WO2024095248A1

WO2024095248A1 - Mecanismo de acoplamento e suportação de enrijecedor de curvatura com acionamento externo único

Info

Publication number: WO2024095248A1
Application number: PCT/IB2023/061657
Authority: WO
Inventors: Bruno PINHO DOS REIS; Jorge Gomes DE MELO MEDEIROS; Joao Luis BATISTA DA SILVA; Gilnei RECKZIEGEL; Claudio VIOLANTE FERREIRA
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2023-11-17
Publication date: 2024-05-10

Abstract

A presente invenção está relacionada a mecanismos de acoplamento/ desacoplamento e suportação para a conexão de Enri j ecedores de Curvatura em Bocas de Sino e tem como obj etivos otimizar as operações de pull-in e pull-out, reduzir o custo e prazo operacional e, também, a substituição total de mergulho raso por operações sem HHER as sociado, tais como as realizadas com veículos operados de modo remoto (ROVs ). A solução proposta prevê um mecanismo de acoplamento/ desacoplamento e suportação de Enri j ecedor de Curvatura que compreende um meio de acionamento frontal, com a característica de ser facilmente acessado e operado por ROVs; dessa forma, substituindo os múltiplos mecanismos de linguetas anteriormente utilizados.

Description

MECANISMO DE ACOPLAMENTO E SUPORTAÇÃO DE ENRIJECEDOR DE CURVATURA COM ACIONAMENTO EXTERNO ÚNICO Campo da Invenção: [001]A presente invenção está relacionada à indústria de petróleo e gás; mais especificamente, ao sistema de produção de petróleo e gás em águas profundas. Segundo este sistema, são utilizadas tecnologias, mecanismos ou dispositivos que fazem uso de risers em suas composições. Dessa forma, o processo de acoplamento entre risers e/ou as demais estruturas é algo de grande relevância neste segmento. Assim, mais particularmente, a presente invenção está relacionada a mecanismos de acoplamento e suportação para a conexão de Enrijecedores de Curvatura em Bocas de Sino. Fundamentos da invenção: [002]Usualmente, risers flexíveis são interligados a plataformas de produção de petróleo offshore por dispositivos que desacoplam a força de tração do riser dos carregamentos laterais causados por deslocamentos da unidade flutuante, sendo a tração suportada em uma região próxima ao deck da plataforma (Hang-off) e as cargas laterais transferidas para um dispositivo de conexão localizado em uma posição próxima ao fundo do casco da plataforma, havendo um acoplamento deslizante entre tal dispositivo e o riser. Um exemplo típico desse dispositivo de conexão, amplamente empregado, é a chamada Boca de Sino. O desacoplamento entre a tração e os carregamentos laterais dos risers flexíveis fornecem grandes benefícios operacionais para a tecnologia de risers; como por exemplo, o aumento de sua vida útil, não se limitando somente a este. [003]Embora a configuração pós-instalação seja bastante favorável para a vida operacional do riser flexível, a condição submersa da Boca de Sino gera desafios técnicos operacionais para a operação de pull-in e pull-out de risers. Dentre tais desafios estão a baixa eficiência operacional nas etapas de instalação do riser e as condições desfavoráveis para a atuação de mergulhadores em aspectos de segurança (HHER: homem-hora exposto ao risco). [004]Quanto à baixa eficiência operacional, analisando- se as maiores causas de tempo não produtivo (TNP) de embarcações do tipo PLSVs (Pipe Laying Support Vessels), constatou-se uma grande perda de tempo devido a condições ambientais impeditivas para execução de mergulho raso durante as operações de pull-in, sendo a operação de mergulho necessária para garantir a correta conexão do Enrijecedor de Curvatura na Boca de Sino. De forma a diminuir o TNP, identificou-se que uma das ações apropriadas seria o desenvolvimento de uma nova Boca de Sino, de maneira a reduzir o esforço resistente à conexão do Enrijecedor de Curvatura, aumentando a confiabilidade dessa operação e eliminando a necessidade de mergulho raso em paralelo com o PLSV. [005]Quanto às condições desfavoráveis para atuação de mergulhadores, a Boca de Sino está usualmente posicionada em uma lâmina d´água rasa, em uma região com forte influência de ondas e escoamentos induzidos pela movimentação da plataforma de produção. Além do mergulho ser uma atividade intrinsecamente perigosa, o uso de equipamentos que prevejam a atuação por mergulhador nessa região, associado a elevadas movimentações de massa d´água, trazem riscos adicionais à integridade física do mergulhador. É importante registrar que o mergulho raso foi mapeado recentemente como uma das atividades laborais com maior risco à integridade física do profissional, havendo inclusive registros de acidentes fatais nos últimos anos. Estado da técnica: [006]As primeiras Bocas de Sino, conforme revelado no documento US5947642, utilizavam a filosofia de sempre exigir mergulho raso durante as operações de instalação e desinstalação do riser. Em um momento prévio à chegada do PLSV e a consequente transferência do riser para a plataforma, o mergulho era necessário para verificar o funcionamento do mecanismo de travamento da Boca de Sino. [007]Durante a transferência do riser do PLSV para a plataforma, o mergulho raso instalava talhas, conectando o Enrijecedor de Curvatura ao casco da plataforma, para impedir a queda do Enrijecedor de Curvatura caso houvesse uma ruptura prematura dos cabos fusíveis de pull-in por uma sobrecarga devido à excessiva interferência no acoplamento do riser na Boca de Sino. Após a conclusão da operação de pull-in, o mergulhador posicionava os Dogs da Boca de Sino na posição travada e removia as talhas que evitariam a queda do Enrijecedor de Curvatura. [008]Com o advento da Boca de Sino Diverless (BSDL), conforme pode ser observado no documento BR102018011452-2, as limitações listadas acima foram ultrapassadas com o desenvolvimento de um mecanismo de travamento utilizando linguetas, o que elimina a necessidade de atuação de mergulho raso durante as operações de pull-in, não sendo mais necessária a etapa de travamento pelos mergulhadores. Além disso, a geometria otimizada do Capacete do Enrijecedor de Curvatura reduz os esforços resistentes durante o processo de acoplamento, aumentando a confiabilidade de dimensionamento dos cabos fusíveis e assim evitando a necessidade de instalação de talhas. [009]Apesar dos avanços listados acima, o desenvolvimento da BSDL priorizou o aumento de eficiência operacional durante a operação de pull-in. Com relação aos aspectos relacionados à segurança do mergulhador, apesar dos significativos aprimoramentos realizados para a interface homem- equipamentos, a BSDL ainda exigia atuação de mergulho raso durante as operações de desconexão do riser (pull-out). [0010]Para solucionar este problema, desenvolveu-se um sistema de atuação hidráulica cuja unidade é acoplada a cada um dos mecanismos de lingueta, exigindo assim até 8 atuadores por BSDL, cuja potência hidráulica é fornecida, via umbilical de controle, pelo sistema de HPU da plataforma. [0011]Mesmo com as melhorias significativas, o conjunto de soluções acima (BSDL e a Atuação Hidráulica) ainda possui algumas lacunas que podem ser aprimoradas, tanto do ponto de vista econômico (redução do custo do equipamento) quanto do ponto de vista de segurança com, por exemplo, a substituição total de mergulho raso por operações sem HHER associado, mediante o uso de veículos operados de modo remoto (ROVs). Tais melhorias devem estar relacionadas principalmente com as seguintes situações: - Caso exista uma falha da atuação hidráulica pela plataforma, o mecanismo de manopla (previsto na BDSL) permanece como um backup com mergulho, pois as manoplas não apresentam geometria otimizada para operações com ROV. Além disso, devido ao tamanho típico de ROVs e ao alcance limitado quando comparado à manipulação humana, algumas manoplas não ficam acessíveis por esse método de acionamento. Logo, haveria necessidade de apoio por mergulho devido às limitações de acesso. - Uma importante redução no número de atuadores/componentes de suportação permitiria que apenas um sistema de atuação, podendo este ser mecânico ou hidráulico, efetuasse a abertura/fechamento do sistema de suportação do Enrijecedor de Flexão. [0012]Dessa forma, avaliando o supracitado é notório que os pontos abordados abrem espaço para soluções que mitiguem tais limitações, como a difícil execução de operação das manoplas por ROV em caso de falha devido inclusive à localização das manoplas e à unificação do sistema de atuação para suportação. [0013]Assim, avaliando-se o conceito geral da BSDL, em conjunto com o esquemático de Bocas de Sino adjacentes, observa-se que, em caso de falha da atuação hidráulica pela plataforma, as operações das manoplas por ROV seriam de difícil execução, uma vez que tal dispositivo foi desenvolvido para interface humana. Além disso, algumas manoplas ficam localizadas em uma região de difícil acesso por ROV. [0014]O Estado da Técnica revela ainda outros documentos relacionados ao objeto da presente invenção. [0015]O documento US7967070 revela um conector a ser utilizado em estruturas submarinas, o qual possui um eixo, e compreende um funil e conjunto de travas, sendo um dos objetivos inibir o movimento indesejado entre o conjunto e seus componentes. O conjunto de travas inclui uma placa de base, uma placa de came e/ou outros componentes que operam para travar o conjunto ao eixo. Particularmente, a placa came apresenta apenas função de comando para travar ou destravar dogs de travamento. Ademais, o conector em uma de suas modalidades pode ser instalado utilizando um veículo operado remotamente (ROV) e sem a utilização de mergulhadores. [0016] O documento US8573305 revela um sistema de liberação automática para um riser, o qual inclui um conjunto de funil guia que recebe um eixo acoplado ao riser. O método proposto nesse documento prevê que toda a operação seja manipulada por ROV. [0017]O documento PI1106877-9 revela um acessório para instalação e posicionamento de linhas conectadas ao casco de unidades de produção de petróleo. A tecnologia proposta permite assegurar o acoplamento do conjunto formado por Capacete e Restritor de Curvatura à Boca de Sino. [0018]O documento BR102018011452-2 revela um sistema de encaixe entre um Enrijecedor de Curvatura e uma Boca de Sino, o qual compreende travamento automático confiável a ponto de ser dispensada a etapa de mergulho raso nesta operação. Nesse documento, é revelado um sistema de acoplamento entre um Enrijecedor de Curvatura e uma Boca de Sino compreendendo uma pluralidade de mecanismos de travamento em que cada mecanismo de travamento é fixado externamente à Boca de Sino e compreende uma lingueta móvel posicionada de modo inclinado para baixo, em que a lingueta acessa o interior da Boca de Sino e é acionada por um elemento elástico adaptado para exercer pressão na lingueta no sentido do interior da Boca de Sino. Particularmente, o documento não apresenta um mecanismo compatível com operações de pull-in/pull-out por ROV. [0019] Apesar dos documentos citados no Estado da Técnica revelarem matéria relacionada com a matéria da presente invenção, esses documentos revelam aplicações diferentes, como por exemplo: a conexão temporária de pull- in entre o Bend Stiffener e a Cabeça de Tração. [0020]A invenção proposta permite realizar o acoplamento automático do conjunto capacete-bend stiffener com a Boca de Sino durante o pull-in do riser, operação esta que compreende particularidades consideravelmente distintas em relação ao que foi proposto no Estado da Técnica, notadamente pela simplificação dos dispositivos de travamento da Boca de Sino. [0021]Como principal inovação, para o procedimento de desconexão do riser, pull-out, a invenção proposta permite realizar o desacoplamento do Bend Stiffener da Boca de Sino durante o pull-out do riser sem utilizar mergulhadores, já que seria totalmente operável através de veículo operável de modo remoto (ROV). Objetivos da invenção: [0022]A presente invenção está relacionada a mecanismos de acoplamento/desacoplamento e suportação para a conexão de Enrijecedores de Curvatura em Bocas de Sino e tem como objetivos reduzir o custo operacional pela redução do custo de aquisição de suportes de risers (simplificação de componentes e redução do número de atuadores) e, também, a substituição total de mergulho raso por operações sem HHER associado, como por exemplo, com o uso de veículo operável de modo remoto (ROV). A solução proposta prevê um mecanismo de acoplamento/desacoplamento e suportação de Enrijecedor de Curvatura que compreende meio de acionamento frontal, com a característica de ser facilmente acessado e operado por ROVs; dessa forma, substituindo os múltiplos mecanismos de linguetas anteriormente utilizados. Breve descrição das figuras: [0023]A Figura 1 ilustra o mecanismo de acoplamento/desacoplamento e suportação de Enrijecedor de Curvatura contendo o meio de acionamento frontal, conforme a presente invenção. [0024]A Figura 2 ilustra o mecanismo de acoplamento/desacoplamento e suportação de Enrijecedor de Curvatura identificando o corpo estrutural da Boca de Sino, o Capacete do Enrijecedor de Curvatura, e as regiões que são impactadas pelo mecanismo de travamento. [0025]A Figuras 3A e 3B ilustram o mecanismo de garfo articulado para suportação do Capacete do Enrijecedor de Curvatura nas modalidades fechado e aberto respectivamente, conforme a presente invenção. [0026]A Figura 4 ilustra outras quatro variações possíveis do mecanismo de Garfo Articulado que pode ser aplicado nas modalidades fechado e aberto, conforme a presente invenção. [0027]A Figura 5 ilustra o mecanismo de Garfo Articulado para suportação do Capacete do Enrijecedor de Curvatura durante operação de pull-in, conforme a presente invenção. [0028]A Figura 6 ilustra o mecanismo de Garfo Articulado para suportação do Capacete do Enrijecedor de Curvatura na posição fechada, conforme a presente invenção. [0029]A Figura 7 ilustra o mecanismo de Garfo Articulado para suportação do Capacete do Enrijecedor de Curvatura na posição aberta durante operação de pull-out, conforme a presente invenção. Descrição detalhada da invenção: [0030]Uma visão geral do mecanismo de acoplamento e suportação de Enrijecedor de Curvatura proposto nesta invenção está apresentada na Figura 1. De maneira geral, a geometria externa da Boca de Sino é semelhante à da BSDL; porém, substituindo-se os múltiplos mecanismos de linguetas por um meio de acionamento frontal M, com a característica de ser facilmente acessado e operado por ROVs. [0031]Conforme comentado anteriormente, o corpo estrutural da Boca de Sino 1, assim como o Capacete do Enrijecedor de Curvatura 2, pouco se alteram em relação ao descrito na BSDL (documento BR102018011452-2), salvo nas regiões impactadas pelo novo mecanismo de travamento proposto pela presente invenção e conforme representado pela região R destacada na Figura 2. [0032]As múltiplas linguetas da BSDL, responsáveis pela suportação do Capacete do Enrijecedor de Curvatura 2, são substituídas por um Garfo Articulado 3, pivotado em um Eixo 4, com posição fixa na Boca de Sino, conforme ilustrado nas Figuras 3A e 3B. A posição natural do Garfo Articulado 3 é na condição fechada; isto é, suportando o Capacete 2, conforme ilustrado na Figura 3A. Durante a operação de pull-in, o Capacete 2 atua na abertura do Garfo Articulado 3, permitindo o seu acoplamento no corpo estrutural da Boca de Sino 1, conforme ilustrado na Figura 3B. Após a conexão do Capacete 2, o Garfo Articulado 3 retorna para a sua posição natural com o auxílio de um Elemento de Retorno 6, podendo este ser uma mola helicoidal, tal qual apresentado na Figura 3B. [0033]A configuração apresentada nas Figuras 3A e 3B do mecanismo de Garfo Articulado é a solução preferencial do mecanismo. Entretanto, é importante observar que existem diversas outras configurações para esta solução, tal qual exemplificadas na Figura 4. [0034]De modo a guiar a movimentação do mecanismo durante o processo de pull-in, a estrutura da Boca de Sino 1 é fabricada com Mancais 5 que são posicionados em sua interface com o Garfo Articulado 3. Esses mancais são selecionados com material de propriedades tribológicas adequadas para suportar o peso do Capacete 2 e permitir a movimentação suave do Garfo Articulado 3 em ambiente submerso, conforme ilustrado na Figura 5. [0035]Após concluído o processo de pull-in, de forma a evitar qualquer movimentação espúria do Garfo Articulado 3 durante a operação do riser, uma Trava de Segurança 8 deve ser instalada preferencialmente por ROV para impedir cinematicamente a movimentação do Garfo Articulado 3 e evitar o risco de desconexão não-intencional do Capacete do Enrijecedor de curvatura 2, conforme ilustrado na Figura 6. [0036]Para a operação de pull-out, o ROV acopla um Fuso de Acionamento 7 ao Garfo Articulado 3, de modo que o próprio ROV efetue uma força em sentido contrário àquela realizada pelo Elemento de Retorno 6, permitindo a desconexão do Capacete do Enrijecedor de Curvatura 2, conforme ilustrado na Figura 7. [0037]Como uma configuração alternativa, o Elemento de Retorno 6 pode ser substituído por um cilindro hidráulico com retorno por mola, o que permite a desconexão do Capacete do Enrijecedor de Curvatura 2 remotamente pela plataforma. O retorno por mola é necessário para que o cilindro atue conforme a configuração descrita na Figura 7; isto é, com operação de pull-in automática, sem necessidade de potência hidráulica. [0038]Nesta configuração alternativa há ganhos consideráveis pela não necessidade de operação por ROV em operações de pull-out. Todavia, a possibilidade de uso do Fuso de Acionamento 7 deve ser mantida no projeto, podendo haver a necessidade de operação back-up em caso de falha do cilindro hidráulico. [0039]Portanto, com as modificações propostas a invenção garante vantagens com relação ao Estado da Técnica, sendo estas: redução do custo de aquisição de suportes de risers, principalmente com a simplificação de componentes e redução do número de atuadores; otimização de acesso ao equipamento por ROV, reduzindo o tempo das operações; menor custo de manutenção; compatibilidade de conexão com o capacete da BSDL de primeira geração; substituição de operações de mergulho raso por operações com ROV; redução da quantidade de sistemas hidráulicos que necessitam operar simultaneamente, diminuindo assim a probabilidade de falha global do mecanismo, entre outras.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Mecanismo de acoplamento/desacoplamento e suportação de Enrijecedor de Curvatura com acionamento externo, caracterizado pelo fato de que compreende: um meio de acionamento (M) composto por um Garfo Articulado 3; e Mancais 5 que são posicionados na interface da Boca de Sino 1 com o Garfo Articulado 3. 2. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o Garfo Articulado 3 pivota em um Eixo 4 ao variar entre a posição fechado e a posição aberto. 3. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que durante a operação de pull- in, o Capacete 2 atua na abertura do Garfo Articulado 3. 4. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que após a conexão com o Capacete 2, o Garfo Articulado 3 retorna para a sua posição natural com o auxílio de um Elemento de Retorno 6. 5. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o Elemento de Retorno 6 pode ser uma mola helicoidal. 6. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os mancais são selecionados com material de propriedades tribológicas específicas para a função. 7. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma Trava de Segurança 8 instalada no Garfo Articulado 3. 8. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para a operação de pull-out, um Fuso de Acionamento 7 é acoplado ao Garfo Articulado 3. 9. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o Elemento de Retorno 6 é substituível por um cilindro hidráulico com retorno por mola.