BR102019012854B1 - Sistema de lançamento de equipamento com cabo para inspeção interna e desobstrução de dutos de produção, injeção e exportação - Google Patents

Abstract

a presente invenção trata de um sistema de lançamentos de robôs para uso em poços de produção de petróleo e gás compreendendo uma estrutura de suporte (2), onde é disposta uma tubulação de lançamento do robô (4); uma vedação dinâmica (12), acoplada na extremidade de entrada da tubulação de lançamento do robô (4), vedando sobre o cabo umbilical (8); uma válvula bop anular (3) para restringir o fluxo ascendente; e uma válvula do tipo bop de gaveta (7), na outra extremidade da tubulação (4), para restringir fluxos ascendentes, e tendo abertura suficiente para permitir a passagem do robô, vedando sobre o cabo umbilical (8). o sistema pode ser desacoplado do duto, usado como transporte do robô, ser flexível a diferentes configurações, e possuir sistema que torna possível a inertização em linhas obstruídas. a presente invenção é utilizada para a introdução de robôs que operem internamente em dutos flexíveis e rígidos, sendo necessário conectar o sistema da tubulação ao equipamento desenvolvido. após a conexão, e com o manejo das válvulas do sistema, é possível realizar a introdução do robô no interior da tubulação.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção trata de um sistema de lançamentos de robôs com cabo para uso em tubulações de produção de petróleo e gás. O sistema pode ser desacoplado do duto, usado como transporte do robô, ser flexível a diferentes configurações, e possuir sistema que torna possível a inertização em linhas obstruídas. A presente invenção é utilizada para a introdução de robôs que operem internamente em dutos flexíveis e rígidos, sendo necessário conectar o sistema da tubulação ao equipamento desenvolvido. Após a conexão, e com o manejo das válvulas do sistema, é possível realizar a introdução do robô no interior da tubulação.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] Atualmente as técnicas empregadas para a desobstrução de tubulação de exploração de petróleo que tenha deposição de parafina ou entupimento pela formação de algum outro tipo de hidrocarboneto sólido consistem no aquecimento da tubulação ou região, utilização de pig raspadores ou a injeção de produtos químicos modificadores de cristais para a dissolução do causador do entupimento. Além de serem atividades de extremo custo operacional, não apresentam total garantia de funcionamento e reestabelecimento do fluxo de óleo.

[0003] Apresenta-se como solução para essa dificuldade o emprego de robôs semi-autônomos no interior da tubulação obstruída, alternativa essa que encontra grande resistência no sistema de inserção do robô no interior dos dutos. A técnica mais similar à presente invenção é o sistema para lançamento de PIGs em plataformas de petróleo, que é um sistema que depende de uma pressão diferencial entre os pontos de entrada e saída dos PIGs. Entretanto, o lançamento de robôs semi-autônomos, que são acoplados a cabos umbilicais no interior de tubulações é normalmente previsto em instalações “não pigáveis”, devido a obstruções no fluxo, pois a obstrução faz com que não haja o diferencial de pressão necessário aos equipamentos do tipo PIG. Além disso, o lançamento de um robô, acoplado a um umbilical, em uma tubulação não-pigável, através de um sistema já existente de lançamento de PIGs é inviável pela dificuldade na distribuição das estruturas e equipamentos necessários no top side da plataforma. Este ocorre devido a necessidade de grandes adaptações ao sistema existente e a incompatibilidade dos equipamentos robóticos com o sistema de lançamento de PIGs. Além disso, uma parcela significativa das plataformas não possui lançador de PIG.

[0004] Um robô para operação em águas profundas com capacidade de transportar ferramentas é inevitavelmente longo e pesado. Para seu transporte é necessário que este já esteja em uma seção de duto na qual ele pode ser ativado e iniciar sua descida pela tubulação flexível. Como requisito de segurança, equipamentos elétricos precisam ser protegidos para operar em área classificada, no caso do interior do duto existe uma atmosfera explosiva chamada de Zona Zero, pois é a situação de maior risco de explosão. Portanto, para que o robô possa ser energizado, é necessário que o interior do duto de lançamento esteja preenchido com gás inerte ou fluido que expulse o oxigênio para fora do tubo onde se encontra o robô. Só dessa maneira é possível garantir que nenhuma fagulha ou superfície aquecida do sistema robótico inicie uma explosão.

[0005] Se o robô possuir uma ligação com a superfície, também conhecida como cabo umbilical, a circunferência deste cabo precisa ser vedada para que todo o interior do duto de lançamento esteja livre de oxigênio. No entanto, após o robô iniciar sua descida, essa vedação deve ser afrouxada para que o cabo possa entrar no duto. Quando este umbilical entra no duto, é necessário que exista uma saída para o fluido ou a pressão interna irá aumentar dentro do duto, criando mais uma resistência ao movimento do sistema robótico ou até impedindo seu deslocamento.

[0006] Caso este robô esteja executando uma operação de desobstrução, existe o risco de que, quando eliminada a restrição, o fluxo de petróleo ou gás pressurizado suba pelo duto até a plataforma. Esse risco é crítico para a segurança da plataforma, e deve ser assegurado mesmo que o cabo umbilical esteja passando pela abertura do sistema de lançamento. Caso a pressão advinda do poço não possa ser controlada, o robô não poderá ser removido do duto e, mais grave, há risco de incêndio e explosão. Portanto, deve haver um sistema que permita a remoção do robô com o duto pressurizado. Caso a pressão seja desviada por alguma deriva no duto que leva até o lançador, esta deriva deve ser de tal forma que não impeça a movimentação do robô.

[0007] A segurança da plataforma não pode depender de apenas um componente, portanto deve haver redundância nos sistemas de segurança e essa redundância não pode ser apenas em duplicar sistemas, pois o modo de falha que afeta um item pode se repetir. Quando o robô retornar ao sistema de lançamento, deve haver uma forma do volume de cabo umbilical que sai do duto ser reposto com algum fluido para impedir que oxigênio entre na tubulação e crie uma atmosfera explosiva. Ao retornar ao sistema de lançamento, os componentes do robô estarão contaminados de petróleo, provavelmente evaporando gases tóxicos, e deve haver uma forma de lavar o robô dentro do sistema de lançamento, pois, devido ao seu tamanho, realizar a lavagem em outro local pode não ser viável.

[0008] O documento KR101384268B1 refere-se a um lançador e extrator de robô, sendo que este lançador é residente, geralmente não aplicável em situações nas quais não tenha sido instalado previamente. No caso da presente invenção, o lançador é amovível e capaz de ser instalado em qualquer FPSO (Floating Production Storage and Offloading) ou plataforma semi-submersível e retirado após a operação. O objetivo aqui não é instalar um lançador em cada FPSO.

[0009] Além disso, o documento KR101384268B1 considera um robô sem umbilical. No caso da presente invenção, é proposto um sistema de lançamento para robôs com umbilical. Embora possa parecer uma diferença pequena, a utilização de umbilical permite realizar a circulação de grandes volumes de fluido.

[0010] O documento ISBN 978-0-12-383846-9 (Standard Handbook of Petroleum and Natural Gas Engineering, por William C. Lyons) refere-se a um livro com informações básicas sobre produção de petróleo e gás. Compensação volumétrica, uso de BOP, e uso de fluidos inertes são operações típicas desse campo técnico.

[0011] O documento UPC 640522583300 refere-se a um descascador de fios. Nota-se que não há grande relação entre o descascador de fios apresentado neste documento e o assunto objeto da invenção. No caso da presente invenção, há a intenção de não danificar o cabo. No caso de descascador de fios, a intenção é cortar o isolamento do cabo. O "stripping", no caso da presente invenção, é um procedimento realizado com o objetivo de permitir a inserção do cabo mantendo a vedação. O "stripping", no caso do descascador de fios, serve para cortar a camada externa de isolamento.

[0012] Nota-se, portanto, que nenhum dos documentos acima mencionados apresenta uma estratégia para inserção do lançador em uma linha obstruída. Nessas linhas, as estratégias usuais de inertização não são aplicáveis. Tais estratégias são, por exemplo, bullhead de diesel e circulação de nitrogênio.

[0013] Ainda, nenhum desses documentos apresenta uma estrutura treliçada amovível, com tubulação flexível. Isso permite a utilização em diferentes configurações e sua utilização no riser balcony, por exemplo. Essa estrutura apresenta boa flexibilidade para adaptar-se a diferentes geometrias.

[0014] Além disso, nenhum desses documentos menciona ou detalha a utilização de selos tipo labirinto para vedação dinâmica de cabos com translação axial.

[0015] Como veremos mais adiante, com o sistema da presente invenção, além de permitir o acesso à linha, opcionalmente o equipamento pode servir também para realizar o transporte do robô.

[0016] Nenhum dos documentos acima mencionados indica como permitir o ingresso do umbilical mantendo a vedação do sistema.

[0017] Os documentos US20080202594A1, US6769152B1 e US5219244A ilustram sistemas de lançamento de PIG, e nota-se que, apesar de se tratar de um ponto de entrada para um robô, este não é adequado caso este possua um cabo umbilical, além de não permitir que o sistema de locomoção do robô atue caso este não consiga se adaptar às variações do diâmetro da linha.

[0018] O documento US2016369931A descreve um sistema de lançamento para uma tubulação pressurizada que inclui uma estrutura acoplável à tubulação de tal forma que o interior da estrutura é aberto para um interior da tubulação e um exterior da estrutura é exposto a um ambiente externo à tubulação. Um primeiro arranjo de atuador é disposto na parte externa da estrutura, e um segundo arranjo de atuador é disposto na parte interna da estrutura. Um arranjo de vedação é disposto na carcaça entre o primeiro arranjo de atuador e o segundo arranjo de atuador. Cada um dos arranjos do primeiro e segundo atuadores são configurados para receber um cabo com uma parte que se estende para fora da estrutura, uma parte que se estende através do arranjo de vedação e uma parte que se estende dentro da carcaça. Os arranjos do atuador são operáveis independentemente para puxar o cabo em relação ao arranjo de vedação para mover o cabo para dentro e para fora da tubulação.

[0019] A estrutura apresentada no US2016369931A inclui um arranjo de vedação configurado para envolver um cabo que se estende de fora da tubulação para dentro da tubulação, de modo que a liberação de gás pressurizado de dentro da tubulação para um ambiente externo à tubulação seja inibida.

[0020] Além disso, o US2016369931A descreve um arranjo de prevenção de blowout em lançador considerando a existência de cabos de alimentação com selos de tipo anular. Vale ressaltar que a presente invenção usa um sistema de selos do tipo labirinto.

[0021] Ressalta-se que uma plataforma de lançamento para robôs de limpeza e ou inspeção de dutos em águas profundas capaz de transportar ferramentas é longa e pesada. Logo, para início da viagem, é necessário que o robô já esteja em uma seção de tubo para facilitar o transporte e, considerando- se o alto risco de explosão, o seu sistema elétrico deve ser iniciado de forma segura. Ele deve ser capaz de descer e subir pelo duto flexível. Já que o uso de cordão umbilical de controle e energia é comum, o sistema de prevenção de subida de fluido, blowout, deve considerar a existência do cordão. É necessário controlar a pressão do poço para movimentar o robô. Após remover alguma obstrução, existe o risco desta ser o que prevenia o blowout do duto. A deriva, que desvia a pressão do duto, deve existir de forma que não atrapalhe o movimento do robô, e é necessário criar redundâncias para maior segurança. É necessário que haja compensação volumétrica e de pressão no duto para compensar a entrada de saída de robô e cabo, tanto pra evitar o blowout, como para evitar entrada de oxigênio no duto. Há ainda a necessidade de um sistema de limpeza para retirar hidrocarbonetos e vapores do robô.

[0022] Para solucionar estes problemas, a presente invenção apresenta um sistema de lançamento e recolhimento de robôs de limpeza ou inspeção. Trata- se um tubo inclinado para facilitar o lançamento do robô. O tubo se encaixa em um duto de exploração ou perfuração. Possui válvulas para evitar blowout, que levam em consideração a existência de cabo umbilical. A invenção incorpora um sistema para limpeza do robô dentro do tubo de lançamento, uso de fluido inerte para iniciar o sistema elétrico do robô em segurança, sistema que compensa a mudança de volume e pressão no duto ao inserir ou retirar o robô e seu cabo. A invenção também modifica a região de deriva com grades para facilitar a fixação de robôs com patas e/ou garras de forma a não impedir a deriva do duto.

Breve Descrição dos Desenhos

[0023] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir com referência aos desenhos em anexo que, de uma forma não limitativa do escopo inventivo, representa um modo preferencial de execução. Assim, têm-se que: - a Figura 1 ilustra o sistema da presente invenção sendo instalado em um módulo de armazenagem e controle;- a Figura 2 ilustra uma vista referente à utilização de selos tipo labirinto para vedação dinâmica de cabos com translação axial da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

[0024] O sistema de acordo com a presente invenção compreende uma estrutura de suporte (2) onde é colocada a tubulação de lançamento do robô (4); na extremidade de entrada dessa tubulação é acoplada uma vedação dinâmica (12), vedando sobre o cabo umbilical (8), e uma válvula BOP (Blowout Preventer) anular (3) responsável por restringir o fluxo ascendente. A vedação dinâmica (12) e a válvula (3) serão desacopláveis, ou por desmontagem ou por abertura para a introdução do robô ou conexão do umbilical ao robô. Há uma válvula do tipo BOP de gaveta (7), na outra extremidade da tubulação (4), que serve para restringir fluxos ascendentes. A válvula BOP de gaveta (7) deve ter abertura suficiente para permitir a passagem do robô, e ser capaz de vedar sobre o cabo umbilical (8).

[0025] Após as válvulas BOP (3) e (7) há duas válvulas (10) e (11). Elas são usadas no processo de inertização e limpeza do equipamento, sendo a válvula (11) a de entrada e a válvula (10) a de saída do fluido de limpeza ou inertização, ou vice-versa.

[0026] Após a válvula (10), na extremidade final do tubo para lançamento (4), haverá uma válvula de esfera (5) de acesso à tubulação, e logo após haverá uma derivação (9) com válvula (6) para direcionamento do fluido excedente diretamente ao queimador. Nesta deriva haverá uma grade em seu furo de derivação do tubo principal de forma que haja apoio do robô sobre essa grade, para permitir o movimento do robô.

[0027] O equipamento é conectado ao duto de produção no qual o robô será introduzido pela derivação (9). Antes da estrutura de suporte (2) será instalado um módulo de armazenamento (1) do cabo umbilical e a central de controle do robô e do processo. A vedação dinâmica (12), em particular, pode assumir diferentes configurações. Uma configuração opcional é a utilização de selos metálicos, cerâmicos ou elastoméricos, nesse caso com ou sem armações internas de aço. Esses selos podem ser de diferentes tipos e materiais: o-ring, x-ring, v-ring, u-cup, quadrados, retangulares, lábios, etc. Outra configuração opcional é a utilização de selos tipo labirinto e selos tipo labirinto multiestágio. Opcionalmente, esse selo tipo labirinto pode ter internamente a ele entradas e/ou saídas de fluido para evitar que o fluido da linha escape para o ambiente. O selo tipo labirinto pode assumir diferentes geometrias, como a de um selo reto, a de um selo retangular e a de um selo dentado. Também pode, opcionalmente, apresentar raspadores para aumentar a perda de carga.

[0028] A presente invenção inclui, assim, um tubo inclinado (4) em relação a horizontal onde o sistema robótico é enclausurado para transporte e acoplamento a uma linha de produção de hidrocarbonetos. Este tubo permite o deslocamento do robô pelo seu sistema de locomoção e resiste às pressões que podem advir do poço.

[0029] A presente invenção incorpora ao tubo (4) duas válvulas (10, 11), uma em cada extremidade do tubo (4), para que este tubo seja purgado de qualquer oxigênio e preenchido com fluido inerte.

[0030] Na entrada do tubo (4) uma válvula BOP anular (3) é usada para regular a pressão de fechamento da sua interface elastomérica sobre a circunferência do cabo umbilical do robô. Esta pode ser totalmente aberta para permitir acesso ao robô no momento de sua montagem onde é feita a conexão deste com o cabo umbilical, ou fechada sobre o cabo no momento em que um pico de pressão atinge o sistema.

[0031] Adicionalmente, na invenção utiliza-se uma válvula (11) para coletar o fluido do interior do duto à medida que o cabo umbilical nele entra, realizando a compensação volumétrica.

[0032] Se durante a intervenção a linha for exposta à pressão do poço, a invenção conta com uma deriva (9) para que a pressão de fluido possa escoar para o queimador da plataforma ou algum tanque de armazenamento. Inevitavelmente haverá pressão no tubo de lançamento (4) e, caso a vedação dinâmica não seja capaz de manter a pressão, a válvula BOP anular (3) será acionada impedindo vazamentos na região do lançador. Opcionalmente, como forma de redundância para a segurança do sistema, uma segunda válvula BOP, porém do tipo gaveta (7), pode ser posicionada imediatamente acima da deriva (9), vedando ao redor do cabo umbilical caso a vedação dinâmica e a válvula BOP anular (3) tenham algum problema.

[0033] A presente invenção utiliza a vedação dinâmica (12) para permitir a passagem do cabo, mantendo a vedação. Alternativamente, a válvula BOP anular (3) pode ser utilizada para realizar o procedimento conhecido por stripping, onde o cabo umbilical é puxado com a válvula anular pressurizada sobre a circunferência do cabo para impedir que esta interface vaze o fluido do poço. Após o robô retornar para o tubo de lançamento (4) uma válvula convencional (5) é acionada e isola o tubo de lançamento (4) para remoção segura do robô.

[0034] Ainda, a presente invenção modifica a região da deriva, onde o orifício que leva para a seção tubular conectada na válvula (6) é gradeado para que as patas do robô possam se apoiar, mas sem bloquear o fluxo de hidrocarbonetos advindo do poço. Por esta razão são adotados tipos diferentes de válvulas BOP, uma anular e uma de gaveta de modo a assegurar que o mesmo modo de falha não ocorra em ambas.

[0035] Através da válvula (11), fluido é inserido no tubo de lançamento à medida que o robô retorna e o cabo umbilical é recolhido.

[0036] Utilizando as válvulas (10) e (11), após fechada a válvula (5), o solvente pode ser circulado pelo tubo de lançamento (4) até que os componentes do robô estejam livres de petróleo.

[0037] Deve ser notado que, apesar de a presente invenção ter sido descrita com relação aos desenhos em anexo, esta poderá sofrer modificações e adaptações pelos técnicos versados no assunto, dependendo da situação específica, mas desde que dentro do escopo inventivo aqui definido.

Claims (12)

1- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, caracterizado por compreender: - uma estrutura de suporte (2), onde é disposta uma tubulação de lançamento do robô (4); - um conjunto de vedação composto por pelo menos um de: - vedação dinâmica (12), acoplada na extremidade de entrada da tubulação de lançamento do robô (4), vedando sobre o cabo umbilical (8); - válvula BOP anular (3) para restringir o fluxo ascendente; e - válvula do tipo BOP de gaveta (7), na outra extremidade da tubulação (4), para restringir fluxos ascendentes, e tendo abertura suficiente para permitir a passagem do robô, vedando sobre o cabo umbilical (8).

2- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela vedação dinâmica (12) e a válvula (3) serem desacopláveis, ou por desmontagem ou por abertura para a introdução do robô (4) ou conexão do umbilical ao robô (4).

3- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação1, caracterizado por compreender duas válvulas (10, 11), uma em cada extremidade do tubo (4), para que o tubo (4) seja purgado de qualquer oxigênio e preenchido com fluido inerte, sendo a dita válvula (11) para entrada e a dita válvula (10) para saída do fluido de limpeza ou inertização.

4- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma válvula convencional (5) é acionada após o robô (4) retornar para o tubo de lançamento (4) e isolar o referido tubo (4) para remoção segura do robô (4).

5- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir uma derivação (9) com válvula (6) para direcionamento do fluido excedente diretamente ao queimador.

6- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de incluir uma grade na derivação de forma que haja apoio do robô (4) sobre essa grade, para permitir o seu movimento.

7- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fluido ser inserido no tubo de lançamento (4) através da válvula (11) à medida que o robô (4) retorna e o cabo umbilical (8) é recolhido.

8- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo o solvente ser circulado pelo tubo de lançamento (4) após fechada a válvula (5), até que os componentes do robô estejam livres de petróleo.

9- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela vedação dinâmica (12) ter configuração pelo uso de selos metálicos, cerâmicos ou elastoméricos, com ou sem armações internas de aço.

10- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelos selos metálicos, cerâmicos ou elastoméricos serem selecionados a partir do grupo que consiste em o-ring, x-ring, v-ring, u-cup, quadrados, retangulares e lábios.

11- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelos selos utilizados serem selos tipo labirinto e selos tipo labirinto multiestágio.

12- SISTEMA DE LANÇAMENTO DE EQUIPAMENTO COM CABO PARA INSPEÇÃO INTERNA E DESOBSTRUÇÃO DE DUTOS DE PRODUÇÃO, INJEÇÃO E EXPORTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo selo tipo labirinto ter a geometria selecionada a partir do grupo que consiste em um selo reto, um selo retangular e um selo dentado.

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