shows another possible embodiment for the present invention. In this embodiment, the monolithic pig comprises a channel (6), which extends from the cylindrical segment (31) of the front end (3) to the internal cavity (5), provided with a lift gas valve (61) to control or interrupt the flow of gas from the rear region to the front of the pig.
A seguir serão relatados alguns dados de viabilidade técnica através de simuladores de escoamento quanto à passagem de gás nos orifícios (33) do dispositivo de limpeza.Next, some technical feasibility data will be reported through flow simulators regarding the passage of gas in the holes (33) of the cleaning device.
A Figura 3 apresenta um gráfico resultante de uma simulação de escoamento que obteve dados de perda de carga em função da vazão total de gás que passa pelos orifícios comunicadores (33) tendo em vista duas concretizações distintas, sendo uma com vinte orifícios de 8 milímetros de diâmetro e outra com 20 orifícios de 6 milímetros de diâmetro.Figure 3 presents a graph resulting from a flow simulation that obtained pressure loss data as a function of the total gas flow that passes through the communicating holes (33) in view of two different embodiments, one with twenty 8 mm holes. diameter and another with 20 holes of 6 mm in diameter.
Observando o gráfico da Figura 3 pode-se verificar que, o pig com orifícios de 8 mm de diâmetro é mais adequado, pois representa uma menor perda de carga para os mesmos níveis de vazão de gás que passa nos orifícios (33). Para uma vazão da ordem de 100 000 Nm3/d (Normal metro cúbico por dia) verifica-se, pelo simulador, uma perda de carga de 0,5 Kgf/cm2 no pig com orifícios de 8 mm, enquanto que no pig de orifícios de 6 mm verifica-se uma perda de carga de aproximadamente 2 Kgf/cm2. Apesar do maior diâmetro a princípio ser melhor por propiciar menores perdas de carga, também deve-se existir um limite a fim de minimizar a quantidade de líquido remanescente no duto, que geralmente é preestabelecido em função do duto, frequência de passagem de pig neste e contrapressão que este gere quando em operação normal de exportação.Looking at the graph in Figure 3, it can be seen that the pig with 8 mm diameter holes is more suitable, as it represents less pressure drop for the same levels of gas flow through the holes (33). For a flow of the order of 100 000 Nm3 / d (Normal cubic meter per day), there is a pressure drop of 0.5 Kgf / cm2 in the pig with 8 mm holes in the simulator, while in the orifice pig of 6 mm there is a pressure drop of approximately 2 Kgf / cm2. Although the larger diameter at first is better because it provides lower pressure losses, there must also be a limit in order to minimize the amount of liquid remaining in the duct, which is usually pre-established as a function of the duct, frequency of pig passage in this and back pressure that it generates when in normal export operation.
A tabela 1 abaixo apresenta uma estimativa de redução do peso da coluna de líquido, com o uso de um pig com orifícios de 8 mm, para diferentes vazões de gás, considerando o riser cheio de líquido. Nesta configuração, verifica-se que à medida que ocorre o aumento da vazão total de gás pelos orifícios, maior é a redução da pressão necessária na base do riser para movimentar o pig, ou seja, menor é a contrapressão gerada pela coluna hidrostática. Tabela 1 - Estimativa de redução do peso da coluna de líquido para diferentes vazões de gás.
A descrição que se fez até aqui do pig de limpeza de dutos de gás natural, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como uma possível concretização, e quaisquer características particulares devem ser entendidas como algo que foi descrito para facilitar a 5 compreensão. Desta forma, não podem ser consideradas limitantes da invenção, a qual está limitada apenas ao escopo das reivindicações que seguem.The description that has been made so far of the natural gas pipeline cleaning pig, object of the present invention, should be considered only as a possible embodiment, and any particular characteristics should be understood as something that has been described to facilitate understanding. Therefore, they cannot be considered as limiting the invention, which is limited only to the scope of the following claims.
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Free format text: EM VIRTUDE DO ARQUIVAMENTO PUBLICADO NA RPI 2342 DE 24-11-2015 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDO O ARQUIVAMENTO DO PEDIDO DE PATENTE, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013. |
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| B08H | Application fees: decision cancelled [chapter 8.8 patent gazette] | ||
| B08H | Application fees: decision cancelled [chapter 8.8 patent gazette] | ||
| B08E | Application fees: payment of additional fee required [chapter 8.5 patent gazette] | ||
| B08F | Application dismissed because of non-payment of annual fees [chapter 8.6 patent gazette] | ||
| B08G | Application fees: restoration [chapter 8.7 patent gazette] | ||
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06V | Preliminary requirement: patent application procedure suspended [chapter 6.22 patent gazette] | ||
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 23/02/2021, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
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| B22L | Other matters related to patents and certificates of addition of invention: notification of licence offer (art 64 par 1 of lpi) |
Free format text: CONDICOES CONTRATUAIS: 1) ROYALTIES: 10% SOBRE O PRECO DE VENDA, EXCLUINDO OS IMPOSTOS INCIDENTES NA EMISSAO DA NOTA FISCAL (IPI, ISS E ICMS), TAXA DE ACESSO E TAXA MINIMA ANUAL; 2) PRAZO: 5 ANOS, PODENDO SER PRORROGAVEL POR IGUAL PERIODO, ATE O FIM DA VIGENCIA DO ATIVO INTELECTUAL; 3) CONDICOES DE PAGAMENTO: TRIMESTRAL, A PARTIR DOS DADOS OBTIDOS NAS NOTAS FISCAIS SOLICITADAS; 4) DISPONIBILIDADE DE KNOW-HOW: NAO; 5) ASSISTENCIA TECNICA: NAO. - OBS: CONSULTA A CARTA PATENTE PODERA SER FEITA ATRAVES DO ENDERECO ELETRONICO WWW.INPI.GOV.BR = NO ACESSO RAPIDO = BUSCA WEB = PATENTE. PARA ACESSAR, CADASTRE-SE NO PORTAL DO INPI E USE LOGIN E SENHA. |
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