BR112014012688B1

BR112014012688B1 - montagem compreendendo uma pluralidade de elementos de compensação de flutuação e método para proporcionar a mesma

Info

Publication number: BR112014012688B1
Application number: BR112014012688-7A
Authority: BR
Inventors: Zhimin Tan; George Karabelas
Original assignee: Ge Oil & Gas Uk Limited
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2021-01-26
Also published as: AU2012343550A1; US20140326460A1; GB201120534D0; CN103958818A; US9151121B2; BR112014012688A2; CN103958818B; DK2785951T3; WO2013079915A2; EP2785951B1; EP2785951A2; MY175203A; BR112014012688A8; WO2013079915A3

Abstract

ELEMENTO E MÉTODO DE COMPENSAÇÃO DE FLUTUAÇÃO São revelados um elemento de compensação de flutuação (600) para conexão com um duto flexível (620) e um método para produzir um elemento de compensação de flutuação para aumentar ou diminuir a flutuação da parte do duto flexível. O elemento de compensação de flutuação (600) inclui uma parte de corpo (602/604); e um canal (616a) estendendo-se através da parte de corpo para receber uma parte do duto flexível (620), em que a parte de corpo e o canal são configurados de modo que, quando uma parte do duto flexível (620) é recebida no canal (616a), a parte de duto tem capacidade crescente de se flexionar em direção a uma extremidade do canal.

Description

[001]A presente invenção refere-se a um elemento de compensação de flutuação ou a elementos de compensação de flutuação, a um método para proporcionar os mesmos. Em particular, mas não exclusivamente, a presente invenção refere- se a elementos de compensação de flutuação para conexão a um duto flexível para proporcionar flutuação para reduzir a tensão e oferecer suporte de curvatura ao duto flexível, por exemplo, no uso submarino.

[002]Tradicionalmente, um duto flexível é utilizado para o transporte de fluidos de produção, tal como óleo e/ou gás e/ou água, de um local para outro. O duto flexível é particularmente útil para conexão com a uma localização submarina (que pode ser profunda embaixo d’água, digamos, 1000 metros ou mais) até um local no nível do mar. O duto pode ter um diâmetro interno de tipicamente até cerca de 0,6 metro. O duto flexível é geralmente formado como uma montagem de um corpo de duto flexível e um ou mais encaixes de extremidade. O corpo do duto é tipicamente formado como uma combinação de materiais em camada que formam um conduto contendo pressão. A estrutura de duto permite grandes deflexões sem causar tensões de curvatura que prejudiquem a funcionalidade do duto ao longo de sua vida útil. O corpo do duto geralmente inclui camadas metálicas e polímeros.

[003]Em muitas construções de duto flexível conhecidas, o corpo do duto inclui uma ou mais camadas de armadura de tensão. O carregamento primário em tal camada é a tensão. Em aplicações de alta pressão, tal como em ambientes de águas profundas e ultra-profundas (considerando que águas profundas estão a menos de 3.300 pés (1.005,84 metros) e as águas ultra-profundas a mais de 3.300 pés), a camada de armadura de tensão suporta cargas de alta tensão oriundas de uma carga de pressão interna da tampa de extremidade e do peso auto-suportado do duto flexível. Isso pode causar falha no duto flexível, uma vez que tais condições são experimentada são longo de períodos de tempo prolongados.

[004]Uma técnica que foi tentada anteriormente para atenuar de alguma maneira o problema mencionado acima é a adição de auxiliares de flutuação em locais predeterminados ao longo da extensão de um riser (ascensor). Os auxiliares de flutuação fornecem uma força de elevação para contrapor o peso do riser, efetivamente tomando uma parte do peso do riser, em vários pontos ao longo de sua extensão. O emprego de auxiliares de flutuação envolve um custo de instalação relativamente menor quando comparado a algumas outras configurações, tal como uma estrutura de arco em águas de profundidade média, e também possibilita um tempo de instalação relativamente mais rápido.

[005]Um exemplo de configuração conhecida do riser usando auxiliares de flutuação para suportar o riser é uma configuração de riser escalonado 100, tal como revelado na WO2007/125276 e ilustrado na Fig. 1, em que auxiliares de flutuação 101 são proporcionados em localizações distintas ao longo de um duto flexível 103. O riser é adequado para o transporte de fluido de produção, tal como óleo e/ou gás e/ou água a partir de uma localização submarina para uma instalação flutuante 105, tal como uma plataforma, boia ou embarcação. Um exemplo adicional de uma configuração de riser conhecida usando auxiliares de flutuação é uma configuração com corcova (lazy-wave) 200 ilustrada na Fig. 2, em que auxiliares de flutuação 201 são proporcionados em pontos ao longo de um duto flexível 203 de modo a proporcionar uma “curvatura ascendente” no riser. A configuração com corcova geralmente é preferida para aplicações em águas rasas.

[006]O documento WO2007/125276 revela um duto flexível incluindo suportes de flutuação rígidos em um ou mais pontos ao longo de um conjunto de riser. O suporte de flutuação rígido fornece uma superfície rígida para afixar auxiliares de flutuação ao duto flexível, evitando assim o esmagamento do duto flexível devido às cargas de compressão sendo exercidas à medida que o auxiliar de flutuação é conectado.

[007]Outras configurações do riser podem requerer a adição de peso de lastro a um duto flexível para diminuir a flutuação do duto em uma ou mais posições para adequar-se a um ambiente marinho em particular ou estrutura de extração de fluido de produção.

[008]Como usado aqui, o termo “elemento de compensação de flutuação” é usado para abranger tanto auxiliares de flutuação para aumentar a flutuação quanto pesos de lastro para diminuir a flutuação.

[009]Seria útil dispor de um conjunto de duto flexível que possibilitasse o equipamento e a etapas anteriores à instalação do conjunto de duto flexível da forma mais simples de manipular e conveniente possível.

[010]Também seria útil dispor de um conjunto de duto flexível que permitisse a conexão direta de elementos de compensação de flutuação adicionais, sem exercer cargas de compressão sobre o duto.

[011]Além disso, é conhecido que um duto flexível é, em uso, sujeito ao carregamento dinâmico devido ao movimento da embarcação ou aos efeitos de maré, por exemplo, que podem causar alterações de curvatura na configuração do riser. O curvatura excessiva também pode ocorrer quando o duto flexível é instalado. É geralmente vantajoso evitar a curvatura excessiva e controlar tais alterações dentro dos limites predeterminados. Uma solução conhecida consiste em adicionar um ou mais reforçadores de curvatura ao duto flexível nos locais onde pode ocorrer a curvatura excessiva. O reforçador de curvatura pode ser adicionado, por exemplo, adjacente a um encaixe de extremidade de modo a aumentar gradualmente a flexibilidade permissível do duto flexível.

[012]Há certas desvantagens com relação à montagem e ao transporte de um conjunto de duto flexível incluindo um reforçador de curvatura. Um reforçador de curvatura geralmente é rosqueado sobre um duto flexível na usina de fabricação, o duto é enrolado em uma bobina para transporte até o local de instalação, e então arriado da bobina no local de uso. O reforçador de curvatura, em si, é bastante rígido e de formato que dificuldade bastante sua manipulação em comparação com um duto flexível, e, portanto, é difícil de acomodar em uma bobina. Geralmente, lida-se com isso usando um material de acondicionamento especial, o qual requer uma grande quantidade de esforço. Além disso, o reforçador de curvatura deve estar localizado em um ponto específico na bobina de modo a não virar a bobina desequilibrando-a.

[013]É um objetivo das concretizações da presente invenção proporcionar um elemento e método de compensação de flutuação que aperfeiçoe a facilidade de uso e a facilidade de manipulação antes de um conjunto de duto flexível ser instalado, comparado aos elementos e métodos de compensação de flutuação conhecidos.

[014]É um objetivo das concretizações da presente invenção proporcionar um elemento de compensação de flutuação que possa ser retroencaixado em um duto flexível.

[015]É um objetivo das concretizações da presente invenção proporcionar um elemento e método de compensação de flutuação que seja simples e cuja instalação seja eficaz em termos de custo.

[016]É um objetivo das concretizações da presente invenção proporcionar um ou mais elementos de compensação de flutuação que possam ser conectados a uma conexão de linha média de um duto flexível.

[017]É um objetivo das concretizações da presente invenção proporcionar um conjunto que seja simples de montar e ofereça proteção contra a curvatura excessiva de um duto flexível.

[018]De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um elemento de compensação de flutuação para conexão com uma parte de um duto flexível para aumentar ou diminuir a flutuação da parte do duto flexível, compreendendo: uma parte de corpo; e um canal estendendo-se através da parte de corpo para receber uma parte do duto flexível, em que a parte de corpo e o canal são configurados de modo que, quando uma parte de duto flexível for recebida no canal, a parte de duto tenha maior capacidade de se flexionar em direção a uma extremidade do canal.

[019]De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para proporcionar um elemento de compensação de flutuação para conexão com uma parte do duto flexível para aumentar ou diminuir a flutuação da parte do duto flexível, compreendendo: proporcionar uma parte de corpo; e proporcionar um canal estendendo-se através da parte de corpo para receber uma parte do duto flexível, em que a parte de corpo e o canal são configurados de modo que, quando uma parte de duto flexível for recebida no canal, a parte de duto tenha maior capacidade de se flexionar em direção a uma extremidade do canal.

[020]Certas concretizações da invenção oferecem a vantagem de que um elemento de compensação de flutuação pode ser conectado a um duto flexível logo antes de ser arriado em sua localização em uso, com isso permitindo que o elemento de compensação de flutuação seja armazenado e transportado separadamente do duto flexível.

[021]Certas concretizações da invenção oferecem a vantagem de que um ou mais elementos de compensação de flutuação são conectáveis juntos em série, enquanto se conectam somente a um duto flexível em um único ponto rígido, isto é, a conexão de linha média.

[022]Certas concretizações da invenção oferecem a vantagem de que um conjunto de duto flexível é proporcionado com proteção contra curvatura excessiva.

[023]Concretizações da invenção são adicionalmente descritas doravante com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:

[024]A Fig. 1 ilustra uma configuração de riser conhecida;

[025]A Fig. 2 ilustra outra configuração de riser conhecida;

[026]A Fig. 3 ilustra um corpo de duto flexível;

[027]A Fig. 4 ilustra uma configuração de riser;

[028]A Fig. 5 ilustra uma configuração de riser;

[029]A Fig. 5 ilustra um elemento de compensação de flutuação;

[030]A Fig. 6 ilustra uma parte de corpo de um elemento de compensação de flutuação;

[031]A Fig. 7 ilustra duas partes de corpo de um elemento de compensação de flutuação;

[032]A Fig. 8 ilustra um elemento de compensação de flutuação;

[033]A Fig. 9 ilustra elementos de compensação de flutuação conectados a uma conexão de linha média;

[034]A Fig. 10 ilustra elementos de compensação de flutuação conectados a um corpo de duto flexível;

[035]A Fig. 11 ilustra uma seção transversal de um elemento de compensação de flutuação;

[036]A Fig. 12 ilustra um método para conectar elementos de compensação de flutuação a um duto flexível;

[037]A Fig. 13 ilustra uma parte de corpo de um elemento de compensação de flutuação;

[038]A Fig. 14 ilustra um elemento de compensação de flutuação;

[039]A Fig. 15 ilustra um elemento de compensação de flutuação;

[040]A Fig. 16 ilustra uma montagem de elementos de compensação de flutuação em um duto flexível;

[041]A Fig. 17 ilustra uma parte de corpo de um elemento de compensação de flutuação;

[042]A Fig. 18 ilustra um elemento de compensação de flutuação;

[043]A Fig. 19 ilustra uma parte de corpo de um elemento de compensação de flutuação; e

[044]A Fig. 20 ilustra um elemento de compensação de flutuação.

[045]Nos desenhos, numerais de referência similares referem-se a partes similares.

[046]Ao longo de toda esta descrição, será feita referência a um duto flexível. Será entendido que um duto flexível é uma montagem de uma parte de um corpo de duto e uma ou mais conexões de extremidade, em cada uma das quais uma respectiva extremidade do corpo de duto é terminada. A Fig. 3 ilustra como o corpo de duto 300 é formado de acordo com uma concretização da presente invenção a partir de uma combinação de materiais em camadas que formam um conduto de contenção de pressão. Embora uma série de camadas particulares sejam ilustradas na Fig. 3, deve ser compreendido que a presente invenção é amplamente aplicável a estruturas de corpo de duto coaxiais incluindo duas ou mais camadas fabricadas a partir de uma variedade de materiais possíveis. Deve ser adicionalmente observado que as espessuras de camada são ilustradas somente para fins ilustrativos.

[047]Como ilustrado na Fig. 3, um corpo de duto inclui uma camada de carcaça mais interna opcional 301. A carcaça oferece uma construção intertravada que pode ser usada como a camada mais interna para evitar, total ou parcialmente, o colapso de uma bainha de pressão interna 302 devido à descompressão do duto, à pressão externa, à pressão da armadura de tensão e às cargas de esmagamento mecânico. Será apreciado que certas concretizações da presente invenção são apli- cáveis a operações de “furo liso” (isto é, sem uma carcaça), bem como a tais aplicações de “furo rugoso” (com uma carcaça).

[048]A bainha de pressão interna 302 atua como uma camada de retenção de fluido e compreende uma camada de polímero que assegura a integridade do fluido interno. Deve-se entender que essa própria camada pode compreender uma série de subcamadas. Será apreciado que, quando a camada de carcaça opcional é utilizada, a bainha de pressão interna é geralmente referenciada pelos versados na técnica como uma camada de barreira. Em operação, sem tal carcaça (a chamada operação de furo liso), a bainha de pressão interna pode ser chamada de camisa.

[049]Uma camada de armadura de pressão opcional 303 é uma camada estrutural com um ângulo de assentamento próximo a 90o que aumenta a resistência do duto flexível à pressão interna e externa e às cargas de esmagamento mecânico. A camada também suporta estruturalmente a bainha de pressão interna, e tipicamente consiste de uma construção intertravada.

[050]O corpo do duto flexível também inclui uma primeira camada de armadura de tensão 305 e uma segunda camada de armadura de tensão 306 opcional. Cada camada de armadura de tensão é uma camada estrutural com um ângulo de assentamento entre 10o e 55o. Cada camada é usada para sustentar cargas de tensão e pressão interna. As camadas de armadura de tensão são geralmente contra- enroladas em pares.

[051]O corpo do duto flexível ilustrado também inclui camadas opcionais de fita 304 que ajudam a conter camadas subjacentes e, em alguma medida impedem a abrasão entre as camadas adjacentes.

[052]O corpo do duto flexível também inclui tipicamente camadas opcionais de isolamento 307 e uma bainha externa 308, que compreende uma camada de polímero usada para proteger o duto da penetração de água do mar e de outros ambientes externos, corrosão, abrasão e dano mecânico.

[053]Cada duto flexível pode compreender pelo menos uma parte, algumas vezes chamada de segmento ou seção do corpo do duto 300 junto com uma conexão de extremidade localizada em pelo menos uma extremidade do duto flexível. Uma conexão de extremidade proporciona um dispositivo mecânico que forma a transição entre o corpo de duto flexível e um conector. As diferentes camadas de duto, como ilustrado, por exemplo, na Fig. 3, são terminadas no encaixe de extremidade de tal maneira a transferir a carga entre o duto flexível e o conector.

[054]Como alternativa, um segmento do corpo do duto flexível pode ser unido a um segmento adicional do corpo do duto por outros tipos de conexão de linha média, tal como descrito no documento WO2009/150443. Uma conexão de linha média é considerada como sendo qualquer conexão entre os segmentos de corpo de duto flexível que, em uso, residem entre a embarcação ou plataforma e o leito do mar.

[055]A Fig. 4 ilustra um conjunto de riser 400 adequado para transporte de fluido de produção, tal como óleo e/ou gás e/ou água de um local submarino 401 para uma instalação flutuante 402. Por exemplo, na Fig. 4, o local submarino 401 inclui uma linha de fluxo submarina. A linha de fluxo flexível 405 compreende um duto flexível, total ou parcialmente assentado no leito do mar 404 ou enterrado abaixo do leito do mar e usado em uma aplicação estática. A instalação flutuante pode ser proporcionada por uma plataforma e/ou boia, ou, como ilustrado na Fig. 4, por uma embarcação. O conjunto de riser 400 é proporcionado como um riser flexível, isto é, um duto flexível 403 conectando a embarcação à instalação no leito do mar. O duto flexível pode ser em segmentos do corpo do duto flexível com encaixes de ex-tremidade de conexão, como discutido acima.

[056]Será apreciado que há diferentes tipos de riser, como é bem conhecido pelos versados na técnica. As concretizações da presente invenção podem ser usadas com qualquer tipo de riser, tal como um riser livremente suspenso (riser livre em catenária), um riser restrito em alguma extensão (boias, correntes), um riser totalmente restrito ou encerrado em um tubo (tubos I ou J).

[057]A Fig. 4 também ilustra como partes de duto flexível podem ser utilizadas como uma linha de fluxo 405 ou jumper 406.

[058]Uma concretização da presente invenção é apresentada nas Figs. 5 à 11. Um elemento de compensação de flutuação (auxiliar de flutuação) 500 inclui uma primeira parte de corpo 502 e uma parte de corpo adicional 504. As partes de corpo são conectáveis uma à outra para formar o elemento de compensação de flutuação. No exemplo ilustrado, o elemento de compensação de flutuação é dividido em duas partes substancialmente idênticas.

[059]Uma parte de corpo é ilustrada na Fig. 6. A parte de corpo 502 é geralmente semi-cilíndrica, tendo uma primeira superfície de extremidade geralmente semi-circular 506, uma segunda superfície de extremidade geralmente semi-circular 508 oposta à primeira superfície de extremidade, uma face geralmente plana 510 estendendo-se entre a primeira e segunda superfícies de extremidade, e uma superfície curvada 512 estendendo-se entre a primeira e segunda superfícies de extremidade. Neste exemplo, as faces externas da parte de corpo também incluem partes curvadas adicionais 514 como superfícies de transição.

[060]A face geralmente plana 510 é interrompida por uma parte cortada 516 que se estende entre a primeira e segunda superfícies de extremidade 506, 508. A parte cortada 516, em si, é semi-cilíndrica.

[061]A primeiras parte de corpo e as partes de corpo adicionais 502, 504 são configuradas para serem conectáveis umas às outras. Como indicado na Fig. 5, as partes de corpo podem ser unidas por parafusos (não ilustrados) para fixar as partes umas nas outras. Os parafusos são inseridos em cavidades ocas de tamanho apropriado 518 e apertados. Como alternativa, será apreciado que muitas outras formas de configuração poderiam ser usadas para conectar as partes de corpo, tais como tiras ou outros enrolamentos em torno das partes unidas, ou formas de adesivo ou solda, por exemplo.

[062]A parte cortada 516 em cada parte de corpo é configurada (dimensionada e conformada) de modo que, quando as partes de corpo forem conectadas, as partes de corpo envolvam um duto flexível 520. Uma vez que as partes cortadas são semi-cilíndricas, elas irão formar um canal cilíndrico para receber um duto flexível.

[063]Como ilustrado nas Figs. 7 a 9, o elemento de compensação de flutuação 500 também pode incluir um ou mais conectores ou flanges para conectar o elemento de compensação de flutuação aos componentes adicionais. Um conector 522 é ilustrado no elemento de compensação de flutuação da Fig. 7 e 8. A Fig. 7 mostra duas partes de corpo 502, 504 para formar um elemento de compensação de flutuação 500 e a Fig. 8 mostra as partes de corpo 502, 504 em seu estado conectado. Os conectores podem ser qualquer configuração adequada, por exemplo, na forma de um flange projetando-se a partir da primeira e/ou segunda superfícies de extremidade 506, 508 com meios apropriados para conectar o flange ao componente adicional, que poderia ser um elemento de compensação de flutuação adicional ou uma parte do duto flexível.

[064]A Fig. 9 ilustra uma parte cortada de dois elementos de compensação de flutuação envolvendo um duto flexível na região de uma conexão de linha média. Um conector 522 é configurado para se conectar a uma conexão de linha média 524 de um duto flexível 520. Aqui, a conexão de linha média 524 é um par de encaixes de extremidade unidos em uma configuração direta. O conector 522 se prende seguramente na conexão de linha média 524 para formar uma união firme entre os dois componentes. Uma vez que o elemento de compensação de flutuação é fixado à conexão de linha média, que é uma estrutura rígida, cargas de esmagamento excessivas não são aplicadas ao corpo do duto flexível. O conector 522 também pode ser conectável a um conector adicional 526 de um elemento de compensação de flutua- ção adicional, como ilustrado.

[065]A Fig. 10 ilustra uma parte cortada de dois elementos de compensação de flutuação envolvendo um duto flexível na região do corpo do duto flexível (sem um conector de linha média). Um conector 522 é configurado para se conectar com um conector adicional 526 de um elemento de compensação de flutuação adicional

[066]Concebe-se que o tipo de conector para conexão com uma conexão de linha média e do conector para conectar-se a um corpo de duto flexível podem ter a mesma configuração, e com a capacidade de conectar-se a qualquer um dos componentes ou a ambos desses componentes. Os meios para formar uma conexão entre o conector e a conexão de linha média do conector adicional podem ser qualquer tipo de encaixe mecânico (tipo de parafuso, tipo macho/fêmea, etc.), uma configuração de aparafusamento ou outros tais meios. Quaisquer forças geradas pela inércia entre o elemento de compensação de flutuação e o duto flexível serão transferidas através do conector e da conexão de linha média.

[067]A Fig. 11 ilustra uma seção transversal de um elemento de compensação de flutuação 500. Neste exemplo, o elemento de compensação de flutuação 500 inclui um invólucro protetor 528 para cobrir as superfícies externas das partes de corpo. O invólucro pode ser formado de aço ou qualquer outro material, tal como um material composto, que forneça uma quantidade de proteção ao elemento de compensação de flutuação contra a água do mar. A massa das partes de corpo é, neste caso, de espuma sintética 530. Um componente adicional deste exemplo é uma camada radialmente interna 532, que é proporcionada ao longo da parte cortada semi- cilíndrica 516. A camada é de aço e é suficiente para formar uma interface resistente à fricção entre o corpo de espuma sintática e um duto flexível. A camada 532 pode ser formada com uma rigidez suficiente para impedir que a parte do duto flexível que é envolvida pelo elemento de compensação de flutuação da curvatura em uso.

[068]Um elemento de compensação de flutuação tal como o descrito acima pode ser proporcionado para conexão com um duto flexível. O método para propor-cionar o elemento de compensação de flutuação inclui proporcionar uma primeira parte de corpo; e proporcionar uma parte de corpo adicional, em que a primeira parte de corpo e a parte de corpo adicional são configuradas para serem conectáveis uma à outra e, em uso, encerrar uma parte do duto flexível. O método pode incluir fabricar o elemento de compensação de flutuação, ou proporcionar os componentes para montagem.

[069]Em vista dos diferentes tipos de conectores discutidos acima, será apreciado que uma série de elementos de compensação de flutuação podem ser conectados a um duto flexível em uma configuração em linha. Um exemplo desse método é ilustrado na Fig.12. Neste exemplo, os elementos de compensação de flutuação são conectados ao duto flexível 520 em alto mar, logo antes de serem rebaixados na água 534 por meio de um moon pool 536 (abertura que coloca em contato a torre de perfuração com o mar). Em uma primeira etapa S1, uma primeira parte de corpo 502 e uma parte de corpo adicional 504 são colocadas juntas, conectadas uma à outra a partir de um primeiro elemento de compensação de flutuação 5001, e conectadas a uma seção mais inferior de uma conexão de linha média 524. A conexão das partes de corpo uma à outra e à conexão de linha média pode ser realizada em qualquer ordem. Em uma segunda etapa S2, um elemento de compensação de flutuação adicional 5002 é conectado à seção mais superior da conexão de linha média 524 e/ou ao primeiro elemento de compensação de flutuação 5001. Novamente, a conexão das partes de corpo do elemento de compensação de flutuação adicional 5002 uma à outra e a conexão das partes de corpo ao conjunto pode ser realizada em qualquer ordem. Nas etapas subsequentes Sn, um elemento de compensação de flutuação adicional 500n-1 é conectado ao elemento de compensação de flutuação adicional 5002 por meio de respectivos conectores, e o elemento de compensação de flutuação adicional 500n-1 é conectado ao elemento de compensação de flutuação adicional 500n por meio dos respectivos conectores, e assim por diante.

[070]Com tal método, o primeiro elemento de compensação de flutuação 5001 é fixado ao duto flexível por meio da conexão de linha média 524, e elementos de compensação de flutuação adicionais são fixados em sequência ao primeiro elemento de compensação de flutuação ou à conexão de linha média. Como tal, quaisquer forças dos elementos de compensação de flutuação adicionados posteriormente são transmitidas através dos elementos de compensação de flutuação adicionados anteriormente à conexão de linha média. Isso ajuda a evitar cargas de compressão excessivas no duto flexível oriundas dos elementos de compensação de flutuação. Além disso, uma vez que o primeiro elemento de compensação de flutuação adicionado é conectado à conexão de linha média, ele não irá deslizar o duto flexível para baixo para uma posição indesejada, e uma vez que elementos de compensação de flutuação adicionais são adicionados em sequência acima do primeiro elemento de compensação de flutuação, o primeiro elemento de compensação de flutuação atua como um limitador de guia para impedir que os elementos de compensação de flutuação adicionais deslizem o duto flexível par abaixo.

[071]Além do mais, quando se utiliza elementos de compensação de flutuação incluindo a camada rígida 532, a combinação de cada camada rígida formaria um tubo rígido externo ao duto e encerrando o duto ao longo da extensão dos elementos de compensação de flutuação. Este poderia ser usado efetivamente como um único tubo-guia ou tubo em “I”.

[072]Em um método alternativo, uma série de elementos de compensação de flutuação poderia ser adicionada a um duto flexível suspenso entre uma embarcação e uma plataforma em águas de profundidade média, por exemplo, com o elemento de compensação de flutuação final sendo conectado a uma conexão de linha média. Então, o duto flexível poderia ser liberado da embarcação de modo que o duto suspenso a partir da plataforma de águas de profundidade média essencial- mente de uma maneira invertida.

[073]Em uma modificação adicional ao aparelho descrito acima, um elemento de compensação de flutuação 600 pode ser proporcionado como ilustrado nas Figs. 13 e 14. Como ilustrado nas figuras, o elemento de compensação de flutuação 600 é similar em muitas maneiras ao elemento de compensação de flutuação 500, e é similarmente formado de duas partes de corpo conectáveis 602, 604, cada uma com uma parte cortada 616 que forma um canal após a conexão com a outra parte de corpo. O canal se estende através do elemento de compensação de flutuação 600 para receber um duto flexível. No entanto, neste exemplo, a parte cortada 616 de cada parte de corpo é formada para incluir uma seção 616a que aumenta gradualmente de diâmetro em direção a uma extremidade da parte de corpo em um perfil do tipo “boca de sino”. Ao longo da seção 616a, o canal formado mediante a conexão das partes de corpo uma à outra se alarga gradualmente para fora, e o elemento de compensação de flutuação 600 não irá entrar em contato com o duto flexível 620. Isto é, uma seção transversal da seção 616 inclui uma superfície curvada, que pode um raio de curvatura constante ou variável (crescente ou decrescente) aproximando- se da extremidade da parte de corpo. Nas Figs. 13 e 14, a seção 616a estende-se aproximadamente por um quinto do comprimento do elemento de compensação de flutuação, embora as dimensões específicas possam ser determinadas pelos versados na técnica, dependendo dos detalhes da aplicação.

[074]Em ainda outro exemplo adicional, um elemento de compensação de flutuação 700 pode ser proporcionado como mostra a Fig. 15. O elemento de compensação de flutuação 700 é similar de diversas maneiras ao elemento de compensação de flutuação 600, mas é formado de uma única parte de corpo 702 com um canal estendendo-se através da parte de corpo para receber um duto flexível. O canal é formado para incluir uma seção 716a que aumenta gradualmente de diâmetro em direção a uma extremidade da parte de corpo em perfil do tipo “boca de sino”. Ao longo da seção 716a, o elemento de compensação de flutuação 700 não ficará em contato com o duto flexível 720.

[075]A seção 616a, 716a do elemento de compensação de flutuação com um perfil do tipo “boca de sino” fornece à parte de duto flexível encerrada pelo elemento de compensação de flutuação uma quantidade crescente de espaço entre o canal e o duto, fornecendo ao duto a capacidade crescente de se flexionar e curvar em direção a essa extremidade do canal. Sob esse aspecto, a seção do elemento de compensação de flutuação atua como um elemento de limitação de curvatura, permitindo uma alteração gradual na flexibilidade do duto flexível a partir de onde ele é restrito debaixo do módulo de compensação de flutuação até onde ele é completamente aberto para o ambiente (água do mar, por exemplo). Esse aspecto, portanto, remove a necessidade de usar um reforçador de curvatura adicional nesta região do duto flexível.

[076]Um indivíduo com conhecimento na técnica irá apreciar que o perfil do tipo “boca de sino” é uma forma de obter uma alteração gradual na restrição na parte do duto flexível circundada pelo elemento de compensação de flutuação. No entanto, essa alteração também poderia ser realizada por outros meios, tal como formando o elemento de compensação de flutuação a partir de um material que tem uma compressibilidade em alteração, tal como uma espuma com tamanho de poro crescente, de modo que a compressibilidade aumente em direção à extremidade do canal. Isso também permitira à parte do duto flexível uma capacidade crescente de se flexionar à medida que chega à extremidade do canal.

[077]Em uma modificação adicional ao aparelho, uma série de elementos de compensação de flutuação diferentes pode ser conectada a um duto flexível 820 em uma configuração em linha. Um exemplo dessa disposição é ilustrada em seção transversal na Fig. 16. Neste exemplo, os elementos de compensação de flutuação são conectados ao duto flexível 820 em alto mar, logo antes de serem rebaixados na água por meio de um moon pool (não ilustrado). Primeiramente, uma primeira parte de corpo 802 e uma parte de corpo adicional (não ilustrada) são colocadas juntas, conectadas uma à outra a partir de um primeiro elemento de compensação de flutuação 8001, e conectadas a uma seção mais inferior de uma conexão de linha média 824. A conexão das partes de corpo uma à outra e à conexão de linha média pode ser realizada em qualquer ordem. Para esse primeiro elemento de compensação de flutuação, um elemento de compensação de flutuação do tipo ilustrado nas Figs. 13 e 14 é empregado, com a seção do canal alargado 816a proporcionada na extremidade do canal distal à conexão de linha média 824. Em seguida, um segundo elemento de compensação de flutuação 8002 é conectado à seção mais superior da conexão de linha média 824 e/ou ao primeiro elemento de compensação de flutuação 8001. No entanto, esse elemento de compensação de flutuação 8002 é do tipo ilustrado nas Figs. 7, 8 ou 11, por exemplo, sem nenhuma seção de canal alargada. Novamente, a conexão das partes de corpo do segundo elemento de compensação de flutuação 8002 uma à outra e a conexão das partes de corpo ao conjunto pode ser realizada em qualquer ordem. Então, um terceiro elemento de compensação de flutuação 8003 do tipo ilustrado nas Figs. 7, 8 ou 11, por exemplo, é conectado por meio de respectivos conectores 822 ao segundo elemento de compensação de flutuação 8002. Então, um quarto elemento de compensação de flutuação 8004 do tipo ilustrado nas Figs. 13 e 14, por exemplo, é conectado por meio de respectivos conectores 822 ao terceiro elemento de compensação de flutuação 8003.

[078]De maneira similar à disposição descrita em relação à Fig. 12, o primeiro elemento de compensação de flutuação 8001 é fixado ao duto flexível por meio da conexão de linha média 824, e elementos de compensação de flutuação adicionais são fixados em sequência ao primeiro elemento de compensação de flutuação ou à conexão de linha média. Como tal, quaisquer forças dos elementos de compensação de flutuação adicionados posteriormente são transmitidas através dos elementos de compensação de flutuação adicionados anteriormente à conexão de linha média. Isso ajuda a evitar cargas de compressão excessivas no duto flexível oriundas dos elementos de compensação de flutuação. Além disso, uma vez que o primeiro elemento de compensação de flutuação adicionado é conectado à conexão de linha média, ele não irá deslizar o duto flexível para baixo para uma posição indesejada, e uma vez que elementos de compensação de flutuação adicionais são adicionados em sequência acima do primeiro elemento de compensação de flutuação, o primeiro elemento de compensação de flutuação atua como um limitador de guia para impedir que os elementos de compensação de flutuação adicionais deslizem o duto flexível par abaixo.

[079]Além do mais, quando se utiliza elementos de compensação de flutuação incluindo uma camada interna rígida, a combinação de cada camada rígida formaria um tubo rígido externo ao duto e encerrando o duto ao longo da extensão dos elementos de compensação de flutuação. Este poderia ser usado efetivamente como um único tubo-guia ou tubo em “I”.

[080]É possível usar centralizadores dentro do conjunto formado de modo a manter as posições relativas dos elementos de compensação de flutuação junto ao duto. Os centralizadores são conhecidos na técnica e podem ser posicionados em intervalos predeterminados ao longo de um duto.

[081]Além do mais, o uso dos elementos de compensação de flutuação tendo um canal alargado nas seções mais superior e mais inferior do conjunto permite que a parte encerrada do duto flexível seja protegida de forma relativamente rígida ao longo de sua seção central, e então tenha uma capacidade crescente de se flexionar e curvar em direção a essas seções do conjunto.

[082]Outro exemplo de um elemento de compensação de flutuação é ilustrado na Fig. 17 e 18. Neste exemplo, um elemento de compensação de flutuação 900 inclui uma primeira parte de corpo 902 e uma parte de corpo adicional 904. As partes de corpo são conectáveis uma à outra para formar o elemento de compensação de flutuação 900. No exemplo ilustrado, o elemento de compensação de flutuação é dividido em duas partes substancialmente idênticas. Como alternativa, o elemento de compensação de flutuação poderia ser formado a partir de uma única parte de corpo.

[083]O elemento de compensação de flutuação 900 compartilha aspectos similares aos do elemento de compensação de flutuação descrito com referência à Fig. 13 e 14, por exemplo. Cada parte de corpo 902, 904 inclui uma parte cortada 916 que é de dimensões de perfil variáveis. Mais especificamente, a parte cortada 916 se estende entre a primeira e segunda superfícies de extremidade 906, 908. A parte cortada tem uma primeira seção de extremidade 916a adjacente à primeira superfície de extremidade 906 que aumenta gradualmente de diâmetro em direção à primeira extremidade 906 em um perfil do tipo “boca de sino”. Ao longo da seção 916a, o canal formado mediante a conexão das partes de corpo uma à outra se alarga gradualmente para fora, e o elemento de compensação de flutuação 900 não irá entrar em contato com o duto flexível 920. Adjacente à primeira seção 916a está uma segunda seção central 916b que é semi-cilíndrica. A segunda seção central 916b geralmente ficará em contato com o duto flexível 920. Adjacente à segunda seção 916b é uma terceira seção de extremidade 916c que aumenta gradualmente de diâmetro em direção à segunda extremidade 908 em um perfil do tipo “boca de sino”. Ao longo da seção 916c, o canal formado mediante a conexão das partes de corpo uma à outra se alarga gradualmente para fora, e o elemento de compensação de flutuação 900 não irá entrar em contato com o duto flexível 920.

[084]O elemento de compensação de flutuação 900 pode ser usado de maneira independente e inclui aspectos de limitação de curvatura que irão eliminar a necessidade de reforçadores de curvatura separados.

[085]Outro exemplo de um elemento de compensação de flutuação é ilustra- do na Fig. 19 e 20. Neste exemplo, um elemento de compensação de flutuação 1000 inclui uma primeira parte de corpo 1002 e uma parte de corpo adicional 1004. As partes de corpo são conectáveis uma à outra para formar o elemento de compensação de flutuação 1000. O elemento de compensação de flutuação 1000 é similar ao elemento de compensação de flutuação 900. No entanto, a parte cortada 1016 de cada parte de corpo é configurada (conformada e dimensionada) de modo que o elemento de compensação de flutuação se encaixe em volta de uma conexão de linha média do duto flexível 1020.

[086]O elemento de compensação de flutuação 1000 pode ser provido de uma camada radialmente interna 1032 ao longo da parte cortada 1016. Aqui, a camada é de aço e não apenas acomoda a geometria da conexão de linha média, mas também adiciona rigidez à estrutura de modo que o elemento de compensação de flutuação possa resistir a qualquer deformação potencial das forças entre o elemento de compensação de flutuação e o duto flexível. A camada 1032 pode ser formada com rigidez suficiente de modo a impedir que a parte do duto flexível que é envolvida pelo elemento de compensação de flutuação se curve em uso, enquanto que as seções de extremidade permitem maior flexibilidade ao duto em direção às superfícies de extremidade do elemento de compensação de flutuação.

[087]Com esse aparelho, as forças dinâmicas podem ser transferidas através dos encaixes de extremidade da conexão de linha média. Além disso, as forças fixando as partes de corpo ao duto flexível são direcionadas em torno da conexão de linha média, que é rígida, de modo que as cargas compressivas não sejam excessivas e esmaguem o duto flexível. Além disso, o aparelho remove a necessidade de usar reforçadores de curvatura separados no conjunto, que normalmente devem ser instalados em um duto flexível na instalação de fabricação.

[088]Uma vez que os reforçadores de curvatura são omitidos do conjunto, há implicações positivas relacionadas à produção do duto, em termos de tempo reduzi- do para espera por peças, transporte do conjunto, risco de danos ao conjunto, e custo. O elemento de compensação de flutuação pode ser retroencaixado em um duto flexível em alto mar.

[089]Será apreciado que o perfil da parte do elemento de compensação de flutuação que permite uma flexibilidade crescente do duto flexível pode ser projetado de modo a se adequar às dimensões do duto, às dimensões da conexão de linha média, aos raios de curvatura permissíveis (que podem depender das condições submarinas, por exemplo), e assim por diante.

[090]Várias modificações às construções detalhadas como descrito acima são possíveis. Por exemplo, embora os elementos de compensação de flutuação descritos acima incluam espuma sintática, o material que fornece flutuação poderia ser, em vez disso, ar, gás ou outro material, ou uma combinação de materiais, para fornecer flutuação positiva adequada. Como alternativa, o material poderia ser um peso de lastro adequado, tal como areia, brita ou um metal ou liga, por exemplo, chumbo ou aço na forma de pelotas ou em outra forma adequada.

[091]Outros materiais descritos também são apenas para exemplo. Será compreendido que, embora alguns dos elementos de compensação de flutuação descritos acima sejam formados de duas partes de corpo, eles poderiam ser formados de uma única parte de corpo ou três ou mais partes de corpo.

[092]Como descrito acima, dois ou mais elementos de compensação de flutuação podem ser unidos, por exemplo, por respectivas partes de conector, para formar uma configuração em linha de elementos de compensação de flutuação. Embora quatro elementos de compensação de flutuação tenham sido descritos em relação à Fig. 16, qualquer número de elementos de compensação de flutuação pode ser usado, embora seria vantajoso o uso de um elemento de compensação de flutuação com uma parte alargada no começo e no final da configuração de modo a obter o controle de curvatura.

[093]Embora alguns exemplos da presente invenção tenham sido descritos com um conector em cada extremidade da parte de corpo, será percebido que um elemento de compensação de flutuação pode ter somente um conector que é configurado para se acoplar a uma parte correspondente de um corpo de um elemento de compensação de flutuação adjacente. Como alternativa, a própria parte de corpo pode ser configurada para se acoplar a uma parte correspondente de um corpo de um elemento de compensação de flutuação adjacente.

[094]Com os conjuntos de duto conhecidos anteriormente, uma combinação de componentes dissimilares é necessária para obter controle de flutuação e reforço de curvatura. A presente invenção proporciona ambos esses aspectos usando componentes similares e em menor número. Os elementos de compensação de flutuação serão econômicos em termos de fabricação em terra e instalação em alto mar.

[095]A invenção será particularmente útil para reduzir a tensão do riser e levar a benefícios adicionais em termos das necessidades de uma camada de armadura de tensão.

[096]A invenção irá otimizar a função de limitar a curvatura de flexão no duto na saída de um elemento de compensação de flutuação.

[097]Com um elemento de compensação de flutuação dividido em duas ou mais partes de corpo, o elemento de compensação de flutuação pode ser facilmente retroencaixado em um duto flexível no momento da instalação, logo antes de um duto flexível ser rebaixado no mar, por exemplo.

[098]Os elementos de compensação de flutuação descritos acima podem ser adaptados para se conectarem a elementos de compensação de flutuação adicionais encaixados em um duto flexível para formar um segmento de conjunto de fornecimento de flutuação, ainda assim, o conjunto de elementos de compensação de flutuação só se conecta ao duto flexível em uma conexão de linha média, que é uma parte rígida do duto. Assim, forças de esmagamento excessivas não são aplicadas ao duto flexível em seções do duto que não são rígidas. O conjunto também pode atuar como um tubo-guia para o duto.

[099]O elemento ou elementos de compensação de flutuação descritos acima podem proporcionar um sistema de riser com cargas de tensão reduzidas que é simples de montar e econômico. O aparelho ilustrado na Fig. 16, por exemplo, é particularmente adequado para aplicações em águas profundas e ultra-profundas, e o aparelho ilustrado na Fig. 5, por exemplo, é particularmente adequado para aplicações em águas mais rasas. No entanto, um indivíduo versado na técnica irá perceber que qualquer um dos exemplos descritos acima pode ser projetado para se adequar à aplicação particular. Em uma aplicação tradicional, tal como uma configuração de onda em águas rasas, a curvatura de duto no módulo de flutuação é bastante irrisória, uma vez que 1) a flutuação líquida de cada módulo é relativamente pequena (por exemplo, 2.000 kg no máximo) e distribuída mais uniformemente ao longo de uma seção de duto relativamente longa, e 2) is módulos de flutuação são mais provavelmente posicionados quase horizontalmente ou com alguma inclinação (em uma formação de curva inferior - sag bend). Portanto, apenas curvas muito planas são projetadas nas extremidades do módulo de flutuação tradicional. O raio de curvatura dessas seções curvadas é de dezenas ou centenas de vezes o raio de curvatura mínimo do duto e não é realmente projetado para proteger o duto da curvatura excessiva. Para uma configuração de riser escalonado, os módulos de flutuação po-dem ser colocados em uma seção quase vertical. O duto poderia experimentar alta curvatura nas extremidade superior da seção de flutuação pela formação de um “degrau”. O raio do perfil de “boca de sino” na extremidade desses módulos grandes tipicamente não é menor do que 1,25 vez o raio de curvatura do duto.

[0100]Os elementos de compensação de flutuação poderiam ser aplicados para uso a uma profundidade de água de 1000, 2000 ou até mesmo 3000 metros, por exemplo. A flutuação líquida de cada elemento de compensação de flutuação pode ser de 10 toneladas (10.000 kg), por exemplo. Quando se utiliza uma configuração em linha de elementos de compensação de flutuação, a flutuação líquida pode ser de 100 toneladas, por exemplo. As dimensões do elemento de compensação de flutuação pode ser de aproximadamente 3,5 metros de diâmetro externo e 3 metros de comprimento, por exemplo. As dimensões particulares também dependerão da profundidade da água que é necessária para ser utilizado.

[0101]Será claro para um indivíduo com conhecimento na técnica que os aspectos descritos em relação a qualquer uma das concretizações descritas acima podem ser aplicável de maneira intercambiável entre as diferentes concretizações.

[0102]As concretizações descritas acima são exemplos para ilustrar vários aspectos da invenção.

[0103]Por toda a descrição e as reivindicações deste relatório, as palavras “compreendem” e “contém” e variações das mesmas significam “incluindo, mas não limitado”, e não pretendem (e de fato não) excluem outras partes, aditivos, componentes, números inteiros ou etapas. Por toda a descrição e reivindicações deste relatório, o singular abrange o plural, salvo exigido de outra maneira pelo contexto. Em particular, quando artigo indefinido é usado, o relatório descritivo é entendido como contemplando a pluralidade bem como a singularidade, salvo exigido de outra forma pelo contexto.

[0104]Os aspectos, números inteiros, características, compostos, grupamentos químicos ou grupos descritos em conjunto com um aspecto particular, concretização ou exemplo da invenção deverão ser entendidos como sendo aplicáveis a qualquer outro aspecto, concretização ou exemplo descrito aqui, salvo nos casos em que haja incompatibilidade com o(a) mesmo(a). Todos os recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo qualquer reivindicação, resumo e desenho em anexo) e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo assim revelado, podem ser combinados de qualquer forma, salvo por combinações em que pelo menos um dos referidos recursos e/ou etapas seja mutuamente exclusivo. A invenção não se limita aos detalhes das concretizações precedentes. Ela abrange qualquer combinação nova dos recursos relevados neste relatório descritivo (incluindo qualquer reivindicação, resumo e desenho) ou qualquer nova combinação das etapas de qualquer método ou processo revelado.

[0105]A atenção do leitor deve se voltar a todos os documentos e publicações depositados junto com este relatório descritivo ou anteriores a este relatório descritivo em conexão com este pedido e que estão abertos à inspeção pública junto com o presente relatório descritivo, e todos os conteúdos de tais documentos e publicações são incorporados ao presente documento para fins de referência.

Claims

1. Montagem compreendendo uma pluralidade de elementos de compensação de flutuação (600, 700, 800, 900, 1000) para conexão com uma parte de duto flexível (620, 720, 820, 920, 1020) para aumentar ou diminuir a flutuação da parte do duto flexível, CARACTERIZADA pelo fato de que a pluralidade de elementos de compensação de flutuação são conectados uns aos outros em uma configuração em linha, um primeiro elemento de compensação de flutuação em uma extremidade da configuração em linha compreendendo: uma parte de corpo; e um canal estendendo-se através da parte de corpo para receber uma parte do duto flexível, em que o canal compreende uma seção (616a, 716a, 816a, 916a) formada para aumentar de diâmetro em direção a uma extremidade do canal; em que o canal compreende um perfil de “boca de sino” em direção à extremidade do canal; e em que a parte de corpo e o canal são configurados de modo que, quando uma parte de duto flexível for recebida no canal, a parte de duto tenha maior capacidade de se flexionar em direção à extremidade do canal, em que pelo menos um da pluralidade de elementos de compensação de flutuação é conectado ao tubo flexível por meio de uma conexão de linha média da parte de tubo flexível.

2. Montagem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o canal do primeiro elemento de compensação de flutuação compreende uma seção adicional formada para aumentar de diâmetro em direção a uma extremidade adicional do canal.

3. Montagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADA pelo fato de que a parte de corpo do primeiro elemento de com- pensação de flutuação compreende uma primeira parte de corpo (802, 902, 1002) e uma parte de corpo adicional (904, 1004), e a primeira parte de corpo e a parte de corpo adicional são configuradas para serem conectáveis uma à outra.

4. Montagem, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o canal do primeiro elemento de compensação de flutuação é formado de modo a envolver a conexão de linha média (824) da parte do duto flexível.

5. Montagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADA pelo fato de que a parte de corpo do primeiro elemento de compensação de flutuação compreende um conector (822) conectando o primeiro elemento de compensação de flutuação a um elemento de compensação de flutuação adicional ou à conexão de linha média de um duto flexível.

6. Método para proporcionar uma montagem compreendendo uma pluralidade de elementos de compensação de flutuação para conexão com uma parte de du- to flexível para aumentar ou diminuir a flutuação da parte do duto flexível, o método CARACTERIZADO por compreender: conectar um primeiro elemento de compensação de flutuação a uma conexão de linha média de uma parte de tubo flexível; conectar pelo menos um elemento de compensação de flutuação adicional ao primeiro elemento de compensação de flutuação ou à conexão de linha média da parte de tubo flexível de modo que o primeiro elemento de compensação de flutuação e o adicional são conectados uns aos outros em uma configuração em linha; em que pelo menos o primeiro elemento de compensação de flutuação compreende: uma parte de corpo; e um canal estendendo-se através da parte de corpo para receber uma parte do duto flexível, em que o canal é formado para compreender uma seção que aumenta de diâmetro em direção à extremidade do canal em um perfil tipo “boca de sino”; e em que a parte de corpo e o canal são configurados de modo que, quando uma parte de duto flexível for recebida no canal, a parte de duto tenha maior capacidade de se flexionar em direção a uma extremidade do canal.