BR102012002384B1 - Conector para uso com uma instalação de riser submarino, instalação de riser e método de fornecimento de uma junta de alívio para uma instalação de riser - Google Patents

Conector para uso com uma instalação de riser submarino, instalação de riser e método de fornecimento de uma junta de alívio para uma instalação de riser Download PDF

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Abstract

"conector para uso com uma instalação de r/ser submarino, instalação de r/ser e método de fornecimento de uma junta de alívio para uma instalação de r/ser" trata-se de um conectar (10a) para uso com uma instalação de riser submarino, que compreende um corpo (11, 12) com uma primeira face de conexão (13) que tem uma passagem atravessante (14) e adaptada para conexão a um primeiro elemento de conduto externo e uma junta de articulação (15) no interior do corpo, sendo que a junta de articulação tem uma passagem 10 atravessante (17) que é substancialmente alinhada com a passagem atravessante na primeira face, e uma segunda face de conexão (16) em um lado oposto do conectar à primeira face de conexão e adaptada para conexão a um segundo elemento de conduto externo, sendo que o conectar compreende ainda pelo menos um mecanismo detentor (20,22,23,24) adaptado 15 para ser engatado a um recurso de localização correspondente (21) na junta de articulação, de modo que as passagens atravessantes sejam mantidas em alinhamento e a junta de articulação seja impedida de se mover em relação ao corpo até que um momento de flexão predeterminado seja aplicado à junta de articulação ao longo do eixo geométrico de sua passagem atravessante.

Description

“CONECTOR PARA USO COM UMA INSTALAÇÃO DE RISER SUBMARINO, INSTALAÇÃO DE RISER E MÉTODO DE FORNECIMENTO DE UMA JUNTA DE ALÍVIO PARA UMA INSTALAÇÃO DE RISER” Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um conector com uma junta de articulação que opera como uma junta de alívio de flexão, para aliviar a tensão de flexão aplicada em locais de flexão elevada em um riser submarino, no caso de os momentos de flexão aplicados excederem um limite de flexão predeterminado.
Antecedentes da Invenção [002] As instalações marítimas de produção de óleo e gás, tipicamente, têm uma cabeça de poço no solo oceânico e conexões de produção em uma árvore submarina. Para a conclusão da produção ou para fins de intervenção, uma coluna de tubo de riser pode ser conectada entre a árvore submarina e um navio de superfície, como um semissubmersível ou navio-sonda responsável por realizar a intervenção desejada no poço.
[003] O navio de superfície pode ser mantido em posição acima do poço por meio de âncoras ou por meio da localização dinâmica com o uso do sistema de posicionamento global (GPS) e impulsores no navio para neutralizar a deriva. Em condições operacionais, pouco deslocamento angular do navio de superfície em direção oposta à vertical acima do poço será aceitável para superar a deriva causada por mudanças nas condições locais, incluindo marés e condições meteorológicas. Em uma determinada situação, a faixa operacional na qual um navio de superfície pode sofrer deriva com segurança irá depender de vários fatores, incluindo os limites de tração e flexão do riser. Em circunstâncias inesperadas ou extremas, por exemplo, se uma âncora deslizar ou o GPS falhar, ou em uma tempestade súbita, o navio de superfície pode sofrer deriva na medida em que uma ação de emergência pode ser necessária para evitar danos ao riser ou à cabeça de poço.
[004] Para essas finalidades, a coluna de riser pode incluir uma junta de segurança - um “elo fraco” projetado para uma falha de tensão abaixo dos limites de um tubo de riser comum. Para proteger a cabeça de poço, um pacote de desconexão de emergência (EDP) que utiliza um conector de desconexão rápida (conforme descrito no documento 2009/019515) pode ser fornecido na base da coluna de riser.
[005] No passado, vários tipos de juntas esféricas ou conectores flexíveis foram propostos para permitir algum grau de flexibilidade contínua em uma coluna de riser tubular, por exemplo, conforme descrito nos documentos US-A-3 433 504, US-A-3 977 707, US-A-3 523 578 e US-3 695 633.
[006] No entanto, esses sistemas não são por si só projetados para serem acionados por, ou para oferecerem proteção contra, momentos de flexão excessiva que podem ser aplicados ao/pelo riser, em casos de deslocamento angular extremo em relação à vertical. Outras dificuldades também podem surgir em razão de diferenças ambientais locais como força das marés e profundidade da água no local do poço. Em águas mais rasas, um navio de superfície é necessariamente mais limitado em termos absolutos quanto à deriva permitida, e o menor comprimento do riser tem um comportamento mais rígido do que comprimentos maiores em águas profundas. Diferentes tensões surgem e os sistemas de segurança precisam ser adaptados de maneira correspondente.
[007] A presente invenção é destinada a fornecer meios para aliviar a tensão de flexão em um riser submarino, cujos meios podem ser ajustáveis para selecionarem limites e indicarem variações em parâmetros operacionais relevantes em diferentes locais.
Descrição da Invenção [008] De acordo com a presente invenção, em um aspecto, é fornecido um conector para uso com uma instalação de riser submarino, sendo que o conector compreende um corpo com uma primeira face de conexão que tem uma passagem atravessante e adaptada para conexão a um primeiro elemento de conduto externo e uma junta de articulação no interior do corpo, sendo que a junta de articulação tem uma passagem atravessante que é substancialmente alinhada com a passagem atravessante na primeira face, e uma segunda face de conexão em um lado oposto do conector à primeira face de conexão e adaptada para conexão a um segundo elemento de conduto externo, sendo que o conector compreende ainda pelo menos um mecanismo detentor adaptado para ser engatado a um recurso de localização correspondente na junta de articulação, de modo que as passagens atravessantes sejam mantidas em alinhamento e a junta de articulação seja impedida de se mover em relação ao corpo até que um momento de flexão predeterminado seja aplicado à junta de articulação ao longo do eixo geométrico de sua passagem atravessante.
[009] De acordo com a presente invenção, em outro aspecto, é fornecido um método de fornecimento de uma junta de alívio para uma instalação de riser, sendo que o método compreende: fornecer um conector que compreende um corpo com uma primeira face de conexão que tem uma passagem atravessante; fornecer uma junta de articulação no interior do corpo, sendo que a junta de articulação tem uma passagem atravessante que é substancialmente alinhada com a passagem atravessante na primeira face, e uma segunda face de conexão em um lado oposto do conector à primeira face de conexão; conectar a primeira face de conexão a um primeiro elemento de conduto externo; e conectar a segunda face de conexão a um segundo elemento de conduto externo, sendo que o método compreende ainda fornecer pelo menos um mecanismo detentor que é engatado a um recurso de localização correspondente na junta de articulação, de modo que as passagens atravessantes sejam mantidas em alinhamento e a junta de articulação seja impedida de se mover em relação ao corpo até que um momento de flexão predeterminado seja aplicado à junta de articulação ao longo do eixo geométrico de sua passagem atravessante.
[010] Será apreciado que o primeiro e o segundo elementos de conduto externo mencionados acima podem incluir um tubo de riser ou outros elementos tubulares ou acessórios de cabeça de poço como uma válvula de segurança, e não formam por si só uma parte do próprio conector.
[011] Um conector e método de acordo com a presente invenção apresentam a vantagem de as passagens atravessantes e o riser serem mantidos em alinhamento em uma faixa operacional segura de momento de flexão, porém quando o limite predeterminado é atingido, a tensão de flexão pode ser rápida e consistentemente aliviada antes que danos ocorram aos elementos de riser ou cabeça de poço conectados. Qualquer ferramental que for inserido através das passagens também é protegido e uma oportunidade extra de recuperar tal ferramental é proporcionada.
[012] De preferência, é fornecida uma pluralidade de mecanismos de detenção, espaçados em torno do corpo para engatar recursos de localização correspondentes à junta de articulação. Nesse caso, de preferência, os mecanismos são espaçados de maneira uniforme em torno do eixo geométrico da passagem atravessante do corpo.
[013] O/cada mecanismo detentor inclui, de preferência, meios de ajuste para ajustar a força a ser aplicada ao recurso de localização correspondente a fim de determinar o momento de flexão predeterminado necessário para acionar o movimento da junta de articulação.
[014] O/cada mecanismo detentor pode compreender um detentor acionado por meios de mola, como molas de disco ou espirais ou compósitas.
[015] Os/cada um dos meios de ajuste pode(m) compreender meios para ajustar a dureza de mola dos meios de mola do mecanismo detentor se este incluir meios de mola; ou os/cada um dos meios de ajuste pode(m) compreender meios hidráulicos.
[016] O/cada mecanismo detentor pode ser disposto em uma direção normal em relação ao eixo geométrico da passagem atravessante do corpo. Alternativamente, o/cada mecanismo detentor pode ser disposto em uma direção inclinada em relação ao eixo geométrico da passagem atravessante do corpo.
[017] O corpo pode compreender uma parte de corpo externa que recebe a junta de articulação e uma parte de corpo interna que retém a junta de articulação no devido lugar.
[018] A presente invenção também combina uma instalação de riser que inclui um conector de acordo com a invenção.
[019] A utilização de um mecanismo detentor ajustável em cooperação com um recurso de localização na junta de articulação oferece a vantagem de o conector poder ser mecanicamente reajustado por meio do simples reposicionamento dos respectivos elementos de conduto externo em alinhamento (por exemplo, por meio do reposicionamento de um navio de superfície em alinhamento acima do conjunto cabeça de poço-conector-riser de modo que o/cada mecanismo detentor seja reengatado ao recurso de localização relevante no conector). Além disso, se o/cada mecanismo detentor for desengatado e uma desconexão ocorrer em um conector em uma parte inferior na pilha, o/cada mecanismo será reajustado por gravidade, permitindo uma possível reconexão ou uma recuperação normal com o navio.
[020] Em uma disposição alternativa adicional, o/cada mecanismo detentor pode compreender um membro de cisalhamento que é projetado para cisalhamento quando o momento de flexão limitador é aplicado.
Tal disposição teria a desvantagem, no entanto, de que não seria reajustada sem a reinstalação de um membro de cisalhamento substituto.
Breve Descrição dos Desenhos [021] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma realização de um conector de acordo com a presente invenção; A Figura 2 é uma seção vertical em perspectiva ao longo do plano AA' da Figura 1 com a articulação na posição vertical travada; A Figura 3 é uma seção vertical em planta ao longo do plano AA' da Figura 1 também com a articulação na posição vertical travada; A Figura 4 é uma seção vertical em perspectiva ao longo do plano AA' da Figura 1 com a articulação deslocada em relação à vertical e seus detentores desengatados; A Figura 5 é uma seção vertical em planta ao longo do plano AA' da Figura 1 com a articulação deslocada como na Figura 4; A Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma realização alternativa de um conector de acordo com a presente invenção; A Figura 7 é uma seção vertical em perspectiva ao longo do plano BB' da Figura 6 com a articulação na posição vertical travada; A Figura 8 é uma seção vertical em planta ao longo do plano BB' da Figura 6 também com a articulação na posição vertical travada; A Figura 9 é uma seção vertical em perspectiva ao longo do plano BB' da Figura 6 com a articulação deslocada em relação à vertical e seus detentores desengatados; A Figura 10 é uma seção vertical em planta ao longo do plano BB' da Figura 6 com a articulação deslocada como na Figura 9; A Figura 11 é um diagrama que ilustra como a faixa operacional segura de um navio de superfície pode ser estendida por meio do uso de um conector de acordo com a presente invenção.
Descrição de Realizações da Invenção [022] As Figuras 1 a 5 ilustram a construção e operação de uma realização de um conector 10A de acordo com a presente invenção para operação como uma junta de alívio de flexão de riser. O conector 10A compreende as partes de corpo externa e interna 11,12 que contêm uma junta que compreende uma junta de articulação 15. Nesta realização, a junta de articulação 15 é inserida na parte de corpo externa 11 pelo lado inferior e retida no devido lugar pela parte de corpo interna 12 que é rosqueada (ou fixada de outro modo) à parte de corpo externa 11. A parte de corpo interna 12 tem uma passagem atravessante na forma de um orifício 14 e uma face inferior 13 que, nesta realização, é destinada à conexão a um pacote de desconexão de emergência (EDP). A junta de articulação 15 tem uma passagem atravessante na forma de um orifício 17 que é axialmente alinhado com o orifício 14 quando a articulação está na posição vertical travada mostrada nas Figuras 2 e 3. A face superior 16 da junta de articulação 15 é destinada à conexão a uma coluna de riser.
[023] A junta de articulação 15 é dotada de recursos de localização 21, que são engatados pelos detentores 20 dos mecanismos detentores à parte de corpo 11. Vedações fluidas (não mostradas) são fornecidas circunferencialmente em torno da junta de articulação 15 na região 18 entre a junta de articulação 15 e a parte de corpo externa 11. Os detentores 20 são inseridos nas portas 19 e são espaçados de maneira uniforme em torno da parte de corpo externa 11, e são forçados em relação de engate com os recursos 21 pelas molas dos mecanismos detentores, como molas espirais 22 ou molas de disco 23.
[024] As molas mostradas são mantidas no devido lugar pelas montagens de retenção 24 dos mecanismos detentores, cujas montagens podem incorporar espaçadores ou outros meios para ajustar as durezas de mola.
[025] Embora não seja mostrado, estará evidente que as molas podem ser substituídas por meios alternativos, como pistões hidraulicamente acionados, para ajustar a força aplicada aos detentores 20.
[026] Conforme mostrado nas Figuras 4 e 5, quando um momento de flexão suficiente tiver sido aplicado por um riser conectado à face superior 16 da articulação 15, os detentores 20 serão desengatados dos recursos de localização 21 e a junta de articulação 15 estará livre para girar angularmente em direção oposta à vertical e, desse modo, alivia a tensão de flexão aplicada pelo riser fixado através do conector à cabeça de poço, sem que os orifícios 14 e 17 estejam mais alinhados. Um perfil é cortado em cada um dos orifícios 14 e 17 para garantir que não haja a formação de protuberâncias e para facilitar os orifícios que não estão mais alinhados.
[027] As Figuras 6 a 10 ilustram a construção e operação de uma realização alternativa de um conector 10B de acordo com a presente invenção. Nesta realização, as portas 19 e os mecanismos detentores 20,22,23,24 em torno da parte superior da parte de corpo 11 não são dispostos horizontalmente em relação aos eixos geométricos dos orifícios 14 e 17 (ou seja, em direções normais ao eixo geométrico do orifício 14), porém são inclinados em relação ao orifício 14. É antecipado que tal disposição alternativa das portas 19 e componentes dos mecanismos detentores 20,22,23,24 pode ser preferível em situações em que o acesso lateral é mais restrito por alguma razão ou em que uma trajetória de carga alternativa no interior da ferramenta é desejada. Os componentes nas Figuras 7 a 10 que correspondem aos componentes nas Figuras 2 a 5 foram identificados pelos mesmos números de referência das Figuras 2 a 5.
[028] O diagrama da Figura 11 ilustra esquematicamente como a área operacional segura de um navio de superfície 32 pode ser aumentada com o uso de um conector 10 de acordo com a presente invenção posicionado acima de uma cabeça de poço 30 e conectado à coluna de riser 31. O conector 10 mantém a junta de articulação do conector e o riser conectado em alinhamento rígido próximo da cabeça de poço 30 até que o navio 32 seja deslocado do local central 1 verticalmente acima da cabeça de poço até um local 2 em um perímetro circular P2, quando um momento de flexão predeterminado aplicado à junta de articulação aciona a liberação dos detentores. O navio de superfície pode, então, mover-se com segurança até uma posição 3 dentro de um perímetro circular mais amplo P3 sem aplicação de tração excessiva ou tensão de flexão à coluna de riser 31 e à cabeça de poço 30. A coluna de riser pode incorporar um elo fraco de tração 33 e a cabeça de poço pode ser dotada de um pacote de desconexão de emergência (EDP) de liberação rápida 34 para operar e impedir danos se o navio de superfície for propenso a sair do perímetro de segurança P3.
[029] Nos exemplos descritos, o corpo 11,12 do conector é conectado a um EDP e a articulação 15 é conectada a um riser. Estará evidente que um conector de acordo com a presente invenção também pode ser adaptado para conexão em uma forma invertida, se necessário - isto é, com a junta de articulação para conexão com um EDP e o corpo adaptado para conexão com um riser.
Reivindicações

Claims (16)

1. CONECTOR (10) PARA USO COM UMA INSTALAÇÃO DE RISER SUBMARINO, o conector (10) compreendendo um corpo (11,12) com uma primeira face de conexão (13) que tem uma passagem atravessante (14) e adaptada para conexão a um primeiro elemento de conduto externo e uma junta esférica de articulação (15) no interior do corpo (11,12), sendo que a junta esférica de articulação (15) tem uma passagem atravessante (17) que é alinhada com a passagem atravessante (14) na primeira face de conexão (13), e a junta esférica de articulação (15) tendo uma segunda face de conexão (16) em um lado oposto do conector (10) à primeira face de conexão (13) e adaptada para conexão a um segundo elemento de conduto externo, o conector (10) caracterizado por compreender ainda pelo menos um mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) adaptado para ser engatado a um recurso de localização correspondente (21) na junta esférica de articulação (15), de modo que as passagens atravessantes (14, 17) sejam mantidas em alinhamento e a junta esférica de articulação (15) seja impedida de se mover em relação ao corpo (11,12) até que um momento de flexão predeterminado seja aplicado à junta esférica de articulação (15) ao longo do eixo geométrico de sua passagem atravessante (17).
2. CONECTOR (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser fornecida uma pluralidade de mecanismos detentores (20, 22, 23, 24) espaçados em torno do corpo (11,12) para engatar recursos de localização correspondente à junta esférica de articulação (15).
3. CONECTOR (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelos mecanismos detentores (20, 22, 23, 24) serem espaçados de maneira uniforme em torno do eixo geométrico da passagem atravessante (14) do corpo (11,12).
4. CONECTOR (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por cada mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) incluir meios de ajuste para ajustar a força a ser aplicada ao recurso de localização correspondente (21) a fim de determinar o momento de flexão predeterminado necessário para acionar o movimento da junta esférica de articulação (15).
5. CONECTOR (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por cada mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) compreender um detentor acionado por meios de mola.
6. CONECTOR (10), de acordo com as reivindicações 4 e 5, caracterizado por cada um dos meios de ajuste compreender meios para ajuste da dureza de mola dos meios de mola do mecanismo detentor (20, 22, 23, 24).
7. CONECTOR (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cada um dos meios de ajuste compreender meios hidráulicos.
8. CONECTOR (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por cada mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) ser disposto em uma direção normal ao eixo geométrico da passagem atravessante (14) do corpo (11,12).
9. CONECTOR (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por cada mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) ser disposto em uma direção inclinada em relação ao eixo geométrico da passagem atravessante (14) do corpo (11,12).
10. CONECTOR (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo corpo (11,12) compreender uma parte de corpo (11,12) externa que recebe a junta esférica de articulação (15) e uma parte de corpo (11,12) interna que retém a junta esférica de articulação (15) no devido lugar.
11. INSTALAÇÃO DE RISER, caracterizada por incluir um conector (10), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
12. MÉTODO DE FORNECIMENTO DE UMA JUNTA DE ALÍVIO PARA UMA INSTALAÇÃO DE RISER, o método compreendendo: fornecer um conector (10) que compreende um corpo (11,12) com uma primeira face de conexão (13) que tem uma passagem atravessante (14); fornecer uma junta esférica de articulação (15) no interior do corpo (11,12), sendo que a junta esférica de articulação (15) tem uma passagem atravessante (17) que é alinhada com a passagem atravessante (14) na primeira face de conexão (13), e a junta esférica de articulação (15) tendo uma segunda face de conexão (16) em um lado oposto do conector (10) à primeira face de conexão (13); conectar a primeira face de conexão (13) a um primeiro elemento de conduto externo; e conectar a segunda face de conexão (16) a um segundo elemento de conduto externo, o método caracterizado por compreender ainda fornecer pelo menos um mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) que é engatado a um recurso de localização correspondente (21) na junta esférica de articulação (15), de modo que as passagens atravessantes (14, 17) sejam mantidas em alinhamento e a junta esférica de articulação (15) seja impedida de se mover em relação ao corpo (11,12) até que um momento de flexão predeterminado seja aplicado à junta esférica de articulação (15) ao longo do eixo geométrico de sua passagem atravessante (17).
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por ser fornecida uma pluralidade de mecanismos detentores (20, 22, 23, 24), espaçados em torno do corpo (11,12) para engatar recursos de localização correspondentes na junta esférica de articulação (15).
14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado por incluir uma etapa de ajuste da força aplicada por cada mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) ao recurso de localização correspondente (21) para determinar o momento de flexão predeterminado necessário para acionar o movimento da junta esférica de articulação (15).
15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado por cada mecanismo detentor (20, 22, 23, 24) compreender um detentor acionado por meios de mola.
16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 15, caracterizado pela etapa de ajuste compreender ajustar a dureza de mola dos meios de mola de cada mecanismo detentor (20, 22, 23, 24).
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