BR102020013190A2

BR102020013190A2 - AUTOMATED SYSTEM FOR ASSISTED CLEANING AND INSPECTION OF OFFSHORE TUBULAR STRUCTURES FOR THE REMOVAL AND COLLECTION OF BIO-INLAY WASTE

Info

Publication number: BR102020013190A2
Application number: BR102020013190-7A
Authority: BR
Inventors: Newton Narciso Pereira; Euler Sánchez Ocampo; Conny Cerai Ferreira; Matheus Syx Vasconcelos; Éric De Oliveira Gabriel; Fernando Vitor De Abreu Moschen; Fábio Sena Aguiar
Original assignee: Universidade Federal Fluminense; Euler Sánchez Ocampo; Moschen & Oliveira Soluções Ambientais Ltda Me; Fábio Sena Aguiar
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2022-01-11

Abstract

sistema automatizado para limpeza e inspeção assistida de estruturas tubulares offshore para remoção e coleta de resíduos de bioincrustação. a presente invenção compreende um sistema automatizado de limpeza, remoção, coleta e inspeção de estruturas tubulares que ficam abaixo da linha dágua que apresentem bioincrustações. o sistema é composto por 3 pinças (a, b, c), sendo duas (a, c) para fixação do sistema junto a estrutura tubular adicionadas de hidrojatos (rotativos e fixos) instalados nas extremidades para limpeza de interseções das estruturas tubulares e uma pinça central (b) com hidrojatos (d) instalados no interior para a limpeza da estrutura tubular fixa ou rígida. a remoção e coleta das incrustações ocorre por meio de dutos de sucção instalados na parte inferior da pinça central que é revestida por uma tela metálica com malha entre 0 e 100 microns (e). as incrustações passam por um processo de trituração (f) na entrada do duto sucção (g) para redução de tamanho. a inspeção ocorre através de câmeras e luzes subaquáticas (h) instaladas sobre a pinça central (b). a movimentação do sistema ocorre pelo acionamento de um pistão vertical (i). o sistema de entrada de água, drenagem e sucção é conectado por meio de um umbilical (j).automated system for cleaning and assisted inspection of offshore tubular structures for removal and collection of biofouling residues. the present invention comprises an automated system for cleaning, removing, collecting and inspecting tubular structures that are below the waterline that present biofouling. the system consists of 3 clamps (a, b, c), two (a, c) for fixing the system to the tubular structure added with water jets (rotating and fixed) installed at the ends to clean the intersections of the tubular structures and one central gripper (b) with water jets (d) installed inside for cleaning the fixed or rigid tubular structure. the removal and collection of incrustations occurs through suction ducts installed in the lower part of the central gripper, which is covered by a metallic screen with a mesh between 0 and 100 microns (e). the incrustations undergo a crushing process (f) at the inlet of the suction duct (g) for size reduction. inspection takes place through underwater cameras and lights (h) installed on the central gripper (b). the movement of the system occurs by the activation of a vertical piston (i). the water inlet, drainage and suction system is connected through an umbilical (j).

Description

AUTOMATED SYSTEM FOR ASSISTED CLEANING AND INSPECTION OF OFFSHORE TUBULAR STRUCTURES FOR THE REMOVAL AND COLLECTION OF BIO-INLAY WASTE

APPLICATION FIELD

[01] A presente invenção se aplica no campo de extração de petróleo tanto em águas rasas quanto em águas profundas no oceano, especificadamente para limpeza, remoção e inspeção de estruturas tubulares rígidas e flexíveis de plataformas petrolíferas, além de outras estruturas fixas cilíndricas que apresentem problemas de bioincrustação externa.[01] The present invention is applied in the field of oil extraction both in shallow waters and in deep waters in the ocean, specifically for cleaning, removing and inspecting rigid and flexible tubular structures of oil platforms, in addition to other cylindrical fixed structures that present external biofouling problems.

[02] A presente invenção compreende o desenvolvimento de um sistema automatizado de limpeza, remoção, coleta e inspeção de estruturas tubulares que ficam abaixo da linha d’água que apresentem bioincrustações em geral, como por exemplo, corais e espécies invasoras. O sistema é composto por 3 pinças (A, B, C), sendo duas (A e C) para fixação do sistema junto a estrutura tubular adicionadas de hidrojatos (rotativos e fixos) instalados nas extremidades para limpeza de interseções das estruturas rígidas e flexíveis das plataformas offshore e uma pinça central (B) com hidrojatos (D) instalados no interior para a limpeza da estrutura tubular fixa ou rígida. A limpeza ocorre pelos hidrojatos que lançam água pressurizada em ângulos otimizados para remover as incrustações. Os hidrojatos são instalados ao longo de todas as pinças para fornecer a flexibilidade de limpeza da estrutura. A remoção e coleta das incrustações ocorre por meio de dutos de sucção que são instalados na parte inferior da pinça central que é revestida por uma tela metálica com malha entre 0 e 100 microns (E) para permitir a retenção dos resíduos gerados com a remoção das incrustações e garantir a reentrada de água na câmara. As incrustações que ficam retidas no interior passam por um processo de trituração (F) na entrada do duto sucção (G) para redução de tamanho antes de serem sugadas, coletadas e destinadas para tratamento. A verificação do processo de limpeza ocorre através de câmeras e luzes subaquáticas (H) que são instaladas sobre a pinça central (B), que permitem realizar a inspeção do processo de limpeza da estrutura subaquática, acionada por um pistão hidráulico que permite seu movimento radial. A movimentação do sistema ao longo da estrutura tubular ocorre pelo acionamento de um pistão vertical (I) que força o movimento de descida ou subida da estrutura. Para ocorrer a movimentação, a pinça inferior (C) se abre e sua alça interna se retrai. Em seguida o pistão vertical (I) é expandido forçando o movimento de descida do conjunto para baixo. Após a expansão do pistão, a pinça inferior (C) é fechada e sua alça interna se estende fixando-se novamente à parede do tubo. Posteriormente a pinça superior (A) é aberta e sua alça interna se retrai para que ocorra a movimentação de conjunto (A e B) para baixo. Em seguida o pistão vertical (I) retorna à posição de contração puxando o conjunto principal (B) e pinça superior (A) para posição da nova área a ser limpa. Por fim, a pinça superior (A) é fechada e sua alça interna se estende fixando-se à parede do tubo. O sistema de entrada de água, drenagem e sucção é conectado por meio de um umbilical (J) que fornece água para todos os hidrojatos distribuídos no conjunto e também coleta os resíduos por uma tubulação específica.[02] The present invention comprises the development of an automated system for cleaning, removing, collecting and inspecting tubular structures that are below the waterline that present biofouling in general, such as corals and invasive species. The system consists of 3 clamps (A, B, C), two (A and C) for fixing the system to the tubular structure added with water jets (rotating and fixed) installed at the ends to clean intersections of rigid and flexible structures. of the offshore platforms and a central gripper (B) with water jets (D) installed inside for cleaning the fixed or rigid tubular structure. Cleaning takes place by hydrojets that launch pressurized water at optimized angles to remove scale. Waterjets are installed along all grips to provide the flexibility of cleaning the structure. The removal and collection of incrustations occurs through suction ducts that are installed in the lower part of the central gripper, which is covered by a metallic screen with a mesh between 0 and 100 microns (E) to allow the retention of the residues generated with the removal of the incrustations. incrustations and guarantee the re-entry of water in the chamber. The incrustations that are retained inside go through a crushing process (F) at the entrance of the suction duct (G) for size reduction before being sucked, collected and destined for treatment. The verification of the cleaning process takes place through underwater cameras and lights (H) that are installed on the central gripper (B), which allow the inspection of the cleaning process of the underwater structure, driven by a hydraulic piston that allows its radial movement. . The movement of the system along the tubular structure occurs by the activation of a vertical piston (I) that forces the movement of the structure down or up. For movement to occur, the lower gripper (C) opens and its inner handle retracts. Then the vertical piston (I) is expanded, forcing the set downward movement. After the expansion of the piston, the lower clamp (C) is closed and its inner handle extends, fixing it again to the tube wall. Subsequently, the upper clamp (A) is opened and its internal handle is retracted so that the set (A and B) can be moved downwards. Then the vertical piston (I) returns to the contraction position, pulling the main assembly (B) and upper clamp (A) to the position of the new area to be cleaned. Finally, the upper clamp (A) is closed and its inner handle extends, fixing it to the tube wall. The water inlet, drainage and suction system is connected through an umbilical (J) that supplies water to all hydrojets distributed in the set and also collects waste through a specific pipe.

FUNDAMENTALS OF THE INVENTION

[03] A presente invenção compreende basicamente um sistema de limpeza, remoção e inspeção de estruturas tubulares subaquáticas tais como, plataformas de petróleo fixas, risers, pilares de pontes, impactadas por bioincrustação em geral, como por exemplo, corais e espécies invasoras.[03] The present invention basically comprises a system for cleaning, removing and inspecting underwater tubular structures such as fixed oil platforms, risers, bridge pillars, impacted by biofouling in general, such as corals and invasive species.

[04] A bioincrustação de corais, como por exemplo o Coral Sol, tem causado uma série de problemas de ordem ambiental e operacional para empresas do setor de petróleo e gás. Durante a fase de operação e de retirada das plataformas do mar para docagem de reparo ou mesmo para reciclagem ao término da vida útil, as bioincrustações de colônias de corais têm colocado em risco o meio ambiente, devido o potencial de espalhamento destes organismos ao longo da costa o que resulta em uma série de impactos na biota marinha das regiões afetadas. Deste modo, o processo de manutenção e limpeza destas instalações offshore, realizadas atualmente por força humana, exige que as equipes de mergulho fiquem expostas a condições adversas do mar, submetidas a elevados riscos e operando em condições de baixa visibilidade, o que faz com que a operação seja de alto risco. Além disso, todos esses fatores contribuem para que a operação de remoção das bioincrustações e inspeção das estruturas offshore, demandem elevado tempo e resultem em grandes custos para as empresas contratantes dos serviços de mergulho. Devido a essas dificuldades, o fluxo de limpezas destas estruturas não pode ser realizado com frequência, o que poderia evitar o acumulo de macroincrustação no final de vida das estruturas e mitigar a proliferação de espécies exóticas. A limpeza, remoção e inspeção das estruturas subaquáticas podem auxiliar no processo de docagem da unidade offshore para reparo, pois é necessário um extremo cuidado no processo de limpeza dos cascos, para evitar que resíduos destes organismos caiam no mar e causem um espalhamento destas espécies ao longo da costa. Isto porque podem estar presentes na coluna d’água, na forma de larvas, cistos, ovos e organismos maiores, como corais entre outros, buscando uma superfície para fixação mesmo após sua remoção do substrato.[04] Coral biofouling, such as Coral Sol, has caused a series of environmental and operational problems for companies in the oil and gas sector. During the operation and removal of platforms from the sea for repair docking or even for recycling at the end of their useful life, the biofouling of coral colonies has put the environment at risk, due to the potential for these organisms to spread along the coast which results in a series of impacts on the marine biota of the affected regions. In this way, the maintenance and cleaning process of these offshore installations, currently carried out by human force, requires that diving teams be exposed to adverse sea conditions, subjected to high risks and operating in conditions of low visibility, which makes the operation is high risk. In addition, all these factors contribute to the fact that the operation of biofouling removal and inspection of offshore structures takes a long time and results in large costs for the companies contracting the diving services. Due to these difficulties, the cleaning flow of these structures cannot be carried out frequently, which could avoid the accumulation of macrofouling at the end of the structures' life and mitigate the proliferation of exotic species. The cleaning, removal and inspection of underwater structures can help in the process of docking the offshore unit for repair, as extreme care is required in the process of cleaning the hulls, to prevent residues of these organisms from falling into the sea and causing a spread of these species to the sea. along the coast. This is because they can be present in the water column, in the form of larvae, cysts, eggs and larger organisms, such as corals, among others, seeking a surface for attachment even after their removal from the substrate.

[05] A colonização de estruturas abaixo da linha d’água por bioincrustações, tem exigido por parte das empresas autorização junto aos órgãos ambientais nacionais para sua remoção do local instalado. Portanto, uma série de medidas preventivas tem sido exigidas por esses órgãos para que as empresas exploradoras de petróleo possam remover suas plataformas offshore do mar. Considerando que nos próximos anos haverá uma possível retirada em massa de plataformas do mar, devido ao descomissionamento, o problema tende a se agravar e gerar conflitos entre os interesses das empresas exploradoras e as instituições de preservação do meio ambiente. Embora, nos últimos anos tem-se presenciado a aplicação de tintas antiincrustantes para evitar bioincrustação em cascos de plataformas e navios, observa-se que estas técnicas mostraram-se não eficientes para impedir a bioincustração, uma vez que cresce o número de estruturas marinhas colonizadas.[05] The colonization of structures below the waterline by biofouling, has required by companies authorization from national environmental agencies for their removal from the installed site. Therefore, a series of preventive measures have been required by these bodies so that oil exploration companies can remove their offshore platforms from the sea. Considering that in the coming years there will be a possible mass withdrawal of platforms from the sea, due to decommissioning, the problem tends to worsen and generate conflicts between the interests of the exploring companies and the institutions for the preservation of the environment. Although, in recent years, the application of antifouling paints has been witnessed to prevent biofouling on the hulls of platforms and ships, it is observed that these techniques have not shown to be efficient to prevent biofouling, since the number of colonized marine structures grows. .

[06] Isso provavelmente deve-se ao fato de as plataformas offshore serem estacionarias permitindo que aos poucos ocorra a colonização dos organismos no substrato, diferentemente do que ocorre em navios mercantes onde a velocidade da corrente limita esta fixação, mas não a impede totalmente. Obviamente, que isto também é influenciado pelas condições climáticas, temperatura, condições de sobrevivência e resistências dos microrganismos. Diante do insucesso das tentativas para solucionar o problema, a presente invenção buscar promover a limpeza, remoção e inspeção destas estruturas tubulares offshore, rígidas ou flexíveis, de maneira automatizada com controle assistido remotamente sem a necessidade da presença humana abaixo da linha d’água.[06] This is probably due to the fact that offshore platforms are stationary, allowing the colonization of organisms in the substrate to gradually occur, unlike what occurs on merchant ships where the speed of the current limits this fixation, but does not completely prevent it. Obviously, this is also influenced by climatic conditions, temperature, survival conditions and resistance of microorganisms. Faced with the failure of attempts to solve the problem, the present invention seeks to promote the cleaning, removal and inspection of these offshore tubular structures, rigid or flexible, in an automated way with remotely assisted control without the need for human presence below the waterline.

[07] Soma-se a isso que os desenvolvimentos presentes no mercado focaram-se principalmente na limpeza de estruturas tubulares flexíveis como risers. No estado da técnica são apontadas várias soluções para efetuar limpeza de estruturas tubulares flexíveis como risers.[07] In addition, the developments present in the market have focused mainly on cleaning flexible tubular structures such as risers. In the state of the art, several solutions are pointed out to clean flexible tubular structures such as risers.

[08] O documento BR102015014857A2 refere-se a um dispositivo de jato de água de alta pressão, em formato de anel e que é usado para limpar superfícies externas dos risers flexíveis e tubos rígidos das estruturas offshore submersas destinadas à exploração petróleo. O dispositivo não é autônomo, pois deve ser posicionado e acionado bem seja por um robô ou um mergulhador. Apesar do dispositivo de limpeza proposto no documento patente No: BR102015014857A2 trabalhar com hidrojato; a sua operação deve ser auxiliada por um ROV ou mergulhador. Além disso, a invenção No: BR102015014857A2 não propõe um sistema de inspeção, contenção e retirada dos sedimentos (resíduos de coral e bioincrustação) gerados pelo hidrojato que impacta nas superfícies.[08] Document BR102015014857A2 refers to a ring-shaped high pressure water jet device that is used to clean external surfaces of flexible risers and rigid tubes of submerged offshore structures intended for oil exploration. The device is not self-contained as it must be positioned and operated well either by a robot or a diver. Although the cleaning device proposed in patent document No: BR102015014857A2 works with a hydrojet; its operation must be assisted by an ROV or diver. Furthermore, the invention No: BR102015014857A2 does not propose a system for inspection, containment and removal of sediments (coral residues and biofouling) generated by the hydrojet that impacts on surfaces.

[09] O documento AU617320B2 apresenta cinco aparelhos que se acoplam em conjunto para remover colônias de organismos marinhos aderidos a estruturas offshore e o crescimento de outras incrustações. Os referidos aparelhos compreendem de vários anéis flutuantes, multicomponentes flexíveis e anéis submersos, sendo adaptados para envolver uma perna da plataforma ou riser da estrutura offshore. O aparelho se movimenta de forma autônoma devido às forças oceânicas causadas pelas ondas, marés e correntes; assim, os anéis se movimentam ao longo do riser, limpando a estrutura com uma série de escovas, as quais evitam o crescimento de organismos marinhos aderidos à estrutura. O dispositivo proposto na patente No: AU617320B2 conta com uma série de acoplamentos que conformam um dispositivo flutuante acionado pelas ondas do mar devido à força empuxo exercida pelas ondas. Este dispositivo foi projetado unicamente para a limpeza de pequenas incrustações nos risers ou pernas da plataforma offshore; apesar disso, o dispositivo não se movimenta de ao longo da perna ou riser de forma que todas as superfícies sejam limpas por completo. Portanto, sua capacidade de remoção de grandes incrustações e cracas em altas profundidades se vê comprometida.[09] Document AU617320B2 presents five devices that are coupled together to remove colonies of marine organisms attached to offshore structures and the growth of other fouling. Said apparatus comprises of several floating rings, flexible multicomponents and submerged rings, being adapted to encircle a platform leg or riser of the offshore structure. The device moves autonomously due to oceanic forces caused by waves, tides and currents; thus, the rings move along the riser, cleaning the structure with a series of brushes, which prevent the growth of marine organisms adhered to the structure. The device proposed in patent No: AU617320B2 has a series of couplings that form a floating device driven by sea waves due to the buoyant force exerted by the waves. This device was designed solely for cleaning small incrustations on the risers or legs of the offshore platform; however, the device does not move along the leg or riser so that all surfaces are thoroughly cleaned. Therefore, its ability to remove large scale and barnacles at high depths is compromised.

[010] No documento BR102015014857A2 refere a um dispositivo de limpeza e inspeção autônomo capaz de realizar ciclos de limpeza de limpeza ininterruptos movendo-se ao longo do trecho de uma perna ou riser de uma plataforma sem necessidade de controles externos. Além da limpeza, o dispositivo pode opcionalmente ser usado para inspeção externa de um riser. Usa como fonte de energia a resistência ao arrasto das ondas, no seu centro posicionam-se uma série de raspadores e escovas que limpam a estrutura quando o dispositivo se movimenta. O dispositivo proposto na patente No: BR102013021079A2 trabalha unicamente na superfície dos risers ou tubulações rígidas da plataforma que ficam acima da lâmina de água, não sendo possível realizar trabalhos de limpeza submersas a grandes profundidades. Além disso, este dispositivo não controla o espalhamento das incrustações e não mostra ter a capacidade de remoção de grandes incrustações aderidas às estruturas.[010] In document BR102015014857A2 it refers to an autonomous cleaning and inspection device capable of performing uninterrupted cleaning cycles by moving along the stretch of a platform leg or riser without the need for external controls. In addition to cleaning, the device can optionally be used for external inspection of a riser. It uses the drag resistance of the waves as a source of energy, in its center are positioned a series of scrapers and brushes that clean the structure when the device moves. The device proposed in patent No: BR102013021079A2 works only on the surface of the risers or rigid pipes of the platform that are above the water depth, and it is not possible to carry out submerged cleaning work at great depths. In addition, this device does not control the spread of incrustations and does not show the ability to remove large incrustations adhered to the structures.

[011] O documento BR 202015004641 -9 U2 refere-se a uma ferramenta de limpeza permanente para risers de plataformas petrolíferas. A solução proposta para a ferramenta diz respeito a um equipamento a ser instalado em linhas de produção e exportação de petróleo e gás (risers rígidos ou flexíveis) que utilizam a energia gerada pela oscilação das ondas e do nível do mar com o objetivo de limpar constantemente e remover as larvas que originam incrustações maiores (cracas) na superfície desses tubos. A ferramenta consiste basicamente em um sistema flutuante conformado por várias boias, as quais ficam instaladas permanentemente sobre cada riser, interligadas através de cabos de aço, permitindo a sua movimentação simultânea. Na medida em que as boias se movimentam pela ação das ondas do mar, o dispositivo limpa a estrutura através de uma série de escovas instaladas nas boias. Semelhante aos dispositivos descritos nas patentes No: BR102015014857A2 e No: AU617320B2, o dispositivo No: BR 202015004641-9 U2 consistem de um limpador permanente, de movimentação livre ao longo do riser rígido, onde a sua movimentação depende diretamente da oscilação das ondas do mar. Neste caso se destaca como limitação novamente o alcance limitado da solução para a limpeza dos risers em grandes profundidades, além da impossibilidade de remover cracas e incrustações de grande espessura.[011] Document BR 202015004641 -9 U2 refers to a permanent cleaning tool for oil platform risers. The proposed solution for the tool concerns equipment to be installed in oil and gas production and export lines (rigid or flexible risers) that use the energy generated by the oscillation of waves and sea level in order to constantly clean and removing the larvae that cause larger incrustations (barnacles) on the surface of these tubes. The tool basically consists of a floating system made up of several buoys, which are permanently installed on each riser, interconnected through steel cables, allowing their simultaneous movement. As the buoys move by the action of the waves of the sea, the device cleans the structure through a series of brushes installed in the buoys. Similar to the devices described in patents No: BR102015014857A2 and No: AU617320B2, the device No: BR 202015004641-9 U2 consists of a permanent cleaner, free-moving along the rigid riser, where its movement depends directly on the oscillation of the sea waves. . In this case, the limited range of the solution for cleaning the risers at great depths stands out as a limitation, in addition to the impossibility of removing barnacles and thick incrustations.

[012] O documento BR102017001557A2 compreende um conjunto conformado por três anéis de limpeza providos de raspadores que permitem arrancar as incrustações das pernas das plataformas. A estrutura conta com engates onde são aderidos cabos que permitem a sua movimentação síncrona, possibilitando raspar e limpar a estrutura. O flutuador principal posicionado na linha de água permite que as ondas do mar movimentem o sistema no sentido da estrutura (perna o riser). As boias submersas contêm no seu interior um lastro de material sólido e denso que permite manter o sistema em movimentação síncrona. Semelhante aos dispositivos descritos nas patentes No: BR102015014857A2, No: AU617320B2 e No: BR 202015004641-9-U2, este dispositivo No: BR102017001557A2 consiste de um limpador permanente, de movimentação livre ao longo do riser rígido ou flexível, onde a sua movimentação depende diretamente da oscilação das ondas do mar. Neste caso se destaca como limitação novamente o alcance limitado da solução para a limpeza dos risers em grandes profundidades, além da impossibilidade de remover cracas e incrustações de grande espessura.[012] Document BR102017001557A2 comprises a set made up of three cleaning rings provided with scrapers that allow to remove incrustations from the legs of the platforms. The structure has couplings where cables are attached that allow its synchronous movement, making it possible to scrape and clean the structure. The main float positioned on the waterline allows the sea waves to move the system towards the structure (leg the riser). The submerged buoys contain inside a ballast of solid and dense material that allows to keep the system in synchronous movement. Similar to the devices described in patents No: BR102015014857A2, No: AU617320B2 and No: BR 202015004641-9-U2, this device No: BR102017001557A2 consists of a permanent, free-moving cleaner along the rigid or flexible riser, where its movement depends on directly from the oscillation of ocean waves. In this case, the limited range of the solution for cleaning the risers at great depths stands out as a limitation, in addition to the impossibility of removing barnacles and thick incrustations.

[013] O documento CN109877712 (A) refere-se a um dispositivo abrasivo de limpeza a jato para uma camisa de plataforma offshore. O dispositivo compreende uma bomba de jateamento a pressão que lança um agente abrasivo contra a estrutura. Este dispositivo de hidrojato conta também com um impulsor, um bico de regulação de fluxo, uma bomba de fraturamento, um guincho, rodas, dispositivos eletromagnéticos, trilhos de engrenagem, engrenagens móveis, bombas rotativas hidráulicas, mangueiras de alta pressão, bocais abrasivos para jatos e similares através da injeção abrasiva, é realizada uma limpeza rápida das bioincrustações aderidas à plataforma do tipo jaqueta offshore. O hidrojato está dotado de um mecanismo de rotação alternada, de modo que jatos abrasivos cubram completamente a circunferência da superfície do revestimento. A patente CN109877712 (A) apresenta uma solução próxima à invenção da atual proposta. Embora, o dispositivo não conta com mecanismos de contenção de residuais (cracas, corais, larvas etc.) que se desprendem durante o processo de limpeza. Este único fator já implica numa diferença significativa, pois a nova invenção descrita neste documento conta com dispositivos de contenção e extração dos resíduos gerados pela limpeza do hidrojato.[013] Document CN109877712 (A) refers to an abrasive jet cleaning device for an offshore platform jacket. The device comprises a pressure blast pump that launches an abrasive agent against the structure. This water jet device also has an impeller, a flow regulation nozzle, a frac pump, a winch, wheels, electromagnetic devices, gear rails, moving gears, hydraulic rotary pumps, high pressure hoses, abrasive nozzles for jets. and the like through abrasive injection, a quick cleaning of biofouling adhered to the offshore jacket type platform is carried out. The water jet is equipped with an alternating rotation mechanism, so that the abrasive jets completely cover the circumference of the coating surface. Patent CN109877712 (A) presents a solution close to the invention of the current proposal. However, the device does not have mechanisms to contain residues (barnacles, corals, larvae, etc.) that are released during the cleaning process. This single factor already implies a significant difference, as the new invention described in this document has devices for containing and extracting the residues generated by the cleaning of the hydrojet.

[014] O documento CN208840036 (U) refere-se a um dispositivo de limpeza de organismos presos às pernas de plataformas de produção de petróleo offshore. Este dispositivo abrange de forma parcial as superfícies da perna da plataforma e opera remotamente com ROV. O dispositivo trabalha com uma bomba de água de alta pressão para a remoção de incrustações e um conjunto de rodos que escovam as superfícies em várias direções para dar um maior acabamento na limpeza das superfícies. O ROV percorre as coordenadas do caminho de limpeza previamente traçadas pelos operadores da máquina. A patente CN208840036 (U) trabalha na linha dos ROV’s trazendo uma solução mais automatizada e que trabalha numa escala menor de limpeza pois abrange seções de área limitadas (a sua produtividade pode-se considerar baixa e o seu custo de manutenção alto devido envolver componentes complexos de eletromecânica). Destaca-se que o dispositivo não conta com mecanismos de contenção de residuais (cracas, corais, larvas etc.) que se desprendem durante o processo de limpeza. Este único fator já implica numa diferença significativa, pois a nova invenção descrita neste documento conta com dispositivos de contenção e extração dos residuais gerados pela limpeza do hidro jato.[014] Document CN208840036 (U) refers to a device for cleaning organisms stuck to the legs of offshore oil production platforms. This device partially covers the platform leg surfaces and operates remotely with ROV. The device works with a high pressure water pump to remove scale and a set of squeegees that brush the surfaces in various directions to give a greater finish in cleaning the surfaces. The ROV traverses the cleaning path coordinates previously plotted by the machine operators. The patent CN208840036 (U) works in the line of ROV's bringing a more automated solution that works on a smaller cleaning scale as it covers limited area sections (its productivity can be considered low and its maintenance cost high due to complex components of electromechanics). It is noteworthy that the device does not have mechanisms to contain residues (barnacles, corals, larvae, etc.) that are released during the cleaning process. This single factor already implies a significant difference, as the new invention described in this document has devices for containing and extracting the residuals generated by the hydrojet cleaning.

[015] O documento CN108216520 (A) descreve um ROV móvel que trabalha sobre uma superfície rígida (perna, riser de plataforma ou casco de navio). O mecanismo tem movimentação robotizada, assim ele pode-se movimentar ao longo dos 360 graus do oleoduto, perna ou riser de plataforma. A invenção CN108216520 (A) semelhante que a invenção CN208840036 (U), descrevem um ROV móvel que trabalha sobre uma superfície rígida (perna, riser de plataforma ou casco de navio). Este dispositivo não conta com mecanismos de contenção de residuais (cracas, corais, larvas etc.) que se desprendem durante o processo de limpeza. Além disso, a sua eficiência em termos da área de limpeza abrangida, rapidez de limpeza e deslocamento unidirecional são limitados.[015] Document CN108216520 (A) describes a mobile ROV that works on a rigid surface (leg, platform riser or ship hull). The mechanism has robotic movement, so it can move along 360 degrees of the pipeline, leg or platform riser. The CN108216520 (A) invention, similar to the CN208840036 (U) invention, describes a mobile ROV that works on a rigid surface (leg, platform riser or ship hull). This device does not have mechanisms to contain residues (barnacles, corals, larvae, etc.) that are released during the cleaning process. In addition, its efficiency in terms of the cleaning area covered, cleaning speed and unidirectional displacement are limited.

[016] Pode-se observar que todos os documentos apresentados consideram o processo de limpeza de estruturas tubulares submarinas, porém não apresentam as mesmas características apresentadas na presente invenção.[016] It can be seen that all the documents presented consider the process of cleaning underwater tubular structures, but they do not have the same characteristics presented in the present invention.

[017] A presente invenção consiste de um sistema que envolve a estrutura tubular por meio de pinças de fixação e pinças dotadas de sistema de limpeza (hidrojatos), remoção e coleta de bioincrustação usando um sistema de sucção dos resíduos de incrustações.[017] The present invention consists of a system that involves the tubular structure by means of clamping clamps and clamps equipped with a cleaning system (water jets), removal and collection of biofouling using a suction system of scale residues.

[018] O funcionamento do sistema dar-se-á por meio de uma bomba hidráulica de alta pressão, a qual fará a alimentação de todas as vias hidráulicas do sistema, fazendo com que através de controladores hidráulicos estes pistões sejam acionados, realizando assim a operação de abertura e fechamento das pinças hidráulicas e o movimento de deslocamento do equipamento quando se fizer necessário.[018] The operation of the system will take place through a high pressure hydraulic pump, which will supply all the hydraulic ways of the system, causing these pistons to be activated through hydraulic controllers, thus performing the opening and closing operation of the hydraulic clamps and the movement of moving the equipment when necessary.

[019] O material empregado para o desenvolvimento da estrutura pode ser aço inoxidável com elevada resistência à corrosão em ambiente marinho, preferencialmente 316L, ou qualquer aço inoxidável duplex ou superduplex, ou alumínio das classes 5XXX ou 6XXX, preferencialmente das classes 5052 e 5083. As pinças são acionadas por um sistema de pistões hidráulicos que fazem o trabalho de abrir e fechar as pinças para fixação na estrutura tubular (acoplamento na estrutura). Um manômetro controla a pressão de fechamento da pinça junto a estrutura tubular para evitar danos a estrutura. A pinça central (B) é dotada por sistema de limpeza por meio de hidrojatos, tela de retenção de incrustações (0 a 100 microns de espessura) e sistema de trituração e coleta dos resíduos. Os hidrojatos distribuídos ao longo de 360° realizam o processo de limpeza, a tela metálica com uma malha com dimensões semelhantes a redes de fitoplâncton (0 a 100 microns) realiza o processo de contenção do material em suspensão na água. A bioincrustação removida é depositada no fundo da câmara da pinça (B) fechada, sendo sugado pelo sistema de sucção, que ao sugar a água com o material sólido da bioincrustação removida este passará por um triturador com hélice centrífuga instalado numa abertura do corpo do equipamento, onde o empuxo gerado pela força da bomba centrífuga venha acionar os hélices existentes no equipamento, fazendo com que estes realizem a trituração das partículas sólidas remanescentes do processo por hidrojateamento, e garantindo que todo corpo sólido seja coletado e sugado através de tubulações.[019] The material used for the development of the structure can be stainless steel with high corrosion resistance in a marine environment, preferably 316L, or any duplex or superduplex stainless steel, or aluminum of classes 5XXX or 6XXX, preferably of classes 5052 and 5083. The clamps are driven by a system of hydraulic pistons that do the work of opening and closing the clamps for attachment to the tubular structure (coupling to the structure). A manometer controls the clamp closing pressure along the tubular structure to prevent damage to the structure. The central gripper (B) is equipped with a cleaning system by means of water jets, a screen for retaining incrustations (0 to 100 microns thick) and a system for crushing and collecting residues. The hydrojets distributed along 360° carry out the cleaning process, the metallic screen with a mesh with dimensions similar to phytoplankton nets (0 to 100 microns) carries out the process of containing the material suspended in the water. The removed biofouling is deposited at the bottom of the closed clamp chamber (B), being sucked by the suction system, which, when sucking the water with the removed biofouling solid material, will pass through a crusher with a centrifugal propeller installed in an opening of the equipment body , where the thrust generated by the force of the centrifugal pump will drive the existing propellers in the equipment, causing them to crush the solid particles remaining from the process by hydroblasting, and ensuring that any solid body is collected and sucked through pipes.

[020] O sistema de câmeras e iluminação subaquáticas instalado sobre a pinça central (B) percorrem 360° para inspeção da limpeza da estrutura, por meio do acionamento de pistões hidráulicos dedicados.[020] The underwater camera and lighting system installed on the central gripper (B) travel 360° to inspect the cleanliness of the structure, through the activation of dedicated hydraulic pistons.

[021] A inovação busca reduzir a colonização por bioincrustação das estruturas tubulares rígidas e flexíveis empregadas em plataformas de petróleo, risers, pilares de pontes e qualquer estrutura tubular subaquática.[021] The innovation seeks to reduce colonization by biofouling of rigid and flexible tubular structures used in oil platforms, risers, bridge pillars and any underwater tubular structure.

STATUS OF THE TECHNIQUE

[022] Uma plataforma de petróleo fixa pode apresentar diferentes dimensões, mas sua estrutura de suporte é semelhante a uma treliça. Estas estruturas são compostas por seções tubulares que são fundeadas geralmente em águas rasas. São localizadas próximas a costa e frequentemente são colonizadas por diversas espécies marinhas nativas e não nativas.[022] A fixed oil platform may have different dimensions, but its support structure is similar to a truss. These structures are composed of tubular sections that are usually anchored in shallow water. They are located close to the coast and are frequently colonized by several native and non-native marine species.

[023] O sistema automatizado de limpeza, remoção, coleta e inspeção de bioincrustação envolve as estruturas tubulares como de plataforma offshore fixa, risers, pilares de pontes entre outras de modo que o sistema fique preso junto a estrutura de interesse de limpeza através das pinças de fixação (A e C). O processo de fixação ocorre com a abertura e fechamento das pinças (A e C) fixando-as na estrutura tubular. Esse processo é controlado por manômetro de pressão junto aos pistões hidráulicos que controlam também a pressão exercida da pinça sobre a estrutura tubular, permitindo assim o ajuste em função do diâmetro da estrutura. Adicionalmente, um sistema de pistão hidráulico vertical controla o movimento do sistema ao longo da estrutura. Após a abertura da pinça inferior (C) o pistão se expande forçando o movimento de descida do conjunto para a parte inferior para dar sequência ao processo de limpeza. O deslocamento do pistão é controlado e o movimento ocorre em função da área da pinça (B) sendo esta a área de limpeza e remoção dos resíduos. Assim, quando o sistema se desloca para baixo, a pinça inferior fecha novamente, sendo que pinça superior (A) então abre-se para que ocorra o movimento vertical das pinças (A e B) para a posição da nova área a ser limpa. Na sequência o pistão vertical retorna à posição contraída puxando para baixo o conjunto principal e a pinça superior (A) que é fechada, bem como para garantir que após o término da limpeza, remoção e inspeção ele seja novamente movimentado no sentido da limpeza, permitindo que o conjunto percorra autonomamente toda estrutura para promover a limpeza, remoção, coleta e a inspeção.[023] The automated system for cleaning, removing, collecting and inspecting biofouling involves tubular structures such as fixed offshore platform, risers, bridge pillars among others so that the system is stuck together with the structure of interest for cleaning through the clamps fixing (A and C). The fixation process occurs with the opening and closing of the clamps (A and C) fixing them in the tubular structure. This process is controlled by a pressure gauge together with hydraulic pistons that also control the pressure exerted by the clamp on the tubular structure, thus allowing adjustment according to the diameter of the structure. Additionally, a vertical hydraulic piston system controls the movement of the system along the frame. After opening the lower caliper (C), the piston expands, forcing the downward movement of the set to the lower part to continue the cleaning process. The displacement of the piston is controlled and the movement occurs as a function of the caliper area (B), which is the area for cleaning and removing residues. Thus, when the system moves downwards, the lower clamp closes again, and the upper clamp (A) then opens so that the clamps (A and B) move vertically to the position of the new area to be cleaned. Subsequently, the vertical piston returns to the contracted position, pulling down the main assembly and the upper gripper (A), which is closed, as well as to ensure that after cleaning, removal and inspection is completed, it is moved again in the cleaning direction, allowing that the assembly autonomously travels through the entire structure to promote cleaning, removal, collection and inspection.

[024] Uma vez acoplada a estrutura tubular, a pinça central (B) inicia o processo de limpeza pela injeção de água pressurizada por meio de hidrojatos (D) para realizar a remoção da bioincrustação. Os hidrojatos (rotativos e fixos) são incorporados em todas as pinças (A, B e C) para existir a possibilidade de limpeza tanto da estrutura principal, bem como, as estruturas adjacentes que necessitam de limpeza em região de quina e encontro de estruturas. Os hidrojatos instalados nas pinças (A e C), são localizados na parte superior (A) e inferior (C) para que seja possível realizar a limpeza nas adjacências e estruturas transversais. Na pinça central (B) os hidrojatos estão instalados e distribuídos na seção interna cobrindo 360° para garantir a limpeza em toda a seção circular (hidrojatos rotativos).[024] Once the tubular structure is attached, the central clamp (B) starts the cleaning process by injecting pressurized water through hydrojets (D) to remove the biofouling. The water jets (rotating and fixed) are incorporated in all grippers (A, B and C) in order to have the possibility of cleaning both the main structure, as well as the adjacent structures that need cleaning in the corner region and in the meeting of structures. The water jets installed in the clamps (A and C) are located at the top (A) and bottom (C) so that it is possible to clean the adjacent and transversal structures. In the central gripper (B) the water jets are installed and distributed in the inner section covering 360° to ensure cleaning throughout the circular section (rotating water jets).

[025] Na câmara de limpeza (B) a mesma é recoberta por uma tela metálica (E) de 0 a 100 microns de espessura para garantir que a água pressurizada possa sair e reter as incrustações na coluna d’água. A tela tem a função de reter a matéria orgânica para que ela seja capturada pelo sistema de drenagem e sucção.[025] In the cleaning chamber (B) it is covered by a metallic screen (E) from 0 to 100 microns thick to ensure that the pressurized water can come out and retain the incrustations in the water column. The screen has the function of retaining the organic matter so that it can be captured by the drainage and suction system.

[026] As incrustações que ficam retidas no interior passam por um processo de trituração (F) na entrada do duto sucção (G) para redução de tamanho e para que possam ser sugadas através de uma tubulação que as destina para uma unidade externa de captura e tratamento. A verificação do processo de limpeza ocorre através de câmeras subaquáticas de monitoramento e luminárias subaquáticas (H) que são instaladas sobre a pinça central (B), que permitem realizar a inspeção do processo de limpeza da estrutura subaquática.[026] The incrustations that are retained inside undergo a crushing process (F) at the entrance of the suction duct (G) to reduce their size and so that they can be sucked through a pipe that sends them to an external capture unit. and treatment. The verification of the cleaning process takes place through underwater monitoring cameras and underwater lights (H) that are installed on the central clamp (B), which allow the inspection of the cleaning process of the underwater structure.

SUMMARY OF THE INVENTION

[027] A presente invenção se aplica no campo de extração de petróleo tanto em águas rasas quanto em águas profundas no oceano, especificadamente para limpeza, remoção e inspeção de estruturas tubulares rígidas e flexíveis de plataformas petrolíferas, além de outras estruturas fixas cilíndricas que apresentem problemas de bioincrustação. A presente invenção compreende o desenvolvimento de um sistema automatizado de limpeza, remoção, coleta e inspeção de estruturas tubulares que ficam abaixo da linha d’água que apresentem bioincrustações em geral, como por exemplo, corais e espécies invasoras. O sistema é composto por 3 pinças (A, B, C), sendo duas (A, C) para fixação do sistema junto a estrutura tubular adicionadas de hidrojatos (rotativos e fixos) instalados nas extremidades para limpeza de interseções das estruturas rígidas e flexíveis das plataformas offshore e uma pinça central (B) com hidrojatos (D) instalados no interior para a limpeza da estrutura tubular fixa ou rígida. A limpeza ocorre pelos hidrojatos que lançam água pressurizada em ângulos otimizados para remover as incrustações. Os hidrojatos são instalados ao longo de todas as pinças para fornecer a flexibilidade de limpeza da estrutura. A remoção e coleta das incrustações ocorre por meio de dutos de sucção que são instalados na parte inferior da pinça central que é revestida por uma tela metálica com malha entre 0 e 100 microns (E) para permitir a retenção dos resíduos gerados com a remoção das incrustações e garantir a reentrada de água na câmara. As incrustações que ficam retidas no interior passam por um processo de trituração (F) na entrada do duto sucção (G) para redução de tamanho antes de serem sugadas, coletadas e destinadas para tratamento. A verificação do processo de limpeza ocorre através de câmeras e luzes subaquáticas (H) que são instaladas sobre a pinça central (B), que permitem realizar a inspeção do processo de limpeza da estrutura subaquática, acionada por um pistão hidráulico que permite seu movimento radial. A movimentação do sistema ao longo da estrutura tubular ocorre pelo acionamento de um pistão vertical (I) que força o movimento de descida ou subida da estrutura. Para ocorrer a movimentação, a pinça inferior (C) se abre e sua alça interna se retrai. Em seguida o pistão vertical (I) é expandido forçando o movimento de descida do conjunto para baixo. Após a expansão do pistão, a pinça inferior (C) é fechada e sua alça interna se estende fixando-se novamente à parede do tubo. Posteriormente a pinça superior (A) é aberta e sua alça interna se retrai para que ocorra a movimentação de conjunto (A e B) para baixo. Em seguida o pistão vertical (I) retorna à posição de contração puxando o conjunto principal (B) e pinça superior (A) para posição da nova área a ser limpa. Por fim, a pinça superior (A) é fechada e sua alça interna se estende fixando-se à parede do tubo. O sistema de entrada de água, drenagem e sucção é conectado por meio de um umbilical (J) que fornece água para todos os hidrojatos distribuídos no conjunto e também coleta os resíduos por uma tubulação específica.[027] The present invention is applied in the field of oil extraction both in shallow waters and in deep waters in the ocean, specifically for cleaning, removing and inspecting rigid and flexible tubular structures of oil platforms, in addition to other cylindrical fixed structures that present biofouling problems. The present invention comprises the development of an automated system for cleaning, removing, collecting and inspecting tubular structures that are below the waterline that present biofouling in general, such as corals and invasive species. The system consists of 3 clamps (A, B, C), two (A, C) for fixing the system to the tubular structure added with water jets (rotating and fixed) installed at the ends to clean intersections of rigid and flexible structures. of the offshore platforms and a central gripper (B) with water jets (D) installed inside for cleaning the fixed or rigid tubular structure. Cleaning takes place by hydrojets that launch pressurized water at optimized angles to remove scale. Waterjets are installed along all grips to provide the flexibility of cleaning the structure. The removal and collection of incrustations occurs through suction ducts that are installed in the lower part of the central gripper, which is covered by a metallic screen with a mesh between 0 and 100 microns (E) to allow the retention of residues generated with the removal of the incrustations. incrustations and guarantee the re-entry of water in the chamber. The incrustations that are retained inside go through a crushing process (F) at the entrance of the suction duct (G) for size reduction before being sucked, collected and destined for treatment. The verification of the cleaning process takes place through underwater cameras and lights (H) that are installed on the central gripper (B), which allow the inspection of the cleaning process of the underwater structure, driven by a hydraulic piston that allows its radial movement. . The movement of the system along the tubular structure occurs by the activation of a vertical piston (I) that forces the movement of the structure down or up. To move, the lower gripper (C) opens and its inner handle retracts. Then the vertical piston (I) is expanded, forcing the set downward movement. After the expansion of the piston, the lower clamp (C) is closed and its inner handle extends, fixing it again to the tube wall. Subsequently, the upper clamp (A) is opened and its internal handle is retracted so that the set (A and B) can be moved downwards. Then the vertical piston (I) returns to the contraction position, pulling the main assembly (B) and upper clamp (A) to the position of the new area to be cleaned. Finally, the upper clamp (A) is closed and its inner handle extends, fixing it to the tube wall. The water inlet, drainage and suction system is connected through an umbilical (J) that supplies water to all hydrojets distributed in the set and also collects waste through a specific pipe.

BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES AND TABLES

[028] A Figura 1 é a representação esquemática do sistema de limpeza, remoção, coleta e inspeção acoplado a estrutura tubular.[028] Figure 1 is the schematic representation of the cleaning, removal, collection and inspection system coupled to the tubular structure.

[029] A Figura 2 é a representação dos elementos do sistema relativos as pinças, rede de proteção metálica, triturador e dutos de sucção dos resíduos[029] Figure 2 is the representation of the elements of the system related to the grippers, metallic protection net, crusher and waste suction ducts

[030] A Figura 3 é a representação do pistão vertical para movimentação do conjunto acoplado a estrutura tubular.[030] Figure 3 is the representation of the vertical piston for moving the assembly coupled to the tubular structure.

[031] A Figura 4 apresenta o detalhamento da pinça central (B) com o sistema de hidrojatos para limpeza da estrutura e câmera para recolhimento de resíduos de bioincrustação.[031] Figure 4 shows the details of the central gripper (B) with the waterjet system for cleaning the structure and camera for collecting biofouling residues.

[032] A Figura 5 Conexão do sistema por meio de umbilical para realizar o comando remoto da unidade de limpeza.[032] Figure 5 Connection of the system through an umbilical to perform the remote control of the cleaning unit.

[033] A Figura 6 mostra o sistema contenção de resíduos com tela metálica (0 a 100 microns).[033] Figure 6 shows the waste containment system with wire mesh (0 to 100 microns).

Claims

AUTOMATED SYSTEM FOR ASSISTED CLEANING AND INSPECTION OF OFFSHORE TUBULAR STRUCTURES FOR THE REMOVAL AND COLLECTION OF BIO-INLAY WASTE A CHARACTERIZED by the fact that it comprises fixing clamps on the tubular structure (A and C) with water jets (rotating and fixed, central clamp (B) with cleaning by means of water jets (rotating and fixed) (D), waste containment system with metal mesh from 0 to 100 microns (E) in thickness, crusher (F) and drainage and suction system (G) of biofouling residues (B), locking and opening system of the calipers (A, B and C) by means of hydraulic pistons, system of movement of the set by means of a vertical piston (I) working together with the activation of the calipers (A, B and C) of locking and opening together with the tubular structure, camera system and underwater lights (H) that are installed on the central clamp (B), which coupled to two independent hydraulic pistons allow the inspection of the cleaning process of the structure to be carried out. underwater (360°) view of the tubular structure remotely., water jets (rotating and fixed) installed in the clamps (A and C) for cleaning transversal and adjacent areas of the tubular structures, connection system of water inlet ducts for water jets and drainage and waste suction (J);

Process, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the cleaning and assisted inspection is carried out involving all tubular structures with variable diameters that present biofouling.

Process, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that cleaning and assisted inspection is carried out involving all tubular structures with variable diameters that present biofouling that need cleaning, removal, collection and inspection.

Process, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the inspection step is carried out to verify the tubular structure after the cleaning, removal and collection process.

Process, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the application of water jets is carried out for the cleaning and removal of biofouling in adjacent and transversal areas that intersect with the cleaning, removal and collection surface.

Process, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the water injection and waste suction duct system is carried out to ensure command control of the cleaning, removal and collection unit.