BR112019004307B1 - Método de assentamento de umbilical submarino - Google Patents

Abstract

Trata-se de um método de assentamento de umbilical submarino que compreende acoplar mecanicamente (1) uma montagem de terminação de umbilical (20) em uma extremidade de um primeiro umbilical a uma montagem de terminação de umbilical (21) em uma extremidade de um segundo umbilical, e implantar, subsequentemente, as extremidades acopladas mecanicamente do primeiro e do segundo umbilical em conjunto em um processo de assentamento de umbilical submarino.

Description

CAMPO

[0001] A invenção refere-se a assentamento de umbilical para aplicação submarina, em particular, assentamento de umbilical a partir de uma embarcação de assentamento (do inglês, lay vessel) para fornecer utilidades a um coletor (do inglês, manifold) ou gabarito submarino.

ANTECEDENTES

[0002] Os umbilicais submarinos são implantados no leito marinho para fornecer controle, energia (elétrica/ hidráulica) e substâncias químicas necessárias a poços submarinos de óleo e gás, coletores submarinos e qualquer sistema submarino que exige controle remoto. Um único umbilical pode incluir controle, energia e substâncias químicas em um único cabo ou mangueira. Alternativamente, as várias linhas podem ser fornecidas em cabos e mangueiras separadas. Por exemplo, as linhas de controle de fibra óptica e potência elétrica podem ser fornecidas em um cabo e as linhas hidráulicas e/ou de substâncias químicas podem ser fornecidas em outro cabo, caso necessário.

[0003] Em um típico processo, um umbilical submarino é lançado no leito marinho a partir de uma instalação de borda (do inglês, topside) com o uso de uma embarcação de assentamento. Nesse caso, o umbilical tem uma unidade de terminação de umbilical de borda (TUTU) e uma Montagem de Terminação de Umbilical Submarina (SUTA) que tem uma terminação de extremidade e, por exemplo, uma placa de aço associada - outras formas de montagem de terminação de umbilical são conhecidas. A interface entre o umbilical e a terminação é compreendida, tipicamente, de uma terminação de blindagem de umbilical e/ou um dispositivo de ancoragem mecânico para os tubos, enrijecedor de curvatura/limitador e acessórios de extremidade de tubo ou mangueira. Se o umbilical contiver cabos elétricos/fibras ópticas, então, penetrador (ou penetradores) e/ou conectores também podem ser incorporados.

[0004] O objetivo é depositar a SUTA próximo de uma estrutura de pouso na estrutura submarina, por exemplo, em uma unidade de distribuição submarina, árvore de produção ou gabarito de cabeça de poço. Tipicamente, a SUTA é, então, içada no local para conexão com a estrutura submarina tanto diretamente ou, mais tipicamente, com o uso de pontes elétricas (Jumpers) (também conhecidos como cabos de transmissão (flying leads), tais como cabos de transmissão elétrica (EFL) e cabos de transmissão hidráulica (HFL)). Uma ferramenta de pull-in e conexão é usada para concluir a conexão da terminação de extremidade de umbilical com a SUTA. Um veículo operado remotamente pode ser usado para estabelecer conexão entre um cabo de pull-in da ferramenta de pull-in e conexão e uma cabeça de tração do umbilical. A ferramenta de conexão conecta, então, a cabeça de umbilical a, por exemplo, um eixo de alimentação (do inglês, stoking hub), que inclui uma trava mecânica da cabeça de umbilical ao eixo de alimentação. Uma montagem de conector e vedação é exigida, então, para conectar todas as linhas de fluxo e linhas elétricas/ópticas.

[0005] Uma única SUTA pode ser conectada a múltiplas cabeças de poço por meio de pontes elétricas que permitem que um único umbilical forneça serviços a uma pluralidade de módulos de controle submarinos por meio da SUTA.

[0006] A fim de assentar um umbilical subsequente para conectar a primeira estrutura submarina a uma segunda estrutura submarina. Um novo umbilical precisa ser preparado para pouso na zona de pouso correta e, então, subsequentemente içado ou, de outro modo, manobrado (percorrido) para o lugar exato e, por fim, preso e conectado à estrutura submarina. Tipicamente, esses procedimentos são tarefas programadas separadamente. Desse modo, um primeiro assentamento de umbilical a partir do borda para uma primeira estrutura submarina é instalado que inclui assentar o umbilical e prender e conectar, adequadamente, o umbilical pronto para uso. Um procedimento separado é, então, programado para a embarcação de assentamento para assentar um segundo umbilical a partir da primeira estrutura para a segunda estrutura, e assim por diante. Tipicamente, após assentar o primeiro umbilical, o mesmo é conectado à estrutura submarina antes de assentamento de um umbilical subsequente. A instalação final (reencaminhamento e interligação) pode ser controlada a partir da embarcação de assentamento, mas é mais comumente realizada a partir de uma embarcação separada a partir da qual um veículo operado remotamente (ROV) é lançado. Se o assentamento de um segundo umbilical for necessário, exige-se que a embarcação de assentamento retorne e lance o segundo umbilical que pode ter duas extremidades submarinas para conectar a primeira estrutura submarina a uma segunda estrutura submarina. Ao instalar (conectar) o segundo umbilical, isso exige, comumente, reencaminhamento e interligação com a estrutura submarina. As extremidades submarinas dos umbilicais podem exigir armazenamento úmido. As extremidades de um ou de ambos umbilicais podem precisar reencaminhar antes de interligar.

[0007] Há muitas técnicas diferentes para assentar e instalar umbilicais submarinos, mas todas são complexas e dispendiosas. As técnicas anteriores exigem SUTAs grandes e complexas.

[0008] Ademais, há uma necessidade por maior funcionalidade dentro de umbilicais e, portanto, maiores SUTAs. Há prós e contras em incluir mais serviços nos umbilicais e UTAs. As vantagens incluem: um layout de campo submarino mais compacto, e o assentamento de menos umbilicais e cabos. As desvantagens incluem: maior possibilidade de dano de umbilical para UTAs maiores e mais pesadas, e exigências aumentadas em especificação de embarcação (maior espaço de convés, maiores demandas em guindastes, menor flexibilidade de escolha de embarcação, atraso em programação, custo aumentado de embarcação e tempo de instalação offshore).

[0009] O tamanho e peso aumentados de UTAs levam a dificuldades de manuseio, maior complexidade de disposições de montagem/desmontagem de sonda, exigências aumentadas para restrição contra movimentações de embarcação e energia aumentada conferida por qualquer colisão acidental. Isso tem implicações de segurança durante transferência e assentamento de umbilicais, que envolvem as seguintes operações: transferência a partir de instalações de fabricante em terra, transbobinagem de uma embarcação para outra, manobra através e para espaços restritos, por exemplo, carrosséis de underdeck, aberturas de convés e tensores, elevação a uma altura considerável e mudança de orientação para entrar e passar através de torres de VLS.

[0010] Seria desejável simplificar o processo de assentamento enquanto usa o mesmo equipamento e habilidades já presentes na indústria. Seria benéfico reduzir a duração de embarcação e reduzir o número de mobilizações e exigências para ferramentas especiais. Seria desejável evitar ou reduzir armazenamento úmido e reencaminhamento de extremidades de umbilical

SUMÁRIO

[0011] A invenção fornece um método de assentamento de umbilical submarino, que compreende acoplar mecanicamente uma montagem de terminação de umbilical em uma extremidade de um primeiro umbilical a uma montagem de terminação de umbilical em uma extremidade de um segundo umbilical, e implantar, subsequentemente, as extremidades mecanicamente acopladas do primeiro e do segundo umbilical em conjunto em um processo de assentamento de umbilical submarino.

[0012] O acoplamento mecânico pode compreender acoplar mecanicamente em uma embarcação de instalação (embarcação de assentamento). Alternativamente, o dito acoplamento mecânico compreende acoplar mecanicamente antes de implantar o primeiro e o segundo umbilicais em uma embarcação de instalação. Por exemplo, os mesmos podem ser acoplados em um fábrica para entrega em uma embarcação de instalação

[0013] As terminações de extremidade acopladas podem ser assentadas no fundo do mar em conjunto no leito marinho.

[0014] O acoplamento mecânico pode compreender um ou mais dentre uma manilha, um parafuso, um grilhão e um pino.

[0015] O método pode compreender, adicionalmente, conectar pelo menos uma dentre as ditas montagens de terminação de umbilical a uma estrutura submarina com o uso de um cabo de transmissão.

[0016] O método pode compreender, adicionalmente, conectar as ditas montagens de terminação de umbilical uma à outra com o uso de um cabo de transmissão.

[0017] As montagens de terminação de umbilical podem ser conectadas a uma estrutura submarina e/ou uma à outra em um único procedimento de instalação.

[0018] Por meio da presente invenção, uma ou mais dentre as vantagens a seguir podem ser alcançadas. 1. Custo reduzido de operação marítima devido a; a) duração reduzida de embarcação (> 20 %) e flexibilidade aumentada; b) instalação continuada e eficiente do próximo umbilical, visto que as terminações de extremidade podem ser conectadas na embarcação; c) instalação e interligação podem ser realizados em uma campanha; d) armazenamento úmido e reencaminhamento de extremidades de umbilical antes de interligação podem ser evitados; e) redução em dependências de programa de embarcação, incluindo menos mobilizações (embarcações e ferramentas especiais); f) disponibilidade de embarcação aumentada, visto que embarcações simples podem ser usadas. g) utilização de meteorologia aperfeiçoada, janela meteorológica e critérios meteorológicos. 2. Custo reduzido de estrutura/coletor 3. Interfaces, entregas e contratos simplificados 4. Uso reduzido de recurso (engenharia e admin.)

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] A seguir, a invenção será descrita em mais detalhes, e a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos, em que:

[0020] A Figura 1 é uma vista lateral de uma terminação de extremidade genérica;

[0021] A Figura 2 é um esquema de parte de uma distribuição submarina instalada em conformidade com a presente invenção;

[0022] A Figura 3A e 3B são disposições alternativas para conectar estruturas submarinas em conformidade com a presente invenção;

[0023] A Figura 4 é um corte transversal esquemático de um feixe de tubos de umbilical adequado para uso na disposição da Figura 3A;

[0024] A Figura 5 é um corte transversal esquemático de um feixe de tubos de umbilical adequado para uso na disposição da Figura 3B;

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0025] A presente invenção propõe acoplar mecanicamente extremidades de umbilicais para instalação submarina. O tipo ou modo de conexão mecânica não é limitado. De modo conveniente, as SUTAs podem ser conectadas por manilhas com o uso dos olhais frontais ou outras estruturas mecânicas na placa de aço da SUTA ou qualquer outra localização conveniente na SUTA. No presente documento, o termo SUTA (ou UTA) não exige nada além de uma terminação de extremidade de um umbilical, embora a mesma possa incluir, opcionalmente, outros elementos. O termo manilha, também conhecido como um grilhão, é uma peça de metal comumente em formato de U presa com um pino de manilha ou parafuso através da abertura, ou um laço de metal articulado preso com um mecanismo de pino de travamento de rápida liberação. As manilhas são a ligação de conexão primária em todos os modos de sistemas de amarração, de barcos e navios a amarração de guindaste industrial, visto que as mesmas permitem que diferentes subconjuntos de amarração sejam conectados ou desconectados rapidamente. Desse modo, qualquer ligação mecânica simples ou complexa pode ser usada. Por exemplo, manilhas plurais ou um elemento de conexão mecânica especialmente projetado que pode controlar rotação relativa das extremidades, por exemplo.

[0026] O tipo de umbilical a ser conectado também não é limitado. Desse modo, o sistema pode ser um que usa um umbilical de produção/serviço integrado ou um sistema no qual as linhas de potência e comunicação são separadas das linhas hidráulicas e de substância química, com ou sem uma linha de serviço separada.

[0027] A Figura 1 é exemplificativa de uma terminação de extremidade (10) de uma SUTA. Uma SUTA incluirá, tipicamente, uma cabeça de terminação de umbilical (UTH) na qual o umbilical é permanentemente terminado, cabos de transmissão para conectar a UTH a um módulo de distribuição hidráulico (HDM), uma montagem de fundação de placa de aço, por exemplo, com um mecanismo de encaixe, giro e horizontalização. Uma placa de aço do tipo encaixe, giro e horizontalização é empregado quando a intenção é conectar o umbilical a uma unidade de distribuição submarina.

[0028] Na Figura 1, a terminação de extremidade (10) tem um conjunto completo de conexões para distribuir sinais e potência elétrica e fluidos hidráulicos (por exemplo) às unidades de controle submarinas. Nesse caso, há um HDM que tem um conector hidráulico, chapa de Conexões Rápidas Múltiplas (MQC) (11). As linhas de substância química e hidráulica são encaminhadas para a chapa de MQC (11) através de tubos (12) mostrados através de uma porção em recorte da Figura 1. A estrutura de montagem ou chapa de extremidade tem olhais frontais (13). Um módulo de distribuição elétrica (EDM) tem potência elétrica e conector de sinal (14) aos quais as linhas de potência e comunicação do umbilical são encaminhadas por meio de laço de serviço de cabo (15) mostrado através de uma porção em recorte da Figura 1. O comprimento total de tal terminação de extremidade (10) pode ser aproximadamente 3.850 mm. A Figura 1 também mostra um enrijecedor de curvatura ou limitador de curvatura (16) que é parte do umbilical, e uma Interface de Terminação Submarina, que tem um carretel de transição (17) e um corpo de resistência (18). Soldas de tubo (19) na STI são mostradas em uma porção em recorte da Figura 1.

[0029] O tipo de SUTA usado é frequentemente determinado por arquitetura de campo.

[0030] A Figura 2 mostra, de modo esquemático, as terminações de extremidade (20, 21) de dois umbilicais, cujas SUTAs são acopladas mecanicamente, em conformidade com uma modalidade da invenção, e instaladas com uma estrutura submarina (22). Nesse caso, a terminação de extremidade (20) é conectada a uma estrutura submarina (22) por uma ponte elétrica, tal como um cabo de transmissão hidráulico (23). A terminação de extremidade (21) é conectada à mesma estrutura submarina (22) por um cabo de transmissão hidráulico (24). Ademais, há um cabo de transmissão hidráulico (25) que conecta as duas terminações de extremidade (20, 21).

[0031] A conexão mecânica (1) entre as SUTAs, que inclui terminações de extremidade (20, 21), é mostrada de modo esquemático. O formato cruzado não se destina a restringir o formato ou configuração da conexão mecânica, ou restringir o número de pontos de conexão entre as duas SUTAs. Embora, de modo conveniente, uma ou mais manilhas possam ser conectadas entre os olhais frontais das SUTAs, as SUTAs podem ser projetadas especificamente para ser acopladas mecanicamente ou uma conexão mecânica mais sofisticada pode ser projetada para conectar as SUTAs e controlar o movimento relativo das SUTAs acopladas. Conforme será entendido a partir da explicação acima, o acoplamento das SUTAs pode ser folgado e as mesmas não precisam entrar em contato ou ser mantidas em qualquer relação posicional fixa - pode-se permitir que a distância entre as duas SUTAs varie. O acoplamento mecânico pode permitir que a distância entre as SUTAs acopladas varie entre zero e um máximo predeterminado, que pode ser determinado pela disposição de acoplamento mecânico que é selecionada. Na maioria dos casos, a distância entre as duas SUTAs será substancialmente fixa, especialmente onde um acoplamento mecânico simples é selecionado, tal como uma ou mais manilhas.

[0032] Uma conexão mecânica através de, por exemplo, uma única manilha (ou um pino entre dois olhais) conectada em dois pontos (um em cada SUTA) pode permitir liberdade de movimento em qualquer uma ou todas as direções, mas pode inibir o movimento rotacional entre as SUTAs a um certo grau. O uso de mais pontos de contato ou conexões mecânicas mais complexas pode permitir maior controle do movimento rotacional, mas também pode aumentar a complexidade em efetuar a conexão mecânica. O controle do movimento rotacional permite que as SUTAs sejam acopladas facilmente garantindo-se a orientação correta das duas terminações de extremidade.

[0033] Em modalidades, as SUTAs conectadas mecanicamente podem ser conectadas por uma ou mais pontes elétricas durante o processo de instalação submarino. A distância máxima entre as SUTAs pode ser, de modo conveniente, uma distância que permite que as SUTAs sejam conectadas, de modo conveniente, por uma ponte elétrica.

[0034] Na disposição da Figura 2, por exemplo, os HFLs (23, 24) são, por exemplo, pontes elétricas de 8 linhas com chapas de conexão de MQC em cada extremidade; HFL (25) é, por exemplo, uma ponte elétrica de 12 linhas com chapas de MQC em cada extremidade.

[0035] A disposição da Figura 2 pode ser usada em um sistema em conformidade com a Figura 3A. Na Figura 3A, as terminações de extremidade (20, 21) de primeiro e segundo umbilicais são instaladas em uma localização (30), sendo que o primeiro umbilical fornece serviços a estruturas (31) naquela (ou próximo à) localização (30). Nesse caso, os umbilicais acoplados mecanicamente são, cada um, constituídos por um feixe de tubos (32), que porta todos os serviços exceto potência e comunicações, que são providas através de um cabo separado de potência de CC e fibra óptica (DC/FO) (33) com suas próprias terminações de extremidade. Cada um dentre os cabos de fibra óptica é, por exemplo, emendado com um umbilical principal de potência e comunicação (não mostrado).

[0036] O feixe de tubos (32) do segundo umbilical estende a provisão de serviços a partir da primeira localização (30) para uma segunda localização (34) onde há uma estrutura ou estruturas (35). As estruturas (30, 35) podem ser uma ou mais árvores de Produção conectadas em série por tubulações para portar óleo ou gás. Na modalidade mostrada na Figura 3A, a estrutura (35) é a extremidade das árvores de Produção conectadas em série; consequentemente, a SUTA (36), na segunda localização (34), não é conectada mecanicamente a um umbilical adicional.

[0037] A Figura 4 é um corte transversal esquemático através do umbilical que constitui feixe de tubos (32), que tem uma linha de fluido integrada que tem, por exemplo, um diâmetro interno de 63,5 mm (2,5 polegadas). Além disso, os tubos e mangueiras podem fornecer duas linhas de fluido hidráulico de alta pressão, duas linhas de fluido hidráulico de baixa pressão e quatro linhas de injeção e linhas de injeção de substâncias químicas etc.

[0038] A Figura 3B mostra uma modalidade alternativa àquela da Figura 3A. Nesse caso, a grande linha de fluido é fornecida em um umbilical separado adicional (37). Novamente, pelo menos dois umbilicais são conectados mecanicamente, conforme na disposição da Figura 3A, nesse caso, os feixes de tubos (32). O feixe de tubos (32) da Figura 3B é mostrado em corte transversal, de modo esquemático, na Figura 5. Novamente, pode haver duas linhas de fluido hidráulico de alta pressão e duas de baixa pressão, e quatro linhas de injeção ou linhas sobressalentes. Nesse caso, não há linha de serviço grande visto que é fornecida em um umbilical separado.

[0039] Pode ser conveniente ter um único umbilical integrado que porta todos os serviços de modo que todos os serviços possam ser fornecidos lançando-se um único umbilical. Há muitas razões pelas quais isso é, por vezes, inviável ou abaixo do ideal. A provisão do feixe de tubos separadamente à potência e comunicações, em particular, permite mais flexibilidade no fornecimento de serviços para diferentes estruturas submarinas.

[0040] Na presente invenção, que é aplicável a todos os umbilicais submarinos, quando não há cabos elétricos ou de fibra óptica no umbilical, então, as SUTAs podem ser menores e podem ser acopladas de modo mais conveniente na embarcação.

[0041] Na presente invenção, há mais flexibilidade no sítio de pouso para as SUTAs acopladas visto que as mesmas não são diretamente interligadas à estrutura submarina. Em vez disso, as mesmas são conectadas por pontes elétricas que são convenientes e o uso é bem estabelecido no campo de instalações submarinas em geral.

Claims (7)

1. Método de assentamento de umbilical submarino caracterizado por compreender acoplar mecanicamente uma montagem de terminação de umbilical em uma extremidade de um primeiro umbilical a uma montagem de terminação de umbilical em uma extremidade de um segundo umbilical, e implantar, subsequentemente, as extremidades mecanicamente acopladas do primeiro e do segundo umbilical em conjunto em um processo de assentamento de umbilical submarino, em que o método compreende ainda: conectar as ditas montagens de terminação de umbilical uma à outra com o uso de um cabo de transmissão.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito acoplamento mecânico compreender acoplamento mecânico em uma embarcação de instalação.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito acoplamento mecânico compreender acoplar mecanicamente antes de implantar o primeiro e o segundo umbilicais em uma embarcação de instalação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por as montagens de terminação acopladas mecanicamente serem assentadas no fundo do mar em conjunto no leito marinho.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o acoplamento mecânico compreender um ou mais dentre uma manilha, um parafuso, um grilhão e um pino.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender, adicionalmente, conectar pelo menos uma dentre as ditas montagens de terminação de umbilical a uma estrutura submarina com o uso de um cabo de transmissão.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por as ditas montagens de terminação de umbilical serem conectadas a uma estrutura submarina e/ou uma à outra em um único procedimento de instalação.