WO2017106952A1

WO2017106952A1 - Manifold em bloco

Info

Publication number: WO2017106952A1
Application number: PCT/BR2016/050343
Authority: WO
Inventors: Alan ZARAGOZA LABES; Huei SUN LAI; Jorge Luiz DA SILVA BONFIM; Leonardo DE ARAUJO BERNARDO; Rafael RENAN DOS SANTOS BARRETO
Original assignee: Fmc Technologies Do Brasil Ltda
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-06-29
Also published as: US20180371877A1; BR112018011913A2; BR112018011913B1; US10648295B2; EP3396103A1

Abstract

A presente invenção trata de um equipamento para conexão de dutos submarinos para área de óleo e gás, o qual compreende um manifold em bloco usinado (13) provido de pelo menos um mandril de importação de fluidos (11) de entrada lateral, um conjunto de válvulas de bloqueio (12) provido sobre a superfície de dito manifold em bloco usinado (13), o qual também recebe a tubulação principal (header) e ramais, ponto para suporte da linha e dispositivo para instalação submarina (16), linha ou duto submarino (14). Esse conjunto é instalado sobre uma estrutura para fundação em solo marinho (15) e será parte do sistema de exploração de petróleo segundo a invenção.

Description

"EQUIPAMENTO PARA CONEXÃO DE DUTOS SUBMARINOS EM ARQUITETURA DE BLOCO E SISTEMA DE EXPLORAÇÃO DE

PETRÓLEO"

Campo da Invenção

[001] A presente invenção trata de um equipamento para conexão de dutos que formam linhas submarinas de conexão entre dois ou mais equipamentos, com uma plataforma de produção de petróleo em mar aberto, ou diretamente para a costa. Ditos dutos são utilizados para escoamento de fluidos provenientes da produção, ou ainda destinados à injeção ou serviço nos poços de petróleo. A presente invenção trata também de um sistema de exploração em um campo submarino de petróleo.

Histórico da Invenção

[002] Sistemas de conexões para dutos submarinos possuem grande importância na indústria do petróleo, especialmente na área offshore. A necessidade de transportar fluidos em grandes profundidades conectando poços de petróleo às plataformas, dois ou mais equipamentos submarinos ou o transporte diretamente para a costa, por exemplo, exigem quilómetros de linhas de dutos de transporte de fluidos e, consequentemente, de equipamentos para conexão das ditas linhas de dutos.

[003] Os equipamentos para conexão (ou terminação) são montados em pontos intermediários ou na extremidade dos dutos e são tipicamente compostos de uma estrutura metálica para fundação em solo marinho, válvulas para controle e bloqueio dos fluidos, trechos de tubulações intermediárias e mandris para conexão com outros equipamentos, visando a importação ou exportação de fluidos, bem como injeção ou serviço no poço. Além disso, se faz necessária uma outra estrutura, parcialmente independente da estrutura de fundação, a qual tem como função fixar esses componentes e suportar os esforços gerados pelo peso da linha durante a instalação, mantendo os componentes pressurizados que possuem contato com o fluido de produção ou injeção fora da linha de carga durante a instalação.

[004] Um exemplo de diagrama de arquitetura submarina típica para conexão entre manifold para quatro poços e Pipeline End Termination (PLET) encontra- se ilustrado na Figura 1 (estado da técnica). Esse diagrama ilustra um manifold de produção que é utilizado para coletar fluidos provenientes dos poços, exportando-os para um equipamento de conexão de linhas, tal como um PLET através de um jumper ou spool.

[005] Verifica-se, então, na Figura 1 , um esquemático típico de manifold do estado da técnica, spool ou jumper, e PLET. O manifold compreendendo mandris de importação/exportação de fluidos (1 ) está ligado à tubulação principal (3) por meio de válvula de bloqueio (2) para cada ramal de Árvore de Natal Molhada (ANM) e uma válvula adicional para a tubulação principal (4). Essa tubulação principal (4) do manifold, através de um mandril, é ligada a um jumper ou spool {5) - dutos rígidos ou flexíveis contendo um engaste vertical ou horizontal em cada uma de suas pontas - através de conectores submarinos (6), que necessitam ser travados ou destravados com o uso de veículos submarinos remotamente operados e ainda fazer a vedação entre os equipamentos para evitar vazamentos. O jumper ou spool (5), por sua vez, é conectado ao mandril do PLET, o qual possui uma válvula de bloqueio (7) para fazer o isolamento da linha submarina (8) soldada ao PLET. Todos esses equipamentos necessitam ser montados sobre uma estrutura (9) resistente o suficiente para suportar todos os esforços provenientes das linhas, conforme indicado na Figura 2. As Figuras 2 e 3 ilustram em vistas perspectiva e corte frontal, respectivamente, a estrutura (9) de um PLET típico e o detalhe do vigamento de suporte da linha (10), conforme usualmente praticado pelo estado da técnica. [006] A arquitetura ilustrada na Figura 1 necessita então essencialmente de um manifold, um jumper ou spool, PLET, seis válvulas de bloqueio, que pode variar conforme a aplicação do manifold ou a necessidade do campo, e adicionalmente mais dois conectores. Ocorre que, na prática operacional, dita arquitetura do estado da técnica apresenta dois pontos potenciais de indesejável vazamento de fluidos, que são os referidos conectores.

[007] Além disso, ainda é necessária uma pluralidade de outros componentes, além dos essenciais, como cordões de solda, válvulas secundárias e componentes para vedação que requerem um esforço estrutural para suportá- los. Outro fator importante é a particularidade do ambiente submarino, cuja profundidade, cada vez maiores, exercem grande pressão sobre as linhas, tornando-as cada vez mais pesadas e exigindo mais do equipamento instalado.

[008] A Figura 4 ilustra um sistema típico de quatro poços, onde um manifold é interligado a quatro Árvores de Natal Molhadas (ANM), um jumper ou spool ligado a um equipamento PLET convencional. Ao manifold se ligam as árvores de produção, tendo este o objetivo de equalizar a produção vindas dos poços. Para interligar o manifold com as linhas de produção é utilizado o PLET. Na estrutura convencional do manifold e nos métodos de instalação dos equipamentos submarinos convencionais, não é possível realizar uma interligação direta da linha com o referido manifold. Assim, o PLET se faz necessário para realizar a descida das linhas de produção, em geral medindo quilómetros e com peso da ordem de mais de 600 toneladas, responsáveis pelo escoamento da produção e para que seja possível viabilizar a interligação com o manifold. De outro modo dizendo, nos métodos tradicionais não existe a possibilidade de se fazer a ligação direta dessas linhas de produção com o manifold, necessitando-se, assim, do PLET. [009] Ainda, nos sistemas tradicionais de exploração de petróleo, é necessária uma pluralidade de outros componentes, além dos essenciais acima citados, tais como cordões de solda, válvulas secundárias e componentes para vedação que requerem um esforço estrutural significativo para suportá-los. Outro fator importante é a particularidade do ambiente submarino, cuja profundidade, cada vez maior, exerce grande pressão sobre as linhas tornando-as cada vez mais pesadas e exigindo mais do equipamento instalado.

[0010]Como se sabe, os equipamentos submarinos tipicamente possuem uma estrutura muito robusta, ou seja, dimensões e peso elevados para resistirem a condições do ambiente submarino, onde os requisitos de pressão e resistência à corrosão são severos, assim como os carregamentos extremos que ocorrem durante a instalação dos mesmos. Na fabricação de um equipamento tipo PLET ou PLEM {Pipeline End Manifold), primeiro é necessário que se desenvolva o design de projeto para, em seguida, se proceder com a fabricação dos elementos pressurizados, tais como válvulas, tubulações e dutos. Uma vez sendo esses elementos fabricados, deve ocorrer a sua integração com a estrutura metálica de interface com o solo marinho, tais como fundação, varandas ou mudmat, bem como com as vigas metálicas de suporte para esses componentes necessárias para a instalação do equipamento no solo submarino. A integração desses componentes requer cordões de soldas críticos, ou seja, processos complexos uma vez que a soldagem requer tanto preparação especial como qualificação, que são processos de alto custo financeiro e que demandam tempo significativo. Atualmente, o processo de integração demanda no mínimo quatro meses para o processo de fabricação e entrega de um equipamento tipo PLET.

[0011]O equipamento tipo PLET é então ligado a um tubo, flexível ou rígido, por onde se escoa a produção de óleo/gás ou se faz a injeção de água/gás para as ANM instaladas nos poços. Esse tubo em um campo submarino se estende por quilómetros de distâncias, por exemplo 10 km, representando um peso típico de cerca de 600 toneladas. Na instalação de um equipamento tipo PLET, esse tubo estará conectado ao equipamento, conforme ilustrado na Figura 3. Exige-se, no entanto, que a linha de carga decorrente dos carregamentos exercidos por esse tubo não passe pelos elementos pressurizados, tais como válvulas, tubulações e dutos e, para cumprir com essa exigência, geralmente se utiliza um vigamento de suporte estrutural (10) da linha para suportar esse peso, protegendo assim os ditos elementos pressurizados que estão em contado com o fluido de produção ou injeção. Dito vigamento estrutural está ilustrado nas Figuras 2 e 3.

[0012] A estrutura de suporte, incluindo o referido vigamento de suporte da linha (10), agrega ao equipamento uma dimensão e peso bem elevado requerendo embarcações especiais para sua instalação. Como o design do PLET não é padronizado e possuem estruturas de apoio que se modificam de acordo com a necessidade, as embarcações especiais e a logística de apoio para a instalação mudam obrigatoriamente caso a caso, tornando os projetos do campo submarino com maior custo e aumentando o tempo efetivo de sua instalação.

[0013]Todos esses fatores contribuem de forma significativa para retardar o processo de produção submarina, aumentar os custos relacionados com projetos, fabricação, testes, transporte, integração mecânica e instalação dos equipamentos no leito submarino.

[0014]Atualmente existem no mercado esforços e desenvolvimentos tecnológicos na tentativa de redução de custos dos equipamentos para a produção e exploração de petróleo. Nesse sentido, vem realizando-se um esforço em pesquisas e soluções realizadas no próprio equipamento como também soluções que viabilizem a otimização da configuração do campo submarino, mas até o momento não se dispõe de solução efetivamente adequada para essa demanda tecnológica. [0015] A presente invenção soluciona de forma vantajosa, robusta e eficaz, todos esses inconvenientes do estado da técnica acima citados, além de outros deles decorrentes e aqui não citados.

Descrição Resumida da Invenção

[0016] Assim, o objetivo da presente invenção é prover um novo equipamento para conexão de dutos voltados para aplicações submarinas que representa também uma otimização do sistema do campo de exploração de petróleo.

[0017]Como será apreciado, o equipamento para conexão de dutos objeto da presente invenção possui uma configuração simplificada que permite a conexão do duto diretamente no bloco de válvulas e não mais requerendo vigamento estrutural especial para proteger os elementos pressurizados que estão em contado com o fluido de produção ou injeção. Seu içamento, bem como a linha de carga durante instalação/operação, ocorrerá através de olhais fixos ou articulados integrais ao bloco de válvulas.

[0018]O equipamento para conexão de dutos submarinos em arquitetura de bloco segundo a presente invenção compreende, basicamente, um ou mais mandris de importação/exportação de fluidos, uma ou mais válvulas de bloqueio e uma linha submarina, montados em uma estrutura de manifold em bloco usinado contendo a tubulação principal, ou header, assim como ramais. O equipamento segundo apresente invenções possui ainda ponto para suporte da linha e dispositivo para instalação submarina.

[0019]Tendo em vista que a arquitetura de bloco aqui descrita é capaz de suportar os carregamentos e as pressões de instalação/operação, a necessidade de uma estrutura metálica para suporte e sustentação da carga (ou tensões) sofrida pelo equipamento exercida pelo tubo ficará, assim, eliminada, deixando o equipamento mais leve, mais robusto e mais eficaz.

[0020]Adicionalmente, a arquitetura em bloco possibilita a coexistência de dois equipamentos em apenas um, ou seja, o PLET absorveu a possibilidade de interligar os poços e receber as válvulas de bloqueios necessárias. Ainda, o novo equipamento torna-se viável porque a fabricação em bloco, além de diminuir muito o tamanho do manifold, não necessita da estrutura metálica de suporte para os carregamentos da instalação e para os elementos pressurizados.

[0021] De modo preferencialmente desejado, o manifold em bloco utilizado no equipamento da presente invenção possui estrutura e funcionamento conforme aquele objeto do pedido de patente internacional PCT/BR2015/050158, aqui integralmente incorporado como referência.

Breve Descrição das Figuras

[0022] O equipamento para conexão de dutos submarinos em arquitetura de bloco segundo a presente invenção poderá ser bem compreendido com a descrição das demais figuras esquemáticas em anexo, que de uma forma não limitativa ou restritiva da estrutura desenvolvida, ilustram:

- Figura 5 - diagrama esquemático de arquitetura para conexão de linhas ou dutos submarinos segundo a presente invenção.

- Figura 6 - vista em perspectiva do equipamento para conexão de linhas ou dutos submarinos objeto da presente invenção. - Figura 7 - vista em perspectiva do equipamento para conexão de linhas ou dutos submarinos ilustrado na Figura 6, mostrando o manifold em bloco.

- Figura 8 - vista em perspectiva do equipamento para conexão de linhas ou dutos submarinos objeto da presente invenção em instalação da primeira extremidade onde é suspenso pela linha ou duto submarino.

- Figura 9 - vista em perspectiva do equipamento para conexão de linhas ou dutos submarinos objeto da presente invenção em instalação da segunda extremidade onde o equipamento é suspenso pelo olhai.

- Figura 10 - diagrama esquemático do sistema de exploração de petróleo segundo a invenção para quatro poços.

Descrição Detalhada da Invenção

[0023] Essencialmente, na Figura 5 é ilustrado o diagrama de arquitetura esquemática simplificada do equipamento para conexão de dutos submarinos em arquitetura de bloco segundo a presente invenção, para utilização em quatro poços. Observa-se, então, que o equipamento foi significativamente simplificado para apenas incluir conexão entre mandril de importação de fluidos (1 1 ) e linha ou duto submarino (14), reunidos no bloco manifold (13) que é dotado de válvulas de bloqueio (12). Como pode ainda se observar, o fluxo do fluido a ser transportado se dará no sentindo (1 1 )-(12)-(13)-(14), sendo o fluxo inverso utilizado em aplicações para sistemas de injeção ou de serviço. Vale ressaltar que as válvulas de bloqueio (12) estão localizadas dentro do bloco (13) e assim protegidas.

[0024]Com essa configuração do equipamento segundo a presente invenção, a linha ou duto submarino será fixado diretamente no bloco de válvulas e não mais na estrutura de suporte da linha como ocorre em um projeto típico do estado da técnica mostrado nas Figuras 2 e 3.

[0025] Nas Figuras 6 e 7, observa-se que o equipamento para conexão de dutos submarinos em arquitetura de bloco segundo a presente invenção compreende um manifold em bloco usinado (13) provido de pelo menos um mandril de importação/exportação de fluidos (1 1 ) de entrada lateral, um conjunto de válvulas de bloqueio (12) provido sobre a superfície de dito manifold em bloco usinado (13), o qual também recebe a tubulação de passagem e principal {header) e ramais usinados, ponto para suporte da linha e dispositivo para instalação submarina (16) e, ainda, a linha ou duto submarino (14). Todo esse conjunto está apto a ser instalado sobre uma estrutura para fundação em solo marinho (15).

[0026] Em referência à Figura 8, observa-se que o equipamento é provido de um olhai (16), fixo ou articuladamente integralizado ao do manifold em bloco usinado (13). Dito olhai (16) é utilizado para içamento do equipamento e, portanto, reduz a função estrutural apenas à fundação em solo marinho. Uma consequência direta dessa nova configuração do equipamento da presente invenção é a retirada de toda estrutura de sustentação metálica através de vigamento para suporte da tensão do tubo/umbilical, reduzindo consequentemente o peso do equipamento. Ainda, em referência à Figura 8, é ilustrada a posição de içamento da primeira extremidade da linha, com a segunda extremidade suspensa ou ainda não terminada, enquanto na Figura 9 é ilustrada a posição de instalação da segunda extremidade da linha, com a primeira extremidade já repousada sobre o solo. Assim sendo, a estruturação do equipamento segundo a presente invenção levará o peso do umbilical a ser suportado pelo próprio bloco usinado (13).

[0027] A operação de limpeza interna das linhas ou dutos submarinos também será possível com esse novo conceito, utilizando-se da usinagem de furo em curva que atende ao raio mínimo para passagens dos pigs normalmente utilizados para tal, assim como de barras direcionadoras de pigs nas intersecções entre os furos.

[0028] Em relação ao cenário descrito como estado da técnica e representado nas Figuras 1 , 2 e 3, o equipamento para conexão de dutos submarinos objeto da presente invenção compreende significativas vantagens relacionadas, não limitativamente, à redução da quantidade de equipamentos submarinos, ou até mesmo a eliminação de alguns destes. Desta maneira, jumper ou spool (5), bem como os seus conectores submarinos (6), podem ser retirados do equipamento, aumentando assim a confiabilidade do sistema e diminuindo pontos indesejáveis de vazamento. Em consequência disto, os mandris e as válvulas de isolamento da tubulação principal (4) e (7) também podem ser removidos, tendo em vista que sua principal funcionalidade deixou de ser essencial.

[0029] Ademais, o equipamento para conexão de dutos submarinos objeto da presente invenção compreende outras vantagens adicionais em relação aos equipamentos do estado da técnica, tais como, por exemplo:

- bloco de válvulas suportando maiores esforços durante a instalação da linha, reduzindo a função da estrutura apenas à fundação.

- não há componente soldado exposto aos altos esforços de linha, aumentando a confiabilidade do sistema.

- redução do número de partes do equipamento, tais como válvulas, conectores, mandris, tubulações, elementos de vedação.

- diminuição significativa do peso do equipamento, facilitando o transporte, produção e instalação.

- redução do tempo de fabricação, montagem, teste, integração mecânica e instalação submarina.

- atende um número maior de poços de petróleo simultaneamente. [0030] Considerando todos os efeitos e vantagens acima citadas seria conclusivo que o equipamento para conexão de dutos submarinos segundo a presente invenção converge para um projeto final com menor número de componentes, além de que, exige menos componentes soldados. É sabido pelos técnicos versados no assunto que processos de soldagem, principalmente aqueles voltados para aplicações onde se exigem altas cargas de trabalho, em geral têm um custo elevado de execução, requerendo, inclusive, tratamentos térmicos para alívio de tensões.

[0031] A Tabela 1 abaixo ilustra com objetividade a comparação dos pesos aproximados para um sistema típico do estado da técnica e para o correspondente equipamento para conexão de dutos submarinos segundo a presente invenção.

Tabela 1: Peso dos componentes estruturais

[0032]A presente invenção trata também um sistema de exploração de petróleo, por exemplo, para aplicação em campo contendo quatro poços, compreendendo um equipamento composto por um bloco forjado com válvulas internas, conectores horizontais ligadas às árvores de produção, um hearder para escoar a produção através da linha de produção da plataforma (ou advinda de outro equipamento submarino, por exemplo, manifold ou PLET) e uma ferramenta que permite a interligação deste equipamento com outros PLETs ou outros equipamentos submarinos para uma futura expansão do campo de produção para mais de quatro poços.

[0033] Um típico sistema de exploração de petróleo para aplicação em campo contendo quatro poços está ilustrado na Figura 10. Nesta verifica-se que referido sistema para quatro poços compreende pelo menos um manifold em bloco usinado (13) provido de pelo menos um mandril de importação de fluidos (1 1 ) de entrada lateral, pelo menos um conjunto de válvulas de bloqueio (12) provido sobre a superfície de dito manifold em bloco usinado (13), o qual também recebe a tubulação principal ou header e ramais usinados, compreendendo ainda dito sistema pelo menos um ponto para suporte da linha e dispositivo para instalação submarina (16), além de uma linha ou duto submarino (14).

[0034]Como pode assim ser apreciado, o equipamento objeto da presente invenção possui grande versatilidade para ser utilizado em campos de exploração de petróleo, provendo, além das importantes vantagens técnicas acima citadas, a possibilidade de ser instalado como uma unidade básica e, então, havendo a necessidade de aumento da extensão do campo de exploração de petróleo, ser modulado para atender um número maior de poços, sem com isso requerer significativo aumento de tempo de fabricação, montagem, testes, integração mecânica e instalação no leito submarino. Essa facilidade será evidente para os técnicos no assunto e reconhecidamente uma grande vantagem para as empresas de exploração de petróleo.

Claims

Reivindicações

1 . EQUIPAMENTO PARA CONEXÃO DE DUTOS SUBMARINOS EM ARQUITETURA DE BLOCO, caracterizado por compreender um manifold em bloco usinado (13) provido de pelo menos um mandril de importação de fluidos (1 1 ) de entrada lateral, pelo menos um conjunto de válvulas de bloqueio (12) provido sobre a superfície de dito manifold em bloco usinado (13), o qual também recebe a tubulação principal {header) e ramais usinados, e compreendendo ainda pelo menos um ponto para suporte da linha e dispositivo para instalação submarina (16), além de uma linha ou duto submarino (14).

2. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o conjunto é instalado sobre uma estrutura para fundação em solo marinho (15).

3. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que dito dispositivo para instalação submarina (16) é um olhai integralmente fixo ou articulado ao manifold em bloco usinado (13).

4. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a instalação é realizada por içamento realizado por meio do dito olhai (16).

5. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a linha ou duto submarino (14) é fixada diretamente no bloco de válvulas (12) do manifold em bloco usinado (13).

6. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que não possui conexão através de jumper ou spool.

7. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita estrutura (15) não suporta carregamentos de instalação de linha.

8. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que apresenta redução significativa de peso e de número de partes.

9. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que é utilizado em poços de petróleo no leito marinho e tem função de extração ou injeção de fluidos e outros serviços.

10. SISTEMA DE EXPLORAÇÃO DE PETRÓLEO, tipicamente para aplicação em campo consistindo de quatro poços de exploração, caracterizado por compreender pelo menos um manifold em bloco usinado (13) provido de pelo menos um mandril de importação de fluidos

(1 1 ) de entrada lateral, pelo menos um conjunto de válvulas de bloqueio

(12) provido sobre a superfície de dito manifold em bloco usinado (13), o qual também recebe a tubulação principal {header) e ramais usinados, e compreendendo ainda pelo menos um ponto para suporte da linha e dispositivo para instalação submarina (16), além de uma linha ou duto submarino (14).

1 1 . SISTEMA DE EXPLORAÇÃO DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ser modulado para extensão além de quatro poços de exploração através de ferramenta que permite a interligação do equipamento definido nas reivindicações 1 a 9 com outros PLETs ou outros equipamentos submarinos.