BR102019014765A2 - coluna de produção flexível - Google Patents

Abstract

coluna de produção flexível a presente invenção provê uma coluna de produção flexível compreendendo: uma camada interna (1) em material polimérico extrudado; uma camada estrutural (2) compreendendo uma pluralidade de elementos estruturais (20) posicionados helicoidalmente sobre a camada interna (1); e uma primeira camada de revestimento (3) em material polimérico extrudado sobre a camada estrutural (2), a coluna de produção compreendendo ainda: uma camada auxiliar (4) compreendendo pelo menos um cabo de potência (40) posicionado helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento (3), e uma pluralidade de elementos tubulares de preenchimento (42) posicionados helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento (3). opcionalmente, a coluna de produção ainda compreende uma segunda camada estrutural (5) compreendendo uma pluralidade de arames galvanizados 50 e uma pluralidade de rods 51 circulares poliméricos, ambos dispostos longitudinalmente de forma helicoidal, sobre a camada auxiliar 4; e uma camada de revestimento externo (6) em material polimérico extrudado posicionada sobre a camada auxiliar (4).

Description

“COLUNA DE PRODUÇÃO FLEXÍVEL”

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção está relacionada a colunas de produção flexíveis. Mais especificamente, a presente invenção está relacionada a colunas de produção flexíveis com cabo elétrico integrado para aplicação onshore, onde os elementos são posicionados de forma concêntrica, e os periféricos são igualmente distribuídos ao longo da seção transversal. Essa geometria promove balanceamento da estrutura devido aos esforços de torção e, principalmente, perfeita vedação das conexões, o que não ocorre quando os elementos estão excêntricos em relação ao eixo da estrutura.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Diversos modelos de tubos termoplásticos reforçados (também chamados de RTP, da sigla em inglês “Reinforced Thermoplastic Pipe”) são conhecidos do estado da técnica.

[003] Como largamente conhecido, esses elementos são usados pela indústria petroleira, em operações de transferência de óleo, gás e água, ou da mistura entre eles e são compostos essencialmente de três camadas: tubo interno, também chamado de liner, camada estrutural; e capa externa.

[004] A figura 1 ilustra esquematicamente um corte transversal de um tubo termoplástico reforçado como conhecido do estado da técnica.

[005] O tubo interno 1 (liner) é a camada mais interna do RTP e é formado por um tubo polimérico extrudado em polietileno de alta densidade que, por sua vez, confere a característica de resistência a altas temperaturas. Este elemento tem a função de servir como barreira de pressão, uma vez que o fluido em seu interior pode ser transportado sob alta pressão.

[006] Assim, devido à natureza dos fluidos em seu interior e do meio no qual é aplicado, o tubo interno 1 deve ser resistente à abrasão, ao ataque químico dos

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2/8 fluidos transportados, ao colapso sob pressões externas (gases permeados e sobrecarga externa), e a efeitos de empolamento em casos de despressurização da linha.

[007] A camada estrutural 2, por sua vez, compreende uma camada de arame, chapa de aço ou aramida, conformada em hélice longitudinalmente em uma camada externa ao tubo interno com ângulo de assentamento de aproximadamente 55°.

[008] Assim, a camada estrutural, como seu próprio nome diz, possui função essencialmente estrutural de resistir à pressão interna dos fluidos transportados, além de resistir a eventuais forças ou durante sua instalação.

[009] Por fim a camada externa compreende uma capa externa 3 polimérica (polietileno de alta densidade que, por sua vez, confere a característica de resistência a altas temperaturas) extrudada sobre a camada estrutural. A camada externa 3 tem a função de proteger o RTP contra a abrasão, impacto e corrosão das armaduras ao ambiente externo.

[010] Os tubos RTP fazem parte da coluna de produção flexível com a função de extrair e transportar óleo, água, gás ou da mistura entre eles.

[011] No entanto, nos modelos convencionais, para realizar a alimentação elétrica da bomba de extremidade, o cabo elétrico é acoplado por fora da tubulação de aço através de dispositivos de fixação não robustos, o que pode gerar uma série de inconvenientes e graves acidentes em campo.

[012] O documento BR202013032729-3 revela uma configuração de coluna de produção que adota o uso de cabos de potência, além de mangueiras capilares, cabos de fibra ótica, dentre outros, passados através da camada estrutural do RTP, externamente aos arames metálicos.

[013] Assim, a coluna de produção revelada pelo BR202013032729-3 prevê que uma série de cabos, dentre eles cabos de potência, sejam passados por uma camada interna da coluna de produção, comunicando eletricamente as duas

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3/8 extremidades desse elemento.

[014] No entanto, na configuração revelada pelo BR202013032729-3, os cabos são passados exatamente através camada estrutural, junto com a amarração de arames. Assim, durante o uso da coluna de produção, esses cabos estarão sujeitos ao atrito contra os elementos estruturais metálicos, o que pode provocar danos severos a ambos.

[015] Como será melhor detalhado abaixo, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [016] A presente invenção tem por objetivo prover uma coluna de produção flexível com cabos elétricos (e/ou diferentes cabos) integrados longitudinalmente, em que os cabos elétricos sejam posicionados em uma região segura e protegida contra possíveis danos causados por outros elementos da coluna de produção ou, ainda, devido a influência de danos provindos do meio externo.

[017] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê uma coluna de produção flexível compreendendo: uma camada interna em material polimérico extrudado; uma camada estrutural compreendendo uma pluralidade de elementos estruturais posicionados helicoidalmente sobre a camada interna; e uma primeira camada de revestimento em material polimérico extrudado sobre a camada estrutural, a coluna de produção compreendendo: uma camada auxiliar compreendendo pelo menos um cabo de potência posicionado helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento, e uma pluralidade de elementos tubulares de preenchimento posicionados helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento; e uma camada de revestimento externo em material polimérico extrudado posicionada sobre a camada auxiliar, onde todos os elementos são concêntricos e igualmente distribuídos ao longo da seção transversal.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

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4/8 [018] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[019] A figura 1 ilustra esquematicamente um corte transversal de um tubo termoplástico reforçado como conhecido do estado da técnica.

[020] A figura 2 ilustra esquematicamente um corte transversal de uma coluna de produção flexível, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[021] A figura 3 ilustra esquematicamente uma vista em perspectiva de uma coluna de produção flexível, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[022] A figura 4 ilustra uma vista em perspectiva de uma coluna de produção flexível.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [023] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[024] A figura 2 ilustra esquematicamente um corte transversal de uma coluna de produção flexível, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[025] A figura 3 ilustra esquematicamente uma vista em perspectiva de uma coluna de produção flexível, de acordo com a configuração opcional ilustrada na figura 2. Nesta figura, é possível observar em detalhes, todos os elementos internos da coluna de produção ora revelada, os quais serão indicados detalhadamente a seguir.

[026] A figura 4 ilustra uma coluna de produção flexível, de acordo com a configuração opcional ilustrada na figura 2. Nesta figura, é possível observar em detalhes, todos os elementos internos da coluna de produção ora revelada, os quais serão indicados detalhadamente a seguir.

[027] Como pode ser observado, a coluna de produção flexível ilustrada

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5/8 compreende elementos similares a um tubo termoplástico reforçado (RTP), como: uma camada interna 1 em material polimérico (polietileno de alta densidade que, por sua vez, confere a característica de resistência a altas temperaturas) extrudado; uma camada estrutural 2 compreendendo uma pluralidade de elementos estruturais 20 posicionados helicoidalmente sobre a camada interna 1; e uma primeira camada de revestimento 3 em material polimérico extrudado sobre a camada estrutural 2.

[028] Em adição, de modo inovador, a coluna de produção compreende: uma camada auxiliar 4 compreendendo pelo menos um cabo de potência 40 posicionado helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento 3, e uma pluralidade de elementos tubulares de preenchimento 42 posicionados helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento 3; e uma camada de revestimento 6 externo em material polimérico extrudado posicionada sobre a camada auxiliar 4.

[029] Opcionalmente, a camada auxiliar 4 também compreende elementos estruturais auxiliares 41 que compreendem arames galvanizados e/ou fibras de carbono e/ou fibra de aramida, dentre outros elementos utilizados para resistir aos esforços de instalação e operação. Assim, essa escolha não representa um limitante do escopo de proteção da presente invenção.

[030] Os elementos estruturais auxiliares 41 são responsáveis por suportar os carregamentos estruturais em condições de instalação (tração combinada com curvatura) e operação (tração pura), sendo dispostos opcionalmente em duas camadas de hélice oposta.

[031] Os elementos estruturais 20 e os elementos estruturais auxiliares 41 também são responsáveis por restringir a elongação e torção da estrutura. Quando forem adotados arames galvanizados, estes irão possuir revestimento por galvanização para proteção contra corrosão ao longo da vida útil do produto. O fato de esses elementos estruturais estarem em hélice, proporciona soluções mais econômicas de logística, de instalação e operação (bobinas de transporte e

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6/8 acondicionamento com menores dimensões e, portanto, peso próprio) em função de menores MBRs do produto. Ou seja, o mínimo raio de curvatura ao qual o produto deverá estar submetido seja em condições de armazenamento ou procedimentos operacionais.

[032] A coluna de produção ora revelada, prevê que o cabo de potência 40 passe por uma camada externa ao RTP convencional, e não em uma mesma camada, junto com a armação metálica, protegendo o cabo de potência 40 de eventuais danos, o que torna a coluna de produção mais segura.

[033] Ressalta-se que, de como largamente conhecido, os cabos de potência 40 são os elementos responsáveis pela alimentação elétrica trifásica do equipamento de extremidade poço, como Bomba BCS.

[034] Deste modo, a grande inovação da presente invenção consiste em permitir o uso de cabos elétricos de potência 40 integrados na estrutura da coluna de produção de maneira segura e eficiente, o que não é encontrado em nenhuma coluna de produção flexível conhecida no atual estado da técnica.

[035] Opcionalmente, a pluralidade de elementos tubulares de preenchimento 42 da camada auxiliar 4 compreende uma pluralidade de RODs de enchimento de diferentes diâmetros. Com é de conhecimento de qualquer técnico no assunto, RODs de enchimento são elementos circulares poliméricos, responsáveis pela complementação da estrutura da camada auxiliar, em formato anel, e por distribuir carregamentos de compressão aplicados à estrutura.

[036] Opcionalmente, também é previsto que a camada auxiliar 4 compreenda pelo menos um arame galvanizado envolvido com cobertura polimérica disposto longitudinalmente, de forma helicoidal, sobre a primeira camada de revestimento 3. Preferencialmente é previsto o uso de uma pluralidade de arames galvanizados na camada auxiliar.

[037] Esses elementos, quando adotados, são responsáveis por auxiliar o

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7/8 suporte dos carregamentos estruturais em condições de instalação e operação, além de restringir a elongação e torção da coluna de produção, tornando-a ainda mais segura.

[038] Opcionalmente, a coluna de produção ainda compreende uma segunda camada estrutural 5 compreendendo uma pluralidade de arames galvanizados 50 e uma pluralidade de RODs 51 circulares poliméricos, ambos dispostos longitudinalmente de forma helicoidal, sobre a camada auxiliar 4.

[039] A segunda camada estrutural 5 tem função de prover um reforço estrutural adicional a fim de suportar os carregamentos, restringir a elongação, além da torção da coluna de produção.

[040] Opcionalmente, a camada auxiliar 4 pode compreender uma série de elementos diferentes dispostos longitudinalmente de forma helicoidal, como mangueiras, cabos elétricos sobressalentes, cabos de sinal, cabos de fibra óptica, dentre outros, a depender da necessidade de cada aplicação.

[041] A partir do exposto até aqui, fica claro que a coluna de produção flexível ora descrita é capaz de extrair e transportar óleo, água, gás, ou a mistura entre eles, e de realizar a alimentação elétrica da bomba de extremidade, simultaneamente, de modo completamente seguro e eficaz.

[042] Portanto, a coluna de produção da presente invenção pode ser utilizada em substituição aos tubos de aço carbono, que hoje são utilizados para produção de petróleo em poços terrestres.

[043] Atualmente, a produção com bombeio centrífugo submerso é realizada com a instalação da bomba acoplada a uma tubulação de aço carbono roscada.

[044] Os principais problemas desta operação são um MTBF (período médio entre falhas) muito baixo, por volta de um ano e meio, além de custo e tempo de instalação elevado devido ao uso de sonda terrestre.

[045] Entretanto, muitas falhas são ocasionadas principalmente por falha da

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8/8 bomba e por causa de corrosão da tubulação, o que demanda a troca de todas as tubulações a cada 1,5 a 2 anos. Com o uso da coluna de produção ora revelada, em substituição a tubulação roscada, é eliminada a falha por corrosão, uma vez que uma coluna termoplástica é livre de corrosão, além de se assegurar a redução do MTTR e a redução do custo de instalação e remoção da bomba.

[046] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Coluna de produção flexível compreendendo:

   uma camada interna (1) em material polimérico extrudado;

   uma camada estrutural (2) compreendendo uma pluralidade de elementos estruturais (20) posicionados helicoidalmente sobre a camada interna (1); e uma primeira camada de revestimento (3) em material polimérico extrudado sobre a camada estrutural (2), a coluna de produção sendo CARACTERIZADA por compreender:

   uma camada auxiliar (4) compreendendo pelo menos um cabo de potência (40) posicionado helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento (3), e uma pluralidade de elementos tubulares de preenchimento (42) posicionados helicoidalmente sobre a primeira camada de revestimento (3); e uma camada de revestimento externo (6) em material polimérico extrudado posicionada sobre a camada auxiliar (4).
2. 2. Coluna de produção, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a pluralidade de elementos tubulares de preenchimento (42) da camada auxiliar compreende uma pluralidade de RODs de enchimento de diferentes diâmetros.
3. 3. Coluna de produção, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA por a camada auxiliar (4) compreender pelo menos um arame galvanizado envolvido com cobertura polimérica (41) disposto longitudinalmente, de forma helicoidal sobre a primeira camada de revestimento (3).
4. 4. Coluna de produção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA por compreender uma segunda camada estrutural (5) compreendendo uma pluralidade de arames galvanizados (50) e uma pluralidade de RODs circulares (51) poliméricos, ambos dispostos longitudinalmente de forma helicoidal, sobre a camada auxiliar (4).

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5. 5. Coluna de produção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

   4, CARACTERIZADA por os elementos estruturais (20) adotados compreenderem pelo menos um de arames galvanizados, fibras de carbono e fibra de aramida.
6. 6. Coluna de produção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

   5, CARACTERIZADA por a camada auxiliar (4) compreender pelo menos um dos seguintes elementos dispostos longitudinalmente de forma helicoidal: mangueiras; cabos elétricos sobressalentes; cabos de sinal; e cabos de fibra óptica.