[0001] A presente invenção está baseada no desenvolvimento de uma solução para suportação de risers rígidos e flexíveis.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] O desenvolvimento da produção no Pré-Sal tem sido realizado com utilização de risers rígidos e conceitos de suportação de risers que permitam a definição ambas as tecnologias no mesmo FPSO, tais como, por exemplo, o balcão duplo.

[0003] A possibilidade de fabricação em série de cascos de FPSOs replicantes para o polo Pré-Sal evidenciou a necessidade de tornar adequados os sistemas de suportação dos risers a uma condição operacional ainda com incertezas. A generalização do contexto estrutural e operacional, de forma a permitir que uma UEP pudesse ser fabricada antes mesmo da definição completa do arranjo de fundo de um campo de produção, levou ao desenvolvimento pela Petrobras da Boca de Sino Multifuncional - BSMF.

[0004] O conceito base estabelecido para este novo dispositivo de suportação de risers foi que a BSMF visava, entre outras características, a versatilidade de permitir a utilização de risers flexíveis ou rígidos com alguma variação em seus diâmetros internos, e que a interligação pudesse ser realizada por bombordo ou boreste da UEP. Uma visão geral da BSMF e seus principais componentes está representada Figura 1. A interface da BSMF com a terminação de topo do riser depende da tecnologia adotada (riser rígido ou flexível), sendo que o travamento dos risers rígidos é feito pela parte superior, e a dos flexíveis, pela inferior.

[0005] No caso da suportação de risers flexíveis, o travamento do bend stiffener é realizado adotando o mesmo conceito bocas de sino da série BSN300 (US005947642A), sendo o capacete do bend stiffener travado por dogs (Figura 2) e a tração do riser ancorada pelo hang-off no upper balcony (balcão de riser superior) do FPSO. [0006] No caso da suportação de risers rígidos, foi desenvolvido um novo conceito (Figura 3), no qual 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", 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 suportadas pelo anel de travamento, também destacado na Figura 3.

[0007] Durante o detalhamento do hang-off adaptor para o FPSO Cidade de llhabela, foram observadas algumas dificuldades ao projeto não identificadas durante a fase conceituai de desenvolvimento da BSMF. A primeira questão proibitiva, sendo exigida a modificação do projeto, foi a constatação de que, por questões de segurança, o mergulhador não poderia instalar as cunhas, pois sua mão ficaria posicionada entre a BSMF e o riser tensionado pelo cabo de pull-in, situação considerada de risco inaceitável.

[0008] A solução encontrada para este problema foi o desenvolvimento de cunhas articuladas para o FPSO Cidade de llhabela (WO2017/034409 A1 ). Porém, essa solução não pode ser aplicada efetivamente nos FPSOs replicantes, pois este dispositivo tem dimensões incompatíveis com balcão de suportação de risers dos replicantes, possuindo este um espaço bastante restrito para instalação da BSMF. Além disso, o dispositivo pode exigir bastante atividade de mergulho para sua operação; em particular, para os procedimentos de pull-out.

[0009] Outro ponto importante, observado durante a interligação de risers rígidos ao FPSO Cidade de llhabela, foi que o sistema de gap compensator (Figura 4), que correspondente ao “anel de travamento” no conceito original da BSMF (Figura 3), apesar de ser capaz de realizar o travamento lateral do hang- off adaptor, permitindo assim a transmissão do esforço cortante proveniente do riser, não garante a supressão completa do desalinhamento da instalação do riser e seu acionamento depende de operação de mergulho.

[0010] Com base no exposto acima, observa-se que o conceito de Tubo Suporte (BSMF ou tubo suporte do FPSO Cidade de llhabela), embora viável e com algumas vantagens para a operação de pull-in (como por exemplo, não necessitar de cabos auxiliares para permitir a instalação), traz complexidades para o sistema de suportação de risers rígidos. Com isso, decidiu-se que o suporte do tipo receptáculo deveria ser o padrão para a interligação de risers rígidos devido à sua simplicidade.

[0011] Posteriormente, com o objetivo de promover a competitividade entre riser rígidos e flexíveis, foi adotado o conceito de balcão duplo, na qual a primeira camada é composta de uma boca de sino para suportação de flexíveis e na segunda camada o receptáculo para os risers rígidos, tal qual exposto na Figura 5.

[0012] O padrão apresentado na Figura 5 apresentou dificuldades para implementação quando foi identificada a necessidade de uma grande quantidade de interligações por keelhauling em determinadas UEPs. Para o caso da interligação de risers flexíveis, a solução de Boca de Sino é bastante independente da direção do riser, seja por bordo direto ou por keelhauling. Entretanto, para risers rígidos, a solução padrão de suportação em receptáculo exigiria uma grande varanda no upper riser balcony para viabilizar o processo de pull-in (Figura 6), o que foi avaliado como incompatível para aplicação nos novos projetos de FPSOs.

[0013] O Riser Modular Support Tube (RMoST) (Figura 7) foi desenvolvido como o Minimum Viable Product (MVP) para viabilizar a interligação de risers rígidos por keelhauling, com um impacto mínimo no projeto de um FPSO, contemplando um duplo tubo flangeado - tubo guia. Em cada uma das extremidades flangeadas, equipamentos próprios para a suportação do riser rígido devem ser conectados, conceito este que define o seu caráter modular. No flange superior, um dispositivo denominado Cone Superior é conectado, contemplando um sistema de cunhas deslizantes para travamento da terminação de topo do riser e posterior suportação da carga de tração do riser (BR 10 2020 010231-1). No flange inferior, um dispositivo denominado centralizador é conectado, sendo este responsável pelo travamento lateral, apresentando função correspondente ao anel de travamento do conceito da BSMF (ver Figura 3) e a consequente estabilização da terminação de topo do riser.

[0014] A maior limitação identificada na utilização do RMoST é que este é um suporte dedicado somente para a interligação de risers rígidos. A utilização de dupla camada contemplando boca de sino e RMoST, semelhante ao conceito apresentado na Figura 5, foi considerada inviável por incompatibilidade de requisitos desses dois tipos de suportes dedicados. Por requisitos de suportação de riser flexível em Bocas de Sino, o RMoST precisaria ficar na camada externa, tal qual para o Receptáculo indicado na Figura 5, o que levaria também a uma grande varanda no Upper riser balcony para realização de pull-in no RMoST.

[0015] Tal limitação indicou a necessidade de desenvolvimento de um novo suporte híbrido (risers rígidos e flexíveis) para as futuras UEPs. Além da necessidade de flexibilização de tecnologia de risers, há também o objetivo de aumentar o nível de segurança nas operações submarinas, retirando ao máximo o mergulhador de tarefas de alta periculosidade, permitindo também operações de interligações de risers em condições meteoceanográficas mais adversas, aumentando a produtividade das embarcações instaladoras de risers pela eliminação de operações simultâneas com o mergulho raso. Essas motivações levaram ao desenvolvimento do Tubo Suporte Unificado Diverless - TSUDL - cuja solução, foco desta invenção, será descrita a seguir.

[0016] O documento WO2019232605A1 revela um sistema de acoplamento entre um enrijecedor de curvatura e uma boca de sino compreendendo uma pluralidade de mecanismos de travamento, onde cada mecanismo de travamento é fixado externamente à boca de sino, contendo ainda 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. Ademais, o mecanismo de travamento compreende um bloco de reação (35) no qual o elemento elástico (34) é assentado.

[0017] O documento WO2021048592A1 revela um suporte para riser rígido que possui mecanismos de travamento, compreendendo uma ou mais porções de lingueta salientes para dentro de uma superfície interna da parede lateral anular e adaptadas para cooperar com as porções de gancho correspondentes formadas numa superfície externa do adaptador de acoplamento, de modo a produzir um acoplamento em forma entre as porções de lingueta e as porções de gancho. Além disso, o suporte também apresenta uma estrutura em formato semelhante a um “carretel”.

[0018] O documento US20070056741A1 revela um suporte de um Steel Catenary Riser (SCR) sobre uma estrutura flutuante, compreendendo um receptáculo ligado à estrutura flutuante; um tubo flexível de suporte que envolve o SCR e dimensionado de forma a suportar o SCR, permitindo ao mesmo tempo que o SCR se dobre, um mecanismo pivotante no tubo de suporte que fixa o tubo de suporte no receptáculo, de forma a permitir que o tubo de suporte gire em relação à estrutura flutuante. Além disso, o mecanismo pivotante inclui um mecanismo de travamento que é operado de forma seletiva para travar o mecanismo pivotante dentro do receptáculo.

[0019] As anterioridades apresentadas não fornecem um dispositivo de suportação de risers capaz de ser versátil e permitir a utilização de risers flexíveis e/ou rígidos com variação de diâmetros internos.

[0020] Diante das dificuldades presentes no Estado da Técnica citado acima, para soluções de suportação de risers flexíveis e/ou rígidos, surge a necessidade de desenvolver uma tecnologia capaz de apresentar um desempenho eficaz e que esteja em acordo com as diretrizes ambientais e de segurança. O Estado da Técnica citado acima este não possui as características únicas da presente invenção que serão apresentadas detalhadamente a seguir. Objetivo da invenção

[0021] É um objetivo da invenção fornecer um dispositivo de suportação de risers capaz de ser versátil e permitir a utilização de risers flexíveis e/ou rígidos com variação de diâmetros internos.

Descrição Resumida da Invenção

[0022] A presente invenção apresenta um suporte para risers, completamente integrado ao Balcão de Risers do FPSO, que atenda tanto aos risers rígidos quanto aos flexíveis.

[0023] O conceito base estabelecido para este novo sistema de suportação de risers apresenta uma versatilidade que permite a utilização de risers flexíveis e/ou rígidos com alguma variação em seus diâmetros internos e que a interligação pode ser realizada por bombordo ou boreste da UEP.

[0024] De um modo geral, o Tubo Suporte Unificado Diverless (TSUDL) (Figura 8) é dotado de um cone superior (1), um tubo guia (2) e um centralizador (3).

Breve Descrição dos Desenhos

[0025] 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 ilustrando a visão geral da BSMF, como conhecida no Estado da Técnica;

- A Figura 2 ilustrando a suportação de risers flexíveis em BSMF, como conhecida no Estado da Técnica;

- A Figura 3 ilustrando o conceito preliminar de suportação de risers rígidos em BSMF, como conhecido no Estado da Técnica;

- A Figura 4 ilustrando o gap compensator- eliminador de folgas do hang- off adaptor para o FPSO Cidade de llhabela;

- A Figura 5 ilustrando o conceito de balcão duplo adotado como padrão na Petrobras; - A Figura 6 ilustrando o sistema de suportação de risers inicialmente proposto. À esquerda, balcão duplo considerando Boca de Sino e Receptáculo, e à direita, interligação de riser rígido por keelhauling, o que demanda uma grande varanda para o sistema de pull-in;

- A Figura 7 ilustrando uma visão geral do RMoST;

- A Figura 8 ilustrando uma visão geral do TSUDL;

- A Figura 9 ilustrando o TSUDL integrado ao Balcão de Risers Inferior;

- A Figura 10 ilustrando uma vista em corte do TSUDL e sua configuração em relação ao costado do FPSO;

- A Figura 11 ilustrando o cone superior do TSUDL;

- A Figura 12 ilustrando uma visão geral da terminação de topo do riser rígido acoplada ao TSUDL;

- A Figura 13 ilustrando um detalhe do Módulo de Travamento Lateral (MTL);

- A Figura 14 ilustrando o capacete do riser flexível suportado pelo TSUDL;

- A Figura 15 ilustrando o sistema de travamento do enrijecedor de curvatura.

Descrição Detalhada da Invenção

[0026] Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificative e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficarão claras para um técnico no assunto, a partir da leitura da descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais desta.

[0027] A Figura 8 mostra uma visão geral do Tubo Suporte Unificado Diverless (TSUDL). Assim como no RMoST, o TSUDL pode ser separado em três macro componentes: o cone superior (1), responsável pela suportação do riser rígido, o tubo guia (2), responsável por promover a integração com o riser balcony do FPSO (ver Figura 9), e um centralizador (3), responsável pela centralização do hang-off adaptor na suportação do riser rígido, através do MTL (10), e por conter o sistema de travamento de enrijecedor de curvatura (11). [0028] Conforme comentado anteriormente, o TSUDL foi desenvolvido como uma solução única completamente integrada ao projeto do Balcão de Riser do FPSO (Figura 9 e Figura 10). Isso levou a uma grande redução do comprimento total do TSUDL em relação ao RMoST, com ordem grandeza semelhante à da BSMF, o que permitiu compatibilidade com os requisitos de suportação de risers flexíveis.

[0029] Para a suportação de risers rígidos, o cone superior inicialmente projetado para o RMoST foi aprimorado, tornando-o automatizado, e o sistema de centralizador (3) foi aprimorado pela inclusão de Módulos de Travamento Lateral - MTL (10), sistemas hidráulicos que estabilizam os esforços laterais do riser rígido. Para a suportação de risers flexíveis, o TSUDL considerou uma adaptação da Boca de Sino Diverless - BSDL (BR 10 2018 011452-2), considerando a utilização de seu sistema de travamento de enrijecedor de curvatura (11). Maiores detalhes de cada um dos componentes da invenção serão apresentados a seguir.

[0030] Conforme conceito inicial estabelecido pela BSMF, o TSUDL considera dois macros componentes para a suportação de riser rígido: um cone superior (1 ) e seus subcomponentes para a suportação da tração do riser, e um Módulo de Travamento Lateral - MTL (10) para fornecer o travamento lateral do riser.

[0031] Com elementos principais semelhante ao cone superior do RMoST, o cone superior (1) do TSUDL foi aprimorado principalmente na automação do sistema e consequente redução na necessidade de intervenção humana; isto é, tornando o cone superior (1 ) um dispositivo diverless.

[0032] Uma melhor visualização do Cone Superior (1 ) está apresentada na Figura 11. A efetiva suportação da tração do riser é realiza por cunhas (4). Durante a operação de pull-in, a terminação de topo do riser (15) efetua um contato com as cunhas (4) em sua parte inferior, e estas deslizam através do cone superior (1) em um movimento ascendente guiado por hastes (7), retornando para sua posição de trabalho pelo efeito da gravidade e por força de molas (14). Com o posterior assentamento da terminação de topo do riser (15) sobre as cunhas (4), a suportação da tração do riser está concluída (Figura 12). [0033] Com a operação descrita no parágrafo 0032, apesar da tração do riser estar segura, a terminação de topo do riser (15) está suportada de maneira instável, e movimentos dinâmicos do FPSO ocasionariam um movimento relativo entre o riser e o TSUDL. Para a estabilização lateral, uma série de módulos de travamento lateral (10) são atuados hidraulicamente, ou por ROV/mergulhador para eliminar a folga com a terminação de topo do riser (15), suportando assim o riser de forma segura. O MTL (10) (Figura 13) consiste em um mandril cônico que, ao avançar em direção ao centro do TSDUL, comprime quatro sapatas contra o anel externo, resultando no travamento do conjunto em qualquer posição no curso de aproximação, independentemente de pressão hidráulica.

[0034] Em uma operação de pull-out, a coroa porta carnes (5) é rotacionada em seu eixo coincidente do cone superior (1 ). Esse movimento é prioritariamente executado pelo atuador hidráulico (8), componente residente no projeto do TSUDL, ou alternativamente pelo atuador de ROV (9), ferramenta que pode ser instalada pelo ROV em caso de falha do primeiro método de atuação, ou por qualquer outra dificuldade. Com a rotação a coroa porta carnes (5), os carnes (6) promovem a ação de puxamento da haste (7), retraindo assim as cunhas (4) e permitindo a remoção da terminação de topo do riser (15).

[0035] É importante ressaltar, ainda, que a operação descrita no parágrafo 0034 pode também trazer ganho para as operações de pull-in, pois permite realizar o teste prévio de funcionamento do mecanismo automático de deslizamento das cunhas (4) através do contato direto com a terminação de topo do riser (15), garantindo que não há nenhum impedimento para o deslizamento dos componentes, como por exemplo, a presença de incrustações. Alternativamente, esse mesmo mecanismo pode substituira atuação primária no pull-in de mecanismo automático; ou seja, o sistema hidráulico (8) pode atuar para que as cunhas (4) estejam previamente retraídas, evitando qualquer contato com a terminação de topo do riser (15) durante a operação de pull-in. [0036] Retornando para a operação de pull-out, em caso de falha de atuação da coroa porta cames (5), cada uma das hastes (7) contém um olhal na sua posição posterior para que as cunhas (4) sejam retraídas separadamente.

[0037] Com o conceito anterior de dogs adotado na BSMF, observa-se que o mergulho raso estava envolvido em todas as etapas da operação de pull-in. Entretanto, a etapa mais crítica é o instante do acoplamento do enrijecedor de curvatura na boca de sino, pois este atua em paralelo com o PLSV. As condições ambientais limites do PLSV são consideravelmente maiores quando comparadas ao limite para o mergulho raso. E como as condições ambientais nas locações do Pré-Sal são mais severas, observa-se um considerável Tempo Não Produtivo (TNP) do PLSV em condições favoráveis para efetuar o lançamento do duto flexível, mas não para permitir a operação de suporte do mergulho raso.

[0038] O conceito desenvolvido nesta invenção, para a suportação de risers flexíveis, é similar ao conceito da BSDL (BR 10 2018 011452-2), onde foi identificado que novos projetos de bocas de sino não deveriam alterar significativamente os procedimentos de pull-in adotados na Petrobras.

[0039] O conceito de travamento do enrijecedor de curvatura é bastante semelhante aos projetos de bocas de sino anteriores. As principais alterações desta invenção foram a definição de uma geometria otimizada de conexão e um sistema de travamento mais eficiente, tendo ambas as inovações o objetivo de reduzir as cargas associadas ao processo de conexão do enrijecedor de curvatura na boca de sino e diminuir as atividades de mergulho. A suportação de um capacete de enrijecedor de curvatura (16) no TSUDL está representada na Figura 14.

[0040] Os componentes principais do sistema de travamento de enrijecedor de curvatura (11) do TSUDL estão apresentados na Figura 15, sendo mostradas uma vista externa (esquerda) e uma vista em corte (direita), indicando detalhes internos do mecanismo. A suportação do capacete de enrijecedor de curvatura (16) é realizada por linguetas (17), sendo estas e todo o mecanismo de travamento confinados no interior de um bloco denominado porta linguetas (18). Durante a operação de pull-in, as linguetas (17) retraem para a passagem do capacete (16), e seu retorno automático para a posição estendida é efetuado por molas (19) acomodadas no bloco de reação (20).

[0041] A vantagem significativa desse mecanismo é que não é necessária nenhuma atuação de mergulho raso para travar as linguetas (17) após o término da operação de pull-in, enquanto nos modelos anteriores de bocas de sino era necessário um acionamento manual para travamento dos dogs.

[0042] Em operações de pull-out, o mecanismo excêntrico (21 ) que contêm uma manopla (22) pode ser operado por ROV (ou alternativamente por mergulho raso, em caso de dificuldades) para efetuar a retração da lingueta (17). Para essa operação o grab ring (13) fornece um ponto fixo para que ROV estabilize seus movimentos através de um manipulador, enquanto o outro atua na manopla (22).

[0043] Para evitar que qualquer ação não intencional no mecanismo leve a retrair as linguetas (17) em um instante anterior à operação de pull-out, uma abraçadeira (12) possuindo pinos impedem o movimento da manopla (22), sendo que esses pinos apresentam interface adequada para destravamento por ROV (ou alternativamente, por mergulho raso, em caso de dificuldades).