CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a tecnologias de dutos e risers. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a sistemas e métodos para a conexão de enrijecedores de curvatura em bocas de sino.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Em sistemas de conexão entre um enrijecedor de curvatura e uma boca de sino, é largamente conhecido que entre as maiores causas de tempo não produtivo de navios do tipo Ripe Laying Support Vessei (PLSV) há aquelas devidas a condições ambientais impeditivas para execução de mergulho raso durante as operações de pull-in de risers, sendo esta operação (mergulho raso) necessária para assegurar que a conexão do enrijecedor de curvatura com a boca de sino tenha sido devidamente executada.

[0003] De forma a diminuir o tempo não produtivo dos PLSVs foi identificado que o estado da técnica carece de um sistema de encaixe entre um enrijecedor de curvatura e uma boca de sino que tenha um esforço resistente à conexão do enrijecedor de curvatura reduzido, aumentando a confiabilidade desta operação e eliminando a necessidade de mergulho raso em paralelo com o PLSV.

[0004] Atualmente, a realização do mergulho raso é essencial em todas as etapas das operações de puli-in em suportes do tipo i~ Tube (Boca de Sino). Assim, em um momento prévio à chegada do PLSV, e conseguinte transferência do riser para a Unidade Estacionária de Produção (UEP), o mergulho raso se faz necessário para verificar o funcionamento do mecanismo de travamento da boca de sino, realizar uma limpeza prévia em sua região interna, de forma a remover eventuais incrustações que possam interferir no acoplamento do enrijecedor de curvatura do riser na mesma, além de, se necessário, passar um gabarito para verificar o dimensional interno da boca de sino.

[0005] Na etapa de transferência do riser do PLSV para a UEP, durante o mergulho raso são instaladas talhas, conectando o enrijecedor de curvatura ao casco da UEP, para impedir a queda do enrijecedor de curvatura caso haja uma ruptura prematura dos cabos fusíveis de pull-in por uma sobrecarga devido à excessiva interferência no acoplamento do riser na boca de sino.

[0006] Em adição, o mergulho raso inspeciona todo o processo de acoplamento do enrijecedor de curvatura na boca de sino, verificando o ângulo de catenária do riser, estando atento a eventuais interferências que possam ocorrer.

[0007] Após a conclusão da operação de pull-in, o mergulho raso inspeciona a integridade do duto, posiciona os dogs da boca de sino na posição travada e remove as talhas que evitariam a queda do enrijecedor de curvatura.

[0008] De acordo com o apresentado até aqui, fica claro que o mergulho raso está atualmente envolvido em todas as etapas da operação de pull-in, em que o momento mais crítico é o instante do acoplamento do enrijecedor de curvatura na boca de sino, pois este atua em paralelo com o PLSV.

[0009] O estado da técnica dispõe de uma grande diversidade de sistemas de encaixe entre um enrijecedor de curvatura e uma boca de sino, como ilustrado pelos documentos que se seguem.

[0010] O documento US4808034A revela um meio para fixar um riser marinho a uma estrutura flutuante com anéis guia des!izantemente fixados ao riser que é então instalado a um receptor na parte inferior da estrutura flutuante e conectada a um sistema de conduto da estrutura flutuante.

[0011] Durante a instalação do riser, o anel guia é inserido em um receptor de anel guia posicionado abaixo da estrutura flutuante. Após esse encaixe, o riser pode ser puxado.

[0012] O documento US20090020061A1 , por sua vez, revela um conector para ligação entre uma ancoragem na forma de uma parte fêmea disposta sobre um meio flutuante e uma parte macho formada na extremidade de um umbilical recuperável provido de um enrijecedor de curvatura.

[0013] De acordo com o US20090020061A1 , a parte macho compreende um corpo de mandril tendo um capacete conectado a um meio de tração em uma extremidade e o umbilical na outra extremidade. A parte macho compreende um corpo em formato de luva que é fixado ao corpo do mandril por elementos cisalhantes.

[0014] O enrijecedor de curvatura é então fixado diretamente ao corpo formado pela luva e é projetado para encostar e“estacionar”, junto com o enrijecedor de curvatura, no interior da fêmea, enquanto o umbilical é projetado para ser puxado mais para cima através da parte fêmea em direção a uma embarcação.

[0015] O documento BRPI1 106877A2 revela uma luva de amortecimento e método de ancoragem. Mais especificamente, esse documento se refere a um dispositivo acessório que compreende uma luva de ancoragem, que é acoplado a um limitador de curvatura, capaz de atuar na operação de ancoragem de uma linha de coleta de modo a eliminar a necessidade de cabos fusíveis e de cintas de segurança, e prescindir da atuação de uma equipe de mergulhadores, garantindo a realização da operação em qualquer condição de mar. [0016] O documento US8573305B2 revela um sistema de liberação automática para um riser que inclui um conjunto de funil guia (boca de sino) que recebe um capacete acoplado ao riser. Uma cabeça de tração é acoplada a um mecanismo de tração. Um ou mais dogs acionados por mola são montados no lado de fora do capacete. Os dogs movem-se radialmente para dentro e para fora através de uma ou mais aberturas no eixo alinhado com os dogs e se encaixam em uma ranhura na cabeça de tração quando movidos radialmente através das aberturas.

[0017] Um ou mais mecanismos de acionamento são montados na parte externa do capacete e alinhados com os dogs. Em uma primeira posição, os mecanismos de acionamento impedem os dogs de desengatar do orifício na cabeça de tração. Em uma segunda posição, os mecanismos de acionamento permitem que os dogs se desengatem do orifício na cabeça de tração.

[0018] O documento US5947642A revela uma aparelhagem e um método destinados a possibilitar que a conexão de tubulações flexíveis submarinas provenientes do leito do mar possa ser feita em algum ponto localizado acima do nível do mar em uma estrutura na superfície.

[0019] De acordo com este documento, utilizam-se dois componentes principais, uma boca de sino e um dispositivo de conexão, o qual é conectado à linha flexível que deseja-se conectar à estrutura.

[0020] Especificamente, o US5947642A revela um sistema automático de travamento do enrijecedor à boca de sino que compreende um elemento de trava pivotante acionado por um elemento elástico. De acordo com a configuração descrita, o enrijecedor compreende um guia superior, em que a parte baixa do guia compreende um frustocônico, com maior diâmetro que a parte superior do guia.

[0021] Assim, durante a passagem da parte baixa do guia peio elemento de trava, este é deslocado radlalmente. Logo após a passagem, o elemento de trava é pressionado de volta para sua posição inicial, efetuando o travamento do enrijecedor na boca de sino.

[0022] À luz dos documentos apresentados, fica claro que o estado da técnica ainda carece de um sistema de encaixe entre um enrijecedor de curvatura e uma boca de sino que seja altamente confiável, suprimindo assim a necessidade de se efetuar uma operação de mergulho raso para se assegurar tal encaixe.

[0023] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descrito de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0024] O objetivo da presente invenção é o de prover um sistema de encaixe entre um enrijecedor de curvatura e uma boca de sino que compreenda travamento automático confiável a ponto de ser dispensada a etapa de mergulho raso nesta operação.

[0025] De forma a alcançar o objetivo acima descrito, a presente invenção provê um sistema de acoplamento entre um enrijecedor de curvatura e uma boca de sino compreendendo uma pluralidade de mecanismos de travamento em que cada mecanismo de travamento é fixado exfernamente à boca de sino e compreende uma lingueta móvel posicionada de modo inclinado para baixo, em que a lingueta acessa o interior da boca de sino e é acionada por um elemento elástico adaptado para exercer pressão na lingueta no sentido do interior da boca de sino. BREVE DESCRÍCÃO DAS FIGURAS

[0026] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência

[0027] A figura 1 ilustra uma vista frontal de um enrijecedor de curvatura de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0028] A figura 1a ilustra uma vista em perspectiva do enrijecedor de curvatura da figura 1.

[0029] A figura 2 ilustra uma vista de uma configuração de boca de sino de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0030] A figura 3 ilustra uma vista aproximada do sistema de travamento do enrijecedor de curvatura ilustrado na figura 2.

[0031] A figura 4 ilustra uma vista em corte transversal da configuração ilustrada na figura 3.

[0032] A figura 5 ilustra uma vista da etapa inicial da operação de pull-in em que um enrijecedor de curvatura é introduzido em uma boca de sino, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0033] A figura 6 ilustra uma situação em que o enrijecedor de curvatura está quase que completamente conectado à boca de sino, de acordo com a configuração da figura 5.

[0034] A figura 7 ilustra o enrijecedor de curvatura em sua posição mais superior no interior da boca de sino, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0035] A figura 8 ilustra o sistema da presente invenção em que o enrijecedor de curvatura está em sua posição assentada.

[0036] A figura 9 ilustra o sistema da presente invenção em início de operação de puli-out.

[0037] A figura 10 ilustra o sistema da presente invenção em que o enrijecedor de curvatura está liberado para conclusão da operação de puli~out.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0038] 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.

[0039] A presente invenção é direcionada a um sistema de acoplamento de um enrijecedor de curvatura em uma boca de sino que elimina a necessidade de mergulho raso no momento crítico da operação (operação paralela com o PLSV). Ressalta-se que operações de mergulho em uma etapa pré-operacional de pull-in (limpeza, instalação de câmeras e verificação do funcionamento dos mecanismos) ainda devem ser recorrentes com o uso da presente invenção, uma vez que esta não é a etapa mais custosa da operação.

[0040] Para tal, a invenção desenvolveu um conceito de travamento do enrijecedor de curvatura muito mais eficiente que os conhecidos do estado da técnica, o que possibilitou reduzir as cargas associadas ao processo de conexão do enrijecedor de curvatura na boca de sino e a redução das atividades de mergulho.

[0041] A figura 1 ilustra uma vista de um enrijecedor de curvatura 1 de acordo com uma configuração opcional da presente invenção. Nessa configuração, o capacete 15 de enrijecedor de curvatura 1 compreende um formato tubular cuja porção superior 11 compreende um formato abaulado.

[0042] Assim, considerando uma faixa de desalinhamentos prováveis no ângulo de catenária do riser, o contato inicial entre o capacete 15 e o interior da boca de sino 2 será mais ameno. Em outras palavras, esta geometria de contato inicia! evita o contato de cantos vivos do capacete 15 do enrijecedor de curvatura 1 no interior da boca de sino 2, o que poderia ocasionar uma interferência significativa.

[0043] A figura 1a ilustra uma vista em perspectiva do enrijecedor de curvatura 1 da figura 1.

[0044] Opcionaimente, o capacete 15 do enrijecedor de curvatura 1 compreende elementos de suporte 16 de cabos fusíveis 4 em sua face superior utilizados na etapa de puii-in. Ressalta-se que nos capacetes 15 de enrijecedores 1 do estado da técnica, não existe uma definição destes pontos, sendo frequente o dimensionamento de olhais que seriam potenciais regiões de interferência para no processo de pull-in do enrijecedor de curvatura 1.

[0045] Também opcionalmente, o enrijecedor de curvatura 1 pode compreender uma região intermediária 12 de diâmetro reduzido em comparação com as porções superior 11 e inferior 13 do mesmo. Assim, o acoplamento entre o enrijecedor de curvatura 1 e a boca de sino 2 será mais suave, reduzindo as forças resistentes ao acoplamento. Nessa configuração, a transição entre as porções superior 1 1 e inferior 13 com a porção intermediária 12 pode compreender uma seção de transição cónica 14 (paredes inclinadas), em que a porção cónica 14 inferior é adaptada para realizar o alinhamento final do enrijecedor de curvatura 1 durante o acoplamento com a boca de sino 2. Essa característica ficará mais evidente com a descrição que se segue.

[0046] A figura 2 ilustra uma vista de uma configuração de boca de sino 2 de acordo com uma configuração opcional da presente invenção. A figura 3 ilustra uma vista aproximada do sistema de travamento do enrijecedor de curvatura 1 ilustrado na figura 2. A figura 4 ilustra uma vista em corte transversa! da configuração ilustrada na figura 3.

[0047] Como pode ser observado, a boca de sino 2 da presente invenção compreende uma pluralidade de mecanismos de travamento 3 adaptados para travar o enrijecedor de curvatura 1 quando este estiver em sua posição final

[0048] O mecanismo de travamento 3 do enrijecedor de curvatura 1 na boca de sino 2 compreende iinguetas 30, sendo estas, e todo o mecanismo de travamento 3, confinados no interior de um porta Iinguetas 3 Durante a operação de puíl-in, as Iinguetas 30 se retraem para permitir a passagem do enrijecedor de curvatura 1 e seu retorno automático para a posição estendida é efetuado por elementos elásticos 34 acomodados em um bloco de reação.

[0049] Para isso, o mecanismo de travamento 3 é posicionado de modo inclinado para baixo, de modo que os elementos elásticos 34 exercem uma pressão para movimentar as Iinguetas 30 inclinadamente para baixo.

[0050] A vantagem significativa da boca de sino 2 da presente invenção reside no fato de que não é necessária nenhuma atuação de mergulho raso para travar as Iinguetas 30 após o encaixe do enrijecedor de curvatura 1 , o que é realizado pela força dos elementos elásticos 34 que pressionam a lingueta 30 para o interior da boca de sino 2.

[0051] A figura 5 ilustra uma vista da etapa inicia! da operação de puii~in em que um enrijecedor de curvatura 1 é introduzido em uma boca de sino 2, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0052] Neste caso, o peso do riser está totalmente transferido do PLSV para o FPSO e o enrijecedor de curvatura 1 está na iminência de entrar na boca de sino 2.

[0053] Nessa configuração, o enrijecedor de curvatura 1 inicia o processo de entrada na boca de sino 2. Observa-se que o formato abaulado da porção superior 11 do capacete 15 facilita a passagem do enrijecedor de curvatura 1.

[0054] A figura 6 ilustra uma situação em que o enrijecedor de curvatura 1 está quase que completamente conectado à boca de sino 2, de acordo com a configuração da figura 5.

[0055] Ainda neste momento não existe interferência significativa entre a boca de sino 2 e o enrijecedor de curvatura 1 , devido a sua geometria otimizada. Neste ponto, a porção inferior (A), compreendendo um cone elastomérico, do enrijecedor de curvatura 1 começa a tocar as linguetas 30 do mecanismo de travamento 3, iniciando a retração das mesmas.

[0056] Com a movimentação do enrijecedor de curvatura 1 para cima, as linguetas 30 são pressionadas ainda mais para dentro até a passagem total do enrijecedor de curvatura 1 pelas linguetas 30.

[0057] A figura 7 ilustra o enrijecedor de curvatura 1 em sua posição final de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0058] Observa-se que, neste momento, o enrijecedor de curvatura 1 atinge o seu limite físico dentro da boca de sino 2 e cada cabo fusível 4 é pressionado contra um elemento cisalhante 5.

[0059] Portanto, o enrijecedor de curvatura 1 compreende uma pluralidade de elementos cisalhantes 5, cada um associado a um cabo fusível 4, em que cada elemento cisalhante 5 é adaptado para pressionar o cabo fusível 4 contra a parede interna da boca de sino 2, quando o enrijecedor de curvatura 1 estiver em sua posição mais superior no interior da boca de sino 2.

[0060] Preferencialmente, o elemento cisalhante 5 compreende uma face cortante em contato com o cabo fusível 4 quando o enrijecedor de curvatura 1 estiver em sua posição final de encaixe.

[0061] Assim, o elemento cisalhante 5 provoca um dano ao cabo fusível 4 ao final da operação pull-in.

[0062] Este conceito permite a escolha de cabo fusível 4 sintético com alta tensão de ruptura, mitigando o risco de sua ruptura prematura, antes da etapa mostrada na Figura 7. Assim, é possível a substituição dos cabos fusíveis 4 de aço do estado da técnica por cabos fusíveis sintéticos 4, como ora proposto.

[0063] As vantagens do uso desta tecnologia como alternativa de cabo fusível 4 de aço para pull-in são diversas como, por exemplo, sua elevada maleabilidade, facilitando a sua instalação, e a possibilidade de redução de sua resistência mecânica pela atuação de alguma ferramenta de corte, o que pode auxiliar na ruptura final do cabo.

[0064] Em adição, por ser um material muito mais macio em relação aos cabos de aço, eventuais resíduos provenientes da ruptura do cabo que caiam no interior da trombeta do enrijecedor de curvatura 1 não apresentam riscos quanto a danos da capa externa do riser flexível. Durante toda a operação de pull-in, no entanto, a atuação deste conceito é bastante semelhante à utilização de cabos fusíveis de aço.

[0065] A figura 8 ilustra o sistema da presente invenção em que o enrijecedor de curvatura 1 está em sua aposição assentada. Observa-se que após a ruptura dos cabos fusíveis 4, o enrijecedor de curvatura 1 desce, devido à gravidade, de modo a se apoiar nas linguetas 30, terminando assim a operação de pull-in. [0066] Assim, observa-se que uma grande vantagem da invenção consiste no fato de que o mecanismo de travamento 3 é posicionado de modo inclinado para baixo. Assim, durante a entrada do enrijecedor de curvatura 1 na operação de puil~in, a lingueta 30 é empurrada, pressionando os elementos elásticos 34, e permite a passagem do enrijecedor 1.

[0067] No entanto, ao final do processo, quando ocorre a ruptura dos cabos fusíveis 4, as linguetas 30 retornam ao sua posição final e o peso do enrijecedor 1 exerce uma força cortante na lingueta 30, não permitindo que a mesma seja retraída.

[0068] Opcionalmente, a invenção ainda prevê que o mecanismo de travamento 3 compreende uma manopla 36 que pode ser acionada para mover a lingueta 30 para a posição retraída ou estendida. A manopla 36 pode ser acionada por um operador humano (mergulhador) ou por um ROV, em que essa escolha pode ser feita caso a caso.

[0069] Na configuração descrita no parágrafo anterior, também pode ser adotado um grampo 37 para travar a manopla 36 , impedindo sua movimentação involuntária.

[0070] A seguir será descrito como se procede a operação pull- out de acordo com a presente invenção.

[0071] A figura 9 ilustra o sistema da presente invenção em início de operação de pull-out. Para o pull-out os grampos 37 são removidos, permitindo a movimentação da manopla 36. É importante ressaltar que, opcionalmente, os elementos elásticos 34 não são comprimidos nesta etapa. O mecanismo de travamento 3 pode ser projetado de modo que todas as partes (lingueta 30, elementos elásticos 34, eixo 33 e bloco de reação 35) sejam movimentadas juntas quando da ação da manopla 36. [0072] A figura 10 ilustra o sistema da presente invenção em que o enrijecedor de curvatura está liberado para conclusão da operação de pull-out. Observa-se que, com liberação das linguetas 30, o enrijecedor fica livre para ser desacoplado da boca de sino 2 se movimentando para baixo

[0073] Com todo o exposto, fica claro que a invenção provê um sistema e um método para efetuar o acoplamento entre um enrijecedor de curvatura 1 de risers em uma boca de sino 2 que possibilita o travamento automático do enrijecedor de curvatura 1 na boca de sino 2 no momento em que o acoplamento é finalizado sem a necessidade de se realizar mergulho raso para assegurar que o acoplamento tenha sido executado corretamente.

[0074] Ressalta-se que a realização de mergulho raso pode ser opcionalmente adotada em casos particulares, ou por desejo dos técnicos responsáveis pela operação. Assim, essa operação não é excluída do processo e sim tornada uma etapa opcional.

[0075] Novamente com referência à figura 4, observa-se que o mecanismo de travamento 3 é ilustrado em corte, o que permite a observação dos componentes internos de tal elemento.

[0076] O mecanismo de travamento 3, de uma forma mais ampla, é fixado externamente à boca de sino 2 e compreende uma lingueta 30 móvel posicionada de modo inclinado para baixo, em que a lingueta 30 acessa o interior da boca de sino 2. Em adição, a lingueta 30 é acionada por um elemento elástico 34 adaptado para exercer pressão na lingueta 30 no sentido do interior da boca de sino 2.

[0077] Como já descrito anteriormente, devido à angulação da lingueta, a mesma pode ser movimentada pela porção inferior (A), compreendendo um cone elastomérico, do capacete 15 do enrijecedor de curvatura 1 durante o processo de pulNn para ser retraída, e após a passagem do enrijecedor de curvatura 1 , os elementos flexíveis 34 a pressionam para voltar para a posição estendida, provendo o travamento do conjunto enrijecedor de curvatura 1/boca de sino 2

[0078] Opcionalmente, cada lingueta 30 pode ser acionada e alinhada por um eixo 33 inferno ao mecanismo de travamento 3, em que o eixo 33 é acionado pelos elementos elásticos 34 e é adaptado pra transmitir as forças geradas pelo elemento elástico 34 para a lingueta 30. Em configurações alternativas, a lingueta 30 e o eixo 33 são um elemento único, em que o eixo 33 compreende uma espessura menor que a lingueta 30.

[0079] Opcionalmente, o mecanismo de travamento 3 também compreende um bloco de reação 35 no qual o elemento elástico 34 é assentado.

[0080] Novamente com referência à figura 3, observa-se que o mecanismo de travamento 3 compreende opcionalmente um elemento excêntrico 31 que proporciona a multiplicação de força para operação da manopla 36, de modo a facilitar a movimentação da lingueta 30 pelo mergulhador (quando necessário). O elemento excêntrico 31 é conectado internamente ao bloco de reação 35 por um pino 32 de montagem.

[0081] Assim, quando um mergulhador aciona a manopla 36 em uma operação para destravar o sistema, o bloco de reação 35 é acionado, liberando a lingueta 30.

[0082] Portanto, a presente invenção provê, de uma forma mais ampla, um sistema de acoplamento entre um enrijecedor de curvatura 1 e uma boca de sino 2 que compreende uma pluralidade de mecanismos de travamento 3 em que cada mecanismo de travamento 3 é fixado externamente à boca de sino 2 e compreende uma lingueta 30 móvel posicionada de modo inclinado para baixo, em que a iingueía 30 acessa o interior da boca de sino 2 e é acionada por um elemento elástico 34 adaptado para exercer pressão na lingueta 30 no sentido do interior da boca de sino 2.

[0083] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas, em especial em vista da configuração mais geral descrita no parágrafo anterior. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.