BR112016013851B1 - Tubo ascendente de produção de aço ondulado, sistema de produção de hidrocarbonetos fora da costa, e, método para produzir uma corrente de hidrocarbonetos - Google Patents

Abstract

TUBO ASCENDENTE DE PRODUÇÃO DE AÇO ONDULADO, SISTEMA DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS FORA DA COSTA, E, MÉTODO PARA PRODUZIR UMA CORRENTE DE HIDROCARBONETOS Um tubo ascendente de produção de aço ondulado, que em adição a uma seção de flutuação primária (103), em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado é provido com um primeiro conjunto de módulos de flutuação externos (130) e uma força de flutuação ascendente no corpo de água é maior do que a força de gravidade descendente, compreendendo ainda uma seção de flutuação auxiliar (106) na seção de suspensão (102), em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado é provido com um segundo conjunto de módulos de flutuação externos e em que a força de flutuação ascendente no corpo de água é menor do que a força de gravidade descendente. O ponto de arqueamento (125) é localizado dentro da seção de flutuação auxiliar. O tubo ascendente de produção de aço ondulado pode ser usado em um método para produzir uma corrente de hidrocarboneto, por meio da qual os fluidos de hidrocarbonetos minerais, produzidos a partir de um reservatório de hidrocarbonetos submarino, são transportados para uma estrutura flutuante por meio do tubo ascendente de produção de aço ondulado.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um tubo ascendente de produção de aço ondulado. Em um outro aspecto, a presente invenção refere- se a um sistema de produção de hidrocarboneto fora da costa, provido com tal tubo ascendente de produção de aço ondulado. Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para produzir uma corrente de hidrocarbonetos.

[002] Um tubo ascendente de produção de aço ondulado é um tubo ascendente de aço, tipicamente formado de uma coluna de tubos de aço, arranjada para transportar fluidos de hidrocarbonetos minerais, produzidos de um reservatório de hidrocarbonetos submarino, para uma estrutura flutuante, tal como uma plataforma de produção flutuante, uma estrutura de armazenagem e descarga de produção flutuante (FPSO), um semissubmersível.

[003] Os tubos ascendentes de produção de aço sob consideração na presente descrição são configurados ao longo de um trajeto ondulado. Um segmento do comprimento ao longo do tubo ascendente é provido com um conjunto de módulos de flutuabilidade externos, para criar uma seção de flutuação primária, em que uma força de flutuação ascendente sobre o tubo ascendente no corpo de água é maior do que a força de gravidade descendente. Como resultado, parte do tubo ascendente é elevada na água, desse modo uma seção curvada convexa ascendente (chamada curva de alquebramento ou curva arqueada) é tipicamente formada na seção de flutuação primária. A seção de flutuação primária eleva partes do tubo ascendente adjacente à seção de flutuação primária também, por meio do que uma seção convexa descendente (chamada curva arqueada) pode formar suspensão entre a estrutura flutuante e a seção de flutuação primária. Isto causa a configuração ondulada, que caracteriza os tubos ascendentes de produção de aço ondulados.

[004] O uso de tubos ascendentes de produção de aço ondulados, tubos ascendentes de onda de aço preguiçosa e tubos ascendentes de onda inclinada de aço em particular, como tais já foram propostos no passado para conectar uma estrutura flutuante a um oleoduto ou cabeça de poço localizada sob a água em um leito de mar.

[005] O tubo ascendente preguiçoso e o tubo ascendente de onda inclinada são dois distintos tipos de tubo ascendente de produção ondulados. Eles têm em comum que ambos compreendem uma parte de flutuação primária. A diferença caracterizante entre estes tipos é que, no caso da configuração de onda preguiçosa, o tubo ascendente de produção aterrissa sobre o leito do mar em uma curva convexa descendente, por meio do que no ponto de aterragem o tubo ascendente está em alinhamento tangencial com o leito do mar, enquanto que o tubo ascendente de onda inclinada aterrissa em um ângulo não tangente pronunciado, tipicamente vertical ou quase-vertical. É observado que a presença de tanto uma curva de alquebramento como uma arqueada distingue um tubo ascendente de produção ondulado de, por exemplo, um chamado tubo ascendente cateniforme de aço ou um tubo ascendente cateniforme de aço conformado. O tubo ascendente cateniforme de aço conformado tem também uma seção de flutuação, similar à seção de flutuação primária e que também muda a trajetória do tubo ascendente no corpo de água, porém o grau de flutuação não é suficiente para elevar a seção de flutuação bastante alta para formar curvas reais de alquebramento e de arco.

[006] As curvas de alquebramento e arqueada dos tubos ascendentes de produção de aço ondulados ajudam a desacoplar o ponto de aterragem do movimento horizontal e vertical da estrutura flutuante, como resultado de fatores tais como vento, correntes, ondas e marés.

[007] A resposta dinâmica dos tubos ascendentes cateniformes de onda preguiçosa de águas profundas foi sujeita a um documento por Songchedn Li e Chau Nguyen, apresentado na Deep Offshore Technology (DOT) International Conference (Amsterdam, 30 de novembro a 2 de dezembro de 2010). O documento descreve o comportamento dos tubos ascendentes preguiçosos com respeito a uma variedade de parâmetros de entrada, tais como raios de curvatura críticos, ângulo de suspensão, tensão de topo e distribuição de flutuação. Alguns destes parâmetros são mutuamente acoplados, por meio do que uma mudança em um dos parâmetros incorre em uma mudança no um ou mais dos outros parâmetros.

[008] Resulta que o ângulo de suspensão, que é a inclinação do tubo ascendente de produção de aço ondulado no ponto de suspensão, onde o tubo ascendente é suspenso pela estrutura flutuante, é sujeito a um certo mínimo. Tentativas de diminuir o ângulo de suspensão além do mínimo pode resultar em excessiva curvatura em torno das curvas (por exemplo, a curva arqueada), provocando tensão de dobragem além da tolerância.

[009] Em um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um tubo ascendente de produção de aço ondulado, compreendendo uma coluna de tubos feitos de aço, coluna de tubos esta sendo suspensa por uma estrutura flutuante em um corpo d'água acima do leito do mar, em cujo corpo de água a estrutura flutua, em que em uma extremidade de suspensão do tubo ascendente de produção a coluna de tubos é conectada à estrutura flutuante em um ponto de suspensão e em que, como descrito ao longo da coluna de tubos partindo do ponto de suspensão, o tubo ascendente de produção de aço ondulado compreende uma seção de suspensão, uma seção de flutuação primária em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado é provido com um primeiro conjunto de módulos de flutuação externos, provocando uma força de flutuação ascendente sobre a seção de flutuação primária no corpo de água que é maior do que a força de gravidade ascendente na seção de flutuação primária, e uma seção de aterrissagem estendendo-se entre a seção de flutuação e o primeiro ponto de contato com o leito do mar, em que um plano de tubo ascendente vertical é definido, que contém tanto o ponto de suspensão como o primeiro ponto de contato e estende-se paralelo à direção vertical, em que a seção de suspensão pende entre a estrutura flutuante e a seção de flutuação primária, por meio do que uma seção curvada convexa descendente é formada na seção de suspensão, por meio do que um ponto de arqueamento é definido na seção curvada convexa descendente, lá onde o tubo ascendente de produção de aço ondulado tem uma tangente em uma direção horizontal e paralela ao plano vertical, em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado compreende ainda uma seção de flutuação auxiliar na seção de suspensão, por meio do que o ponto de arqueamento é localizado dentro da seção de flutuação auxiliar, por meio do que parte da seção de flutuação auxiliar é localizada entre o ponto de suspensão e o ponto de arqueamento, em cuja seção de flutuação auxiliar o tubo ascendente ondulado é provido com um segundo conjunto de módulos de flutuação externos e em que a força de flutuação ascendente no corpo de água é menor do que a força de gravidade descendente.

[0010] É também provido um sistema de produção de hidrocarbonetos fora da costa, compreendendo uma estrutura flutuante flutuando em um corpo de água acima do leito do mar, e um tubo ascendente de produção de aço ondulado de acordo com qualquer aspecto da presente invenção, suspenso de dita estrutura flutuante para dentro de dito corpo de água.

[0011] Em outro aspecto, é provido um método para produzir uma corrente de hidrocarbonetos, compreendendo transportar fluidos de hidrocarbonetos minerais produzidos de um reservatório de hidrocarbonetos submarino para uma estrutura flutuante, por meio de um tubo ascendente de produção de aço, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, e processar os fluidos de hidrocarbonetos minerais na estrutura flutuante, por meio do que formando a corrente de hidrocarbonetos dos fluidos de hidrocarbonetos minerais.

[0012] A invenção será ainda ilustrada a seguir a título somente de exemplo e com referência ao desenho não limitativo, em que: a Fig. 1 mostra esquematicamente uma vista lateral fora de escala de um sistema de produção de hidrocarbonetos fora da costa, incluindo um tubo ascendente de onda preguiçosa de aço; a Fig. 2 mostra esquematicamente uma vista lateral fora de escala de um sistema de produção de hidrocarbonetos fora da costa, incluindo um tubo ascendente de onda preguiçosa de aço; e a Fig. 3 esquematicamente mostra uma vista lateral de um tubo de tração para dentro com uma parte de ferramenta macho engatada em um receptáculo.

[0013] Os mesmos números de referência referem-se a componentes similares. A pessoa versada na técnica prontamente entenderá que, embora a invenção seja ilustrada fazendo-se referência a uma ou mais combinações específicas de detalhes e medidas, muitos desses detalhes e medidas são funcionalmente independentes de outros detalhes e medidas, de modo que eles podem ser igual ou similarmente aplicados independentemente em outras modalidades ou combinações.

[0014] Um tubo ascendente de produção de aço ondulado é presentemente proposto que, em adição a uma seção de flutuação primária, em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado é provido com um primeiro conjunto de módulos de flutuação externos e uma força de flutuação ascendente no corpo de água é maior do que a força de gravidade descendente, compreende ainda uma seção de flutuação auxiliar na seção de suspensão em que o tubo de produção de aço ondulado é provido com um segundo conjunto de módulos de flutuação externos e em que a força de flutuação ascendente no corpo de água é menor do que a força de gravidade descendente, por meio do que o ponto de arqueamento é localizado dentro da seção de flutuação auxiliar.

[0015] Tal seção de flutuação auxiliar pode ser vantajosamente aplicada nos tubos ascendentes de onda preguiçosa de aço, bem como nos tubos ascendentes de onda inclinada de aço. No caso de um tubo ascendente de onda preguiçosa de aço, o tubo ascendente de onda preguiçosa pode compreender um tipo similar de seção de flutuação auxiliar estendendo-se pelo menos a um ponto entre a seção de flutuação primária e a seção de aterragem, em que o tubo ascendente de onda preguiçosa é provido com um terceiro conjunto de módulos de flutuação externos e em que a força de flutuação ascendente no corpo de água é menor do que a força de gravidade descendente. Isto pode ser, em vez de a seção de flutuação auxiliar, configurado na seção de suspensão como descrito aqui ou, em adição à seção de flutuação auxiliar, configurado na seção de suspensão como descrito aqui. A seção de flutuação (adicional) entre a seção de flutuação primária e a seção de aterragem pode ser referida como seção de flutuação auxiliar adicional, independente de se o tubo ascendente de onda preguiçosa tenha ou não a seção de flutuação auxiliar configurada na seção de suspensão.

[0016] Foi constatado que a seção de flutuação auxiliar ajuda a reduzir a curvatura das curvas de arqueamento e alquebramento para um dado ângulo de suspensão. Como resultado, a curvatura é um fator menos limitante e o ângulo de suspensão pode ser reduzido a um ponto em que a curvatura está de volta para onde ela estava antes de adicionar a(s) seção(ões) de flutuação auxiliar(es). Similarmente, qualquer seção de flutuação auxiliar adicional, estendendo-se da seção de aterrissagem para a seção de pouso de um tubo ascendente de onda preguiçosa, ajuda a reduzir a curvatura no ponto de aterragem e a curvatura de alquebramento.

[0017] Cada um dos conjuntos de módulos de flutuação externos compreendem uma pluralidade de módulos de flutuação externos. Os módulos de flutuação externos, de qualquer um do primeiro, segundo e terceiro conjuntos, podem ser corporificados em configuração de flutuação distribuída, por meio do que módulos de flutuação externos distintos são fixados ao tubo ascendente, com um selecionado espaçamento entre sucessivos módulos de flutuação externos adjacentes. Isto inclui uma chamada configuração de cobertura total, por meio do que o espaçamento é zero ou próximo de zero e os módulos de flutuação externos adjacentes sucessivos são configurados em uma configuração fisicamente contactante.

[0018] A expressão “ângulo de suspensão” refere-se a um ângulo de inclinação do tubo ascendente de onda preguiçosa no ponto de suspensão. Isto corresponde a um ângulo de excursão da vertical, da direção tangencial do tubo ascendente no ponto de suspensão.

[0019] A expressão “força de gravidade”, em qualquer seção citada do tubo ascendente de produção de aço ondulado, refere-se à força descendente exercida pela gravidade sobre a massa do tubo ascendente de produção da seção, normalizada a uma unidade de comprimento, incluindo conteúdos do tubo ascendente de produção e quaisquer módulos de flutuação externos. Os conteúdos incluem os fluidos que estão sendo transportados através do tubo ascendente de produção, tipicamente do leito do mar para a estrutura flutuante. Preferivelmente, estes fluidos compreendem fluidos de hidrocarbonetos minerais, produzidos de um reservatório de hidrocarboneto submarino.

[0020] A expressão “força de flutuação ascendente”, de qualquer seção citada do tubo ascendente de produção de aço ondulado, refere-se à força ascendente, imposta sobre o tubo ascendente de produção dentro da seção pelo peso da água do corpo de água que é deslocado por aquela seção do tubo ascendente de produção (incluindo os tubos ascendentes e os módulos de flutuação externos), normalizada na mesma unidade de comprimento.

[0021] A força de flutuação ascendente, sobre a seção de flutuação auxiliar (adicional), é geralmente mais baixa do que a força de flutuação ascendente sobre a seção de flutuação primária. Isto pode ser conseguido, por exemplo, selecionando-se módulos de flutuação externos do segundo e terceiro conjuntos que, conforme módulos de flutuação externos, têm menos flutuação do que os módulos de flutuação externos do primeiro conjunto (por módulo). Isto pode ser conseguido selecionando-se módulos de flutuação externos com mais baixa densidade e/ou menor volume para uso no segundo conjunto, em comparação com aqueles para uso no segundo e/ou terceiro conjuntos, do que aqueles para uso no primeiro conjunto. Alternativamente ou em adição, o espaçamento entre sucessivos módulos de flutuação externos adjacentes do segundo conjunto e/ou do terceiro conjunto pode ser selecionado maior do que o espaçamento entre sucessivos módulos de flutuação externos adjacentes da seção de flutuação primária. Neste caso, os módulos de flutuação externos dos segundo e/ou terceiro conjuntos podem ser cópias exatas daqueles empregados no primeiro conjunto.

[0022] O tubo ascendente de produção de aço ondulado, de acordo com a presente invenção, pode ser usado em qualquer sistema de produção de hidrocarbonetos fora da costa, em qualquer tipo de estrutura flutuante. Exemplos de estrutura flutuante incluem uma plataforma de produção flutuante, uma estrutura de armazenagem e descarga de produção flutuante (FPSO), uma estrutura submersível e um SPAR. Uma plataforma de perna de tensão (TLP) pode também ser considerada uma estrutura flutuante, em que o tubo ascendente de produção de aço da invenção pode ser benéfico. Uma barcaça de gás natural liquefeito flutuante (GNLF) é um exemplo especial de FPSO e contém equipamento de processamento e utilitários pelos quais gás natural pode ser produzido de um reservatório submarino, tratado e, finalmente, esfriado para produzir gás natural liquefeito (GNL) em uma pressão menor do que 0,2 mPaa (2 bar absolutos).

[0023] A Fig. 1 mostra um sistema de produção de hidrocarbonetos fora da costa, incluindo um tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 corporificado na forma preferida de um tubo ascendente de onda preguiçosa de aço. O sistema compreende uma estrutura flutuante 10, que flutua sobre a superfície 25 de um corpo d’água 20, acima do leito do mar 30. O tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 é suspenso pela estrutura flutuante 10 dentro do corpo de água 20. O tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 é geralmente construído na forma de uma coluna de tubos feita de aço. O tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 estende-se por todo o caminho até o leito de mar 30. Em uma extremidade suspensa do tubo ascendente de produção de aço ondulado 100, genericamente indicada em 101, a coluna de tubos é conectada à estrutura flutuante 10 em um ponto de suspensão 110.

[0024] No exemplo como mostrado na fig. 1, o tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 é um tubo ascendente de onda preguiçosa de aço. Visto da estrutura flutuante 10 e como descrito ao longo da coluna de tubos partindo do ponto de suspensão 110, o tubo ascendente de aço ondulado 100 compreende: - uma seção de suspensão 102; - uma seção de flutuação primária 103, em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 é provido com um primeiro conjunto de módulos de flutuação externos 130; - uma seção de aterrissagem 104, estendendo-se entre a seção de flutuação primária e um primeiro ponto de contato 115 com o leito do mar 30; e - uma seção de aterragem 105, em que os tubos repousam sobre o leito do mar 30. A seção de aterragem 105, como vista do ponto de suspensão 110, é distal de um ponto de aterragem que coincide com o primeiro ponto de contato 115. A seção de aterragem 105 não está presente em um tubo ascendente de onda inclinada, como é ilustrado a Fig. 2. Entretanto, no caso de um tubo ascendente de onda inclinada, infraestrutura submarina adicional é usualmente provida, tal como uma base submarina 116.

[0025] Independentemente do tipo de tubo ascendente ondulado, a totalidade dos módulos de flutuação externos 130, do primeiro conjunto, causam uma força de flutuação ascendente sobre a seção de flutuação primária 103 dentro do corpo de água 20, que é maior do que a força de gravidade descendente da seção de flutuação primária 103. Portanto, dentro da seção de flutuação primária 103, o tubo ascendente de onda preguiçosa de aço 100 flutua. A seção de flutuação primária 103 geralmente não alcança a superfície 25 do corpo de água quando é puxada para baixo pela seção de suspensão 102 e a seção de aterrissagem 104.

[0026] A seção de suspensão 102 pende entre a estrutura flutuante 10 e a seção de flutuação primária 103. Uma seção curvada convexa descendente é formada na seção de suspensão 103. Um ponto de arqueamento é definido no ponto mais baixo da seção curvada convexa descendente, lá onde o tubo ascendente de produção de aço ondulado tem uma tangente 127 em uma direção horizontal e paralela a um plano vertical imaginário, que abarca entre o ponto de suspensão 110 e o primeiro ponto de contato 115.

[0027] O tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 compreende ainda uma seção de flutuação auxiliar 106 dentro da seção de suspensão 102. O ponto de arqueamento 125 é localizado dentro da seção de flutuação auxiliar 106. Parte da seção de flutuação auxiliar 106 é localizada entre o ponto de suspensão 110 e o ponto de arqueamento 125 e parte é localizada entre o ponto de arqueamento 125 e a seção de flutuação 103. Na seção de flutuação auxiliar 106, o tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 é provido com um segundo conjunto de módulos de flutuação externa 120. Alguns destes módulos de flutuação externos 120 do segundo conjunto são localizados entre o ponto de suspensão 110 e o ponto de arqueamento 125, e alguns outros destes módulos de flutuação externos 120 do segundo conjunto são localizados entre o ponto de arqueamento 125 e a seção de flutuação primária 103.

[0028] Como resultado dos módulos de flutuação externos 120 do segundo conjunto, a força de flutuação ascendente da seção de flutuação auxiliar 106 do corpo de água 20 é maior do que a força de flutuação ascendente que o tubo ascendente de produção teria se fosse feito do mesmo aço, porém sem quaisquer módulos de flutuação externos. Entretanto, com o segundo conjunto de módulos de flutuação externos 120, a força de flutuação ascendente da seção de flutuação auxiliar 106 do corpo de água 20 é menor do que a força de gravidade descendente. O fato de que a força de flutuação ascendente é mantida menor do que a força de gravidade descendente é uma diferença distinta da seção de flutuação auxiliar 106, em comparação com a seção de flutuação primária 103.

[0029] A força de flutuação ascendente do corpo de água dentro da seção de flutuação auxiliar 106 do tubo ascendente de produção 100, é preferivelmente selecionada entre 40% e 99% da força de gravidade descendente da mesma seção. A 99% a seção do tubo ascendente é considerada neutralmente flutuante para fins práticos. Mais preferivelmente, a força de flutuação ascendente do corpo de água dentro da seção de flutuação auxiliar 106 do tubo ascendente de produção 100 é selecionada entre 40% e 90% da força de gravidade descendente da mesma seção. A faixa entre 40% e 90% é preferida em relação à faixa entre 90% e 99%, a fim de manter alguma tensão sobre a seção de suspensão do tubo ascendente de produção. Ainda mais preferivelmente, a força de flutuação ascendente no corpo de água dentro da seção de flutuação auxiliar 106 do tubo ascendente de produção 100 é selecionada entre 50% e 90% da força de gravidade da mesma seção e muitíssimo preferivelmente entre 60% e 90% da força de gravidade descendente da mesma seção. Isto é geralmente conseguido selecionando-se propositalmente o espaçamento entre os módulos de flutuação externos do primeiro conjunto e/ou seus tamanhos. Assim, muito preferivelmente o espaçamento entre os módulos de flutuação externos do primeiro conjunto e/ou seus tamanhos são dimensionados de modo que o peso do tubo seja reduzido para entre 10% e 40% do peso do tubo vazio, incluindo seu conteúdo.

[0030] A quantidade de flutuação auxiliar que é necessária depende de vários fatores e limitações geométricos. Estes fatores e limitações geométricos podem incluir o diâmetro externo dos tubos que compõem o tubo ascendente de produção de aço ondulado 100, do desejado ângulo de suspensão θ e do raio de curvatura mínimo que pode ser imposto no tubo ascendente de produção de aço ondulado 100. A seção de flutuação auxiliar 106, por exemplo, ajuda a reduzir a curvatura nas curvas de arqueamento e alquebramento para um dado ângulo de suspensão θ, ou a reduzir o ângulo de suspensão θ para uma dada curvatura.

[0031] Em um caso, foi calculado para um tubo ascendente de produção, tendo um diâmetro externo de cerca de 305 mm (12 polegadas), que a força de flutuação ascendente, no corpo de água dentro da seção de flutuação auxiliar 106, do tubo ascendente de produção de aço ondulado 100, tinha que ser de cerca de 80% da força de gravidade descendente da mesma seção, para obter-se um ângulo de suspensão θ de logo abaixo de 5°.

[0032] Um ângulo de suspensão de menos do que 5° é preferido, visto que facilitaria um projeto de suspensão padronizado na estrutura flutuante 10, por exemplo, usando-se os tubos de tração vertical para todos os tubos ascendentes de produção de aço ondulados, independentemente de sua orientação azimutal relativa à estrutura flutuante 10 ou seu alcance radial para longe da estrutura flutuante 10. Tais tubos de tração podem ser instalados em uma torre ou diretamente na estrutura flutuante 10. A torre pode formar uma parte não cata-vento da estrutura flutuante 10, a que uma parte cata-vento da estrutura flutuante 10 pode ser amarrada com liberdade para girar em torno da torre, de acordo com um eixo geométrico vertical de rotação. Com ângulos de suspensão maiores, um projeto de torre pode necessitar tubos-I inclinados, que são inclinados no ângulo de suspensão do tubo ascendente, ou tubos-J tendo uma parte inferior inclinada, que, portanto, não pode ser padronizada.

[0033] Um tubo de tração, como ilustrado na Fig. 3, geralmente compreende um tubo receptáculo rigidamente montado 113, dentro do qual uma parte de ferramenta macho 114, no topo do tubo ascendente de produção na extremidade de suspensão 101, pode engatar de modo deslizante. A parte de ferramenta macho 114 pode ser conectada ao tubo ascendente de produção por meio de um conector de interface 118. O tubo de tração é preferivelmente reto e verticalmente alinhado. A extremidade inferior 112 do tubo receptáculo 113, faceando o tubo ascendente de produção 100, pode ser provida com um formato de funil para guiar qualquer cabeça de puxamento com a parte de ferramenta macho 114 para dentro do receptáculo 113. A Figura 3 ilustra como o tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 pode ser configurado no tubo de tração verticalmente alinhado reto no ponto de suspensão.

[0034] Adequadamente, os módulos de flutuação externos são providos na configuração de flutuação distribuída. Cada um dos módulos pode consistir em partes (usualmente duas metades providas com um rebaixo interno) e um sistema de fixação que pode ser fixado em torno dos tubos do tubo ascendente de produção. As partes adequadamente compreendem uma espuma sintática. Os módulos de flutuação externos adequados são disponíveis em uma variedade de vendedores. Um exemplo é Balmoral Offshore Engineering, Aberdeen, Scotland. Referência é feita às páginas 29 - 31 de uma brochura completa de Balmoral Offshore Engineering acerca de flutuação, produtos de isolamento elastoméricos (documentos número BOE- 0410-REV00), por exemplo. Alternativamente, os módulos de flutuação podem ser aplicados pendentes aos tubos de tubo ascendente, por meio do que os módulos de flutuação externos são ancorados aos tubos do tubo ascendente por linhas de âncora. Estes módulos de flutuação externos ainda seriam configurados totalmente submersos para beneficiar-se da força de flutuação máxima.

[0035] A invenção é aplicável em tubos ascendentes de produção de aço ondulados, tendo tubos de qualquer diâmetro externo. Entretanto, tubos de pequeno diâmetro de tubos não excedendo 199 mm geralmente são ainda relativamente flexíveis, de modo que a curvatura máxima é na maioria dos casos não uma limitação para reduzir o ângulo de suspensão a abaixo de 5°. Portanto, a invenção tem mais benefícios para tubos de diâmetro maior, começando em tubos cujo diâmetro externo excede 199 mm, que inclui tubos de 8 polegadas. Para a maioria das implementações de tubos ascendentes de produção de aço ondulados, cujo diâmetro externo excede 249 mm (que inclui tubos de 10 polegadas) seria necessário que a invenção satisfizesse os ângulos de suspensão baixos, e é contemplado que, para quase todas as implementações de tubos ascendentes de produção de aço ondulados, cujo diâmetro externo excede 299 mm (que inclui tubos de 12 polegadas, e acima), a invenção seria necessária a fim de manter o ângulo de suspensão a menos do que 5°.

[0036] A invenção é aplicável para implementações de tubos ascendentes de produção de aço ondulados em qualquer profundidade de água. Entretanto, águas profundas oferecem mais folga para acomodar um formado ondulado incluindo curvas arqueadas e de alquebramento do que águas mais rasas. Portanto, para águas mais profundas, tais como águas mais profundas do que cerca de 1800 m, a curvatura máxima que pode ser aplicada no tubo ascendente de produção poderia não formar uma limitação para reduzir o ângulo de suspensão a abaixo de 5°. É observado que a invenção tem mais benefícios se a distância vertical do ponto de suspensão ao leito do mar (ou a profundidade de água do corpo de água 20) for menor do que 1800 m. Para a maioria das implementações de tubos ascendentes de produção de aço ondulados em corpos de água de 1400 m de profundidade ou menos (por meio do que a distância vertical do ponto de suspensão ao leito do mar é menor do que 1400 m) a invenção seria necessária, a fim de manter o ângulo de suspensão abaixo de 5°, enquanto observando-se uma máxima curvatura permissível. Além disso, é considerado que, para quase todas as implementações de tubos ascendentes de produção de aço em corpos de água de 900 m de profundidade ou menos (por meio do que a distância vertical do ponto de suspensão ao leito do mar é menor do que 900 m), a invenção seria necessária para obter o ângulo de suspensão baixo preferido.

[0037] A invenção torna-se mesmo mais crucial para implementação de tubos ascendentes de produção de aço ondulados com grande diâmetro externo, em uma combinação de águas relativamente rasas. Todas combinações das profundidades e diâmetros externos listadas acima são contempladas. É considerado que as implementações de tubos ascendentes de produção de aço ondulados, cujo diâmetro externo exceda 249 mm em um corpo de água de 1400 m de profundidade ou menos, seriam em particular necessárias para esta invenção.

[0038] Os cálculos mostraram que com a invenção, configurações da invenção, com baixos ângulos de suspensão em tubos ascendentes de produção de onda preguiçosa de aço, podem ser obtidas em profundidades de água tão rasas quanto 600 m. Preferivelmente, a distância vertical, ou a profundidade de água, não excede, entretanto, 500 m. É considerado que abaixo desta profundidade a escolha do aço para os tubos de produção geralmente seria competitivamente superada por alternativas, tais como tubos ascendentes flexíveis.

[0039] Foi já resumidamente indicado acima que, no caso de um tubo ascendente de onda preguiçosa de aço, distalmente do primeiro ponto de contato 115 (isto é, o ponto de aterragem), como visto da extremidade de suspensão 101, os tubos do tubo ascendente de produção de aço repousam sobre o leito do mar 30. Isto é referido como a seção de aterragem 105 do tubo ascendente de produção de aço ondulado. A coluna de tubos no ponto de aterragem é tangencialmente alinhada com o leito do mar 30. Tipicamente, isto significa que, na transição entre a seção de aterrissagem 104 e a seção de aterragem 105, o tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 é curvado com uma curvatura convexa descendente, como é o caso da curvatura arqueada.

[0040] O tubo ascendente de onda preguiçosa de aço é geralmente preferido em relação ao tubo ascendente de onda inclinada, porque menos infraestrutura de leito de mar é necessária, em comparação com os tubos ascendentes de onda inclinada. Porém, diferente do tubo ascendente de onda inclinada, o primeiro ponto de contato 115 é dinâmico quando o movimento da estrutura flutuante 10 faz com que o tubo ascendente seja levantado do ou abaixado no leito do mar 30.

[0041] A fadiga dos tubos de tubo ascendente em torno da transição entre a seção de aterrissagem 107 e a seção de aterragem 105 pode ser reduzida reduzindo-se a curvatura convexa para baixo nesta área. Para este fim, o tubo ascendente de onda preguiçosa de aço preferivelmente compreende uma seção de flutuação auxiliar adicional 107, que se estende de dentro da seção de aterragem 105, pelo menos até um ponto entre a seção de flutuação primária 103 e a seção de aterragem 105. Assim, o ponto de aterragem é preferivelmente dentro da seção de flutuação auxiliar adicional 107. Nesta seção de flutuação auxiliar adicional 107, o tubo ascendente de produção de aço ondulado 100 é provido com um terceiro conjunto de módulos de flutuação externos 140, por meio do que a força de flutuação ascendente do corpo de água é menor do que a força de gravidade descendente.

[0042] As exigências são similares àquelas explicadas acima para a seção de flutuação auxiliar 106. Em outras palavras, a força de flutuação ascendente do corpo de água, dentro da seção de flutuação auxiliar adicional 107, é mais elevada do que a força de flutuação ascendente do corpo de água da coluna de tubos feita de aço, sem quaisquer módulos de flutuação externos. A força líquida, entretanto, permanece dirigida para baixo (afundando). A força de flutuação ascendente no corpo de água dentro da seção de flutuação auxiliar adicional 107, do tubo ascendente de produção de aço ondulado 100, pode (mas não necessariamente tem que ser) ser diferente daquela da seção de flutuação auxiliar 106 da seção de suspensão 102. De fato, a seção de flutuação auxiliar adicional 107 pode mesmo ser configurada nas modalidades que não têm qualquer seção de flutuação auxiliar 106, como descrito acima. Entretanto, é considerado que tanto a seção de flutuação auxiliar 106 como a seção de flutuação auxiliar adicional 107 são configuradas como ambas tendo suas próprias vantagens específicas.

[0043] Os módulos de flutuação externos, usados no terceiro conjunto pode ser do mesmo tipo que aqueles usados no primeiro e/ou segundo conjuntos. Entretanto, os módulos de flutuação externos do terceiro conjunto, que são destinados para a área de aterragem, a versão pendente, podem preferidos se contato dos módulos de flutuação externos causarem inaceitável abrasão, como resultado do contato físico com o leito do mar 30. Tal contato físico seria evitado usando-se as boias pendentes.

[0044] No caso de um tubo ascendente de onda preguiçosa de aço, a flutuação ascendente, a força no corpo de água dentro da seção de flutuação auxiliar do tubo ascendente de produção de aço ondulado pode ser selecionada entre A/150 e A/200, em que A corresponde à força de gravidade descendente, na seção de flutuação auxiliar 106, reduzida pela força de tensão de tubo ascendente horizontal na seção de aterragem 105 do tubo ascendente de produção de aço ondulado 100. Isto pode ser tratado como um critério adicional, a ser aplicado em adição ao critério mencionado antes, onde a força de flutuação ascendente, no corpo de água dentro da seção de flutuação auxiliar 106 do tubo ascendente de produção de aço ondulado 100, é selecionada entre 40% e 99% da força de gravidade descendente na mesma seção, ou pode substituir este critério mencionado anteriormente e ser aplicado em seu lugar.

[0045] O tubo ascendente de produção de aço ondulado descrito aqui pode ser usado em uma variedade de métodos de produzir uma corrente de hidrocarboneto. Em tais métodos, fluidos de hidrocarbonetos minerais podem ser produzidos de um reservatório de hidrocarbonetos submarino para a estrutura flutuante via o tubo ascendente de produção de aço ondulado. Subsequentemente, na estrutura flutuante, os fluidos de hidrocarbonetos minerais são processados, por meio do que a corrente de hidrocarbonetos é formada dos fluidos de hidrocarbonetos minerais. O processamento pode incluir qualquer espécie de etapas de processamento de hidrocarboneto conhecidas, incluindo etapas de separação, para remover componentes indesejados dos fluidos de hidrocarbonetos, tais como água, ácidos, inibidores de hidrato, componentes de enxofre, mercúrio. O processamento pode ainda incluir (campo) estabilização de líquidos hidrocarbonados e purificação de gases hidrocarbonados.

[0046] Em casos de um FPSO ou um SPAR, a corrente de hidrocarboneto produzida pode ser armazenada e descarregada em bateladas (transporte a granel). No caso de fluidos de hidrocarbonetos minerais compreenderem gás natural, etapas de processo podem ser aplicadas, pelas quais o gás natural é tratado e finalmente esfriado para produzir a corrente de hidrocarboneto na forma de gás natural liquefeito (GNL). Tal GNL é tipicamente também armazenado dentro da (ou sobre a) estrutura flutuante, e descarregado em bateladas como descrito para FPSO e SPAR.

[0047] A pessoa versada na técnica entenderá que a presente invenção pode ser aplicada e/ou realizada em muitas várias maneiras, sem desvio do escopo das reivindicações anexas.

[0048] Por exemplo, seções de flutuação auxiliares, para localmente reduzir a força vertical descendente líquida, podem ser localizadas em qualquer seção do tubo ascendente de produção de aço ondulado, onde o tubo ascendente de produção pende em um formato curvado convexo para baixo, para ajudar a reduzir a curvatura.

Claims (18)

1. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100), caracterizado pelo fato de que compreende uma coluna de tubos feitos de aço, coluna de tubos esta sendo suspensa a partir de uma estrutura flutuante (10) dentro de um corpo de água (20) acima de um leito do mar (30), sobre cujo corpo de água (20) a estrutura flutua, em que em uma extremidade de suspensão (101) do tubo ascendente de produção a coluna de tubos é conectada à estrutura flutuante (10) em um ponto de suspensão (110), e em que, como descrito ao longo da coluna de tubos partindo do ponto de suspensão (110), o tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) compreende uma seção de suspensão (102), uma seção de flutuação primária (103) em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) é provido com um primeiro conjunto de módulos de flutuação externos (130), causando uma força de flutuação ascendente sobre a seção de flutuação primária (103) no corpo de água (20) que é maior do que a força de gravidade descendente na seção de flutuação primária (103), e uma seção de aterrissagem (104) estendendo-se entre a seção de flutuação (103) e um primeiro ponto de contato (115) com o leito do mar (30), em que um plano de tubo ascendente vertical é definido, que contém tanto o ponto de suspensão (110) como o primeiro ponto de contato (115) e estende-se paralelo com a direção vertical, em que a seção de suspensão (102) pende entre a estrutura flutuante (10) e a seção de flutuação primária (103), por meio do que uma seção curvada convexa descendente é formada na seção de suspensão (102), por meio do que um ponto de arqueamento (125) é definido na seção curvada convexa descendente, lá onde o tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) tem uma tangente em uma direção horizontal e paralela do plano vertical, em que o tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) compreende ainda uma seção de flutuação auxiliar (106) na seção pendente, por meio do que o ponto de arqueamento (125) é localizado dentro da seção de flutuação auxiliar (106), por meio do que parte da seção de flutuação auxiliar (106) é localizada entre o ponto de suspensão (110) e o ponto de arqueamento (125), em que seção de flutuação auxiliar (106) o tubo ascendente ondulado é provido com um segundo conjunto de módulos de flutuação externos (120) e em que a força de flutuação ascendente no corpo de água (20) é menor do que a força de gravidade descendente, em que a força de flutuação ascendente do corpo de água (20) dentro da seção de flutuação auxiliar (106) é mais elevada do que a força de flutuação para cima do corpo de água (20) da coluna de tubos feitos de aço sem quaisquer módulos de flutuação externos.

2. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a força de flutuação ascendente no corpo de água (20), dentro da seção de flutuação auxiliar (106) do tubo ascendente de produção (100), é entre 40% e 99% da força de gravidade descendente.

3. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma seção de aterragem (105) em que os tubos repousam sobre o leito do mar (30), seção de aterragem (105) esta, como vista do ponto de suspensão (110), sendo distal de um ponto de aterragem e em que, no ponto de aterragem, coincide com o primeiro ponto de contato (115) com o leito do mar (30), por meio do que a coluna de tubos do ponto de aterragem é tangencialmente alinhada com o leito do mar (30).

4. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a força de flutuação ascendente do corpo de água (20), dentro da seção de flutuação auxiliar (106) do tubo ascendente de produção de aço ondulado (100), é entre A/150 e A/200, em que A corresponde à força de gravidade descendente da seção de flutuação auxiliar (106), reduzida pela força de tensão do tubo ascendente horizontal da seção de aterragem (105) do tubo ascendente de produção de aço ondulado (100).

5. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma seção de flutuação auxiliar adicional (107), estendendo-se pelo menos até um ponto entre a seção de flutuação primária (103) e a seção de aterragem (105), em cuja seção de flutuação auxiliar adicional (107) o tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) é provido com um terceiro conjunto de módulos de flutuação externos (140) e em que a força de flutuação ascendente do corpo de água (20) é menor do que a força de gravidade descendente.

6. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a seção de flutuação auxiliar adicional (107) estende-se para dentro de pelo menos uma parte da seção de aterragem (105), por meio do que o ponto de aterragem é localizado dentro da seção de flutuação auxiliar adicional (107).

7. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a força de flutuação ascendente do corpo de água (20) dentro da seção de flutuação auxiliar adicional (107) é mais elevada do que a força de flutuação ascendente do corpo de água (20) da coluna de tubos feita de aço sem quaisquer módulos de flutuação externos.

8. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) é configurado em um tubo de tração verticalmente alinhado reto no ponto de suspensão (110).

9. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o ângulo de suspensão do tubo ascendente de produção de aço ondulado (100), do ponto de suspensão (110), é entre 0° e 5°.

10. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada um dos tubos tem um diâmetro externo que excede 199 mm.

11. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que cada um dos tubos tem um diâmetro externo que excede 249 mm.

12. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada um dos tubos tem um diâmetro externo que excede 299 mm.

13. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a distância vertical do ponto de suspensão (110) ao leito do mar (30) é menor do que 1800 m.

14. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a distância vertical é menor do que 1400 m.

15. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a distância vertical é menor do que 900 m.

16. Tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado pelo fato de que a distância vertical é maior do que 500 m.

17. Sistema de produção de hidrocarbonetos fora da costa, caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura flutuante (10) flutuando em um corpo de água (20) acima do leito do mar (30), e um tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, suspenso de dita estrutura flutuante (10) dentro de dito corpo de água (20).

18. Método para produzir uma corrente de hidrocarbonetos, caracterizado pelo fato de que compreende transportar fluidos de hidrocarbonetos minerais produzidos de um reservatório de hidrocarbonetos submarino para uma estrutura flutuante (10) por meio de um tubo ascendente de produção de aço ondulado (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, e processar os fluidos de hidrocarbonetos minerais na estrutura flutuante (10) formando pela mesma a corrente de hidrocarbonetos dos fluidos de hidrocarbonetos minerais.

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