CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se insere no campo técnico dos dispositivos 5 para lançamento e recuperação de pigs instrumentados em dutos ou tubulações. De maneira geral, essa invenção se refere a um dispositivo que permite lançar e recuperar pigs instrumentados convencionais em dutos que sofrem variação de diâmetro interno ao longo de sua extensão, sem a necessidade de parada do escoamento pelo duto e/ou necessidade 10 de instalação de sistema auxiliar de injeção de fluido para impulsionamento do pig ínstrumentado pela tubulação.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Uma forma frequente de transportar fluidos é o seu escoamento por meio de dutos ou tubulações. Um exemplo é a produção de óleo e gás em 15 campos submarinos de exploração de petróleo, em que a produção é escoada por meio de dutos rígidos submarinos, aqui, doravante, chamados de DRS.
Embora sejam projetados para durar um longo período de tempo, os b dutos, tão logo tenham sido postos em uso, começam a se deteriorar em 20 função de várias causas. Por exemplo o fluido escoado pelo duto pode conter vários tipos de substâncias corrosivas. A condição do local onde os dutos se encontram pode ser de natureza corrosiva, o que leva à corrosão da parte externa do duto. Além disso, se existem defeitos nos dutos, tais como trincas, o estresse mecânico resultante da pressão do fluido no seu 25 interior pode levar ao crescimento desses defeitos. Se a corrosão, fissuras, ou outros defeitos, não são detectados e reparados a tempo, podem aumentar até que ocorra uma falha nos dutos, a qual pode ocasionar um vazamento de óleo para o meio ambiente, causando grandes transtornos.
Para impedir a ocorrência de falhas dos dutos, as normas de 30 segurança exigem que eles sejam submetidos a inspeções regulares. No caso particular dos DRS’s instalados no mar, muitas vezes a grandes profundidades, a inspeção é feita, de preferência, com o auxílio de um equipamento especial, comumente conhecido como pig instrumentado o qual é lançado no interior do duto em um primeiro local e viaja pelo interior 5 do duto até que seja finalmente retirado em um segundo local.
TÉCNICA RELACIONADA
Alguns modelos de pigs instrumentados dispõem de meios próprios de locomoção, outros são empurrados ao longo dos dutos por um fluido, que pode ser o próprio fluido que está escoando pelos dutos. Os pigs 10 instrumentados são lançados e recuperados de dentro do duto por meio de dispositivos especiais, chamados de lançadores de pigs e recuperadores de pigs, instalados em pontos adequados dos dutos. Descrições desses dispositivos podem ser encontradas em inúmeros documentos, podendo- se citar, apenas a título de exemplo, os seguintes pedidos de patente: 15 PI 0500795, PI 9801233, PI 9200188 e as patentes EP 0266097, US 2008/0072963, US 2009/0223672, US 5186757 e WO 01/91933.
Pigs instrumentados são amplamente conhecidos no estado da técnica, existindo vários tipos, tais como pig geométrico, pig de perda de massa (ultrasônico ou magnético) e pig inercial.
Os pigs instrumentados podem ser divididos em três categorias: pigs instrumentados convencionais, pigs multisize e pigs palito
Os pigs instrumentados convencionais, para inspeção de corrosão trincas e defeitos de fabricação se destinam a inspecionar dutos de diâmetro praticamente constante. Variações de diâmetro superiores a 15% 25 ocasionam erros de medida, tomando os resultados poucos confiáveis.
Pigs multisize podem ser utilizados em dutos que apresentam variações de até 50% no diâmetro nominal. Porém, elevadas pressões internas e grandes espessuras de parede nesses dutos, reduzem a confiabilidade das medições, aumentam os riscos de aprisionamento dos 30 pigs e elevam os custos de inspeção em até 100%.
Pigs palito sâo uma alternativa para as inspeções geométricas e de perda de espessura em dutos que apresentam variação no diâmetro entre 50% e 80%. Entretanto, eles requerem uma limpeza extremamente eficiente nos dutos antes da inspeção, além de não detectar defeitos de 5 corrosão externa, nem anomalias internas à parede dos dutos.
Para dutos com variações de diâmetro superiores a 80%, não existem pigs instrumentados, conhecidos no mercado, capazes de realizar inspeção adequada.
Em função das restrições impostas pelos pigs instrumentados, é9 10 sempre recomendável que um duto tenha o mesmo diâmetro em toda asua extensão ou, se existirem variações, que essas sejam menores que 15%. No entanto, nem sempre é possível seguir essa recomendação. Um exemplo é o caso de dutos utilizados na exploração de petróleo em campos submarinos.
A viabilização técnica e econômica do escoamento da produção de petróleo até a terra pode exigir que a produção de várias unidades estacionárias de produção de petróleo, localizadas em lâminas de água profundas e ultra-profundas, seja feita por dutos rígidos submersos de menor diâmetro que convergem para um outro duto rígido submerso de Φ 20 maior diâmetro (DRS tronco), localizado em lâmina de água rasa. Nessa situação, a diferença entre o maior e o menor diâmetro de dutos pode excedera 100%.
Assim a necessidade de construir dutos multidiâmetro tem imposto o uso de técnicas alternativas ao pig instrumentado para realizar inspeções 25 nos dutos. Dentre as técnicas alternativas ao pig instrumentado, a principal, é o teste hidrostático que tem entre seus inconvenientes a parada total do escoamento da produção de petróleo por tempo prolongado, queima desnecessária de gás e a necessidade de recondicionamento do duto, além do risco da diminuição da vida útil domesmo.
É interessante lembrar que dutos usados para o escoamento de fluidos também estão sujeitos à formação de incrustações em suas paredes internas tanto em decorrência da reação entre substâncias corrosivas presentes no fluido e o material do duto como em decorrência 5 da deposição de material sólido carreado pelo fluido. As incrustações formadas diminuem a seção reta do duto, dificultando o escoamento do fluido. Nessa situação é usado um outro tipo de pig, não-instrumentado, cuja função é arrastar mecanicamente as incrustações, limpando o interior do duto. Para esse tipo de pig são conhecidos modelos específicos para a 10 limpeza de dutos multidiâmetro, como os descritos na patente norte- americana US 2008/141474, aqui incorporado por referência. Ressalte-se que esses pigs de limpeza também não atendem a grandes variações de diâmetro - superiores a 80% - e a restrições impostas pelos DRS.
É comum que os dutos sejam previamente limpos por meio dessetipo de pig, pig de limpeza, antes do uso de um pig instrumentado.
Em função dos inconvenientes existentes nas técnicas alternativas aos pigs instrumentados para inspeção dos dutos, em especial para os DRS, diversas adaptações especiais tem sido tentadas no sentido de tornar “pigáveis” dutos onde ocorrem grandes variações de diâmetro.
Essas adaptações especiais incluem, por exemplo, uma instalação auxiliar de dutos com toda infra-estrutura necessária para recebimento e lançamento de pigs. Assim para cada diâmetro de DRS existente na instalação de exploração de petróleo é conectada uma instalação auxiliar de mesmo diâmetro.
Fica evidente, por si, que se trata de uma solução complexa e cara. Ressalve-se, aliás, que todas as adaptações especiais tentadas até o momento têm sido soluções complexas e de alto custo, provável razão pela qual ainda não se conhece nenhuma instalação em uso comercial.Por consequência a técnica ainda se ressente de uma forma maisconveniente para fazer a inspeção em dutos multidiâmetro. E é o que se propõe na presente invenção.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção propõe um módulo de lançamento e recebimento de pigs para dutos multidiâmetro e respectivo processo de 5 operação. Compreende um módulo para aplicação na interligação entre dutos rígidos submarinos ou híbridos, que apresentem variação de diâmetro, permitindo fazer a conexão entre uma seção de maior diâmetro e uma seção de menor diâmetro do duto. A conexão é feita, com o auxílio de uma ligação rígida em ponte (um jumper rígido adaptado) ou, 10 alternativamente, por uma estação recuperável de lançamento e recebimento de pigs.
O jumper rígido adaptado se destina a possibilitar a operação normal do duto, permitindo o escoamento de óleo ou gás. A estação recuperável de lançamento e recebimento de pigs se destina a permitir a realização de 15 inspeções do duto utilizando pigs normalmente empregados na técnica.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 mostra a base principal e a base para apoio do jumper rígido adaptado.A Figura 2 mostra o módulo da presente invenção usando um 20 jumper rígido adaptado.
A Figura 3 mostra o módulo da presente invenção usando uma estação recuperável para recebimento e lançamento de pig submarino, com o jumper rígido adaptado apoiado em uma base para apoio do jumper rígido adaptado.
A Figura 4 mostra o jumper rígido adaptado utilizado pela presente invenção.A Figura 5 mostra a estação recuperável para recebimento e lançamento de pig submarino utilizado pela presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Visando facilitar a compreensão do invento, sua descrição detalhada será feita com base nas figuras acima descritas, as quais são parte integrante do presente relatório.
A presente invenção foi desenvolvida visando resolver um problema relativo à inspeção de DRS multidiâmetro por pigs instrumentos, razão 5 pela qual o presente relatório descreverá especificamente essa situação. Porém, será evidente para os técnicos no assunto que a invenção poderá ser aplicada a qualquer situação em que se necessite fazer a inspeção de dutos multidiâmetro empregando pigs instrumentados tanto em uma como em ambas as seções de diferentes diâmetro.
A presente invenção é constituída por um módulo que é instalado na linha de produção e que permite a interconexão de duas seções de DRS de diâmetros diferentes, para a passagem dos pigs, sem interrupção da produção. O módulo de lançamento e recebimento de pigs para dutos multidiâmetro compreende:
1) base principal (1), conforme é mostrado na Figura 1, a qual servepara apoiar o módulo sobre o solo, por exemplo o leito marinho, e ser o elemento de junção entre a seção de maior diâmetro e a seção de menor diâmetro do duto.
2) jumper rígido adaptado (10), mostrado na Figura 4, o qual serve Φ 20 para fechar o circuito de fluxo entre a seção de maior diâmetro ea seção de menor diâmetro do duto durante a operação normal do duto, permitindo também o uso de pigs para remoção de líquidos e limpeza do duto com pigs de limpeza multidiâmetro, durante a operação normal;
3) estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs,mostrada na Figura 5, que substituí o jumper rígido adaptado (10) durante as operações de lançamento e recebimento de pigs instrumentados para possibilitar a operação de inspeção interna dos dutos;
4) base para apoio (40) do jumper rígido adaptado, mostrada na Figura 1, destinada a receber o jumper rígido adaptado (10) durante o período em que a estação recuperável (20), para recebimento e lançamento de pigs, é utilizada.
Base principal
A base principal (1) é constituída dos seguintes elementos:- uma estrutura de sustentação (30) constituída por quatro chapas laterais (2a a 2d) unidas de modo a formar substancialmente um retângulo, no interior do qual são fixadas vigas “i” (3a a 3g) para servir de apoio e sustentação a tubos (4 e 5) e a uma guia para alinhamento (9a);- um primeiro tubo (4) de diâmetro igual à seção de maior diâmetro do duto, fixado sobre parte das vigas i (3a, 3b, 3c e 3d) da estrutura de sustentação (30) e é dobrado de forma que uma de suas extremidade fique ligeiramente para fora da estrutura desustentação (30) e se alinhe com a seção de maior diâmetro doduto, à qual é conectado por meio de um flange (7), e a outra extremidade fique perpendicular à estrutura de sustentação (30),recebendo duplo boqlueio por meio de válvulas que estão interligadas à mesma, e um dispositivo de acoplamento (8a) adequado, por exemplo, um hub, para permitir sua junção ao jumper rígido adaptado (10) ou à estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs conforme será melhor detalhado à frente;- um segundo tubo (5), de diâmetro igual à seção de menor diâmetro do duto, fixado sobre parte das vigas i (3a, 3b, 3e e 3f)da estrutura de sustentação (30) e é dobrado de forma que uma de suas extremidade fique ligeiramente para fora da estrutura de sustentação (30) e se alinhe com a seção de menor diâmetro do duto, à qual é conectado por meio de um flange (7a), e a outra extremidade fique perpendicular à estrutura de sustentação (30) e recebendo duplo boqlueio por meio de válvulas que estãointerligadas à mesma, e um dispositivo de acoplamento (8c) adequado, por exemplo, um hub, para permitir sua junção aojumper rígido adaptado (10) ou à estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs, conforme será melhor detalhado à frente;- um tubo de by-pass (6) com válvula de bloqueio (6a), ligando o primeiro tubo (4) ao segundo tubo (5); a função desse tubo de bypass (6a) é permitir o escoamento do óleo ou gás, sem interrupção da produção, durante as operações de lançamento e recebimento de pigs e de acoplamento e desacoplamento do jumper rígido adaptado (10) e da estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs; como função secundária a válvula também pode ser usada para controle do lançamento de pigs;- uma guia para alinhamento (9a), semelhante a um sino invertido, é fixada em um ponto adequado da viga i central (3b) da estrutura de sustentação (30) e destinada a facilitar a instalação do jumper rígido adaptado (10) ou da estação recuperável para 20 recebimento e lançamento de pigs (20);- detectores de pig (12) instalados no primeiro tubo (4) e no segundo tubo (5), respectivamente, destinados a identificar a passagem de pigs.
As dobras tanto do primeiro tubo (4), como do segundo tubo (5) são 25 feitas de forma a não oferecerem problemas à passagem de pigs instrumentados. Todas as dobras citadas no presente texto podem ser acessórios de tubulação soldados, do tipo curvas, flanges, tês, etc..
Os dispositivos de acoplamentos (8a e 8c) devem contar comválvulas de bloqueio para permitir fechar o escoamento de óleo ou gás30 durante as operações de retirada / colocação do jumper rígido adaptado (10) ou da estação recuperável (20) para recebimento e lançamento depigs.
Jumper rígido adaptado
O jumper rígido adaptado (10) é constituído dos seguinteselementos:- uma primeira seção formada por um tubo (13) curvado para baixo em uma extremidade e de diâmetro igual ao primeiro tubo (4), a qual recebe na parte inferior um dispositivo de conexão (8b), como por exemplo, um módulo conector de válvula, para permitir suaconexão a esse primeiro tubo (4);- uma segunda seção formada por um tubo (14) curvado para baixoem uma extremidade e de diâmetro igual ao segundo tubo (5), a qual recebe na parte inferior um dispositivo de conexão (8d), como por exemplo, um módulo conector de válvula, para permitir sua 15 conexão a esse segundo tubo (5);- um tubo com redução concêntrica (15) em uma extremidade tem diâmetro igual ao tubo (13) da primeira seção e na outra diâmetro igual ao tubo (14) da segunda seção e se destina a fixar a primeira seção à segunda seção pelas suas extremidades retas;- uma estrutura para alinhamento da conexão com a base principal.
O jumper rigido adaptado (10) é dimensionado de modo a permitir que ele se conecte, simultaneamente, ao primeiro tubo (4) e ao segundo tubo (5), fazendo a conexão entre estes para o escoamento do fluido. O jumper rígido adaptado (10) recebe, ainda, olhais (26), fixados em sua 25 parte superior, para facilitar a movimentação durante sua retirada e colocação da base principal (1).
A estrutura para alinhamento da conexão com a base principal é constituída por uma barra metálica (11) e por um pino-guia (16). A barra metálica (11) é fixada por uma extremidade à primeira seção (13), e pela 30 outra extremidade à segunda seção (14); o pino-guia (16) é fixado no centro da face inferior da barra metálica (11) e é constituído por um tubode diâmetro adequado para permitir que ele se encaixe e gire dentro da guia para alinhamento (9a).
Ao ser encaixado e girado dentro da guia para alinhamento (9a), o 5 pino-guia (16), automaticamente, permite que o jumper rígido adaptado (10), o primeiro tubo (4) e o segundo tubo (5) fiquem alinhados na posição de conexão entre si.
Estação recuperável para recebimento e lançamento de pigs
A estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs 10 é constituída dos seguintes elementos:- lançador (17) de pigs adequado para lançar pigs instrumentados compatíveis com o diâmetro do primeiro tubo (4); tem fixado em sua extremidade de saída de pigs um tubo curvado (18) com um dispositivo de conexão (8e) para permitir sua conexão a esseprimeiro tubo (4);- recebedor (19) de pigs, adequado para receber pigs instrumentados compatíveis com o diâmetro do segundo tubo (5); tem fixado em sua extremidade de admissão de pigs um tubo (21) curvado com um dispositivo de conexão (8f) para permitir suaconexão a esse segundo tubo (5);- estrutura para alinhamento da conexão com a base principal, constituída por uma barra metálica (11a) e por um pino-guia (16a); a barra metálica (11a) é fixada por uma extremidade ao tubo curvado (18) do lançador de pigs, e pela outra extremidade aotubo curvado (21) do recebedor de pigs; o pino-guia (16a) é fixadono centro da face inferior da barra metálica (11a) e é constituído por um tubo de diâmetro adequado para permitir que ele se encaixe e gire dentro da guia para alinhamento (9a);- conjunto de interligação entre o lançador (17) de pigs e orecebedor (19) de pigs. jAsr -rJPRub:_JuíRessalve-se que o lançador (17) de pigs e o recebedor (18) de pigsusados na presente invenção, em si, são lançadores e recebedores de pigs convencionais, conhecidos da técnica, e contam com os dispositivos auxiliares usuais, tais como vents (S), drenos (D) e linhas de equalização5 (E).
Ao ser encaixado e girado dentro da guia para alinhamento (9a), o pino-guia (16a), automaticamente, permite que o lançador (17) de pigs e o primeiro tubo (4), assim como o recebedor (19) de pigs e o segundo tubo (5) fiquem alinhados na posição de conexão entre si.
O conjunto de interligação é constituído por um tubo (22a) que é fixado próximo à extremidade de admissão de pigs do lançador (17) de pigs e se bifurca em um segundo tubo (22b), sendo cada um deles fixado próximo a uma extremidade do recebedor (19) de pigs. Esses dois tubos recebem válvulas (23a e 23b) para controlar o fluxo de fluido entre o 15 lançador (17) e o recebedor (19) de pigs.
As funções destes tubos são:a) possibilitar a interligação das seções de diferentes diâmetros;b) prover o by-pass do escoamento da produção de petróleo ou gás sem interrupção da mesma durante as operações lançamento erecebimento de pigs, e acoplamento e desacoplamento dojumper rígido adaptado (10) e da estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs. Como função secundária a válvula também pode ser usada para controle do lançamento de pigs - isto se dá com a abertura da válvula de by-pass (6a) e emseguida fechando as válvulas de bloqueio existentes nos hubs(conjuntos 8a e 8c), operação necessária antes do acoplamento e desacoplamento do jumper rígido adaptado (10) e da estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs. Após a conexão, a manobra é desfeita.Da mesma forma que o jumper rígido adaptado (10), a estação darecuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs recebe olhais (26), fixados na parte superior do lançador (17) de pigs e do recebedor (19) de pigs, para facilitar a movimentação durante a retirada e colocação na base principal (1). Igualmente, ele é dimensionado de modo a permitir que, simultaneamente, o lançador (17) de pigs se conecte ao primeiro tubo (4) e o recebedor (18) de pigs se conecte ao segundo tubo (5).
Base para apoio do jumper rígido adaptado
Conforme é melhor ilustrado na Figura 1, a base para apoio (40) do jumper rígido adaptado é constituída dos seguintes elementos:a) uma estrutura de sustentação, constituída por vigas i (25a a 25e) interconectadas entre si;b) uma guia (9b) para sustentação provisória do jumper rígido adaptado, semelhante a um sino invertido, fixada em um ponto adequado da viga x central (25b) da estrutura de sustentação (40), e que se destina a receber o jumper rígido adaptado (10) durante o período em que a estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs é usada para inspeção do duto.
A base para apoio (40) do jumper rígido adaptado pode estar fixada 20 à base principal (1), conforme é mostrado nas Figuras 2 e 3, ou pode ficar separada desta, como é mostrado na Figura 1.
Conforme as necessidades específicas de uma dada aplicação, o módulo que constitui a presente invenção pode, alternativamente, ter o lançador de pigs (17) conectado à seção de menor diâmetro do duto e o 25 recebedor de pigs (19) conectado à seção de maior diâmetro do duto. Pode, igualmente, ter apenas o lançador de pigs (17) ou apenas o recebedor de pigs (19). Portanto, tais variações devem ser entendidas como abrangidas pelo escopo da invenção.
Processo de operação do módulo
Durante a operação normal do duto, o jumper rígido adaptado (10) permanece acoplado ao primeiro (4) e segundo (5) tubos, permitindo o escoamento de óleo ou gásf ou, se necessário, a passagem de pigs multidiâmetro para limpeza do duto.
A válvula (6a) do tubo de by-pass permanece normalmente fechada e só é aberta durante a realização das inspeções para manter o escoamento do fluido do segundo tubo (5) para o primeiro tubo (4).
Quando for necessária a realização de inspeções no duto, é acionada uma embarcação equipada com ROV (veículo operado remotamente) e demais recursos tradicionais de inspeção para o lançamento do pig instrumentado compatível com a seção de maior diâmetro do duto e recebimento do pig instrumentado compatível com a seção de menor diâmetro do duto. A bordo da embarcação seguem, também, a equipe técnica especializada e uma estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs com um lançador (17) de pigs instrumentados compatível com a seção de maior diâmetro do duto e um recebedor (19) de pigs instrumentados compatível com a seção de menor diâmetro do duto.
Inicialmente, com auxílio do ROV, a válvula (6a) do tubo de by-pass é aberta e o jumper rígido adaptado (10) é desacoplado da base principal (1) e apoiado sobre a guia (9b) para sustentação provisória do jumper rígido adaptado, ficando sustentado por esta. Dessa forma, a base principal (1) fica pronta para receber a estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs, com o óleo ou gás escoando do segundo (5) tubo para o primeiro tubo (4) através do tubo de by-pass (6).
A seguir, a estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs, previamente preparada para o lançamento e o recebimento dos pigs instrumentados, é descida da embarcação e conectada ao primeiro (4) e segundo (5) tubos com auxílio do ROV.
Nesse momento começa a inspeção. A partir de uma unidade estacionária de produção, um pig instrumentado compatível com a seção de menor diâmetro do duto é lançado em direção ao recebedor (19) de pigs, onde é recolhido. Ao mesmo tempo um pig instrumentado compatível com a seção de maior diâmetro do duto é lançado a partir lançador (17) de pigs em direção ao ponto final do duto, onde é recolhido.Se necessário a operação poderá ser repetida várias vezes.
Terminada a inspeção, com o auxílio do ROV, a estação recuperável (20) para recebimento e lançamento de pigs é desacoplada do primeiro (4) e segundo (5) tubos e recolhida a bordo da embarcação, o jumper rígido adaptado (10) é recolhido da guia (9b) para sustentação provisória do jumper rígido adaptado e reconectado ao primeiro (4) e segundo (5) tubos e a válvula (6a) do tubo de by-pass é fechada, retomando-se o fluxo normal do óleo ou gás.
Embora o MÓDULO DE LANÇAMENTO E RECEBIMENTO DE PIGS PARA DUTOS MULTIDIÂMETRO E RESPECTIVO PROCESSO DE OPERAÇÃO que acaba de ser descrito com relação aos desenhos anexados, pareça a forma de realização preferida da invenção, compreender-se-á que diversas modificações poderão ser introduzidas sem se sair do âmbito de sua proteção, podendo alguns dos elementos serem substituídos por outros com a mesma função técnica, em especial os materiais utilizados, suas dimensões, formas e proporções.