BR112020004797A2 - sistemas elevadores submarinos - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a uma conexão flexível para mitigar o movimento de indução de fatiga de um elevador tipo catenária submarino compreende uma coluna articulada que possui uma série longitudinal de segmentos rígidos interconectados. A coluna pode ser acoplada às seções superior e inferior do elevador para transmitir cargas ao longo do elevador, através da conexão, em um percurso de carga que se estende através dos segmentos. A conexão também compreende um tubo flexível que termina nos acessórios de extremidade que podem ser unidos, respectivamente, às seções superior e inferior do elevador para comunicação por fluido ao longo do elevador, através da conexão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTE- MAS ELEVADORES SUBMARINOS".

[0001] A presente invenção refere-se a sistemas elevadores como os usados na indústria de óleo e gás submarina para transportar fluidos de hidrocarboneto a partir do leito do mar até a superfície.

[0002] Várias configurações de elevadores usando tubulações rígi- das ou flexíveis são conhecidas, incluindo as conhecidas na técnica como livremente pendentes, íngremes, tipo onda preguiçosa e elevado- res de distribuição de peso.

[0003] Um elevador comum livremente pendente compreende um tubo rígido que pende livremente como uma catenária a partir de um suporte superior, tal como uma plataforma ou uma embarcação FPSO (embarcação de produção flutuante, armazenamento e descarga). De forma mais convencional, tal elevador é feito de aço, sendo, dessa forma, conhecido na técnica como elevador tipo catenária de aço ou SCR.

[0004] Os versados na técnica sabem que os tubos nominalmente rígidos não são desprovidos de flexibilidade. De fato, SCRs exploram o comportamento de dobra dos tubos rígidos no domínio elástico. No en- tanto, enquanto apresentam flexibilidade, os tubos "rígidos" não se en- contram incluídos na definição de tubos "flexíveis" como compreendido na técnica.

[0005] Os tubos rígidos convencionais na indústria de óleo e gás submarina são especificados no API (American Petroleum Institute), Es- pecificação 5L e na Prática Recomendada 1111. Um tubo rígido con- siste, geralmente de, ou compreende pelo menos um tubo de aço sólido ou liga de aço. No entanto, as camadas adicionais de outros materiais podem ser adicionadas, tal como uma camada de forração interna ou uma camada de revestimento externo. Tais camadas adicionais podem compreender material polimérico, metálico ou composto. Um tubo rígido também pode apresentar uma estrutura concêntrica de tubo em tubo (PiP). As juntas de tubo rígido são encerradas por uma chanfradura ou uma rosca, e são montadas, extremidade com extremidade, por solda ou parafuso, uma à outra para formar um cordão de tubos ou tubulação.

[0006] A deformação permitida, em serviço, do tubo rígido é deter- minada pelo limite elástico do aço, que tem um esforço de dobra em torno de 1%. Exceder esse limite causa a deformação plástica do aço. Ocorre que o raio mínimo de dobra ou MBR do tubo rígido usado na indústria de óleo e gás submarina é de tipicamente cerca de 100 a 300 metros. No entanto, a leve deformação plástica pode ser recuperada ou retificada por meios mecânicos, tal como endireitamento. Dessa forma, durante a instalação de colocação por carretel de uma tubulação rígida feita de tubos rígidos soldados, a tubulação rígida pode ser enrolada em um carretel com um raio típico entre 8 e 10 metros. Isso implica em um esforço de dobra de mais de 2% para diâmetros convencionais dos tu- bos rígidos, exigindo que o tubo seja endireitado mecanicamente du- rante o desenrolar.

[0007] Tubos flexíveis usados na indústria de óleo e gás submarina são especificados na Especificação API 17J e na Prática Recomendada API 17B. O corpo de tubo é composto de uma estrutura composta de materiais em camada, no qual cada camada tem sua própria função. Tubos flexíveis são encerrados por acessórios de extremidade, que são normalmente feitos de aço.

[0008] Tubos flexíveis unidos compreendem camadas unidas, feitas de aço, tecido e elastômero e são fabricados em comprimentos curtos da ordem de dezenas de metros. Inversamente, tubos flexíveis não uni- dos podem ser fabricados para uso em ambientes dinâmicos em com- primentos de centenas de metros. Tipicamente, tubos poliméricos e en- voltórios garantem a impermeabilidade e o isolamento térmico. De forma inversa, as camadas de aço ou elementos fornecem resistência mecâ- nica; por exemplo, fitas de aço intertravadas formam uma carcaça ou cofre de pressão e uma armadura de tensão é formada a partir do fio enrolado de forma helicoidal.

[0009] A estrutura de um tubo flexível permite uma deformação de dobra grande, sem um aumento significativo nas tensões de dobra. O limite de dobra da estrutura composta é determinado pelo limite elástico da camada plástica mais externa da estrutura, tipicamente a bainha ex- terna, cujo limite é de tipicamente 6 a 7% do esforço de dobra. Exceder esse limite causa danos irreversíveis à estrutura. Consequentemente, MBR do tubo flexível usado na indústria de óleo e gás submarina é de tipicamente entre 3 e 6 metros.

[0010] A indústria também começou a adotar tubos rígidos de ma- teriais compostos no lugar de aço, particularmente tubos de resina poli- mérica reforçados por fibras, tal como fibras de vidro ou fibras de car- bono. A matriz polimérica pode ser materiais termoplásticos ou de termo acoplamento, o primeiro sendo conhecido na técnica como tubos termo compostos.

[0011] Tubos compostos possuem uma estrutura de suporte de carga que é basicamente principalmente feita de materiais compostos. Isso deve distinguir dos tubos que possuem estruturas compostas, tal como as configurações de várias camadas de tubos rígidos e flexíveis mencionados acima.

[0012] Os tubos compostos ainda não estão especificados nos pa- drões personalizados para a indústria de óleo e gás submarina. No en- tanto, apresentam características de compreensão imediata que os dis- tinguem de tubos flexíveis e tubos rígidos convencionais feitos de aço. Por exemplo, os tubos compostos não flexionam da forma dos tubos flexíveis, sem um aumento mensurável na tensão de dobra. No entanto,

os tubos compostos são tipicamente encerrados por acessórios de ex- tremidade de aço como os tubos flexíveis. Inversamente, tubos compos- tos podem suportar uma quantidade substancialmente maior de esforço de dobra dentro do domínio elástico, do que os tubos de aço rígidos. No entanto, diferentemente dos tubos de aço rígidos, os tubos compostos não podem ser dobrados além de seu limite elástico sem sofrer danos irreversíveis.

[0013] A despeito dessas diferenças, os tubos compostos apresen- tam um comportamento de dobra elástica muito similar aos tubos de aço no contexto da presente invenção, isso é, quando dobrados ao longo de seu comprimento como uma catenária. Consequentemente, por motivos de brevidade, referências aos tubos rígidos ou tubulações nessa espe- cificação devem englobar os tubos de aço e tubos compostos, a menos que o contexto exija o contrário. De fato, alguns sistemas rígidos PiP podem empregar ambos os tubos de aço e compostos na relação con- cêntrica.

[0014] Um elevador rígido livremente pendente apresenta as vanta- gens de baixo custo e facilidade de instalação. Por exemplo, tais eleva- dores podem ser instalados por embarcações de colocação de tubos convencional usando técnicas de instalação bem testadas, tal como co- locação em S, colocação em J ou colocação com carretel. No entanto, uma solução de elevador simples como essa não é tecnicamente viável para alguns projetos mais ousados, especialmente em ambientes dinâà- micos que sofrem, frequentemente, com os estados de mar alto e cor- rentes fortes. Isso cria um problema visto que sistemas de elevador mais complexos, que correspondem a todos os desafios técnicos, são muito mais caros, especialmente se não puderem ser instalados usando-se as técnicas para as quais as embarcações de instalação adequadas estão amplamente disponíveis.

[0015] Um elevador suspenso entre uma embarcação flutuante e o leito do mar move em múltiplas direções em várias escalas de tempo e frequências por toda a sua vida operacional. O movimento do elevador é acionado por vários registros, perceptivelmente: o movimento da em- barcação de suporte expresso como arfagem, inclinação, rolamento e guinada; o movimento da água do mar causado pelas correntes, marés e ondas, incluindo fluxos que promovem a vibração induzida por vórtice (VIV); e o movimento da tubulação através do leito do mar, conhecido na técnica como andar. O movimento repetitivo ou oscilatório gera fatiga em um elevador que pode, com o tempo, causar sua falha e ruptura.

[0016] Um elevador rígido livremente pendente, tal como um SCR, é particularmente suscetível ao movimento de indução de fatia que é transmitido a partir de uma embarcação de suporte na direção do ponto de toque, onde o elevador encontra o leito do mar além de uma dobra em curva.

[0017] O movimento da embarcação é o acionador principal do mo- vimento de indução de fatiga em um elevador que é livremente sus- penso de uma embarcação. Por exemplo, o movimento acionado por onda de um FPSO pode causar pulsos de onda de compressão dinâ- mica que percorrem descendentemente ao longo de um elevador livre- mente pendente anexado, em vez de como uma onda que percorre ao longo de um golpe. Tais pulsos percorrem a partir da conexão de junta superior, onde o elevador é conectado ao FPSO, na direção do ponto de toque.

[0018] A fim de se reduzir a fatiga, é conhecido o desacoplamento de pelo menos uma parte de um elevador do movimento de uma em- barcação de suporte. Por exemplo, o desacoplamento do elevador e da embarcação pode ser alcançado permitindo-se graus de liberdade na conexão entre o elevador e a embarcação. Essa abordagem é usada em elevadores híbridos que realizam uma conexão flexível com a em- barcação através de uma tubulação flexível ou tubo jumper.

[0019] Usar um elevador totalmente flexível, feito de uma tubulação flexível não unida é outra solução conhecida. No entanto, a tubulação flexível não unida é muito cara, apresenta uma resistência limitada à pressão e temperatura e tem um diâmetro limitado e, dessa forma, uma capacidade de fluxo limitada.

[0020] US 4031919 descreve um sistema elevador totalmente arti- culado feito de inclinações rígidas sucessivas articuladas, duas por duas, por juntas universais. As dobras flexíveis são inseridas em cada junta. Esse é um sistema complicado que não é adequado para um ele- vador tipo catenária, visto que o fundo do elevador precisa ser conec- tado a uma estrutura dedicada. Além disso, o sistema de elevador não pode ser instalado por uma embarcação de colocação de tubo padrão.

[0021] US 2016/076684 ilustra outro tipo de combinação de uma tu- bulação flexível e junta articulada.

[0022] Conexões superiores flexíveis são muito caras e difíceis de instalar. É mais barato e fácil se conectar o elevador diretamente e de forma rígida ao FPSO. Nesse caso, uma instalação para suportar o mo- vimento diferencial precisa ser fornecida em outro local no elevador.

[0023] Como um exemplo dessa última abordagem, GB 2452961 descreve um elevador em formato de L, no qual uma seção superior suspensa de um FPSO é articulada para uma seção inferior por uma articulação. Isso desacopla o movimento do elevador no ponto de toque do movimento da embarcação. Visto que a seção superior do elevador é vertical, o ângulo adotado pela junta articulada permanece perto dos

90. Essa junta articulada é uma peça forjada especial que não pode acomodar uma variação angular significativamente maior. Adicional- mente, o projeto do sistema de elevador introduz dificuldades na insta- lação e conexão e pode ser suscetível a vazamentos.

[0024] BR PI 0602675 ensina o desacoplamento de movimentos das partes superior e inferior de um elevador tipo catenária pela inser- ção de uma conexão flexível entre as partes em uma localização inter- mediária ao longo do elevador. A conexão realiza conexões de fluido e mecânicas separadas entre as partes do elevador. Especificamente, as partes são conectadas por fluido por um tubo jumper flexível e são me- canicamente conectadas por uma conexão deformável, tal como um cabo que pode suportar a tensão no elevador. Uma desvantagem dessa disposição é que o tubo flexível possui muita liberdade de movimento e pode, portanto, ser dobrado excessivamente e danificado, durante a ins- talação ou uso, visto que a conexão mecânica é muito flexível.

[0025] US 2016/186893 descreve vértebras de limitação de dobra para um tubo flexível. US 4647255 descreve a articulação de dois eixos geométricos usando arruelas em contato próximo uma com a outra. No entanto, no contexto da presente invenção, projetos como esses seriam muito sensíveis ao desgaste causado pelo movimento relativo cíclico repetitivo entre os elementos sucessivos.

[0026] Mais geralmente, restritores de dobra de vértebras são co- nhecidos por serem usados em situações essencialmente estáticas, onde uma linha flexível é fixada a outra estrutura estática. As vértebras compreendem, tipicamente, uma série tubular curta de blocos poliméri- cos anulares que são localizados em torno de uma linha em um local no qual a linha é vulnerável à dobra excessiva. Enquanto a linha é mantida estática nesse local, outras partes da linha podem mover durante a ins- talação, manutenção e operação. Dessa forma, as tensões de dobra aumentarão em torno de uma localização na qual a linha é fixa.

[0027] Por exemplo, um restritor de dobra pode ser usado em uma extremidade de uma linha umbilical, onde essa linha é conectada a uma estrutura tipo "árvore de natal" acima de uma boca de poço submarino. O restritor de dobra ajuda a proteger a parte de extremidade da linha contra tensão e dobra excessivas além de seu MBR, se o restante da linha se mover. É possível também se usar um restritor de dobra em um local intermediário ao longo de uma linha, por exemplo, se forças de amarração forem aplicadas à linha nesse local.

[0028] US 3475039 descreve uma montagem de junta esférica para conectar dois tubos. A montagem inclui um elemento de colar que limita o movimento angular relativo dos tubos.

[0029] US 2013/315673 refere-se a um dispositivo para limitar a cur- vatura de um tubo flexível em torno do qual é instalado. O dispositivo é formado por uma pluralidade de elementos de manga tubular que são fixados, extremidade com extremidade, e podem articular um com rela- ção ao outro.

[0030] WO 2011/117567 descreve um aparelho de suporte formado de múltiplos elementos tubulares que cercam e engatam um elevador recebido através de um orifício interno, e que permitem um grau de mo- vimento de articulação em uso.

[0031] Considera-se se o uso de uma combinação de um tubo fle- xível e um restritor de dobra de vértebra pode solucionar o problema de fatiga causado pelas ondas de compressão que percorrem de forma descendente um elevador tipo catenária. No entanto, concluiu-se que essa não seria uma solução eficiente. Por exemplo, um restritor de do- bra de vértebra não tem qualquer papel no suporte de cargas axiais por- tadas pelo tubo flexível que protege contra a dobra excessiva. Conse- quentemente, a camada de armadura do tubo flexível precisa ser forte o suficiente para suportar a tensão no elevador, o que eleva, sem ajuda, o custo, o peso e MBR do tubo flexível. Além disso, se usado para fins da invenção, um restritor de dobra pode travar e aumentar o impulso nas vértebras, o que poderia, portanto, falhar.

[0032] Contra esse pano de fundo, a invenção fornece uma cone- xão flexível para um elevador submarino. A conexão compreende uma coluna articulada possuindo uma série longitudinal de segmentos rígi- dos interconectados que podem ser acoplados às seções superior e in- ferior do elevador para transmitir cargas ao longo do elevador através da conexão em um percurso de carga que se estende através dos seg- mentos. A conexão compreende adicionalmente um tubo flexível que termina em acessórios de extremidade que podem ser unidos, respec- tivamente, às seções superior e inferior do elevador, para comunicação por fluido ao longo do elevador através da conexão.

[0033] Vantajosamente, o tubo flexível é substancialmente desaco- plado do percurso de carga.

[0034] Os segmentos cercam e protegem, preferivelmente, o tubo flexível.

[0035] Os acessórios de extremidade são adequadamente engata- dos de forma rígida com as extremidades respectivas da coluna, de modo que o percurso de carga se estenda, pelo menos parcialmente, através dos acessórios de extremidade. Nesse caso, formações de in- terface dos acessórios de extremidade podem ser adaptadas para aco- plamento mecânico e fluido com as seções superior e inferior do eleva- dor. Por exemplo, as formações de interface podem compreender ex- tremidades chanfradas. Formações tipo âncora dos acessórios de ex- tremidade podem engatar dentro de mangas nas extremidades da co- luna.

[0036] A coluna é preferivelmente disposta para transmitir cargas de compressão, tensão e torção ao longo do elevador através da cone- xão.

[0037] Segmentos da coluna são adequadamente conectados por segmentos adjacentes da coluna para realizar o movimento articulado relativo entre esses segmentos.

[0038] Cada segmento da coluna pode compreender primeira e se-

gunda partes, que são conectadas uma à outra para realizar o movi- mento articulado relativo. Por exemplo, a primeira parte de um seg- mento intermediário pode ser acoplada de forma articulada à segunda parte de um segmento adjacente, e a segunda parte do segmento inter- mediário pode ser acoplada de forma articulada à primeira parte de ou- tro segmento adjacente.

[0039] A primeira parte de um segmento pode ser um anel e a se- gunda parte do segmento pode ser um cabeçote de retração, o cabeçote de retração compreendendo um corpo e primeiras projeções que se es- tendem de forma longitudinal a partir do corpo para suportar o anel. O anel pode, então, ser acoplado ao cabeçote de retração de um seg- mento adjacente. O cabeçote de retração pode compreender ainda se- gundas projeções que se estendem a partir do corpo em uma direção longitudinal, opostas às primeiras projeções para acoplar o cabeçote de retração ao anel de um segmento adjacente. As segundas projeções podem ser desviadas de forma angular a partir das primeiras projeções em torno de um eixo geométrico longitudinal que se estende através do corpo.

[0040] Vantajosamente, o movimento articulado relativo entre os segmentos adjacentes é possível em torno de dois eixos geométricos mutuamente ortogonais. No entanto, o movimento articulado relativo en- tre segmentos adjacentes é preferivelmente limitado para evitar que a coluna dobre além de um raio mínimo de dobra do tubo flexível.

[0041] A coluna pode ser substancialmente fixa em comprimento. O tubo flexível é preferivelmente inferior à coluna, mas os acessórios de extremidade podem se estender ao longo do comprimento da coluna.

[0042] A coluna flexível é um elemento independente discreto que é estruturalmente distinto de e inserível na coluna. A coluna flexível pode, portanto, estar livre para mover com relação aos segmentos da coluna. Os segmentos da coluna também podem ser estruturalmente distintos um do outro.

[0043] O conceito inventivo engloba um elevador submarino com- preendendo a conexão da invenção, a conexão sendo situada entre as seções superior e inferior do elevador. Preferivelmente, as seções su- perior e inferior são do tubo rígido e a conexão é situada entre a super- fície e o leito do mar, mais preferivelmente em uma dobra em curva do elevador. Vantajosamente, o tubo flexível apresenta uma rigidez à dobra inferior às seções superior e inferior do elevador.

[0044] O conceito inventivo também engloba uma instalação sub- marina que compreende o elevador a invenção. Preferivelmente, o ele- vador pende como uma catenária a partir de um suporte flutuante em uma extremidade superior do elevador. Mais preferivelmente, o suporte flutua na superfície e pode, portanto, ser exemplificado por um FPSO ou uma plataforma.

[0045] O conceito inventivo permite e se estende a métodos de ins- talação de um elevador submarino. Um método desses compreende in- corporar uma conexão flexível articulada em linha, enquanto a fabrica- ção do elevador a partir de uma sucessão de juntas de tubo em uma embarcação de instalação offshore, a conexão transmitindo cargas me- cânicas entre e realizando a comunicação por fluido entre as juntas de tubo às quais a conexão é unida.

[0046] O método pode compreender fabricar e distribuir parcial- mente uma seção inferior do elevador; unir a conexão a uma extremi- dade traseira da seção inferior; unir a conexão a uma extremidade dian- teira de uma seção superior do elevador e fabricar e distribuir o restante do elevador, incluindo a conexão e a seção superior. Tal método pode, por exemplo, ser realizado em uma operação de colocação em S ou J, que pode envolver dobrar a conexão em torno de um stinger suportado pela embarcação de instalação.

[0047] Outro método de instalação de um elevador submarino, de acordo com a invenção, compreende incorporar uma conexão flexível, em linha, articulada entre seções de tubulação, conexão essa que trans- mite cargas mecânicas entre, e realiza a comunicação por fluido entre, as seções de tubulação às quais a conexão é unida; e enrolar o eleva- dor, incluindo a conexão, em um carretel, enquanto dobra a conexão em torno do carretel.

[0048] Esse método pode compreender fabricar, em terra, uma pri- meira seção de tubulação do elevador; enrolar a primeira seção de tu- bulação em um carretel; fabricar, em terra, uma segunda seção de tu- bulação do elevador; unir a conexão à extremidade traseira da primeira seção de tubulação e uma extremidade dianteira da segunda seção de tubulação; e enrolar o restante do elevador, compreendendo a conexão e a segunda seção de tubulação, no carretel.

[0049] O elevador pode, então, ser instalado por um método de co- locação por carretel realizado em uma embarcação de instalação offshore, onde a conexão é desenrolada a partir do carretel com seções de tubulação.

[0050] Outro método de instalação de um elevador submarino, de acordo com a invenção, compreende unir uma conexão flexível, em li- nha, articulada, a pelo menos uma seção de tubulação em uma embar- cação de instalação offshore e instalar o elevador por um método de colocação por carretel, no qual pelo menos uma seção de tubulação, unida à conexão, é desenrolada a partir de um carretel.

[0051] A conexão pode ser unida a uma seção de tubulação enro- lada em terra e pode ser unida a pelo menos uma outra seção de tubu- lação na embarcação de instalação offshore para transmitir cargas me- cânicas, e para realizar a comunicação por fluido, entre essas seções de tubulação. Alternativamente, a conexão pode ser unida a duas se- ções de tubulação na embarcação de instalação offshore para transmitir cargas mecânicas, e para realizar a comunicação por fluido, entre essas seções de tubulação.

[0052] O método pode compreender fabricar, em terra, uma pri- meira seção de tubulação do elevador; enrolar a primeira seção de tu- bulação em um carretel; fabricar, em terra, uma segunda seção de tu- bulação do elevador; e enrolar a segunda seção de tubulação em um carretel. As primeira e segunda seções de tubulação podem ser enrola- das no mesmo carretel ou em carreteis diferentes.

[0053] Além disso, o método pode compreender unir uma extremi- dade da conexão a uma extremidade dianteira da segunda seção de tubulação, antes, depois ou durante a instalação parcial da primeira se- ção de tubulação; unir outra extremidade da conexão a uma extremi- dade traseira da primeira seção de tubulação; e instalar o restante do elevador, compreendendo a conexão e a segunda seção de tubulação.

[0054] Em suma, as modalidades da invenção fornecem um eleva- dor tipo catenária no qual as seções superior e inferior são conectadas por uma seção articulada, que permite o movimento relativo limitado das seções superior e inferior em qualquer direção.

[0055] A seção articulada pode compreender uma pluralidade de juntas giroscópicas rígidas de intertravamento que conectam as seções superior e inferior mecanicamente e um tubo flexível que conecta as seções superior e inferior de forma fluida. As juntas giroscópicas podem ser juntas universais (Cardan), juntas esféricas, vértebras articuladas ou uma combinação dos elementos acima.

[0056] O tubo flexível possui, adequadamente, substancialmente o mesmo comprimento que a seção articulada e é situado, de forma con- vencional, dentro das juntas giroscópicas. O comprimento da seção ar- ticulada é preferivelmente constante.

[0057] O tubo flexível pode, por exemplo, compreender a tubulação flexível não unida, a tubulação flexível unida, tubulação polimérica ou tubulação composta.

[0058] De forma elegante, as juntas giroscópicas podem limitar a deformação angular do tubo flexível, e, dessa forma, seu raio de dobra, para permanecer acima de seu MBR. Por exemplo, o movimento angu- lar relativo de duas juntas giroscópicas sucessivas é preferivelmente in- ferior a 10 nas direções transversais. No entanto, a não ser por contato acidental, o tubo flexível pode mover adequadamente de forma livre em direções transversais dentro das juntas giroscópicas.

[0059] O conceito inventivo pode ser expresso em vários métodos preferidos. Em um exemplo como esse, um método para se instalar um elevador tipo catenária a partir de uma embarcação de instalação de colocação em S ou J compreende as seguintes etapas de fabricação e distribuição parcial de uma primeira seção do elevador tipo catenária; conectar uma seção articulada à extremidade superior da primeira se- ção; conectar uma extremidade de uma segunda seção do elevador tipo catenária à seção articulada; e fabricar e distribuir o restante do elevador tipo catenária compreendendo a seção articulada e a segunda seção.

[0060] Em outro exemplo, a invenção reside em um método para instalar um elevador tipo catenária de uma embarcação de instalação de colocação por carretel, o método compreendendo as etapas a seguir: fabricar, em terra, uma primeira seção do elevador tipo catenária; enro- lar a dita primeira seção em um carretel; fabricar, em terra, uma segunda seção do elevador tipo catenária; conectar uma seção articulada entre a extremidade da primeira seção e a extremidade mais próxima da se- gunda seção; enrolar o restante do elevador tipo catenária compreen- dendo a seção articulada e a segunda seção; e instalar o elevador tipo catenária offshore por um método de colocação por carretel.

[0061] Em outro exemplo adicional, a invenção reside em um mé- todo para instalar um elevador tipo catenária a partir de uma embarca- ção de instalação de colocação por carretel, o método compreendendo as seguintes etapas:

a. fabricar, em terra, uma primeira seção do elevador tipo ca- tenária, enrolar a dita primeira seção em um carretel; b. fabricar, em terra, uma segunda seção do elevador tipo catenária, enrolar a dita segunda seção no mesmo carretel ou em outro carretel; c. conectar em terra ou no mar a primeira extremidade da seção articulada à extremidade da primeira seção; d. instalar parcialmente a segunda seção do elevador tipo catenária offshore por um método de colocação por carretel; e. conectar offshore a segunda extremidade da seção articu- lada à extremidade superior da segunda seção do elevador tipo catená- ria; e f. instalar o restante do elevador tipo catenária, compreen- dendo a seção articulada e a primeira seção offshore por um método de colocação por carretel.

[0062] A etapa d. acima pode ser realizada antes, depois ou ao mesmo tempo que a etapa c. acima.

[0063] A fim de a invenção ser prontamente compreendida, referên- cia será feita agora, por meio de exemplo, aos desenhos em anexo, nos quais:

[0064] A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma conexão arti- culada, de acordo com a invenção;

[0065] A figura 2 é uma vista em perspectiva de uma coluna articu- lada externa da conexão, ilustrada na figura 1;

[0066] A figura 3 é uma vista em perspectiva de um duto interno flexível da conexão ilustrada na figura 1, que encaixa na coluna ilustrada na figura 2;

[0067] A figura 4 é uma vista em perspectiva de um segmento da coluna, ilustrado na figura 2;

[0068] A figura 5 é uma vista lateral de três segmentos interconec- tados, ilustrados na figura 4, detectados de forma angular com relação um ao outro para ilustrar como a coluna, ilustrada na figura 2, pode do- brar ao longo do comprimento;

[0069] As figuras 6a a 6d são uma sequência de vistas laterais es- quemáticas de uma conexão articulada sendo incorporada a um eleva- dor tipo catenária durante a fabricação, em terra, e o enrolamento em um carretel de uma embarcação de colocação por carretel na prepara- ção para instalar o elevador;

[0070] As figuras de 7a a 7d são uma sequência de vistas laterais esquemáticas de uma conexão articulada sendo incorporada a um ele- vador tipo catenária offshore, a bordo de uma embarcação de colocação por carretel, ilustrada aqui no processo de instalação do elevador;

[0071] As figuras de 8a a 8d são uma sequência de vistas laterais esquemáticas de uma conexão articulada sendo incorporada a um ele- vador tipo catenária offshore, a bordo de uma embarcação de colocação em S, ilustrada aqui no processo de fabricação e instalação do elevador;

[0072] A figura 9 é uma vista lateral esquemática que compara o formato de catenária de um SCR convencional com o formato de cate- nária de um elevador equivalente incorporando a conexão articulada da invenção;

[0073] A figura 10 é uma vista lateral esquemática ampliada que corresponde ao Detalhe X da figura 9; e

[0074] A figura 11 é um gráfico comparando os níveis de tensão von Mises para elevadores convencionais com um elevador que incorpora uma conexão articulada, de acordo com a invenção.

[0075] Com referência, em primeiro lugar, às figuras de 1 a 3 dos desenhos, uma conexão articulada flexível 10 da invenção, ilustrada na figura 1, compreende uma coluna articulada 12, ilustrada na figura 2 e um duto interno flexível alongado 14, ilustrado na figura 3. A figura 1 ilustra uma figura humana ao lado da conexão articulada 10 como uma indicação não limitadora de sua escala típica.

[0076] Como será explicado abaixo com referência aos desenhos posteriores, a conexão 10 é projetada para ser incorporada a um eleva- dor tipo catenária entre, e em série com as seções de tubo superior e inferior do elevador. Dessa forma, a invenção pode adaptar um SCR tradicional pela adição de conexão articulada 10 na localização mais eficiente e benéfica ao longo do comprimento de SCR, para criar um elevador de junta giroscópica ou "GJR". Isso minimiza cargas de com- pressão e picos de tensão sofridos no elevador em e em torno do ponto de toque e aperfeiçoa a resistência à fatiga do elevador durante sua vida útil.

[0077] A coluna 12 compreende uma série longitudinal de vértebras rígidas interconectadas, juntas ou segmentos 16. A série de segmentos 16 compreende múltiplos segmentos de corpo 16B em uma fileira entre dois segmentos de extremidade 16E. Como será explicado abaixo com referência às figuras 4 e 5, os segmentos 16 são fixados aos segmentos vizinhos 16 na série de uma forma que permita o movimento articulado relativo limitado entre os segmentos vizinhos 16 em qualquer direção.

[0078] Os segmentos sucessivos 16 da coluna 12, juntos, formam um tubo alongado interrompido que cerca e define um lúmen central. O duto interno 14 é recebido telescopicamente e concentricamente dentro do lúmen da coluna 12, de modo que o duto 14 seja cercado e protegido por segmentos 16, de forma similar às vértebras humanas que cercam e protegem a medula espinhal.

[0079] O duto interno 14 compreende um comprimento do tubo fle- xível 18 que se estende entre acessórios de extremidade de aço, tubu- lares 20, em extremidades opostas do tubo flexível 18.

[0080] O tubo flexível 18 pode assumir várias formas dependendo da aplicação, exemplos sendo o tubo flexível não unido; o tubo flexível unido; a tubulação polimérica; o tubo termo composto (TCP) ou outro tubo composto e tubulação espiralada.

[0081] Cada acessório de extremidade 20 do tubo flexível 18 com- preende uma parte de âncora interna aumentada 22 e uma parte de extremidade externa mais estreita 24. Quando a conexão 10 é montada como ilustrado na figura 1, as partes de âncora internas 22 são engata- das com segmentos de extremidade respectivos 16 da coluna 12, ao passo que partes de extremidade externas 24 se projetam axialmente a partir dos segmentos de extremidade respectivos 16.

[0082] Em virtude de seu engate com os segmentos de extremidade 16, as partes de âncora internas 22 dos acessórios de extremidade 20 acoplam o tubo flexível 18 mecanicamente à coluna 12. Especifica- mente, cada segmento de extremidade 16 da coluna 12 compreende uma manga tubular 26 que cerca e engata uma parte de âncora interna respectiva 22. Esse engate permite que forças axiais, tal como cargas de choque de compressão ou tensão, devido ao peso do elevador, se- jam transmitidas ao longo da coluna 12, em vez de através do tubo fle- xível 18 do duto interno 14.

[0083] Inversamente, as partes de extremidade externas 24 dos acessórios de extremidade 20 se projetam axialmente a partir das man- gas 26 dos segmentos de extremidade 16 da coluna 12. As partes de extremidade externas 24 são adaptadas para serem unidas de forma impermeável a comprimentos respectivos do tubo rígido de um elevador tipo catenária dentro do qual a conexão 10 deve ser incorporada. Por exemplo, onde a conexão 10 deve ser incorporada ao elevador por solda, as formações de interface externa tubular das partes de extremi- dade 24 podem ter extremidades externas chanfradas.

[0084] Os segmentos de extremidade 16 da coluna 12 também po- dem ser adaptados para interfacear com os dispositivos de manuseio de equipamento, em terra, ou no mar, para a elevação, orientação e inserção seguras em um elevador.

[0085] Nesse exemplo, a coluna 12 resiste ao movimento axial re- lativo entre segmentos vizinhos 16. Dessa forma, a extensão ou contra- ção longitudinal ou axial da conexão 10 não é possível, exceto pela ex- tensão mínima que pode ser permitida por um acúmulo de tolerâncias entre as partes de interconexão. Em qualquer caso, é preferível que qualquer extensão axial menor ou contração da coluna 12 não seja tal, de modo a transferir cargas axiais adicionais substanciais ao tubo flexíi- vel 18. Dessa forma, enquanto o tubo flexível 18 pode estar sob tensão ou compressão axial leve quando montado na conexão articulada 10, a coluna 12 deve portar substancialmente todas as cargas axiais transi- entes às quais a conexão articulada 10 será submetida durante o uso.

[0086] Os elementos ou segmentos de junta giroscópicos 16 na co- luna 12 da conexão 10 da invenção são responsáveis pela articulação com um mínimo de rigidez e para suportar a tensão tipo catenária. O elemento flexível interno ou duto flexível 14 conduzem o fluido e forne- cem contenção de pressão, enquanto também conferem menor rigidez à dobra, localizada, no sistema. Em particular, o duto flexível 14 possui uma rigidez à dobra menor do que a linha de fluxo de aço adjacente do elevador.

[0087] Voltando-se a seguir para a figura 4 dos desenhos, isso ilus- tra um dos segmentos de corpo 16B da coluna 12 em detalhes. O seg- mento de corpo 16B compreende um cabeçote de retração 28 e um anel interno 30. O anel interno 30 é suportado de forma articulada pelo ca- beçote de retração 28. Cada segmento de extremidade 16E da coluna 12 também suporta um anel interno 30 que é fixado de forma articulada ao segmento de corpo adjacente 16B.

[0088] O anel interno 30 é centralizado em um eixo geométrico lon- gitudinal central 32 que se estende através do segmento de corpo 16B. O anel interno 30 é penetrado por quatro furos de extensão radial 34 que são espaçados de forma equitativa em dois pares em torno do anel interno 30 em intervalos de 90 graus.

[0089] Quando está em uma posição neutra central com relação ao cabeçote de retração 28, o anel interno 30 se encontra em um plano que é ortogonal ao eixo geométrico longitudinal central 32 como ilustrado. Essa posição neutra do anel interno 30 corresponde à coluna 12 que é reta.

[0090] O cabeçote de retração 28 compreende um corpo anular 36 que tem substancialmente uma seção transversal circular, também cen- tralizada no eixo geométrico longitudinal central 32. O cabeçote de re- tração 28 compreende, adicionalmente, duas formações tipo garfo, cada uma compreendendo um par de projeções diametralmente opostas e de raios suaves 38 que são integrais ao corpo 36. As formações em for- mato de garfo se estendem em direções axiais mutuamente opostas a partir de extremidades respectivas do corpo 36.

[0091] As formações em formato de garfo são desviadas de forma angular uma da outra por um quarto de volta, em torno do eixo geomé- trico longitudinal central 32. Em outras palavras, um par de projeções 38, em uma extremidade do corpo 36, é girado por 90 em torno do eixo geométrico longitudinal central 32, com relação a outro par de projeções 38 na outra extremidade do corpo 36.

[0092] As projeções 38 de cada par são penetradas por furos res- pectivos 40 que estão em alinhamento mútuo. Os furos 40 de um pri- meiro par são alinhados ao longo de um primeiro eixo geométrico arti- culado 42. Os furos 40 de um segundo par são alinhados ao longo de um segundo eixo geométrico articulado 44 que é ortogonal a, e espa- çado longitudinalmente do primeiro eixo geométrico articulado 42.

[0093] O anel interno 30 é articuladamente conectado ao cabeçote de retração 28 por pinos articulados diametralmente opostos 46 que são recebidos por furos alinhados 34, 40 no anel interno 30 e no primeiro par de projeções 38 do cabeçote de retração 28. Um pino articulado 46 é ilustrado aqui em uma dentre o primeiro par de projeções 38; o pino articulado 46 nos furos alinhados opostos 34, 40 foi omitido.

[0094] Isso deixa dois outros furos 34 no anel interno 30 que são conectados de forma similar ao cabeçote de retração 28 de um seg- mento de corpo vizinho 16B, através dos furos 40 de seu segundo par de projeções 38. Novamente, um pino articulado 46 é ilustrado aqui em uma dentre o segundo par de projeções 38; o pino articulado 46 no furo oposto 40 foi omitido.

[0095] Dessa forma, com referência agora também à figura 5, quando a coluna 12, compreendendo uma série longitudinal de tais seg- mentos de corpo 16B, foi montada, o cabeçote de retração 28 é conec- tado de forma articulada por pinos articulados 46 ao anel interno 30 do segmento de corpo anterior 16B da série. De forma similar, o anel in- terno 30 é articuladamente conectado pelos pinos articulados 46 ao ca- beçote de retração 28 do próximo segmento de corpo 16B da série. Dessa forma, cada cabeçote de retração 28 é conectado a dois anéis internos 30 e cada anel interno 30 é conectado a dois cabeçotes de retração 28.

[0096] A deformação angular de dois eixos geométricos dos seg- mentos 16 com relação a seus vizinhos permite que a coluna 12, e, dessa forma, a conexão articulada 10, também compreendendo o duto interno flexível 14, dobre para longe de um eixo geométrico longitudinal reto 32 ao longo de um percurso curvo em qualquer direção. A esse respeito, cada projeção 38 ocupa substancialmente menos de 90 de arco em um plano contendo o eixo geométrico articulado respectivo 42,

44. Isso garante espaço para o movimento angular relativo entre os seg- mentos 16 à medida que a coluna 12 dobra.

[0097] A extensão até onde a coluna 12 pode dobrar é limitada visto que partes de segmentos vizinhos 16 se apoiarão eventualmente um contra o outro como ilustrado na figura 5. Isso evita a deformação angu- lar adicional da coluna 12. Dessa forma, a coluna 12 protege o tubo flexível 18 do duto interno 14 garantindo-se que MBR do tubo flexível 18 não pode exceder. Nesse exemplo, o ângulo mínimo entre segmentos sucessivos 16 é 167,08 , correspondendo a uma deformação angular de um segmento 16 para próximo de 12,92.

[0098] Voltando-se a seguir às figuras de 6a a 6d, esses desenhos esquemáticos e muito simplificados ilustram uma embarcação de colo- cação por carretel 48 flutuando na superfície 50 do mar quando visita uma base de carretel costeira 52. A embarcação 48 é ilustrada aqui en- rolando uma tubulação rígida em um carretel 54, para subsequente- mente transportar a tubulação offshore para dispor como um elevador tipo catenária.

[0099] Outro equipamento de colocação por carretel da embarca- ção 48, tal como um dispositivo para endireitar o tubo e uma inclinação de colocação, foi omitido desses desenhos por motivos de clareza. Um carretel de eixo geométrico vertical, também conhecido como um car- rossel, pode ser usado no lugar do carretel de eixo geométrico horizontal 54 ilustrado aqui.

[00100] A base de carretel 52 compreende uma fábrica de tubulação 56 na qual as juntas de tubo são montadas, extremidade com extremi- dade, em suportes de tubo e os suportes de tubo são montados, extre- midade com extremidade, em seções de tubulação. As seções de tubu- lação podem ter várias centenas de metros de comprimento.

[00101] A figura 6a ilustra uma primeira seção de tubulação 58 sur- gindo a partir da fábrica de tubulação 56 e sendo enrolada no carretel 54 à medida que o carretel 54 gira.

[00102] A figura 6b ilustra o carretel 54, agora estacionário, visto que apenas uma parte de extremidade traseira da primeira seção de tubula-

ção 58 permanece para ser enrolada no carretel 54. Uma parte de ex- tremidade dianteira de uma segunda seção de tubulação 60 é ilustrada, pronta para ser empurrada a partir da fábrica de tubulação 56. Uma co- nexão 10, de acordo com a invenção, é ilustrada intercalada em um es- paço entre as seções de tubulação 58, 60.

[00103] A figura 6c ilustra a conexão 10 unida, agora à extremidade traseira da primeira seção de tubulação 58, e a uma extremidade dian- teira da segunda seção de tubulação 60. Tipicamente, a união será re- alizada pela formação de soldas de apoio circunferenciais entre as ex- tremidades de tubulação e formações de interface chanfradas das par- tes de extremidade 24 da conexão 10.

[00104] A figura 6d ilustra o carretel 54, virando novamente agora à medida que a conexão 10 é puxada no carretel 54 entre as seções de tubulação 58, 60 às quais se une. A capacidade de a coluna 12 flexionar ao longo de seu comprimento permite que a conexão 10 seja enrolada no carretel 54, enquanto que a coluna 12 protege o tubo flexível 18 do duto interno 14 contra danos ou excesso de seu MBR durante o enrola- mento.

[00105] Quando o enrolamento da segunda seção de tubulação 60 foi completado, a embarcação 48 pode se distanciar de um local de ins- talação no qual o elevador será colocado usando-se técnicas de colo- cação de carretel bem conhecidas. Durante a instalação, a segunda se- ção 60 será desenrolada e distribuída primeiro, como uma seção inferior do elevador para repousar no leito do mar. A segunda seção 60 é se- guida pela conexão 10 e finalmente pela primeira seção 58. A primeira seção 58, então, servirá como uma seção superior do elevador, se es- tendendo a partir da conexão 10 até uma embarcação ou instalação de superfície, flutuante e de suporte, tal como FPSO ou uma plataforma.

[00106] “Como será explicado posteriormente com referência às figu- ras 9 e 10 dos desenhos, a conexão 10 é suspensa acima do leito do mar, como parte da abrangência livre do elevador que se estende entre o leito do mar e a superfície. Isso desacopla o movimento do FPSO ou plataforma de suporte do ponto de toque onde o elevador encontra o leito do mar. Dessa forma, a conexão 10 está em um nível acima do leito do mar e, dessa forma, em um nível acima do ponto de toque. Preferi- velmente, a conexão 10 está na dobra de curva do elevador, que está tipicamente a algumas dezenas de metros acima do leito do mar.

[00107] —Asfiguras de 7a a 7d ilustram que a conexão 10 não precisa ser unida a ambas as seções de tubulação 58, 60 em uma localização costeira, tal como uma base de carretel. Em vez disso, a conexão 10 pode ser unida a uma ou ambas as seções de tubulação 58, 60 a bordo de uma embarcação de colocação com carretel 48 offshore. A conexão pode ter sido previamente unida a uma das seções de tubulação 58, 60 ou a nenhuma das seções de tubulação 58, 60.

[00108] Referências numéricas similares são usadas para acessó- rios similares nas figuras de 7a a 7d, que agora ilustram o equipamento básico de colocação com carretel na embarcação 48. Esse equipamento compreende um dispositivo para endireitar o tubo 62, para endireitar as seções de tubulação 58, 60 à medida que são desenroladas a partir do carretel 54; uma inclinação na colocação 64, cuja inclinação coincide com a de um eixo geométrico de lançamento para as seções de tubula- ção 58, 60; e um sistema de tensionamento 66 para aplicar tensão de retenção ao comprimento das seções de tubulação 58, 60, suspensas a partir da embarcação 48. O sistema de tensionamento 66 pode compre- ender uma combinação de prendedores e/ou tensionadores agindo nas seções de tubulação 58, 60, como será bem compreendido pelos ver- sados na técnica.

[00109] —Afigura7a ilustra uma seção de tubulação inferior 60 do ele- vador sendo desenrolada, endireitada e distribuída primeiro depois de passar ao longo da inclinação de colocação 64 e através do sistema de tensionamento 66.

[00110] —Afigura7b ilustra uma seção de tubulação inferior 60 do ele- vador, agora totalmente desenrolada e quase que totalmente distribu- ída. Uma extremidade superior da seção de tubulação inferior 60 é su- portada pelo sistema de tensionamento 66. A seção de tubulação supe- rior 58 do elevador também é ilustrada sendo desenrolada do carretel 54 e alimentada para dentro do dispositivo de endireitamento de tubo

62. Opcionalmente, no entanto, a seção de tubulação superior 58 pode ser desenrolada de um carretel diferente.

[00111] Nafigura7c, a conexão 10 foi erguida na inclinação de colo- cação 64 e unida às extremidades das seções de tubulação superior e inferior 58, 60. As técnicas usadas para erguer e unir a conexão 10 são usadas de forma rotineira para inserir acessórios em linha em uma tu- bulação colocada por carretel. Sendo bem conhecidas pelos versados na técnica, essas técnicas não precisam ser elaboradas aqui.

[00112] —Afigura 7d ilustra a seção de tubulação inferior 60 do eleva- dor e a conexão articulada 10 agora lançada totalmente sob a superfície 50 do mar à medida que o desenrolar e o endireitamento da seção de tubulação superior 58 continuam. O sistema de tensionamento 66 libe- rou as seções de tubulação 58, 60 para permitir que a conexão 10 passe ao longo do eixo geométrico de lançamento.

[00113] “Quando o elevador for instalado completamente, uma parte principal da seção de tubulação inferior 60 estará no leito do mar. Uma parte menor da seção de tubulação inferior 60 adjacente à conexão 10 será suspensa acima do leito do mar, onde se estende além do ponto de toque. A seção de tubulação superior 58 se estenderá através da coluna d'água a partir da conexão 10 para uma embarcação ou instala- ção de superfície flutuante de suporte, tal como FPSO ou uma plata- forma.

[00114] —“Movendo-se agora para as figuras 8a a 8d, esses desenhos ilustram como a conexão 10 pode ser incorporada a um cordão de tubos 68, visto que o cordão de tubos 68 está sendo fabricado a bordo de uma embarcação de colocação de tubos 70 offshore. Nesse exemplo, a em- barcação de colocação de tubos 70 é configurada para operações de colocação em S, apesar de ficar claro aos versados na técnica que o mesmo princípio também pode ser aplicado a operações de colocação emuJ.

[00115] Novamente, a embarcação de colocação de tubos 70, ilus- trada esquematicamente nesses desenhos, não está em escala e é muito simplificada. Em particular, a embarcação de colocação de tubos 70 possui apenas o equipamento básico em seu convés de trabalho, compreendendo uma estação de solda 72 e um sistema de tensiona- mento 74 a jusante da estação de solda 72. A jusante do sistema de tensionamento 74, a tubulação 68 é lançada através de um stinger 76, curvando através do leito do mar, para pender na água sob o stinger 76 como uma catenária.

[00116] Na prática, haverá uma sucessão de estações de solda 72, estações de teste e estações de revestimento no convés de trabalho a montante do sistema de tensionamento 74. O sistema de tensionamento 74 compreenderá tipicamente múltiplos tensionadores.

[00117] Na estação de solda 72, as juntas de tubo de comprimento padrão 78, como ilustrado na figura 8a, são soldadas a uma extremi- dade superior de um cordão de tubos já fabricados 68, ao qual o sistema de tensionamento 74 aplica a tensão de retenção que suporta o peso da catenária suspensa.

[00118] —Afigura8b ilustra uma conexão 10 sendo inserida no cordão de tubos 68 no lugar de uma junta de tubo 78. De forma conveniente, a conexão 10 pode ter um comprimento similar a, ou pelo menos não su- perior a uma junta de tubo 78 ou um múltiplo do mesmo, de modo a não interromper as etapas de fabricação e processamento que são realiza- das a bordo da embarcação 70. Novamente, as técnicas usadas para unir a conexão 10 ao cordão de tubos 68 são usadas de forma rotineira para inserir acessórios em linha, tal como Ts em linha (ILTs) em uma tubulação durante as operações de colocação em S ou J. Sendo bem compreendidas pelos versados na técnica, essas técnicas não exigem elaboração aqui.

[00119] A figura 8c ilustra agora a conexão 10 tendo sido soldada, em ambas as extremidades, às juntas de tubo 78 do cordão de tubos 68 e avançando além da estação de solda 72 na direção do sistema de tensionamento 74. Outra junta de tubo 78 é ilustrada sendo preparada para solda à extremidade superior do cordão de tubos cada vez maior 68 que agora incorpora a conexão 10.

[00120] À medida que juntas de tubo adicionais 78 são soldadas à extremidade superior do cordão de tubos 68, a conexão 10 avança atra- vés do sistema tensionador 74 e através do stinger 76 para ser lançada sob a superfície 50 do mar, como ilustrado na figura 8d. Vantajosa- mente, as dimensões alongadas e estreitas da conexão 10 facilitam sua passagem através do sistema de tensionamento 74 e ao longo do stin- ger 76. Sua flexibilidade também ilustra a conexão 10 para seguir a cur- vatura de dobra excessiva, à medida que o cordão de tubos 68 avança ao longo de e além do stinger 76, enquanto protege o duto flexível 14 dentro da coluna articulada 12.

[00121] O cordão de tubos 68 compreende uma parte a jusante da conexão 10 e uma parte a montante da conexão 10, considerando a direção de lançamento. A parte a jusante do cordão de tubos 68 constitui a seção inferior do elevador, uma parte principal do qual estará no leito do mar quando o elevador tiver sido instalado completamente. Nova- mente, uma parte menor da seção inferior adjacente à conexão 10 será suspensa acima do leito do mar onde se estende além do ponto de to- que. A parte a montante do cordão de tubos 68 constitui a seção supe- rior do elevador, que novamente se estende através da coluna d'água a partir da conexão 10 até uma embarcação de superfície de suporte ou outra instalação flutuante, tal como FPSO ou uma plataforma.

[00122] “Como notado acima, as figuras 9 e 10 ilustram a conexão 10 em uma configuração estática, suspensa acima do leito do mar como parte da abrangência livre de um elevador tipo catenária de aço rígido 80 que pende a partir de um FPSO de suporte 82 na superfície 50 e se estende a partir daí para o leito do mar 84. A conexão 10 é ilustrada aqui na dobra de curva do elevador 80, uma poucas dezenas de metros acima do leito do mar 84, e dessa forma, em um nível acima do ponto de toque 86, onde o elevador 80 encontra o leito do mar 84.

[00123] —Pormeio de comparação, as figuras 9 e 10 também ilustram a curvatura de um SCR convencional correspondente 88 em linhas tra- cejadas. Será aparente que o peso da conexão 10 muda o formato do elevador 80 na região de dobra de curva, tornando a curvatura da dobra de curva mais aguda do que em um SCR convencional 86. Como um elevador de peso distribuído conhecido, o peso da conexão 10 contribui de forma significativa para o comportamento dinâmico do elevador 80. No entanto, a articulação da coluna 12 acomoda o peso concentrado da conexão 10 para evitar o tensionamento excessivo do elevador 80 em torno do ponto de concentração de massa.

[00124] —Voltando-se finalmente à figura 11, o gráfico ilustrado aqui representa a tensão von Mises contra o comprimento de arco de um elevador para vários tipos de elevadores equivalentes em um ambiente marinho dinâmico simulado. Um nível de tensão von Mises limite de aproximadamente 360000 kPa é ilustrado como uma linha horizontal.

[00125] Será aparente que no caso de um SCR convencional, a ten- são limitadora é excedida em um comprimento de arco de 2700 a 2900 metros, que corresponde à região de dobra de curva que se aproxima do ponto de toque nesse exemplo.

[00126] Antes da presente invenção, a abordagem padrão quando do projeto de um sistema de elevador para uso nesse ambiente dinâà- mico seria optar por um sistema mais complexo do que SCR convenci- onal, tal como um elevador de onda preguiçosa de aço (SLWR), para manter a tensão von Mises abaixo do nível limite como ilustrado. No entanto, tal solução é significativamente mais cara do que um SCR con- vencional.

[00127] A invenção, modelada aqui como um elevador de junta gi- roscópica ou GJR, mantém a tensão von Mises bem abaixo do nível limite, até um ponto similar ou melhor do que SLWR, a um custo muito inferior a um SLWR.

Claims (43)

UT REIVINDICAÇÕES

1. Conexão flexível para um elevador submarino, caracteri- zada pelo fato de a conexão compreender: uma coluna articulada possuindo uma série longitudinal de segmentos rígidos interconectados, que pode ser acoplada às seções superior e inferior do elevador para transmitir cargas ao longo do eleva- dor, através da conexão em um percurso de carga que se estende atra- vés dos segmentos; e um tubo flexível terminando em acessórios de extremidade que podem ser unidos, respectivamente, às seções superior e inferior do elevador para comunicação por fluido ao longo do elevador através da conexão.

2. Conexão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o tubo flexível ser substancialmente desacoplado do per- curso de carga.

3. Conexão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizada pelo fato de os segmentos cercarem o tudo flexível.

4. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de os acessórios de extremidade serem engatados rigidamente com as extremidades respectivas da co- luna, de modo que o percurso de carga se estenda pelo menos parcial- mente através dos acessórios de extremidade.

5. Conexão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de as formações de interface dos acessórios de extremidade serem adaptados para acoplamento mecânico ou fluido com as seções superior e inferior do elevador.

6. Conexão, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de as formações de interface compreenderem extremidades chanfradas.

7. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações

4 a 6, caracterizada pelo fato de as formações tipo âncora dos acessó- rios de extremidade engatarem as mangas nas extremidades da coluna.

8. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de a coluna ser disposta para transmitir cargas de compressão, tensão e torção ao longo do elevador através da conexão.

9. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de os segmentos da coluna serem conectados a segmentos adjacentes da coluna para realizar o movi- mento articulado relativo entre esses segmentos.

10. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizada pelo fato de cada segmento da coluna compreender uma primeira e uma segunda partes que são conectadas uma à outra para realizar o movimento articulado relativo.

11. Conexão, de acordo com a reivindicação 10, caracteri- zada pelo fato de a primeira parte de um segmento intermediário ser acoplada de forma articulada à segunda parte de um segmento adja- cente e a segunda parte do segmento intermediário ser acoplada de forma articulada à primeira parte de outro segmento adjacente.

12. Conexão, de acordo com a reivindicação 11, caracteri- zada pelo fato de a primeira parte ser um anel e a segunda parte ser um cabeçote de retração, o cabeçote de retração compreendendo um corpo e primeiras projeções que se estendem longitudinalmente a partir do corpo para suportar o anel para acoplar o anel ao cabeçote de retração de um segmento adjacente.

13. Conexão, de acordo com a reivindicação 12, caracteri- zada pelo fato de o cabeçote de retração compreender ainda segundas projeções se estendendo a partir do corpo em uma direção longitudinal oposta às primeiras projeções para acoplar o cabeçote de retração ao anel de um segmento adjacente.

14. Conexão, de acordo com a reivindicação 13, caracteri- zada pelo fato de as segundas projeções serem desviadas de forma angulada das primeiras projeções em torno de um eixo geométrico lon- gitudinal que se estende através do corpo.

15. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 9 a 14, caracterizada pelo fato de o movimento articulado relativo entre os segmentos adjacentes ser possível em torno de dois eixos ge- ométricos mutuamente ortogonais.

16. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 9 a 15, caracterizada pelo fato de o movimento articulado relativo entre segmentos adjacentes ser limitado para evitar que a coluna dobre além de um raio mínimo de dobra do tubo flexível.

17. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizada pelo fato de a coluna ter um compri- mento substancialmente fixo.

18. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizada pelo fato de o tubo flexível não ser mais longo do que a coluna.

19. Conexão, de acordo com a reivindicação 18, caracteri- zada pelo fato de os acessórios de extremidade se estenderem além do comprimento da coluna.

20. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizada pelo fato de o tubo flexível ser selecio- nado a partir do tubo flexível não unido; tubo flexível unido, tubulação polimérica; tubo composto; e tubulação espiralada.

21. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizada pelo fato de o tubo flexível estar livre para mover com relação aos segmentos da coluna.

22. Conexão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizada pelo fato de os segmentos da coluna serem estruturalmente distintos um do outro.

23. Elevador submarino, caracterizado pelo fato de compre- ender a conexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, adequada entre as seções superior e inferior do elevador.

24. Elevador, de acordo com a reivindicação 23, caracteri- zado pelo fato de as seções superior e inferior serem do tubo rígido.

25. Elevador, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, ca- racterizado pelo fato de a conexão ser situada entre a superfície e o leito do mar.

26. Elevador, de acordo com a reivindicação 25, caracteri- zado pelo fato de a conexão ser situada em uma dobra em curva do elevador.

27. Elevador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 23 a 26, caracterizado pelo fato de o tubo flexível possuir uma me- nor rigidez à dobra do que as seções superior e inferior do elevador.

28. Instalação submarina, caracterizada pelo fato de compre- ender o elevador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a

27.

29. Instalação, de acordo com a reivindicação 28, caracteri- zada pelo fato de o elevador pender como uma catenária a partir de um suporte flutuante em uma extremidade superior do elevador.

30. Instalação, de acordo com a reivindicação 29, caracteri- zada pelo fato de o suporte flutuar na superfície.

31. Método de instalação de um elevador submarino, carac- terizado pelo fato de o método compreender a incorporação de uma co- nexão flexível articulada em linha, enquanto fabrica o elevador a partir de uma sucessão de juntas de tubo em uma embarcação de instalação offshore, a conexão transmitindo cargas mecânicas entre, e realizando a comunicação por fluido entre as juntas de tubo às quais a conexão é unida.

32. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de compreender: fabricar e distribuir parcialmente uma seção inferior do ele- vador; unir a conexão a uma extremidade traseira da seção inferior; unir a conexão a uma extremidade dianteira de uma seção superior do elevador; e fabricar e distribuir o restante do elevador, incluindo a cone- xão e a seção superior.

33. Método, de acordo com a reivindicação 31 ou reivindica- ção 32, caracterizado pelo fato de ser realizado em uma operação de colocação em S ou J.

34. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 31 a 33, caracterizado pelo fato de compreender dobrar a conexão em torno de um stinger suportado pela embarcação de instalação.

35. Método de instalação de um elevador submarino, carac- terizado pelo fato de o método compreender: incorporar uma conexão flexível em linha, articulada, entre as seções de tubulação, conexão essa que transmite cargas mecânicas entre e realiza a comunicação por fluido entre, as seções de tubulação às quais a conexão é unida; e enrolar o elevador incluindo a conexão em um carretel, en- quanto dobra a conexão em torno do carretel.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de compreender: fabricar, em terra, uma primeira seção de tubulação do ele- vador; enrolar a primeira seção de tubulação em um carretel; fabricar, em terra, uma segunda seção de tubulação do ele- vador;

unir a conexão a uma extremidade traseira da primeira seção de tubulação e uma extremidade dianteira da segunda seção de tubula- ção; e enrolar o restante do elevador compreendendo a conexão e a segunda seção de tubulação no carretel.

37. Método, de acordo com a reivindicação 35 ou reivindica- ção 36, caracterizado pelo fato de compreender ainda instalar o eleva- dor por um método de colocação por carretel, realizado em uma embar- cação de instalação offshore, onde a conexão é desenrolada do carretel com seções de tubulação.

38. Método de instalação de um elevador submarino, carac- terizado pelo fato de o método compreender: unir uma conexão flexível em linha, articulada, a pelo menos uma seção de tubulação em uma embarcação de instalação offshore; e instalar o elevador por um método de colocação por carretel, no qual a pelo menos uma seção de tubula- ção, unida à conexão, é desenrolada de um carretel.

39. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de a conexão ser unida a uma seção de tubulação enrolada, em terra, e ser unida a pelo menos uma outra seção de tubulação na embarcação de instalação, offshore, para transmitir cargas mecânicas e para realizar a comunicação por fluido entre essas seções de tubula- ção.

40. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de a conexão ser unida a duas seções de tubulação na embar- cação de instalação, offshore, para transmitir as cargas mecânicas e para realizar a comunicação por fluido, entre essas seções de tubula- ção.

41. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 38 a 40, caracterizado pelo fato de compreender:

fabricar, em terra, uma primeira seção de tubulação do ele- vador; enrolar a primeira seção de tubulação em um carretel; fabricar, em terra, uma segunda seção de tubulação do ele- vador; e enrolar a segunda seção de tubulação em um carretel.

42. Método, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender o enrolamento das primeira e segunda seções de tubulação no mesmo carretel.

43. Método, de acordo com a reivindicação 41 ou 42, carac- terizado pelo fato de compreender: unir uma extremidade da conexão a uma extremidade dian- teira da segunda seção de tubulação, antes, depois ou durante a insta- lação parcial da primeira seção de tubulação; unir outra extremidade da conexão a uma extremidade tra- seira da primeira seção de tubulação; e instalar o restante do elevador compreendendo a conexão e a segunda seção de tubulação.