Ferramentas de reparo e manuteção de tubulações submarinas e métodos para substituição de tubulações rompidas

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0708621-0 A2
  • Data do depósito:
  • 07/03/2007
  • Data da publicação:
  • 07/06/2011
  • Prioridade unionista:
  • País Número Data
    NORUEGA NORUEGA 20061102 07/03/2006
Inventores:
  • Classificação:
  • F16L 1/26
    Assentamento ou recupera??o de tubos; Reparo ou montagem de tubos sobre ou embaixo d'?gua; / Reparo ou montagem dos tubos sobre ou debaixo d'?gua;
    ;
  • Início da fase nacional:
  • 08/09/2008
  • PCT:
  • Número: NO2007000091 Data:07/03/2007
  • WO:
  • Número: 2007/102744 Data: 13/09/2007

FERRANENTAS DE REPARO E MANUTENÇÃO DE TUBULAÇÕES SUBMARINAS E METODO PARA SUBSTITUIÇAO DE TUBULAÇÕES ROMPIDAS. A presente invenção se refere a um conector de reparo de tubulação (40) para um sistema de reparo de tubulações submarinas, disposto para conectar e desconectar tubulações no fundo do oceano. A invenção também se refere a um sistema incluindo um conector (40) e a um método para substituição de tubulações rompidas no fundo do oceano.

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Documento

"FERRAMENTAS DE REPARO E MANUTENÇÃO DE TUBULAÇÕES SUBMARINAS E MÉTODO PARA SUBSTITUIÇÃO DE TUBULAÇÕES

ROMPIDAS"

A presente invenção se refere a um conector de 5 reparo de tubulação para um sistema de tubulações submarinas, disposto para ser abaixado no fundo do oceano, para substituição de tubulações em tal local, em que o conector compreende uma carcaça de conector para sujeição e vedação das extremidades da tubulação e um funil de entrada 10 para recebimento de, pelo menos, uma das ditas extremidades de tubulação. A invenção se refere ainda a um sistema apara reparo de tubulações, e a um método de substituição de tubulações rompidas no fundo do oceano.

Existe uma necessidade sempre crescente da 15 indústria de Petróleo 'e Gás em desenvolver melhores equipamentos para a área submarina, que sejam menores e mais simples    de    manipulação    e    manutenção. Esses

equipamentos devem permitir operações sem submersão e devem ser isentos de conexões aparafusadas e soldadas. Tal tipo 20 de equipamento, preferivelmente, deve também ser hidraulicamente operado com suporte apenas de um ROV (Sigla de "Remote Operated Vehicle" - veiculo submarino operado por controle remoto).

Dentro desse mercado existem muitas tubulações 25 que estão começando a envelhecer e a necessidade ■ de manutenção e reparo é crescente. Ao mesmo tempo, existe sempre o aumento de restrições mais severas para o uso de mergulhadores    na execução    de ■ tais reparos.

Conseqüentemente, existe uma crescente demanda para equipamentos de reparo de tubulações, que sejam totalmente operados por meio de ROVs, sendo esse o nicho que o presente Requerente encontrou no mercado, proporcionando às empresas de petróleo planos de contingenciamento para reparos de tubulações em águas profundas, de maior profundidade que anteriormente possivel.

O presente conector de reparos é singular no seu modelo e operação, compreendendo, basicamente, apenas três partes principais integradas sem solda, que proporcionarão favoráveis resultados de custo-beneficio para os clientes. Ao combinar o sistema de vedação e sujeição de tubos operado hidraulicamente,    juntamente com o sistema de

acoplamento de junta esférica e vedação rápida (HQS Hydraulic Quick Sealing) operado também hidraulicamente, como uma parte    integral    sem solda do conector, o

equipamento será realmente inigualável, na medida em que o mesmo será facilmente    e rapidamente conectado    e

desconectado hidraulicamente às tubulações. O sistema irá tornar o uso atual de flanges, parafusos e porcas obsoleto e irá representar um imenso ganho no tempo de operação e instalação para    execução    de    reparos de tubulações

submarinas em todas as aplicações.

Existem diversos sistemas que divulgam equipamentos de manipulação de tubos submarinos. Entre outros, são conhecidos os documentos de patentes NO 322062, que se refere ao tracionamento e conexão a uma tubulação; US 6.113.157, que se refere a um conector de junta esférica ajustável; EP-A-1.733,843, que se refere à conexão de tubulações submarinas; NO-B-177.683, que se refere a reparos de uma tubulação submarina; WO-A1-97/15773, que se refere à montagem de uma instalação no fundo do mar, com peças complicadas de equipamento para aperto ou afrouxamento de porcas de parafusos em uma flange comum, em uma limitada área de trabalho e em determinada profundidade. Outros documentos de patentes incluem: US 4.868.964, que se refere a um dispositivo para união de uma tubulação; US 2002/0179167, que se refere a um dispositivo de fechamento operável remotamente; e NO 910291, que se refere à inspeção e limpeza de uma tubulação.

Portanto, um objetivo da presente invenção é de proporcionar ferramentas de reparo e manutenção de tubulações, que sejam fáceis de operar e que, se necessário, possam ser desdobradas em aplicações de águas profundas.

Esses objetivos são alcançados através de um conector de reparos, conforme definido na reivindicação independente 1, em que uma primeira parte da dita carcaça compreende uma disposição pressurizada de sujeição e vedação, para recebimento e sujeição de uma extremidade de tubulação existente na carcaça do conector e uma segunda parte da dita carcaça compreende um acoplamento de peso leve de rápida vedação (HQS) operado por pressão hidráulica, para recebimento e sujeição de uma tubulação substituinte na carcaça do conector e, na parte intermediária entre as ditas extremidades da carcaça, se dispõe uma junta esférica pressurizada de alinhamento, em que todos os componentes são adaptados para ser hidraulicamente pressurizados para uma posição de travamento mecânico e para proporcionar uma vedação com a parte de envolvimento.

Os objetivos acima são também alcançados mediante um sistema conforme definido na reivindicação independente 9, e um método para substituição de tubulações rompidas no fundo do oceano, conforme definido na reivindicação independente 11.

Modalidades alternativas são definidas nas reivindicações dependentes 2-8, 10 e 12, respectivamente.

Uma modalidade exemplificativa da invenção será agora descrita com a ajuda dos desenhos anexos, nos quais:

-    as figuras 1 a 6 mostram um conector de acordo com a invenção;

-    as figuras 7 e 8 mostram uma ferramenta de preparação a ser usada em um sistema de acordo com a invenção;

-    as figuras 9 e 10 mostram uma ferramenta de suspensão a ser usada em um sistema de acordo com a invenção.

Os presentes conectores (40) são designados e preparados, por exemplo, para tubos de 4 polegadas de diâmetro externo (OD), a um máximo de 20 polegadas de diâmetro externo, com uma aferição de pressão de acordo com a solicitação do cliente. O conector é inigualável com relação ao seu modelo e operação, consistindo de três partes principais integradas sem solda, que proporcionarão resultados favoráveis de custo-beneficio para os clientes.

Um sistema de vedação e sujeição de tubos (70), um sistema de acoplamento de junta esférica (50) e rápida vedação (60) (HQS) foram combinados no conector (40) para produzir uma singular peça de equipamento. O equipamento é simples e rápido para hidraulicamente conectar e desconectar tubulações. O sistema irá tornar os atuais parafusos e porcas de flanges obsoletos e irá representar uma imensa economia no tempo de operação e instalação para execução de reparos de tubulações submarinas em quaisquer aplicações.

As vantagens gerais com o conector incluem a instalação de um ROV sem submersão, ausência de conexões tipo flange/parafusos, e sistema de sujeição de tubos e vedação de tubos operado hidraulicamente. A "junta esférica" de alinhamento operado hidraulicamente permite, pelo menos, 14 graus de movimento em qualquer direção. O conector é otimizado no modelo para um baixo peso e fácil operação. O custo é reduzido em comparação com os conectores mecânicos existentes. O conector pode ser projetado especificamente para Serviços Ácidos & de Corrosão, com altos teores de H2S e CO2. O conector pode ser equipado com um sistema especial de "vedação ambiental" que irá vedar e proteger a tubulação e o sistema de sujeição da corrosão. O sistema conector de vedação de tubulações é especialmente projetado para aplicação abaixo de pelo menos 2000 metros. O conector apresenta um formato fino, sendo de leve peso. O seu custo é moderado e apresenta um alto desempenho, podendo ser produzido para aplicações de tubos

de diâmetro externo de 4 a 20 polegadas.

O conector (40) consiste, principalmente, de três partes principais integradas sem solda, a saber: uma carcaça de conector (6) para operação hidráulica de uma tubulação com a disposição de sujeição e vedação (70); a junta esférica de alinhamento (50) operada hidraulicamente que permite, pelo menos, um movimento de 14 graus em qualquer direção; e o acoplamento de peso leve (60), de rápida vedação, operado hidraulicamente.

O conector pode compreender uma estrutura de transporte e instalação (42), que apresenta uma ferramenta fixada para fácil reparo e instalação de uma tubulação submarina. A estrutura de transporte e instalação pode ser equipada com as seguintes ferramentas permanentes para fácil instalação e acesso de tubulações durante o trabalho de reparo de tubulação submarina: ferramenta de tracionamento do conector, para posicionar o conector sobre a tubulação mestra na correta posição; pelo menos, dois cilindros hidráulicos para posicionamento e ajuste do alinhamento correto da junta esférica e substituição da ferramenta de tracionamento de tubulação e do guia de retração.

O sistema de vedação e sujeição de tubulações (70), operado hidraulicamente, conforme mostrado na figura 5, compreende um sistema hidráulico de ajuste de vedação (72) , designado, preferivelmente, como um dispositivo de travamento de posição. Quando o conector (40) se encontra na sua posição, sobre a tubulação mestra submarina durante

a instalação, é aplicada uma pressão de fechamento hidráulica para comprimir e "travar" as vedações em um modo comprimido (posicionamento) sobre a tubulação. O sistema de sujeição hidráulico pode ser designado com um dispositivo de travamento múltiplo (dispositivo de 3 estágios). Com tal dispositivo, o sistema é capaz de travar mecanicamente a ação de sujeição na posição. O principio da operação é o mesmo que o descrito acima, porém, pode consistir de três conjuntos de segmentos de travamento e um cone de travamento múltiplo. O dispositivo de travamento de posição elimina a necessidade de adicionais linhas de controle hidráulico para operar as travas.

Conforme mostrado na figura 5, uma extremidade de tubulação (80) , após ser preparada por meio de uma ferramenta de preparação, é inserida no sistema de vedação e sujeição (70) . As vedações (74) incluem a extremidade de tubulação (80) e os meios de sujeição (76) estão apertando e mantendo a tubulação no lugar. Na frente do sistema de vedação e sujeição de tubulações (70) se dispõe um funil guia de tubulação (78) para guiar a tubulação no local.

O sistema de junta esférica (50) operado hidraulicamente é um sistema de caracteristicas singulares da nova conexão de junta esférica do tipo flexivel, operada hidraulicamente, por exemplo, com vedações elastoméricas. Tal sistema é designado para compensar os desalinhamentos da tubulação, pelo menos, em até 14 graus em qualquer direção. As vantagens de uma junta esférica operada hidraulicamente é a facilidade de ajuste na posição aberta durante as instalações, devido a ausência de forças entre as vedações e a junta esférica. Uma grande área na operação do pistão/atuador cria uma alta força de fechamento para comprimir as vedações elastoméricas e, ao mesmo tempo, proporciona satisfatória resistência da pré-carga para a conexão. O atuador hidráulico pode ser designado com um dispositivo de travamento de posição, de modo a manter em contato a vedação e a junta esférica, quando o sistema hidráulico apresentar uma máxima pressão interna e for alcançada uma máxima curvatura.

O acoplamento do sistema de rápida vedação hidráulica (60) (HQS), entre o conector (40) e a tubulação substituinte (82) é um dos principais fundamentos para o sucesso. O acoplamento do sistema HQS, preferivelmente, é uma conexão tipo elemento de cubo/braçadeira (26), com um sistema de vedação de metal com metal. O acoplamento é designado com um pistão/atuador anular de operação, com uma grande área de pistão que cria uma alta força de fechamento, combinado, por exemplo, com um anel atuador de conicidade de 5 graus e, por exemplo, uma conicidade de 25 graus sobre o segmento de braçadeira e elemento de cubo, de modo a proporcionar uma satisfatória resistência e pré-carga da conexão. As partes dinâmicas do sistema são modeladas com um dispositivo de "travamento de posição", para manter contato de metal com metal (elemento de cubo com elemento de cubo), quando foram alcançados os sistemas de máxima pressão interna e máximos momentos de dobramento. O sistema de acoplamento com vedação de metal com metal é modelado com um anel de gaxeta de metal, o qual provê uma vedação de alta pressão entre os elementos de cubo. O anel de gaxeta de vedação é um sistema singular de vedação que proporciona a vedação do lado externo para o lado interno da tubulação, incluindo balanço de pressão e sistema de teste externo e interno. O acoplamento é do tipo "furo integral" e não apresenta restrições quanto ao diâmetro interno que possam provocar o efeito Venturi, permitindo o fluxo laminar do fluido através do acoplamento. O anel de gaxeta de metal pode ser reutilizado diversas vezes.

Na frente do acoplamento de vedação (60) é preferível uma ferramenta de tracionamento guia (62) da tubulação substituinte, um cilindro ou pino de tracionamento (64) da tubulação substituinte e um guia da tubulação substituinte (66), em que todas as peças são projetadas para uma fácil conexão da tubulação substituinte com o sistema de acoplamento de rápida vedação (60) . As figuras 2 e 3 mostram a colocação de uma tubulação substituinte com a ajuda da ferramenta de tracionamento (62) do guia de substituição.

As vantagens operacionais do conector incluem as vantagens consideradas como rápidas e fáceis para operações de conexão e desconexão hidráulicas de acoplamento HQS de conectores e de sistema de vedação de tubulações e de gotejamento, por exemplo, em um periodo de tempo máximo de 20 a 30 minutos; um sistema de indicação visivel seguro e confiável para controle do fechamento e abertura de posições do sistema de vedação e sujeição de tubulação; e processamento e procedimentos de instalação que são eficientes e que não requerem ferramentas extras de manipulação e instalação, além da ferramenta que é permanentemente instalada na estrutura de instalação, a qual é incluida na embalagem.

Existem funções hidráulicas para abrir e fechar a junta esférica durante a instalação de conectores (40) abaixo de, pelo menos, 2000 metros. 0 conector é provido de acessos para execução de testes de pressão interna e pressão externa (instalações) para as seguintes vedações: vedação de tubulação, vedação de junta esférica e vedação de acoplamento tipo HQS.

Antes dos conectores serem abaixados no fundo do oceano, uma ferramenta hidráulica de levantamento e posicionamento ajustável (440) de tubulação defeituosa é abaixada no fundo do oceano.

A ferramenta hidráulica de levantamento ajustável (440) de tubulação defeituosa pode ser usada para diversas aplicações submarinas dentro do sistema de reparos de tubulações. Todas as funções são hidraulicamente operadas a partir de um ROV (veiculo submarino operado por controle remoto), disposto em uma profundidade de, pelo menos, 2000 metros. A ferramenta ajustável de levantamento de tubulações pode operar em tubulações de diferentes dimensões, tais como, de 4 a 20 polegadas e com capacidade de levantamento de 12 a 24 toneladas. Se necessário, mergulhadores de águas rasas podem operar essa ferramenta mediante uso de um volume de força hidráulica e de cabo flexíveis ligados a uma embarcação padrão afastada da costa, porém, a ferramenta de levantamento e posicionamento de tubulações, preferivelmente, é projetada em conexão com experientes operadores de ROV, podendo ser operada a partir de qualquer ROV padrão de águas profundas.