BR112013026988B1 - sistema de tubo ascendente submarino em catenária e método para estabelecer comunicação entre uma embarcação na superfície e um suporte submarino - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE TUBO ASCENDENTE, E, MÉTODOS PARA ESTABELECER COMUNICAÇÃO ENTRE UMA EMBARCAÇÃO NA SUPERFÍCIE E UM SUPORTE SUBMARINO, PARA MELHORAR ESTABILIDADE DENTRO DE UM CONDUTO. Um sistema de conduto submarino compreende um conduto que se estende entre uma embarcação na superfície e um suporte submarino, e um arranjo de carga conectado entre uma âncora submarina e o conduto em uma região de conexão que é intermediária à embarcação e ao suporte submarino para aplicar uma força sobre o conduto. O conduto é configurado de tal forma que a força aplicada gera uma tração axial no conduto entre a região de conexão e a embarcação, e entre a região de conexão e o suporte submarino.

Description

SISTEMA DE TUBO ASCENDENTE SUBMARINO EM CATENÁRIA E MÉTODO PARA ESTABELECER COMUNICAÇÃO ENTRE UMA EMBARCAÇÃO NA SUPERFÍCIE E UM SUPORTE SUBMARINO CAMPO DA INVENÇAO

[0001] A presente invenção se refere a um sistema de conduto submarino, e em particular, mas não exclusivamente, a um sistema de tubo ascendente compósito submarino.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Diversas configurações para conectar estruturas flutuantes com um sistema de tubulação no leito marino ou cabeça de poço para as finalidades de transferência de fluido entre as mesmas são conhecidas na técnica e são comumente usadas na indústria de petróleo e gás ao largo da costa.

[0003] Uma configuração frequentemente usada é conhecida como a configuração de catenária em suspensão livre, muitas vezes chamada um tubo ascendente em catenária simples ou SCR. Tal configuração de tubo ascendente é ilustrada na Figura 1 e inclui um tubo ascendente 10 livremente suspenso a partir de uma embarcação hospedeira 12, tal como uma embarcação FPSO, e constituindo um formato curvo para baixo até que ela se apoia sobre o leito marítimo 14 em um ponto de toque 16. Depois do ponto de toque 16, o tubo se situa horizontalmente sobre o leito marítimo 14 e se conecta com instalações submarinas, tais como instalações e infraestruturas submarinas de produção de hidrocarboneto (não ilustradas na Figura 1). Nesta configuração, e independentemente do tipo de tubo ascendente 10 usado, as oscilações da embarcação 12 podem induzir altas flutuações de curvatura do tubo na parte inferior do tubo ascendente, especialmente na região do ponto de toque 16. Esta curvatura pode sobretensionar o tubo e adicionalmente pode levar a um significante dano por fadiga na vizinhança do ponto de toque do tubo ascendente.

[0004] Quando um tubo ascendente, nesta configuração de suspensão livre, consiste de um tubo rígido formado de metal tal como aço, o raio de curvatura no ponto de toque é feito relativamente grande para minimizar a possibilidade da tensão exceder o limite elástico do material do tubo metálico. Porém, isto pode resultar na exigência de usar maiores comprimentos de tubo ascendente, que pode aumentar significativamente o peso do tubo ascendente, dando origem a problemas adicionais, tais como exceder os limites de carga do convés da embarcação e similares. Além do mais, esta configuração de catenária de suspensão livre é altamente sensível a acumulação de dano por fadiga particularmente nas soldas usadas para conectar as seções individuais de tubo metálico entre si.

[0005] Um método para otimizar a resposta em tubos ascendentes de metal desta forma de catenária conhecida é aplicar módulos de flutuabilidade ao longo da seção quase horizontal do tubo ascendente para modificar favoravelmente sua resposta na vizinhança do ponto de toque. Quantidades e distribuições variáveis de flutuabilidade podem ser consideradas a partir de pequenas intensidades que apenas proporcionam um pequeno empuxo para cima e uma mudança quase imperceptível de curvatura, para maiores quantidades que podem resultar em grandes seções de tubo sendo verticalmente levantadas para fora do leito marítimo para constituir um formato de tubo ascendente que é muitas vezes referido como uma catenária ondulada. Tal forma de catenária ondulada é ilustrada na Figura 2, em que um tubo ascendente 20 é novamente suspenso a partir de uma embarcação 22 e se estende para o leito marítimo 24. Uma seção do tubo ascendente 20 inclui módulos de flutuabilidade 26, tais como espuma sintática e/ou tanques de pressão, que estabelecem uma configuração de onda 28 ao longo do comprimento do tubo ascendente 20. Esta configuração de onda 28 ajuda em desacoplar intensamente o efeito de movimento da embarcação 22 a partir do tubo ascendente 20 na região de um ponto de toque 30 com o leito marítimo 24, auxiliando assim a minimizar fadiga por tensão nesta região.

[0006] Um tubo flexível feito a partir de camadas alternadas de aço helicoidalmente enrolado e materiais termoplásticos pode ser usado águas profundas na configuração livremente suspensa. Este tubo flexível em camadas é tipicamente conhecido como tubo não ligado na técnica. Este tubo flexível não ligado, quando usado na forma de SCR, pode apresentar vantagens sobre os equivalentes metálicos, por exemplo, em que um menor raio de curvatura no ponto de toque pode ser permissível. Ainda mais, o tubo flexível pode permitir maiores movimentos verticais e horizontais da embarcação hospedeira na superfície da água devido a menores raios de flexão permissíveis comportamento em fadiga melhorado. Porém, o tubo flexível conhecido pode ter os inconvenientes de ser muito pesado, apresentar isolamento térmico inferior, e ter um custo mais alto por unidade de comprimento do que equivalentes em aço.

[0007] Uma configuração adicional de tubo ascendente usa a combinação de módulos de flutuabilidade afixados ao tubo ascendente para formar um arco ou onda em combinação com um amarrador tensionado no leito marítimo que ancora um ponto sobre o tubo ascendente abaixo da onda até um ponto fixo sobre o leito marítimo. Este amarrador é montado a partir de cabos ou correntes de aço e é usado para controlar o formato e as deflexões do tubo ascendente. Esta configuração é comumente referida como uma onda dobrável. Um desenvolvimento da disposição em onda dobrável é proposta em WO 2009/139636.

[0008] Uma configuração de configuração ondulada adicional é descrita na US 2009/0269141 que propõe uma combinação de amarradores e módulos de flutuabilidade em que o amarrador é conectado sob tração entre um ponto de fixação sobre o leito marítimo e um ponto sobre o tubo ascendente que é coincidente com o ponto de aplicação dos módulos de flutuabilidade.

[0009] Os tubos ascendentes SCR e de catenária ondulada acima são primordialmente aplicáveis a tubos ascendentes metálicos de aço e tubos ascendentes de tubo flexível não ligado. Estas construções de tubo são muitas vezes pesadas e resultam em altas trações cargas úteis sobre a embarcação hospedeira. Porém, o benefício destas altas trações é que elas ajudam na estabilidade da estrutura do tubo ascendente a resistir à aplicação de forças de correntes hidrodinâmicas.

[00010] Tubos ascendentes livremente posicionados ou híbridos são também muitas vezes usados na indústria de petróleo e gás para transferir fluidos a partir de embarcações na superfície para e a partir de cabeças de poço e tubulações submarinas. Tubos ascendentes livremente posicionados são tipicamente usados em águas profundas e compreendem uma seção inferior longa, rígida e largamente vertical que é quase estática, e uma seção superior próxima da superfície flexível mais curta configurada em uma configuração de catenária de suspensão livre. A seção superior em catenária, tipicamente chamada uma união flexível, é projetada para acomodar movimentos da embarcação e é tipicamente construída a partir de tubo flexível não ligado. Como assinalado acima, tubo flexível não ligado tem o benefício de que ele pode acomodar pequenos raios de flexão e isto juntamente com seu peso em água relativamente elevado permite que configurações aceitáveis sejam obtidas mesmo quando os movimentos da embarcação e os deslocamentos de atracação são grandes. Porém a desvantagem é que seu peso pode ser excessivo e isto pode aumentar prejudicialmente a carga útil da embarcação e do tubo ascendente. Adicionalmente, os flexíveis não ligados tem ainda limitações no seu diâmetro máximo, temperatura de serviço máxima, aceitabilidade em serviço sob condições ácidas e robustez a longo prazo.

[00011] Geralmente, tubulações submarinas, quer estendendo-se a partir da superfície para o leito marítimo, ou simplesmente estendendo-se apenas submarinamente, pode sofrer de problemas similares aos identificados acima, tais como exigência de minimizar regiões de alta fadiga por tensão, controle de resposta dinâmica a condições ambientais, peso excessivo peso e similares.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[00012] Um aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de conduto submarino ou tubo ascendente compreendendo:
um conduto que se estende entre uma embarcação na superfície e um suporte submarino, em que a embarcação na superfície e o suporte submarinos são submetidos a movimento relativo entre os mesmos, e
um arranjo de carga conectado entre uma âncora submarina e o conduto em uma região de conexão que é intermediária entre a embarcação e o suporte submarino para amarrar o conduto na âncora submarina e para gerar tração axial no conduto entre a região de conexão e a embarcação, e entre a região de conexão e o suporte submarino.

[00013] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a um método para estabelecer comunicação entre uma embarcação na superfície e um suporte submarino, em que a embarcação na superfície e o suporte submarino são submetidos a movimento relativo entre os mesmos, compreendendo:
estender um conduto de tubo ascendente entre a embarcação e o suporte submarino;
conectar um arranjo de carga entre uma âncora submarina e o conduto em uma região de conexão que é intermediária à embarcação e ao suporte submarino para amarrar o conduto na âncora submarina e para gerar tração axial no conduto entre a região de conexão e a embarcação, e entre a região de conexão e o suporte submarino,

[00014] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de conduto submarino compreendendo:
um conduto que se estende entre uma embarcação na uperfície ou próxima da superfície e um suporte submarino; e
uma disposição de carga conectada ao conduto em uma região de conexão que é intermediária à embarcação e o suporte submarino para aplicar uma força sobre o conduto,
em que o conduto é configurado de tal modo que a força aplicada gera tração axial no conduto entre a região de conexão e a embarcação.

[00015] Em uso, comunicação fluida pode ser obtida entre uma localização submarina e a embarcação na superfície ou próxima da superfície via o sistema de conduto. Em tal aplicação o sistema de conduto submarino pode definir um sistema de tubo ascendente ou porção do mesmo. Ainda mais, em tal aplicação o conduto pode ser definido como um conduto de fluido.

[00016] O sistema de conduto submarino pode ser configurado para acomodar comunicação fluida a partir de uma localização submarina para uma embarcação na superfície ou próxima da superfície. Em uma forma de realização particular o sistema de conduto submarino pode ser configurado para acomodar comunicação fluida de produto de hidrocarboneto a partir de um campo de produção submarino para uma embarcação na superfície ou próxima da superfície, tal como uma embarcação FPSO.

[00017] O sistema de conduto pode ser configurado para acomodar comunicação fluida a partir de uma embarcação na superfície ou próxima da superfície para uma localização submarina. Por exemplo, o sistema de conduto pode acomodar comunicação fluida de, por exemplo, fluido hidráulico para acionamento de uma ferramenta, fluidos de injeção para injeção em um furo de poço subterrâneo, fluido de purga e similares.

[00018] O conduto pode definir um único componente estendendo-se entre a embarcação e suporte submarino. Ou seja, o conduto pode se estender como um comprimento contínuo entre a embarcação e o suporte submarino, eliminando assim a exigência para quaisquer conectores e similares.

[00019] Em algumas formas de realização a força aplicada pela disposição de carga pode ser alinhada axialmente em relação ao conduto.

[00020] A força aplicada pela disposição de carga pode ser alinhada lateralmente em relação ao conduto. Por exemplo, a força aplicada sobre o conduto pela disposição de carga pode ser considerada como sendo não paralela ao eixo longitudinal do conduto na região de conexão da disposição de carga. Por exemplo, a força pode ser oblíqua e/ou perpendicular em relação ao eixo longitudinal do conduto.

[00021] A presença da força da disposição de carga e a tração gerada no conduto pode funcionar para permitir que a resposta dinâmica de pelo menos esta seção do conduto seja melhorada em relação a um conduto não carregado. Por exemplo, a força e a tração geradas podem permitir que o conduto apresente estabilidade estática melhorara para resistir a deformação ou desvio causados por forças externas, tais como carregamento corrente de água e movimento relativo entre a embarcação e o suporte submarino. A disposição de carga e a tração gerada podem permitir que o conduto resista a forças externas mais elevadas, enquanto é capaz de um grau de flexibilidade para os efeitos de forças externas crescentes.

[00022] Na presente invenção o conduto é configurado de tal modo que a tração é gerada entre a região de conexão da disposição de carga e a embarcação. Consequentemente, o efeito da disposição de carga é capaz de ser aplicado ao longo de todo o comprimento do conduto de volta para a embarcação. Isto pode permitir estabilidade melhorada por este comprimento do conduto de volta para a embarcação.

[00023] O conduto pode se estender continuamente para cima entre a região de conexão com a disposição de carga e a embarcação. O conduto pode se estender continuamente entre a região de conexão com a disposição de carga e a embarcação sem definir quaisquer pontos de inflexão. Esta disposição pode permitir que o conduto transmita a tração gerada pelo efeito da disposição de carga de volta para a embarcação, de tal modo que a tração dentro do conduto pode ser reagida para fora da embarcação.

[00024] A disposição de carga pode ser configurada para aplicar uma força sobre o conduto para gerar tração ao longo de todo o comprimento do conduto entre a embarcação e o suporte submarino. Ou seja, a disposição de carga pode ser configurada para aplicar uma força sobre o conduto para gerar tração axial entre a região de conexão e a embarcação, e também entre a região de conexão e o suporte submarino. Esta disposição pode permitir que a disposição de carga melhore a estabilidade e a resposta dinâmica de todo o comprimento do conduto estendendo-se entre a embarcação e o suporte submarino.

[00025] O conduto pode se estender continuamente entre a região de conexão com a disposição de carga e o suporte submarino sem definir quaisquer pontos de inflexão. Esta disposição pode permitir que o conduto transmita a tração gerada pelo efeito da disposição de carga de volta para o suporte submarino de tal modo que a tração dentro do conduto pode ser reagida para fora do suporte submarino.

[00026] A força aplicada e a tração gerada podem permitir que o conduto apresente uma resposta dinâmica e nível de estabilidade que é mais típica de condutos mais pesados (i.e., condutos tendo um maior peso por unidade de comprimento), em particular condutos metálicos. Assim, a presença da disposição de carga pode permitir que condutos mais leves sejam ser utilizados, tais como os condutos de um material compósito que apresentem maior flexibilidade, comportamento aperfeiçoado em deformação e similares, oferecendo vantagens em aplicações submarinas. Entretanto, embora certas propriedades de condutos de baixo peso, tais como condutos compósitos, podem ser vantajosas em um ambiente submarino, seu uso pode ser considerado como criando problemas e complexidades adicionais, por xemplo, devido à sua estabilidade dinâmica mais pobre. Em vista disto, aqueles especialistas a técnica podem optar por usar condutos mais pesados. Porém, condutos mais pesados, tais como condutos metálicos, têm problemas associados tais comi sua pior capacidade de acomodar deformações axiais por flexão e similares. Tais problemas podem ser solucionados pelo sistema de conduto de acordo com o primeiro aspecto, em que a disposição de carga e a tração gerada podem permitir que condutos de peso mais baixo sejam utilizados onde eles seriam de outra maneira desconsiderados como inapropriados, assim também evitando por sua vez os problemas associados com condutos mais pesados, tais como condutos metálicos.

[00027] O conduto pode compreender um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz.

[00028] A construção compósita do conduto pode permitir que dito conduto apresentes uma resistência suficientemente alta para acomodar pressão e outras cargas aplicadas. Ainda mais, a construção compósita pode facilitar comportamento de deformação melhorado, tal como permitir extensão e contração axial aumentadas devido a carga axialmente aplicada, deformações de flexão aumentadas e similares. A capacidade para acomodar deformações aumentadas pode permitir flexibilidade aumentada do conduto dentro de um ambiente submarino. Ainda, a capacidade para acomodar deformações de flexão aumentadas pode permitir que o conduto defina menores raios de flexão, o que pode ser particularmente vantajoso, por exemplo, nas regiões de conexão com a embarcação, o suporte submarino e/ou a disposição de carga.

[00029] Como sugerido acima, a construção compósita pode permitir que o conduto seja significativamente mais leve do que o tubo não compósito, tal como tubo metálico ou tubo não ligado. Isto pode reduzir a carga transferida para, por exemplo, a embarcação e/ou o suporte submarino. Ainda mais, a construção de menor peso de um conduto compósito pode facilitar manipulação, extensão e recuperação mais cômoda.

[00030] A construção compósita do conduto pode permitir características térmicas significativamente melhoradas em comparação com estruturas de tubo não compósitas. Por exemplo, a construção compósita pode prover condutividade térmica grandemente reduzida o que reduz perdas de calor e pode permitir que a necessidade de isolamento separado seja eliminada ou grandemente reduzida. Ainda mais, a construção compósita pode auxiliar a minimizar características de dilatação térmica. Por exemplo, a construção compósita do conduto pode permitir variação de comprimento axial mais baixa comparada com estruturas não compósitas e assim auxiliar a eliminar ou pelo menos aliviar problemas associados. Porém, mesmo em circunstâncias onde variação de comprimento axial realmente ocorre, estas variações podem ser acomodadas pela construção compósita em virtude de uma capacidade aumentada de acomodar taxas de deformação mais altas. Assim, por exemplo, forças de compressão e de tração axiais podem ser mais prontamente acomodadas. Ainda mais, quaisquer deformações laterais causadas por extração axial podem também ser prontamente acomodadas sem risco de exceder limites elásticos operacionais.

[00031] Todo o comprimento axial do conduto estendendo-se entre a embarcação e o suporte submarino pode compreender um material compósito.

[00032] Porções discretas do comprimento axial do conduto podem compreender um material compósito. Por exemplo, em uma forma de realização um comprimento axial discreto do conduto na região de conexão com a disposição de carga pode compreender um material compósito. Esta disposição pode facilitar comportamento estrutural melhorado nesta região onde a força lateral é aplicada ao conduto.

[00033] O conduto pode ser formado exclusivamente a partir do material compósito. Por exemplo, toda a espessura de parede do conduto pode ser formada do material compósito. Em algumas formas de realização a quantidade de elementos de reforço pode variar através da espessura de parede do conduto. Em uma forma de realização a quantidade de elementos de reforço pode variar desde zero na região interna da parede do conduto, e esta quantidade aumenta em uma direção radial voltada para fora. Em tal disposição a região interna da parede do conduto pode ser composta de modo substancialmente integral de material da matriz.

[00034] A matriz do material compósito do conduto pode compreender um material de polímero. The matriz pode compreender um material termoplástico. A matriz pode compreender um material termofixo. A matriz pode compreender uma poliaril éter cetona, uma poliaril cetona, uma poliéter cetona (PEK), uma poliéter éter cetona (PEEK), um policarbonato ou similar, ou qualquer combinação apropriada delas. A matriz pode compreender uma resina polimérica, tal como uma resina epóxi ou similar.

[00035] Os elementos de reforço do material compósito do conduto podem compreender elementos contínuos ou alongados. Os elementos de reforço podem compreender qualquer uma ou uma combinação de fibras poliméricas, por exemplo, fibras de aramida, ou fibras não poliméricas, por exemplo, elementos de carbono, vidro ou basalto ou similares. Os elementos de reforço podem compreender fibras, cordões, filamentos, nanotubos ou similares. Os elementos de reforço podem compreender elementos descontínuos.

[00036] A matriz e os elementos de reforço do material compósito do conduto podem compreender materiais similares ou idênticos. Por exemplo, os elementos de reforço podem compreender o mesmo material que a matriz, embora em uma forma fibrosa, estirada, alongada ou similar.

[00037] O material compósito de uma parede do conduto pode compreender ou definir uma variação local de construção para prover uma variação local em uma propriedade do conduto.

[00038] Tal variação local em uma propriedade do conduto pode permitir talhar uma resposta do conduto a condições de carga dadas.

[00039] A variação local na construção pode compreender pelo menos uma dentre uma variação circunferencial, uma variação radial, uma variação axial no material compósito e/ou na geometria do conduto.

[00040] Em algumas formas de realização pelo menos uma localização do conduto que é configurado para interagir com outra estrutura, por exemplo, na conexão com a disposição de carga, embarcação e/ou suporte submarino, pode definir uma região local de resistência aumentada, por exemplo, por propriedades de resistência modificadas dos componentes do material compósito, por geometria modificada, tal como regiões de material mais espessas, ou similares.

[00041] A variação local de construção pode compreender uma variação local no material compósito.

[00042] A variação local de construção pode compreender uma variação no material da matriz. A variação local de construção pode compreender uma variação em uma propriedade material do material da matriz tal como resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica, ou similares.

[00043] A variação local de construção pode compreender uma variação nos elementos de reforço. A variação local de construção pode compreender uma variação em uma propriedade material dos elementos de reforço tais como a resistência, rigidez, módulo de Young, densidade, distribuição, configuração, orientação, pretensão, coeficiente de dilatação térmica, condutividade térmica ou similares. A variação local de construção pode compreender uma variação em um ângulo de alinhamento dos elementos de reforço dentro do material compósito. Em tal disposição o ângulo de alinhamento dos elementos de reforço pode ser definido em relação ao eixo longitudinal de um conduto de fluido. Por exemplo, um elemento previsto a um ângulo de alinhamento de 0 grau vai correr inteiramente na direção longitudinal do conduto, e um elemento previsto em um ângulo de alinhamento de 90 graus vai correr inteiramente na direção circunferencial do conduto, com elementos a ângulos de alinhamento intermediários correndo tanto circunferencialmente e longitudinalmente do conduto, por exemplo, em um padrão espiral ou helicoidal.

[00044] A variação local no ângulo de alinhamento pode incluir elementos tendo um ângulo de alinhamento de entre, por exemplo, 0 e 90 graus, entre 0 e 45 graus ou entre 0 e 20 graus.

[00045] Pelo menos uma porção da parede do conduto pode compreender uma variação local na pretensão do elemento de reforço. Nesta disposição a pretensão do elemento de reforço pode ser considerada como sendo uma pretensão, tal como uma pretensão de tração e/ou pretensão de compressão aplicada a um elemento de reforço durante fabricação do conduto, e que pretensão é pelo menos parcialmente ou residualmente retida dentro do conduto fabricado. A variação local em pretensão do elemento de reforço pode permitir que uma característica desejada do conduto seja obtida, tal como uma característica de flexão desejada. Isso pode auxiliar a posicionar ou manipular o conduto, por exemplo, durante instalação, recuperação, bobinamento ou similar. Ainda mais, esta variação local em pretensão do elemento de reforço pode auxiliar a deslocar uma posição neutra de deformação dentro da parede do conduto, que pode auxiliar a prover a distribuição de deformação mais nivelada quando o conduto de fluido está em uso, e/ou, por exemplo, é armazenado, tal como em uma configuração bobinada.

[00046] O conduto pode compreender uma variação em construção de material compósito ao longo de seu comprimento para prover uma variação na resistência distribuição. Por exemplo, uma região superior de um conduto de fluido na região da embarcação que é tipicamente exposta a maiores forças de tração, por exemplo, devido ao próprio peso, pode ser prevista com uma construção de material compósito com uma maior resistência a forças de tração do que uma região inferior do conduto. Isto pode facilitar talhar o conduto a condições operacionais precisas, o que pode resultar em uma redução no uso de material e assim os custos.

[00047] O conduto pode definir um perfil curvo.

[00048] O conduto pode se estender entre a embarcação e o suporte submarino em uma forma de catenária geral, e em particular em uma forma de catenária simples. Em tal disposição a presença da disposição de carga e da força aplicada pode modificar a curvatura geral de uma catenária simples. Por exemplo, a presença da disposição de carga pode fazer o conduto definir uma forma geral catenária em perna de cão, tendo uma primeira perna estendendo-se entre a embarcação e a região de conexão da disposição de carga, e uma segunda perna entre a região de conexão e o suporte submarino. Tanto a primeira quanto a segunda pernas podem se estender em uma direção comum, de tal modo que a região de conexão fica localizada intermediária à separação lateral entre a embarcação e o suporte submarino (ou aquela parte do conduto localizada na embarcação e no suporte submarino). Esta disposição pode prover integridade estrutural melhorada do conduto, por exemplo, minimizando quaisquer regiões de significante desvio ou mudança de direção ao longo do comprimento do conduto.

[00049] O conduto pode terminar na embarcação. Altemativamente, o conduto pode se estender além da embarcação.

[00050] O conduto pode terminar no suporte submarino. Altemativamente, o conduto pode se estender além do suporte submarino, por exemplo, para se estender para outra localização submarina ou outra.

[00051] O suporte submarino pode ser definido por uma estrutura submarina natural. O suporte submarino pode compreender o leito marítimo. Por exemplo, o conduto pode se estender a partir da embarcação para um ponto de toque sobre o leito marítimo, em que dito ponto de toque define a localização do suporte submarino. Em uso o conduto pode se desviar, por exemplo, devido a condições do mar e movimento da embarcação, de tal modo que a localização do ponto de toque pode variar. Em tal disposição o suporte submarino pode ser considerado como sendo dinâmico.

[00052] O sistema de conduto pode definir um sistema de tubo ascendente em catenária estabelecendo comunicação fluida entre a embarcação e o local submarino.

[00053] O conduto pode ser preso a um conduto no leito marítimo na localização do ponto de toque. O conduto do leito marítimo pode definir uma âncora para o conduto. Por exemplo, o peso do conduto do leito marítimo pode definir uma âncora por gravidade. Alternativamente, ou adicionalmente, o conduto do leito marítimo pode ser preso a uma estrutura rígida que funciona como uma âncora. O conduto do leito marítimo pode ser separadamente formado e subsequentemente preso ao conduto do sistema de conduto. Em outras formas de realização o conduto do leito marítimo pode ser definido pelo conduto. Por exemplo, o conduto pode se estender a partir da embarcação até o ponto de toque sobre o leito marítimo, e então se estender ao longo do leito marítimo a partir do ponto de toque.

[00054] Em formas de realização onde o suporte submarino é definido pelo, ou localizado na vizinhança do leito marítimo, a disposição de carga pode ser conectada ao conduto em uma localização dentro de 50% da profundidade da água acima do leito marítimo. Assim, a região de conexão da disposição de carga pode estar localizada em uma profundidade que é mais próxima do suporte submarino e do leito marítimo do que da embarcação. Em algumas formas de realização a região de conexão da disposição de carga pode estar, por exemplo, entre 10 e 40% da profundidade da água acima do leito marítimo, em algumas formas de realização entre 10 e 30%, e em algumas formas de realização entre 10 e 20%. A localização precisa da região de conexão da disposição de carga pode, porém, ser selecionada de acordo com, por exemplo, exigências de condições operacionais precisas.

[00055] O suporte submarino pode compreender ou ser definido por uma infraestrutura submarina. Tal infraestrutura pode compreender, por exemplo, equipamento de fluxo tal como os conjuntos coletores, instalações de produção de hidrocarbonetos, árvores de produção, estruturas de fluxo, estrutura do tubo ascendente e similares. Tal infraestrutura pode ser associada com uma instalação submarina de produção/exploração de hidrocarboneto, instalação de injeção subterrânea ou similares.

[00056] O suporte submarino pode compreender uma infraestrutura submarina que é posicionada adjacente ao, ou sobre o leito marítimo. Em tal disposição o conduto pode também fazer contato com o leito marítimo.

[00057] O suporte submarino pode compreender uma infraestrutura submarina que fica localizada acima do leito marítimo. Nesta disposição uma região intermediária do conduto pode se estender a uma maior profundidade do que tanto a embarcação o suporte submarino. Por exemplo, o conduto pode definir uma forma de catenária suspensa ou flácida entre a embarcação e o suporte submarino. A região intermediária ou suspensa do conduto pode definir a região suspensa mais inferior do conduto. Em algumas formas de realização a disposição de carga pode ser presa ao conduto geralmente no local desta região suspensa intermediária ou pendente mais inferior. Isto pode permitir que a disposição de carga aplique mais uniformemente tração ao longo do conduto entre a região de conexão com o conduto e tanto a embarcação quanto o suporte submarino.

[00058] O conduto pode definir uma união entre a embarcação e o suporte submarino.

[00059] O sistema de conduto pode definir uma porção de um sistema de tubo ascendente híbrido. Por exemplo, o conduto do sistema de conduto pode definir uma união que se estende entre uma embarcação e uma porção de tubo ascendente vertical rígida de um sistema de tubo ascendente híbrido.

[00060] A disposição de carga pode ser pendente do conduto. Por exemplo, a disposição de carga pode ser suspensa a partir do conduto.

[00061] A disposição de carga pode compreender um conjunto de peso configurado para aplicar uma força sobre o conduto pelo efeito de gravidade atuando sobre o conjunto de peso.

[00062] O conjunto de peso pode compreender uma única massa ponderada.

[00063] O conjunto de peso pode compreender uma pluralidade de massas individuais. As massas individuais podem ser acopladas entre si. Por exemplo, o conjunto de peso pode compreender uma série de massas interligadas, por exemplo, na forma de uma corrente, em que cada massa define um elo individual da corrente. Este peso em elo de corrente tem uma série de vantagens. Por exemplo, um número apropriado de elos pode ser selecionado para prover uma corrente com um peso desejado, e o comprimento da corrente pode ser prontamente estendido ou encurtado. Ademais, uma corrente é flexível se ela impacta outro objeto e é considerada como sendo manipulada de modo relativamente fácil usando modelos e práticas padrões ao largo da costa.

[00064] As massas individuais podem ser isoladas uma da outra e, por exemplo, presas a uma região de conexão comum sobre o conduto. Em uma forma de realização a disposição de carga pode compreender uma estrutura de suporte, tal como um elemento alongado, que é acoplado ao conduto, em que múltiplas massas são presas à estrutura de suporte, por exemplo, ao longo do comprimento da estrutura de suporte.

[00065] A disposição de carga pode ser configurada para aplicar uma força estática sobre o conduto. Ou seja, a força aplicada pela disposição de carga pode ser geralmente constante, pelo menos em magnitude. Por exemplo, a disposição de carga pode compreender ou definir um peso fixo que é inteiramente suspenso a partir do conduto.

[00066] A disposição de carga pode ser configurada para aplicar uma força dinâmica sobre o conduto. Ou seja, a força aplicada pela disposição de carga pode variar pelo menos em magnitude com o tempo. A disposição de carga pode ser configurada para aplicar uma força dinâmica sobre o conduto de acordo com deformação e/ou desvio do conduto, por exemplo, como pode ser causada por condições ambientais, movimento da embarcação em relação ao suporte submarino ou similares. Consequentemente, o movimento do conduto durante o uso pode fazer a força aplicada pela disposição de carga variar, o que por sua vez vai variar a tração gerada dentro do conduto. Tal variação de tração pode permitir que a estabilidade e a resposta dinâmica do sistema de conduto variem também. Deste modo, o sistema de conduto pode reagir dinamicamente a condições operacionais para variar apropriadamente a resposta dinâmica e a estabilidade do conduto.

[00067] A disposição de carga pode compreender um conjunto de peso variável.

[00068] A disposição de carga pode compreender um conjunto de peso e ser configurada para acoplar/desacoplar seletivamente o efeito de pelo menos uma porção do conjunto de peso em relação ao conduto. Este acoplamento/desacoplamento seletivo pode ser obtido em resposta a deformação/desvio do conduto. Pelo menos uma porção do conjunto de peso pode ser configurada para ser seletivamente apoiada sobre e levantada a partir de uma estrutura ou formação de suporte submarino durante movimento do conduto. Consequentemente, um peso crescente sendo apoiado sobre a estrutura de suporte submarino pode resulta em uma força reduzida aplicada sobre o conduto, e vice versa. A estrutura de suporte submarino pode compreender ou ser definida por uma estrutura natural, por exemplo, o leito marítimo. Em outras formas de realização a estrutura de suporte submarino pode compreender ou ser definida por uma estrutura artificial e.

[00069] A disposição de carga pode compreender um conjunto de peso tendo uma pluralidade de elos de corrente interligados, em que elos de corrente individuais podem ser apoiados sobre e levantados a partir de uma estrutura de suporte submarina, tai como o leito marítimo, durante movimento do conduto.

[00070] A disposição de carga pode compreender um conjunto elástico configurado para se estender e contrair seletivamente de acordo com movimento do conduto, em que tais extensão e contração geram uma força lateral variável aplicada sobre o conduto. O conjunto elástico pode compreender um corpo elástico, tal como um corpo de nylon ou similar. O conjunto elástico pode compreender uma estrutura elástica mecânica, tal como uma estrutura de mola ou similar.

[00071] A disposição de carga pode ser configurada para estabelecer ou gerar tração dentro do conduto em todos os momentos.

[00072] A disposição de carga pode ser presa ou amarrada a uma âncora submarina. Em tal disposição a disposição de carga pode também funcionar para amarrar o conduto à âncora submarina. A âncora submarina pode definir uma âncora no leito marítimo. A âncora pode ser provida por qualquer âncora apropriada como pode ser selecionada por uma pessoa especializada na técnica, tal como uma base de gravidade, estaca de sucção pile, estaca perfurada e concretada, estaca dirigida, estaca jateada e similares.

[00073] A disposição de carga pode se estender em uma forma geral de catenária entre o conduto e a âncora submarina. Em tal disposição a disposição de carga pode se estender em uma direção substancialmente oposta à direção em que o conduto se estende entre a embarcação e o suporte submarino.

[00074] Uma porção intermediária do conduto pode ser amarrada a uma âncora submarina. A disposição de carga pode definir um amarrador. O amarrador pode limitar o movimento ou desvio máximo do conduto.

[00075] O sistema de conduto pode compreender uma disposição de conexão configurada para permitir afixação ou conexão da disposição de carga ao conduto.

[00076] A disposição de conexão pode permitir que a disposição de carga seja presa ao conduto em um único ponto de conexão.

[00077] A disposição de conexão pode permitir que a disposição de carga seja presa ao conduto em pelo menos dois pontos de conexão ao longo do comprimento do conduto. Em tal disposição a disposição de conexão pode compreender um sistema de freio, sistema de garfo ou similar. Tal disposição pode promover ativamente e controlar curvatura no conduto enquanto auxilia a assegurar que curvaturas naquelas seções adjacentes aos pontos de conexão são mantidas dentro de níveis permissíveis. Ainda mais, prover pelo menos dois pontos de conexão que são axialmente separados um do outro ao longo do comprimento do conduto pode manter uma tração inferior ou reduzir ativamente a tração dentro do conduto entre os dois pontos de conexão. Tal tração inferior pode promover níveis de flexão aumentados de curvatura dentro desta seção entre os pontos de conexão. Isto pode auxiliar a facilitar qualquer mudança de direção ou orientação no conduto entre aquela seção estendendo-se entre a embarcação e a região de conexão, e aquela seção entre a região de conexão e o suporte submarino.

[00078] A disposição de conexão pode definir pelo menos dois pontos de conexão sobre o conduto, em que ditos pontos de conexão podem ser axialmente espaçados ao longo do conduto na região de, por exemplo, 1 a 50 m, em algumas formas de realização entre 5 e 40 m, em algumas formas de realização entre 10 e 30 m, e em algumas de realização entre 10 e 20 m.

[00079] Pelo menos uma porção da disposição de conexão pode ser definida pelo ou sobre o conduto. Por exemplo, o conduto pode compreender ou definir um perfil integral ou similar configurado para ser engatado por componentes separados da disposição de conexão e/ou da disposição de carga.

[00080] A disposição de conexão pode compreender pelo menos um conector de conduto configurado para engatar o conduto e permitir afixação da disposição de carga. O conector de conduto pode definir um grampo que circunscreve o, e aperta em tomo do, conduto. Em tal disposição o conector pode engatar diretamente o conduto. Em algumas formas de realização um componente intermediário pode ser posicionado entre o conector e o conduto, por exemplo, para prover engate por fricção melhorado, prover proteção para o conduto e/ou conector, para modificar localmente a resistência, por exemplo, rigidez, do conduto, ou similar. O conector e/ou conduto pode definir ásperas e/ou serrilhadas superfícies sobre uma face de contato para melhorar a interferência entre o conector e o conduto.

[00081] O conector de conduto pode compreender uma luva longitudinalmente fendida configurada para ser posicionada e tomo do conduto e as seções fendidas da luva presas em conjunto para efetuar a preensão contra o conduto. O conector de conduto pode compreender um componente de fixação montado sobre a luva fendida permitindo conexão da disposição de carga à mesma. O componente de fixação pode compreender ou definir uma argola, olhal, anelzinho, gancho ou similar. O componente de fixação pode ser rigidamente preso à luva. O componente de fixação pode ser não rigidamente montado sobre a luva e configurado para prover um grau de articulação entre o componente de fixação e a luva. O conector de conduto em tal disposição pode compreender uma superfície de apoio disposta para acomodar engate com o componente de fixação, por exemplo, entre o componente de fixação e a luva. Em uma forma de realização o componente de fixação pode definir uma estrutura de anel, tal como uma estrutura de anel fendido, montada rotativamente sobre a luva. Esta disposição de anel rotativo pode permitir que a disposição de carga seja geralmente pendente verticalmente a partir do conduto. Isto pode ser importante durante a instalação quando a disposição de carga pode necessitar ser lançada ao mar separadamente a partir do conduto e adicionalmente, torção residual no conduto pode tomar difícil saber a orientação final de preensão.

[00082] A disposição de conexão pode compreender uma disposição de armação, tal como uma disposição de armação ou estrutura espacial que é montada sobre o conduto. A disposição de armação pode definir uma disposição de armação articulada. Isto pode permitir um grau de controle da distribuição de cargas para dentro do conduto. Em algumas formas de realização a disposição de armação pode incluir flutuabilidade e/ou lastro para sintonizar o conduto e respostas estruturais.

[00083] O sistema de conduto pode compreender lastro acoplado ao conduto. O lastro pode ser acoplado ao conduto na ou próximo da região de conexão da disposição de carga ao conduto.

[00084] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a um método para melhorar estabilidade dentro de um conduto que se estende entre uma embarcação na superfície ou próxima da superfície e um suporte submarino, compreendendo:
prender uma disposição de carga ao conduto em uma região de conexão que é intermediária à embarcação e ao suporte submarino para aplicar uma força sobre o conduto; e
configurar o conduto de tal forma que a força aplicada gera tração axial no conduto entre a região de conexão e a embarcação.

[00085] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de conduto submarino compreendendo:
um conduto estendendo-se entre uma embarcação na superfície ou próxima da superfície e um suporte submarino, em que o conduto compreende um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz e
uma disposição de carga conectada ao conduto em uma região de conexão que é intermediária à embarcação e ao suporte submarino, em que a disposição de carga é configurada para aplicar uma força dinâmica sobre o conduto para modificar dinamicamente a resposta do conduto a condições operacionais.

[00086] Outro aspecto da presente invenção pode se referir ao um sistema de conduto submarino compreendendo:
um conduto estendendo-se entre uma embarcação na superfície ou próxima da superfície e um suporte submarino, em que o conduto compreende um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz; e
uma disposição de peso conectada ao conduto em uma região de conexão que é intermediária à embarcação e ao suporte submarino para aplicar uma força sobre o conduto.

[00087] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de tubo ascendente, compreendendo:
um conduto de tubo ascendente compreendendo uma material compósito e estendendo-se entre uma localização no leito marítimo e uma embarcação; e
um amarrador dinâmico preso entre uma âncora no leito marítimo e uma porção intermediária do conduto do tubo ascendente, em que o amarrador dinâmico é configurado para alterar dinamicamente a tração aplicada a uma porção do conduto do tubo ascendente.

[00088] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de tubo ascendente compreendendo:
uma seção de tubo ascendente submarino presa entre uma âncora submarina inferior e uma estrutura flutuante superior;
um conduto flexível estendendo-se entre a seção inferior do tubo ascendente e uma embarcação na superfície ou próxima da superfície; e uma disposição de carga conectada ao conduto flexível em uma região de conexão que é intermediária à embarcação e à seção submarina do tubo ascendente aplicar uma força sobre o conduto flexível.

[00089] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a um sistema de conduto, compreendendo:
um conduto estendendo-se entre primeiro e segundo suportes, em que pelo menos uma porção do conduto é submersa dentro de um corpo de água; e
uma disposição de carga conectada ao conduto a uma região de conexão que é intermediária ao primeiro e segundo suportes para aplicar uma força sobre o conduto.

[00090] A disposição de carga pode ser configurada para modificar a resposta dinâmica e a estabilidade estrutural do conduto, por exemplo, em resposta à interação com o corpo de água, movimento relativo do primeiro e segundo suportes e similares.

[00091] A disposição de carga pode ser conectada ao conduto em uma região submersa do conduto.

[00092] Um ou ambos dentre o primeiro e segundo suportes pode ser localizado fora do corpo de água. Um ou ambos dentre o primeiro e segundo condutos pode ser localizado submerso ou pelo menos parcialmente submerso dentro do corpo de água.

[00093] Um dentre o primeiro e segundo suportes pode compreender uma embarcação na superfície ou próxima da superfície.

[00094] Um dentre o primeiro e segundo suportes pode compreender uma estrutura ou formação submarina, tal como uma estrutura natural de leito marítimo, estrutura submarina artificial ou similar.

[00095] Características definidas e implicadas em relação ao sistema de conduto submarino de acordo com o primeiro aspecto podem ser aplicadas ou em combinação com o sistema de conduto de acordo com o sétimo aspecto.

[00096] Outro aspecto da presente invenção pode se referir a uma disposição de conexão para permitir conexão a um conduto, compreendendo:
uma luva longitudinalmente fendida configurada para ser posicionada em tomo de um conduto e seções fendidas da luva presas entre si para efetuar preensão contra o conduto; e
um anel montado rotativamente sobre a luva e compreendendo uma disposição de fixação para permitir conexão à mesma.

[00097] A disposição de fixação pode compreender um olhal, furo, argola ou similar.

[00098] Qualquer característica, opcional ou outra, definida em relação a um aspecto pode ser utilizada em combinação com qualquer outro aspecto.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00099] Estes e outros aspectos da presente invenção serão agora descritos, a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos, em que:

[000100] A Figura 1 é uma representação diagramática de uma configuração de tubo ascendente de aço em catenária conhecida.

[000101] A Figura 2 é uma representação diagramática de uma configuração de tubo ascendente de aço em forma de onda conhecida.

[000102] A Figura 3 é uma ilustração diagramática de um sistema de conduto submarino, especificamente um sistema de tubo ascendente, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[000103] Figura 4 é uma vista ampliada do sistema de tubo ascendente de Figura 3 na região de conexão de uma disposição de carga;

[000104] A Figura 5 é uma ilustração diagramática de um sistema de conduto submarino, especificamente um sistema de conduto de união flexível, de acordo com uma forma de realização alternativa da presente invenção.

[000105] A Figura 6 é uma vista ampliada de uma porção do sistema de união flexível da Figura 5 na região de conexão de uma disposição de carga.

[000106] A Figura 7 é uma vista ampliada de um grampo de conexão de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[000107] A Figura 8 é um corte transversal lateral do grampo de conexão tomada através da linha 8-8 da Figura 7.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[000108] Um conduto submarino ou sistema de tubo ascendente, geralmente identificado pelo número de referência numeral, de acordo com uma forma de realização da presente invenção é diagramaticamente ilustrada na Figura 3. O sistema 40 inclui um conduto ou tubo ascendente 42 que se estende em uma forma geral catenária entre uma embarcação na superfície 44 e o leito marítimo 46, e define um ponto de toque 47 com o leito marítimo 46. O conduto do tubo ascendente 42 facilita transferência de fluidos entre uma localização submarina, por exemplo, a partir de uma instalação submarina de produção de hidrocarboneto (não mostrado), e a embarcação 44, que pode definir uma embarcação FPSO. O conduto do tubo ascendente 42 pode ser formado de qualquer material apropriado. Porém, na forma de realização ilustrada o conduto 42 é formado a partir de um material compósito de uma matriz e elementos de reforço encastrados dentro da matriz. Embora diferentes variações de material compósito sejam possíveis, na presente forma de realização a matriz compreende poliéter éter cetona (PEEK) com elementos de reforço de fibra de carbono encastrados dentro da matriz de PEEK.

[000109] A construção compósita do conduto 42 permite que dito conduto apresente resistência suficientemente alta para acomodar pressão e outras cargas aplicadas. Ainda mais, a construção compósita permite que o conduto 42 apresente comportamento de deformação melhorado, por exemplo, para apresentar taxas de deformação aumentadas para tensão específica. Isto pode permitir que o conduto 42 acomode níveis mais altos de deformações axiais e de flexão, por exemplo. Também, a construção compósita do conduto de fluido 42 pode permitir características térmicas significativamente melhoradas em comparação com estruturas não compósitas. Por exemplo, a construção compósita pode prover estruturas térmicas grandemente reduzidas que reduz perdas de calor e permite a necessidade de isolamento de ser eliminada ou grandemente reduzida. Ainda mais, a construção compósita pode auxiliar a minimizar características de dilatação térmica. Por exemplo, a construção compósita do conduto 42 pode permitir variação de comprimento axial inferior comparada com estruturas não compósitas e assim auxiliam a eliminar ou pelo menos aliviar problemas associados. Porém, mesmo em circunstâncias onde a variação de comprimento axial realimente ocorre, estas variações podem ser acomodadas pela construção compósita em virtude de uma capacidade aumentada para acomodar taxas de deformação mais altas. Assim, por exemplo, formas de compressão e tração axiais podem ser mais prontamente acomodadas. Ainda mais, quaisquer deformações laterais causadas por extração axial podem também ser prontamente acomodadas sem risco de exceder limites elásticos operacionais.

[000110] A construção compósita pode também permitir que o conduto 42 define um peso por unidade de comprimento inferior do que estruturas não compósitas, tais como tubo metálico não ligado. Embora isto possa prover vantagens significantes sobre estruturas não compósitas, por exemplo, em termos de manipulação, carregamento da embarcação e similares, em algumas circunstâncias este peso mais baixo pode resultar no conduto 42 apresentar problemas de resposta dinâmica e estabilidade, particularmente onde o conduto 42 é utilizado em águas profundas. Por exemplo, o conduto 42 pode prover resistência relativamente pequena a deformações/desvios que podem ser causados por condições do mar e movimento da embarcação. A presente invenção visa solucionar tal problema. Porém, deve ficar entendido que a presente invenção pode também ser prontamente utilizada onde o conduto 42 é formado a partir de um material mais pesado.

[000111] O sistema 40 compreende ainda uma disposição de carga 48 conectada ao conduto 42 em uma região de conexão 50 que é intermediária à embarcação 44 e o ponto de toque 47. Na presente forma de realização a disposição de carga 48 compreende um comprimento de corrente 52 preso ao conduto 42 via um sistema de freio 53 de tal forma que o peso da corrente 52 aplica uma força lateral sobre o conduto 42 na região de conexão 50. Como ilustrado, esta força lateral modifica a forma de catenária natural de tal forma que o conduto 42 adota uma catenária tipo perna de cão, tendo uma seção ou perna superior 42a que se estende entre a embarcação e a região de contato 50, e uma seção ou perna inferior 42b que se estende entre a região de contato 50 e o ponto de toque 47. O perfil ou orientação do conduto 42 é tal que a força lateral aplicada pelo peso da corrente 52 gera tração ao longo do comprimento completo do conduto 42, especificamente na seção superior 42a entre a região de conexão 50 e a embarcação 44, e na seção inferior 42b entre a região de conexão 50 e o ponto de toque 47.

[000112] A presença da força lateral e a tração gerada permitem que a resposta dinâmica do conduto 42 seja melhorada em relação a um conduto sem carga. Por exemplo, a força lateral e a tração gerada podem permitir que o conduto 42 apresente uma maior inércia e assim estabilidade estática para resistir a deformação ou desvio causados por forças externas, tal como carregamento corrente de água e movimento da embarcação. Ainda mais, a disposição de carga e a tração gerada podem permitir que o conduto 42 resista a forças externas mais baixas, enquanto é capaz de um grau de flexibilidade para os efeitos de forças externas crescentes. Também, a força lateral aplicada e a tração gerada podem permitir que o conduto 42 apresente uma resposta dinâmica e nível de estabilidade que são mais típicos de condutos mais pesados. Isto pode permitir que condutos de peso mais baixo sejam utilizados onde eles poderiam de outro modo ser desconsiderados como inapropriados.

[000113] A corrente 52 da disposição de carga 42 é presa a uma âncora de leito marítimo 54 de tal modo que a corrente 52 pode definir um amarrador entre a âncora 54 e o conduto 42. A corrente 52 se estende entre a região de conexão 50 e a âncora 54 geralmente na forma de uma catenária, e em particular na forma de uma catenária que é oposta àquela do conduto 42.

[000114] A disposição de carga 48 na presente forma de realização é configurada para aplicar uma força dinâmica sobre o conduto 42. Ou seja, à medida que o conduto 42 é movido de acordo com os efeitos externos, tais como correntes de água e movimentos da embarcação, a corrente 52 vai ser progressivamente levantada a partir do, e apoiada sobre o, leito marítimo 46 variando assim o peso sendo aplicado sobre o conduto na região de conexão 50, e por sua vez variando a tração sendo gerada ao longo do conduto 42. Tal variação de tração pode permitir que a estabilidade e a resposta dinâmica do conduto 42 também variem. Deste modo, o conduto 42 pode reagir dinamicamente a condições operacionais para variar apropriadamente a resposta dinâmica e a estabilidade do conduto 42.

[000115] Uma vista ampliada do sistema 40 da Figura 3 na região de conexão 50 é ilustrada na Figura 4. O sistema de freio 53 na forma de realização mostrada prende a corrente 52 ao conduto 42 via dois estropos 56 e respectivos conectores de preensão 58 que engatam o conduto 42 em dois pontos de conexão axialmente espaçados. Na forma de realização exemplificativa os conectores 58 podem ser separados por entre 10 e 20 m. Consequentemente, uma seção de conduto intermediária 42c é definida entre os conectores 58. A separação axial dos conectores 58 auxiliar a manter uma menor tração dentro da seção de conduto intermediária 42c, particularmente em relação às seções de conduto superior e inferior 42a, 42b. Tal menor tração pode promover flexão e níveis de curvatura aumentados dentro desta seção 42c. Por exemplo, as deformações dentro da seção intermediária 42cd podem ser predominantemente deformações de flexão, com as deformações axiais sendo minimizadas. Consequentemente, a deformação global nesta seção 42c pode ser minimizada. Isto pode auxiliar a facilitar qualquer mudança de direção ou orientação entre as seções de conduto superior e inferior 42a, 42b.

[000116] Uma forma de realização alternativa de um sistema de conduto, geralmente identificado pelo número de referência 140 é ilustrada na Figura 5, a que referência é agora feita. O sistema de conduto 140 é similar ao sistema 40 da Figura 3 e como tal componentes idênticos compartilham números de referência idênticos, incrementados por 100. Na presente forma de realização o sistema de conduto 140 faz parte de um sistema de tubo ascendente hibrido 60 para transferir fluidos a partir de uma localização no leito marítimo para uma embarcação na superfície 144, tal como uma embarcação FPSO. O sistema de tubo ascendente 60 inclui uma seção inferior de tubo ascendente 62 que se estende entre uma âncora de leito marítimo 64 e uma estrutura flutuante na forma de um tanque de pressão 66. O tanque de pressão 66, que é posicionado abaixo da superfície da água e assim isolado de condições de superfície, provê um empuxo ascendente para aplicar tração à seção de tubo ascendente 62 e para reter a dita seção em uma posição ereta substancialmente vertical.

[000117] A seção inferior de tubo ascendente 62 compreende um suporte alongado central 68 na forma de uma coluna de tubo que é evacuada e vedada. A extremidade inferior deste suporte alongado 68 é presa à âncora 64, e a extremidade superior é acoplada ao tanque de pressão 26. Consequentemente, o empuxo ascendente a partir do tanque de pressão 66 é aplicado ao longo do suporte 68.

[000118] Uma pluralidade de condutos de fluido periféricos 70 estende-se adjacente ao suporte alongado 68. As extremidades inferiores do conduto 70 são presas a respectivos condutos de alimentação 72 que carregam fluidos, tais como hidrocarbonetos, para serem comunicados via o sistema de tubo ascendente 20 com a embarcação na superfície 21.

[000119] O sistema de conduto 140 define uma disposição de união que se estende entre a seção inferior do tubo ascendente 62 e a embarcação na superfície 21. Na forma de realização ilustrada o sistema 140 inclui uma pluralidade de condutos flexíveis 142 em comunicação fluida com respectivos e condutos de fluidos compósitos 32 da seção inferior do tubo ascendente 22. Consequentemente, fluido proveniente das linhas de alimentação 72 pode ser comunicado com a embarcação na superfície 144 via o conduto de fluidos 70 e os condutos 142. Por clareza e brevidade da presente descrição apenas um único conduto e estrutura e componentes associados vai ser descritos

[000120] O conduto 142 é flexível e geralmente livremente pendente para se estender em uma configuração em catenária entre a embarcação 144 e a seção inferior do tubo ascendente 62. A disposição de carga 148 é presa ao conduto 142 em uma região de conexão 150 que é intermediária à a embarcação 144 e à seção inferior do tubo ascendente 62. Especificamente, a região de conexão 150 é geralmente localizada na região de suspensão a mais inferior do conduto 142. Na presente forma de realização a disposição de carga 148 compreende um comprimento de corrente 152 preso ao conduto 142 via um sistema de freio 153 de tal modo que o peso da corrente 152 aplica uma força lateral sobre o conduto 142 na região de conexão 150. Na presente forma de realização a disposição de carga aplica uma força geralmente estática sobre o conduto 142. O perfil ou orientação do conduto 142 é tal que a força lateral aplicada pelo peso da corrente 152 gera tração ao longo do comprimento completo do conduto 142, especificamente na seção de conduto 142a entre a região de conexão 150 e a embarcação 144, e em na seção de conduto 142b entre a região de conexão 150 e a seção de tubo ascendente 162.

[000121] De uma maneira similar àquela descrita em relação à forma de realização da Figura 3, a presença da força lateral e da tração gerada permite que a resposta dinâmica e estabilidade do conduto 142 sejam melhoradas em relação a um conduto sem carga.

[000122] Uma vista ampliada do sistema 140 da Figura 5 na região de conexão 150 é ilustrada na Figura 6, e vai ser reconhecido que esta é similar à disposição mostrada na Figura 3. Consequentemente, o sistema de freio 153 prende a corrente 152 no conduto 142 via dois estropos 156 e respectivos conectores de preensão 158 que engatam o conduto 142 em dois pontos de conexão axialmente espaçados de tal forma que uma seção de conduto intermediária 142c é definida entre os conectores 158. De uma maneira similar àquela descrita acima a separação axial dos conectores 158 auxiliar a manter uma menor tração dentro da seção de conduto intermediária 142c, particularmente em relação às seções de conduto 142a, 142b.

[000123] Uma forma de realização exemplificativa de um conector de preensão 58 (158) vai agora ser descrita com referência às Figuras 7 e 8, em que a Figura 7 é uma vista em elevação lateral de um conector 58 (158) preso a um conduto 42 (142), e a Figura 8 é um corte transversal através da linha 88 da Figura 7.

[000124] O conector 58 (158) compreende uma luva 74 formada em duas metades longitudinalmente fendidas 72a, 72b (Figura 8) que são montadas sobre o conduto 42 (142) e presas entre si via flanges 76 e cavilhas 78 de tal modo que a luva pode ser sujeitada contra o conduto 42 (142). Em algumas formas de realização o conduto 42 (142) pode compreender uma variação estrutural nesta região de conexão de preensão, por exemplo, para prover uma região localizada de resistência aumentada. Um anel de conexão 80 formado em duas metades 80a, 80b (Figura 8) é montado rotativamente sobre a luva 74 intermediariamente aos flanges 76 de modo a ser capturado entre eles. As metades 80a, 80b do anel 80, uma vez montadas sobre a luva 74, são presas entre si por cavilhas 82, e uma vez que as metades 80a, 80b são presas entre si o anel 80 está livre para girar sobre a luva 74. Um anel de apoio 84 é localizado sobre a luva 84 para prover uma superfície de apoio entre o anel 80 e os flanges 76. O anel 80 define uma extração radial que inclui um olhal 86 a que um estropo (não mostrado) pode ser preso, por exemplo, via uma argola 88, mostrada em um perfil em linha interrompida.

[000125] A capacidade do anel 80 de girar em tomo da luva 74 permite que a disposição de carga afixada seja suspensa em geral verticalmente a partir do conduto 42 (142). Isto pode ser importante durante a instalação quando a disposição de carga pode necessitar ser lançada ao mar separadamente a partir do conduto 42 (142) e adicionalmente, torção residual no conduto 42 (142) pode tomar difícil conhecer a orientação de preensão final.

[000126] Deve ser entendido que as formas de realização descritas são meramente exemplificativas e que várias modificações podem ser feitas nas mesmas sem sair do escopo da invenção. Por exemplo, na forma de realização mostrada na Figura 3, a disposição de carga compreende uma corrente que é dinamicamente levantada a partir do, e apoiada sobre o leito marítimo para variar a força aplicada ao conduto. Porém, em outras formas de realização este efeito pode ser obtido por uso de um corpo, estrutura ou mecanismo elástico que é preso entre o conduto e uma âncora. Ainda mais, os princípios da presente invenção podem ser aplicados a outros sistemas de condutos, por exemplo, outras disposições de união submarinas e similares.

Claims (23)

1. Sistema de tubo ascendente submarino em catenária (40), caracterizado pelo fato de que compreende:
   um conduto (42) compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz, o conduto (42) se estendendo entre uma embarcação na superfície (44) e um suporte submarino (46) em forma de catenária, em que a embarcação na superfície (44) e o suporte submarinos (46) são submetidos a movimento relativo entre os mesmos;
   um arranjo de carga (48) conectado ao conduto (42) em uma região de conexão (50) que é intermediária entre a embarcação (44) e o suporte submarino (46) para gerar tração axial no conduto (42) entre a região de conexão (50) e a embarcação (44), e entre a região de conexão (50) e o suporte submarino (46); e
   um arranjo de conexão para permitir conexão do arranjo de carga (48) ao conduto (42), em que o arranjo de conexão compreende pelo menos um conector de conduto (58) para engatar o conduto (42) e permitir acoplamento do arranjo de carga (48), o dito conector de conduto (58) compreendendo uma luva longitudinalmente fendida (74) para ser posicionada em tomo do conduto (42) e as seções fendidas da luva (74) presas juntas para efetuar a aperto contra o conduto (42).
2. Sistema (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a força aplicada pelo arranjo de carga (48) é alinhada axialmente em relação ao conduto (42).
3. Sistema (40), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a força aplicada pelo arranjo de carga (48) é alinhada lateralmente em relação ao conduto (42).
4. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o arranjo de carga (48) modifica a resposta dinâmica do conduto (42) para carregamento de serviço dinâmico em relação a um conduto descarregado.
5. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o conduto (42) se estende continuamente para cima entre a região de conexão com o arranjo de carga (48) e a embarcação, opcionalmente, sem definir qualquer ponto de inflexão.
6. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o conduto (42) se estende continuamente para baixo, entre a região de conexão com o arranjo de carga (48) e o suporte submarino (46), opcionalmente, sem definir qualquer ponto de inflexão.
7. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o conduto (42) define um perfil curvo.
8. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o arranjo de carga (48) compreende um conjunto de peso configurado para aplicar uma força sobre o conduto (42) pelo efeito da gravidade atuando sobre o conjunto de peso.
9. Sistema (40), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o conjunto de peso compreende uma pluralidade de massas individuais.
10. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o arranjo de carga (48) compreende uma corrente.
11. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o arranjo de carga (48) aplica uma força dinâmica sobre o conduto (42) para alterar dinamicamente a tração axial gerada no conduto (42) de acordo com o movimento do conduto (42).
12. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o arranjo de carga (48) compreende um conjunto de peso variável configurado para aplicar uma força dinâmica sobre o conduto (42).
13. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o arranjo de carga (48) compreende um conjunto de peso e é configurado para acoplar/desacoplar seletivamente o efeito de pelo menos uma porção do conjunto de peso em relação ao conduto (42), opcionalmente em que pelo menos uma porção do conjunto de peso é configurada para ser seletivamente apoiada sobre e levantada a partir de uma formação ou estrutura de suporte submarina, durante o movimento do conduto (42), opcionalmente em que a estrutura de suporte submarina é definida pelo fundo do mar.
14. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o arranjo de carga (48) se estende em uma forma em catenária entre o conduto (42) e uma âncora submarina (54), opcionalmente em que o arranjo de carga (48) estende-se numa direção substancialmente oposta à direção na qual o conduto (42) estende-se entre a embarcação (44) e o suporte submarino (46).
15. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o suporte submarino é definido pelo fundo do mar, opcionalmente em que o arranjo de carga (48) é conectado ao conduto (42) em um local dentro de 50% da profundidade da água acima do fundo do mar.
16. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que toda a espessura da parede de pelo menos uma seção axial do conduto (42) é formada do material compósito, opcionalmente em que a quantidade de elementos de reforço varia através da espessura da parede do conduto (42), e, opcionalmente em que a quantidade de elementos de reforço varia a partir de zero na região interna da parede do conduto (42), e aumenta em quantidade em uma direção radial para fora.
17. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o arranjo de conexão permite que o arranjo de carga (48) seja preso ao conduto (42) em pelo menos dois pontos de conexão ao longo do comprimento do conduto (42).
18. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o arranjo de conexão compreende um sistema de freio.
19. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que o conector de conduto (58) compreende um componente de afixação montado na luva fendida (74) permitindo conexão do arranjo de carga (48) ao mesmo.
20. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que o componente de afixação compreende uma estrutura de anel montada rotativamente sobre a luva (74), em que a estrutura de anel é opcionalmente uma estrutura de anel fendido.
21. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que o arranjo de conexão compreende um arranjo de armação, tal como um arranjo ou estrutura de armação espacial, que é montado sobre o conduto (42).
22. Sistema (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que o conduto (42) define um único componente que se estende entre a embarcação (44) e o suporte submarino (46).
23. Método para estabelecer comunicação entre uma embarcação na superfície (44) e um suporte submarino (46), em que a embarcação na superfície (44) e o suporte submarino (46) são submetidos a movimento relativo entre os mesmos, caracterizado pelo fato de que compreende:
    estender um conduto de tubo ascendente (42) em forma de catenária entre a embarcação (44) e o suporte submarino (46), o conduto de tubo ascendente (42) compreendendo um material compósito formado de pelo menos uma matriz e um ou mais elementos de reforço encastrados dentro da matriz;
    conectar um arranjo de carga (48) ao conduto (42) em uma região de conexão (50) que é intermediária à embarcação (44) e ao suporte submarino (46) para gerar tração axial no conduto (42) entre a região de conexão (50) e a embarcação (44), e entre a região de conexão (50) e o suporte submarino, em que o arranjo de carga (48) é conectado ao conduto (42) por um arranjo de conexão que compreende pelo menos um conector de conduto (58) para engatar o conduto (42) e permitir acoplamento do arranjo de carga (48), o dito conector de conduto (58) compreendendo uma luva longitudinalmente fendida (74) para ser posicionada em tomo do conduto (42) e as seções fendidas da luva (74) presas juntas para efetuar a aperto contra o conduto (42).

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