BR112013006446B1

BR112013006446B1 - Unidades para conectar riser submarino a ancoradouro no leito do mar e a fonte de carbonetos fluidos e a dispositivo de flutuação submarino e a estrutura na superfície

Info

Publication number: BR112013006446B1
Application number: BR112013006446-3A
Authority: BR
Inventors: Steve Hatton; Roy Shilling; Dr. Kevin Kennelley; Robertt W. Franklin; Chau Nguyen; Vicki Corso; Adam L. Ballard; Ricky Thethi
Original assignee: Bp Corporation Norh America Inc
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2020-08-11
Also published as: AU2011316732A1; US20150122503A1; EP2627860A2; CN103154424A; BR112013007444B1; US8960302B2; AU2011316732B2; BR112013007444A2; CA2810248A1; MX342754B; EA201300217A1; CN103154424B; EP2627860B1; US20120085544A1; WO2012051149A3; US20130269947A1; BR112013006446A2; MX342753B; MX2013003789A; WO2012051149A2

Abstract

unidade para conectar riser submarino a ancoradouro no leito do mar e a fonte de carbonetos fluidos e a dispositivo de flutuação submarino e a estrutura na superfície a presente invenção refere-se a uma unidade de riser inferior que se conecta a um ancoradouro no leito do mar e a uma fonte de carbonetos fluidos. a unidade inclui um número suficiente de portas de admissão para acomodar o fluxo de hidrocarbonetos a partir da fonte de hidrocarbonetos fluidos, bem como o influxo de um fluxo de garantia de fluxo opcional. a extremidade superior do membro tem um perfil adequado para se conectar fluidamente ao riser. a extremidade inferior do membro inclui um conector adequado para se conectar ao ancoradouro no leito do mar. além disso, a presente invenção refere-se também a uma unidade de riser superior que conecta o riser a um dispositivo de flutuação submarino próximo à superfície e a uma estrutura na superfície. a unidade inclui um número de portas de saída suficiente para acomodar o fluxo de hidrocarbonetos a partir do riser através de um conduto submarino flexível até chegar à estrutura na superfície. a extremidade superior do membro inclui um conector para se conectar a um dispositivo de flutuação submarino. a extremidade inferior do membro tem um perfil adequado para se conectar fluidamente ao riser.

Description

Campo Técnico

[0001] Em termos gerais, a presente invenção refere-se a unidades úteis na exploração marinha de hidrocarbonetos, produção de hidrocarbonetos, perfuração de poços, completação de poços, intervenção em poços e armazenamento e eliminação de hidrocarbonetos. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a unidades de riser superior e inferior utilizadas com risers para as finalidades listadas acima.

Estado da Técnica

[0002] Sistemas de riser autossuficiente (FSR) vêm sendo utilizados em operações de produção e completação. Para uma análise, consulte Hatton et al., “Recent Developments in Free Standing Riser Technology”, 3° Workshop on Subsea Pipelines, 3 e 4 de dezembro, 2002, Rio de Janeiro, Brasil. Para outros exemplos de sistemas FSR, vide os Pedidos de Patente dos Estados Unidos publicados 2007/0044972 e 2008/0223583, bem como as Patentes dos Estados Unidos 4.234.047, 4.646.840, 4.762.180, 6.082.391, 6.321.844 e 7.434.624.

[0003] A prática recomendada do Instituo Americano de Petróleo (API) 2RD, “Design of Risers for Floating Production Systems (FPSs) and Tension-Leg Platforms (TLPsf, (API-RP-2RD, primeira edição, junho 1998), é um padrão conhecido por quem atua no setor da produção de petróleo e gás.

[0004] Szucs et al.., “Heavy Oil Gas Lift Using the COR, SPE 97749 (2005), revelam uma unidade de riser inferior (LRA) em um FSR.

[0005] Conectores tieback são caracterizados como conectores tieback “internos” e “externos”, ambos patenteados. Patentes sobre conectores tieback internos incluem as Patentes dos Estados Unidos 6.260.624, 5.299.642, 5.222.560, 5.259.459, 4.893.842, 4.976.458, 7.735.562, 5.279.369 e 5.775.427 e o Pedido de Patente dos Estados Unidos publicado 2009/0277645. Patentes sobre conectores tieback externos incluem as Patentes dos Estados Unidos 4.606.557, 6.234.252, 6.540.024, 6.070.669, 6.293.343, 7.503.391, 7.337.848, 5.330.201, 5.255.743 e 7.240.735. Adaptadores de perfuração e sua conexão com cabeças de poço (cabeças de revestimento ou cabeças de tubulação) são descritos no Pedido de Patente dos Estados Unidos publicado de no 2009/0032265. Suspensores ajustáveis são descritos nas Patentes dos Estados Unidos 6.065.542, 6.557.644 e 7.219.738.

[0006] Em razão das complexidades de qualquer dado reservatório, concepção de poço e sistema de riser, embora certos padrões mínimos apresentados no padrão para risers do API supramencionado sejam de conhecimento dos versados na técnica, cada poço de petróleo e gás específico pode incluir um ambiente exclusivo a si (vide, por exemplo, a Patente dos Estados Unidos no 6.747.569). Sistemas de riser que trabalham para um reservatório/poço/ambiente podem não ser adequados para uso em outros poços, ainda que estes sejam próximos a esses.

[0007] Não há conhecimento de risers submarinos (autossuficientes ou não) para uso no contexto da contenção e eliminação. Mais especificamente, até pouco tempo, o setor não teve que intervir em vazamentos submarinos em profundidades significativas, como de 5.000 pés/1.500 metros ou mais. Mais especificamente, tentativas de contenção anteriores não levavam em conta as propriedades fluidas geradas pela combinação de hidrocarbonetos com a água do mar a pressões em águas profundas e a temperaturas que contribuem para a formação de hidratos de gás.

[0008] Portanto, persiste a necessidade insatisfeita de conceber unidades de riser superior e inferior mais resistentes, principalmente quando a garantia do fluxo for uma preocupação, tanto durante operações de produção normais quanto durante períodos de contenção e eliminação.

Sumário

[0009] De acordo com a presente invenção, descrevem-se unidades submarinas e métodos para produzi-las, instalá-las e utilizá-las, os quais diminuem ou superam muitos dos defeitos das unidades submarinas previamente conhecidas.

[0010] Um primeiro aspecto da invenção refere-se a uma unidade para conectar um riser submarino a um ancoradouro no leito do mar e a uma fonte submarina de hidrocarbonetos fluidos, a unidade compreendendo: um membro amplamente cilíndrico com um orifício longitudinal, uma extremidade inferior, uma extremidade superior e uma superfície externa amplamente cilíndrica, o membro compreendendo um número de portas de admissão que se estendem da superfície externa ao orifício suficiente para acomodar o fluxo de hidrocarbonetos advindo da fonte de hidrocarbonetos fluidos, bem como o influxo de um fluido funcional (fluido de garantia de fluxo ou outro fluido, por exemplo, um inibidor de corrosão ou incrustação, um fluido de tapamento e seus semelhantes), ao menos uma das portas de admissão conectada fluidamente a uma unidade de válvula lateral de produção, a extremidade superior do membro tendo um perfil adequado para se conectar fluidamente a um riser submarino e a extremidade inferior do membro tendo um conector adequado para se conectar a um ancoradouro no leito do mar.

[0011] Em certas concretizações, o membro amplamente cilíndrico compreende um alojamento de cabeça de poço submarina que é modificado conectando-se uma junta de transição a ele, a extremidade superior do alojamento de cabeça de poço submarina conectando-se fluidamente a um conector tieback externo que o conecta fluidamente a uma junta de tensão do riser.

[0012] Em certas concretizações, o alojamento de cabeça de poço submarina tem um perfil de vedação interno adaptado para vedar-se a um conector tieback interno, o qual conecta fluidamente um riser submarino interno ao perfil de vedação interno da cabeça de poço submarina. Em certas concretizações, o conector tieback interno compreende uma vedação nasal que se veda ao perfil da cabeça de poço submarina, a vedação nasal proporcionando integridade de pressão entre uma via de fluxo interna do riser interno e um espaço anelar entre o riser interno e um riser externo substancialmente concêntrico. Em certas concretizações, o conector tieback interno engata-se ao alojamento de cabeça de poço submarina e a uma junta de tensão do riser, formando assim uma conexão estrutural pré-carregada entre o alojamento de cabeça de poço submarina e os conectores tieback interno e externo. Em certas concretizações, os mecanismos de engate compreendem travas dentadas.

[0013] Certas concretizações compreendem um conector externo que engata o conector tieback interno ao alojamento de cabeça de poço submarina.

[0014] Em ainda outras unidades, a unidade de válvula lateral de produção conecta-se fluidamente a uma fonte submarina por meio de um ou mais condutos submarinos flexíveis.

[0015] Em ainda outras unidades, ajunta de tensão do riser, por sua vez, conecta-se fluidamente a um riser externo.

[0016] Em ainda outras unidades, a junta de transição é tampada por uma primeira peça forjada terminal com olhai que atua como ponto de ancoragem para um riser autossuficiente.

[0017] Ainda outras unidades compreendem válvulas operadas por ROV para controlar o fluxo através de uma via de fluxo interna do riser interno e através de um espaço anelar entre o riser interno e um riser externo substancialmente concêntrico.

[0018] Ainda outras unidades compreendem um ou mais monitores de pressão e/ou temperatura.

[0019] Ainda outras unidades compreendem uma ou mais portas hot stab para intervenção e/ou manutenção por ROV.

[0020] Em algumas outras concretizações, o membro amplamente cilíndrico compreende uma peça forjada em metal de alta resistência. Estas concretizações podem compreender duas portas de admissão conectadas a respectivas unidades de válvula lateral e uma terceira porta com uma subunidade adequada para se conectar a uma fonte de fluido funcional, por exemplo, um fluido de garantia de fluxo ou outro fluido. A subunidade pode incluir uma ou mais válvulas operáveis por ROV.

[0021] Certas concretizações compreendem duas ou mais portas de admissão conectadas a respectivas unidades de válvula lateral e compreendem ainda dois suportes em pinça para sustentar dois respectivos conectores submarinos, cada um dos quais conectado fluidamente ao membro forjado em aço de alta resistência por meio de respectivos cotovelos em bloco, em que cada unidade de válvula lateral de produção inclui ao menos uma válvula operável por ROV.

[0022] Em certas concretizações, o membro amplamente cilíndrico compreende uma terceira porta adequada para conexão com uma subunidade de acesso ao espaço anelar, a qual se conecta à terceira porta do membro forjado em aço de alta resistência por meio de um terceiro cotovelo em bloco e a qual estabelece uma conexão fluida com uma fonte de fluido funcional, tal como um fluido de garantia de fluxo ou outro fluido. Em algumas concretizações, a subunidade de acesso ao espaço anelar compreende uma ou mais válvulas operáveis por ROV.

[0023] Em certas concretizações, cada unidade de válvula lateral compreende um cotovelo em bloco que a conecta à peça forjada em metal, ao menos uma válvula operável por ROV conectada ao cotovelo em bloco e um conector submarino para se conectar a um conduto submarino flexível, o cotovelo em bloco, a válvula operável por ROV e o conector submarino, todos conectados fluidamente por orifícios centrais que permitem a comunicação fluida do conduto submarino flexível com o orifício longitudinal da peça forjada em metal.

[0024] Certas concretizações compreendem um anel tieback com uma parte externa roscada, a qual coincide com roscas na superfície interna da peça forjada em metal, e uma parte interna roscada, a qual coincide com roscas em uma coluna de revestimento interna.

[0025] Em outras concretizações, o membro forjado em aço de alta resistência compreende ainda uma superfície interna, ao menos parte da qual é roscada para se atarraxar a roscas coincidentes em um anel tieback, o qual inclui ao menos um conjunto de roscas internas que coincide com um conjunto de roscas no riser interno e o qual inclui ainda um elemento de vedação feito de Inconel ou outro metal resistente à corrosão.

[0026] Certas concretizações compreendem uma unidade hot stab para injetar um fluido funcional, a qual viabiliza uma velocidade de fluxo do fluido funcional menor do que seria possível por meio da subunidade de acesso ao espaço anelar.

[0027] Em outras concretizações, o membro amplamente cilíndrico compreende um cilindro de admissão forjado em aço de alta resistência conectado fluidamente a uma unidade curva, a qual se conecta fluidamente ao conduto flexível inferior, o cilindro de admissão compreendendo ainda um conector que permite a conexão com uma fonte de fluido funcional. Em algumas concretizações, a unidade curva compreende um flange API submarino conectado em série a um cilindro de tubulação, um conector submarino de alta pressão, outro flange API submarino e um restritor de curvatura.

[0028] Em outras concretizações, o cilindro de admissão compreende uma superfície interna adaptada para aceitar e conectar-se fluidamente a um conector tieback interno que repousa na superfície interna do cilindro de admissão, o qual compreende ainda um mecanismo de engate que permite que o conector tieback interno conecte-se de maneira remível a ele, ao passo que um anel de vedação em O estabelece uma vedação estanque a fluidos entre a superfície externa do conector tieback interno e a superfície interna do cilindro de admissão.

[0029] Outro aspecto da presente invenção refere-se a uma unidade adequada para uso como unidade de riser inferior submarina, a qual compreende: um alojamento de cabeça de poço submarina com uma extremidade inferior e uma extremidade superior, a extremidade inferior sendo modificada conectando-se a ela fluida e mecanicamente uma junta de transição, a qual, por sua vez, se conecta fluida e mecanicamente a uma peça forjada de base, a qual compreende um número de portas de admissão suficiente para acomodar o fluxo de fluidos de produção ou contenção e um fluido de garantia de fluxo, ao menos uma das portas conectada a uma fonte de fluido de garantia de fluxo, ao menos outra porta de admissão conectada fluidamente a uma unidade de válvula lateral de produção, a extremidade superior do alojamento de cabeça de poço submarina conectada fluidamente a um conector tieback externo, o qual conecta fluidamente o alojamento de cabeça de poço submarina a uma junta de tensão do riser, o alojamento de cabeça de poço submarina tendo um perfil de vedação interno adaptado para vedar-se a um conector tieback interno, o qual conecta fluidamente um riser submarino interno ao perfil de vedação interno da cabeça de poço submarina, em que o conector tieback interno compreende uma vedação nasal que se veda ao perfil da cabeça de poço submarina, a vedação nasal proporcionando integridade de pressão entre uma via de fluxo interna do riser interno e um espaço anelar entre o riser interno e um riser externo substancialmente concêntrico, e em que o conector tieback interno engata-se ao alojamento de cabeça de poço submarina e a uma junta de tensão do riser, formando assim uma conexão estrutural pré-carregada entre o alojamento de cabeça de poço submarina e os conectores tieback interno e externo.

[0030] Outro aspecto da presente invenção refere-se a uma unidade adequada para uso como unidade de riser inferior submarina, a qual compreende: uma peça forjada em metal de alta resistência amplamente cilíndrica que compreende um orifício longitudinal, uma extremidade inferior, uma extremidade superior, uma superfície externa amplamente cilíndrica e um número de portas de admissão suficiente para acomodar o fluxo de fluidos de produção ou contenção, ao menos uma das portas conectada a uma fonte de fluido de garantia de fluxo, ao menos outra porta de admissão conectada fluidamente a uma unidade de válvula lateral de produção, a extremidade superior da peça forjada em metal tendo um perfil adequado para se conectar fluidamente a um riser submarino externo, a extremidade inferior da peça forjada em metal compreendendo um conector adequado para se conectar a um ancoradouro submarino, uma terceira porta adequada para conexão com uma subunidade de acesso ao espaço anelar, a qual compreende uma ou mais válvulas operáveis por veículo submarino de controle remoto (ROV), e um anel tieback com uma parte externa roscada, a qual coincide com roscas na superfície interna da peça forjada em metal, e uma parte interna roscada, a qual coincide com roscas em uma coluna de revestimento interna.

[0031] Outro aspecto da presente invenção refere-se a uma unidade adequada para uso como unidade de riser inferior submarina, a qual compreende: um cilindro de admissão forjado em aço de alta resistência e amplamente cilíndrico conectado fluidamente a uma unidade curva, a qual se conecta fluidamente ao conduto flexível inferior, o cilindro de admissão compreendendo ainda um conector que permite a conexão com uma fonte de fluido funcional; a unidade curva compreendendo um flange API submarino conectado em série a um cilindro de tubulação, um conector submarino de alta pressão, outro flange API submarino e um restritor de curvatura; e em que o cilindro de admissão compreende uma superfície interna adaptada para aceitar e conectar-se fluidamente a um conector tieback interno que repousa na superfície interna do cilindro de admissão, o qual compreende ainda um mecanismo de engate que permite que o conector tieback interno conecte-se de maneira remível a ele, ao passo que um anel de vedação em O estabelece uma vedação estanque a fluidos entre a superfície externa do conector tieback interno e a superfície interna do cilindro de admissão.

[0032] Outro aspecto da presente invenção refere-se a uma unidade para conectar um riser submarino a um dispositivo de flutuação submarino e a uma estrutura na superfície, a unidade compreendendo: um membro amplamente cilíndrico com um orifício longitudinal, uma extremidade inferior, uma extremidade superior e uma superfície externa amplamente cilíndrica, o membro compreendendo um número de portas de saída que se estendem do orifício à superfície externa amplamente cilíndrica suficiente para acomodar o fluxo de hidrocarbonetos advindo do riser e ao menos uma porta para permitir o fluxo de um fluido funcional ao orifício longitudinal, ao menos uma das portas de saída conectada fluidamente a uma unidade de válvula lateral de produção para conectar fluidamente o membro à estrutura na superfície por meio de um conduto submarino flexível, a extremidade superior do membro tendo um conector adequado para se conectar a um dispositivo de flutuação submarino, e a extremidade inferior do membro tendo um perfil adequado para se conectar fluidamente ao riser.

[0033] Em certas concretizações, o membro amplamente cilíndrico compreende um cilindro adaptador de perfuração com uma primeira extremidade conectada fluidamente a uma cabeça de tubulação, a qual compreende uma ou mais portas de saída e conecta-se a uma cabeça de revestimento com uma junta em haste ligada (por exemplo, soldada) a ela, a cabeça de revestimento compreendendo ainda uma ou mais portas para admitir um fluido funcional e uma ou mais unidades de válvula lateral de produção conectadas fluidamente a respectivas portas de saída.

[0034] Em certas concretizações deste aspecto, ajunta em haste conecta-se fluidamente a um riser externo concêntrico.

[0035] Em certas concretizações, ao menos uma das unidades de válvula lateral de produção conecta fluidamente uma porta de saída a uma embarcação de coleta por meio de um conduto flexível.

[0036] Em certas concretizações, a unidade compreende um suspensor de tubulação ajustável que conecta fluidamente um riser interno à cabeça de tubulação.

[0037] Em ainda outras concretizações deste aspecto, a unidade de válvula lateral de produção compreende válvulas de controle de fluxo primeira e segunda para controlar o fluxo no orifício do riser interno e em um espaço anelar entre os risers interno e externo.

[0038] Em ainda outras concretizações, a unidade de válvula lateral de produção compreende ao menos uma válvula de paralisação de emergência (ESD) selecionada dentre o grupo composto por uma válvula ESD operada hidraulicamente, eletronicamente ou ambos.

[0039] Em ainda outras concretizações, a unidade de válvula lateral de produção compreende uma ou mais portas hot stab para ROV que permitem que um fluido funcional penetre no riser interno e em um espaço anelar entre o riser interno e um riser externo. Em certas concretizações, o fluido funcional é um fluido de garantia de fluxo selecionado dentre o grupo composto por nitrogênio ou outra fase gasosa, água do mar ou outra água aquecida e produtos químicos orgânicos. Em certas concretizações, o fluido de garantia de fluxo é composto em essência por nitrogênio.

[0040] Em certas concretizações, o cilindro adaptador de perfuração conecta-se a um flange adaptador para manilha disposto sobre ele com uma peça forjada terminal com olhai, a qual atua como ponto de ligação da unidade com uma unidade de flutuação submarina próxima à superfície.

[0041] Em outras concretizações deste aspecto da presente invenção, o membro amplamente cilíndrico compreende um cilindro de saída com uma extremidade superior, uma extremidade inferior, um flange com olhai conectado à extremidade superior do cilindro de saída e um cilindro de suspensão conectado à extremidade inferior do cilindro de saída, em que o cilindro de saída e o cilindro de suspensão definem o orifício longitudinal.

[0042] Em algumas dessas concretizações, o cilindro de saída compreende um segundo orifício substancialmente perpendicular ao orifício longitudinal e que conecta fluidamente o orifício longitudinal a uma das unidades de válvula lateral de produção por meio de uma das portas de saída.

[0043] Em algumas outras concretizações, a unidade de válvula lateral de produção compreende um conduto curvo e duas válvulas de fechamento de emergência (ESD) conectadas fluidamente em linha ao conduto curvo, uma das válvulas ESD sendo acionada hidráulica e a outra eletronicamente.

[0044] Em algumas outras concretizações, o cilindro de suspensão compreende um terceiro orifício substancialmente perpendicular ao orifício longitudinal e o qual conecta fluidamente a um espaço anelar definido pelo cilindro de suspensão e uma junta do riser interno a uma unidade de válvula de acesso ao espaço anelar. A unidade de válvula de acesso ao espaço anelar pode compreender uma ou mais válvulas operáveis por ROV. A unidade de válvula de acesso ao espaço anelar pode se conectar fluidamente a uma fonte de fluido funcional.

[0045] Certas concretizações compreendem uma unidade de travamento do riser para fazer interface com a junta do riser interno e mantê-la dentro do cilindro de saída. A unidade de travamento do riser pode compreender um anel de confinamento e um calço com vedações em T.

[0046] Em certas concretizações, duas estruturas de anel de vedação e retentor de fios são dispostas na superfície interna do cilindro de saída para estabelecer uma vedação estanque a fluidos dupla entre o espaço anelar e o orifício longitudinal.

[0047] Em certas concretizações, a URA compreende um cilindro de saída com orifício de produção conectado fluida e mecanicamente a um conduto substancialmente vertical e a uma tubulação de produção, a qual, por sua vez, se conecta fluidamente a um restritor de curvatura por meio de um flange API submarino, um conector submarino de alta pressão, outra conexão por flange API submarino e, como opção, um conector submarino QDC. O restritor de curvatura conecta-se mecanicamente ao conduto flexível submarino superior, o qual se estende em catenária à embarcação de coleta na superfície, e o conduto substancialmente vertical conecta-se fluidamente em série a um adaptador, o qual, por sua vez, se conecta fluidamente a um cilindro de suspensão e flange API, a uma cabeça de revestimento por meio de outro flange API, a uma junta em haste soldada à cabeça de revestimento e ao riser externo por meio de uma conexão roscada com uma junta em haste, o cilindro de saída incluindo um flange com manilha que permite a conexão com o dispositivo de flutuação submarino.

[0048] Em certas concretizações, a URA compreende ainda uma válvula ESD operável por ROV conectada fluidamente a uma seção do conduto.

[0049] Em certas concretizações, a URA compreende ainda um suporte angular que sustenta a tubulação de produção a um ângulo o do conduto e que também sustenta um anteparo contra flexões que proporciona uma barreira mecânica entre a tubulação de produção e o conduto, onde o ângulo o varia de 0 a cerca de 180°.

[0050] Em certas concretizações, a URA compreende ainda um conector no cilindro de suspensão para se conectar a uma tubulação curva para alimentação de água aquecida ao cilindro de suspensão a partir de uma embarcação na superfície.

[0051] Em certas concretizações, a tubulação curva compreende, na ordem começando pelo cilindro de suspensão, um flange API, uma seção de tubulação, um conector submarino de alta pressão, um conector API e flange API submarinos e um restritor de curvatura.

[0052] Em certas concretizações, o riser interno é disposto dentro do adaptador, do cilindro de suspensão e da cabeça de revestimento, formando assim um espaço anelar entre a superfície interna do cilindro de suspensão e o riser interno.

[0053] Em certas concretizações, a URA compreende um par de anéis de vedação em O, o qual veda o riser interno ao adaptador, e um ou mais calços, os quais são dispostos entre uma superfície inclinada interna do cilindro de suspensão e o riser interno, fixando assim com firmeza o riser interno no cilindro de suspensão.

[0054] Em algumas concretizações, a URA compreende ainda componentes que permitem a circulação de um fluido funcional, tal como água aquecida, através do espaço anelar.

[0055] Em outras concretizações, a URA também compreende um cilindro de saída conectado fluidamente a um cilindro de suspensão, o qual, por sua vez, se conecta fluidamente a uma junta de tensão inclinada do riser.

[0056] Em ainda outras concretizações, a URA compreende ainda uma manilha e uma corrente que permitem que ela se conecte mecanicamente a um dispositivo de flutuação próximo à superfície.

[0057] Algumas outras concretizações compreendem um primeiro cotovelo em bloco com um orifício interno que faz interseção com um orifício no cilindro de saída e é substancialmente perpendicular a ele, um segundo cotovelo em bloco com um orifício interno substancialmente perpendicular ao orifício no cilindro de saída, mas que não faz interseção com ele, e um conduto curvo conectado fluidamente ao primeiro cotovelo em bloco, estabelecendo assim uma via de fluxo para hidrocarbonetos junto com o orifício no primeiro cotovelo em bloco. Em alguns casos, a URA compreende válvulas de fechamento de emergência primeira e segunda no conduto curvo, o qual se conecta fluidamente a um conector submarino que, por sua vez, conecta-se ao conduto submarino flexível.

[0058] Em outras concretizações, a unidade compreende ainda uma válvula de sangria no conduto curvo que permite paralisar a URA, sangrar conteúdos a partir do conduto curvo e recuperar o conduto flexível submarino.

[0059] Em algumas concretizações, os componentes que permitem a circulação de um fluido funcional através do espaço anelar compreendem um conector submarino, um conduto e uma ou mais válvulas no conduto, o qual se conecta fluidamente ao cilindro de suspensão.

[0060] Ainda outro aspecto da presente invenção refere-se a uma unidade adequada para uso como unidade de riser superior submarina, a qual compreende: um cilindro adaptador de perfuração com uma primeira extremidade conectada fluidamente a uma cabeça de tubulação, a qual compreende uma ou mais portas de saída e conecta-se a uma cabeça de revestimento com uma junta em haste ligada a ela, a cabeça de revestimento compreendendo ainda uma ou mais portas para admitir um fluido de garantia de fluxo, a junta em haste conectada fluidamente a um riser externo concêntrico, um suspensor de tubulação ajustável para conectar fluidamente um riser interno à cabeça de tubulação, formando assim um espaço anelar entre o riser interno e o riser externo concêntrico, uma unidade de válvula lateral de produção conectada fluidamente a uma das respectivas portas de saída, a unidade de válvula lateral de produção compreendendo válvulas de controle de fluxo primeira e segunda para controlar o fluxo no riser interno e no espaço anelar, e uma válvula de fechamento de emergência operada hidraulicamente e uma válvula de fechamento de emergência operada eletricamente e a unidade de válvula lateral de produção compreendendo uma ou mais portas hot stab para ROV que permitem que um fluido de garantia de fluxo escoe ao riser interno e/ou ao espaço anelar.

[0061] Ainda outro aspecto da presente invenção refere-se a uma unidade adequada para uso como unidade de riser superior submarina, a qual compreende: um cilindro de saída com uma extremidade superior e uma extremidade inferior, um flange com olhai conectado à extremidade superior e um cilindro de suspensão conectado à extremidade inferior, em que o cilindro de saída e o cilindro de suspensão definem um orifício longitudinal, o cilindro de saída compreendendo um segundo orifício substancialmente perpendicular ao orifício longitudinal e o qual conecta fluidamente o orifício longitudinal a uma unidade de válvula lateral de produção por meio de uma porta de saída no cilindro de saída, a unidade de válvula lateral de produção compreendendo um conduto curvo e duas válvulas de fechamento de emergência (ESD) conectadas fluidamente em linha ao conduto curvo, uma das válvulas ESD sendo acionada hidráulica e a outra eletronicamente, o cilindro de suspensão compreendendo um terceiro orifício substancialmente perpendicular ao orifício longitudinal para conectar fluidamente um espaço anelar definido pelo cilindro de suspensão e por uma junta do riser interno a uma unidade de válvula de acesso ao espaço anelar, a qual compreende uma ou mais válvulas operáveis por ROV, uma unidade de travamento do riser para fazer interface com a junta do riser interno e mantê-la dentro do cilindro de saída, a unidade de travamento do riser compreendendo um anel de confinamento e um calço com vedações em T e duas estruturas de anel de vedação e retentor de fios na superfície interna do cilindro de saída para estabelecer uma vedação estanque a fluidos dupla entre o espaço anelar e o orifício longitudinal.

[0062] Outro aspecto da presente invenção refere-se a uma unidade adequada para uso como unidade de riser superior submarina, a qual compreende: um cilindro de saída com orifício de produção conectado fluida e mecanicamente a um conduto substancialmente vertical e a uma tubulação de produção, a qual, por sua vez, se conecta fluidamente a um restritor de curvatura por meio de um flange API submarino, um conector submarino de alta pressão, outra conexão por flange API submarino e, como opção, um conector submarino QDC, o restritor de curvatura conectado ao conduto submarino flexível superior, o qual se estende em catenária a uma estrutura na superfície, em que o conduto substancialmente vertical conecta-se fluidamente em série a um adaptador, o qual, por sua vez, se conecta a um cilindro de suspensão por meio de um flange API, a uma cabeça de revestimento por meio de outro flange API, a uma junta em haste soldada à cabeça de revestimento e a um riser externo por meio de uma conexão roscada com uma junta em haste, o cilindro de saída incluindo um flange com manilha que permite a conexão com um dispositivo de flutuação submarino; uma válvula ESD operável por ROV conectada fluidamente a uma seção do conduto; um suporte angular que sustenta a tubulação de produção a um ângulo o do conduto e que também sustenta um anteparo contra flexões que proporciona uma barreira mecânica entre a tubulação de produção e o conduto, onde o ângulo o varia de 0 a cerca de 180°. um conector no cilindro de suspensão para se conectar a uma tubulação curva para alimentar água aquecida ao cilindro de suspensão a partir de uma embarcação na superfície, em que a tubulação curva compreende, na ordem começando pelo cilindro de suspensão, um flange API, uma seção de tubulação, um conector submarino de alta pressão, um conector API e flange API submarinos e um restritor de curvatura; em que o riser interno é disposto dentro do adaptador, do cilindro de suspensão e da cabeça de revestimento, formando assim um espaço anelar entre a superfície interna do cilindro de suspensão e o riser interno; e um par de anéis de vedação em O, o qual veda o riser interno ao adaptador, e um ou mais calços, os quais são dispostos entre uma superfície inclinada interna do cilindro de suspensão e o riser interno, fixando assim com firmeza o riser interno no cilindro de suspensão.

[0063] Em certas concretizações, cada um dos condutos flexíveis submarinos compreende um cabo flexível para ondas calmas com módulos de flutuação distribuídos conectados ao conduto flexível submarino de maneira aleatória ou não de um ponto de conexão no conduto submarino flexível à base do riser autossuficiente a um manifold no leito do mar, o manifold conectado fluidamente a uma ou mais fontes submarinas.

[0064] Certas concretizações incluem um conector tieback interno que conecta fluidamente o riser interno à LRA, o conector tieback interno compreendendo uma vedação nasal, a qual, em algumas concretizações, é uma vedação nasal de Inconel que se veda a um perfil da cabeça de poço submarina, o conector também se engatando com travas dentadas tanto à cabeça de poço submarina quanto à junta de tensão a fim de formar uma conexão estrutural pré-carregada entre a cabeça de poço submarina e os conectores tieback interno e externo. Certas concretizações compreendem ainda um mecanismo de engate externo adicional que engata o conector tieback interno à cabeça de poço submarina. A vedação nasal proporciona integridade de pressão entre a via de fluxo interna no riser interno e o espaço anelar entre os risers interno e externo.

[0065] Certas concretizações incluem concretizações em que uma unidade de válvula lateral de produção na URA compreende válvulas de fechamento de emergência operadas tanto hidráulica quanto manualmente.

[0066] Certas concretizações incluem concretizações em que a unidade de válvula lateral de produção na URA compreende uma ou mais portas hot stab submarinas à embarcação que permitem injetar um fluido funcional em um ou ambos o riser interno e o espaço anelar. Exemplos de fluidos funcionais adequados incluem fluidos de garantia de fluxo como uma atmosfera gasosa, água do mar ou outra água aquecida ou produtos químicos orgânicos como o metanol e seus semelhantes. A atmosfera gasosa pode ser selecionada dentre nitrogênio de vários graus de pureza, como ar enriquecido com nitrogênio, um gás nobre como o argônio, o xenônio e seus semelhantes, dióxido de carbono e combinações desses; água do mar ou outra água aquecida bombeada ao espaço anelar e para fora da subunidade de acesso ao espaço anelar, e metanol bombeado ao espaço anelar e para fora da subunidade de acesso ao espaço anelar. Certos fluidos de inibição de hidratos incluem produtos químicos líquidos selecionados dentre o grupo composto por alcoóis e glicóis. O fluido de garantia de fluxo pode ser composto em essência por nitrogênio, o que significa que a atmosfera gasosa compreende nitrogênio, pode incluir impurezas que não contribuam à formação nem formem elas mesmas hidratos e substancialmente exclui impurezas que formam ou contribuem para a formação de hidratos.

[0067] Certas concretizações compreendem um isolamento úmido externo adjacente ao menos à maior parte da superfície externa de um ou mais dentre cabeças de poço, válvulas laterais, cabeças de revestimento, cabeças de tubulação, peças forjadas em metal, cilindros de saída, cilindros de suspensão e seus semelhantes. Em certas concretizações, o isolamento úmido compreende um material polimérico. O material polimérico pode compreender várias camadas de polipropileno.

[0068] Certas concretizações da URA e da LRA incluem subunidades para permitir que um fluido funcional, tal como um fluido de garantia de fluxo, escoe ao riser interno e/ou ao espaço anelar entre os risers e aos orifícios da URA e da LRA. Certas concretizações incluem subunidades para permitir o fluxo de fluido de inibição de hidratos nesses espaços. Certas concretizações incluem subunidades para admitir um fluido de remediação de hidratos nesses espaços. Certas concretizações incluem subunidades para admitir fluidos para todos esses propósitos. Uma vez introduzidos no riser interno e/ou no espaço anelar, o fluido de garantia de fluxo, o fluido de inibição de hidratos e/ou o fluido de remediação de hidratos podem estagnar ou fluir, contudo a transferência de massa e a transferência térmica favorecem um fluido em fluxo.

[0069] Algumas outras concretizações incluem concretizações em que ao menos alguns dos componentes da LRA e/ou da URA compreendem aço de alta resistência, embora o uso de aço não seja obrigatório, sendo possível utilizar outros metais. Conforme utilizado no presente documento, o termo “aço de alta resistência” inclui aços como P- 110, C-110, Q-125 e C-125 e aços de titânio.

[0070] As unidades descritas neste documento podem ser utilizadas com sistemas de riser simples ou concêntricos. As unidades descritas neste documento podem ser usadas com novas árvores-de-natal molhadas, inclusive as que empregam sistemas FPSO ou outros sistemas flutuantes de produção (FPS), inclusive, entre outros, plataformas semissubmersíveis. As unidades descritas neste documento também podem ser usadas com novas árvores secas, inclusive as que empregam torres complacentes, TLPs, plataformas Spar ou outros FPSs. As unidades descritas neste documento também podem ser usadas com os chamados novos sistemas híbridos (como TLP ou plataformas Spar com FPSO ou FPS). As unidades descritas neste documento podem ser usadas com risers tensionados por sistemas de reservatório de ar, tensores hidropneumáticos ou combinações desses.

[0071] Essas e outras características dos sistemas, aparelhos e métodos da presente invenção transparecerão pela leitura da breve descrição dos desenhos, da descrição detalhada e das reivindicações a seguir.

Breve Descrição dos Desenhos

[0072] Explicar-se-á a maneira como os objetivos da presente invenção e outras características desejáveis podem ser obtidos na descrição a seguir e nos desenhos anexos, dentre os quais:

[0073] as Figuras 1, IA e 1B ilustram esquematicamente, a Figura IA em corte transversal detalhado, uma concretização de um sistema de riser em que as unidades da presente invenção podem ser usadas;

[0074] as Figuras 2A e 2B são vistas esquemáticas em elevação lateral e em corte transversal, respectivamente, de uma concretização genérica de uma unidade de riser inferior de acordo com a presente invenção;

[0075] as Figuras de 3A a 3G incluem várias vistas, algumas em corte transversal, de outra concretização de uma unidade de riser inferior de acordo com a presente invenção;

[0076] a Figura 4A é uma vista em perspectiva, a Figura 4B é uma vista em corte transversal e a Figura 4C é uma vista em corte transversal mais detalhada de parte da concretização da unidade de riser inferior da Figura 3;

[0078] as Figuras 5A e 5B ilustram vistas esquemáticas em perspectiva de outra unidade de riser inferior de acordo com a presente invenção, e a Figura 5C é uma vista esquemática em perspectiva de um componente interno usado na unidade de riser inferior ilustrada nas Figuras 5A e 5B; as Figuras 5D e 5E são vistas em corte transversal e a Figura 5G é uma vista em planta da unidade de riser inferior ilustrada nas Figuras 5A e 5B; e a Figura 5F é uma vista esquemática detalhada de parte da unidade de riser inferior ilustrada na Figura 5E;

[0079] a Figura 6 é uma vista esquemática em elevação lateral, com partes removidas, de uma concretização genérica de uma unidade de riser superior de acordo com a presente invenção;

[0080] as Figuras de 6A a 6G incluem várias vistas, algumas em corte transversal, de outra concretização de uma unidade de riser superior de acordo com a presente invenção;

[0081] a Figura 6H é uma vista esquemática em perspectiva e as Figuras 61 e 6J são vistas em corte transversal de parte da concretização da unidade de riser superior na Figura 6; a Figura 6K é uma vista em perspectiva de uma porta de teste de vedação;

[0082] as Figuras 7A e 7B são vistas esquemáticas em perspectiva de outra concretização da unidade de riser superior de acordo com a presente invenção;

[0083] as Figuras 7C e 7D são vistas em corte transversal da concretização da Figura 7, e a Figura 7E é uma vista em corte transversal detalhada dessa concretização; e

[0084] as Figuras 8A e 8B são ilustrações esquemáticas em elevação lateral e corte transversal, respectivamente, de outra concretização da URA, ao passo que as Figuras 8C e 8D são ilustrações esquemáticas em elevação lateral e corte transversal, respectivamente, de outra concretização da LRA de acordo com a presente invenção.

[0085] Vale frisar, contudo, que os desenhos apensos não são fiéis às proporções reais e ilustram somente concretizações típicas da presente invenção, não devendo, portanto, ser interpretados de modo a limitar o âmbito desta, pois este admite outras concretizações igualmente eficazes. Utilizam-se números de referência iguais ao longo das várias vistas a fim de identificar elementos iguais ou semelhantes.

Descrição Detalhada

[0086] Na descrição a seguir, estabelecem-se vários detalhes para que se entenda os métodos, sistemas e aparelhos revelados. No entanto, os versados na técnica perceberão que os métodos, sistemas e aparelhos podem ser praticados sem esses detalhes e que diversas variações ou modificações das concretizações descritas são possíveis. Todos os Pedidos de Patente dos Estados Unidos publicados e Patentes dos Estados Unidos mencionados neste documento, bem como quaisquer Pedidos de Patente dos Estados Unidos não publicados e literatura sem ser de patente publicada, incorporam-se explicitamente a este documento por referência. Caso as definições dos termos nas patentes e pedidos mencionados difiram da definição desses mesmos termos neste pedido, as definições desses termos apresentadas no presente pedido serão tidas como dominantes.

[0087] Doravante, descrever-se-ão as principais características de várias concretizações da presente invenção com referência às Figuras nos desenhos. Salvo indicação em contrário, utilizam-se números de referência iguais ao longo das Figuras a fim de indicar os mesmos itens nelas.

[0088] Como já mencionado, descrevem-se unidades submarinas e métodos para produzi-las, instalá-las e utilizá-las, os quais diminuem ou superam muitos dos defeitos das unidades submarinas previamente conhecidas.

[0089] Conforme utilizado neste documento, os termos “estrutura de superfície” ou “estrutura na superfície” significam uma embarcação na superfície ou outra estrutura com a função de receber um ou mais fluidos a partir de um ou mais risers autossuficientes. Em certas concretizações, a estrutura na superfície também pode incluir instalações para permitir que ela realize uma ou mais funções selecionadas dentre o grupo composto por armazenar, processar e descarregar um ou mais fluidos. Conforme utilizado no presente documento, o termo “descarregar” inclui, entre outros, comburir (queimar) hidrocarbonetos gasosos. Estruturas de superfície adequadas incluem, entre outras, uma ou mais embarcações, estruturas que podem ser parcialmente submersas como estruturas semissubmersíveis, estruturas flutuantes de produção e armazenamento (FPS), estruturas flutuantes de armazenamento e descarga (FSO), estruturas flutuantes de produção, armazenamento e descarga (FPSO), estruturas móveis de perfuração ao largo como as conhecidas como unidades móveis de perfuração ao largo (MODUs), plataformas Spar, plataformas de pernas atirantadas (TLPs) e seus semelhantes.

[0090] Conforme utilizado no presente documento, o sintagma “fonte submarina” inclui, entre outros: 1) fontes de produção como cabeças de poço submarinas, preventores de erupção (BOPs) submarinos, outros risers submarinos, manifolds submarinos, tubulações e oleodutos submarinos, instalações de armazenamento submarinas e seus semelhantes, seja para produzir, transportar e/ou armazenar gás, líquidos ou uma combinação desses, incluindo materiais orgânicos e inorgânicos; 2) fontes de contenção submarinas de todos os tipos, incluindo BOPs, risers, manifolds, tanques submarinos e seus semelhantes vazando ou danificados; e 3) fontes naturais. Certas concretizações do sistema incluem concretizações em que a fonte de contenção é um BOP submarino com defeito.

[0091] O termo “cabeça de poço” é bem conhecido na técnica de perfuração e produção de hidrocarbonetos como uma estrutura com um orifício central e conectores terminais de diversas naturezas em ambas as extremidades, tais como pontos de junção, mandris, travas dentadas e seus semelhantes, os quais cumprem os padrões API de resistência e outros parâmetros para cabeças de poço, conforme detalhado na especificação 6A do API. Conforme utilizados no presente documento, os termos “cabeça de tubulação” e “cabeça de revestimento” são cabeças de poço com taxas de resistência relativas de tal modo que uma cabeça de tubulação é geralmente mais resistente do que uma cabeça de revestimento, embora não seja sempre o caso. Uma cabeça de poço submarina pode ser uma cabeça de tubulação ou uma cabeça de revestimento, mas normalmente é uma cabeça de revestimento ou uma estrutura ainda mais resistente em razão das condições encontradas no fundo do mar.

[0092] Os termos “garantia de fluxo” e “fluido de garantia de fluxo” incluem a garantia de fluxo na presença de hidratos, ceras, asfaltenos e/ou crostas já presentes, e/ou a prevenção de sua formação, e são consideramos mais amplos do que o termo “inibição de hidratos”, usado neste documento para indicar exclusivamente a prevenção à formação de hidratos. O termo “remediação de hidratos” significa remover ou diminuir a quantidade de hidratos que já se formaram em dada embarcação, tubulação ou outro equipamento. O termo “fluido funcional” inclui fluidos de garantia de fluxo, bem como fluidos que podem proporcionar funções adicionais ou diferentes, por exemplo, resistência à corrosão, ajuste da concentração de ions de hidrogênio (pH), ajuste da pressão, ajuste da densidade e seus semelhantes, como fluidos de tapamento.

[0093] Conforme utilizado no presente documento, o termo “substancialmente vertical” significa com um ângulo em relação à direção vertical que varia de cerca de 0o a cerca de 45°, de cerca de 0o a cerca de 20° ou de cerca de 0o a cerca de 5o. Como tal, o termo “substancialmente vertical” inclui e é mais amplo do que o termo “quase vertical” já que este é usado para descrever o ângulo que o riser venha a formar em relação à direção vertical.

[0094] As Figuras 1, IA e 1B ilustram esquematicamente (a Figura IA em corte transversal detalhado) uma concretização de um sistema de riser submarino em que as unidades descritas neste documento podem ser usadas. Perceber-se-á que vários sistemas de riser submarino também podem se beneficiar do uso das unidades descritas neste documento. Um riser autossuficiente (FSR) 2 é ilustrado a um ângulo α em relação à direção vertical. O ângulo α pode variar de 0o a 90°, de 0o a 45° ou de 0o a 20° (considerado “quase vertical”). Outro ângulo, β, é definido como o ângulo entre a direção vertical e uma linha tangente ao condutor flexível 12 próximo à superfície da água 20. O ângulo β pode variar de 0o a cerca de 90°, de 0o a cerca de 45° ou de 0o a cerca de 20°. Um terceiro ângulo y, definido como o ângulo entre uma corrente ou outro cabo 58 (que pode ser vertical ou não) e a seção terminal de um conduto flexível 14 próximo à base do FSR, pode variar de cerca de 5o a cerca de 60° ou de cerca de 5o a cerca de 30°. Ilustra- se uma estaca 16 submersa no leito do mar 10, e uma corrente 58 conecta a estaca 16 à unidade de riser inferior 8, conforme descreveremos mais adiante neste documento. O conduto submarino 14 conecta fluidamente a unidade de riser inferior 8 a uma fonte de hidrocarbonetos, neste caso um manifold submarino 26. Uma unidade de riser superior 6 conecta fluidamente o riser 2 a um conduto submarino flexível 12, que, por sua vez, conecta-se a uma embarcação na superfície 32. Nesta concretização, a unidade de riser superior 6 também se conecta a reservatórios de ar primário 18 e secundário 19.

[0095] A Figura IA ilustra as localizações relativas de um riser interno 60, um riser externo substancialmente concêntrico 70, uma superfície externa 62 do riser interno 60, uma superfície externa 72 do riser externo 70, uma superfície interna 74 do riser externo 70, um espaço anelar 76 e uma via de fluxo 64 no riser interno 60. O isolamento sólido 80 é adjacente ao menos à maior parte da superfície externa 72 do riser externo 70 e, em certas concretizações, é adjacente à toda a superfície externa 72 do riser externo 70. Em certas concretizações, risers eletricamente aquecidos podem ser uma opção, embora, por questões operacionais relativas a cenários de rápida desconexão de emergência (QDC) ou evacuação contra furacões, esta opção possa não ser atraente. O aquecimento elétrico pode complicar significativamente a concepção QDC.

[0096] A circulação de ar quente no espaço anelar 76, ou de outro fluido de garantia de fluxo descrito neste documento, e o isolamento dos manifolds submarinos, linhas de fluxo (inclusive os condutos submarinos flexíveis 12 e 14 e cabos flexíveis e canos curvos mencionados neste documento) e conectores, além do riser autossuficiente, podem ser incluídos em várias concretizações. A “circulação” pode ser contínua ou descontínua. Em certas concretizações, o fluido de garantia de fluxo pode estagnar após preencher o espaço anelar. A possibilidade de bombear ou injetar de alguma outra forma um ou mais fluidos de garantia de fluxo em um ou mais conectores hot stab para ROV é outra opção, assim como é a possibilidade de bombear ou injetar de alguma outra forma nitrogênio ou outra fase gasosa na base do riser interno ou de um manifold submarino aos condutos submarinos flexíveis como forma de inserir o fluido de garantia de fluxo abaixo de uma possível ou verdadeira incrustação de hidratos total ou parcial. Em certas concretizações, conforme ilustram as figuras, o fluido de garantia de fluxo pode ser bombeado ou injetado de alguma outra forma em vários locais, por exemplo, entre outros, na base do riser interno 60, na base do espaço anelar 76, no conduto (submarino) flexível inferior 14, no topo do riser interno 60 e espaço anelar 76 e no conduto flexível superior 12.

[0097] A Figura 1B também ilustra esquematicamente um sistema de monitoramento de tensão 52 no FSR 2. A localização do sistema de monitoramento de tensão é geralmente próxima ao topo do FSR 2, embora possa ser em qualquer outro ponto no FSR 2, e pode compreender vários dos referidos sistemas de monitoramento espaçados de maneira aleatória ou não ao longo do FSR 2. A Figura 1B representa esquematicamente um detalhe do sistema de monitoramento de tensão que ilustra um conector 54 e um módulo de monitoramento de tensão 56.

Unidade de Riser Inferior (LRA)

[0098] As Figuras 2A e 2B são vistas esquemáticas em elevação lateral e corte transversal, respectivamente, de uma concretização genérica de uma unidade de riser inferior (LRA) de acordo com a presente invenção. Nesta concretização, a LRA 8 inclui um corpo amplamente cilíndrico CB, uma extremidade superior 8UE, uma extremidade inferior 8LE e cinco conexões Cl, C2, C3, C4 e C5. A conexão Cl é uma conexão mecânica e fluida do corpo cilíndrico CB com o riser 2. A conexão C4 é uma conexão mecânica do corpo cilíndrico CB com um ancoradouro submarino (não ilustrado) por meio de uma corrente ou outro cabo funcional 58. As conexões C2, C3 e C5 são conexões mecânicas e fluidas de condutos 8A, 8B e 8C com o corpo cilíndrico CB por meio de portas 8P no corpo cilíndrico CB. As portas 8P estendem-se de uma superfície interna 81S a uma superfície externa 8ES do corpo cilíndrico CB.

[0099] Os condutos 8A, 8B e 8C podem ser, por exemplo, unidades de válvula lateral que se conectam a fontes submarinas de hidrocarbonetos, conexões com fontes de fluidos funcionais, como fluidos de garantia de fluxo, ou conexões com outros equipamentos submarinos ou na superfície. As conexões C2, C3 e C5 entre as portas 8P e os condutos 8A, 8B e 8C podem ser conexões roscadas, conexões por flange, conexões soldadas ou outras conexões e podem ser iguais ou diferentes quanto ao tipo, diâmetro e formato da conexão dependendo do diâmetro e formato das portas 8P; por exemplo, as portas 8P poderiam ter um formato selecionado dentre o grupo composto por fenda, ranhura, oval, retangular, triangular, circular e seus semelhantes. A conexão Cl pode ser uma conexão roscada, por flange, soldada ou outra conexão e pode incluir uma ou mais travas dentadas, pinças, anéis fendidos ou outros elementos. Em certas concretizações, a LRA pode conectar-se a manifolds e outros equipamentos, como tubos flexíveis, dentro de um ângulo de proximidade com raio de 270°.

[0100] As Figuras de 3A a 3G ilustram outra concretização de uma LRA em várias vistas. A Figura 3A é uma vista em elevação dianteira da LRA 8, que, nesta concretização, compreende um conector tieback externo 102 conectado a uma cabeça de poço submarina 104 (conforme explicado mais adiante com referência às Figuras de 4A a 4C) e junta de transição 105. Nesta concretização, ajunta de transição 105 é soldada, em sua extremidade superior, à base da cabeça de poço submarina 104 e, em sua extremidade inferior, a uma peça forjada de base 106 que inclui duas conexões de flange usinadas 108A e 108B e um olhai. As conexões de flange usinadas 108A e 108B são substancialmente perpendiculares a um eixo longitudinal comum à cabeça de poço 104, à junta de transição 105 e à peça forjada 106, e as conexões de flange usinadas 108A e 108B definem portas de admissão da LRA. Nesta concretização, a peça forjada de base e o olhai constituem uma peça inteiriça 106, ao passo que a junta de transição 105 é uma peça distinta que conecta a peça forjada de base 106 à cabeça de poço submarina 104. A junta de transição 105 inclui uma peça forjada terminal com olhai 106, a qual se engata a um conector em U 119 e à corrente 58, que conduz à unidade de estaca de sucção 16 (não ilustrada).

[0101] A LRA 8 compreende ainda um painel hot stab para ROV 110 a fim de operar o conector tieback externo 102 para estabelecer a conexão com a cabeça de poço submarina 104. O conector tieback externo 102 pode ser um conector tieback de linha fina ou ultrafina, conforme disponibilizado para comercialização pela GE Oil and Gas, Houston, TX (antiga Vetco), pela EMC Technologies, Inc, Houston, TX, e possivelmente por outras fornecedoras. A Patente dos Estados Unidos no 7.537.057 descreve um conector tieback desse tipo. Os versados na técnica perceberão que conectores tieback externos conhecidos são projetados de modo que, à medida que a tensão estrutural sobre o conector aumenta, o momento fletor permissível diminua em proporção inversa. As curvas específicas dessas relações de capacidade são disponibilizadas pelas fabricantes.

[0102] Um flange 111 conecta um restritor de curvatura 112 e conduto submarino flexível 14 a um dificultador de curvatura submarino de alta pressão 180, o qual possui um perfil interno 81 (vide a Figura 3F) que permite que o conduto submarino flexível 14 conecte-se fluidamente à unidade curva 107 da LRA. Conforme ilustra esquematicamente a Figura 3F, o dificultador de curvatura 180 encerra uma conexão por flange 81 que conecta o conduto submarino flexível 14 a um conector submarino de alta pressão 181, o qual é usado para a conexão mecânica e fluida com o conduto 107B da LRA 8. O dificultador de curvatura 180 remove o momento da conexão por flange 81 de modo a transferi-lo diretamente do restritor de curvatura 112 ao conector submarino de alta pressão 181, o qual atravessa a extremidade superior do dificultador de curvatura 180. Fluidos de contenção ou produção sobem o conduto submarino flexível 14 e a conexão por flange 81, chegam a uma unidade de junção 116B (duas unidades de junção 116A e 116B são indicadas nesta concretização) e depois atravessam uma unidade de válvula lateral de produção 114B na LRA 8 (duas unidades de válvula lateral de produção 114A e 114B são indicadas nesta concretização, Figura 3A).

[0103] Conforme ilustram as Figuras 3A e 3F, cada uma das unidades de válvula lateral de produção 114A e 114B compreende respectivos cotovelos em bloco 109A e 109B e válvulas de passagem manuais operadas por ROV 115A e 115B, bem como respectivas vias de fluxo 115C e 115D (figura 3F). Painéis hot stab para ROV 150A e 150B, respectivamente, podem ser incluídos para monitorar a temperatura e a pressão. Um suporte estrutural em pinça submarino 118 sustenta conectores submarinos 119A e 119B (tal como os disponibilizados pela Vector Subsea, Inc. com o nome comercial de OPTIMA). Um painel hot stab para ROV 121 instalado junto a uma unidade de junção cega 116A é incluído, o qual pode acomodar sensores de monitoramento de pressão e/ou temperatura. Nesta concretização, quatro anéis de içamento giratórios 123 também são incluídos no suporte estrutural 118.

[0104] A Figura 3C é uma vista detalhada que ilustra esquematicamente parafusos sextavados 94 soldados em 93 a um bloco de retenção de parafusos de fixação 95. O bloco 95 também é soldado nos pontos 97 ao corpo do conector submarino 119B. Um esquema semelhante se dá no conector submarino 119A, mas não é ilustrado.

[0105] A Figura 3D é uma vista em elevação lateral e a Figura 3E uma vista em planta da LRA 8. A unidade curva 107 gira por um ângulo extenso, como pode ser necessário durante a conexão do conduto flexível 14, como podemos observar na vista em planta, mas, uma vez ligado ao conector 119B, esse movimento é restrito.

[0106] A Figura 3F é uma vista em corte ao longo da linha pontilhada da Figura 3E e ilustra certos traços internos da LRA 8, principalmente a via de fluxo do fluido de contenção ou produção, conforme indica o número de referência 113, a via curva 107B (através do conector 107A), a via 116C, a via 115C (através da válvula 115B e do cotovelo em bloco 109B) e, por fim, a via de fluxo 64 através do conector tieback interno 92 e do riser interno 60. A Figura 3F também ilustra cinco suspensores de revestimento (por vezes chamados na técnica de suspensores de confinamento) 103 pré-instalados na cabeça de poço submarina 104, o suspensor mais superior engatando o conector tieback interno 92 à cabeça de poço submarina 104, conforme explicado mais adiante com referência às Figuras 4A, 4B e 4C. Em certas concretizações, pode haver um, dois, três ou mais suspensores 103. A Figura 3G indica a posição do isolamento térmico, indicado por INS, em determinadas partes da LRA 8.

[0107] Outros detalhes dessa concretização da LRA são ilustrados nas Figuras 4A, 4B e 4C, as quais ilustram o uso de dois suspensores de travamento 704, 724. Além dos elementos previamente detalhados, as Figuras 4A, 4B e 4C ilustram várias hastes conectoras indicadoras do travamento 720 que se deslocam para cima e para baixo e indicam se o conector tieback externo 102 está aberto ou completamente travado. Também é ilustrada uma de duas placas de confinamento mecânico secundárias 702 (a outra estando escondida na Figura 4A), bem como a tubulação 110A para o fluxo de fluido hidráulico através dos conectores hot stab 110. Os conectores hot stab 110 e a tubulação 110A, que atravessa a tampa terminal 110B (ou outras portas externas no conector 102), fazem parte de um sistema de travamento ativo superior 102A para o conector tieback externo 102. Esta concretização também inclui um sistema de travamento passivo inferior 102F. Exemplos dos detalhes mecânicos e da operação do sistema de travamento ativo superior 102A e do sistema de travamento passivo inferior 102F são dados na Patente dos Estados Unidos no 6.540.024. Em suma, o sistema de travamento ativo superior 102A compreende uma manga interna 102C, um pistão hidráulico axialmente móvel 102D e um elemento de travamento superior 102E, que pode ser um anel fendido, uma pinça ou várias travas dentadas dispostas em circunferência dentro de uma câmara formada entre a superfície interna do conector tieback externo 102 e a parte inferior do pistão 102D.

[0108] Alguns detalhes do sistema de travamento passivo inferior 102F do conector tieback externo 102, bem como alguns detalhes do conector tieback interno 92, são ilustrados esquematicamente em corte transversal na Figura 4C. Suspensores de confinamento 704 e 724 são incluídos, o suspensor 704 proporcionando cerca de 0,9 milhões de kgf de capacidade de confinamento nesta concretização. A Figura 4C ilustra ainda o corpo externo ou manga 708 e o corpo interno ou mandril 709 do conector tieback interno 92. Um conjunto de travas dentadas 717 é incluído para travar o suspensor de revestimento 704 ao alojamento de cabeça de poço submarina 104. Outro conjunto de travas dentadas 901 é incluído para travar o conector tieback externo 102 ao alojamento de cabeça de poço submarina 104. Um conjunto inferior de travas dentadas 706 trava a manga 708 do conector tieback interno 92 ao suspensor de revestimento 704, travando-a assim também ao alojamento de cabeça de poço submarina 104.

[0109] Ainda com referência à Figura 4C, um conjunto semelhante de travas dentadas 740 trava o conector tieback interno 92 à junta de tensão 2FJB e, portanto, ao conector tieback externo 102. Os conjuntos inferior e superior de travas dentadas servem como trava secundária do riser à cabeça de poço submarina 104 e mantêm a integridade de pressão com a vedação nasal 92A totalmente engatada caso o conector tieback externo 102 se desconecte da cabeça de poço submarina 104 por qualquer motivo que seja.

[0110] A Figura 4C também ilustra esquematicamente elementos de isolamento hidráulico 710, 711 e 715 e uma superfície de repouso 712 sobre uma parte interna do suspensor de revestimento 704 para repousar a vedação nasal 92A do conector tieback interno 92. O elemento de isolamento hidráulico 711 inclui uma cunha 711A que impele as travas dentadas 717 a um conjunto de ranhuras coincidentes internas 717A no alojamento de cabeça de poço 104. As travas dentadas 901 são inseridas em uma janela sulcada 902 no conector tieback externo 102. A Figura 4C ilustra ainda uma gaxeta 716 da cabeça de poço. Conforme os versados na técnica perceberão, uma ou mais das travas dentadas descritas neste documento podem ser substituídas por um anel fendido, pinça ou outro elemento funcional equivalente.

[0111] O conector tieback interno 92 possui uma vedação nasal 92A, que pode ser de Inconel, a qual se veda à superfície de repouso 712 no suspensor de revestimento 704. O conector tieback interno 92 engata-se, por meio de travas dentadas 706, tanto ao suspensor de revestimento 704 quanto à junta de tensão 2FJB a fim de formar uma conexão estrutural pré- carregada entre a cabeça de poço submarina 104 e os conectores tieback interno 102 e externo 92 (além do engate do mecanismo de engate ativo externo com a cabeça de poço; portanto há redundância múltipla). A vedação nasal 92A proporciona integridade de pressão entre a via de fluxo interna 64 e o espaço anelar 76 entre os risers interno 60 e externo 70. Portanto, conforme ilustra a Figura 3F, o petróleo e o gás que serão contidos ou produzidos atravessam o conduto submarino flexível 14 por uma passagem definida pela superfície interna 113 do conduto flexível 14, penetram na unidade de válvula lateral através das passagens 107B e 116C e atravessa o cotovelo em bloco 109B e a peça forjada 106. Nesta concretização, com a vedação nasal 92A engatada, os fluidos produzidos só têm uma forma de se deslocar, que é para cima através do riser interno 60 atravessando a passagem 64 até a URA e, por fim, atravessando o conduto flexível 12 até a embarcação de contenção 32.

[0112] As Figuras de 5A a 5G ilustram esquematicamente outra concretização de uma unidade de riser inferior. Nesta concretização, é incluído um membro cilíndrico 220, que é um membro forjado em aço de alta resistência. O membro 220 conecta-se fluidamente a uma junta curta 221 no riser de produção por meio de uma junta intercalar inferior 222 e conector roscado 242. Um flange com olhai 223 permite a conexão do membro 220 com uma unidade de estaca no leito do mar. Dois suportes em pinça 224A e 224B sustentam dois conectores submarinos 225A e 225B, respectivamente. Duas unidades de válvula lateral de produção 226A e 226B são incluídas, cada uma conectada fluidamente ao membro 220 por meio de respectivos cotovelos em bloco 230A e 230B. Cada unidade 226A, 226B inclui uma válvula operável por ROV 227A e 227B. Uma unidade adicional ou subunidade 228 é incluída, a qual se conecta fluidamente ao membro 220 por meio de um cotovelo em bloco 229. A unidade ou subunidade 228 permite a conexão fluida com uma fonte de fluido funcional, tal como um fluido de garantia de fluxo ou outro fluido. Nesta concretização, o cotovelo em bloco 229 é menor que os cotovelos em bloco 230A e 230B, mas não é necessário que seja assim. Outra unidade 231 é uma unidade hot stab para injetar um fluido funcional. Nesta concretização, a unidade hot stab 231 viabiliza uma menor velocidade de fluxo do fluido funcional do que seria possível por meio da unidade 228, mas, mais uma vez, não é necessariamente isso que acontece em todas as concretizações. Um conduto de menor diâmetro 241 (figura 5F) permite alimentar o fluido funcional.

[0113] A Figura 5C ilustra uma vista em perspectiva de uma tubulação ou revestimento de produção 232 que se conecta à superfície interna do membro 220. A tubulação de produção 232 inclui um anel tieback 233 e um elemento de vedação 234 que pode ser um elemento de vedação tipo S. O elemento de vedação 234 pode ser feito de Inconel ou outro metal resistente à corrosão. Conforme as Figuras 5D e 5E ilustram esquematicamente, o anel tieback 233 inclui ao menos um conjunto de roscas internas 235 que coincide com um conjunto de roscas na tubulação de produção 232. O anel tieback 233 também inclui ao menos um conjunto de roscas externas 236 que coincide com roscas na superfície interna do membro 220. A Figura 5E ilustra duas válvulas operáveis por ROV 237A e 237B em linha para a injeção de fluido funcional (ou remoção) incluídas na subunidade de acesso ao espaço anelar 228, a qual inclui um orifício 238 que dá acesso a um espaço anelar entre a tubulação de produção 232 e o membro 220 e junta intercalar inferior 222. Uma conexão por flange 239 ou outra conexão pode ser incluída para esse fim. Cada unidade de válvula lateral de produção 226 inclui um conector 240 (240A e 240B) que permite a conexão com condutos submarinos flexíveis, conforme ilustra a vista em planta da Figura 5G. Os conectores 240A e 240B podem ser conectores conhecidos pelo nome comercial OPTIMA, disponibilizados pela Vector Subsea. Inc.

[0114] A Figura 8C é uma vista em elevação lateral de outra unidade LRA de acordo com a presente invenção. Esta concretização da LRA pode incluir um cilindro de admissão forjado em aço de alta resistência 920, um conector 921 e um cano curvo 944, um flange API submarino 945, um cilindro de tubulação 946, um conector submarino de alta pressão 180, outro flange API submarino 111, um restritor de curvatura 112 e um conduto submarino flexível 14 que se conecta a uma fonte submarina de hidrocarbonetos (não ilustrada). Outro conector 947 no cilindro de admissão 920 permite a conexão com uma fonte de fluido funcional.

[0115] A Figura 8D representa, em corte transversal indicado por 8D-8D na Figura 8C, detalhes desta concretização da LRA, ilustrando um conector tieback interno 92 disposto na superfície interna do cilindro de admissão 920. Um mecanismo de engate 930 permite que o conector tieback interno 92 conecte-se de maneira remível ao cilindro de admissão 920, ao passo que um anel de vedação em O 928 estabelece uma vedação estanque a fluidos entre o orifício do conector tieback 92 e o espaço anelar 76. A junta flexível 2FJB conecta-se ao cilindro de admissão de maneira conhecida, por exemplo, por meio de anéis fendidos, pinças ou travas dentadas, conforme descrito neste documento com referência a outras concretizações.

Unidade de Riser Superior (URA)

[0116] A Figura 6 é uma vista esquemática em elevação lateral, com partes removidas, de uma concretização genérica de uma unidade de riser superior de acordo com a presente invenção. Nesta concretização, a unidade de riser superior (URA) 6 é um membro amplamente cilíndrico que inclui uma extremidade superior 6UE e uma extremidade inferior 6LE e define um orifício interno 6IB. Nesta concretização, a URA 6 compartilha um orifício em comum com o riser externo 70, podendo compartilhar mais de um orifício em comum com ele. Condutos 6A e 6B conectam-se fluidamente à URA por portas de saída 6OT, o conduto 6A conectando-se fluidamente ao orifício interno do riser interno 60, ao passo que o conduto 6B conecta-se fluidamente a um espaço anelar formado pelo orifício interno 6IB da URA com o riser interno 60. A extremidade superior 6UE da URA conecta-se a um dispositivo de flutuação próximo à superfície (não ilustrado) por meio de uma corrente ou outro conector 127.

[0117] As Figuras de 6A a 6G incluem várias vistas, algumas em corte transversal, de outra concretização de uma unidade de riser superior de acordo com a presente invenção. A Figura 6H é uma vista esquemática em perspectiva e as Figuras 61 e 6J são vistas em corte transversal de parte da concretização da unidade de riser superior da Figura 6; a Figura 6K é uma vista em perspectiva de uma porta de teste de vedação. Nesta concretização, a URA 6 inclui uma cabeça de tubulação 122, a qual atua como conexão fluida entre uma unidade de cabeça de revestimento e junta em haste 124, fabricadas pela GE Oil & Gas, e um cilindro adaptador de perfuração 120. O cilindro adaptador de perfuração 120 e a cabeça de tubulação 122 conectam-se mecanicamente um ao outro usando-se várias unidades de confinamento 120A, ao passo que a cabeça de tubulação 122 e a unidade de cabeça de revestimento e junta em haste 124 conectam-se mecanicamente usando-se um segundo grupo de unidades de confinamento 122B. As unidades de confinamento 120A e 122B podem ser iguais ou diferentes e podem ser unidades de parafuso de confinamento ou outras unidades de travamento conhecidas na técnica. Um exemplo não limitativo de unidade de parafuso de confinamento é dado pela Patente dos Estados Unidos no 4.606.557. Também são incluídos um flange adaptador para manilha 126, uma peça forjada terminal com olhai 128 e uma manilha 125 que possibilita a conexão com a corrente 127. Todos esses itens (salvo o flange para manilha) são disponibilizados pela GE Oil & Gas.

[0118] A cabeça de tubulação 122 pode ser usinada a uma conexão por flange API de 5-1/8” e 10 k, e a unidade de válvula lateral de produção 136 pode ser ligada a uma válvula de fechamento de emergência acionada hidraulicamente de 5 pol. (13 cm) e 10.000 psi (69 MPa) 137B e a uma válvula de paralisação operada por ROV de 10.000 psi (69 MPa) 131. Um painel com porta hot stab para ROV para monitorar a pressão e a temperatura 139 pode ser incluído em certas concretizações, e um painel para ROV para injetar nitrogênio (ou outro fluido) 152 pode ser incluído em certas concretizações para injetar nitrogênio ou outra atmosfera gasosa no espaço anelar do riser. Uma tubulação 158 para injeção de nitrogênio ou outra atmosfera gasosa no espaço anelar pode ser incluída nesta concretização, bem como portas de pressão, temperatura e sangria (através do painel de acesso por ROV 153) entre as válvulas na via de fluxo de produção. Ê possível incluir um disco de ruptura 156 no painel para ROV 152. Portas hot stab para ROV e manómetros podem ser incluídos entre as duas válvulas ESD na URA a fim de circular o fluido funcional através do conduto flexível 12 à estrutura na superfície e a fim de sangrar pressão a partir da linha se necessário (enquanto mantém-se a primeira válvula fechada). Um suporte de montagem umbilical 155 é incluído. Várias portas de saída 130 podem ser incluídas na cabeça de tubulação 122 (vide a Figura 6A), bem como várias portas de intervenção 135.

[0119] Conforme ilustra a Figura 6B, uma conexão por flange 133 pode ligar um conector submarino de alta pressão 184 a um restritor de curvatura 134. Também são incluídos um cilindro inicial 138 e um adaptador para o restritor de curvatura 157. Um olhai de içamento 129A pode ser incluído para içar a unidade de válvula lateral de produção 136, mas não quando o conduto submarino flexível 12 estiver conectado.

[0120] A Figura 6D ilustra uma vista em elevação lateral da URA 6, e a Figura 6E ilustra uma vista em corte transversal através de A-A na Figura 6D. Conforme ilustra a Figura 6E, um suspensor ajustável 159 da URA é incluído nesta concretização. Também é indicada a via de fluxo do fluido de contenção, a qual primeiramente sobe o orifício passante 64, atravessa lateralmente a passagem 137D no cotovelo em bloco 137A e na conexão 132, desce uma passagem 137C na válvula 137B, atravessa uma passagem 131A na válvula 131 e, por fim, deixa a URA atravessando a via de fluxo 184B no conector submarino 184A, o qual se conecta ao conduto flexível 12 pelo flange 184C, e a via de fluxo 12A no conduto flexível 12 até chegar à embarcação de contenção 32 na superfície marinha nesta concretização.

[0121] A Figura 6F é uma vista em planta da URA 6 que ilustra em mais detalhes alguns dos elementos mencionados previamente. Outros detalhes desta concretização da URA são ilustrados nas Figuras de 6H a 6K. Ilustra-se uma porta para injeção de nitrogênio 158A, bem como uma parte inferior 122A da cabeça de tubulação 122, a qual inclui uma porta de teste de vedação 718. Também é ilustrado um anel de vedação 720 entre a cabeça de tubulação 122 e a cabeça de revestimento 124; uma vedação de metal com metal 722; um perfil de ferramenta de torque 724, uma conexão transversal 726 e um anel de carga para sustentação do suspensor 728, bem como um elemento de isolamento hidráulico 730. A Figura 6J ilustra ainda uma peça forjada 734 da URA com portas 732 nela adequadas para conectar medidores de pressão e temperatura. Por fim, ilustra-se um anel de vedação 736 entre o cilindro adaptador de perfuração 120 e a cabeça de tubulação 122. As Figuras 6H e 61 ilustram que a unidade de cabeça de revestimento e junta em haste 124 compreende uma parte inferior 124A da cabeça de revestimento e uma junta em haste 124B soldada em 124C à parte inferior 124A da cabeça de revestimento.

[0122] A Figura 6G é uma vista esquemática em perspectiva da URA 6, a qual ilustra a localização do material de isolamento, INS, em torno das válvulas 137B e 131, bem como em torno das tubulações relacionadas.

[0123] As Figuras 7A e 7B são vistas esquemáticas em perspectiva de outra concretização da unidade de riser superior (URA) de acordo com a presente invenção, as Figuras 7C e 7D são vistas em corte transversal da concretização nas Figuras 7A e 7B, e a Figura 7E é uma vista em corte transversal detalhada de parte desta concretização. Esta concretização da URA é diferente da ilustrada nas Figuras de 6A a 6K principalmente porque permite a circulação de um fluido funcional, tal como água aquecida, através do espaço anelar. A concretização da URA ilustrada esquematicamente nas Figuras de 7A a 7E substitui duas das grandes válvulas laterais e passagens de grande diâmetro da concretização ilustrada esquematicamente nas Figuras de 6A a 6K pela funcionalidade de conexão com ROV para injetar um fluido funcional, tal como nitrogênio. Na concretização ilustrada nas Figuras de 7A a 7E, outro conduto flexível (não ilustrado para fins de clareza) pode se conectar à URA por meio de um conector submarino 818 e estender-se a uma embarcação na superfície se a circulação contínua ou semicontínua no espaço anelar ou através dele for desejada.

[0124] Um cilindro de saída 804 conecta-se fluidamente a um cilindro de suspensão 803. Nesta concretização, o cilindro de suspensão, por sua vez, conecta-se a uma junta de tensão afunilada 802, a qual não faz parte da URA em si, mas é ilustrada para fins de plenitude e para demonstrar como a URA se conecta a um sistema de riser. Uma manilha 806 e corrente 807 permitem que a URA se conecte mecanicamente a um dispositivo de flutuação próximo à superfície (não ilustrado). Conforme melhor ilustra a Figura 7D, o cotovelo em bloco 808 inclui um orifício interno 808A que faz interseção com um orifício 804A no cilindro de saída 804 e é substancialmente perpendicular a ele. Esta concretização também inclui um cotovelo em bloco 809 e orifício interno 809A substancialmente perpendicular ao orifício 804A, mas que não faz interseção com ele.

[0125] Um conduto curvo 810 proporciona, nas concretizações, uma via de fluxo para hidrocarbonetos junto com o orifício no cotovelo 808A, a primeira válvula de fechamento de emergência (ESD) 811 e a segunda válvula ESD 812. Uma saída 813 no conector 813A pode conectar-se a um conduto submarino flexível 12 para operações de produção ou contenção. O conector 813A pode ser um conector conhecido pelo nome comercial de OPTIMA ou outro conector adequado para uso submarino. Realiza-se uma conexão com ROV 814 para a operação do conector 813A. Uma válvula de sangria 815 também pode ser incluída, a qual atua para permitir a paralisação na URA, sangrar conteúdos a partir do conduto curvo 810 e recuperar o conduto submarino flexível, por exemplo, no caso de um furacão ou evento planejado ou não planejado.

[0126] As válvulas 816 e 817 são incluídas para a circulação e/ou produção e/ou injeção de fluido funcional através do conector 818. As válvulas 816 e 817 podem ser operáveis por ROV. Um fluido funcional também pode ser injetado no espaço anelar por meio de outra válvula operável por ROV 819 e conector 820, que pode ser um conector em flange.

[0127] A Figura 7E é uma vista em corte transversal detalhada da área onde o cilindro de saída 804 e o cilindro de suspensão 803 se conectam. Duas estruturas de anel de vedação e retentor de fios 822 estabelecem duas vedações entre o fluido que atravessa o orifício 825A na tubulação 825 e a câmara 827 que retém calços 824. Uma passagem 826, que permite acesso às estruturas 822, também pode ser incluída.

[0128] A Figura 8A ilustra esquematicamente em elevação lateral outra concretização de uma unidade de riser superior de acordo com a presente invenção. A URA 6 inclui, em algumas concretizações, um cilindro de saída com orifício de produção 910 conectado fluidamente a um conduto 911 e a uma tubulação de produção 913. A tubulação de produção 913 conecta-se fluidamente a um restritor de curvatura 134 por meio de um flange API submarino 905, um conector submarino de alta pressão 184, outra conexão por flange API submarino 133 e, como opção, um conector submarino (tal como o disponibilizado pela Vector Subsea, Inc. com o nome comercial de OPTIMA). O restritor de curvatura 134 pode conectar-se a um conduto submarino flexível 12, o qual se estende em catenária de maneira conhecida a uma estrutura na superfície. Nesta concretização, inclui-se uma válvula ESD 915 na seção de tubulação 911, a qual pode ser operável por ROV. Nesta concretização, inclui-se um suporte angular 916, o qual, além de sustentar a tubulação 913 a um ângulo o, também sustenta um anteparo contra flexões 942, o qual serve de barreira mecânica entre as unidades laterais. O ângulo o pode variar de 0o a cerca de 180°, de cerca de 30° a cerca de 90° ou de cerca de 30° a cerca de 45°. A tubulação 911 conecta-se fluidamente a um adaptador 926, que, por sua vez, conecta-se fluidamente a um cilindro de suspensão 912 por meio de um flange API 917, a uma cabeça de revestimento 124 por meio de outro flange API 918, a uma junta em haste 124B soldada a uma cabeça de revestimento 124 e a um riser 2 atarraxado na junta em haste 124B. O cilindro de saída 910 pode incluir um flange com manilha 127 que permita a conexão com uma corrente 125 e um dispositivo de flutuação próximo à superfície (não ilustrado).

[0129] Outro traço desta concretização, ilustrado na Figura 8A, é a inclusão de um conector 906 no cilindro de suspensão 912 para se ligar a um cano curvo 907, um flange API 908, um tubo 909, uma conexão submarina de alta pressão 940, outro flange API submarino 941 e um restritor de curvatura 923 conectado a um conduto submarino flexível 919 para alimentar água aquecida (ou outro fluxo de garantia de fluxo) ao cilindro de suspensão 912 a partir de uma estrutura na superfície. A água aquecida (ou outro fluido de garantia de fluxo) pode então descer pelo espaço anelar rumo à LRA e deixar o espaço anelar através de uma ou mais subválvulas de acesso ao espaço anelar, tais como as indicadas por 142 e 144 na Figura 8C.

[0130] A Figura 8B ilustra, em corte transversal indicado por 8B-8B na Figura 8A, detalhes desta concretização da URA. Ilustra-se um riser interno 60 dentro do adaptador 926, do cilindro de suspensão 912 e da cabeça de revestimento 124, formando assim um espaço anelar 76 entre a superfície interna 912A do cilindro de suspensão 912 e o riser interno 60. Nesta concretização, um par de anéis de vedação em O 925 veda o riser interno 60 ao adaptador 926. Um ou mais calços 924 são dispostos entre uma superfície inclinada interna 943 no cilindro de suspensão 912 e o riser interno 60, fixando assim com firmeza o riser interno 60 no cilindro de suspensão 912.

[0131] A Figura 8C é uma vista em elevação lateral de outra unidade LRA de acordo com a presente invenção. Esta concretização da LRA inclui um cilindro de admissão forjado em aço de alta resistência 920, um conector 921 e um cano curvo 944, um flange API submarino 945, um cilindro de tubulação 946, um conector submarino de alta pressão 180, outro flange API submarino 111, um restritor de curvatura 112 e um conduto submarino flexível 14 que se conecta a uma fonte submarina de hidrocarbonetos (não ilustrada). Outro conector 947 no cilindro de admissão 920 permite a conexão com uma fonte de fluido funcional.

[0132] A Figura 8D representa, em corte transversal indicado por 8D-8D na Figura 8C, detalhes desta concretização da LRA, ilustrando um conector tieback interno 92 disposto na superfície interna do cilindro de admissão 920. Um mecanismo de engate 930 permite que o conector tieback interno 92 conecte-se de maneira remível ao cilindro de admissão 920, ao passo que um anel de vedação em O 928 estabelece uma vedação estanque a fluidos entre o orifício do conector tieback 92 e o espaço anelar 76. A junta flexível 2FJB conecta-se ao cilindro de admissão de maneira conhecida, por exemplo, por meio de anéis fendidos, pinças ou travas dentadas, conforme descrito neste documento com referência a outras concretizações.

[0133] Cálculos de garantia de fluxo podem indicar se um FSR pode ser projetado com um revestimento isolante térmico de polipropileno com 5 camadas e 3 pol. (7,6 cm) de espessura aplicado ao riser externo, ao passo que o espaço anelar entre os risers interno e externo seria preenchido por nitrogênio de baixa pressão. Durante a operação, esse esquema pode manter substancialmente a temperatura dos hidrocarbonetos desde a fonte submarina até a estrutura na superfície.

Materiais, Métodos de Construção e Instalação

[0134] Além de gaxetas, mangueiras, condutos flexíveis e outros componentes que não são considerados parte da presente invenção, os principais componentes das LRAs e URAs descritas neste documento (cilindros de saída, cilindros de admissão, cilindros de suspensão, membros amplamente cilíndricos, seções de riser, cabeças de tubulação, cabeças de revestimento, cilindros de tubulação, conectores submarinos de alta pressão, juntas em haste, juntas de tensão do riser e seus semelhantes) podem ser feitos primariamente de ligas de aço. Embora aços de baixa liga possam ser usados em certas concretizações nas quais a profundidade da água não é superior a alguns mil pés, atividades em águas de maiores profundidades, com poços chegando a 20.000 pés (6.000 metros) e além, podem resultar em temperaturas e pressões operacionais acima do normal. Nessas aplicações de “alta temperatura e alta pressão” (HPHT), a metalurgia de aços de baixa liga e alta resistência como o aço C-l 10 e o aço C-125 pode ser mais adequada.

[0135] A Research Partnership to Secure Energy for America (RPSEA) e a Deepstar iniciaram um programa de pré-qualificação de larga escala e longo prazo para desenvolver bancos de dados de fadiga e derivar fatores de degradação para materiais de alta resistência em aplicações de riser com a contribuição de operadores, empresas de engenharia e fornecedores de materiais de renome. Aços de alta resistência (como X-100, C-l 10, Q-125, C-125, V-140), titânio (como de grau 29 e possivelmente ligas mais novas) e outros possíveis candidatos a material na categoria de alta resistência podem ser testados em aplicações de tubulação e, dependendo dos resultados, ser usados como material em risers, LRAs e URAs conforme descreve este documento. Materiais para forjamento de alta resistência (como F22, 4330M, Inconel 718 e Inconel 725) já foram ou serão testados em breve como componentes em aplicações nos próximos anos e poderão provar-se úteis como um ou mais componentes das unidades LRA e/ou URA e/ou risers descritos. A matriz de teste pode ser projetada para reproduzir vários ambientes de produção e diferentes tipos de configuração de riser como risers simples em catenária (SCRs), risers de árvore-de-natal seca e risers de perfuração e completação. Atualmente, o projeto está programado para ser dividido em 3 fases distintas. A fase 1 analisará a resistência à tração e a fraturas, testes FCGR e S-N (tanto suaves quanto chanfrados) em amostras em tira de tubulações de alta resistência, materiais de forjamento de alta resistência e peças forjadas de liga à base de níquel na atmosfera, na água do mar, na água do mar com proteção catódica (CP) e em ambientes hostis (não inibidos) e de um fluido de completação conhecido como INSULGEL (BJ Services Company, EUA) com contaminação de ambientes hostis (não inibidos) (2008). A fase 2 está programada para ser o Teste de Escala Intermediária (2009) e a fase 3 o Teste de Escala Plena com H2S/CO2/água do mar (2010). Para mais informações, vide Shilling et al., “Development of Fatigue Resistant Heavy Wall riser Connectors for Deepwater HPHT Dry Tree riser Systems”, OMAE (2009) 79518 (direitos autorais 2009 ASME). Vide também RPSEA RFP2007DW1403, “Fatigue Performance of High Strength Riser Materials”, 28 de novembro de 2007. Os versados na técnica, com conhecimento da profundidade, pressão, temperatura e materiais disponíveis em específico, podem projetar um sistema para cada aplicação específica sem experimentação indevida.

[0136] Nos últimos anos, o titular desta invenção participou do desenvolvimento de um abrangente programa de qualificação de risers de árvore-de-natal seca de 15/20 ksi (103/138 Mpa) com ênfase em demonstrar a conveniência do uso de materiais de aço de alta resistência e conexões roscadas e acopladas (T&C) especialmente projetadas usinadas diretamente nas juntas do riser no engenho. Vide Shilling et al., “Development of Fatigue Resistant Heavy Wall riser Connectors for Deepwater HPHT Dry Tree riser Systems”, OMAE2009-79518. Essas conexões podem eliminar a necessidade de soldar e facilitar o uso de materiais de alta resistência como metalurgias C-110 e C-125 com qualificação da NACE. (Conforme utilizado neste documento, “NACE” refere- se à organização de prevenção à corrosão, antigamente conhecida como National Association of Corrosion Engineers, agora atuando com o nome NACE International, Houston, Texas.)

[0137] O uso de aço de alta resistência e de outros materiais de alta resistência pode limitar a espessura de parede necessária, permitindo projetar sistemas de riser que resistam a pressões muito maiores do que podem ser suportadas por materiais X-80 e instalá-los em profundidades de água muito maiores em razão do menor peso e, portanto, das menores condições de tensão. As conexões T&C podem diminuir a necessidade de forjamentos de terceiros e processos de soldagem onerosos, melhorando consideravelmente o tempo de entrega e o custo total do sistema. Usando esses materiais e conectores para projetar um sistema de contenção FSR de 16 ksi (103/138 MPa) de segunda geração totalmente qualificado, o riser externo pode ter seu tamanho verdadeiramente reduzido de 13,813 pol. (35.085 cm) de diâmetro externo para 10,75 pol. (27,305 cm) de diâmetro externo x 0,75 pol. (1,91 cm) de espessura de parede com um riser interno de C-110 com 7 pol. (17,8 cm) de diâmetro externo x 0,453 pol. (1,15 cm) de espessura de parede. Perceber-se-á, contudo, que o uso de forjamento e soldagem de terceiros não está fora de questão para as URAs, LRAs e risers descritos neste documento e pode, na verdade, ser preferíveis em certas situações. Os versados na técnica, com conhecimento da profundidade, pressão, temperatura e materiais disponíveis em específico, podem projetar um sistema para cada aplicação específica sem experimentação indevida.

[0138] As conexões de unidades descritas neste documento com risers e as conexões dentro das unidades, como conexões do cilindro adaptador de perfuração com a cabeça de tubulação, conexões de membros substancialmente cilíndricos com risers e seus semelhantes, podem incluir rosqueamento, como descrito no artigo supramencionado de Shilling et al., bem como descrito nos documentos de patente a seguir: W02005/093309, W02005/059422 e Patentes dos Estados Unidos 6.752.436 e 6.729.658. Outras informações podem ser encontradas nas publicações a seguir: Sches et al., “Fatigue Resistant Threaded and Coupled Connectors: the New Standard for Deep Water riser Applications”, OMAE 2007-29263; Sches et al., “Fatigue Resistant Threaded and Coupled Connectors for Deepwater riser Systems: Design and Performance Evaluation by Analysis and Full Scale Tests”, OMAE 2008-57603; e Shilling et al., “Developments in Riser Technology for the Next Generation Ultra-Deep HPHT Wells”, DOT Conference, 2008 Proceedings.

[0139] Os materiais para a construção de gaxetas, condutos flexíveis e mangueiras usados com as unidades e métodos descritos neste documento dependerão da profundidade, temperatura e pressão da água em específico a que as unidades serão submetidas. Embora seja possível usar gaxetas elastoméricas em certas situações, as gaxetas metálicas vêm sendo cada vez mais usadas em aplicações submarinas. Para análise da técnica por volta de 1992, vide Milberger et al., “Evolution of Metal Seal Principies and Their Application in Subsea Drilling and Production”, OTC-6994, Offshore Technology Conference, Houston, Texas, 1992. Vide também o padrão 601 do API: “ Standard for Metallic Gaskets for Raised-face Pipe Flanges & Flanged Connections and API Spec 6A - Specification for Wellhead and Christmas Tree Equipment”.

[0140] As gaxetas em si não fazem parte das unidades e métodos da presente invenção, mas, como certas concretizações de LRA e URA podem empregar gaxetas (como a gaxeta 716 na cabeça de poço mencionada com referência à concretização da LRA na Figura 3J), fazemos menção às Patentes dos Estados Unidos a seguir, as quais descrevem gaxetas que podem ser adequadas para uso em concretizações específicas: Patentes dos Estados Unidos 3.637.223, 3.918.485, 4.597.448, 4.294.477 e 7.467.663. Em certas concretizações, o material de gaxeta conhecido como gaxeta DX, qualificado para 20 ksi, pode ser empregado.

[0141] Outra gaxeta que pode ser usada no fundo do mar é a conhecida pelo nome comercial de Pikotek VCS, disponibilizada pela Pikotek, Inc., Wheat Ridge, Colorado (EUA). Acredita-se que esse tipo de gaxeta seja descrito na Patente dos Estados Unidos 4.776.600, incorporada por referência a este documento.

[0142] Em certas concretizações, a URA pode ter um disco de ruptura recuperável, permitindo a conexão da URA com a atmosfera. Em certas concretizações, esse disco de ruptura pode ser um disco de ruptura recuperável. Os discos de ruptura podem permitir, entre outras coisas, ventilar o espaço anelar acima da LRA e, em certas concretizações, permitir o bombeamento de um fluido funcional, tal como nitrogênio, ao espaço anelar próximo ao topo do FSR. Os discos de ruptura podem permitir medir a pressão e/ou a temperatura do fluxo de escoamento (dentro do riser interno) ou no espaço anelar entre os risers interno e externo. Além dos discos de ruptura, conectores hot stab para fluxo intenso podem ser empregados em vários tipos de equipamento, por exemplo, nos sistemas de desconexão de emergência.

[0143] Condutos submarinos flexíveis, por vezes chamados neste documento simplesmente de “condutos flexíveis” ou “cabos flexíveis”, são familiares aos versados na técnica da perfuração e produção submarina de hidrocarbonetos. Por exemplo, a Patente dos Estados Unidos no 6.039.083 revela que condutos flexíveis são empregados com frequência para transportar líquidos e gases entre tubulações submersas e instalações de produção de petróleo e gás, bem como outras instalações ao largo. Esses condutos são submetidos a pressões internas e externas elevadas, bem como a ações químicas associadas à água do mar que circunda os condutos submersos e aos fluidos transportados dentro deles. A Patente dos Estados Unidos no 6.263.982 revela condutos submarinos flexíveis que compreendem dutos de aço flexíveis como os fabricados pela Coflexip International of France com o nome comercial de “COFLEXIP”, como o duto flexível com 5 pol. (12,7 cm) de diâmetro interno, ou segmentos mais curtos de dutos rígidos conectados por juntas flexíveis e outros condutos flexíveis conhecidos pelos versados na técnica. Outras Patentes de interesse, em nome da Coflexip e/ou Coflexip International, incluem as Patentes dos Estados Unidos 6.282.933, 6.067.829, 6.401.760, 6.016.847, 6.053.213 e 5.514.312. Outros condutos flexíveis possivelmente úteis são descritos na Patente dos Estados Unidos no 7.770.603, em nome da Technip, Paris, França. A Patente dos Estados Unidos no 7.445.030, também em nome da Technip, descreve um duto tubular flexível que compreende sucessivas camadas independentes com bobinas de tiras ou seções diferentes e ao menos um forro polimérico. Ao menos um dos cilindros inclui uma ou mais tiras de politetrafluoretileno (PTFE). Essa lista não se destina a incluir todos os condutos flexíveis que podem ser usados nos sistemas e métodos da presente invenção.

[0144] As mangueiras, também chamadas neste documento de cabos flexíveis em certas concretizações, adequadas para uso com os sistemas e métodos da presente invenção podem ser selecionadas dentre diversos materiais ou combinações de materiais adequados para uso no fundo do mar; em outras palavras, com resistência a temperaturas elevadas, alta resistência química e baixas taxas de permeação. Alguns fluoropolímeros e náilons são particularmente adequados para essa aplicação, salvo no caso de condutos extremamente longos (com vários quilômetros ou mais), nos quais a permeação pode ser problemática. Pode-se encontrar uma boa pesquisa sobre mangueiras e materiais na Patente dos Estados Unidos no 6.901.968, atualmente em nome da Oceaneering International Services, Londres, Grã-Bretanha, a qual descreve as chamadas “mangueiras com alta resistência ao colapso” do tipo usado em aplicações no fundo do mar, as quais, em uso, resistem ao colapso em razão de pressões elevadíssimas exercidas sobre elas.

[0145] Em certas concretizações, pode ser necessário ou desejável unir uma mangueira a outra ou substituir uma mangueira danificada. Nesses casos, é possível usar os dispositivos para a união de mangueiras operáveis por ROV descritos no pedidos de no de série 61.479.486 e 61.479.489, ambos depositados no dia 27 de abril de 2011 em nome do titular desta invenção. O pedido 61.479.486 descreve dispositivos para a união de mangueiras hidráulicos operáveis por ROV, ao passo que o pedido 61.479.489 descreve dispositivos para a união de mangueiras não- hidráulicos (mecânicos) operáveis por ROV. Cada dispositivo inclui um conector com orifício passante ao mesmo tempo em que permite o serviço de pressão total que pode ser preferido em aplicações que exigem taxas de fluxo elevadas e pressão elevada. Um movimento de penetração simples, o qual faz uso de um funil-guia, minimiza a habilidade necessária por parte do piloto do ROV. Os dispositivos hidráulicos incluem ao menos duas câmaras e ao menos uma trava mecânica de auto-engate por câmara, em que, após uma mangueira penetrar em uma câmara, o piloto do ROV alimenta energia ao dispositivo, a conexão é estabelecida sem a necessidade de mover os manipuladores do ROV, e a pressão hidráulica pode ser liberada das câmaras. Um conector hot stab para ROV pode ser utilizado em certas concretizações para conectar o dispositivo a uma unidade de alimentação hidráulica do ROV a fim de alimentar energia e operar o dispositivo.

[0146] As unidades descritas neste documento podem ser usadas com um duto simples (riser deslocado em linha simples - SLOR) ou com uma concepção de duto em duto (riser deslocado concêntrico - COR) que proporciona isolamento adicional e permite a subida de gás de base ou o aquecimento ativo através do espaço anelar. Esses risers podem ser de estrutura soldada ou roscada e podem ser tensionados por um reservatório de ar superior localizado de 50 a 150 m abaixo da superfície dependendo das condições do ambiente, por tensionadores hidropneumáticos ou ambos. Cada riser autossuficiente pode conectar-se à estrutura na superfície (por exemplo, uma embarcação na superfície ou uma plataforma de produção) por meio de um cabo flexível para águas rasas.

[0147] Em certas concretizações, mantém-se a tensão do riser usando um sistema de reservatório de ar distinto conectado por correntes acima da coluna de riser. Os reservatórios de ar proporcionam o puxamento de flutuação necessário para a estabilidade global e controle de desempenho dos movimentos, além de garantir que a tensão eficaz de 100 kip (45.000 kg) seja exercida à base do riser em todas as condições de carga, incluindo falha de uma ou mais câmaras dos reservatórios de ar. Em uma concretização, uma LRA fabricada amplamente de acordo com as Figuras 3 e 4 pesa cerca de 30 kip (13.600 kg) na atmosfera e 26 kpis (11.800 kg) quando submersa. Ela pode ligar-se à estaca de sucção por 90 pés (27 metros) de uma corrente sem prisioneiro R-4 de 117 mm com resistência à ruptura de 2.915 kip (1.300.000 kg) e uma manilha Crosby G-2140 de 250 toneladas (230.000 kg) com resistência à ruptura de 2.750 kip (1.230.000 kg). Nesta concretização, a LRA compreende uma cabeça de poço submarina H-4 de 15 ksi (103 MPa) da GE Oil & Gas (Vetco), especialmente usinada a entradas de 2 x 7-1/6 pol. (5,08 x 18,2 cm) e 10.000 psi (69 MPa) para acomodar ou várias conexões de cabo ou, como ilustra a Figura 3, um cabo de produção e uma interface com ROV para a injeção de metanol.

[0148] O conceito de contenção ou produção com FSR usando as unidades reveladas neste documento é adaptável a uma ampla gama de profundidades da água e pressões e condições de poço. Cálculos de garantia de fluxo indicam que os FSRs, a LRA e a URA usados são capazes de manejar mais de 40.000 barris por dia (6.400 m3/dia), cada um com uma via de fluxo com 6 pol. (15 cm) de diâmetro interno. Hardwares de riser de árvore-de-natal seca existentes prontamente disponíveis podem ser usados para construir os FSRs. As juntas do riser externo podem ser de material X- 80 com 13.813 pol. (35.085 cm) de diâmetro externo x 0,563 pol. (1,43 cm) de espessura parede e qualificados para 6.500 psi (45 MPa). O material X-80 pode ser usado para soldagem a conectores especiais do riser com vedações externas e internas de metal com metal e desempenho contra fadiga para a vida de serviço prevista.

[0149] Sistemas de riser que empregam as unidades URA e/ou LRA da presente invenção podem ser instalados, em certas concretizações por uma MODU, e, então, acomodar a instalação de cabos flexíveis superiores após a instalação do riser. O conduto flexível superior pode ser conectado à URA durante a instalação pela MODU de perfuração e, como opção, ser fixado em intervalos que pendem verticalmente ao longo do riser. O conduto submarino flexível inferior pode ser conectado vários dias depois à LRA por embarcações de instalação submarina após conectar e fracionar o FSR à estaca de sucção.

[0150] A estrutura na superfície pode ser munida de um sistema de desconexão rápida (QDC) para o conduto flexível superior. Concretizações de um elemento de manilha de conexão/ desconexão rápida são descritas no pedido provisório dos Estados Unidos em nome do titular de no de série 61.480.368, depositado no dia 28 de abril de 2011. Uma boia desconectável pode ser usada para sustentar a extremidade na estrutura de superfície do conduto flexível superior no caso de uma desconexão de emergência. A boia pode ser conectada para prover tanto flutuação e arrasto quanto para garantir que o conduto flexível superior não se danifique por causa de uma descida rápida demais (isto é, por compressão excessiva maior que o raio de curvatura mínimo) após liberado para queda livre. Na ocorrência de um furacão ou de uma desconexão planejada, o conduto flexível superior de 6 pol. (15 cm) desconecta-se da estrutura na superfície de maneira controlada e é descido por uma embarcação de suporte para pairar ao longo do lado do FSR, onde é fixado no lugar por um ROV.

[0151] Em certas concretizações de riser concêntrico nas quais uma ou mais das LRAs e/ou URAs descritas neste documento podem ser usadas, a URA pode permitir o controle de fluxo tanto do riser interno quanto do espaço anelar entre os risers interno e externo. A via de fluxo no riser interno pode ter provisões para sensores de pressão e temperatura; uma válvula ESD acionada hidraulicamente que se fecha em caso de falha controlada a partir da estrutura na superfície; uma porta de sangria de pressão hot stab para ROV; e/ou uma válvula de passagem manual operada por ROV. O espaço anelar pode incorporar provisões para a injeção de nitrogênio por conexão hot stab com ROV e um sensor de temperatura e pressão. Uma válvula de segurança de pressão (PSV) ajustada em 4.500 psi (31 MPa) no espaço anelar do riser pode impedir falhas em razão do excesso de pressão do riser externo no caso de vazamento de hidrocarbonetos a partir do riser interno.

[0152] Em certas concretizações, a LRA proporciona acesso hot stab por ROV tanto ao espaço anelar do riser quanto à via de fluxo de produção para monitoramento da injeção, ventilação, pressão e temperatura. Duas válvulas de 3 pol. (7,5 cm) operadas por ROV na subunidade de acesso ao espaço anelar proporcionam um maior orifício de acesso ao espaço anelar para operações de eliminação e ventilação de nitrogênio ou outras operações funcionais. Em certas concretizações, a via de fluxo da LRA é formada por dois cilindros, cada um munido de uma válvula operada por ROV de 5 pol. (13 cm) e 10 ksi (69 MPa) e de unidades em pinça operadas por ROV (como as fornecidas pela Vector Subsea) para a conexão submarina de cabos de produção flexíveis.

[0153] Em certas concretizações, as unidades LRA e URA descritas neste documento podem ser usadas como componentes de um sistema de produção ou de contenção e eliminação. Neste caso, um sistema de inibição de hidratos (HIS) pode ser integrado aos sistemas e métodos. Linhas para a alimentação de produtos químicos de inibição de hidratos a partir da embarcação na superfície podem alimentar produtos químicos à tampa de um BOP de gavetas submarino, a um BOP e a condutos submarinos flexíveis por meio de um manifold submarino. Ao circular o produto químico, ele pode retornar à embarcação através de uma linha de retorno. O produto químico pode ser alimentado a linhas de obstrução ou tapamento do BOP submarino por meio de um manifold de obstrução / tapamento.

[0154] Pela leitura da descrição detalhada acima de concretizações específicas, transparece a descrição das unidades e métodos patenteados. Embora tenhamos descrito concretizações específicas da invenção em alguns detalhes neste documento, o fizemos somente a fim de descrever várias características e aspectos das unidades e métodos sem a intenção de limitar o âmbito destes. Contempla-se que várias substituições, alterações e/ou modificações, inclusive, entre outras, variações de implementação que possam ter sido sugeridas neste documento, sejam realizadas às concretizações descritas sem divergir do âmbito das Reivindicações apensas.

Claims

1 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, compreendendo: um membro externo cilíndrico (6) com um orifício longitudinal (61B), uma extremidade inferior (6LE), uma extremidade superior (6UE) e uma superfície externa cilíndrica em que a extremidade superior do membro externo (6) compreende um conector (127) configurado para conectar o membro externo (6) a um dispositivo de flutuação submarino, e em que a extremidade inferior (6LE) do membro externo (6) é acoplada a uma extremidade superior de um riser externo (70); um membro interno cilíndrico disposto dentro do membro externo (6), em que o membro interno tem um orifício de produção longitudinal, uma extremidade inferior, uma extremidade superior e uma superfície externa cilíndrica, em que a extremidade inferior do membro interno é acoplada a uma extremidade superior de um riser interno (60), em que o riser interno (60) está disposto concentricamente dentro do riser externo (70); um espaço anular (76) disposto entre o riser interno (60) e o riser externo (70); e uma porta de saída que se estende do orifício de produção do membro interno para a superfície externa cilíndrica do membro externo (6), em que a porta de saída é acoplada fluidamente a um conjunto de produção de válvula de asa (136) e é configurada para fluir hidrocarbonetos a partir do riser interno (60) para a estrutura da superfície com um conduto flexível submarino (12); caracterizado por que: uma pluralidade de orifícios de entrada se estendem da superfície cilíndrica externa do membro externo (6) até o orifício do membro externo (6), em que cada um da pluralidade de orifícios de entrada é configurado para circular um fluido funcional através do espaço anular (76 ) entre o riser interno (60) e o riser externo (70).

2 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro externo (6) compreende um cilindro adaptador de perfuração (120), uma cabeça de tubulação (122) acoplada ao cilindro adaptador de perfuração (120) e uma cabeça de revestimento acoplada a cabeças de tubulação, em que a porta de saída (130) se estendem através da cabeça de tubulação (122), e em que a pluralidade de portas de entrada se estendem através da cabeça de revestimento.

3 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a cabeça de revestimento inclui uma junta em haste (124) conecta-se à extremidade superior do riser externo (70).

4 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 3, compreendendo ainda um suspensor de tubulação ajustável (159) disposto dentro da cabeça de tubulação (122), caracterizado por que o suspensor de tubulação ajustável (159) possui uma extremidade inferior conectada a uma extremidade superior do riser interno (60).

5 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a unidade de válvula lateral de produção (136) compreende válvulas de controle de fluxo primeira e segunda (131, 137B) configuradas para controlar o fluxo de hidrocarbonetos através do conduto flexível submarino (12).

6 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de válvula lateral de produção (136) compreende uma ou mais portas hot stab para ROV (139, 152) configuradas para um fluxo de um fluido de garantia no riser interno (60) e no espaço anelar (76) entre o riser interno (60) e um riser externo (70), em que o fluxo de fluido de garantia é selecionado dentre o grupo composto por nitrogênio ou outra fase gasosa, água do mar ou outra água aquecida e produtos químicos orgânicos.

7 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro exterior (6) compreende um cilindro de saída (804), um flange manilha (127) conectado ao cilindro de saída (804) e um cilindro de suspensão (803) conectado ao cilindro de saída (804), em que o cilindro de saída (804) e o cilindro de suspensão (803) definem o orifício longitudinal do membro externo (6).

8 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o cilindro de saída (804) compreende um orifício (808A) orientado perpendicular ao orifício longitudinal (804A), em que o orifício (808A) do cilindro de saída (804) define a porta de saída (130).

9 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a unidade de válvula lateral de produção (136) compreende um conduto curvo (810) e duas válvulas de fechamento de emergência (ESD) (811, 812) dispostas ao longo do conduto curvo (810), em que uma primeira das ESDs é configurada para ser hidraulicamente acionada e uma segunda das ESDs é configurada para ser eletronicamente acionada.

10 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o cilindro de suspensão (803) compreende um orifício (809A) orientado perpendicular ao orifício longitudinal (804A), em que o orifício (809A) do cilindro de suspensão (803) está em comunicação fluida com o espaço anelar (76), e em que uma unidade de válvula de acesso ao espaço anelar (816, 817) está configurada para controlar o fluxo de fluidos através do orifício (809A) do cilindro de suspensão (803).

11 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a unidade de válvula de acesso ao espaço anelar (816, 817) compreende uma ou mais válvulas operáveis por ROV (819).

12 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a unidade de válvula de acesso ao espaço anelar (816, 817) se conecta fluidamente a uma fonte de fluido de garantia de fluxo.

13 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por que o membro externo (6) compreende um cilindro de saída com orifício de produção (910) e um conduto vertical (011) acoplado ao cilindro de saída com orifício de produção (910); em que a porta de saída está em comunicação fluida com uma tubulação de produção, a qual acoplada a um restritor de curvatura (134) por meio de um flange API submarino (90S), um conector submarino de alta pressão (184), e outra conexão por flange API submarino (133), em que o restritor de curvatura (134) está acoplado ao conduto submarino flexível (12); e em que o conduto vertical (911) se conecta fluidamente em série a um adaptador (926), o qual, por sua vez, se conecta fluidamente a um cilindro de suspensão (912), a um flange API (917), a uma cabeça de revestimento (124) por meio de outro flange API (918), a uma junta em haste (124B) soldada à cabeça de revestimento (124) e ao riser externo (70) por meio de uma conexão roscada com ajunta em haste (124B), em que o cilindro de saída (910) inclui um flange com manilha (127) configurado para se conectar com o dispositivo de flutuação submarino.

14 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizada por compreender ainda uma válvula ESD operável por ROV (915) conectada fluidamente a uma seção do conduto (911).

15 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 14, caracterizada por compreender ainda um suporte angular (916) que sustenta a tubulação de produção (913) em um ângulo o do conduto (911) e que também sustenta um anteparo contra flexões (942) que proporciona uma barreira mecânica entre a tubulação de produção (913) e o conduto (911), onde o ângulo o varia de 0 a 180°.

16 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 15, caracterizada por compreender ainda um conector no cilindro de suspensão (912) para se conectar a uma tubulação curva (907) para alimentação de água aquecida ao cilindro de suspensão (912) a partir de uma embarcação na superfície.

17 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a tubulação curva (907) compreende, na ordem começando pelo cilindro de suspensão (912), um flange API (908), uma seção de tubulação (909), um conector submarino de alta pressão (940), um conector API (940) e flange API (941) submarinos e um restritor de curvatura (923).

18 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o riser interno (60) é disposto dentro do adaptador (926), do cilindro de suspensão (912) e da cabeça de revestimento (124), em que um espaço anelar (76) o cilindro de suspensão (912) e o riser interno (60) está em comunicação fluida com o espaço anular (76) entre o riser interno (60) e o riser externo (70).

19 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por compreender ainda componentes configurados para circular um fluido funcional através do espaço anelar (76).

20 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 19, caracterizada por que o membro exterior compreende um cilindro de saída (804) acoplado a um cilindro de suspensão (803), em que o cilindro de suspensão (803) está acoplado a uma junta de tensão inclinada (802) do riser autossuficiente (2).

21 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 20, caracterizada por compreender ainda um primeiro cotovelo em bloco (808) compreendendo um orifício interno (804) que faz interseção com e é orientado perpendicular ao orifício longitudinal (804A), um segundo cotovelo em bloco (809) com um orifício interno (809A) orientado perpendicular ao orifício longitudinal (804A), mas que não faz interseção com ele, e um conduto curvo (810) conectado fluidamente ao primeiro cotovelo em bloco (808), estabelecendo assim uma via de fluxo para hidrocarbonetos junto com o orifício interno (809A) do primeiro cotovelo em bloco (808).

22 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 21, compreendendo ainda uma primeira válvula de fechamento de emergência (811) e uma segunda válvula de fechamento de emergência (812) no conduto curvo (810), caracterizada por que o conduto curvo (810) está em comunicação fluida com o conduto submarino flexível (12).

23 - Unidade de Riser Superior Para Conectar Riser Submarino, (2), a Dispositivo de Flutuação Submarino e a Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que os componentes que permitem a circulação de um fluido funcional através do espaço anelar (76) compreendem um conector submarino (818), um conduto e uma ou mais válvulas (816, 817) no conduto, o qual se conecta fluidamente ao cilindro de suspensão (803).

24 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, sendo o sistema de riser submarino que compreende: um riser autônomo concêntrico (2) compreendendo um riser interno (60) disposto dentro de um riser externo (70) e tendo um espaço anular (76) entre o riser interno (60) e o riser externo (70); o conjunto riser superior, conforme definido na Reivindicação 1, acoplado a uma extremidade superior do riser independente concêntrico (2), caracterizado por que a extremidade inferior (6LE) do membro cilíndrico (6) é acoplada a uma extremidade superior do riser externo (70) ; e um conjunto de riser inferior acoplado a uma extremidade inferior do riser autônomo concêntrico (2); em que a unidade de riser inferior compreende: um membro cilíndrico (CB) da unidade de riser inferior (CB) com um orifício longitudinal, uma extremidade inferior (8LE), uma extremidade superior (8UE) e uma superfície externa cilíndrica, compreendendo o membro cilíndrico (CB) da unidade de riser inferior (CB) um número de portas de admissão (108A/108B) que se estendem da superfície externa ao orifício suficiente para acomodar o fluxo de hidrocarbonetos advindo da fonte de hidrocarbonetos fluidos, bem como o influxo de um fluido funcional, ao menos uma das portas de admissão (108A, 108B) conectada fluidamente a uma unidade de válvula lateral de produção (114A, 114B), tendo a extremidade superior (8UE) do membro cilíndrico (CB) da unidade de riser inferior (CB) um perfil adequado para se acoplar fluidamente à extremidade superior do riser autônomo concêntrico (2), e tendo a extremidade inferior (8LE) do membro cilíndrico (CB) da unidade de riser inferior (CB) um conector adequado para se conectar a um ancoradouro no leito do mar.

25 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o membro cilíndrico (CB) da unidade de riser inferior (CB) da unidade de riser inferior compreende: um alojamento de cabeça de poço submarina (104) cuja extremidade inferior é modificada conectando-se uma junta de transição (105) a ela, compreendendo ajunta de transição o referido número suficiente de portas de admissão (108A, 108B), a extremidade superior do alojamento de cabeça de poço submarina (104) conectada fluidamente a um conector tieback externo (102), o qual conecta fluidamente o alojamento de cabeça de poço submarina (104) a uma junta de tensão do riser (2FJB), tendo o alojamento de cabeça de poço submarina (104) um perfil de vedação interno adaptado para vedar-se a um conector tieback interno (92), o qual conecta fluidamente um riser submarino interno (60) ao perfil de vedação interno, e tendo o conector tieback interno (92) uma vedação nasal (92A) que se veda ao perfil de cabeça de poço submarina, proporcionando a vedação nasal (92A) integridade de pressão entre uma via de fluxo interna (64) no riser interno (60) e um espaço anelar (76) entre o riser interno (60) e um riser externo (70) concêntrico (70).

26 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 25, caracterizada pelo fato de que a unidade de válvula lateral de produção (114A, 114B) da unidade de riser inferior se conecta fluidamente a uma fonte submarina por meio de um conduto submarino flexível (14).

27 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 25, caracterizada pelo fato de que ajunta de tensão do riser (2FJB) se conecta fluidamente ao riser externo (70).

28 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 25, caracterizada por ainda compreender válvulas operadas por ROV (115A, 115B) para controlar o fluxo através da via de fluxo interna (64) no riser interno (60) e no espaço anelar (76).

29 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 25, caracterizada por ainda compreender uma ou mais portas hot stab (150A, 150B) para intervenção e/ou manutenção por ROV.

30 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que: o membro cilíndrico (CB) da unidade de riser inferior compreende uma peça forjada em metal de alta resistência (220) conectada fluidamente a uma junta curta do riser (221) de produção por meio de uma junta intercalar inferior (222) e um conector roscado (242), a peça forjada (220) compreendendo o referido orifício longitudinal, a referida extremidade inferior, a referida extremidade superior, a referida superfície externa cilíndrica e o referido número suficiente de portas de admissão (108A/108B) da unidade de riser inferior, compreendendo a extremidade inferior da peça forjada em metal (220) o conector (223) adequado para conectar-se ao ancoradouro submarino.

31 - Sistema de Riser Submarino Conectando uma Fonte de Fluido Hidrocarboneto Submarino a uma Estrutura na Superfície, de acordo com a Reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o membro cilíndrico (CB) da unidade de riser inferior compreende um cilindro de admissão (920) forjado em aço de alta resistência conectado fluidamente a uma unidade curva (944), a qual se conecta fluidamente a uma fonte submarina por meio de um conduto submarino flexível (14), o cilindro de admissão (920) compreendendo ainda um conector (947) que permite a conexão com uma fonte de fluido funcional.