BRPI0812009B1 - aparelho e método para conexão de tubulação - Google Patents

Description

(54) Título: APARELHO E MÉTODO PARA CONEXÃO DE TUBULAÇÃO (73) Titular: ACERGY FRANCE SAS, Sociedade Francesa. Endereço: 1 Quai Marcei, Dassault, Suresnes, FRANÇA (FR), 92150 (72) Inventor: VINCENT MARCEL GHISLAIN ALLIOT.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 06/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 06/11/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados “APARELHO E MÉTODO PARA CONEXÃO DE TUBULAÇÃO”

DISCUSSÃO DE ANTECEDENTES & CAMPO

A presente invenção refere-se a aparelho de conexão de tubulação, particularmente, porém não exclusivamente, a aparelho de conexão de tubulação para conectar um acoplamento de tubulação de uma primeira estrutura submarina, como uma derivação, tubagem ou terminação de tubulação, a um acoplamento de tubulação de outra tal estrutura por intermédio de arranjo de carretei ou ligação.

Em sistemas de exploração e produção de petróleo e gás, submarinos, modernos, é comum instalar diversas estruturas submarinas no leito marinho e conectar as mesmas juntas quando for necessário o fluxo de produção entre as estruturas. O procedimento para conectar um acoplamento de tubulação em uma estrutura submarina ao de outra pode ser complicado uma vez que pode ser muito difícil posicionar as estruturas submarinas de forma precisa o bastante no leito marinho de tal modo que o acoplamento de tubulação de uma estrutura esteja adequadamente alinhado com aquele da outra. Outro problema encontrado é que a tubulação entre as estruturas tende a flexionar sob o efeito de alterações de temperatura e pressão que podem resultar em movimento indesejável das próprias estruturas e sistema de tubulação bem como cargas de tensão aumentadas.

Em uma tentativa para minimizar esses problemas, é comum fornecer um arranjo de carretei ou ligação entre os acoplamentos nas estruturas. Os termos “carretei” e “ligação” são utilizados nesse contexto para se referir a uma seção de tubulação dimensionada para fazer a conexão entre uma primeira estrutura submarina e uma segunda estrutura submarina. Vários termos estão em uso, e o termo “peça de carretei” será utilizado aqui, sem pretender limitação com relação à forma específica de ligação ou carretei em questão. O tubo do carretei ou ligação neste contexto é essencialmente rígido, porém, pela incorporação de curvas, por exemplo, a peça de carretei, provê um grau importante de flexibilidade para absorver movimento relativo, devido à expansão induzida por pressão ou térmica, entre as duas estruturas.

Os exemplos de estruturas submarinas conectadas por uma peça de carretei poderíam ser uma tubulação e tubo ascendente, uma tubulação e estrutura submarina fixa, ou um par de estruturas fixas como cabeça de poço e tubagem. Será sabido que uma tubulação de leito marinho é genericamente terminada por algum tipo de estrutura para estabilizar o tubo e prover algum suporte à conexão com a peça de carretei, e também fornecer interface adequada entre tubulação/carretel e leito marinho. Tal estrutura é genericamente construída sobre uma estrutura de base incorporando uma ‘esteira de lama’, com o objetivo de fixar o tubo total ou parcialmente, porém, genericamente limitar a liberdade do tubo para se mover em relação ao leito marinho. Isso elimina as incertezas associadas ao solo e sua interface com a tubulação.

A peça de carretei desse modo provê uma conexão para fluxo de fluido entre as estruturas submarinas que compensa qualquer desalinhamento entre os respectivos acoplamentos nas estruturas submarinas. O grau de ajuste, caso haja, fornecido pela peça de carretei individualmente é limitado. Em situações onde o desalinhamento entre as estruturas submarinas é relativamente grande, é comum que uma peça de carretei incômoda e relativamente grande deva ser instalada para obter a conexão necessária entre as estruturas submarinas desalinhadas, e/ou fornecer o grau exigido de flexibilidade. Tais arranjos também requerem que a peça de carretei seja fabricada com níveis de tolerância muito justos, o que pode aumentar os custos e complexidade.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um método de fazer uma conexão com uma tubulação submarina, o método compreendendo:

(a) conectar a tubulação a uma primeira extremidade de uma peça de conexão de tubulação tendo primeira, e segunda, extremidades;

(b) sustentar a peça de conexão de tubulação em uma estrutura de base submarina;

(c) antes ou após a etapa (b) preparar uma segunda tubulação adaptada para conexão à segunda extremidade da peça de conexão e posicionar a segunda tubulação para conexão à segunda extremidade da peça de conexão;

(d) aplicar um ou mais limites ajustáveis para alinhar a segunda extremidade da peça de conexão com a extremidade da segunda tubulação e completar a conexão da peça de conexão com a segunda peça de tubulação; e (e) após completar a conexão remover o limite(s) de modo que a peça de conexão esteja livre para se mover em pelo menos duas dimensões sobre a estrutura de base submarina.

Na instalação acabada a peça de conexão pode estar livre para se mover em relação à estrutura de base com quatro ou cinco graus de liberdade (por exemplo, direções Y, X, ROTX, ROTY, ROTZ) enquanto é sustentada em uma elevação bem definida em uma direção vertical (Z).

O ajuste na etapa (d) pode ser executado utilizando um ou mais acionadores que atuam entre a peça de conexão e a estrutura de base, a estrutura de base permanecendo substancialmente imóvel.

O ajuste na etapa (d) pode incluir ajuste de um ângulo de rolamento da peça de conexão, incluindo rotação da extremidade fixada da primeira tubulação. A ação de rotação pode ser fornecida por um acionador de comprimento variável que se estende entre a estrutura de base e uma barra transversal sustentando um lado da peça de conexão. Preferivelmente, um par de acionadores é fornecido para efetuar rolamento em direções opostas.

O(s) acionador(es) de rolamento pode(m) ser operáveis por veículo operado remoto (ROV). Isso permite que um simples macaco de parafuso ou similar seja fornecido em baixo custo, com sistemas de controle e força motriz sendo fornecidos no ROV.

O(s) acionador(es) de rolamento pode(m) ser removido(s) ou retraído(s) na etapa (e) de modo a deixar a peça de conexão livre para rolamento em resposta a forças operacionais nas tubulações conectadas.

O ajuste na etapa (d) pode incluir ajustar o ângulo de inclinação da peça de conexão por seletivamente elevar ou abaixar a primeira peça de tubulação em relação ao leito marinho.

A etapa de ajuste pode incluir mover lateralmente a primeira extremidade da peça de conexão de tubulação utilizando meio de acionamento transversal, apropriado. O meio de acionamento transversal pode compreender um par de cilindros hidráulicos fornecidos em cada lado da peça de conexão de tubulação. O meio de acionamento transversal pode ser removido ou de outro modo desengatado na etapa (e), deixando a peça de conexão livre para fazer translação em resposta a forças operacionais nas tubulações de conexão.

A peça de conexão pode ser conectada na estrutura de base por um suporte articulado que permite pelo menos dois graus rotacionais de liberdade (como rolamento, de inclinação e/ou guinada).

A estrutura de base inclui, preferivelmente, uma superfície de deslizamento, a peça de conexão sendo sustentada em uma base de deslizamento de modo a permitir translação em duas dimensões paralelas à superfície de deslizamento e rotação em torno de um eixo geométrico perpendicular à superfície de deslizamento.

A base de deslizamento pode ser moldada de forma a fornecer pelo menos um de quatro ou cinco graus de liberdade por rolamento.

O suporte articulado pode incluir pelo menos uma articulação entre a peça de conexão e a base de deslizamento de modo a fornecer pelo menos um de quatro ou cinco graus de liberdade por rotação da articulação.

Muitas estruturas diferentes para o suporte articulado podem ser consideradas, dependendo de quais graus de liberdade devem ser fornecidos pelo formato da base de deslizamento, e quais são fornecidos por articulação entre a base de deslizamento e a peça de conexão. Por exemplo, uma base de deslizamento plano poderia ser acoplada à peça de conexão via uma junta esférica ou junta universal que provê dois ou três graus de rotação além de dois graus de translação fornecidos por deslizamento. No outro extremo uma conexão rígida pode ser fornecida entre a peça de conexão e a base de deslizamento, a base tendo um formato esférico de modo a permitir dois graus rotacionais de liberdade por rolamento na superfície de deslizamento, e dois graus de translação e um grau de rotação de liberdade por deslizamento.

Em uma modalidade preferida descrita adicionalmente abaixo, é fornecido uma ba4 se de deslizamento tendo uma superfície de deslizamento parcialmente cilíndrica para fornecer um primeiro grau rotacional de liberdade por rolamento enquanto fornece dois graus de translação e um segundo grau de rotação de liberdade por deslizamento. A base de deslizamento nessa modalidade é conectada à peça de conexão por uma junta pivô de modo a fornecer um terceiro grau rotacional de liberdade.

A segunda peça de tubulação pode ser uma peça carretei conectando a primeira tubulação através da peça de conexão a uma estrutura de leito marinho, fixa.

A etapa (e) pode incluir remover um limite lateral na peça de conexão de tal modo que possa de deslizamento livremente em duas dimensões e guinada sobre a estrutura de base após instalação. Isso permite que a estrutura de tubulação inteira acomode várias forças operacionais por mover, em vez de por resistência em força e peso ou vãos aumentados de carretei.

A invenção no primeiro aspecto provê ainda um componente de terminação de tubulação que compreende uma peça de conexão de tubulação unida à pelo menos parte do suporte articulado para uso no método da invenção, como exposto acima.

A invenção no primeiro aspecto ainda fornece uma instalação de tubulação submarina, onde uma peça de conexão foi usada por um método como exposto acima.

A invenção em um segundo aspecto provê um dispositivo de terminação de tubulação compreendendo:

Uma peça de conexão de tubulação para conectar uma primeira peça de tubulação a uma segunda peça de tubulação;

Um suporte articulado fornecido na peça de conexão de tubulação para sustentar a mesma em uma base de deslizamento de leito marinho, em que o suporte articulado em uso permite que a orientação da peça de conexão de tubulação seja ajustada em relação à base de deslizamento com pelo menos dois graus rotacionais de liberdade além de translação por deslizamento.

O suporte articulado pode incluir uma base de deslizamento de modo a permitir translação em duas dimensões paralelas à superfície de deslizamento e rotação em torno de um eixo geométrico perpendicular à superfície de deslizamento.

A base de deslizamento pode ser moldada de forma a fornecer pelo menos um dos quatro graus rotacionais de liberdade por rolamento.

O suporte articulado pode incluir pelo menos um pivô entre a peça de conexão e a base de deslizamento de modo a fornecer pelo menos um dos graus rotacionais de liberdade por rotação em torno do pivô.

Muitas estruturas diferentes para o suporte articulado podem ser consideradas, como já discutido acima.

Em uma modalidade preferida, é fornecida uma base de deslizamento tendo uma superfície de deslizamento parcialmente cilíndrica para fornecer um primeiro grau rotacional de liberdade por rolamento enquanto fornece dois graus de translação e um segundo grau rotacional de liberdade por deslizamento. A base de deslizamento nessa modalidade é conectada à peça de conexão por uma junta pivô de modo a fornecer um terceiro grau rotacional de liberdade.

A peça de conexão pode ser dotada de braços de rolamento que se estendem transversalmente, o aparelho incluindo meio para elevar pelo menos um dos braços de rolamento seletivamente para alterar o ângulo de rolamento da peça de conexão de tubulação em relação à estrutura de base.

Uma extremidade da peça de conexão de tubulação pode ser conectada a uma tubulação de um sistema de tubulação submarinho e a outra extremidade pode ser conectada a uma peça carretei conectada à outra estrutura submarina.

A peça de conexão pode ser fornecida em combinação com uma base de deslizamento adaptada para fornecer uma superfície de deslizamento em um local desejado no leito marinho.

A base de deslizamento pode ser dotada adicionaimente de uma porta guia para guiar a peça de conexão de tubulação sobre a estrutura de base. A ou cada porta guia pode ser removível a partir da estrutura de base, de modo a permitir movimento transversal da peça de conexão após instalação.

A combinação pode ser dotada de meios de acionamento capazes de mover lateralmente a peça de conexão de tubulação para ajustar descentragem lateral da peça de conexão de tubulação em relação à estrutura de base de deslizamento. Os meios de acionamento podem compreender pelo menos um cilindro hidráulico montado em montantes da porta guia, onde fornecido.

O aparelho pode compreender ainda meio para ajustar um ângulo de inclinação da peça de conexão. O meio de ajuste de inclinação pode ser adaptado para elevar uma porção da tubulação submarina em uma distância apropriada a partir do aparelho, a peça de conexão realizando inclinação em torno de um eixo geométrico definido pelo suporte articulado.

A invenção no segundo aspecto provê ainda uma instalação de tubulação submarina incluindo um dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a invenção, como exposto acima.

A invenção é um terceiro aspecto provê uma instalação de tubulação de leito do mar onde uma terminação de extremidade de tubulação ou módulo em linha conectado a uma primeira tubulação é sustentado em uma base de deslizamento de leito marinho com quatro ou cinco graus de liberdade de movimento em relação à base de deslizamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As modalidades da invenção serão descritas agora, como exemplo somente, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 é uma ilustração em perspectiva do aparelho de conexão de tubulação de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 2 é uma vista mais detalhada de um suporte articulado no aparelho da figura 1; e

A Figura 3 é uma vista plana de uma instalação completada incluindo dois desses aparelhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

Em operações de exploração de petróleo e gás offshore, extensões de tubulação são tipicamente assentadas no leito marinho utilizando equipamento de assentar tubulação, apropriado. O equipamento de assentar tubulação é freqüentemente fornecido em uma embarcação de assentar cilindro. Nas extremidades dessas extensões de tubulação é comum fornecer uma estrutura de terminação que permite conexão da tubulação assentada com o resto do sistema de tubulação submarino. Também é comum fornecer estruturas em linha para várias operações. Estruturas de terminação extremas são conhecidas como Terminações Extremas de Tubulação (PLETs) e estruturas em linha são conhecidas como Tês em linha (ILTs). Após instalação no leito marinho, é necessário conectar PLETs/ILTs com outros componentes (tubagens, terminações ou outra derivação de tubulação) do sistema de tubulação submarino.

Como anteriormente descrito, pode ser difícil instalar essas estruturas no leito marinho de forma precisa o suficiente para permitir conexão uma com a outra. Além disso, após conexão, essas estruturas normalmente permitem somente uma quantidade muito limitada de flexão na tubulação conectada às mesmas (tipicamente isso é limitado a movimento longitudinal). Portanto, as tubulações são efetivamente travadas na maioria das direções em relação ao PLET/ILT ao qual são fixados. Isso significa que a flexão do sistema de tubulação associado pode mover fisicamente o PLET ou ILT inteiro e esteira de lama ao longo do leito marinho. Isso é claramente indesejável uma vez que pode fazer com que a esteira de lama do PLET ou ILT se torne embutido no leito marinho e cause ruptura nas posições relativas dos vários componentes no sistema de tubulação submarinho fixado. O aparelho descrito abaixo tem uma capacidade de alinhamento que provê um processo de alinhamento aperfeiçoado para conexão das estruturas e permite que o sistema de tubulação fixado permaneça substancialmente não perturbado devido à flexão. As características que fornecem essa capacidade são fornecidas em uma armação de base de PLET relativamente padrão. Devido a essas capacidades o aparelho da figura 1 será mencionado como um Terminal de alinhamento de Tubulação (PLAT), os comentários sendo aplicáveis não somente a terminações extremas como também a estruturas em linha.

Com referência à figura 1, o aparelho PLAT compreende uma terminação de tubulação (mencionada na introdução como uma peça de conexão) e uma estrutura de base de deslizamento associada. A estrutura de base inclui uma folha de deslizamento 12 montada no topo de uma armação de base de esteira de lama 14. Na modalidade mostrada, a armação de base de esteira de lama 14 tem uma pegada de formato quadrado e tem um par de postes de guia 16 que se projetam para cima a partir dos pontos médios de lados opostos do quadrado. Os postes de guia 16 são utilizados para fixar o PLAT 10 lateralmente pouco antes de aterrissar a esteira de lama 14 no leito marinho. De outro modo, a camada de água do mar retida entre o leito marinho e o fundo da armação de base de esteira de lama 14 escaparia lateralmente à medida que o PLAT 10 é abaixado até sua posição final o que faria com que o PLAT 10 se movesse também lateralmente, tornando muito difícil posicionar precisamente.

No lado direito da armação de base de esteira de lama quadrado 14, mostrado na figura 1, um par de portas de guia de tubulação 18 é fornecido. Essas portas assentam em receptáculos incorporados à estrutura de base e são fixados por intermédio de pinos de travamento de ROV. Quando a conexão carretel/ligação é concluída essas portas de guiar podem ser removidas apenas pela remoção do pino de travamento e elevação dos mesmos com um guincho ou um guindaste a partir da superfície. Cada uma dessas portas de guia 18 compreende um par de postes verticais 21 (interno) e 23 (externo) que são unidos entre si em suas extremidades superiores por uma barra transversal inclinada 19. As barras transversais inclinadas 19 são inclinadas em direção mútua para criar um guia de tubulação de formato em V.

A estrutura de porta inclui receptáculos para um par de cilindros hidráulicos 25 a ser fixado em cada um dos postes verticais, internos, 21. Esses acionadores podem ser utilizados para efetuar movimento lateral limitado de tubo entre as portas 18, por reagir contra os postes verticais internos, fixos, 21. Esses acionadores 25 não podem ser usados se peças manufaturadas se encaixam bem o suficiente a situação no solo. Os mesmos podem ser retidos em reserva e montados e operados por um ROV em caso de necessidade.

A terminação de tubulação e peça de conexão, na modalidade mostrada na figura 1, compreende um cubo 20, seção de tubo curvo 22, e tubo de extensão, reta 28. Essa montagem se apóia na superfície superior da folha de deslizamento 12 por intermédio de suporte articulado 14 e braços rolamento 26. Pode ser visto a partir da figura 1 que o tubo de extensão reta 28 é conectado ao comprimento principal da tubulação 29. Como no caso de um PLET convencional, o tubo 28 foi soldado à extremidade da tubulação e assentado a partir da superfície no final (ou início da operação de assentar tubo).

O cubo 20 é um acoplamento de cubo no formato de tambor, relativamente padrão para fazer uma conexão de fluido com a tubulação 29 em algum momento posterior via uma parte de acoplamento casada. Um exemplo de um conduto que pode conectar-se ao cubo é um arranjo de ligação/carretel conectado a um acoplamento de um tubo ascendente, tubagem, ou PLET, por exemplo.

Na modalidade mostrada na figura 1, a seção de tubo curvo 22 e a seção de extensão reta 28 são dispostas para fornecer uma peça de conexão de tubulação que apresenta o cubo 20 para acoplamento a um tubo de carretei em ângulos retos com relação ao eixo geométrico da tubulação 29. Entretanto, será reconhecido que qualquer outro ângulo de conexão poderia ser fornecido, principalmente pela provisão de um grau de curva diferente na seção de tubo curva 22. Realmente, a seção de extensão curva 22 poderia ser reta para fornecer uma conexão em linha entre a primeira, e segunda, estruturas submarinas.

A Figura 2 mostra em mais detalhe a forma do suporte articulado 24 que suporta a peça de conexão 22/28 na estrutura de base. Na modalidade mostrada, o suporte 24 é baseado em torno de um corpo forjado 100. Esse tem um furo direto e extremidades chanfradas 102, 104 a serem soldadas nos tubos 22, 28 respectivamente para formar a peça de conexão completa. A peça de conexão poderia ser alternativamente forjada a partir de uma peça de tubo com uma luva presa ou soldada na mesma para formar o corpo de suporte articulado.

O corpo 100 é conectado a uma base de deslizamento 106 que nessa modalidade é curva em uma dimensão para formar um cilindro parcial paralelo ao eixo geométrico de tubulação. Essa forma de base de deslizamento permite que a montagem inteira rolamento em torno de um eixo geométrico, como indicado pela seta R. O eixo geométrico de rolamento pode ser de certo modo mais baixo do que o eixo geométrico de tubulação, como mostrado. Essa é uma questão de escolha de desenho, e depende do raio de curvatura da base em relação à altura do eixo geométrico de tubulação. O corpo 100 é conectado à base 106 através de uma junta pivô 108 que permite rotação do corpo em torno de um eixo geométrico de inclinação, como indicado pela seta P. Finalmente, por deslizamento a base de deslizamento 106 na folha de deslizamento 12, o corpo de suporte é capaz de fazer translação em duas dimensões TX, TY e girar em uma direção de guinada, indicada pela seta Y. Desse modo, o corpo 100 e a peça de conexão como uma unidade, podem ser feitas livres para girar e fazer translação com até cinco graus de liberdade, enquanto sendo sustentados em uma altura bem definida acima do leito marinho.

Durante a fase de instalação, esses graus de liberdade são deliberadamente limitados para permitir que o cubo 20 seja apresentado em uma posição e orientação conhecidas para conexão à peça de carretei ou outra estrutura. Entretanto, os limites podem ser feitos ajustáveis, de modo que a posição e orientação possam ser casadas mesmo em condições não ideais. Com relação ao movimento de rolamento, o corpo de suporte 100 tem um par de braços de rolamento 26 que se projeta transversalmente a partir de suas paredes laterais. O corpo de suporte 100 é fornecido em cada lado com soquetes para os braços de rolamento 26. Os braços 26 podem ser articulados para girar no corpo, dependendo da estrutura dos arranjos de suspensão por macaco de rolamento e o grau de inclinação a ser acomodado. Cada braço de rolamento 26 tem um dispositivo de suspensão por macaco operado mecânica ou hidraulicamente por um ou mais Veículos Operados remotamente (ROV, não mostrados). O ROV pode elevar ou abaixar, independentemente, as extremidades dos braços rolamento 26 em relação à folha de deslizamento 12, por ativar os dispositivos de macaco em direções opostas para ajustar o ângulo de rolamento R. No exemplo ilustrado, os dispositivos de suspensão por macaco são operados por cabos de rotação 30 que acionam parafusos helicoidais simples. Cada dispositivo de suspensão por macaco tem sua própria base de deslizamento pequena. Os braços de rolamento ou pelo menos os dispositivos de suspensão por macaco rolamento são feitos removíveis, de modo que o limite no eixo geométrico de rolamento possa ser removido após instalação.

As portas e os braços de rolamento 26 podem ser dotados de dispositivos de travamento liberáveis que permitem que os mesmos sejam fixos de forma liberável na folha de deslizamento 12. Isso pode ser útil se a estrutura de base e a peça de conexão devem ser manipuladas como uma unidade durante assentamento. Quando os dispositivos de travamento são liberados, entretanto, a peça de conexão de tubulação e cubo 20 está livre para deslizamento over a folha de deslizamento 12 em cada direção no plano da folha de deslizamento 12.

A Figura 3 mostra em vista plana uma instalação típica utilizando bases 200, 202 para transportar PLATs 201, 203 que por sua vez conectam duas linhas de fluxo de leito marinho 204, 206 para condutos de tubo ascendente, respectivos 208, 210. Os tubos ascendentes são condutos verticais, sustentados em uma torre de tubo ascendente, ou estrutura de tubo ascendente catenária, que inclui base de tubo ascendente 212 fixada por estacas 214 pregadas no solo do leito marinho. Do mesmo modo que as PLATs 201, 203 fornecem peças de conexão com cubos voltados para cima 220, 222 para fazer conexões com suas respectivas linhas de fluxo 204, 206, cada tubo ascendente 208, 210 é dotado de uma peça de conexão no formato de U 224, 226 terminando em um cubo de conexão voltado para cima 228, 230. Uma primeira peça de carretei 232 com conectores complementares é dimensionada para encaixar entre o cubo 220 e cubo 228 para conectar a linha de fluxo 204 ao tubo ascendente 208. Uma segunda peça de carretei 234 com conectores complementares é dimensionada para encaixar entre o cubo 222 e o cubo 230 para conectar a linha de fluxo 206 ao tubo ascendente 210.

Cada linha de fluxo, terminação, peça de carretei e tubo ascendente terá normalmente o mesmo diâmetro interno, embora as linhas diferentes 204, 206 possam ter diâmetros diferentes de acordo com os volumes de fluxo e propriedades de fluido para as quais são projetados.

Tendo em mente que cada uma das peças de carretei têm três curvas entre segmentos verticais e horizontais ou inclinados, será reconhecido que fornecem um grau de flexibilidade para absorver tensões causadas por movimentos entre a linha de fluxo e a estrutura de tubo ascendente em operação. Para fins de processo de instalação, entretanto, as peças de carretei são estruturas essencialmente rígidas projetadas e construídas para encaixar tão exatamente quanto possível entre os cubos 220/222 e 228/230. Em uma instalação convencional, essa rigidez impõe limites rigorosos sobre a precisão de medição e projeto das peças de carretei. Esses limites são relaxados pelas estruturas PLAT novas e procedimentos de instalação e desenho utilizados no presente exemplo. Além disso, a resistência, tamanho e peso das peças de carretei podem ser relaxados visto que as PLATs fornecem uma terminação mais flexível para a tubulação do que uma PLET convencional fixada a uma esteira de lama ou fixa em todos exceto um grau de liberdade.

Um método de instalação exemplar será descrito agora, com referência, por exemplo, à primeira linha de fluxo 204 da figura 2, bem como a descrição mais detalhada da PLAT e aparelho de base dada acima com referência à figura 1.

Na modalidade preferida, a PLAT 10 e a estrutura de base 12, 14 são manipuladas e instaladas separadamente, talvez a partir de embarcações diferentes em dias diferentes. A base é instalada primeiramente de forma precisa, no leito marinho em um modo conhecido. A PLAT 10 e tubulação 29/204 são soldadas juntas na embarcação de instalação, a seguir usadas abaixando sobre a esteira de lama. Portas 18 auxiliam o posicionamento da PLAT centralmente na base. A PLAT está, então, em contato com a base através do suporte articulado 24 e braços de estabilização 26 com dispositivos de suspensão por macaco préajustados na superfície para fornecer estabilidade adequada a PLAT e assegurar uma posição vertical do cubo 20. O tubo 28-29 é fixado pelo sistema de acionadores 25 das portas de guiar, ou outros dispositivos de travamento se os acionadores 25 não forem utilizados.

A seguir, os requerentes prosseguem com metrologia entre os cubos da tubulação 20/220 e tubo ascendente 228. Uma peça de carretei apropriada 232 é fabricada no litoral com o resultado da metrologia. A peça de carretei é transportada offshore, elevada com a embarcação de instalação, usada submersa e colocada para unir o tubo ascendente macho e cubos de tubulação.

Os cubos de conexão 220, 222, 228, 230, nesse exemplo são as partes-macho de um tipo de conector operado remotamente, que podem ser engatadas de modo provisório, primeiramente e, subseqüentemente, tornadas permanentes por intervenção de ROV. As peças de carretei 232, 234 são fornecidas em suas extremidades com partes fêmeas correspondentes. É considerado que as duas extremidades da peça de carretei serão apresentadas e pelo menos a extremidade de tubo ascendente da peça de carretei engatada de forma provisória com o cubo de conector 228. De forma ideal, na outra extremidade da peça de carretei, a parte fêmea do conector será posicionada exatamente para casar com o cubo de PLAT 220, e as conexões podem ser completadas. Se o posicionamento da PLAT 10 em relação à extremidade da peça de carretei não estiver suficientemente próxima em posição e/ou orientação para permitir conexão ao cubo 20, então a posição do cubo 20 em relação à peça de carretei pode ser alterada utilizando as características especiais da PLAT como a seguir.

As direções nas quais o cubo 20 deve ser movido para chegar a uma orientação, na qual possa se conectar a peça de carretei são determinadas. Dois inclinômetros, montados no cubo de tubulação e na ligação fornecem o desalinhamento relativo entre os dois cubos, que é corrigido pelo uso de ativadores 30 ou elevando o tubo 29. A descentragem lateral entre os cubos é medida por ROV. A partir dessas medições podem ser derivadas coordenadas de translação, rolamento, de inclinação e guinada para o ajuste desejado.

O ângulo rolamento do cubo 20 é manipulado, se necessário, elevando e abaixando braços de rolamento, opostos, 26. Isso pode ser feito utilizando uma ferramenta apropriada de um ROV para enrolar os cabos de suspensão por macaco 30 para elevar/abaixar os braços 26 até uma altura apropriada a partir da folha de deslizamento 12. Isso faz com que os braços de rolamento 26 girem na base de deslizamento curva 106 na direção R. Cálculos geométricos utilizados nesse processo levarão em conta que os movimentos da PLAT não são independentes. Por exemplo, na modalidade mostrada rolamento e translação são conectados porque o eixo geométrico de rolamento não é coincidente com o eixo geométrico de tubulação ou posição de cubo.

O ângulo de inclinação do cubo 20 é manipulado por elevar a porção da tubulação 29, como mostrado pela seta L na figura 1. O ponto de elevação deve estar em uma distância adequada a partir de PLAT, tipicamente entre 15 e 30 metros. Os meios de elevação não são mostrados, porém podem, por exemplo, ser um dispositivo de flutuação ajustável amarrado ao tubo por um cabo. Isso causa não somente inclinação como também abaixamento do cubo, porque no exemplo mostrado o cubo é espaçado para longe do eixo geométrico de inclinação e no lado remoto a partir do tubo 29.

A descentragem lateral pode ser manipulada utilizando os cilindros hidráulicos 25 para mover a porção de extensão reta 28 de lado para lado, que por sua vez faz com que o cubo 20 faça translação de lado para lado.

O ângulo de guinada na direção Y pode, na prática, ser ajustado elevando um ou o outro dos braços rolamento 26. Isso gera um grau de torção na seção reta da tubulação 28, 29, que, por sua faz, fará com que a peça de conexão e cubo 20 dê uma guinada para a orientação desejada.

Todos os ajustes acima podem ser feitos enquanto a base 12, 14 permanece imó12 vel. Isso relaxa obviamente a precisão exigida na colocação da esteira de lama em comparação os com PLETs, ILTs, convencionais, etc., que são conectados rigidamente a sua base de suporte.

A capacidade de alinhamento da PLAT 10 também resulta em um nível reduzido de precisão sendo exigido na fabricação e tolerâncias de metrologia da peça de carretei e componentes conectados do sistema de tubulação submarino. Uma vez que não é fácil elevar o cubo nessa modalidade, a peça de carretei pode ser fabricada com tolerâncias propendidas para o lado inferior, de modo que qualquer erro esteja compreendido na faixa de ajuste de um lado. Similarmente, um ajuste de rolamento de um lado poderia ser considerado, com tolerâncias de fabricação no ângulo de rolamento similarmente propendidas para um lado.

Após conexão da PLAT 10 nas duas extremidades da peça de conexão de tubulação, o alinhamento ativo da peça de conexão de tubulação e cubo 20 não mais é necessário e os pés de suspensão por macaco dos braços de rolamento 26 e meios de suspensão por macaco do suporte articulado 24 podem ser liberados de limitação lateral em relação à folha de deslizamento 12. As portas de guia 18 (compreendendo as barras transversais 19, montantes internas 21, montantes externas 23 e opcionalmente, cilindros hidráulicos 25) também podem ser removidas da armação de base de esteira de lama 14 e recuperadas para a superfície ou alternativamente localizadas novamente em outra PLAT.

A única conexão que resta entre a peça de conexão de tubulação e a folha de deslizamento 12 é, então, a combinação do suporte de soquete articulado (elevado) 24 e base de deslizamento 106. Isso resulta na peça de conexão de tubulação sendo livre para deslizar em torno da superfície da folha de deslizamento 12 em resposta a qualquer movimento ou deformação do sistema de tubulação submarino ao qual é conectado. A tubulação pode, portanto, girar também em torno do eixo geométrico central da PLAT. Esse desacoplamento da peça de conexão de tubulação e folha de deslizamento 12 resulta em uma estrutura de PLAT muito mais leve e arranjo de carretei sendo necessário para lidar com as cargas operacionais, uma vez que a peça de conexão de tubulação desliza essencialmente sobre sua base em resposta às cargas operacionais, em vez de resistir às mesmas ou tentar mover a própria base.

Evidentemente, um efeito da PLAT 10 é que eleva uma extensão da tubulação atrás da PLAT 10 para fora do leito marinho. Isso cria um vão livre de tubulação atrás da PLAT 10 que não é refreado lateralmente por nenhuma interação com o leito do mar. Essa seção não suportada de tubulação é, portanto, capaz de defletir sob expansão e contração de tubulação que aumenta a flexibilidade geral da estrutura desse modo permitindo redução adicional em tamanho e peso gerais do carretel/ligação exigidos.

A PLAT 10 provê uma interface adaptável entre o sistema de tubulação submarino (incluindo o arranjo de carretei) e o leito do mar. Isso tem a grande vantagem de preservar o sistema de tubulação submarino e integridade de estrutura associada. Além disso, provê uma peça de conexão que tem muito mais graus de liberdade de movimento do que PLETs conhecidas e estruturas similares. PLETs conhecidas fornecem no máximo somente um grau de liberdade (longitudinal) e travam ou refreiam movimento nas outras direções. Em alguns casos, PLETs conhecidas e suas esteiras de lama são projetadas para se mover em relação ao leito marinho; entretanto, isso causa cargas friccionais elevadas e perturbação de solo que tornam difícil de prever o movimento de PLET. Por exemplo, há um risco aumentado de a PLET embutir-se na lama do leito marinho. Esse é um problema específico em instalações sujeitas a ciclos repetidos de expansão/contração de tubulação.

Modificações e aperfeiçoamentos podem ser feitos acima sem se afastar do espírito e escopo da invenção, por exemplo:

Em vez de ter um único cubo de conexão no formato de tambor 20 em uma extremidade da peça de conexão de tubulação e uma seção de extensão reta 28 na outra, uma extensão reta ou curva poderia ser fornecida nas duas extremidades da peça de conexão de tubulação e/ou um cubo de conexão no formato de tambor 20 poderia ser fornecida nas duas extremidades da peça de conexão de tubulação respectiva dependendo da aplicação específica desejada. A conexão pode ser por juntas de flange cavilhado tradicionais ou por uma variedade de acoplamentos de penetração e semi-automatizados e operados por ROV.

A peça de conexão da PLAT, nos exemplos acima, é soldada ou de outro modo fixada à extremidade da tubulação 29 na superfície, e então abaixada até o leito marinho. A base de PLAT (estruturas de guia e esteira de lama) pode ser assentada com a PLAT como uma unidade, enquanto as duas são temporariamente travadas juntas. Altemativamente, como descrito acima, a base pode ser pré-instalada no leito marinho para receber a peça de conexão de PLAT abaixada com a tubulação.

Além disso, embora o aparelho descrito seja instalado como uma terminação extrema, modificação mínima seria necessária para permitir que a mesma seja utilizada em outras aplicações como um Tê em linha, ou em uma esteira de lama para um módulo de válvula submarino ou similar. No caso de uma ILT, por exemplo, a peça de terminação se torna uma peça em Te.

Embora se diga que os acionadores transversais 25 mencionados acima são usados por ROV somente conforme necessário, os mesmos poderíam evidentemente ser acessórios permanentes das estruturas de porta 18. As estruturas de porta e os acionadores em conjunto podem ser recuperados para a superfície para reutilização após instalação da peça de carretei.

Claims (29)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método de fazer uma conexão a uma tubulação (29) submarina, o método sendo CARACTERIZADO por compreender:

   (a) conectar a tubulação (29) a uma primeira extremidade de uma peça de 5 conexão (22, 24, 28) de tubulação tendo uma primeira e uma segunda extremidades;

   (b) sustentar a peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação em uma estrutura de base (14) submarina;

   (c) antes ou após a etapa (b) preparar uma segunda tubulação adaptada pa10 ra conexão à segunda extremidade (20) da peça de conexão (22, 24, 28) e posicionar a segunda tubulação para conexão à segunda extremidade (20) da peça de conexão (22, 24, 28);

   (d) aplicar um ou mais limites ajustáveis para alinhar a segunda extremidade (20) da peça de conexão (22, 24, 28) com a extremidade da segunda tubulação, e

   15 completar a conexão da peça de conexão (22, 24, 28) com a segunda peça de tubulação; e (e) após completar a conexão, remover o limite(s) de modo que a peça de conexão (22, 24, 28) esteja livre para se mover em pelo menos duas dimensões sobre a estrutura de base (14) submarina.

   20
2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de remover os limites inclui permitir que a peça de conexão (22, 24, 28) se mova em relação à estrutura de base (14) com quatro ou cinco graus de liberdade enquanto é sustentada em uma elevação bem definida em uma direção vertical.
3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo

   25 fato de que a etapa (d) inclui ajustar o(s) limite(s) pela provisão de um ou mais acionadores entre a peça de conexão (22, 24, 28) e a estrutura de base (14), a estrutura de base (14) permanecendo substancialmente imóvel.
4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1,2 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (d) inclui ainda a etapa de girar a peça de conexão (22, 24, 28)

   30 para ajustar um ângulo de rolamento da peça de conexão (22, 24, 28), incluindo rotação da extremidade fixada da primeira tubulação.
5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a ação de rotação é fornecida por pelo menos um acionador de comprimento variável que se estende entre a estrutura de base (14) e uma barra transversal susPetição 870180135598, de 28/09/2018, pág. 4/12 tentando um lado da peça de conexão (22, 24, 28).
6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por incluir operar o acionador por meio de um veículo operado remotamente (ROV).
7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 3, 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo

   5 fato de que a etapa (e) inclui remover o acionador de modo a deixar a peça de conexão (22, 24, 28) livre para rolamento em resposta a forças operacionais nas tubulações conectadas.
8. 8. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (d) inclui ainda a etapa de ajustar um

   10 ângulo de inclinação da peça de conexão (22, 24, 28) por seletivamente elevar ou abaixar a primeira peça de tubulação em relação ao leito marinho.
9. 9. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (d) inclui ainda a etapa de mover lateralmente a primeira extremidade da peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação utili15 zando meio de acionamento transversal apropriado.
10. 10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (e) inclui remover seletivamente o meio de acionamento transversal, deixando a peça de conexão (22, 24, 28) livre para fazer translação em resposta a forças operacionais nas tubulações conectadas.

    20
11. 11. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior,

    CARACTERIZADO pelo fato de que após a etapa (e), a peça de conexão (22, 24, 28) é deixada sustentada na estrutura de base (14) em um suporte articulado (24), permitindo pelo menos dois graus rotacionais de liberdade.
12. 12. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior,

    25 CARACTERIZADO pelo fato de que uma superfície de deslizamento (12) é fornecida na estrutura de base (14), a peça de conexão (22, 24, 28) sendo sustentada em uma base de deslizamento (12) de modo a permitir translação em duas dimensões paralelas à superfície de deslizamento (12) e rotação em torno de um eixo geométrico perpendicular à superfície de deslizamento (12).

    30
13. 13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que uma superfície de deslizamento (12) parcialmente cilíndrica é fornecida na base de deslizamento (12) para fornecer um primeiro grau rotacional de liberdade por rolamento enquanto fornece dois graus de translação e um segundo grau rotacional de liberdade por deslizamento.

    Petição 870180135598, de 28/09/2018, pág. 5/12
14. 14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a base de deslizamento (12) é conectada à peça de conexão (22, 24, 28) por uma junta pivô (108) de modo a fornecer um terceiro grau rotacional de liberdade.
15. 15. Método, de acordo com qualquer reivindicação anterior, 5 CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda peça de tubulação é uma peça de carretei (232, 234) conectando a primeira tubulação através da peça de conexão (22, 24, 28) a uma estrutura de leito marinho fixa.
16. 16. Dispositivo de terminação de tubulação, CARACTERIZADO por compreender:

    10 uma peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação para conectar uma primeira peça de tubulação a uma segunda peça de tubulação;

    um suporte articulado (24) fornecido na peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação para sustentar a mesma em uma base de deslizamento (12) de leito marinho, em que o suporte articulado (24) em uso permite que a orientação da peça de

    15 conexão (22, 24, 28) de tubulação seja ajustada em relação à base de deslizamento (12) com pelo menos dois graus rotacionais de liberdade além de translação por deslizamento.
17. 17. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o suporte articulado (24) inclui uma base de

    20 deslizamento (12) tendo uma superfície de deslizamento (12) parcialmente cilíndrica, de modo a fornecer um primeiro grau rotacional de liberdade por rolamento enquanto fornece dois graus de translação e um segundo grau de rotação de liberdade por deslizamento.
18. 18. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação

    25 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a base de deslizamento (12) é conectada à peça de conexão (22, 24, 28) por uma junta pivô (108) de modo a fornecer um terceiro grau rotacional de liberdade.
19. 19. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação 16, 17 ou 18, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça de conexão (22, 24, 28) é

    30 dotada de braços de rolamento (26) que se estendem transversalmente a partir da peça de conexão (22, 24, 28).
20. 20. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO por compreender ainda pelo menos um acionador para elevar pelo menos um dos braços de rolamento (26) seletivamente, de modo a alterar o

    Petição 870180135598, de 28/09/2018, pág. 6/12 ângulo de rolamento da peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação em relação à estrutura de base (14).
21. 21. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 20, CARACTERIZADO pelo fato de que uma extremidade

    5 da peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação é conectada a uma tubulação de um sistema de tubulação submarino, enquanto a outra extremidade é adaptada para ser conectada a uma peça de carretei (232, 234) conectada a outra estrutura submarina.
22. 22. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de

    10 terminação de tubulação está em combinação com uma base de deslizamento (12) adaptada para fornecer uma superfície de deslizamento (12) em um local desejado no leito marinho.
23. 23. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação

    22, CARACTERIZADO pelo fato de que a base de deslizamento (12) é adicional15 mente dotada de uma porta de guia para guiar a peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação sobre a estrutura de base (14).
24. 24. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação

    23, CARACTERIZADO pelo fato de que a porta de guia é seletivamente removível a partir da estrutura de base (14), de modo a permitir movimento transversal da peça

    20 de conexão (22, 24, 28) após instalação.
25. 25. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 24, CARACTERIZADO por compreender ainda pelo menos um acionador capaz de mover lateralmente a peça de conexão (22, 24, 28) de tubulação para ajustar descentragem lateral da peça de conexão (22, 24, 28) de tubula25 ção em relação à estrutura de base (14) de deslizamento.
26. 26. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o acionador compreende pelo menos um cilindro hidráulico montado em montantes da porta de guia.
27. 27. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com qualquer uma 30 das reivindicações 16 a 26, CARACTERIZADO por compreender ainda meio para ajustar um ângulo de inclinação da peça de conexão (22, 24, 28).
28. 28. Dispositivo de terminação de tubulação, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de ajuste de inclinação é adaptado para elevar uma porção da tubulação submarina em uma distância apropriada a parPetição 870180135598, de 28/09/2018, pág. 7/12 tir do aparelho, a peça de conexão (22, 24, 28) realizando inclinação em torno de um eixo geométrico definido pelo suporte articulado (24).
29. 29. Instalação de tubulação submarina, CARACTERIZADA por incluir um dispositivo de terminação de tubulação do tipo definido em qualquer uma das reivin5 dicações 16 a 28.

    Petição 870180135598, de 28/09/2018, pág. 8/12