BR102014030479B1 - Sistema de escoamento de fluidos para unidades flutuantes de produção de petróleo e gás - Google Patents

Abstract

sistema de escoamento de fluidos para unidades flutuantes de produção de petróleo e gás. a presente invenção refere-se a um sistema de escoamento de fluidos para unidades flutuantes e, mais especificamente, a um sistema de escoamento de fluidos para recebimento e exportação de produtos de unidades flutuantes de produção de petróleo e gás. o sistema de escoamento da presente invenção compreende pelo menos um duto principal suspenso (1) com uma extremidade conectada a um elemento mecânico de sustentação (2) e a outra extremidade conectada a um elemento mecânico de amarra (3), o elemento mecânico de sustentação (2) sendo conectado ao duto principal (2) e à unidade flutuante (p); pelo menos um jumper flexível (9) fluidicamente conectado ao duto principal suspenso (1) e à unidade flutuante (p) para transporte de fluidos; e pelo menos um duto flexível de fundo (4) fluidicamente conectado ao duto principal (1) e aos equipamentos submarinos (7).

Description

[001]. A presente invenção refere-se a um sistema de escoamento de fluidos para unidades flutuantes e, mais especificamente, a um sistema de escoamento de fluidos para recebimento e exportação de produtos de unidades flutuantes de produção de petróleo e gás.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002]. Atividades de exploração de petróleo e gás em ambientes oceânicos utilizam sistemas de ancoragem para ancoragem de estruturas e embarcações flutuantes e sistemas de dutos flexíveis ou rígidos para recebimento e exportação de produtos de unidades flutuantes de produção.

[003]. Os dutos, por estarem em suspensão no trecho compreendido entre o fundo do mar e a estrutura flutuante, são comumente denominados de risers.Os riserspodem ser entendidos como um prolongamento dos dutos submarinos, com sua extremidade superior presa à unidade flutuante de produção formando uma configuração de catenária.

[004]. Um dos maiores inconvenientes associados ao uso de dutos suspensos é a sua capacidade de absorver os movimentos das unidades flutuantes de produção em operação, sob a ação das ondas do mar, sem provocar problemas de tensões elevadas ou mesmo fadiga.

[005]. Uma das formas de minimizar esse tipo de problema é a utilização de unidades flutuantes de produção que apresentem poucos movimentos quando expostas à ação das ondas do mar, isto é, cascos cujas formas os tornem pouco sensíveis a estas excitações. Entretanto, tais cascos podem ser bem mais caros que os de um navio convencional, podendo vir a inviabilizar economicamente um determinado empreendimento.

[006]. Assim, os projetos das unidades flutuantes de produção desenvolvidos para atender especificamente aos requisitos operacionais muito restritos dos risers,tornam-se mais caros e, consequentemente, mais difíceis de serem executados.

[007]. A viabilidade econômica dos cenários atuais de produção em águas profundas e ultra profundas é um fator dependente da redução de custos totais de instalação e operação das unidades flutuantes de produção.

[008]. Uma alternativa para minimizar os efeitos negativos dos movimentos das unidades flutuantes de produção sobre os risersé a adoção de configurações com boias intermediárias ao longo dos risers.A boia divide a catenária formada pelos risers,de forma a isolar a sua extremidade inferior, na qual se encontra o ponto que toca o solo do fundo do mar, dos movimentos das unidades flutuantes de produção.

[009]. Um exemplo desta segunda alternativa é descrito no documento norte-americano US 4,367,055. Neste documento, é descrito o uso de boias submersas dispostas separadamente ao longo dos risers,abaixo da zona de turbulência da onda, de modo que recebam uma pluralidade de dutos, os quais se situam no intervalo das boias.

[0010]. Porém, esta solução apresenta o inconveniente de possuir um custo elevado, além do fato de os sistemas operacionais para os quais é necessário o uso de boias gigantes submersas serem de difícil instalação e manutenção. A manutenção em sistemas submersos é sempre difícil de ser executada e custosa, especialmente quando requerem mergulho saturado.

[0011]. Outra opção é o uso de riserhíbrido autossustentável (duto vertical rígido, em conjunto com um duto flexível em dupla catenária, ou jumper),onde esta sustentação é obtida por elementos flutuantes submarinos posicionadas no topo do riserque fica a uma profundidade abaixo da zona de turbulência da onda.

[0012]. A opção do riserhíbrido autossustentável também apresenta os mesmos inconvenientes da solução apresentada anteriormente, além do fato de o riser ter que ficar afastado da unidade flutuante, gerando restrições ao arranjo submarino.

[0013]. No caso de desenvolvimentos para águas ultra profundas, o projeto de unidades flutuantes de produção, também denominadas de Unidades Estacionárias de Produção (UEP), pode ser realizado por meio de risersem catenária de aço (SCR - Steel Catenary Risers').Embora essa solução seja economicamente atrativa, os risers permanecem suscetíveis aos movimentos do topo.

[0014]. Algumas soluções atualmente em estudo envolvem o uso de risersflexíveis em catenárias simples ou compostas, porém estes dutos são caros e não estão validados para qualquer profundidade de água.

[0015]. Outra solução é conhecida do documento WO 03/087527. Esse documento mostra um riser em cantenária de aço que é suspenso de uma plataforma, com um duto flexível que se estende entre a extremidade superior do riser de aço e um ponto de conexão de fluido e uma corrente que se estende ente a extremidade superior do riser de aço e um ponto do casco da embarcação flutuante. A corrente é conectada em um ponto na plataforma que é separado do ponto de conexão de fluido.

[0016]. Embora a solução do documento WO 03/087527 mencione o uso de uma corrente para concentração da tensão que seria aplicada sobre o riser, ela apresenta restrições quanto aos pontos de fixação e suas conexões.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0017]. Assim, é um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema de escoamento de fluidos para recebimento e exportação de produtos de unidades flutuantes de produção de petróleo e gás que seja capaz de minorar os efeitos danosos dos movimentos impostos no topo das linhas que compõem o sistema de escoamento de unidade flutuante de produção.

[0018]. É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um sistema de escoamento de fluidos que evite que os movimentos da unidade flutuante de produção sejam transmitidos aos dutos do sistema de escoamento e mesmo aos outros equipamentos submarinos.

[0019]. É ainda outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um sistema de escoamento de fluidos que facilite o arranjo dos dutos submarinos e o arranjo de chegada das linhas de transporte à unidade flutuante de produção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0020]. A presente invenção atinge esses e outros objetivos por meio de um sistema de escoamento de fluido para o transporte de fluidos para uma unidade flutuante de produção de petróleo e gás, compreendendo pelo menos um duto principal suspenso com uma extremidade conectada a um elemento mecânico de sustentação e a outra extremidade conectada a um elemento mecânico de amarra, o elemento mecânico de sustentação sendo conectado ao duto principal e à unidade flutuante; pelo menos um jumper flexível fluidicamente conectado ao duto principal suspenso e à unidade flutuante para transporte de fluidos; e pelo menos um duto flexível de fundo fluidicamente conectado ao duto principal e aos equipamentos submarinos.

[0021]. O elemento mecânico de sustentação é preferencialmente um segmento de cabo sintético ou de aço ou de amarra, com função somente estrutural, sendo capaz de suportar todo o peso do duto principal e o peso dos sistemas de dutos abaixo do ponto de ligação. Assim, evita-se que os movimentos da unidade flutuante de produção sejam transmitidos aos dutos do sistema de escoamento e mesmo aos outros equipamentos submarinos.

[0022]. Em uma concretização da presente invenção, o elemento mecânico de sustentação e o jumper flexível são conectados no mesmo bordo da unidade flutuante. Em uma concretização alternativa, o elemento mecânico de sustentação e o jumper flexível são conectados em bordos diferentes da unidade flutuante.

[0023]. Preferencialmente, o elemento mecânico de sustentação é fixado à unidade flutuante por um arranjo compreendendo um fairlead e um guincho de tração constante.

[0024]. O duto principal pode ser um duto vertical ou um duto inclinando, podendo, em qualquer das concretizações, compreender um duto de aço que contém, em seu interior, uma pluralidade de risers de diâmetros menores.

[0025]. Preferencialmente, o duto flexível de fundo compreende uma pluralidade de elementos de flutuação ao longo de parte de seu comprimento.

[0026]. O sistema da presente invenção pode ainda ser formado por um arranjo tendo uma pluralidade de dutos principais, uma pluralidade de jumpers flexíveis, uma pluralidade de elementos mecânicos de sustentação, uma pluralidade de elementos de amarra, e uma pluralidade de dutos de fundo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0027]. A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais:

[0028]. A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de escoamento de fluidos de acordo com uma primeira concretização da presente invenção;

[0029]. A Figura 2 é uma representação esquemática de um sistema de escoamento de fluidos de acordo com uma segunda concretização da presente invenção;

[0030]. A Figura 3 é uma representação esquemática de um sistema de escoamento de fluidos de acordo com uma terceira concretização da presente invenção;

[0031]. A Figura 4 é uma representação esquemática de um sistema de escoamento de fluidos de acordo com uma quarta concretização da presente invenção;

[0032]. A Figura 5 é uma representação esquemática de um sistema de escoamento de fluidos de acordo com uma quinta concretização da presente invenção;

[0033]. A Figura 6 é uma representação esquemática de um sistema de escoamento de fluidos de acordo com uma sexta concretização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0034]. Afigura 1 mostra uma representação esquemática do sistema de escoamento para fluidos de acordo com uma primeira concretização da presente invenção.

[0035]. O sistema compreende um duto (riser) principal 1, com uma extremidade pendurada na plataforma flutuante P por meio de um elemento mecânico de sustentação 2 e a outra extremidade ligada ao solo marino S por meio de um elemento mecânico de amarra 3. O elemento mecânico de amarra é fixado ao solo marinho S por meio de um elemento de ancoragem 5, como por exemplo, uma âncora, poita ou estaca.

[0036]. Em uma concretização da presente invenção, A conexão entre o elemento mecânico de sustentação 2 e a plataforma P pode compreender um dispositivo mecânico na plataforma que confira complacência entre o elemento e a plataforma flutuante.

[0037]. Um jumper flexível 9 se conecta ao duto principal 1 e à plataforma flutuante P, realizando o transporte de fluido. A conexão entre o jumper e o duto pode ou não utilizar um conector especifico 10, como por exemplo, um conector mecânico-hidráulico.

[0038]. Conforme mostrado na figura, um duto flexível de fundo 4 faz a ligação entre o duto principal e o sistema de dutos / equipamentos 7 localizados sobre o solo submarino. O duto de fundo 4 pode compreender uma pluralidade de elementos de flutuação 6, como, por exemplo, boias 6, dispostos ao longo de parte de seu comprimento. Além disso, conectores específicos 8 fazem a ligação entre o duto de fundo 4 e o duto principal 1.

[0039]. Preferencialmente, o duto principal 1 é um duto vertical e o elemento mecânico de sustentação 2 tem como principal função deixar o duto principal 1 menos sensível aos movimentos da plataforma flutuante P, minimizando as variações de tensões ao longo de seu comprimento.

[0040]. Para atingir tal funcionalidade, o elemento mecânico de sustentação 2 é, preferencialmente, um segmento de cabo sintético ou de aço ou de amarra, com função somente estrutural, sendo capaz de suportar todo o peso do duto flexível 1 e o peso dos sistemas de dutos abaixo do ponto de ligação.

[0041], O duto principal 1, em qualquer das concretizações da presente invenção, pode compreender um duto de aço que contém, em seu interior, uma pluralidade de risers de diâmetros menores, associados ou não a umbilicais de controle.

[0042]. Preferencialmente, o elemento mecânico de sustentação 2 é preso à plataforma P por fairleads11. Preferencialmente, o elemento conector passa pelos fairleads11 e fica conectado a um artefato mecânico que mantenha uma tração constante, de modo a isolar completamente o sistema submarino dos movimentos da plataforma. Tal artefato mecânico é preferencialmente um guincho de tração constante.

[0043]. A figura 2 mostra uma concretização da invenção onde o sistema de escoamento compreende uma pluralidade de linhas de dutos, as quais são fixadas ao solo marinho S em uma pluralidade correspondente de pontos de ancoragem.

[0044]. Assim, a figura mostra uma pluralidade de dutos flexíveis 1 fluidicamente conectados à pluralidade de jumpers 9 e mecanicamente sustentados pela pluralidade de elementos mecânicos de sustentação 2.

[0045]. Uma pluralidade de dutos de fundo 4 faz o transporte de fluido entre os dutos principais 1 e os dutos e equipamentos 7 do solo submarino. Similarmente ao descrito em relação à figura 1, os dutos de fundo 4 podem compreender elementos flutuantes 6 ao longo de parte de seu comprimento. Uma pluralidade de elementos mecânicos de amarra 3 é utilizada para ancoragem dos dutos flexíveis 1 no solo marinho, com o uso de elementos de ancoragem 5.

[0046]. A figura 3 mostra outra concretização alternativa da presente invenção, onde o duto flexível 1 é um duto inclinado. As demais características do sistema são similares às mostradas para a concretização da figura 1, incluindo o elemento mecânico de sustentação 2, o jumper flexível 9, o duto flexível de fundo 4 com os elementos de flutuação 6, o conector específico 8, e o elemento de ancoragem 5.

[0047]. A figura 4 mostra outra concretização do sistema da presente invenção, onde o sistema é composto por uma pluralidade de elementos, que chegam à plataforma flutuante P. De modo similar à concretização mostrada na figura 3, os dutos flexíveis desta concretização são dutos inclinados 1.

[0048]. A figura 5 mostra uma concretização do sistema da presente invenção, onde o elemento mecânico de sustentação 2 é conectado no mesmo bordo da plataforma P onde é conectado o jumper flexível 9. Os demais elementos componentes do sistema são similares aos ilustrados nas demais concretizações, sendo que os números de referência são mantidos através das figuras.

[0049]. A figura 6 mostra uma concretização similar à concretização da figura 5, mas onde o sistema é composto por um feixe de linhas semelhantes ou diferenciadas. Como na concretização da concretização da figura 5, a pluralidade de elementos mecânicos de sustentação 2 é conectada no mesmo bordo da plataforma P onde é conectada a pluralidade de jumpers flexíveis 9.

[0050]. Deve ser ressaltado que, nas diversas concretizações da invenção, a ancoragem do duto principal 1 pode ser feita por mais de uma linha e/ou mais de um ponto de ancoragem, sendo que o comprimento destas linhas será calculado de acordo com a flexibilidade que ser quer dar ao sistema com um todo.

[0051]. Além disso, os dutos rígidos dos sistemas submarinos de produção ou exportação (mostrados esquematicamente com o numeral 7 nas figuras) podem ser conectados a uma torre vertical apoiada em uma fundação pré-instalada, de preferência estaca do tipo base torpedo. Os dutos rígidos são prolongados no interior da torre de sustentação e devem conter um conector vertical onde será conectado o jumperflexível. No interior da torre pode-se instalar sistemas de bombeio do tipo (BCS). Com o mesmo objetivo de ajudar na elevação do escoamento, bombas multifásicas podem ser instaladas em bases externas à torre (14) utilizando a mesma fundação do tipo base torpedo da torre vertical.

[0052]. A configuração proposta para o sistema de escoamento da presente invenção possibilita minorar os efeitos danosos dos movimentos impostos no topo das linhas que compõem o sistema. Ou seja, evita que os movimentos da plataforma flutuante P sejam transmitidos para a catenária do riser(dutos principais), ou mesmo para os dutos ou outros equipamentos submarinos.

[0053]. Além disso, a configuração proposta facilita o arranjo dos dutos submarinos de produção ou exportação e o arranjo de chegada das linhas na plataforma (P), bem como facilita a operação de instalação e conexão dos mesmos.

[0054]. Finalmente, o uso da presente invenção permite isolar os movimentos da unidade flutuante de produção, não impondo restrições muito severas ao seu dimensionamento.

[0055]. Tendo sido descritos exemplos de concretizações da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims (10)

1. Sistema de escoamento de fluido para o transporte de fluidospara uma unidade flutuante de produção de petróleo e gás, caracterizado pelo fato de que compreende:- pelo menos um duto principal suspenso (1) com uma extremidade conectada a um elemento mecânico de sustentação (2) e a outra extremidade conectada a um elemento mecânico de amarra (3), o elemento mecânico de sustentação (2) sendo conectado ao duto principal (2) e à unidade flutuante (P);- pelo menos um jumper flexível (9) fluidicamente conectado ao duto principal suspenso (1) e à unidade flutuante (P) para transporte de fluidos; e- pelo menos um duto flexível de fundo (4) fluidicamente conectado ao duto principal (1) e aos equipamentos submarinos (7).

2. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento mecânico de sustentação (2) e o jumper flexível (9) são conectados no mesmo bordo da unidade flutuante (P).

3. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento mecânico de sustentação (2) e o jumper flexível (9) são conectados em bordos diferentes da unidade flutuante (P).

4. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o elemento mecânico de sustentação (2) é um segmento de cabo sintético.

5. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o elemento mecânico de sustentação (2) é fixado à unidade flutuante por um arranjo compreendendo um fairlead (11) e um guincho de tração constante.

6. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o duto principal (1) é um duto vertical.

7. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o duto principal (1) é um duto inclinado.

8. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o duto principal (1) é um duto de aço que contém, em seu interior, uma pluralidade de risers de diâmetros menores.

9. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o duto flexível de fundo (4) compreende uma pluralidade de elementos de flutuação (6) ao longo de parte de seu comprimento.

10. Sistema de escoamento de fluido, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de dutos principais (1), uma pluralidade de jumpers flexíveis (9), uma pluralidade de elementos mecânicos de sustentação (2), uma pluralidade de elementos de amarra (3), e uma pluralidade de dutos de fundo (4).

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