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Patent Searching and Data


Title:
JUNCTION BOX FOR CONNECTING TWO UMBILICAL SECTIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/102873
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to junction boxes for umbilicals. In this context, the present invention provides a junction box for connecting two umbilical sections, comprising a plurality of main pipes (2), suitable for individually connecting a plurality of hydraulic hoses (1) of a first umbilical section to a plurality of hydraulic hoses (1) of a second umbilical section, in which the junction box also comprises an auxiliary pipe network (3) hydraulically connecting all of the main pipes (2).

Inventors:
FIORENZA DE LIMA HENRI (BR)
LOSCHIAVO ROBERTO (BR)
ALVES FERREIRA LUIS FERNANDO (BR)
GERALDO PAPPEN GUSTAVO (BR)
Application Number:
BR2019/050499
Publication Date:
May 28, 2020
Filing Date:
November 21, 2019
Export Citation:
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Assignee:
PETROLEO BRASILEIRO SA PETROBRAS (BR)
International Classes:
F16L39/02; E21B43/013; F16L1/26
Domestic Patent References:
WO2010019290A12010-02-18
Foreign References:
GB2216618B1992-03-25
GB2552693A2018-02-07
US20100052316A12010-03-04
GB2553354A2018-03-07
US9091146B12015-07-28
EP1030094A22000-08-23
Attorney, Agent or Firm:
RODRIGUES SILVA, Francisco Carlos et al. (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. Caixa de junção para conectar dois tramos de umbilicais, caracterizado por compreender uma pluralidade de tubulações principais (2) adaptadas para conectar individualmente uma pluralidade de mangueiras hidráulicas (1 ) de um primeiro tramo de umbilical a uma pluralidade de mangueiras hidráulicas (1 ) de um segundo tramo de umbilical, em que a caixa de junção compreende ainda uma rede de tubulação auxiliar (3) conectando hidraulicamente todas as tubulações principais (2).

2. Caixa de junção, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a rede de tubulação auxiliar (3) compreender uma válvula auxiliar (31 ) para cada elemento de tubulação principal (2), em que cada válvula auxiliar (31 ) é adaptada para controlar o fluxo hidráulico de cada elemento de tubulação auxiliar (3).

3. Caixa de junção, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada elemento de tubulação principal (2) compreender pelo menos uma válvula (21 ) adaptada para controlar o fluxo proveniente de cada linha hidráulica (1 ) de pelo menos um dos tramos.

4. Caixa de junção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender uma válvula de pressurização (4) conectada hidraulicamente à malha de tubulações da caixa de junção (3), em que a válvula de pressurização (4) é escolhida dentre válvula esfera e válvula check.

5. Caixa de junção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender uma válvula direcional (5) interligando os tramos 1 e 2, com capacidade de desviar (by pass) o fluxo do tramo 2 ou inverter o fluxo de um dos tramos.

Description:
“CAIXA DE JUNÇÃO PARA CONECTAR DOIS TRAMOS DE UMBILICAIS”

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a tecnologias de dutos e risers. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a uma caixa de junção para umbilicais submarinos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Problemas recorrentes de falhas em mangueiras hidráulicas de umbilicais em operação são causa de perdas de produção importante em poços produtores de petróleo ou gás. Estas falhas podem ser decorrentes de problemas de projeto, fabricação, instalação e operação, além de acidentes causados por terceiros.

[0003] De um modo geral, estas falhas são de difícil detecção, ou então difícil determinação do exato ponto em que se localizam, de forma que possam ser tratadas de forma otimizada, com a troca de um número reduzido de tramos, diminuindo impactos no que se refere ao tempo necessário, recursos navais e materiais utilizados.

[0004] Os umbilicais, a depender do tipo, do número de funções hidráulicas, e da distância dos poços aos quais atendem, podem ser compostos por um ou mais tramos e é justamente quando possui dois ou mais destes segmentos que a invenção tem sua aplicação justificada.

[0005] Quando alguma função hidráulica é perdida (vazamento com ou sem capacidade de manutenção da pressão), o ponto de fuga pode ser qualquer um entre a HPU (Unidade de Potência Hidráulica) ou " TUTU Plate" (considerando que um vazamento na superfície pode ser facilmente identificado e isolado), presentes na plataforma de produção, e o atuador da válvula submarina à qual está alinhada, passando por vários componentes, entre tubings de aço, conectores, mangueiras termoplásticas, válvulas direcionais, sistemas de vedação, etc.

[0006] Como os poços, via de regra, se encontram localizados desde algumas centenas de metros até algumas dezenas de quilómetros da unidade, é muito comum que, em algum ponto, haja fuga através das mangueiras termoplásticas. Também em função do comprimento de cada tramo, que pode chegar a algo entre três e quatro quilómetros, a dificuldade de achar o ponto exato do vazamento é bastante frequente. Os umbilicais possuem funções reserva, mas precisam ser trocados quando o número de falhas atinge um nível crítico, sendo, geralmente, substituídos em sua totalidade.

[0007] Assim, com a identificação do tramo exato em que o umbilical apresenta o vazamento, ou mesmo permitindo a identificação de que o problema não está no umbilical, é possível que se otimize o tratamento da situação, evitando uma troca total do umbilical ou outras operações desnecessárias.

[0008] Outro problema que pode ocorrer em uma mangueira de umbilical é o bloqueio pelo entupimento causado por uma variedade de motivos, entre eles, o acúmulo de resíduo oriundo da carcaça interna de mangueiras de injeção química, a própria reação química entre produtos incompatíveis e a formação de hidrato nas mangueiras de controle hidráulico, motivada pela migração de gás da produção do poço.

[0009] Existem três tipos distintos de mangueiras em um umbilical, a saber: mangueiras que atuam em válvulas a baixa pressão (tipicamente 210 bar), mangueiras que atuam em válvulas de alta pressão (tipicamente 345 bar) e mangueiras de injeção química. Os dois primeiros tipos trabalham com o mesmo fluido e o terceiro tipo pode contar com distintos fluidos, mas que, normalmente, são compatíveis entre si. É, portanto, fundamental que haja pelo menos dois circuitos independentes: um para o fluido hidráulico (tipicamente 9 mangueiras de 3/8 polegada) e outro para os demais produtos químicos (tipicamente 3 mangueiras de ½ polegada).

[00010] Em função da conveniência as mangueiras também podem ser agrupadas duas a duas, três a três ou outras combinações em circuitos independentes.

[0001 1] Entre um tramo e outro de umbilical, existe um elemento conhecido com caixa de junção (como ilustrado pela figura 1 ), no interior do qual as mangueiras de ambos os tramos são conectadas entre si, garantindo um circuito alinhado para a pressurização e abertura da válvula submarina desejada. No entanto, as atuais caixas de junção não possibilitam o isolamento de cada tramo de umbilical para se realizar testes para que seja possível definir qual é o problema que atinge o tramo em questão, como ficará evidente a partir dos documentos do estado da técnica listados a seguir.

[00012] Esta caixa de junção poderia, também, ser adotada na conexão entre o umbilical e o Módulo de Conexão Vertical (MCV), que conecta o umbilical à árvore de natal, maximizando os benefícios da tecnologia proposta, permitindo contornar, também, mangueiras que tenham falhado neste último tramo.

[00013] O documento US5265980A revela uma unidade de caixa de junção para uma estrutura submarina em um campo de petróleo offshore que tem primeira e segunda placas de junção unidas por conector de eixo, com baixo risco de danos na instalação e prevenção de entrada de partículas. O conjunto de caixa de junção deste documento tem uma primeira caixa de junção com uma pluralidade de ligações de controle, uma segunda caixa de junção com uma segunda pluralidade de ligações de controle, e um conector que se estende geralmente no centro da primeira caixa de junção para engatar em um receptáculo da segunda caixa de junção.

[00014] O documento US8746346B2 revela uma configuração elétrica e hidráulica em uma árvore de natal submarina que facilita o uso de um sistema de controle de ROV ( Remotely Operated Vehiclé) para operar a árvore durante instalações de poço, intervenções e workovers. Também é revisto um SCM ( Subsea Control Module) na árvore está em comunicação com uma caixa de junção fixa que recebe um umbilical de produção durante a operação normal. A caixa de junção descrita é configurada para se conectar ao ROV e, assim, estabelecer comunicação com as linhas hidráulicas do SCM.

[00015] O documento EP2886921 B1 revela um sistema de conexão, para facilitar a conexão submarina de um primeiro umbilical submarino a um segundo umbilical submarino, que tem uma unidade atuadora para deslocar a caixa de terminação e a seção final de um umbilical submarino axialmente para frente em relação à unidade de conexão.

[00016] O documento US200801 10633A1 revela um método de operação de cabo de aterragem para uso em poços offshore que envolve o estabelecimento do controle do suspensor de tubulação e o estabelecimento do controle da completação do conjunto de orifícios inferiores. Segundo este documento, o método envolve a realização de controles hidráulicos a partir de uma plataforma flutuante, através de um sistema de controle umbilical para uma placa de junção operativamente conectada a uma árvore de natal de produção submarina. No entanto, nenhum detalhe sobre a placa de junção é fornecido neste documento.

[00017] O documento WO2016167742A1 revela um adaptador de controle de uma árvore de natal de riser, que compreende um conector de controle de adaptador que provê comunicação entre a conexão de controle de umbilical e o duto. Segundo tal documento, o adaptador possui um adaptador de controles de árvore de natal com um alojamento de adaptador, uma porta de orientação, um pino de orientação, uma interface de conexão interna e um controle de placa de junção de umbilical de controle.

[00018] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[00019] O objetivo da presente invenção é o de prover uma caixa de junção que possibilite o isolamento de cada tramo de umbilical para se realizar testes para que seja possível definir qual é o problema que atinge o tramo em questão.

[00020] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê uma caixa de junção para conectar dois tramos de umbilicais, compreendendo uma pluralidade de tubulações principais adaptadas para conectar individualmente uma pluralidade de mangueiras hidráulicas de um primeiro tramo de umbilical a uma pluralidade de mangueiras hidráulicas de um segundo tramo de umbilical, em que a caixa de junção compreende ainda uma rede de tubulação auxiliar conectando hidraulicamente todas as tubulações principais.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00021] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[00022] A figura 1 ilustra uma caixa de junção como conhecida no atual estado da técnica. [00023] A figura 2 ilustra uma vista esquemática da configuração proposta da caixa de junção da presente invenção.

[00024] A figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma configuração alternativa da caixa de junção proposta para a presente invenção.

[00025] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de uma válvula direcional, que pode ser ou não utilizada, em conjunto com o circuito hidráulico da caixa de junção da presente invenção (figura 2) ou com a configuração alternativa (figura 3).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00026] 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.

[00027] Como pontuado anteriormente neste relatório, a figura 1 ilustra uma caixa de junção como conhecida no atual estado da técnica. Nessa configuração tradicional a caixa de junção compreende mangueiras interligadas de forma direta a mangueiras de tramos subsequentes.

[00028] A invenção trata de uma sofisticação deste equipamento, com o uso de sistemas de tubings e válvulas que permitem o isolamento de cada trecho no interior de uma caixa de junção e a realização de testes para delimitar o problema.

[00029] A figura 2 ilustra uma vista esquemática da configuração proposta da caixa de junção da presente invenção. De uma maneira mais ampla, a caixa de junção da presente invenção compreende uma pluralidade de tubulações principais 2 (tubings de aço) adaptadas para conectar individualmente uma pluralidade de mangueiras hidráulicas 1 de um primeiro tramo de umbilical a uma pluralidade de mangueiras hidráulicas 1 de um segundo tramo de umbilical, em que a caixa de junção compreende ainda uma rede de tubulação auxiliar 3 conectando hidraulicamente todas as tubulações principais 2.

[00030] Opcionalmente, a rede de tubulação auxiliar 3 pode compreender uma válvula auxiliar 31 para cada elemento de tubulação principal 2, em que cada válvula auxiliar 31 é adaptada para controlar o fluxo hidráulico de cada elemento de tubulação auxiliar 2.

[00031] A figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma configuração alternativa da caixa de junção da presente invenção.

[00032] Em adição, opcionalmente, cada elemento de tubulação principal compreende pelo menos uma válvula 21 adaptada para controlar o fluxo proveniente de cada linha hidráulica 1 de pelo menos um dos tramos.

[00033] Conforme ilustrado na figura 2, cada elemento de tubulação principal 2 pode compreender apenas uma válvula 21 para controlar o fluxo das linhas hidráulicas 1 de apenas um dos tramos de umbilical. Já na configuração apresentada pela figura 3, cada elemento de tubulação principal 2 pode compreender duas válvulas 21 para controlar o fluxo das linhas hidráulicas 1 de ambos os tramos de umbilical. Esta segunda configuração permite o teste das mangueiras de forma independente e não apenas uma delas independente da segunda, trazendo maior flexibilidade e assertividade para os testes citados, tanto para vazamento quanto para bloqueios por entupimento.

[00034] Assim, é previsto um sistema de controle e válvulas 21 ,31 que possibilita o desvio do fluxo de entre linhas hidráulicas 1 não subsequentes. Em outras palavras, a caixa de junção descrita possibilita que o fluxo proveniente de uma linha hidráulica de um tramo de umbilical, seja desviado para uma linha hidráulica não subsequente do tramo de umbilical seguinte, através da malha de tubulação descrita.

[00035] Todas as válvulas 21 e 31 devem ser acessíveis para atuação via mergulhadores ou ROV, inclusive prevendo redundâncias em função da posição a ser adotada pela caixa de junção após seu lançamento.

[00036] Opcionalmente, pode ser adotada uma válvula de pressurização 4 conectada hidraulicamente à malha de tubulações da caixa de junção, em que a válvula de pressurização pode ser escolhida dentre válvula esfera e válvula check. Essa válvula deve ser acessível por mergulhadores ou ROV para seu controle.

[00037] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de uma válvula direcional que pode ser utilizada opcionalmente em conjunto com a caixa de junção da presente invenção. Nessa configuração, observa- se que é possível desviar o fluxo proveniente de uma mangueira hidráulica de um umbilical, para uma linha hidráulica não subsequente de um segundo umbilical.

[00038] Outros arranjos de válvulas direcionais podem ser utilizados, possibilitando combinações de alinhamentos, trazendo flexibilidade operacional, independente das mangueiras que venham a falhar, sem a necessidade de alteração do projeto de uma capa de árvore de natal, por exemplo.

[00039] Outra possibilidade trazida pela implantação da invenção é a possibilidade de realizar alinhamentos diversos que podem resolver, de forma simplificada, problemas, sem a necessidade de troca do tramo defeituoso, com a simples alteração da configuração e do circuito percorrido pelo fluido hidráulico.

[00040] Assim, a presente invenção possibilita identificar se o próprio umbilical é a fonte do problema, e em qual tramo o vazamento se localiza, permitindo um tratamento mais eficaz do problema, evitando-se a necessidade de troca de todo o trecho, impactando positivamente nos custos com recursos navais, tradicionalmente muito dispendiosos nesse tipo de situação.