WO2023028682A1 - Automatização de suporte para riser rígido - Google Patents

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WO2023028682A1
WO2023028682A1 PCT/BR2022/050349 BR2022050349W WO2023028682A1 WO 2023028682 A1 WO2023028682 A1 WO 2023028682A1 BR 2022050349 W BR2022050349 W BR 2022050349W WO 2023028682 A1 WO2023028682 A1 WO 2023028682A1
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Gilnei RECKZIEGEL
Francisco Francelino Ramos NETO
Jorge Gomes de Melo MEDEIROS
Claudio Violante FERREIRA
Bruno Pinho Dos Reis
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Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
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    • E21B17/01—Risers
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    • F16L37/10—Couplings of the quick-acting type in which the connection between abutting or axially overlapping ends is maintained by locking members using a rotary external sleeve or ring on one part

Definitions

  • the present invention is based on a concept of a riser traction support system applied to a UEP.
  • the mechanism of the invention may make it possible to reduce the need for shallow diving in rigid riser interconnections, promoting competitiveness with the flexible riser solution.
  • the BSMF (Boca de Sino Multifuncional - PI 0902469-7), is the basic concept established for a new device for supporting risers, developed by Petrobras, which should have the versatility to allow the use of flexible or rigid risers, the interconnection may be carried out on the port or starboard side of the UEP.
  • the BSMF can be considered as a first support tube approach, where the top termination of the riser, commonly called the Hang-Off Adapter (HOA), contains a flexible joint or stressjoint attached to its bottom.
  • HOA Hang-Off Adapter
  • the riser traction is anchored in the upper cone of the BSMF, this effort being transmitted by wedges that, in the initial development stage of the BSMF concept, would be installed by shallow diving. Lateral efforts from the riser would be supported by a locking ring located at the bottom of the support tube.
  • Document US2012070225A1 discloses a connector assembly that can be used to connect a tension ring to a telescopic joint in a riser by using a lower configuration of hydraulically actuated dogs.
  • a set of hydraulically actuated hang-off dogs on the connector set can be used to connect the tension ring to a platform-mounted offset structure.
  • a hydraulically actuated locking ring is used to provide a positive stop against the back of the hang-off dogs.
  • Document W02017034409A1 discloses a system for locking a riser in a support tube on a floating platform.
  • a support tube is installed by a structural connection to the hull of a floating unit.
  • the locking system has six hinges distributed around the periphery of the support tube.
  • the support tube has a collar which is held by the hinges when said hinges are in the locking position.
  • Document WO2014179732A2 discloses a tool used to fix the end of top risers.
  • the tool has a base and a ring that is movable relative to the base, and has a plurality of couplings, each coupling having a groove.
  • the tool even includes configured lugs to attach the tool to an upper unit via cables.
  • An actuator is disposed between the base and the ring.
  • the ring is movable relative to the base as the actuator moves between an extended position and a retracted position.
  • the actuator may be a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, a motor or other state of the art drive device.
  • the tool includes fastening members pivotally connected to the base through a support member and a pin. The fastener is configured to rotate about the pin as the ring moves relative to the base.
  • This invention presents a mechanism for retracting the wedges (8) of a rigid riser support ( Figure 2), consisting of a cone (9), a cam-holder crown (1), rods (6) with rollers ( 4), an actuating spindle (2), and springs (5), this system can be operated remotely through the hydraulic actuator (3), or activated locally by ROV, thus dispensing with the diving activity.
  • FIG. 2 which illustrates a general view of the automated retraction mechanism of the wedges installed on the upper cone of the support tube, with indications: camshaft crown (1), drive spindle (2), hydraulic actuator (3), rollers ( 4), springs (5), rods (6), wedges (8), cone (9), and cams (10);
  • the mechanism for retracting the wedges (8) of a rigid riser support ( Figure 2) consists of a cam-holder crown (1), rods (6) with rollers (4), an actuating spindle (2), and springs (5), this system being able to be actuated by ROV, dispensing with the diving activity.
  • the drive spindle (2) can also be replaced by a hydraulic actuator, which can be operated by a panel installed in the UEP itself, also dispensing with the use of ROV for the activities of activating the support.
  • the system makes it possible to move the wedges remotely during pull-in and pull-out operations. It is also possible to use the system in the preparation phase for the pull-in, since it allows activation for tests and cleaning of the handling surfaces.
  • Figure 2 shows the concept overview of the new engine.
  • Camholder crown (1) component responsible for moving the wedges (8). When driven by the spindle (2), the crown (1) rotates around its axis, thus simultaneously moving all the rods (6) through the rollers (4) following the cams (10). The geometry of the cams was defined so that at the beginning of the rotation movement of the crown, the force exerted on the rods (6) is greater, in order to avoid possible locking of the wedges in the working position. After the beginning of the movement, it is expected that the effort required to move the wedges will be progressively smaller. [0018] Drive spindle (2): component driven by ROV through a suitable interface, which transmits to the crown (1) the torque necessary for its rotation and consequent movement of the wedge system. This component can only be mounted when there is a need to drive the system by ROV.
  • Hydraulic actuator (3) responsible for transmitting to the crown (1) the torque necessary for its rotation and consequent movement of the wedge system (8). This actuator enables the remote activation, through a panel in the UEP, of the locking system.
  • Rollers (4) components installed on the rods (6) that follow the cams (10) mounted on the crown. This component transfers the rotation movement of the crown (1) to the translation movement of the rods (6), which in turn move the wedges.
  • Springs (5) help the return of the wedges to the working position, in case there are deposits of marine life that prevent the return by gravity.
  • Rods (6) transfer the translation movement to the wedges.
  • the present invention is able to provide economic and productivity advantages, enabling the reduction of time to start oil production and the waiting time of vessels for pull-in activities. Another advantage is related to health and safety, which is achieved by eliminating shallow diving activities during pull-in and pull-out operations of rigid risers. Finally, the system of this invention (remotely activated camshaft crown) allows testing and cleaning of wedges before pull-in, increasing the reliability of the operation.
  • Figure 5 shows the system with the wedges retracted for testing and cleaning, during the pull-in operation.

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Abstract

A presente invenção apresenta um mecanismo de retração das cunhas de um suporte para riser rígido, constituído por uma coroa porta-carnes (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), um atuador hidráulico (3) e molas (5), podendo este sistema ser acionado por ROV ou remotamente. O sistema da invenção permite a redução de necessidade de mergulho raso e viabiliza interligações de risers rígidos por keelhauling, promovendo competitividade com a solução de risers flexíveis.

Description

“AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO” Campo da Invenção
[0001] A presente invenção está baseada em um conceito de sistema de suportação da tração do riser aplicado a uma UEP. O mecanismo da invenção pode viabilizar a redução da necessidade de mergulho raso nas interligações de risers rígidos, promovendo competitividade com a solução de risers flexíveis.
Descrição do Estado da Técnica
[0002] A BSMF (Boca de Sino Multifuncional- PI 0902469-7), é o conceito base estabelecido para um novo dispositivo de suportação de risers, desenvolvido pela Petrobras, que deveria apresentar a versatilidade de permitir a utilização de risers flexíveis ou rígidos, podendo a interligação ser realizada por bombordo ou boreste da UEP.
[0003] Particularmente no caso da suportação de risers rígidos, a BSMF pode ser considerada como uma primeira abordagem de tubo suporte, onde a terminação de topo do riser, comumente denominada de Hang-Off Adaptor (HOA), contém uma junta flexível ou stressjoint acoplada em sua parte inferior. A tração do riser é ancorada no cone superior da BSMF, sendo esse esforço transmitido por cunhas que, no estágio de desenvolvimento inicial do conceito da BSMF, seriam instaladas por mergulho raso. Os esforços laterais oriundos do riser seriam suportados por um anel de travamento localizado na parte inferior do tubo suporte.
[0004] Um mecanismo de automatização do suporte de risers rígidos será apresentado nesta invenção, de modo a aumentar o nível de segurança e confiabilidade nas operações submarinas de pull-in e pull-out, diminuindo as atividades de mergulho raso, que são de alta periculosidade.
[0005] Particularmente para a operação de pull-out, no suporte de risers rígidos original (BR 10 2020 010231-1) foi desenvolvido um conceito de mecanismo de retração das cunhas (8), mostrado na Figura 1. O fundamento desse conceito está nas barras (7) que interligam todas as cunhas (8) do cone (9) superior, fazendo com que a estrutura montada tenha apenas um grau de liberdade: o de retração conjunta de todas as cunhas. Com o acionamento do atuador que está conectado com uma cunha através de uma haste ocorre o movimento de todas as cunhas simultaneamente. Com a retração das cunhas fica possibilitada a remoção do Hang-Off Adaptor (HOA) do tubo suporte. O sistema não elimina a operação de mergulho durante as atividades de preparação para pull-in, uma vez que são necessários limpeza e teste do sistema de cunhas.
[0006] O documento US2012070225A1 revela um conjunto conector que pode ser usado para ligar um anel de tensão a uma junta telescópica em um riser pelo uso de uma configuração inferior de dogs hidraulicamente atuados. Um conjunto de hang-off dogs acionados hidraulicamente no conjunto de conectores pode ser utilizado para ligar o anel de tensão a uma estrutura de desvio montada numa plataforma. Para evitar o desengate acidental dos hang- off dogs, é utilizado um anel de bloqueio acionado hidraulicamente para proporcionar uma parada positiva contra a parte de trás dos hang-off dogs.
[0007] O documento W02017034409A1 revela um sistema para travamento de um riser em um tubo suporte em uma plataforma flutuante. Um tubo suporte é instalado por uma conexão estrutural ao casco de uma unidade flutuante. O sistema de travamento possui seis dobradiças distribuídas pela periferia do tubo suporte. O tubo suporte possui um colar que é preso pelas dobradiças quando as referidas dobradiças estão em posição para travamento.
[0008] O documento WO2014179732A2 revela uma ferramenta utilizada para fixar a extremidade de risers de topo. A ferramenta possui uma base e um anel que é móvel em relação à base, e possui uma pluralidade de acoplamentos, em que cada acoplamento possui uma ranhura. A ferramenta ainda inclui orelhas configuradas para fixar a ferramenta a uma unidade superior através de cabos. Um atuador está disposto entre a base e o anel. O anel é móvel em relação à base à medida que o atuador se desloca entre uma posição estendida e uma posição retraída. O atuador pode ser um cilindro hidráulico, um cilindro pneumático, um motor ou outro dispositivo de acionamento do estado da técnica. A ferramenta inclui membros de fixação, ligados de forma pivotante à base através de um membro de suporte e um pino. O elemento de fixação é configurado para girar em torno do pino à medida que o anel se desloca em relação à base.
[0009] As anterioridades apresentadas são dispositivos capazes de fixar a extremidade superior do riser de topo a uma unidade de produção; porém, não eliminam a atividade de mergulho.
[0010] Diante das dificuldades presentes no Estado da Técnica citado acima, em particular para soluções de automatização de suporte para riser rígido, surge a necessidade de desenvolver uma tecnologia capaz de atuar de maneira eficaz e que esteja de acordo com as diretrizes ambientais e de segurança. As anterioridades citadas não possuem as características únicas desta invenção que serão apresentadas detalhadamente a seguir.
Objetivo da invenção
[0011] É um objetivo da invenção fornecer um mecanismo de automatização do suporte de risers rígidos, para a realização das atividades de pull-in e pullout.
Descrição Resumida da Invenção
[0012] Esta invenção apresenta um mecanismo de retração das cunhas (8) de um suporte de risers rígidos (Figura 2), constituído por um cone (9), uma coroa porta-cames (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), e molas (5), podendo esse sistema ser operado remotamente através do atuador hidráulico (3), ou acionado localmente por ROV, dispensando-se assim a atividade de mergulho.
Breve Descrição dos Desenhos
[0013] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de sua realização. Nos desenhos, têm-se: - A Figura 1 , a qual ilustra o conceito de suporte de Hang-Off Adaptor (HOA) desenvolvido pela Petrobras, sendo indicados: atuador (3), haste (6), barra de mecanismo (7), cunhas (8), e cone (9);
- A Figura 2, a qual ilustra uma visão geral mecanismo de retração automatizada das cunhas instalado no cone superior do tubo suporte, sendo indicados: coroa porta-cames (1), fuso acionador (2), atuador hidráulico (3), roletes (4), molas (5), hastes (6), cunhas (8), cone (9), e cames (10);
- A Figura 3, a qual ilustra o mecanismo de retração automatizada das cunhas com atuação por ROV;
- A Figura 4, a qual ilustra o mecanismo de retração automatizada das cunhas por acionamento hidráulico;
- A Figura 5, a qual ilustra o sistema com as cunhas retraídas para teste e limpeza, em operação de pull-in;
- A Figura 6, a qual ilustra o HOA sendo puxado através do cone pelo cabo de pull-in. O sistema de cunhas está na posição fechada;
- A Figura 7, a qual ilustra o HOA acionando as cunhas durante a passagem pelo cone, em operação de pull-in-,
- A Figura 8, a qual ilustra as cunhas retornando por gravidade e pelo efeito da mola para a posição fechada, em operação de pull-in;
- A Figura 9, a qual ilustra o HOA sendo posicionado sobre as cunhas, sendo esta a posição de trabalho, em operação de pull-in;
- A Figura 10, a qual ilustra a elevação do HOA pelo cabo do guincho de pull-in, em operação de pull-out;
- A Figura 11 , a qual ilustra o acionamento do mecanismo de retração automatizada das cunhas através do atuador hidráulico (a), ou por ROV (b), em operação de pull-out;
- A Figura 12, a qual ilustra o movimento das cunhas até a posição retraída, em operação de pull-out; - A Figura 13, a qual ilustra o HOA podendo ser baixado e consequentemente retirado do cone superior, em operação de pull-out.
Descrição Detalhada da Invenção
[0014] Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificativo e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficarão claras para um técnico no assunto, a partir da leitura desta descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais abaixo.
[0015] No sistema da presente invenção, o mecanismo de retração das cunhas (8) de um suporte de risers rígidos (Figura 2) é constituído por uma coroa porta-cames (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), e molas (5), podendo esse sistema ser acionado por ROV, dispensando-se assim a atividade de mergulho. O fuso acionador (2) também pode ser substituído por um atuador hidráulico, o qual pode ser operado por um painel instalado na própria UEP, dispensando também o uso de ROV para as atividades de acionamento do suporte. O sistema possibilita a movimentação das cunhas remotamente durante as operações de pull-in e pull-out. Também é possível a utilização do sistema na fase de preparação para o pull-in, uma vez que permite o acionamento para testes e limpeza das superfícies de movimentação. A Figura 2 mostra a visão geral do conceito do novo mecanismo.
[0016] A seguir serão descritos os principais componentes do mecanismo de retração automatizada das cunhas.
[0017] Coroa porta-cames (1): componente responsável pela movimentação das cunhas (8). Quando acionado pelo fuso (2), a coroa (1) gira ao redor de seu eixo, movimentando assim simultaneamente todas as hastes (6) através dos roletes (4) seguidores dos cames (10). A geometria dos cames foi definida para que no início do movimento de rotação da coroa a força exercida sobre as hastes (6) seja maior, de modo a evitar eventual travamento das cunhas na posição de trabalho. Após o início do movimento é esperado que o esforço necessário para o deslocamento das cunhas seja progressivamente menor. [0018] Fuso acionador (2): componente acionado por ROV através de uma interface adequada, que transmite para a coroa (1) o torque necessário para o seu giro e consequente movimento do sistema de cunhas. Esse componente pode ser montado somente quando houver necessidade de acionamento do sistema por ROV.
[0019] Atuador hidráulico (3): responsável por transmitir para a coroa (1) o torque necessário para o seu giro e consequente movimento do sistema de cunhas (8). Esse atuador possibilita o acionamento remoto, através de painel na UEP, do sistema de travamento.
[0020] Roletes (4): componentes instalados nas hastes (6) que seguem os cames (10) montados da coroa. Esse componente transfere o movimento de rotação da coroa (1 ) para o movimento de translação das hastes (6), que por sua vez movimentam as cunhas.
[0021] Molas (5): auxiliam o retorno das cunhas para a posição de trabalho, no caso de haver depósitos de vida marinha que impeçam o retorno por gravidade.
[0022] Hastes (6): transferem o movimento de translação para as cunhas.
[0023] A seguir será descrita a operação do mecanismo de retração automatizada das cunhas.
[0024] Existem dois modos de atuação do mecanismo: remotamente, através do atuador hidráulico (3) acionado por painel instalado na UEP (Figura 4), ou através de fuso (2) acionado localmente por ROV (Figura 3). Quando o acionamento é feito através do atuador hidráulico (3), é necessário que o fuso (2) não esteja montado, pois este travaria o sistema. No caso do acionamento pelo fuso (2), o atuador hidráulico (3) poderá estar montado, uma vez que o circuito hidráulico pode ser despressurizado remotamente, fazendo com que o atuador (3) não trave o mecanismo.
[0025] No modo de acionamento por ROV, para a operação do sistema, é necessária a montagem e atuação do fuso (2) com auxílio de ROV através de uma interface adequada no Ponto A, conforme mostrado na Figura 3. Com o acionamento do fuso (2), ocorre a transferência do torque para a coroa porta- cames (1), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinal, conforme indicado pelo Ponto C. Através dos cames (10) montados na coroa (1) acontece a transferência d de rotação para a translação das hastes (6) pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10), conforme indicado pelo Ponto D. Com o acionamento das hastes (6) ocorre a abertura das cunhas (8), fazendo o destravamento do HOA (Hang-Off Adaptor).
[0026] No modo de acionamento por atuador hidráulico, para a operação do sistema, é necessário pressurização do cilindro hidráulico (3) indicado no Ponto A, conforme mostrado na Figura 4. Nesse modo de operação o fuso (2) não está montado, conforme mostrado pelo Ponto B. Com o movimento de translação do atuador (3), ocorre a transferência do torque para a coroa porta-cames (1), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinal, conforme indicado pelo Ponto C. Através dos cames (10) montados na coroa, acontece a transferência da rotação para a translação das hastes (6), pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10), conforme indicado pelo Ponto D. Com o acionamento das hastes (6) ocorre a abertura das cunhas (8), fazendo o destravamento do HOA.
[0027] A presente invenção é capaz de proporcionar vantagens econômicas e de produtividade, viabilizando a redução do tempo para o início da produção de óleo e do tempo de espera de embarcações para atividades de pull-in. Outra vantagem é relacionada à saúde e segurança, que é alcançada pela eliminação de atividades de mergulho raso durante as operações de pull-in e pull-out de risers rígidos. Por fim, o sistema desta invenção (coroa porta-cames acionada remotamente) permite a realização de testes e limpeza de cunhas antes do pull- in, aumentando a confiabilidade da operação.
[0028] Na Figura 5 está ilustrado o sistema com as cunhas retraídas para teste e limpeza, durante operação de pull-in.
[0029] A sequência da Figura 6 até a Figura 9 resume a atividade de pull-in com o auxílio do sistema automatizado de movimentação das cunhas. A sequência da Figura 10 até a Figura 13 resume a atividade de pull-out com o auxílio do sistema automatizado de movimentação das cunhas.

Claims

Reivindicações
1- AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, caracterizado por compreender uma coroa porta-cames (1), hastes (6) com roletes (4), um fuso acionador (2), e molas (5).
2- AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fuso acionador (2) ser substituído por um atuador hidráulico (3).
3- AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por possuir dois modos de atuação: remotamente através do atuador hidráulico (3) acionado por painel instalado na UEP, ou através de fuso (2) acionado localmente por ROV.
4- AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo acionamento local por ROV ser realizado através de uma interface adequada (Ponto A) que rotaciona o fuso (2), transferindo o torque para a coroa porta-cames (1 ), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinai (Ponto C).
5- AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelos cames (10) montados na coroa (1) fazerem a transferência da rotação para a translação das hastes (6) pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10) (Ponto D), realizando o movimento de abertura das cunhas (8) e destravando o HOA.
6- AUTOMATIZAÇÃO DE SUPORTE PARA RISER RÍGIDO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo acionamento do atuador hidráulico (3) (Ponto A) ser realizado através do movimento de translação do atuador (3), transferindo o torque para a coroa porta-cames (1 ), que por sua vez gira no sentido horário ao redor do seu eixo longitudinal (Ponto C), transferindo a rotação para a translação das hastes (6) pelo movimento dos roletes (4) sobre os cames (10) (Ponto D), realizando a abertura das cunhas (8) e destravando o HOA.
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