BR102014016364A2

BR102014016364A2 - sistema de atuação compartilhada

Info

Publication number: BR102014016364A2
Application number: BR102014016364A
Authority: BR
Inventors: Alan Zaragoza Labes; Alex Ceccon De Azevedo; Leonardo De Araujo Bernardo
Original assignee: Fmc Technologies Do Brasil Ltda
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-02-10
Also published as: BR112016030446A2; US20170159410A1; EP3165709B1; EP3165709A1; SG10201900739PA; US11085275B2; WO2016000057A1; SG11201610956VA; BR112016030446B1

Abstract

sistema de atuação compartilhada a presente invenção trata de um sistema de atuação compartilhada destinado a posicionar ferramentas sobre qualquer interface de válvulas submersas em uma estação de produção de petróleo localizadas em uma estrutura de "manifold". dito sistema compreende uma ferramenta de atuação (2) que se desloca através de juntas rotativas (3, 4, 5) e elementos estruturais (6, 7), os quais possuem perfil hidrodinâmico e conectam-se a um elemento vélico (8) adequado para movimento no ambiente submerso.

Description

“SISTEMA DE ATUAÇÃO COMPARTILHADA” Campo da Invenção [01] A presente invenção trata de um sistema de atuação compartilhada destinado a posicionar ferramentas sobre qualquer interface de válvulas submersas em uma estação de produção de petróleo localizada em uma estrutura do tipo “manífold”.

Histórico da Invenção [02] São conhecidos diversos sistemas de atuação remota de válvulas submarinas aplicados em “manifolds” submarinos. Um exemplo compreende um sistema de controle, geralmente eletro-hidráulico, para controle de atuadores, geralmente hidráulicos, para cada válvula. Dito sistema de controle consiste em um módulo de controle submarino compreendido em uma tubulação de alta pressão conectada entre os atuadores e o módulo de controle submarino, um sistema de compensação composto por uma tubulação de baixa pressão contendo uma câmara de volume variável, tal sistema de compensação compreendido em um umbilical que conecta o suprimento de fluido hidráulico do módulo de controle submarino à unidade de superfície, sendo que esse umbilical contém cabos elétricos para fornecimento de potência elétrica e transmissão de sinais ao módulo de controle submarino localizado em uma unidade de potência hidráulica na superfície, e em uma unidade de potência elétrica e no controle do módulo de controle submarino, localizados superfície. [03] Um inconveniente encontrado nessa técnica é o peso e as dimensões finais dos “manifolds” submarinos, que com o aumento da quantidade de válvulas, juntamente com o aumento das pressões de trabalho e profundidade, resultam no aumento do peso e das dimensões dos “manifolds” submarinos. Outro inconveniente da técnica é o extenso tempo necessário para a instalação da tubulação do sistema de controle eletro-hidráulico que implica no aumento do prazo de fabricação dos “manifolds”, além do custo associado aos equipamentos necessários como os atuadores hidráulicos, o módulo de controle submarino, o umbilical eletro-hidráulico e a unidade de potência hidráulica. [04] Uma alternativa a essa técnica acima descrita, porém atualmente utilizada com menor frequência, é a utilização de atuadores elétricos submarinos. De acordo com esta técnica, cada válvula do “manifold” a ser controlada remotamente contém um atuador elétrico conectado a um sistema de controle elétrico. Tal sistema de controle elétrico consiste em uma rede de distribuição elétrica no “manifold” para fornecimento de potência e sinais aos atuadores, conectada a um umbilical com cabos elétricos que conecta o sistema submarino a uma unidade de potência elétrica e controle situada na superfície. [05] Uma vantagem apresentada por essa segunda técnica é redução do prazo de fabricação do “manifold”, visto que não é necessária a instalação do sistema de controle hidráulico no “manifold”. Em contrapartida, apesar de se reduzir os custos do sistema, uma vez que elimina os custos decorrentes do umbilical hidráulico, da unidade de potência de superfície e do módulo de controle submarino, o emprego de um atuador elétrico por válvula torna esse sistema muito mais custoso que a primeira opção, visto que tais atuadores são equipamentos de alto custo de mercado. [06] Uma terceira alternativa conhecida consiste em um sistema de atuação compartilhada (SAC). Tal sistema consiste no emprego de uma estrutura localizada ao longo de uma face do “manifold” com uma ferramenta de atuação que é deslocada por um mecanismo até à interface de cada válvula no momento de sua atuação. Nessa alternativa, o “manifold” contém somente válvulas mecânicas sem atuação remota e todo o sistema de atuação é realizado pelo SAC. O mecanismo que desloca a ferramenta de atuação o faz através de um sistema de posicionamento cartesiano movido por pistões hidráulicos sobre trilhos e operado por um sistema de controle eletro-hidráulico. A posição da ferramenta de atuação é verificada através de sensores de posição e vazão localizados no SAC. A ferramenta de atuação consiste em um dispositivo que possibilita a interface com a haste da válvula e aplica torque através de um sistema de potência hidráulica. O número de voltas aplicado é verificado através do fluxo passante pela ferramenta. O sistema de controle eletro-hidráulico compreende uma tubulação hidráulica conectada ao SAC, um módulo de controle eletro-hidráulico submarino, um sistema de compensação do SAC, um umbilical contendo mangueiras e cabos elétricos para fornecimento de fluido, potência elétrica e sinais, conectados a unidade de pressão hidráulica na superfície e a unidade de potência elétrica e controle também localizadas na superfície. O SAC pode ser instalado separadamente e removido do “manifold” para reparo, caso necessário. Essa, como é conhecida pelos versados na arte, foi utilizada somente uma única vez na indústria para a atuação remota de válvulas. [07] Apesar dessa terceira técnica procurar minimizar os inconvenientes da primeira e segunda técnica, através de um sistema de atuação compartilhada, ainda estão presentes os custos do módulo de controle submarino, umbilical hidráulico e unidade de potência hidráulica de superfície. Um outro inconveniente apresentado por essa técnica consiste na característica construtiva de posicionamento cartesiano do sistema que impõe que o equipamento tenha as mesmas dimensões que o plano onde estão contidas as válvulas. Tal requisito torna o equipamento pesado e de difícil instalação e remoção em caso de falha ou manutenção. Adicionalmente, a grande dimensão do equipamento compromete a integração do sistema de atuação compartilhada com o “manifold", tornando-a complexa e difícil ou quase impossível se promover intercambialidade. [08] Outros sistemas de controle de dispositivos submarinos são descritos no estado da técnica. O pedido de patente US 2010042357 revela um sistema e método para determinar a posição de um elemento articulado em relação a um plano, tal sistema podendo ser adaptado para uso submarino. O pedido de patente US 2008109108 revela um sistema de controle para um braço manipulador para ser utilizado em veículos submarinos operados remotamente (ROVs). A patente US 6644410 descreve um sistema de controle modular composto por segmentos independentes para uso em equipamento submarinos, incluindo “manifolds”. O pedido de patente US 2009050328 revela um sistema para instalação submarina de isolamento em linhas de fluxo, conectores e outros equipamentos submarinos de um veículo operado à distância. O pedido de patente EP 1070573 descreve um sistema para a aplicação e monitorização de instalações submarinas, tais como as válvulas de “manifolds”. Entretanto, nenhum dos documentos citados revela a matéria objeto da presente invenção, a qual soluciona, vantajosamente, os inconvenientes dos sistemas de atuação remota de válvulas submarinas descritas pelo estado da técnica até o momento, notadamente, o excesso de peso e extensa dimensão do sistema, o alto custo, o elevado prazo de fabricação e as restrições quanto ao reparo e substituição de peças e do equipamento em si. [09] É, portanto, objetivo da presente invenção eliminar ou ao menos minimizar tais problemas do estado da técnica, através de um sistema compreendendo um mecanismo articulado capaz de posicionar sobre qualquer interface de válvula do “manifold” uma ferramenta para sua operação.

Breve Descrição das Figuras [010] A presente invenção será a seguir descrita com referência às figuras em anexo, que representam de uma forma esquemática e não limitativa de seu escopo: [011] Figura 1 - sistema de atuação compartilhada, de acordo com a presente invenção; [012] Figura 2 - vista esquemática da interface do sistema de atuação compartilhada com o “manifold”, de acordo com a presente invenção; [013] Figura 3 - vista esquemática do mecanismo de redução de peso do sistema de atuação compartilhada, de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [014] De acordo com as citadas figuras, observa-se que o sistema de atuação compartilhada (1) de acordo com a presente invenção compreende uma ferramenta de atuação (2) que se desloca através de juntas rotativas (3, 4, 5) e elementos estruturais (6, 7). Tais elementos estruturais (6, 7) possuem perfil hidrodinâmico e conectam-se a um elemento vélico (8) que auxilia o movimento no ambiente submerso. O sistema de atuação compartilhada articulado para movimentação da ferramenta conforme a presente invenção confere características que lhe permite possuir somente uma interface para fixação do sistema no “manifold”, ao contrário do mecanismo cartesiano proposto pela configuração previamente descrita para o sistema de atuação compartilhada do estado da técnica. [015] A interface do “manifold” com o sistema de atuação compartilhada da presente invenção é realizada através do contato de um único elemento no sistema de atuação e um único elemento no “manifold”. Em uma caracterização da presente invenção, dito elemento no sistema de atuação constitui-se de um pino (9) e dito elemento no “manifold” constitui-se um funil (10). Essa característica confere ao sistema a vantagem de permitir sua integração ao “manifold” somete ao final de sua montagem e, ainda, a intercambialidade entre sistemas e “manifolds”. Tal característica é extremamente relevante em situações de fabricação em escala e substituição de unidades defeituosas. [016] Além disso, a simplificação da interface com o “manifold” confere vantagens evidentes quando da operação de substituição do sistema no fundo do mar por veículos operados remotamente (ROVs). Tal vantagem é consequência do emprego de uma conexão de única interface, ao invés de múltiplas, permitindo fácil instalação e remoção do sistema. Adicionalmente, para facilitar a operação de substituição, os elementos estruturais do sistema são construídos em materiais compósitos leves (11) e preenchidos com elementos fíutuadores (12) de forma que o peso submerso da unidade seja em média menor que 100 kg, peso este limite aceitável pela maioria dos operadores de ROV para içamento com os manipuladores. [017] Outras vantagens conferidas pelos sistemas articulados referem-se à proteção dos mecanismos responsáveis pelo movimento quanto à corrosão, crescimento de depósitos de calcário e magnésio decorrente de sistemas de proteção catódica e crescimento de vida marinha. Neste sistema, o movimento é executado através de juntas rotativas motorizadas e elementos estruturais que transformam o movimento rotativo das juntas em translação da extremidade onde a ferramenta de atuação se encontra. Desta forma, todos os componentes que compõe o mecanismo e possuem partes móveis deslizantes entre si estão contidos nas juntas rotativas. Ditas juntas são elementos lacrados ao meio externo e compensados por óleo lubrificante que protege os elementos dos efeitos descritos acima. Note-se que essa proteção não é possível, ou prática de ser empregada, em mecanismos deslizantes de longo alcance que necessitam de trilhos expostos a água do mar para o deslocamento do mecanismo, conforme contemplados pelo estado da técnica. [018] A estratégia de utilização de juntas rotativas para realização dos movimentos de translação pode ser observada tanto para realização do movimento horizontal, quanto para realização do movimento vertical, através do emprego de um mecanismo de quatro barras. [019] Outra vantagem apresentada pelo sistema de atuação compartilhada da presente invenção consiste na minimização da energia necessária para o movimento do mecanismo. Tal redução é consequente da geometria hidrodinâmica nos elementos estruturais do sistema e da utilização de uma estrutura com formato vélico em posição oposta à dos elementos estruturais de forma que o momento imposto por correntes marinhas atuantes sobre o sistema seja neutralizado. [020] Nesse sentido, o sistema de atuação compartilhada objeto da presente invenção poderá ser vantajosamente aplicado para a execução de outras tarefas além da operação de válvulas, através da inclusão de ferramentas adequadas na estrutura, tais como em sistemas de detecção de vazamentos, câmeras, leitores de sensores, transdutores, dentre outros. Adicionalmente, o referido sistema pode ser expandido para executar tarefas em outros equipamentos submarinos como árvores de natal, plems, plets e outros. Tais equipamentos submarinos são capazes de compreender um ou mais sistemas de atuação compartilhada da presente invenção.

Claims

1. SISTEMA DE ATUAÇÃO COMPARTILHADA, para posicionamento de ferramentas sobre qualquer interface de válvulas submersas em uma estação de produção de petróleo localizada em uma estrutura do tipo “manifold”, caracterizado por compreender uma ferramenta de atuação (2) que se desloca através de juntas rotativas (3, 4, 5) e elementos estruturais (6, 7), os quais possuem perfil hidrodinâmico e conectam-se a um elemento véiico (8) adequado para movimento no ambiente submerso.

2. SISTEMA DE ATUAÇÃO COMPARTILHADA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma interface única com o “manifold” a partir de um único elemento no sistema de atuação, e um único elemento no “manifold”.

3. SISTEMA DE ATUAÇÃO COMPARTILHADA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo elemento no sistema de atuação ser um pino (9) e o elemento no “manifold” ser um funil (10).

4. SISTEMA DE ATUAÇÃO COMPARTILHADA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ditas juntas rotativas (3, 4, 5) são elementos lacrados ao meio externo e compensados por óleo lubrificante para sua proteção no meio submerso.

5. SISTEMA DE ATUAÇÃO COMPARTILHADA, de acordo com as reivindicações precedentes, caracterizado por utilizar materiais compósitos (11) em seus elementos estruturais e elementos flutuadores (12) integrais ao sistema.

6. SISTEMA DE ATUAÇÃO COMPARTILHADA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o peso submerso da unidade seja em média menor que 100 kg.