WO2022067410A1 - Balcão de riser polivalente (polyvalent riser balcony) - Google Patents

Balcão de riser polivalente (polyvalent riser balcony) Download PDF

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WO2022067410A1
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riser
balcony
polyvalent
counter
fpso
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PCT/BR2021/050401
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Helvio FERREIRA DA SILVA
Marcelo CURZIO SALOMAO
Osvaldo Roberto Do Vale
João Pedro NAVARINI
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Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
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    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/24—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers of pipe-lines

Definitions

  • the object of this invention is the design of a riser counter, a support structure located on the side of an FPSO, and the anticipated sequencing of the functions of the wells connected to it, even before the discovery of the field; consequently, without having the definition of the reservoir drainage plan and the subsea layout.
  • the so-called Polyvalent Riser Balcony can be applied in any project for the development of new offshore fields.
  • connection structure between the risers (suspended sections of the pipes that interconnect the subsea production lines to the floating units) and the ship depends on the anchoring system.
  • This structure can be presented in two basic configurations: riser counter and turret.
  • the risers are normally installed on a platform on the side of the unit, close to the main deck, which is called the riser counter, as reported in "Structural Analysis of Risers Support", Project of Graduation, UFRJ/POLI/Naval and Oceanic Engineering, 2015.
  • the risers are coupled to the FPSOs through two riser balconies, called the lower riser balcony and the riser balcony higher.
  • the risers are connected to the FPSO hull through the lower riser balcony, passing through the multifunctional bell mouths, the which are responsible for locking and directing the risers.
  • the upper riser counter supports the ends of the risers and connects them to the process plant.
  • the risers are locked to the upper riser counter by means of hang-offs, being directed to the production manifold.
  • the risers are connected between the two counters by means of l-tubes.
  • Each well connected to the FPSO has a specific function in the drainage network of the deposit, seeking to optimize oil extraction.
  • the input sequencing and connection of the wells on the riser counter affects the entire project of production and injection lines and their interconnections with the process plant. Therefore, the definition of the production system project can only be completed after the definition of the subsea layout and the respective sequencing of functions of the riser stand.
  • the traditional design of the riser counter follows the sequence: (1) discovery and delimitation of the field, (2) design of the drainage network of the deposit, (3) design of the submarine layout project, (4) definition of the sequence of functions of the wells on the riser counter.
  • the object of this invention is the design of a polyvalent riser balcony (Polyvalent Riser Balcony), which allows the sequencing of well functions (injector, producer, WAG) in advance, even before the discovery of the field; consequently, without having the definition of the reservoir drainage plan and the subsea layout.
  • Polyvalent riser balcony Polyvalent Riser Balcony
  • the standardized riser counter makes the design of the FPSO production system independent of the design of the well network and the subsea project.
  • the design of the FPSO project, as well as its construction and assembly can be significantly anticipated, with great value creation for projects to develop the production of a field, in addition to promoting a very high financial gain for the project.
  • the upper riser counter consists of up to 5 cells (standard unit that is repeated along the length of the counter), each cell containing a fixed combination of wells, the set of cells occupying up to 52 slots .
  • the multipurpose desk can be designed and pre-defined with a smaller number of cells and slots.
  • the main scope of the Lula Alto project is a subsea connection to a chartered FPSO, consisting of 11 producer wells (satellites) and 6 injectors, 4 of which are satellites and 2 connected by an injection manifold, prepared to operate as WAG (Water Alternating Gas - alternating injection of water and gas).
  • the wells are connected via flexible flowlines to flexible risers, supported in a lazy-wave configuration.
  • alternative systems of coupled risers SLWR - Steel Lazy Wave Risers
  • BSR - Buoyancy Supported Risers and MHR - Multi Hybrid Risers were based on a coupled flexible riser system, which features a lazy-wave configuration for production, service, water injection and gas injection risers, and a free suspension catenary configuration for electro-hydraulic umbilicals. (EHU).
  • the riser bar of the FPSO Cidade de Maricá has 55 slots and the connection of additional wells is feasible.
  • the design flexibility is reinforced by the selection of flexible flowlines, which allows future conversions from producing wells to injectors, according to the best production strategy.
  • the Lula Alto project involved the need to acquire in advance the FPSO's and some LLI's (Long Lead Items), which required the definition at an early stage of the scope and characteristics of the project with only the initial results of the reservoir.
  • the work described in “Lula Alto - Strategy and Execution of a Megaproject in Deep Water Santos Basin Pre-Salt”, OTC-28164-MS, October 2017 uses a chartered unit and, consequently, the counter of riser already existing in the FPSO.
  • this invention there is the conception of a pre-specified counter, Polyvalent Riser Balcony, to be incorporated in projects of construction and assembly of FPSOs.
  • the slot configuration of the work in question is based on the use of flexible risers, while in the present invention the slot configuration has flexibility for rigid and flexible riser.
  • the work has in advance the definition of the reservoir drainage plan and the submarine layout, unlike the present invention.
  • the invention refers to a method and a device for use in loading oil from a subsea oil deposit into an FPSO, in which one or more risers are employed.
  • the aim of the invention is to simplify the type of oil loading, especially from a subsea oil deposit, avoiding the need for expensive and complicated tower designs on special ships.
  • the method and device of the invention are especially suitable for use in connection with ships that employ dynamic positioning, eliminating the need for any type of mooring, which results in additional cost savings.
  • the riser balcony is placed close to the outside of the ship's hull, in the midship area, where the ship's movements due to waves are as small as possible.
  • the surface level of the riser counter is at the level of the main deck of the ship and is an area for system operation and maintenance.
  • Quick coupling/uncoupling elements (QC / DC) are provided on the counter at the level of the counter deck. The upper parts of these elements are fixed to the top of the counter, permanently connected to ducts that go to the vessel's processing area.
  • Coupling elements are designed to receive up to four lines of flow per element. Elements are mechanically connected for simultaneous release, or can be released separately.
  • a floating element is placed under the riser counter. All risers and umbilicals pass through the seaside floating element to the underside of the coupling elements.
  • guide pins are provided for coupling purposes. The top of the guide pins is designed for connection to the wires from the counter winches.
  • the floating element will have a free edge that abuts the underside of the counter. The bottom of the floating element will have sufficient buoyancy to keep the element positioned under the counter buoyant.
  • the floating element When the floating element is connected to the ship, or to the balcony, it is fixed to the conductor housing of the balcony at the top, and the lower part of the floating element is connected to the ship by means of simple locking devices which are located at the front ends. and back of the floating element.
  • a protective device In order to protect the floating element and the ship side, a protective device is provided between the ship side and the floating element.
  • the risers inlet At the bottom of the floating element, the risers inlet are protected with stoppers. of bending.
  • One of the essential features of the invention is that the connection to the risers can be released very quickly through the coupling elements if a critical situation arises, avoiding breakage of the risers, pollution or substantial mechanical destruction.
  • WO1997007016A1 The method and device disclosed in WO1997007016A1 are applicable for use in connection with ships employing dynamic positioning, unlike the present invention. Another difference with this invention is that in the aforementioned work a floating element is placed under the riser counter, through which the risers and umbilicals pass.
  • the present invention describes an upper riser counter, consisting of a set of cells, each cell containing a fixed combination of wells, and a lower riser counter, where three different configurations are possible.
  • the invention refers to the design of a riser counter for a floating unit, which comprises a support portion adapted to support at least one riser.
  • the riser counter further comprises a connection part adapted to connect the support part to the floating unit.
  • the support portion may comprise one or more members that are separate from one or more members that form the connecting portion.
  • the support portion and the connecting portion may form a unitary component.
  • the riser counter extends in a longitudinal direction and in a transverse direction.
  • the riser counter is further extended in a vertical direction, with each of the connecting plates still extending substantially in a vertical direction.
  • each of the riser counter is adapted to be located below the surface of standing water.
  • the work reveals that other riser counter modalities can be adapted to be located on or above the surface of still water.
  • Fig. 1 of the work illustrates that each of the risers can comprise a corresponding upper part, which extends from the riser counter to another part of the floating unit.
  • the upper portion may form a unitary component with the corresponding portion of the riser extending downwardly from the riser counter.
  • the riser counter comprises a support portion adapted to support at least one riser.
  • a support portion may be adapted to support at least three risers, or even eight risers.
  • the upper riser counter consists of a set of up to 5 cells, which is repeated along the length of the counter, each cell containing a fixed combination of wells, the set of cells occupying up to 52 slots, with flexibility for rigid and flexible riser.
  • the lower riser balcony can have three different configurations, namely preferential balcony on port, preferential balcony on starboard and central UEP balcony (port/starboard).
  • the present invention deals with the design of a riser counter for a floating unit of the FPSO type and the sequencing of the functions of the wells interconnected to the FPSO in advance, even before the discovery of the field; that is, without having the definition of the reservoir drainage plan and the subsea layout.
  • the application of the invention will allow for the anticipation of the FPSO project, as well as its construction and assembly, with great value generation for the development plans for the production of a field.
  • Figure 1 which illustrates an FPSO-type floating unit, highlighting the riser balcony.
  • Figure 2. which illustrates an FPSO type floating unit, highlighting the riser balcony and the arrival of the risers.
  • Figure 3 which illustrates an FPSO-type floating unit, highlighting the upper riser balcony (1).
  • Figure 4. which illustrates an FPSO-type floating unit, highlighting the lower riser balcony (2).
  • Figure 5 which illustrates the Polyvalent Riser Balcony, object of this invention. Its configuration has a fixed sequencing, but with the necessary flexibility for the drainage mesh. Particularly, the black and white circles represent the interconnections of producer and injection wells, respectively, considering also 5 flexible interconnections (supports with dual function that allow both production and injection wells to be interconnected).
  • Figure 5 also shows a grouping of 5 wells, called cells, composed of 2 producer wells + 2 injection wells + 1 flexible well (producer/injector). In total, the Polyvalent Riser Balcony can allow up to 5 cells and 2 extra injection wells.
  • Figure 5 also identifies the types of risers used in the sequencing of the multipurpose counter, which will allow the connection of both production and injection risers, as well as other functions necessary for the project: service lines, gas lift manifolds, export/ i import of gas, control and power umbilicals (pumping or processing systems), ESDV and PRM (Permanent Reservoir Monitoring) control umbilicals.
  • Figure 6 which illustrates the Polyvalent Riser Balcony, object of this invention, with the upper riser counter consisting of up to 5 cells (standard unit that is repeated along the length of the counter), plus 2 extra injection wells, each cell containing a fixed combination of wells, the set of cells, including the 2 extra injection wells, occupying up to 52 slots, with flexibility for rigid and flexible riser.
  • Figure 6 also shows a pre-defined sequence with 10 production wells + 6 WAG Loop (12 injection wells) + 5 Flexible (which can be a production well convertible into an injection well, or a pair of injection wells in a WAG Loop).
  • Figure 6 also identifies the types of risers used in the sequencing of the multipurpose counter, which will allow the connection of both production and injection risers, as well as other functions necessary for the project: service lines, gas lift manifolds, export/ i import of gas, control and power umbilicals (pumping or processing systems), ESDV and PRM (Permanent Reservoir Monitoring) control umbilicals.
  • Figure 7 which illustrates an FPSO-type floating unit, with emphasis on the configuration of well functions on the Polyvalent Riser Balcony's upper riser balcony.
  • the green and red symbols represent the interconnections of producing and injecting wells, respectively.
  • Figure 8 which illustrates three alternative configurations for the lower riser balcony, in relation to the preferential arrival edge, namely: Type 1 - preferential balcony on the port side, in which the largest number of risers interconnected by port from azimuths (direction of arrival) of risers previously defined in the lower balcony, Type 2 - preferential balcony by starboard, in which the largest number of risers interconnected by starboard is defined from the azimuths of the risers previously defined in the lower balcony, and Type 3 - central UEP balcony (port/starboard) , in which a balanced distribution of the number of risers is defined for the two sides (port and starboard), based on the azimuths of the risers previously defined on the lower balcony.
  • FIG. 9 which illustrates the Polyvalent Riser Balcony with alternative configurations for the lower riser balcony.
  • FIG 10 which illustrates the Polyvalent Riser Balcony with alternative configurations for the lower riser balcony, including entry edge flexibilities on the lower balcony.
  • Figure 11 which illustrates the Polyvalent Riser Balcony with the alternative Type 1 configuration for the lower riser balcony, including entry edge flexibilities on the lower balcony.
  • FIG 12 which illustrates the Polyvalent Riser Balcony with the Type 2 alternative configuration for the lower riser balcony, including entry edge flexibilities on the lower balcony
  • FIG 13 which illustrates the Polyvalent Riser Balcony with the Type 3 alternative configuration for the lower riser balcony, including the entry edge flexibilities on the lower balcony.
  • the present invention deals with the design of a riser counter for a floating production unit of the FPSO type and the sequencing in advance of the functions of the wells to be connected, without having the definition of the reservoir drainage plan and the layout submarine.
  • the riser counter of an FPSO is a support structure, located on the side of the ship, where the lines that connect the wells to the production system located on the deck arrive, as illustrated in Figures 1 and 2.
  • the inlet sequencing and connection of wells on the riser counter affects the entire project of production lines and injection in the process plant.
  • the Polyvalent Riser Balcony, object of this invention has as its main attribute to be specified in advance and independently of the definition of the submarine layout, with sufficient flexibility to efficiently meet numerous well lease plans and subsea projects.
  • the sequencing of well functions in the upper riser counter affects and defines the entire surface plant design.
  • the lower riser balcony is responsible only for receiving the flow lines and leading them to the upper balcony and fundamentally depends on the direction of arrival of the wells. It therefore has a varied design, depending on the relative position between the FPSO and the field.
  • the upper and lower riser balconies are shown in Figures 3 and 4, respectively.
  • the upper riser counter is made up of up to 5 cells (standard unit that is repeated along the length of the counter), each cell containing a fixed combination of wells.
  • the set of cells there are 2 extra injection wells, occupying a total of up to 52 slots, with flexibility for rigid and flexible risers, as can be seen in Figures 5 to 7. Analyzes performed (back tests) indicate that the configuration can flexibly suit a wide range of drainage plans.
  • the multipurpose desk can be designed and pre-defined with a smaller number of cells and slots.
  • Type 1 - preferential balcony by port in which the largest number of risers being interconnected by port from azimuths is defined (arrival direction ) of the risers previously defined in the lower balcony
  • Type 2 - preferential balcony by starboard in which the largest number of risers being interconnected by starboard is defined from the azimuths of the risers previously defined in the lower balcony
  • Type 3 - central UEP balcony in which a balanced distribution of the number of risers is defined for the two edges (port and starboard) from the azimuths of the risers previously defined on the lower balcony, as can be seen in Figures 8 to 13.

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Abstract

A presente invenção trata da concepção de um balcão de riser polivalente (Polyvalent Riser Balcony) para unidade flutuante do tipo FPSO e do sequenciamento das funções dos poços interligados à UEP de forma antecipada, antes mesmo da descoberta do campo; consequentemente, sem dispor da definição do plano de drenagem do reservatório e do layout submarino. O Polyvalent Riser Balcony poderá ser aplicado em qualquer projeto de desenvolvimento de novos campos offshore. A aplicação da invenção permitirá a antecipação do projeto de produção para FPSOs, bem como de sua construção e montagem, com grande geração de valor para os planos de desenvolvimento da produção.

Description

“BALCÃO DE RISER POLIVALENTE (POLYVALENT RISER BALCONY)” Campo da Invenção
[0001] O objeto desta invenção é a concepção de um balcão de riser, estrutura de suporte localizada no costado de um FPSO, e do sequenciamento antecipado das funções dos poços a ele interligados, antes mesmo da descoberta do campo; consequentemente, sem dispor da definição do plano de drenagem do reservatório e do layout submarino. O denominado balcão de riser polivalente (Polyvalent Riser Balcony) poderá ser aplicado em qualquer projeto de desenvolvimento de novos campos offshore.
Descrição do Estado da Técnica
[0002] O projeto e a construção de uma unidade de produção de petróleo em área offshore se constitui no principal caminho crítico para o início da produção de um campo. Portanto, reduzir o tempo de projeto, construção e montagem de um FPSO promove forte redução no tempo decorrido entre a descoberta de um campo de petróleo e o início da sua produção.
[0003] Em unidades do tipo FPSO, a estrutura de ligação entre os risers (trechos suspensos das tubulações que interligam as linhas de produção submarinas às unidades flutuantes) e o navio depende do sistema de ancoragem. Essa estrutura pode se apresentar em duas configurações básicas: balcão de riser e turret.
[0004] No sistema de ancoragem do tipo spread mooring, os risers são normalmente instalados em uma plataforma no costado da unidade, próxima ao convés principal, sendo esta denominada balcão de riser, conforme reportado em “Análise Estrutural de Suporte de Risers”, Projeto de Graduação, UFRJ/POLI/Engenharia Naval e Oceânica, 2015.
[0005] Conforme descrito em “Arranjos de convés de FPSO para operação no Pré-Sal”, UFRJ/ ESCOLA POLITÉCNICA, 2016, os risers são acoplados aos FPSOs por meio de dois balcões de riser, denominados balcão de riser inferior e balcão de riser superior. Os risers são ligados ao casco dos FPSOs por meio do balcão de riser inferior, passando pelas bocas de sino multifuncionais, as quais são responsáveis por travar e direcionar os risers. O balcão de riser superior dá suporte às extremidades dos risers e faz ligação destes com a planta de processo. Os risers são travados ao balcão de riser superior por meio de hang-offs, sendo direcionados ao manifold de produção. Os risers são ligados entre os dois balcões por meio de l-tubes.
[0006] Ainda segundo “Arranjos de convés de FPSO para operação no Pré- Sal’, UFRJ/ ESCOLA POLITÉCNICA, 2016”, o posicionamento dos risers ao longo dos balcões de riser é definido pelo arranjo submarino da unidade.
[0007] Cada poço conectado ao FPSO tem uma função específica na malha de drenagem da jazida, buscando-se a otimização da extração de petróleo. O sequenciamento de entrada e a conexão dos poços no balcão de risers afeta todo o projeto de linhas de produção e injeção e suas interligações com a planta de processo. Por conseguinte, a definição do projeto do sistema de produção só pode ser concluída após a definição do layout submarino e do respectivo sequenciamento de funções do balcão de riser.
[0008] Normalmente, a concepção tradicional do balcão de riser obedece à sequência: (1) descoberta e delimitação do campo, (2) concepção da malha de drenagem da jazida, (3) concepção do projeto de layout submarino, (4) definição da sequência de funções dos poços no balcão de risers.
[0009] Seguindo a abordagem tradicional, após a descoberta e a delimitação do campo, pode-se definir a sua malha de drenagem, que se traduz no número e locação dos poços e suas funções (produtor, injetor de água, injetor de gás) na recuperação de óleo do campo. Definidas as posições dos poços, parte-se para o projeto do sistema submarino, com a interligação dos poços ao sistema de produção no FPSO (layout submarino), a qual se dá no seu costado, mais especificamente no balcão de riser. Seguindo esse fluxo tradicional de atividades, o sequenciamento das conexões só pode ser definido após a definição da malha de drenagem da jazida e do respectivo layout submarino, o que significa vários meses ou anos após a descoberta. [0010] O objeto desta invenção é a concepção de um balcão de riser polivalente (Polyvalent Riser Balcony), o qual permite o sequenciamento das funções dos poços (injetor, produtor, WAG) de forma antecipada, antes mesmo da descoberta do campo; consequentemente, sem dispor da definição do plano de drenagem do reservatório e do layout submarino.
[0011] O balcão de riser padronizado torna a concepção do sistema de produção do FPSO independente da concepção da malha de poços e do projeto submarino. Assim, a concepção do projeto do FPSO, bem como de sua construção e montagem podem ser significativamente antecipadas, com grande geração de valor para os projetos de desenvolvimento da produção de um campo, além de promover um ganho financeiro bastante elevado ao projeto.
[0012] Na concretização desta invenção, o balcão de riser superior é constituído de até 5 células (unidade padrão que se repete ao longo da extensão do balcão), cada célula contendo uma combinação fixa de poços, o conjunto de células ocupando até 52 slots. A depender do escopo de um projeto ou grupo de projetos, o balcão polivalente pode ser projetado e pré-definido com um menor número de células e de slots.
[0013] O artigo “Lula Alto - Strategy and Execution of a Megaproject in Deep Water Santos Basin Pre-Salt”, OTC-28164-MS, outubro 2017 apresenta o Projeto Lula Alto. O trabalho descreve, entre outros, o modelo conceituai de reservatório, a otimização do plano de drenagem, a otimização do layout submarino que levou a um comprimento mínimo de linha de fluxo por poço, o desenvolvimento de projetos e o rápido ramp-up .
[0014] O escopo principal do projeto Lula Alto é uma ligação submarina a um FPSO afretado, consistindo em 11 poços produtores (satélites) e 6 injetores, sendo 4 satélites e 2 conectados por um manifold de injeção, preparados para operar como WAG (Water Alternating Gas - injeção alternada de água e gás). Os poços são conectados através de linhas de fluxo flexíveis a risers flexíveis, suportados através de uma configuração do tipo lazy-wave. Durante a fase conceituai do projeto Lula Alto, foram estudadas alternativas de sistemas de risers acoplados (SLWR - Steel Lazy Wave Risers) e desacoplados (BSR - Buoyancy Supported Risers e MHR - Multi Hybrid Risers). A alternativa escolhida foi baseada em um sistema de risers flexíveis acoplados, que caracteriza uma configuração do tipo lazy-wave para risers de produção, serviço, injeção de água e injeção de gás, e uma configuração de catenária de suspensão livre para umbilicais eletro-hidráulicos (EHU).
[0015] Ainda em “Lula Alto - Strategy and Execution of a Megaproject in Deep Water Santos Basin Pre-Salt”, OTC-28164-MS, outubro 2017, o layout submarino foi projetado para implantar o FPSO em uma posição central, minimizando a distância entre o FPSO e as cabeças de poço, a fim de otimizar os comprimentos das linhas de fluxo, custos de instalação, e fluxo de produção. Segundo o trabalho, o layout em questão é eficaz em termos de custo e produção, mas traz alguns desafios em relação a operações de conexão de poços, pois o balcão de riser está posicionado à bombordo e algumas cabeças de poço estão localizadas à estibordo. Como resultado, alguns risers devem ser instalados em uma configuração de quilha, o que exige procedimentos operacionais customizados para reduzir o risco de queda de objetos sobre os risers. Particularmente, o balcão de riser do FPSO Cidade de Maricá tem 55 slots e a conexão de poços adicionais é viável. A flexibilidade do projeto é reforçada pela seleção de linhas de fluxo flexíveis, o que permite futuras conversões de poços produtores em injetores, de acordo com a melhor estratégia de produção. O projeto Lula Alto envolveu a necessidade de adquirir antecipadamente os FPSO's e algumas LLI's (Long Lead Items), o que exigiu a definição no estágio inicial do escopo e das características do projeto com apenas os resultados iniciais do reservatório.
[0016] Ao contrário da presente invenção, o trabalho descrito em “Lula Alto - Strategy and Execution of a Megaproject in Deep Water Santos Basin Pre-Salt”, OTC-28164-MS, outubro 2017 utiliza unidade afretada e, consequentemente, o balcão de riser já existente no FPSO. Nesta invenção, há a concepção de um balcão pré-especificado, Polyvalent Riser Balcony, a ser incorporado em projetos de construção e montagem do FPSOs. A configuração de slots do trabalho em questão é baseada no uso de risers flexíveis, enquanto na presente invenção a configuração de slots tem flexibilidade para riser rígido e flexível. Ainda, o trabalho dispõe de forma prévia a definição do plano de drenagem do reservatório e do layout submarino, diferentemente da presente invenção.
[0017] Em “Subsea Projects Cost Reduction - Petrobras Approach, Results and Next Steps”, OTC-27833-MS, 2017, estudou-se a possibilidade de utilizar o balcão de riser posicionado à estibordo de seu FPSO, sendo os balcões à bombordo o padrão, dada a disponibilidade para a aproximação da embarcação de abastecimento. No trabalho foram avaliados os riscos e benefícios em relação às operações de atracação, inspeção/manutenção, e as operações de abastecimento à estibordo, considerando a presença dos risers. A conclusão do estudo mostrou que a posição do balcão à estibordo era viável, considerando-se as características dos procedimentos operacionais e as condições ambientais, e poderia trazer flexibilidade quando os poços são colocados à estibordo do FPSO, evitando o arrasto e resultando em reduções no comprimento das linhas de fluxo. Também foi identificado que, um possível benefício poderia ser obtido com a redução do movimento no balcão de riser, resultando em ganhos para o projeto do sistema de risers. O trabalho não trata da concepção de um balcão pré- especificado que possibilita a definição do sistema de produção do FPSO independente da definição da malha de poços e do projeto submarino, como a presente invenção.
[0018] Em WO1997007016A1 a invenção se refere a um método e a um dispositivo para uso no carregamento de petróleo de um depósito de petróleo submarino em um FPSO, em que são empregados um ou mais risers. O objetivo da invenção é simplificar o tipo de carregamento de petróleo, especialmente a partir de um depósito de petróleo submarino, evitando-se a necessidade de projetos caros e complicados de torre em navios especiais. O método e o dispositivo da invenção são especialmente adequados para uso em conexão com navios que empregam posicionamento dinâmico, eliminando a necessidade de qualquer tipo de ancoragem, o que resulta em economia de custos adicional. [0019] Segundo descrito em WO1997007016A1 , o balcão de riseré colocado perto da parte externa do casco do navio, na área de meia nau, onde os movimentos do navio devido às ondas são tão pequenos quanto possível. O nível da superfície do balcão de riser encontra-se no nível do convés principal do navio e é uma área para operação e manutenção do sistema. No balcão estão previstos elementos de engate / desacoplamento rápido (QC / DC) no nível do deck do balcão. No topo do balcão estão fixadas as partes superiores desses elementos, permanentemente conectadas a dutos que vão até a área de beneficiamento da embarcação. Os elementos de acoplamento são projetados para receber até quatro linhas de fluxo por elemento. Os elementos são conectados mecanicamente para liberação simultânea, ou podem ser liberados separadamente.
[0020] Ainda de acordo com WO1997007016A1 , sob o balcão de riser é colocado um elemento flutuante. Todos os risers e umbilicais passam através do elemento flutuante do lado do mar para a parte inferior dos elementos de acoplamento. No topo do elemento flutuante são fornecidos pinos de guia para fins de acoplamento. A parte superior dos pinos de guia é projetada para conexão com os fios a partir dos guinchos do balcão. Na concretização da invenção, o elemento flutuante terá uma borda livre que encosta na parte inferior do balcão. A parte inferior do elemento flutuante terá flutuabilidade suficiente para manter a flutuação do elemento posicionado sob o balcão. Quando o elemento flutuante está conectado ao navio, ou ao balcão, ele é fixado ao invólucro do condutor do balcão na parte superior, e a parte inferior do elemento flutuante é conectada ao navio por meio de dispositivos de travamento simples que estão localizados nas extremidades frontal e posterior do elemento flutuante. A fim de proteger o elemento flutuante e o lado do navio, um dispositivo de proteção é fornecido entre o lado do navio e o elemento flutuante. Na parte inferior do elemento flutuante, a entrada dos risers é protegida com limitadores de flexão. Uma das características essenciais da invenção é que a conexão aos risers pode ser liberada muito rapidamente por meio dos elementos de acoplamento se surgir uma situação crítica, evitando-se a ruptura dos risers, poluição ou destruição mecânica substancial.
[0021] O método e o dispositivo revelados em WO1997007016A1 são aplicáveis para uso em conexão com navios que empregam posicionamento dinâmico, diferentemente da presente invenção. Outra diferença com relação a esta invenção é que no referido trabalho um elemento flutuante é colocado sob o balcão de riser, através do qual passam os risers e umbilicais. A presente invenção descreve um balcão de riser superior, constituído de um conjunto de células, cada célula contendo uma combinação fixa de poços, e um balcão de riser inferior, onde são possíveis três configurações distintas.
[0022] Em WO2014/170375AI a invenção se refere à concepção de um balcão de riser para uma unidade flutuante, o qual compreende uma porção de suporte adaptada para suportar pelo menos um riser. O balcão de riser compreende, ainda, uma parte de conexão adaptada para conectar a parte de suporte à unidade flutuante. A porção de suporte pode compreender um ou mais membros que são separados de um ou mais membros que formam a porção de conexão. Opcionalmente, a porção de suporte e a porção de conexão podem formar um componente unitário. O balcão de riser se estende em uma direção longitudinal e em uma direção transversal. Opcionalmente, o balcão de riser tem ainda uma extensão em uma direção vertical, com cada uma das placas de conexão se estendendo ainda substancialmente na direção vertical.
[0023] Na concretização da invenção revelada em WO2014/170375AI são ilustrados três risers, cada um dos quais sendo conectado à unidade flutuante através de um balcão de riser. Na Fig. 1 do trabalho, o balcão de riser está adaptado para ser localizado abaixo da superfície de água parada. No entanto, o trabalho revela que outras modalidades de balcão de riser podem ser adaptadas para serem localizadas na superfície ou acima da superfície de água parada. Além disso, a Fig. 1 do trabalho ilustra que cada um dos risers pode compreender uma parte superior correspondente, que se estende desde o balcão de riser até outra parte da unidade flutuante. A porção superior pode formar um componente unitário com a porção correspondente do riser que se estende para baixo a partir do balcão de riser . O balcão de riser compreende uma porção de suporte adaptada para suportar pelo menos um riser. Como um exemplo não limitativo da invenção, uma porção de suporte pode ser adaptada para suportar pelo menos três risers, ou mesmo oito risers. Já na presente invenção, o balcão de riser superior é constituído de um conjunto de até 5 células, que se repete ao longo da extensão do balcão, cada célula contendo uma combinação fixa de poços, o conjunto de células ocupando até 52 slots, com flexibilidade para riser rígido e flexível. O balcão de riser inferior pode apresentar três configurações distintas, sendo elas balcão preferencial por bombordo, balcão preferencial por boreste e balcão UEP central (bombordo/boreste).
Descrição Resumida da Invenção
[0024] A presente invenção trata da concepção de um balcão de riser para unidade flutuante do tipo FPSO e do sequenciamento das funções dos poços interligados ao FPSO de forma antecipada, antes mesmo da descoberta do campo; ou seja, sem dispor da definição do plano de drenagem do reservatório e do layout submarino. A aplicação da invenção permitirá a antecipação do projeto do FPSO, bem como de sua construção e montagem, com grande geração de valor para os planos de desenvolvimento da produção de um campo.
Breve Descrição dos Desenhos
[0025] A presente invenção será descrita com maiores detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de sua concretização. As figuras são:
Figura 1 , a qual ilustra uma unidade flutuante do tipo FPSO, com destaque para o balcão de riser. Figura 2. a qual ilustra uma unidade flutuante do tipo FPSO, com destaque para o balcão de riser e a chegada dos risers.
Figura 3. a qual ilustra uma unidade flutuante do tipo FPSO, com destaque para o balcão de riser superior (1 ).
Figura 4. a qual ilustra uma unidade flutuante do tipo FPSO, com destaque para o balcão de riser inferior (2).
Figura 5. a qual ilustra o Polyvalent Riser Balcony, objeto desta invenção. Sua configuração possui um sequenciamento fixo, mas com flexibilidade necessária para a malha de drenagem. Particularmente, os círculos pretos e brancos representam as interligações de poços produtores e injetores, respectivamente, sendo consideradas também 5 interligações flexíveis (suportes com função dupla que permitem tanto a interligação de poço produtor quanto de poço injetor). A Figura 5 também mostra um agrupamento de 5 poços, então denominado de células, composto de 2 poços produtores + 2 poços injetores + 1 poço flexível (produtor/injetor). No total o, Polyvalent Riser Balcony poderá permitir até 5 células e 2 poços injetores extras. A Figura 5 identifica, ainda, os tipos de risers utilizados no sequenciamento do balcão polivalente, o que permitirá interligar tanto os risers de produção e injeção, quanto de outras funções necessárias para o projeto: linhas de serviço, manifolds de gas lift, exportação/i importação de gás, umbilicais de controle, de potência (atuação de sistemas de bombeio ou de processamento), umbilicais de controle de ESDV e de PRM (Permanent Reservoir Monitoring). Estão representados: PO (PO)- riser de produção, WG (IG/IA)- riser de injeção de gás/água, PF (PO/IG/IA)- riser de produção/injeção de gás/água, WF (SV/IG/IA)- riser de gas //ff/injeção de gás/água, SV (SV)- riser de serviço/gas lift, MGL (MSGL)- riser de manifold de gas lift, STU (UEH)- umbilical de controle eletro-hidráulico, POT (UMB POT)- umbilical de potência, EG (EG/SV/MSGL)- riser de exportação de gás/importação/serviço/ manifold de gas lift, UEG (UEH ESDV/COT)- umbilical de ESDV e cabo óptico, PRM (UEH PRM)- umbilical de controle/RPM. Figura 6. a qual ilustra o Polyvalent Riser Balcony, objeto desta invenção, com o balcão de riser superior constituído de até 5 células (unidade padrão que se repete ao longo da extensão do balcão), mais 2 poços injetores extras, cada célula contendo uma combinação fixa de poços, o conjunto de células, incluindo os 2 poços injetores extras, ocupando até 52 slots, com flexibilidade para riser rígido e flexível. Na Figura 6 está representado também um sequenciamento pré- definido com 10 poços produtores + 6 WAG Loop (12 poços injetores) + 5 Flexíveis (podendo ser poço produtor conversível em poço injetor, ou um par de poços injetores em WAG Loop). A Figura 6 identifica, ainda, os tipos de risers utilizados no sequenciamento do balcão polivalente, o que permitirá interligar tanto os risers de produção e injeção, quanto de outras funções necessárias para o projeto: linhas de serviço, manifolds de gas lift, exportação/i importação de gás, umbilicais de controle, de potência (atuação de sistemas de bombeio ou de processamento), umbilicais de controle de ESDV e de PRM (Permanent Reservoir Monitoring). Estão representados: PO (PO)- riser de produção, WG (IG/IA)- riser de injeção de gás/água, PF (PO/IG/IA)- riser de produção/injeção de gás/água, WF (SV/IG/IA)- riser de gas llff/injeção de gás/água, SV (SV)- riser de serviço/gas lift, MGL (MSGL)- riser de manifold de gas lift, STU (UEH)- umbilical de controle eletro-hidráulico, POT (UMB POT)- umbilical de potência, EG (EG/SV/MSGL)- riser de exportação de gás/importação de gás/serviço/man/fo/d de gas lift, UEG (UEH ESDV/COT)- umbilical de ESDV e cabo óptico, PRM (UEH PRM)- umbilical de controle/RPM.
Figura 7, a qual ilustra uma unidade flutuante do tipo FPSO, com o destaque para a configuração de funções dos poços no balcão de riser superior do Polyvalent Riser Balcony. Particularmente, os símbolos verdes e vermelhos representam as interligações de poços produtores e injetores, respectivamente. Figura 8, a qual ilustra três configurações alternativas para o balcão de riser inferior, em relação ao bordo preferencial de chegada, sendo elas: Tipo 1 - balcão preferencial por bombordo, no qual se define o maior número de risers interligados por bombordo a partir de azimutes (direção de chegada) dos risers previamente definidos no balcão inferior, Tipo 2 - balcão preferencial por boreste, no qual se define o maior número de risers interligados por boreste a partir de azimutes dos risers previamente definidos no balcão inferior, e Tipo 3 - balcão UEP central (bombordo/boreste), no qual se define uma distribuição equilibrada de número de risers para os dois bordos (bombordo e boreste), a partir de azimutes dos risers previamente definidos no balcão inferior.
Figura 9. a qual ilustra o Polyvalent Riser Balcony com as configurações alternativas para o balcão de riser inferior.
Figura 10, a qual ilustra o Polyvalent Riser Balcony com as configurações alternativas para o balcão de riser inferior, incluindo as flexibilidades de bordos de entrada no balcão inferior.
Figura 11 , a qual ilustra o Polyvalent Riser Balcony com a configuração alternativa Tipo 1 para o balcão de riser inferior, incluindo as flexibilidades de bordos de entrada no balcão inferior.
Figura12, a qual ilustra o Polyvalent Riser Balcony com a configuração alternativa Tipo 2 para o balcão de riser inferior, incluindo as flexibilidades de bordos de entrada no balcão inferior
Figura13, a qual ilustra o Polyvalent Riser Balcony com a configuração alternativa Tipo 3 para o balcão de riser inferior, incluindo as flexibilidades de bordos de entrada no balcão inferior.
Descrição Detalhada da Invenção
[0026] A presente invenção trata da concepção de um balcão de riser para unidade de produção flutuante do tipo FPSO e do sequenciamento de forma antecipada das funções dos poços a serem conectados, sem dispor da definição do plano de drenagem do reservatório e do \ayout submarino. O balcão de riser de um FPSO é uma estrutura de suporte, localizada no costado do navio, onde chegam as linhas que conectam os poços ao sistema de produção localizado no convés, conforme ilustrado nas Figuras 1 e 2. O sequenciamento de entrada e a conexão dos poços no balcão de riser afeta todo o projeto de linhas de produção e injeção na planta de processo. [0027] O balcão de riser polivalente (Polyvalent Riser Balcony), objeto desta invenção, tem por atributo principal ser especificado de forma prévia e independente da definição do layout submarino, com flexibilidade suficiente para atender de forma eficiente a inúmeros planos de locação de poços e projetos submarinos. Como consequência, é possível fazer a pré-especificação e a concepção do sistema de produção antes mesmo da descoberta da jazida. A possibilidade de iniciar o projeto, construção e montagem do FPSO de forma independente da definição da malha de drenagem e do layout submarino reduz em vários meses, ou até mesmo anos, o caminho crítico para o início da produção de um campo, aumentando de forma consistente o retorno financeiro dos projetos de desenvolvimento da produção. O balcão de riser polivalente (Polyvalent Riser Balcony) poderá ser aplicado em qualquer projeto de desenvolvimento de novos campos offshore.
[0028] Esta nova abordagem se constitui numa mudança de paradigma, permitindo a concepção do arranjo de chegada dos risers e sua interligação com a planta de processo de forma livre da concepção do layout submarino,
[0029] O sequenciamento de funções dos poços no balcão de riser superior afeta e define todo o projeto da planta de superfície. Já o balcão de riser inferior é responsável apenas por receber as linhas de escoamento e as conduzir ao balcão superior e depende fundamentalmente da direção de chegada dos poços. Possui, por isso, um design variado, a depender da posição relativa entre o FPSO e o campo. Os balcões de riser superior e inferior estão indicados nas Figuras 3 e 4, respectivamente.
[0030] Nesta invenção, o balcão de riser superior é constituído de até 5 células (unidade padrão que se repete ao longo da extensão do balcão), cada célula contendo uma combinação fixa de poços. Além do conjunto de células, têm-se mais 2 poços injetores extras, ocupando no total até 52 slots, com flexibilidade para riser rígido e flexível, conforme pode ser visto nas Figura 5 a 7. Análises realizadas (back tests) indicam que a configuração pode atender com flexibilidade a uma ampla gama de planos de drenagem. [0031] A depender do escopo de um projeto ou grupo de projetos, o balcão polivalente pode ser projetado e pré-definido com um menor número de células e de slots.
[0032] Na presente invenção foram criadas três configurações alternativas para o balcão de riser inferior, sendo elas: Tipo 1 - balcão preferencial por bombordo, no qual se define o maior número de risers sendo interligados por bombordo a partir de azimutes (direção de chegada) dos risers previamente definidos no balcão inferior, Tipo 2 - balcão preferencial por boreste, no qual se define o maior número de risers sendo interligados por boreste a partir de azimutes dos risers previamente definidos no balcão inferior e Tipo 3 - balcão UEP central (bombordo/boreste), no qual se define uma distribuição equilibrada de número de risers para os dois bordos (bombordo e boreste) a partir de azimutes dos risers previamente definidos no balcão inferior, conforme pode ser verificado nas Figuras 8 a 13.
[0033] A validação desta invenção foi feita através de testes retrospectivos (back tests) realizados em campos atualmente em produção.
[0034] No sequenciamento proposto para o balcão polivalente, permite-se ainda a utilização de sistemas submarinos de processamento e boosting, limitado ao uso de até 4 umbilicais elétricos de potência, além de possuir 2 linhas de serviço que possam ser demandadas por esses tipos de sistemas submarinos.

Claims

Reivindicações
1 . BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), caracterizado por ser especificado de forma antecipada e independente da definição do layout submarino em sistemas de produção para um FPSO.
2. BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por ser especificado na fase de projeto conceituai e de projeto básico de um FPSO.
3. BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o balcão de riser superior é constituído de até 5 células, mais 2 poços injetores extras, cada célula contendo uma combinação fixa de poços, o conjunto de células, incluindo os 2 poços injetores extras, ocupando até 52 slots.
4. BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a configuração com 52 slots possui flexibilidade para riser rígido e flexível.
5. BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o balcão de riser superior pode ser projetado e pré-definido com um menor número de células e de slots.
6. BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por serem possíveis três configurações alternativas para o balcão de riser inferior, sendo elas: Tipo 1- balcão preferencial por bombordo, Tipo 2- balcão preferencial por boreste, e Tipo 3- balcão UEP central (bombordo/boreste).
7. BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por poder ser aplicado em qualquer projeto de desenvolvimento de novos campos offshore.
8. BALCÃO DE RISER POLIVALENTE {POLYVALENT RISER BALCONY), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por tornar a concepção do sistema de produção do FPSO independente da concepção da malha de poços e do projeto submarino.
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