BR102013022984A2 - Sistema e método de acoplamento de flanges de dutos submarinos por operação remota - Google Patents

Abstract

Sistema e método de acoplamento de flanges de dutos submarinos por operação remota. A presente invenção está relacionada com intervenções de manutenção de dutos submarinos,mais especificamente dutos flexíveis quando existe a necessidade de substituição do tramo do duto existente por outro. Esta substituição decorre do fato do duto ter sofrido alguma avaria durante o lançamento ou em operação. Trata-se de um sistema para acoplamento de flanges de dutos submarinos por operação remota compreendendo tifores hidráulicos 4 fixos a um primeiro duto flexível df1 que por meio do tracionamento de cabos 7 faz a união com um segundo duto flexível df2 através de seus flanges e método de acoplamento dos flanges consistido das etapas de montar a ferramenta para acoplamento de flanges de dutos submarinos;inspecionar a extremidade de um segundo duto flexível submerso; lançar suportes de apoio e conectar os dutos flexíveis submersos

Description

SISTEMA E MÉTODO DE ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção está relacionada com intervenções de manutenção de dutos submarinos, mais especificamçi.ie dutos flexíveis quando existe a necessidade de substituição do tramo do duto existente por outro. Esta substituição decorre do fato do duto ter sofrido alguma avaria durante o lançamento ou em operação. A ferramenta descrita opera remotamente através de um ROV (Remotely Operated Vehicle), sendo capaz de realizar o acoplamento de flanges de dutos flexíveis empregados na exportação de óleo e gás, como também em dutos de injeção de fluidos de poços produtores em profundidades elevadas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Os dutos flexíveis são responsáveis pela exportação de óleo e gás e injeção de fluidos nos poços. Os defeitos mais frequentes são detectados na capa externa, caracterizados por cortes, rasgos e desgastes causados por efeitos de abrasão, torção e outros efeitos que fragilizam a estrutura do duto, pondo em risco a continuidade operacional.

Como medida mitigadora, o tramo danificado deve ser substituído. Para tal, deve-se interromper a produção e em seguida efetuar a lavagem da linha, até atingir os níveis aceitáveis de óleo residual. Em seguida é feita a desconexão e retirada do tramo danificado por uma embarcação do tipo PLSV (Pipeline Laying Support Vessel), que é então transportado para uma base em terra. A conexão de um novo tramo implica em outro carregamento, transporte, lançamento e conexão do novo trecho ao trecho antigo que permaneceu no fundo do mar. Quando o dutb que permaneceu no fundo do mar tem comprimento maior que a lâmina d’água (LDA), o acoplamento dos trechos flange a flange é feito no convés da PLSV após o içamento da linha. É uma operação que pode durar de 4 a 8 dias.

Ocorre, porém, que muitas vezes o trecho que permaneceu no fundo do mar é possui comprimento menor do que a lâmina cfágua onde o duto foi lançado, e ainda, uma extremidade está conectada a ANM (Árvore de Natal Molhada). Desta forma, não é possível realizai· o içamento para acoplar o duto, no convés do PLSV. Como alternativa, mobiliza-se uma sonda de perfuração para a retirada do tramo menor juntamente com a ANM, esta passível de manutenção. Os componentes de reposição da ANM nem sempre estão disponíveis, resultando em grande período de espera. Consequentemente, o retorno do poço à produção é demorado. O período de espera para manutenção de ANM é em média de seis meses. Somado a isso, o custo deste tipo de operação é muito elevado, considerando o suporte necessário como embarcações tipo PLSV (Pipeline Laying Support Vessel), RSV (Remote Suppoii Vessel) e sonda de perfuração para retirar a ANM.

Uma alternativa para minimizar recursos e tempo de operação seria a desconexão do duto danificado (operação conhecida como pull-out) e o acoplamento do novo tramo (operação conhecida como pull-in) no fundo do mar. Entretanto, as experiências até então realizadas nesta direção não foram bem sucedidas devido à dificuldade de manusear os flanges utilizando as atuais ferramentas disponíveis nos RSVs Por outro lado, a demanda para este tipo de intervenção é grande graças ao grande número de dutos flexíveis em plataformas marinhas de produção. Portanto, há necessidade de manter a continuidade operacional destas linhas através de manutenção menos onerosa e no menor período de tempo possível. O objeto dessa invenção é mostrar o resultado do desenvolvimento de uma ferramenta, como a solução encontrada para acoplamento de flanges em dutos submarinos, com operação remota e em qualquer lâmina d’água. Esta ferramenta permite a junção de flanges de dois dutos flexíveis, de um duto rígido com um duto flexível ou dp um duto flexível com um equipamento submarino (ANM, MCV - Módulo de Conexão Vertical, PLET - Pipe Line End-Terminal, PLEM - Pipe tine End Manifold, etc.). A embarcação utilizada nesta operação é do tipo RSV, a de menor custo da frota, e com reduzido apoio do PLSV. Não há necessidade do uso de sonda.

Os documentos de patente PI 9606716-0 e US 4,951,974 tratam de sistemas e dispositivos que auxiliam o acoplamento de flanges em dutos submarinos com operação remota.

Embora úteis, as tecnologias reveladas em cada um destes documentos se referem a equipamentos de elevado custo e também exigem apoio de diversas embarcações para o seu controle e monitoração, o que encarece ainda mais o procedimento de troca de dutos conforme proposto.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A invenção descrita trata de um sistema de acoplamento de flanges de dutos submarinos por operação remota, compreendendo os seguintes componentes principais: um conjunto de tifores hidráulicos (4), preferencialmente dois, dotados de elementos de reação (8), fixados rigidamente a um primeiro duto flexível (DF1) e alimentados por uma tomada hidráulica (1); uma abraçadeira mecânica bipartida (3) para fixação do sistema no dito primeiro duto flexível (DF1), sendo que na dita abraçadeira mecânica são presos os ditos tifores hidráulicos (4) e um suporte para tomada hidráulica (2) e cabos (7) para tracionamento, preferencialmente dois, ligados aos tifores hidráulicos (4), responsáveis pelo acoplamento do flange (FL1) do primeiro duto flexíyel ao flange (FL2) do segundo duto flexível.

Além disso, é descrito também um método para acoplamento de flanges de dutos submarinos por operação remota, que faz uso do sistema mencionado no parágrafo anterior.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Para obter uma total e completa visualização dos objetos desta invenção, é necessária a leitura deste documento e a análise das figuras que o acompanha e a qual se faz referência. A figura 1 trata de uma vista esquemática da ferramenta instalada sobre um primeiro duto flexível (DF1) e os cabos (7) posicionados entre os flanges do primeiro (FL1) e do segundo duto (FL2), evidenciando os componentes fundamentais para o funcionamento da iinvenção. Trata-se de uma possível construção da invenção, porém sem limitar sua forma. A figura 2 mostra uma vista lateral e superior do sistema, mostrando com mais clareza alguns dos componentes da invenção A figura 3 exemplifica a disposição dos cabos (7) colocados em furos diametralmente opostos, de modo a exemplificar as posições equidistantes, conforme será descrito mais a diante.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O objeto dessa invenção é uma ferramenta utilizada para acoplamento de dutos flexíveis submarinos com o auxílio de um ROV, portanto, com operação remota.

Para exemplificar os elementos da invenção, sua relação e modo de funcionamento, a figura 1 apresenta a montagem da ferramenta sobre um primeiro duto flexível (DF1) com seu respectivo flange (FL1) e um segundo duto flexível (DF2) e seu flange indicado por (FL2). A invenção é composta por preferencialmente dois tifores hidráulicos (4) (hydraulic pullers), equipamentos conhecidos do estaido da técnica, que são acionados através do ROV e tracionandos, simultaneamente, por energia hidráulica, os tifores hidráulicos (4), provocando a aproximação dos flanges.

Na figura 1 foram dispostos dois tifores hidráulicos (4) para fim de ilustrar o conceito, porém sem limitar as outras possibilidades. Um componente importante ao tifor hidráulico (4) é o elemento de reação (5) que visa, por meio de catracas, impedir a movimentação do cabo (7) no sentido oposto ao de tração.

Uma abraçadeira mecânica bipartida (3) é utilizada para fixação do sistema no primeiro duto flexível (DF1), através de parafusos de fixação (10). A instalação da abraçadeira mecânica é feita no convés da embarcação. Nesta abraçadeira (3), são fixados rigidamente os tifores hidráulicos (4) (nessa representação da invenção através de abraçadeiras (9)) e o suporte (2) para fixação de uma tomada hidráulica (1). A tomada hidráulica (1) é fixada rigidamente à porção superior do suporte (2). Esta tomada hidráulica (1) tem a função de fornecer energia hidráulica através de tubos para válvulas de acionaménto (11), que por sua vez acionam os tifores hidráulicos (4). Esta fonte de energia hidráulica pode ser uma conexão tipo engate rápido utilizado por ROVs - também conhecida pelo seu termo em inglês hot-stab - ou outra fonte.

Os cabos (7) passam por dentro dos tifores hidráulicos (4), através dos orifícios do primeiro flange (FL1). Os cabos (/) devem passar, obrigatoriamente, por orifícios diametralmente opostos, como pode ser visto como exemplo na figura 3, em configurações de dois ou três cabos (7). A passagem dos cabos (7) através dos orifícios dos flange (FL2) deve respeitar a mesma disposição simétrica do primeiro flange (FL1) e por fim, na extremidade dos cabos (7), são instaladas porcâs de reação nas extremidades dos cabos guias. Estas porcas são responsáveis por prender os cabos (7) no flange (FL2) do segundo duto flexível. Os cabos podem ter até 30 metros de comprimento; preferencialmente, 15 metros. A alça de manuseio (6) tem função de auxiliar a montagem do equipamento sobre o primeiro duto flexível (DF1). É também objeto desta invenção o método dê acoplamento do flange (FL1) de um primeiro duto flexível com o flange (FL2) de um segundo duto flexível, constituindo das seguintes etapas; a) Montar o sistema em um primeiro duto flexível (DF1) e fixar o anel de vedação no rebaixo do flange com cola ou cprdão plástico; b) Inspecionar a extremidade de um segundo duto flexível (DF2) submerso; c) Avaliar as condições do leito marinho onde os dutos flexíveis estão localizados atentando para a topografia e natureza do solo; d) Lançar suportes de apoio dos dutos flexíveis; e) Posicionar o duto flexível (DF2) sobre os suportes de apoio de duto flexível; f) Lançar e posicionar o duto flexível (DF1) com a ferramenta instalada sobre os suportes de apoio de duto flexível; g) Passar os cabos de tração (7) com auxílio do ROV, por orifícios diametralmente opostos do flange (FL2); h) Instalar, com auxílio do ROV, porcas de reação nos estojos guias (8); i) Acionar os tifores hidráulicos (4) através da conexão de engate rápido, acoplado a tomada hidráulica (1), iniciando o tensionamento dos cabos (7); j) Aproximar os flanges dos dutos flexíveis dé modo a ficarem justapostos; k) Torquear dois estojos de fixação com 60% de tprque; l) Liberar os cabos (7) guias com o desmonte das porcas de reação dos estojos guia (8); m) Instalar e torquear os demais estojos de fixação; n) Realizar teste de estanqueidade na junta flangeada e, caso aprovado; o) Desmobilizar o sistema.

Na etapa (a), na superfície, a ferramenta é posicionada sobre o primeiro duto flexível (DF1) com o auxílio da alça de manuseio (6). Fixa-se então a abraçadeira mecânica bipartida (3) através dos parafusos de fixação (10). Os cabos (7) estão posicionados, passando pelos tifores hidráulicos (4) e correta mente dispostos pelos orifícios do flange (FL1), conforme foi descrito anteriormente.

Na etapa (b), preferencialmente com o auxílio de um ROV, é feita 2 inspeção do estado do flange (FL2) do segundo duto flexível que está submerso. Caso o flange (FL2) esteja em condições adequadas, pode-se passar para a próxima etapa (c), com a avaliação do leito marinho (etapa (c)), que também pode contar com o auxílio do ROV.

Em seguida (etapa (d)), são lançados e posicionados meios de suportação desses dutos, como por exemplo, apoios de cimento. C segundo duto flexível (DF2) é então posicionado sobre os suportes na etapa (e). Existem diversos equipamentos e sistemas nó estado da técnica que possibilitam o içamento e posicionamento desses dutos e seu apoio sobre estruturas que possibilitem alguma movimentação dos mesmos em outros documentos. O primeiro duto flexível também é apoiado sobre suportes de apoio e encerra-se assim a etapa (f).

Novamente com o auxílio do ROV, os cabos (7) são levados até 0 segundo duto flexível (DF2) e então são passados pelos orifícios do flange (FL2) de maneira a deixar sua disposição simétrica - etapa (g). Os estojos-guia (8) são instalados com o auxílio do ROV - etapa (h). O hot-stab ou outro sistema de fornecimento de fluido hidráulico pressurizado é então conectado à tomada hidráulica (1) e inicia-se a movimentação dos flanges de encontro um ao outro graças à ação dos tifores hidráulicos (4) tracionando os cabos (7) - etapa (i).

Então, na etapa (k), são colocados dois (2) estojos de fixação, aplicando-se 60% do torque recomendado para realizar o aperto. Esta manobra permite manter o flange (FL2) do segundo duto de flexível unido ao flange (FL1) do primeiro duto flexível, possibilitando ã retirada dos dois estojos-guia (8) e dos cabos (7) - etapa (I). Concluída esta manobra tem-se início a colocação dos demais estojos do sistema de vedação e das respectivas porcas - etapa (m). Concluído o aperto dos estojos de fixação, a ferramenta de acoplamento de dutos submarinos é removida com auxílio do ROV. Faz-se então um teste de estanquéidade para avaliar a vedação da junta (etapas (n) e (o)).

Dessa forma, o método está concluído.

Claims (7)

1- SISTEMA DE ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA, caracterizado por compreender: a) pelo menos dois ou mais tifores hidráulicos (4) dotados de elementos de reação (8), fixados rigidamente à um primeiro duto flexível (DF1) e alimentados por uma tomada hidráulica (1); b) uma abraçadeira mecânica bipartida (3) para fixação do sistema no dito primeiro duto flexível (DF1), serjido que na dita abraçadeira mecânica são presos os ditos tiforès hidráulicos (4) e um suporte para tomada hidráulica (2); c) dois ou mais cabos (7) para tracionamento, ligados aos tifores hidráulicos (4), responsáveis por unir um flange (FL1) do primeiro duto flexível a um flange (FL2) do segundo duto flexível.

2- SISTEMA DE ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a tomada hidráulica (1) estar posicionada na porção superior do suporte (2) e sq conectar com as válvulas de acionamento (11) do tifor hidráulico (4).

3- SISTEMA DE ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma alça de manuseio (6) utilizada para auxiliar o posicionamento da Sistema sobre o primeiro duto flexível (DF1).

4- SISTEMA DE ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA, dé acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os tifores hidráulicos (4) estarem dispostos de forma equidistante.

5- MÉTODO PARA ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA, que faz uso do sistema definido na reivindicação 1, caracterizado oor compreender as seguintes etapas: a) Montar o sistema em um primeiro duto flexível (DF1) e fixar o anel de vedação no rebaixo do flange com cola ou cordão plástico; b) Inspecionar a extremidade de um segundo duto flexível (DF2) submerso; c) Avaliar as condições do leito marinho onde os dutos flexíveis estão localizados atentando para a topografia e natureza do solo; d) Lançar suportes de apoio dos dutos flexíveis; e) Posicionar o duto flexível (DF2) sobre os suportes de apoio de duto flexível; f) Lançar e posicionar o duto flexível (DF1) çom a ferramenta instalada sobre os suportes de apoio de duto flexível; g) Passar os cabos de tração (7) com auxílio do ROV, por orifícios diametralmente opostos do flange (FL2); h) Instalar, com auxílio do ROV, porcas de reação nos estojos guias (8); i) Acionar os tifores hidráulicos (4) através da conexão de engate rápido, acopíado a tomada hidráulica Π), iniciando o tensionamento dos cabos (7); j) Aproximar os flanges dos dutos flexíveis de modo a ficarem justapostos; k) Torquear dois estojos de fixação com 60% de tprque; l) Liberar os cabos (7) guias com o desmonte das porcas de reação dos estojos guia (8); m) Instalar e torquear os demais estojos de fixação; n) Realizar teste de estanqueidade na junta flangeada e, caso aprovado; o) Desmobilizar o sistema.

6- MÉTODO PARA ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os cabos (7) serem dispostos de forma equidistante nos flanges do primeiro (DF1) e do segundo (DF2) dutos flexíveis.

7- MÉTODO PARA ACOPLAMENTO DE FLANGES DE DUTOS SUBMARINOS POR OPERAÇÃO REMOTA, dé acordo com a reivindicação 7, caracterizado por na extremidade do cabo (7) ser posicionado o estojo guia (8) para facilitar a operação da ferramenta para acoplamento de flanges.