BR102021017361A2

BR102021017361A2 - Automatização de suporte para riser rígido

Info

Publication number: BR102021017361A2
Application number: BR102021017361-0A
Authority: BR
Inventors: Gilnei Reckziegel; Francisco Francelino Ramos Neto; Jorge Gomes De Melo Medeiros; Claudio Violante Ferreira; Bruno Pinho Dos Reis
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2023-03-14
Also published as: CN117836502A; EP4411104A1; WO2023028682A1

Abstract

A presente invenção apresenta um mecanismo de retração das cunhas de um suporte para riser rígido, constituído por uma coroa porta-cames (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), um atuador hidráulico (3) e molas (5), podendo este sistema ser acionado por ROV ou remotamente. O sistema da invenção permite a redução de necessidade de mergulho raso e viabiliza interligações de risers rígidos por keelhauling, promovendo competitividade com a solução de risers flexíveis.

Description

AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção está baseada em um conceito de sistema de suportação da tração do riser aplicado a uma UEP. O mecanismo da invenção pode viabilizar a redução da necessidade de mergulho raso nas interligações de risers rígidos, promovendo competitividade com a solução de risers flexíveis.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] A BSMF (Boca de Sino Multifuncional- PI 0902469-7), é o conceito base estabelecido para um novo dispositivo de suportação de risers, desenvolvido pela Petrobras, que deveria apresentar a versatilidade de permitir a utilização de risers flexíveis ou rígidos, podendo a interligação ser realizada por bombordo ou boreste da UEP.

[0003] Particularmente no caso da suportação de risers rígidos, a BSMF pode ser considerada como uma primeira abordagem de tubo suporte, onde a terminação de topo do riser, comumente denominada de Hang-Off Adaptor (HOA), contém uma junta flexível ou stressjoint acoplada em sua parte inferior. A tração do riser é ancorada no cone superior da BSMF, sendo esse esforço transmitido por cunhas que, no estágio de desenvolvimento inicial do conceito da BSMF, seriam instaladas por mergulho raso. Os esforços laterais oriundos do riser seriam suportados por um anel de travamento localizado na parte inferior do tubo suporte.

[0004] Um mecanismo de automatização do suporte de risers rígidos será apresentado nesta invenção, de modo a aumentar o nível de segurança e confiabilidade nas operações submarinas de pull-in e pull-out, diminuindo as atividades de mergulho raso, que são de alta periculosidade.

[0005] Particularmente para a operação de pull-out, no suporte de risers rígidos original (BR 10 2020 010231-1) foi desenvolvido um conceito de mecanismo de retração das cunhas (8), mostrado na Figura 1. O fundamento desse conceito está nas barras (7) que interligam todas as cunhas (8) do cone (9) superior, fazendo com que a estrutura montada tenha apenas um grau de liberdade: o de retração conjunta de todas as cunhas. Com o acionamento do atuador que está conectado com uma cunha através de uma haste ocorre o movimento de todas as cunhas simultaneamente. Com a retração das cunhas fica possibilitada a remoção do Hang-Off Adaptor (HOA) do tubo suporte. O sistema não elimina a operação de mergulho durante as atividades de preparação para pull-in, uma vez que são necessários limpeza e teste do sistema de cunhas.

[0006] O documento US2012070225A1 revela um conjunto conector que pode ser usado para ligar um anel de tensão a uma junta telescópica em um riser pelo uso de uma configuração inferior de dogs hidraulicamente atuados. Um conjunto de hang-off dogs acionados hidraulicamente no conjunto de conectores pode ser utilizado para ligar o anel de tensão a uma estrutura de desvio montada numa plataforma. Para evitar o desengate acidental dos hangoff dogs, é utilizado um anel de bloqueio acionado hidraulicamente para proporcionar uma parada positiva contra a parte de trás dos hang-off dogs.

[0007] O documento WO2017034409A1 revela um sistema para travamento de um riser em um tubo suporte em uma plataforma flutuante. Um tubo suporte é instalado por uma conexão estrutural ao casco de uma unidade flutuante. O sistema de travamento possui seis dobradiças distribuídas pela periferia do tubo suporte. O tubo suporte possui um colar que é preso pelas dobradiças quando as referidas dobradiças estão em posição para travamento.

[0008] O documento WO2014179732A2 revela uma ferramenta utilizada para fixar a extremidade de risers de topo. A ferramenta possui uma base e um anel que é móvel em relação à base, e possui uma pluralidade de acoplamentos, em que cada acoplamento possui uma ranhura. A ferramenta ainda inclui orelhas configuradas para fixar a ferramenta a uma unidade superior através de cabos. Um atuador está disposto entre a base e o anel. O anel é móvel em relação à base à medida que o atuador se desloca entre uma posição estendida e uma posição retraída. O atuador pode ser um cilindro hidráulico, um cilindro pneumático, um motor ou outro dispositivo de acionamento do estado da técnica. A ferramenta inclui membros de fixação, ligados de forma pivotante à base através de um membro de suporte e um pino. O elemento de fixação é configurado para girar em torno do pino à medida que o anel se desloca em relação à base.

[0009] As anterioridades apresentadas são dispositivos capazes de fixar a extremidade superior do riser de topo a uma unidade de produção; porém, não eliminam a atividade de mergulho.

[0010] Diante das dificuldades presentes no Estado da Técnica citado acima, em particular para soluções de automatização de suporte para riser rígido, surge a necessidade de desenvolver uma tecnologia capaz de atuar de maneira eficaz e que esteja de acordo com as diretrizes ambientais e de segurança. As anterioridades citadas não possuem as características únicas desta invenção que serão apresentadas detalhadamente a seguir

Objetivo da invenção

[0011] É um objetivo da invenção fornecer um mecanismo de automatização do suporte de risers rígidos, para a realização das atividades de pull-in e pullout.

Descrição Resumida da Invenção

[0012] Esta invenção apresenta um mecanismo de retração das cunhas (8) de um suporte de risers rígidos (Figura 2), constituído por um cone (9), uma coroa porta-cames (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), e molas (5), podendo esse sistema ser operado remotamente através do atuador hidráulico (3), ou acionado localmente por ROV, dispensando-se assim a atividade de mergulho.

Breve Descrição dos Desenhos

[0013] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de sua realização. Nos desenhos, têm-se

- A Figura 1, a qual ilustra o conceito de suporte de Hang-Off Adaptor (HOA) desenvolvido pela Petrobras, sendo indicados: atuador (3), haste (6), barra de mecanismo (7), cunhas (8), e cone (9);
- A Figura 2, a qual ilustra uma visão geral mecanismo de retração automatizada das cunhas instalado no cone superior do tubo suporte, sendo indicados: coroa porta-cames (1), fuso acionador (2), atuador hidráulico (3), roletes (4), molas (5), hastes (6), cunhas (8), cone (9), e cames (10);
- A Figura 3, a qual ilustra o mecanismo de retração automatizada das cunhas com atuação por ROV;
- A Figura 4, a qual ilustra o mecanismo de retração automatizada das cunhas por acionamento hidráulico;
- A Figura 5, a qual ilustra o sistema com as cunhas retraídas para teste e limpeza, em operação de pull-in;
- A Figura 6, a qual ilustra o HOA sendo puxado através do cone pelo cabo de pull-in. O sistema de cunhas está na posição fechada;
- A Figura 7, a qual ilustra o HOA acionando as cunhas durante a passagem pelo cone, em operação de pull-in;
- A Figura 8, a qual ilustra as cunhas retornando por gravidade e pelo efeito da mola para a posição fechada, em operação de pull-in;
- A Figura 9, a qual ilustra o HOA sendo posicionado sobre as cunhas, sendo esta a posição de trabalho, em operação de pull-in;
- A Figura 10, a qual ilustra a elevação do HOA pelo cabo do guincho de pull-in, em operação de pull-out;
- A Figura 11, a qual ilustra o acionamento do mecanismo de retração automatizada das cunhas através do atuador hidráulico (a), ou por ROV (b), em operação de pull-out;
- A Figura 12, a qual ilustra o movimento das cunhas até a posição retraída, em operação de pull-out;
- A Figura 13, a qual ilustra o HOA podendo ser baixado e consequentemente retirado do cone superior, em operação de pull-out.

Descrição Detalhada da Invenção

[0014] Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificativo e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficarão claras para um técnico no assunto, a partir da leitura desta descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais abaixo.

[0015] No sistema da presente invenção, o mecanismo de retração das cunhas (8) de um suporte de risers rígidos (Figura 2) é constituído por uma coroa porta-cames (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), e molas (5), podendo esse sistema ser acionado por ROV, dispensando-se assim a atividade de mergulho. O fuso acionador (2) também pode ser substituído por um atuador hidráulico, o qual pode ser operado por um painel instalado na própria UEP, dispensando também o uso de ROV para as atividades de acionamento do suporte. O sistema possibilita a movimentação das cunhas remotamente durante as operações de pull-in e pull-out. Também é possível a utilização do sistema na fase de preparação para o pull-in, uma vez que permite o acionamento para testes e limpeza das superfícies de movimentação. A Figura 2 mostra a visão geral do conceito do novo mecanismo.

[0016] A seguir serão descritos os principais componentes do mecanismo de retração automatizada das cunhas.

[0017] Coroa porta-cames (1): componente responsável pela movimentação das cunhas (8). Quando acionado pelo fuso (2), a coroa (1) gira ao redor de seu eixo, movimentando assim simultaneamente todas as hastes (6) através dos roletes (4) seguidores dos cames (10). A geometria dos cames foi definida para que no início do movimento de rotação da coroa a força exercida sobre as hastes (6) seja maior, de modo a evitar eventual travamento das cunhas na posição de trabalho. Após o início do movimento é esperado que o esforço necessário para o deslocamento das cunhas seja progressivamente menor.

[0018] Fuso acionador (2): componente acionado por ROV através de uma interface adequada, que transmite para a coroa (1) o torque necessário para o seu giro e consequente movimento do sistema de cunhas. Esse componente pode ser montado somente quando houver necessidade de acionamento do sistema por ROV.

[0019] Atuador hidráulico (3): responsável por transmitir para a coroa (1) o torque necessário para o seu giro e consequente movimento do sistema de cunhas (8). Esse atuador possibilita o acionamento remoto, através de painel na UEP, do sistema de travamento.

[0020] Roletes (4): componentes instalados nas hastes (6) que seguem os cames (10) montados da coroa. Esse componente transfere o movimento de rotação da coroa (1) para o movimento de translação das hastes (6), que por sua vez movimentam as cunhas.

[0021] Molas (5): auxiliam o retorno das cunhas para a posição de trabalho, no caso de haver depósitos de vida marinha que impeçam o retorno por gravidade.

[0022] Hastes (6): transferem o movimento de translação para as cunhas.

[0023] A seguir será descrita a operação do mecanismo de retração automatizada das cunhas.

[0024] Existem dois modos de atuação do mecanismo: remotamente, através do atuador hidráulico (3) acionado por painel instalado na UEP (Figura 4), ou através de fuso (2) acionado localmente por ROV (Figura 3). Quando o acionamento é feito através do atuador hidráulico (3), é necessário que o fuso (2) não esteja montado, pois este travaria o sistema. No caso do acionamento pelo fuso (2), o atuador hidráulico (3) poderá estar montado, uma vez que o circuito hidráulico pode ser despressurizado remotamente, fazendo com que o atuador (3) não trave o mecanismo.

[0025] No modo de acionamento por ROV, para a operação do sistema, é necessária a montagem e atuação do fuso (2) com auxílio de ROV através de uma interface adequada no Ponto A, conforme mostrado na Figura 3. Com o acionamento do fuso (2), ocorre a transferência do torque para a coroa portacames (1), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinal, conforme indicado pelo Ponto C. Através dos cames (10) montados na coroa (1) acontece a transferência d de rotação para a translação das hastes (6) pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10), conforme indicado pelo Ponto D. Com o acionamento das hastes (6) ocorre a abertura das cunhas (8), fazendo o destravamento do HOA (Hang-Off Adaptor).

[0026] No modo de acionamento por atuador hidráulico, para a operação do sistema, é necessário pressurização do cilindro hidráulico (3) indicado no Ponto A, conforme mostrado na Figura 4. Nesse modo de operação o fuso (2) não está montado, conforme mostrado pelo Ponto B. Com o movimento de translação do atuador (3), ocorre a transferência do torque para a coroa porta-cames (1), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinal, conforme indicado pelo Ponto C. Através dos cames (10) montados na coroa, acontece a transferência da rotação para a translação das hastes (6), pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10), conforme indicado pelo Ponto D. Com o acionamento das hastes (6) ocorre a abertura das cunhas (8), fazendo o destravamento do HOA.

[0027] A presente invenção é capaz de proporcionar vantagens econômicas e de produtividade, viabilizando a redução do tempo para o início da produção de óleo e do tempo de espera de embarcações para atividades de pull-in. Outra vantagem é relacionada à saúde e segurança, que é alcançada pela eliminação de atividades de mergulho raso durante as operações de pull-in e pull-out de risers rígidos. Por fim, o sistema desta invenção (coroa porta-cames acionada remotamente) permite a realização de testes e limpeza de cunhas antes do pullin, aumentando a confiabilidade da operação.

[0028] Na Figura 5 está ilustrado o sistema com as cunhas retraídas para teste e limpeza, durante operação de pull-in.

[0029] A sequência da Figura 6 até a Figura 9 resume a atividade de pull-in com o auxílio do sistema automatizado de movimentação das cunhas. A sequência da Figura 10 até a Figura 13 resume a atividade de pull-out com o auxílio do sistema automatizado de movimentação das cunhas.

Claims

AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, caracterizado por compreender uma coroa porta-cames (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), e molas (5).
AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fuso acionador (2) ser substituído por um atuador hidráulico (3).
AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por possuir dois modos de atuação: remotamente através do atuador hidráulico (3) acionado por painel instalado na UEP, ou através de fuso (2) acionado localmente por ROV.
AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo acionamento local por ROV ser realizado através de uma interface adequada (Ponto A) que rotaciona o fuso (2), transferindo o torque para a coroa porta-cames (1), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinal (Ponto C).
AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelos cames (10) montados na coroa (1) fazerem a transferência da rotação para a translação das hastes (6) pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10) (Ponto D), realizando o movimento de abertura das cunhas (8) e destravando o HOA.
AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo acionamento do atuador hidráulico (3) (Ponto A) ser realizado através do movimento de translação do atuador (3), transferindo o torque para a coroa porta-cames (1), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinal (Ponto C), transferindo a rotação para a translação das hastes (6) pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10) (Ponto D), realizando a abertura das cunhas (8) e destravando o HOA.