[0001] A presente invenção trata de um sistema composto de um ou mais dutos de baixa rigidez flexionai, aplicado em Unidades Estacionárias de Produção (UEPs), com a função primordial de suportação de risers rígidos em uma interface incialmente concebida para receber apenas risers flexíveis.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] A conexão de risers rígidos, também chamado de dutos rígidos, em plataformas ancoradas é normalmente realizada por meio de suportes do tipo receptáculo cônico (US6835025B1). Neste suporte, o acessório de topo do riser (flexible joint/stress joint) possui um perfil externo em formato de tronco de cone que é assentado sobre o receptáculo. A suportação de risers com receptáculo tem como característica a transmissão de carregamentos de tração e momento fletor para a UEP em uma região concentrada, isto é, os esforços são transmitidos à estrutura da plataforma por um único suporte. Já na suportação de risers flexíveis, também chamados de dutos flexíveis, a indústria de petróleo tem utilizado sistemas de suportação do tipo l-tube com Boca de Sino (US005947642A). Este suporte consta de dois tubos guias verticais, um posicionado na altura do deck superior, e outro na região inferior do casco da embarcação, por onde passa o duto flexível. O l-tube inferior possui um desvio angular em relação à vertical, e em sua extremidade é posicionada a boca de sino, onde é feito o travamento do capacete adaptador do enrijecedor de curvatura dos flexíveis. Nesta configuração, o momento fletor é transmitido à embarcação através do l-tube inferior pelo enrijecedor de curvatura, enquanto a tração é transmitida pelo l-tube superior por meio do Hang-off. Na hipótese da fixação de dutos rígidos de aço neste suporte implicaria em diversos problemas, como: deformação plástica dos tubos de topo, flambagem local devido a compressão localizada no tubo contra a parede do capacete e etc.

Existem ainda sistemas de suportação conhecidos como boca de sino multifuncional (BSMF), que foram desenvolvidos para receber dutos rígidos e dutos flexíveis. As BSMF se assemelham ao sistema l-tube/boca de sino. Na BSMF o l-tube inferior e a boca de sino são um único componente e o suporte inferior inteiro tem a inclinação do ângulo de topo. Neste tipo de suporte, o duto rígido é completamente suportado pela BSMF na região inferior, enquanto o flexível continua com a separação de cargas. Durante a implantação de um projeto de desenvolvimento de produção de petróleo offshore, é necessário selecionar o tipo de sistema de suportação que será instalado na UEP, sendo assim, é selecionado o sistema de suportação de uma unidade conforme o layout submarino do projeto. Este procedimento é natural, mas traz pouca flexibilidade de mudanças futuras. Com o surgimento do problema técnico relativo a ocorrência do fenômeno de corrosão sob tensão por C02, intensificado pelo alagamento do anular em dutos flexíveis, as operadoras de petróleo tiveram que avaliar a substituição de diversos risers flexíveis considerados críticos por dutos rígidos. Estes risers flexíveis se encontram operando em unidades que possuem l-tubes e/ou BSMF. Neste cenário surgiu a necessidade de desenvolvimento de um sistema de topo de riser que viabilize a conexão de dutos rígidos em suportes que se encontram preparados para operar com risers flexíveis.

[0003] Embora o projeto da BSMF permita receber tanto dutos rígidos quanto flexíveis, uma vez inicialmente instalado um riser flexível, não há a possibilidade de instalar um riser rígido no lugar. Considerando isso, a tentativa de obtenção da flexibilidade ocorreu através do re-projeto (reworking) das BSMF. Sendo assim, nos projetos que utilizaram BSMF, há restrição de aplicação de dutos rígidos da maneira convencional antes da invenção.

[0004] A primeira abordagem desenvolvida para viabilizar a conexão de risers rígidos em l-tubes considera a utilização de um riser híbrido, composto por um trecho de duto flexível (conhecido como "jumper") montado na extremidade superior de um riser rígido. Toda a suportação do riser è feita no trecho de duto flexível, utilizando acessórios típicos deste duto. A utilização deste tipo de configuração traz diversos pontos de atenção ao projeto. A corrosão sob tensão por CO2 continua sendo um risco para o conjunto riser. O o estudo de viabilidade da configuração híbrida sugere a previsão de duas trocas do jumper ao longo da vida útil do projeto, gerando impactos negativos tanto em produção de óleo, quanto no a custos de implantação e manutenção. O procedimento previsto, atualmente, para operação de transferência do riser à plataforma pode restringir a quantidade de barcos de apoio para realizar a operação, ou aumentar a quantidade de embarcações.

[0005] O documento BR112018015179-3 A2 divulga um dispositivo para acoplamento de tubo ascendente a uma estrutura de flutuação. O documento apesar de descrever um dispositivo para acoplamento de duto ascendente possuindo componentes como uma junta flexível, flanges e adaptadores, com isso difere da presente invenção por não apresentar a mesma solução da presente invenção, com relação à utilização de risers rígidos em UEPs inicialmente concebidas para receber apenas risers flexíveis.

[0006] O documento US20180155994A1 apesar de revelar um método de suportação de risers rígidos, citando a utilização de um jumper rígido (pode ser de titânio) que transporta os fluidos, contém a pressão do fluido e acomoda deflexões angulares do riser, e portanto difere da presente invenção principalmente por não evidenciar a utilização de risers rígidos em uma UEPs estruturada anteriormente para receber apenas risers flexíveis.

[0007] O documento BRPI0009911-2 B1 também não possui a adaptação para a instalação de dutos rígidos em uma UEPs considerando estruturada para risers flexíveis.

[0008] A presente invenção trata de um sistema e método composto de um ou mais dutos de baixa rigidez flexionai com características relativas a diâmetro e espessura diferentes entre si e que proporcionam vantagens sobre o que é revelado pelos documentos do estado da técnica, pois possibilitam aplicar dutos rígidos em sistemas projetados para receber apenas risers flexíveis. Descrição Resumida da Invenção

[0009] A presente invenção trata de um sistema composto de um ou mais tubos de baixa rigidez flexionai sendo os dutos de extensão superior e duto de extensão intermediária, conectados a uma seção de tubo de maior diâmetro externo e espessura (duto de extensão inferior) por meio de uma seção transversal variada (perfil cônico) e ainda de um adaptador com um formato externo de capacete adaptador de enrijecedor de curvatura de um duto flexível, para viabilizar, sem prejuízos operacionais, o uso de risers rígidos em Unidades Estacionárias de Produção (UEPs) inicialmente concebidas para receber apenas risers flexíveis, não dispondo, portanto, de suportes específicos para risers rígidos. A seleção do material é feita com base na diminuição da rigidez flexional dos tubos e, principalmente, no aumento da resistência mecânica. Para a aplicação em campos do pré-sal localizado na bacia de Santos no litoral Brasileiro, o uso de uma liga de titânio está sendo considerado pois possui baixo módulo de elasticidade, muito menor quando considerado ao do aço comum, e limite de escoamento mais elevado, também comparado ao aço comum. Contudo, a invenção não está restrita a utilização deste material.

Objetivos

[0010] A presente invenção tem como objetivo viabilizar a conexão de dutos rígidos em suportes que se encontram preparados para operar com risers flexíveis.

[0011] A presente invenção permite uma vida em serviço onde os carregamentos de tração e momento fletor exercidos sobre os suportes são desacoplados (separados).

[0012] A presente invenção tem como objetivo, ao propor um material selecionado, para ser imune a corrosão sob tensão por CO2 e evitar o mesmo problema ocorrido no anular dos risers flexíveis.

[0013] A presente invenção tem como objetivo evitar que o mecanismo de travamento seja parte integrante da TTR. [0014] A presente invenção tem como objetivo fornecer mais flexibilidade de mudanças futuras após a implementação de um projeto de desenvolvimento de produção de petróleo offshore.

[0015] Outro objetivo da presente invenção é a simplificação e redução do tempo de operação de instalação do riser ou duto rígido.

[0016] A presente invenção possui ainda como objetivo de evitar o contingenciamento para a troca do jumper flexível de topo.

[0017] Esses e outros objetivos, tal qual suportação de riser flexível, são alcançados pelo objeto proposto pela presente invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

[0018] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos da mesma. Nos desenhos, têm-se:

- A Figura 1 ilustra o receptáculo com riser rígido do estado da técnica;

- A Figura 2 ilustra as partes que compõem os esforços no sistema de suportação de risers flexíveis do estado da técnica;

- A Figura 3 ilustra o suporte Boca de Sino Multifuncional (BSMF) do estado da técnica;

- A Figura 4 ilustra os componentes do sistema da presente invenção;

- A Figura 5 ilustra a concretização da presente invenção;

- A Figura 6 ilustra a fixação do capacete adaptador.

Descrição Detalhada da Invenção

[0019] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares, mas sim ao escopo das reivindicações.

[0020] A presente invenção, conforme apresentada na figura 4, trata de riser rígido de topo com baixa rigidez flexionai duto de extensão superior (1) (upper pipe extension) e duto de extensão intermediária (2) (intermediate pipe extension) para a instalação em um sistema de interface de risers flexíveis conectados a uma seção de tubo de maior espessura duto extensão inferior (3) (lower pipe extension), por meio de um duto de seção transversai variada (4) de perfil cônico e ainda de um adaptador com um formato de capacete adaptador (5) de um duto flexível, para viabilizar, sem prejuízos operacionais, o uso de risers rígidos em Unidades Estacionárias de Produção (UEPs) inicialmente concebidas para receber apenas risers flexíveis, não dispondo, portanto, de suportes específicos para risers rígidos.

[0021] A figura 1 ilustra o receptáculo com riser rígido do estado da técnica, com destaque para o uso de uma junta flexível (10) (flexible joint). A figura 2 ilustra as duas partes, uma superior e outra inferior, que compõem os esforços segmentados respectivamente em tração (parte superior) e momento fletor (parte inferior) no sistema de suportação de risers flexíveis do estado da técnica. Destaque neste arranjo para o uso de enrijecedor de curvatura (17) (bend stiffener).

[0022] Antes da operação de pull in, transferência do tubo para a plataforma, o capacete adaptador (5) será fixado ao topo do tubo por meio de um colar contendo cabos fusíveis (8), conforme figura 6. Durante a operação de pull in, o conjunto de tubos do sistema é puxado pelo cabo do guincho da plataforma (12), passando por dentro do l-tube inferior (13) e boca de sino (7) (ou da BSMF), ilustrados na figura 3. O capacete adaptador (5) entrará na boca de sino (7), onde ficará travado com seu peso suportado por Dogs (14) exatamente como em um pull in de dutos flexíveis. O conjunto de tubos (1, 2 e 3) continua a deslizar pelo interior do capacete adaptador (5) e Boca de sino (convencional/Multifuncional) (7) até que sua extremidade de topo atinja o /- tube superior (15), vide figura 5. Quando isto ocorre, é montado um suporte (9) (hang-off) no entorno do flange de topo (11) para a fixação do tubo (16) ao suporte (9) (hang-off), que envolve o conector de riser (18) (end-fitting). Este suporte (9) é similar ao sistema de suportação de um duto flexível.

[0023] Durante a vida em serviço do riser, o duto extensão inferior (3) irá trabalhar dentro da Boca de Sino (7) e do l-tube inferior (13). Sua função é permitir uma curvatura suave pela transição de rigidez flexionai. Desta forma, o duto de extensão superior (1) e o duto de extensão intermediária (2), feitos preferencialmente de titânio e situados logo acima do trecho cônico desta seção sofre majoritariamente um carregamento axial. De maneira resumida, a baixa rigidez flexionai promovida pela seleção de materiais e pelo perfil de transição de diâmetro externo dos dutos de extensão (1, 2 e 3) da configuração proposta permitem uma operação de transferência de dutos rígidos para a UEP similar à transferência de um riser flexível, em suporte destinado a este último. Além disso, a presente solução permite uma vida em serviço onde os carregamentos de tração e momento fletor exercidos sobre os i-tube superior (13) e l-tube inferior (15) são desacoplados. Podemos citar como vantagens adicionais a tecnologia apta a receber junta flexível (10) flexible joint e/ou stress joint (não mostrada), a seleção de materiais que permite o uso de material imune a corrosão sob tensão CO2 e o procedimento de instalação similar aos utilizados para dutos flexíveis convencionais.

[0024] Dessa forma, a presente invenção, dada a sua concretização, está disponível para ser aplicada em Unidades Estacionárias de Produção (UEPs), com a função primordial de suportação de risers rígidos em uma interface incialmente concebida para receber apenas risers flexíveis e possuem os seguintes componentes:

® duto de extensão superior (1) (upper pipe extension):

• duto de extensão intermediário (2) (intermediate pipe extension):

» duto de extensão inferior (3) (lower pipe extension):

« duto de seção transversal variada (4);

• capacete adaptador (5);

® l-tube superior (15);

• l-tube inferior (13);

« boca de sino (7);

® conexões de interligação de dutos, flanges (6) [0025] O sistema apresenta interconexão bastante simples. O trecho de duto de extensão superior (1) é a seção de duto posicionada na extremidade superior do sistema. Este duto possui um flange no topo que será utilizado para a conexão da tubulação da plataforma, e um flange inferior que será conectado aos duto de extensão intermediário (2). O perfil destes tubos é muito parecido e por isso não foram diferenciados na figura 4. A quantidade de dutos de extensão intermediário (2) depende do comprimento entre l-tube superior (15) e l-tube inferior (13), além das limitações de comprimento características do processo fabril adotado para obter-se os dutos (1) e (2). A extremidade inferior do duto de extensão Intermediária (2) é conectada ao duto de extensão inferior (3), que é o componente responsável por promover uma curvatura suave do tubo no interior do capacete adaptador (5). Os dutos de extensão (1), (2) e (3) são conectados por meio de flanges (6) do tipo compacta, ou através de soldas circunferenciais, conforme aquele foi ilustrado nas figuras 4 e 5. A extremidade inferior do duto de extensão inferior (3) é conectado a um duto de seção transversal variada (4), ou a uma junta de estresse (stress joint), ou a uma junta flexível (10) (flexible joint), conforme ocorrer para projetos específicos.

[0026] A sequência para Instalação do riser rígido à UEP, considerando os novos elementos trazidos pela invenção, devem ser:

[0027] - Fixar o capacete adaptador (5) ao duto extensor superior (1) por meio de um colar contendo cabos fusíveis (8);

[0028] - Iniciar o procedimento de pull in do conjunto de dutos de extensão

(1, 2 e 3), já acoplados entre si por meio de flanges ou soldas, pelo cabo guincho da plataforma passando por dentro do l-tube inferior (13) e pela boca de sino (7);

[0029] - Travar o capacete adaptador (5) cujo peso será suportado por

Dogs (14);

[0030] - Continuar a deslizar o conjunto de dutos de extensão (1, 2 e 3) pelo interior do capacete adaptador (5) e pela boca de sino (ou boca de sino multifuncional) (7) até a sua extremidade de topo atingir o l-tube superior (15), sendo neste momento, o tubo de extensão inferior (3) por ter um diâmetro maior trava no capacete adaptador (5);

[0031] - Montar um suporte (9) no entorno do flange do duto de extensão superior (1), e conectando-o a tubulação da embarcação através de um flange de topo (11).

[0032] O método proposto não se restringe a concretização acima, podendo ter pequenas variações procedimentais de acordo com os elementos acessórios.