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APOSTILA DO CURSO “SISTEMAS DE SUPORTAÇÃO DE RISERS E MÉTODOS DE INTERLIGAÇÃO (PULL-IN)” Elaboração: Sérgio Batista de Barros Função: Engº Equipamentos Sênior Lotação: E&P-SERV/US-SUB/ISBM E-mail: sbbarros@petrobras.com.br 2 “O verdadeiro conhecimento não é aquilo que você sabe, mas o que você faz com aquilo que sabe”. HUXLEY 3 ÍNDICE CAPÍTULO I INTRODUÇÃO 1.1- HISTÓRICO 1.1.1- A PRODUÇÃO OFFSHORE 1.2- DEFINIÇÕES BÁSICAS 1.3- LINHAS FLEXÍVEIS 1.4- OBJETIVO CAPÍTULO II DESENVOLVIMENTO 2.1- SISTEMAS DE SUPORTAÇÃO DE RISERS 2.1.1- SUPORTES TIPO “I-TUBE” 2.1.2- SUPORTES TIPO “CÔNICO” 2.1.3- SUPORTES TIPO “QUEIXO-DURO” 2.1.4- SUPORTES TIPO “QCDC” 2.2- MÉTODOS DE INTERLIGAÇÃO DE RISERS 2.2.1- PULL-IN DE PRIMEIRA EXTREMIDADE 2.2.2- PULL-IN DE SEGUNDA EXTREMIDADE 2.2.3- PULL-OUT DE PRIMEIRA EXTREMIDADE 2.2.4- PULL-OUT DE SEGUNDA EXTREMIDADE 2.2.5- PULL-IN EM PLATAFORMAS SEMI-SUBMERSÍVEIS (SS) 2.2.5.1- Arranjos 2.2.5.2- Seqüência de Pull-in 2.2.6- PULL-IN EM FSO E FPSO (TURRET) 4 2.2.6.1- Arranjos 2.2.6.1- Seqüência de Pull-in (FPSO P-33) 2.2.7- PULL-OUT EM FSO E FPSO (TURRET) 2.2.7.1- Seqüência de Pull-out (FPSO P-33) CAPÍTULO III NOVAS TECNOLOGIAS 3.1- RISER TOWER 3.2- BOIÃO 3.3- DICAS CAPÍTULO IV CONCLUSÕES E COMENTÁRIOS FINAIS 5 CAPÍTULO I INTRODUÇÃO 1.1- HISTÓRICO A exploração de petróleo “offshore” teve início no fim do século XIX na costa da Califórnia, Estados Unidos, através de plataformas de madeira instaladas em profundidades em torno de 5 metros. No primeiro quartel do século XX - 1930 foram construídas as primeiras plataformas fixas de aço, seguindo o conceito jaqueta, o que aumentou a profundidade alcançada para dezenas de metros. Nos anos de 1950 a exploração “offshore” de petróleo se restringia ao Golfo do México. Nos anos seguintes, a exploração no mar se expandiu, cobrindo áreas desde a Austrália até o Alasca. No início dos anos 1970, houve a primeira crise mundial de oferta de petróleo, que consistia no embargo imposto pela OPEP - Organização dos Países Exportadores de Petróleo aos países do Ocidente, principalmente aos Estados Unidos da América, devido ao apoio deste a Israel, na Guerra de Yom Kippur, através do aumento significativo do preço no mercado internacional. Seguiram-se outras crises de abastecimento de óleo, com conseqüentes aumentos do preço do barril, vinculadas a eventos políticos como a revolução do Irã, em 1979 e a guerra entre Iraque e Kuwait, em 1990. Estas crises fizeram com que a exploração offshore ganhasse impulso, com os países procurando se tornar menos dependentes dos fornecedores do Oriente Médio. 6 1.1.1 A PRODUÇÃO OFFSHORE A tecnologia inicialmente disponível, plataformas de aço fixadas no solo marinho (Figura 1), permitia a produção de campos em águas rasas. Os poços eram perfurados sob a unidade fixa antes de sua instalação. Após a instalação da jaqueta, os poços eram completados pela própria unidade (poços de árvores de natal tipo seca ou convencional). Figura 1 - Plataforma Fixa de Petróleo 7 Posteriormente, com o aumento da profundidade, começaram a ser utilizadas plataformas semi-submersíveis para a perfuração e também para a produção inicial dos campos recém descobertos (Figura 2). Esta filosofia foi largamente utilizada no Brasil, principalmente na Bacia de Campos - RJ e era conhecida como Sistemas de Produção Antecipada - SPA. Figura 2 - Plataforma Flutuante de Petróleo Estas unidades, que já eram empregadas nas operações de perfuração e completação de poços, sofriam um processo de conversão que as habilitava a operarem como unidades de produção. Os poços podiam ser perfurados e completados por outras plataformas e, em seguida, interligados aos SPAs. Neste caso, os poços eram chamados de satélites e equipados com árvores de natal tipo molhada (Figura 3). 8 Figura 3 - Árvore de Natal Molhada Diversas vantagens podiam ser obtidas com a antecipação da produção dos campos através do uso dos SPAs. Dentre elas, pode-se citar: − Aproveitamento da rentabilidade dos reservatórios da Bacia de Campos − Possibilidade de aquisição de dados do campo os quais serão úteis no desenvolvimento definitivo − Desenvolvimento do campo em fases − Baixa exposição de capital e antecipação do fluxo de caixa do Projeto 9 No Brasil, mais precisamente na Bacia de Campos onde se produz a maior parte do petróleo brasileiro, o desenvolvimento dos projetos de produção dentro do contexto da crise mundial se deu em fases distintas. Inicialmente foram feitos grandes investimentos nos campos de águas rasas com a construção e instalação de grandes plataformas fixas. Datam da primeira metade dos anos de 1980 as plataformas de Garoupa, Cherne, Namorado, Enchova e Pampo. Deve-se notar que nesta mesma época, porém com investimentos de menor porte, foram implantados diversos projetos do tipo SPA - campos de Corvina, Piraúna, Linguado, Viola e Moréia. No final dos anos de 1980 foram instaladas as últimas plataformas fixas, localizadas na porção Nordeste da Bacia de Campos - o chamado Polo Nordeste composto dos campos de Carapeba, Vermelho e Pargo. A partir de então, todas as unidades instaladas foram do tipo flutuante (plataformas semi- submersíveis ou navios de produção do tipo FPSO) operando como pilotos de campos recém descobertos ou como unidades de produção que compunham fases distintas de projetos de desenvolvimento de outros campos petrolíferos. Dados recentes informam que a produção brasileira de petróleo e gás está assim distribuída com relação à profundidade de água - PDA: Origem Parcela Terra - Onshore 20 % Mar - Offshore (PDA < 400 m) 25 % Mar - Offshore (PDA > 400 m) 55 % Todas as recentes grandes descobertas da PETROBRAS - campos de Albacora, Marlim, Marlim Sul, Roncador, Jubarte e Cachalote estão localizadas em regiões de grandes profundidades. Desta forma, a filosofia de utilização de sistemas flutuantes de produção ancorados em águas profundas é irreversível, tratando-se do contexto brasileiro de produção de petróleo. O uso de plataformas semi-submersíveis para produção aumentou o leque dos equipamentos necessários para implantação dos projetos, tais como árvores de natal molhada, linhas flexíveis de produção, manifolds submarinos etc (Figuras 3,4 e 5). 10 Figura 4 - Linhas Flexíveis de Produção Figura 5 - Manifold Submarino de Produção 11 1.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS As seguintes definições básicas são comumente utilizadas neste segmento da indústria petrolífera offshore, para designar equipamentos, operações específicas e expressões utilizadas duranteas operações, sendo que parte delas serão encontradas ao longo deste trabalho: ANM-DL-GLL Árvore de natal molhada, diverless e guidelineless, equipamento de cabeça de poço, para operação submarina, projetado para operação remota, sem intervenção de mergulhadores, e sem cabos guias para orientar sua descida e instalação AS LAID SURVEY ou AS LAID Filmagem com registro da rota das linhas lançadas no fundo mar. BAP Base Adaptadora de Produção; dispositivo que serve para guiar a ANM e o FLH para instalação por Conexão Vertical Direta ou Indireta BAVIT Base de material da PETROBRAS na cidade de Vitória - ES BELL MOUTH ou BOCA DE SINO Dispositivo acoplado na parte inferior dos I-Tubes, responsável pelo travamento do enrijecedor de curvatura (bend stiffener) dos risers flexíveis durante a operação de pull-in BEND RESTRICTOR Restritor de Curvatura para linhas flexíveis BEND STIFFENER Enrijecedor de Curvatura para risers BUNDLE Conjunto de dutos, utilizado para interligar equipamentos submarinos e estes às UEP’s, composto por linhas de escoamento e umbilicais de controle CFF Conexão Flow/Flow - Qualquer conexão entre dois tramos estáticos do duto CLP Cluster de produção: conjunto de cabeças de poços perfurados próximos entre si, visando evitar a movimentação do sistema de ancoragem da sonda, quando da mudança de locação CRF Conexão Riser/Flow- Ligação flangeada unindo os tramos dinâmico (riser) e estático (flowline) do duto CVD Conexão Vertical Direta: método que permite ao próprio navio de lançamento (LaySV) conectar o FLH e as linhas do bundle de produção à Base de Produção sem o auxílio da Sonda de Completação. Pode ser de 1a ou 2a extremidade na ANM. 12 CVR ou CVC ou CVI Conexão Vertical Remota ou Convencional ou Indireta: Método que permite ao navio de lançamento (LaySV) fazer o abandono temporário do FLH e das linhas do bundle no fundo do mar, próximo à cabeça do poço, para posterior recuperação e conexão vertical com Sonda de Completação. Requer o uso de um trenó de abandono. Pode ser de 1a ou 2a extremidade na ANM DE Diâmetro externo DHSV Down Hole Safety Valve. (Válvula de segurança instalada abaixo da cabeça do poço). DI Diâmetro interno EHDM Módulo de distribuição eletro-hidráulico do manifold submarino END FITTING Conector de extremidade de qualquer tramo de um duto flexível FAD Fator de Amplificação Dinâmica - Fator aplicado à cargas estáticas para considerar efeitos de vento, corrente e onda FHP Equipamento que permite a circulação de pigs entre as linhas anular e de produção, instalado no MLF FLH ou MLF Flowline-Hub, mandril das linhas de fluxo, para conexão do bundle do poço na ANM. Existem modelos pigáveis (FHP) e não pigáveis FLOWLINE Trecho de linha flexível/rígido estático (apoiado no fundo do mar) que interliga o sistema submarino de coleta/exportação à unidade de produção FPSO Floating Production Storage and Offloading Vessel HANG-OFF Flange bi-partido instalado no conector do riser e assentado sobre o suporte de sustentação do riser. HPU Hydraulic Pressure Unit (Unidade hidráulica de pressão) HOT-STAB Dispositivo para conexão hidráulica submarina a ser efetuada por ROV I-TUBE Tramo tubular, instalado no pontoon da UEP ou no Turret do FPSO, com a função de guiar o riser flexível para o convés de suportação KEEL-HAULING Operação de passagem de linhas ou equipamentos sob a quilha do navio ou pontoons de uma plataforma semi- submersível LAY-AWAY Método de conexão e instalação conjunta de ANM, FLH e linhas do poço, através da operação conjugada do LaySV e da Sonda de Completação LaySV Laying Support Vessel (Sunrise 2000, Flexservice-I, Lochnagar ou Kommandor 3000 no contexto deste Memorial Descritivo). LDA Lâmina d’água (profundidade) MANIFOLD SUBMARINO Equipamento para coleta de óleo cru e distribuição de gás lift e água de injeção MCV Módulo de conexão vertical para conexão diverless entre flowlines e equipamentos submarinos. Parte móvel do PLET que é conectada à linha. 13 MD Memorial Descritivo MSP Manifold submarino de produção de óleo MSPI Manifold submarino de produção de óleo e injeção de água OUTERWRAP Capa de Reforço contra desgaste de riser/dutos flexíveis OVERBOARDING Operação de transposição de linhas ou equipamentos por sobre as rodas de lançamento do LaySV, de modo a preservar a linha ou equipamento em questão contra esforços de flexão elevados OVERRIDE Dispositivo que permite uma forma alternativa de acionamento hidráulico de um equipamento OFFSET Passeio da unidade de produção em relação à posição teórica de projeto. Pode ser anual, decenal ou centenário, de acordo com as condições ambientais vigentes no momento da medição P- 37 FPSO PETROBRAS P-37 - Friendship adaptado para Unidade Flutuante de Produção PDG Registrador Permanente de Fundo (do poço) PE Procedimento Executivo (emitido pela empresa contratada) PIG X-OVER ou PXO Equipamento que permite a circulação de pigs entre as linhas anular e de produção, instalado na ANM PIG LOOP ou PLP Equipamento que permite a circulação de pigs entre as linhas anular e de produção, instalado distante da ANM PIPE FOLLOWER Tramo de linha flexível usada como recurso para manusear linhas flexíveis em processo de lançamento/recuperação PLEM Pipeline End Manifold - conjunto de válvulas para distribuição de fluxo PLET Pipeline End Termination - estrutura para conexão vertical direta de linhas flexíveis a rígidas ou Válvulas de Bloqueio (SDV’s) ou de Retenção (Check Valves) PMAX Pressão interna admissível PULL-IN Transferência do riser, do navio de lançamento para a Unidade de Produção PULL-OUT Operação de retirada do riser da Unidade de Produção QCDC Quick Connection and Disconnection Connector – Conector de conexão e disconexão rápida. RISER Trecho de linha flexível/rígido dinâmico que interliga o sistema submarino de coleta/exportação à unidade de produção ROV Veículo de Operação Remota RTJ Ring Type Joint (juntas tipo anel) SCM Subsea Control Module – Módulo de Controle dos Manifolds Submarinos SDV Válvula de segurança (tipo “fail close”) utilizada para conter o fluxo de hidrocarbonetos em situações de emergência. No contexto deste MD será submarina do tipo esfera atuada remotamente por meio de linha hidráulica e localmente por ROV através de “hot stab” 14 SGN Sistema Gerador de Nitrogênio (método termo-químico para remoção de parafina) TDP Touch-down point - Ponto onde o riser suspenso toca o leito marinho. TIAC Temperatura inicial para o aparecimento de cristais de parafina TIE-IN Operação de conexão de dutos submarinos (rígidos/flexíveis entre si ou a qualquer equipamento submarino.) TPT Transdutor de Pressão e Temperatura (na ANM) TRACK SURVEY Filmagem da rota prevista para lançamento das linhas no fundo mar com o objetivo de verificar possíveis interferências. TRENÓ Dispositivo que permite pré-lançar o FLH para posterior resgate pela Sonda e conexão na BAP. Utilizado em poços onde não é possível realizar a Conexão Vertical Direta na BAP. O Trenó é também designado “Falsa BAP” TURRET Sistema de ancoragem e recebimento de risers flexíveis em FPSOs UEH Umbilical Eletro-Hidráulico UEP Unidade estacionária de produção: unidade flutuante de produção (plataforma semi-submersível ou navio FPSO) permanentemente ancorada na locação e dotada de planta de processo UH Umbilical Hidráulico (com ou sem cabo elétrico) VÁLVULA DE RETENÇÃO (CHECK VALVE) Válvula de retenção utilizada para conter o fluxo de hidrocarbonetos numa determinada direção, em situações de emergência. No contexto deste MD será do tipo portinhola simples.Pode ser travada aberta por meio de ROV 15 1.4 – LINHAS FLEXÍVEIS Tendo em vista que a quase totalidade dos risers existentes na Bacia de Campos é do tipo Flexível, será apresentado abaixo, de forma simplificada, a composição de uma linha flexível para condução de óleo, gás e água e também sobre UH e UEH. Carcaça (interlocked steel carcass) -> Camada metálica intertravada. -> Resistência total ou parcial ao colapso do duto ou da barreira de pressão devido: * descompressão do duto; * pressão externa; * pressão das armaduras; * cargas mecânicas de compressão. -> Externamente funciona como “outerwrap”. -> Material: Aço-C; aço-inox(normal); liga à base de Ni; Barreira de Pressão (internal pressure sheath) -> Camada polimérica. -> Garantir integridade do fluído transportado. -> Material: * HDPE; * XLPE; * PA-11; * PVDF. Armadura de Pressão (pressure armour layer) -> Camada estrutural metálica inter-travada, com ângulo de assentamento (“lay angle”) próximo a 90º. -> Resistência a pressão interna, colapso e cargas mecânicas radiais. -> Material: Aço-C. (Normalmente chamada de Zeta). 16 Camada anti-fricção(Anti-wear layer) (ou camada anti- desgaste) -> Camada polimérica usada entre as armaduras: de pressão, 1ª e 2ª de tração. -> Resistência a desgaste/fricção entre as respectivas camadas. -> Material: Polietileno, Poliamida. Armaduras de tração (Tensile armor layer) -> Camada estrutural metálica com ângulo de assentamento (“lay angle”) entre 20º e 55º, constituída de arames conformados helicoidalmente ao longo do tubo; usada aos pares em contra-hélice. -> Resistência parcial ou total de cargas de tração e a pressão interna e totalmente a torção. -> Material: Aço-C . Fita Anti-Flambagem (Holding bandage) -> Fita ou tecido de alta resistência enrolado sobre as armaduras de tração. -> Evitar a perda de estabilidade dos arames durante a fabricação e resistência à flambagem das armaduras de tração (fundo negativo ou compressão súbita). -> Material (fita ou manta): * Fibra de vidro, materiais poliméricos ou sintéticos. b Camada Externa (Outer sheath) -> Camada polimérica. -> Proteção contra agentes externos, tais como: água do mar,corrosão, abrasão, danos mecânicos, etc; e manter as armaduras de tração na posição helicoidal, depois da conformação do tubo. -> Material: * PA-11 e HDPE, * Materiais com aditivo p/ UV. 17 Tubo “Smooth bore” (liso): É um DF que tem a camada de barreira de pressão como primeira camada mais interna (sem carcaça). É normalmente usado nos risers de injeção de água. Camada Isolante (Insulation layer) -> Camada polimérica, normalmente localizada logo abaixo da camada externa do duto. -> Aumentar as propriedades de isolamento térmico do tubo. -> Material: * Polímeros, * Micro esferas de vidro. ISOLAMENTO Umbilical Circular com Armadura -> Seção circular. -> Hidráulico ou Eletro-hidráulico de controle, injeção química e potência. ->Transmissão de temperatura e pressão. 18 1.3 OBJETIVO As plataformas fixas de produção tinham a grande maioria dos poços de completação seca, interligados à plataforma através de risers rígidos verticais que uniam um template localizado no solo marinho abaixo da jaqueta às árvores de natal do tipo seca, localizadas num módulo específico da unidade. Os risers de exportação de óleo e gás e de alguns bundles de poços satélites eram interligados às unidades através de tubos “J” ou “I”. Estes tubos tinham a função de conduzir os risers até o sistema de suportação das linhas flexíveis. Desta forma, os risers não eram submetidos às condições ambientais (vento, onda e correnteza) durante sua instalação e vida útil. Posteriormente, os risers passaram a ser ligados nas unidades fixas sem utilização dos I- tubes, em configurações do tipo catenária livre. Nas unidades flutuantes todos os risers eram interligados em configuração do tipo catenária, fazendo com que eles fossem instalados e operassem submetidos às condições ambientais. Na medida que os projetos foram caminhando para águas mais profundas, as cargas de manuseio das linhas flexíveis tornaram-se mais rigorosas, fazendo com que os navios de lançamento de linhas fossem modificados para atender a esta demanda. Da mesma forma, as unidades de produção foram dotadas de equipamentos de tração que fossem capazes de puxar os risers e conectá-los em seus sistemas de suportação - operação esta convencionalmente chamada de pull-in. Este trabalho visa descrever sobre os diversos tipos de sistemas de suspensão/ suportação de risers utilizados nas Unidades Marítimas de Produção da Bacia de Campos, vantagens e desvantagens de cada um, onde e quando utilizá-los, bem como também, descrever os métodos atuais de interligação dos risers nestes suportes e as tendências futuras (novas tecnologias). 19 CAPÍTULO II DESENVOLVIMENTO 2.1- SISTEMAS DE SUSPENSÃO DE RISERS As linhas flexíveis (risers) são fixadas nas Unidades Estacionárias de Produção (UEP) através de suportes fixos, sendo basicamente os do tipo I-tube, cônico, queixo-duro e QCDC, sendo que este último se encontra em desuso atualmente. 2.1.1- SUPORTES TIPO “I-TUBE” VISTA INFERIOR DAS BOCAS DE SINO SISTEMA TURRET – FPSO P-34 VISTA INTERIOR TURRET–TUBOS GUIA I-TUBE PROJETO SPREAD MOORING (DICAS) – P-50 20 Este sistema é composto por um tubo, que possui na parte inferior uma terminação denominada “boca de sino” (Bell mouth), que tem por finalidade, além de orientar a entrada do riser no I-tube, fixar através de dogs o enrigecedor (bend stiffener). Quando instalado em Unidades tipo FPSO e FSO, no interior de sistemas tipo “TURRET”, a boca de sino é interligada ao convés de conexão de risers (riser connection deck) através de um tubo guia contínuo. Se o sistema for do tipo “DICAS”, onde os risers ficam suspensos pelo costado do navio, este tubo não é integral, ficando parte do riser exposta. Quando instalado em Semi-submersíveis (SS), o tubo também não é integral, ficando normalmente, pelo lado de dentro dos submarinos (pontoons) em bombordo e boreste, com o riser suportado ao nível do spider deck. Caso a SS possua os seus submarinos ligados entre si, é possível efetuar a instalação também em proa e popa, sendo que no caso da proa, devido à proximidade com o casario (alojamento), somente os risers de injeção de água e umbilicais eletro-hidráulicos poderão ficar suportados ao nível do spider deck. Caso se queira instalar um poço produtor na proa, os risers de produção e injeção de gás lift deverão ficar suportados ao nível do pontoon, em suportes do tipo “CÔNICO” e somente o umbilical eletro-hidráulico poderá ser suportado no spider deck. Em todas as situações acima descritas, a terminação no riser connection deck, para cada riser, é um flange, onde será fixado o conector do riser, através de um “HANG OFF”, o qual, é compostopor cunhas flangeadas bi-partida, que promovem assim a suportação do riser. O I-tube tem como grande vantagem, minimizar, ou até mesmo dispensar a utilização de um sistema auxiliar de guinchos. Não só orienta a entrada do riser na plataforma, como evita a interferência do cabo do guincho principal de pull-in ou mesmo do próprio riser com o pontoon, por exemplo, como também funciona como proteção mecânica para os risers. Além disto, este tipo de suporte também auxilia bastante na que diz respeito à estabilidade das Unidades tipo SS, já que todas as cargas horizontais ficam ao nível dos pontoons. Como desvantagem, podemos citar o fato de se necessitar de apoio de mergulho raso na preparação do Sistema de Pull-in e de um sistema de monitoração das operações, através de câmeras normalmente instaladas no próprio capacete do mergulhador, para se verificar não só a entrada do riser na boca de sino, como o travamento dos dogs. Devem-se prever nos projetos que os spools de fechamento devam possuir flange rotativo (swivel) no lado de conexão com o conector do riser, de modo a facilitar o acoplamento do spool. 21 2.1.2- SUPORTES TIPO “CÔNICO” P-18 – VISTA SUPERIOR SUP. CÔNICO VISTA LATERAL CONE MACHO Este sistema é composto por uma estrutura metálica cônica, denominada “Cone fêmea”, a qual, possui uma abertura frontal que permite a entrada do riser no suporte. Fica normalmente instalado externamente aos pontoons, devido ao fato de se necessitar de uma altura maior para efetuar o assentamento do riser, função de se ter que passar aproximadamente 2/3 do comprimento do bend stiffener acima do suporte, para permitir a entrada do mesmo pela abertura do suporte. O suporte tipo “CÔNICO” tem como vantagem principal, a não utilização de parafusos para a fixação do riser no mesmo, sendo empregado para tal, um cone bi-partido, denominado 22 “Cone macho” instalado a bordo do navio de serviço (LSV) no conector do riser, o qual, se encaixa no cone fêmea, quando do assentamento do riser no suporte. O bi-partido deve ficar transversal à boca de entrada do suporte. Tem como grande desvantagem, a necessidade de utilização de um sistema auxiliar de puxamento, normalmente composto por dois guinchos auxiliares que promovem não só a centralização do riser em relação à boca de entrada do suporte, como o seu puxamento para dentro do suporte. Normalmente, não é possível efetuar o deslastramento da Unidade para acessa-lo e efetuar a seco a operação de instalação do riser no suporte, necessitando-se neste caso do apoio de mergulhadores para a preparação do sistema de pull-in, acompanhamento e monitoração da operação e instalação do spool de fechamento, para a qual, deve-se utilizar torqueadores hidráulicos. Devem-se prever nos projetos que os spools de fechamento devam possuir flange rotativo (swivel) no lado de conexão com o conector do riser, de modo a facilitar o acoplamento do spool. 2.1.3- SUPORTES TIPO “QUEIXO-DURO” SUPORTES VAZIOS (SEM RISERS INSTALADOS) SUPORTES OCUPADOS (COM RISERS INSTALADOS) CUNHA BI-PARTIDA ESTRUTURA FIXA FLANGE INTERMEDIÁRIO Este sistema fica geralmente localizado acima da linha d’água ao nível do spider deck ou main deck, na proa e popa, sendo denominado do tipo catenária livre Pode ser composto por dois tipos, sendo um dotado de uma estrutura fixa na plataforma, flange intermediário bi-partido e cunha ou castelo também bi-partido (conforme indicado na figura acima); e o outro, por uma estrutura fixa na plataforma e apenas flange bi-partido. 23 No primeiro caso, durante a operação de instalação do riser no suporte, o conjunto conector + flange intermediário (que já vêm montado do LSV) pode subir por dentro do vão do suporte, pois o diâmetro daquele é menor do que este. No segundo caso, o conector do riser deve subir por fora (à frente) do queixo-duro. Em qualquer situação, se faz necessária a utilização de um sistema de puxamento auxiliar para centralizar o riser no suporte e fazer coincidir as furações da estrutura fixa com a cunha ou castelo bi-partido ou o flange bi-partido. O suporte queixo-duro tem como grande vantagem o fato de não necessitar do apoio de mergulho raso, porém, devido às cargas envolvidas cada vez maiores em função das laminas d’água cada vez mais profundas, a sua utilização em projetos novos tem ficado cada vez mais limitada. 2.1.4- SUPORTES TIPO “QCDC” (Quick connection and disconnection connector) Este sistema de suspensão foi utilizado no passado, quando se previa que no caso de um acidente ou sinistro, os risers poderiam ser desconectados rapidamente (hidraulicamente), caindo dentro d’água, para que depois, após o controle da situação, os mesmos voltassem a ser reconectados. Devido, talvez, principalmente, à falta de manutenção, as falhas neste sistema se tornaram grandes, sendo que com o advir de outros sistemas (cônico, i-tube e queixo-duro), estes se tornaram obsoletos, estando nos dias de hoje, presentes em apenas algumas unidades muito antigas, sendo que na maior parte delas estes já foram substituídos por outros tipos. 24 2.2- MÉTODOS DE INTERLIGAÇÃO DE RISERS As operações de interligação de risers são denominadas de Pull-in e consistem em um conjunto de manobras entre uma UEP (Unidade Estacionária de Produção) e um LSV (Laying Support Vessel), precedido de uma mobilização/ preparação dos sistemas principal e auxiliar de puxamento, atendendo sempre as orientações prescritas nos MD (Memoriais Descritivos) das operações. Essas operações têm como objetivo a interligação dos poços satélites ou manifolds submarinos, ou sistemas de escoamento de importação ou exportação de óleo e gás de uma UEP, através da transferência de risers flexíveis ou rígidos, do LSV para a UEP, em caso de Pull-in. Quando houver a necessidade de retirada de algum riser para remanejamento para outra Unidade, para outro suporte dentro da mesma Unidade, para manifold ou para a execução de algum tipo de reparo, esta operação é denominada de Pull-out. A seguir, serão mostradas algumas plantas e elevações, tanto de FSO/FPSO, quanto de SS, de modo a se ter uma idéia das características de cada projeto no que diz respeito à distribuição dos risers no interior dos turret e pelos bordos das SS: FPSO – P-34 Risers estão dispostos em camada simples. Total de risers = 34 Sem problemas para inst./desinst. dos risers. Camada de riser única FPSO – P-31 Risers estão dispostos em camada dupla. Total de risers = 27 Problemas p/ desinst. risers seg. camada Camada de riser dupla 25 FPSO – P-33 Risers estão dispostos em camada dupla Três decks de conexão de risers (maior dificuldade na instalação dos spools de fechamento) Total de risers = 35 Camada de riser dupla SS - P-19 Risers estão dispostos pelos bordos, sendo proa e popa suporte tipo queixo-duro e BB e BE tipo I-tube Total de risers = 67 SS - P-40 Risers estão dispostos pelos bordos, sendo proa e popa suporte tipo queixo-duro e BB e BE tipo I-tube Total de risers = 104 2.2.1- PULL-IN DE PRIMEIRA EXTREMIDADEA operação de Pull-in é caracterizada como primeira extremidade, quando o bundle ou linha flexível é conectada primeiramente na plataforma, de onde parte o lançamento pelo LSV, para conexão na árvore de natal do poço ou manifold submarino. Tem como vantagem, o fato de se trabalhar com cargas menores, pois as linhas se encontram vazias e com a sua quase totalidade dentro do LSV. Apesar dessa vantagem, quanto mais profunda for a lâmina d’água, menos tem sido usada, função da grande dificuldade do LSV fazer a conexão de segunda na árvore ou manifold. 26 Em alguns projetos, é obrigatório a execução de pull-in dos risers de importação/exportação nesta condição, devido às limitações do guincho do sistema principal de pull-in. 2.2.2- PULL-IN DE SEGUNDA EXTREMIDADE A operação de Pull-in é caracterizada como segunda extremidade, quando o bundle ou linha flexível é conectada primeiramente na árvore de natal do poço, manifold submarino ou outra plataforma, pelo LSV, de onde parte o lançamento até a plataforma onde será feita a interligação. Neste caso, as cargas de pull-in serão maiores, já que deverá ser considerado todo o peso da catenária e a linha normalmente cheia d’água (exceção para gasodutos e muitas vezes também para os oleodutos). Na figura abaixo, é mostrada uma maquete da P-18, onde durante a operação de troca do riser do oleoduto Norte, por um riser com revestimento em Coflon, o que redundou num incremento da carga do riser, teve-se de usar uma patesca para dividir a carga, permitindo utilizar as estruturas e guincho existentes. Guincho linear Blocos de polias Patesca Suportes de risers 27 2.2.3- PULL-OUT DE PRIMEIRA EXTREMIDADE A operação de Pull-out é caracterizada como primeira extremidade, quando o bundle ou linha flexível é desconectada primeiramente na plataforma, de onde parte o recolhimento pelo LSV, para efetuar um reparo, substituição ou remanejamento para u manifold submarino ou outra Unidade, podendo implicar na desconexão na árvore de natal do poço ou manifold. Neste caso, a carga de pull-out será maior, já que deverá ser considerado todo o peso da catenária e a linha normalmente cheia d’água. 2.2.4- PULL-OUT DE SEGUNDA EXTREMIDADE A operação de Pull-out é caracterizada como segunda extremidade, quando o bundle ou linha flexível é desconectada primeiramente na árvore de natal do poço ou manifold submarino, pelo LSV, de onde parte o recolhimento até a plataforma onde será feita a desconexão. Nas situações onde há risco de queda de riser devido a avarias ou falhas, esta opção é sempre a adotada, sendo que na maioria das vezes é efetuado o corte dos parafusos na conexão flangeada riserxflow, com o auxílio de um ROV, diminuindo assim o tempo de recolhimento e o risco de queda do riser antes do pull-out. Neste caso, a carga de pull-out será menor, sendo que em alguns projetos é obrigatório o pull-out das linhas de importação/exportação de óleo e gás nesta condição. Tendo em vista o fato de nem todas as Unidades possuírem spools de fechamento com flange rotativo (swivel) no lado de conexão com o conector do riser, foram desenvolvidas ferramentas especiais, denominadas “braço de alavanca”, as quais, uma vez acopladas ao flange do conector do riser, permite com o auxílio de um tifor ou talha, promover o seu giro, para o correto alinhamento do spool de fechamento, conforme mostrado nas figuras abaixo. 28 29 30 Um outro recurso também já utilizado com sucesso em operações de pull-out (desmobilização da P-34) é o “gancho”, o qual, é empregado nas operações que dependem de mergulho raso para a conexão do cabo do guincho do LSV à lingada de pull-out , para suprir a dificuldade do mergulhador efetuar esta conexão com uma manilha (método convencional) com um correnteza desfavorável, permitindo assim que este possa efetuá-la com apenas uma das mãos, enquanto a outra pode ser mantida segura a uma estrutura, suporte, acessório, etc. Gancho 2.2.5- PULL-IN EM PLATAFORMAS SEMI-SUBMERSÍVEIS (SS) A execução de Pull-in em SS, prescinde de dois sistemas, sendo um o principal que é composto por uma unidade de tração (guincho), responsável por efetuar o içamento dos risers. O encaminhamento do cabo do guincho principal deve seguir rigorosamente o projeto, devendo-se sempre manter todo o sistema envolvido (guinchos, cabos de aço, blocos de polias, patescas, roletes, trolleys, etc) bem manutenido, de modo a se preservar ao máximo as suas características originais, evitando-se assim paralisações e surpresas desagradáveis durante as operações. O segundo sistema é o auxiliar que é composto por guinchos auxiliares, tifors ou talhas mecânicas, responsável pela orientação da entrada do riser nos sistemas de suspensão tipo cônico e queixo- duro. Como atividade secundária, é utilizado na movimentação de blocos de polia, trolleys, 31 materiais diversos e para a passagem de cabo mensageiro para o LSV, sendo por vezes o próprio mensageiro. Caso seja necessário, pode se utilizar de uma ou mais patescas para criar um sistema de moitão, de modo a aumentar a capacidade de carga deste sistema. Tendo em vista os altos custos envolvidos nas operações (barco especial,etc), deve-se efetuar uma boa preparação e checagem, de modo a garantir um bom desenvolvimento dos trabalhos, minimizando-se ao máximo os atrasos. Segue abaixo, alguns exemplos de arranjos em SS, bem como a seqüência da execução de um pull-in nestas unidades. 2.2.5.1- ARRANJOS Arranjo no main deck -Blocos de polia inde- pendentes por e pelos bordos. - Guincho em posição única. 32 SS deslastrada Operação de passagem de cabo mensageiro de um bordo para o outro sem o auxílio de mergulhador. Arranjo Sist. Aux. com utilização de moitão. 33 Arranjo Sist. Aux. (encaminhamento pela Unidade) Trolley 34 2.2.5.2- SEQUÊNCIA DE PULL-IN 1) Situação desejada (de projeto) após o pull-in 2) LSV na posição final (após lançamento) 35 3) LSV inicia a transf. do riser para a plataforma.4) Carga transferida para a plataforma 5) Riser instalado (posição final) 36 2.2.6- PULL-IN EM FSO E FPSO (TURRET e DICAS) A execução de Pull-in em navios tipo FSO e FPSO, normalmente é feita após ou entre um offloading e outro e requer a utilização de dois rebocadores para manter o navio na posição desejada para os trabalhos com o LSV (exceto quando for projeto DICAS). . Caso, por um motivo ou outro, os trabalhos não se iniciem e terminem nestes períodos, o LSV terá que ficar aguardando a execução de um novo offloading, tendo nesse caso que se afastar para além da zona de colisão, de modo a permitir a entrada do navio aliviador. Segue abaixo, alguns exemplos de arranjos em FPSO, bem como a seqüência da execução de um pull-in nestas unidades. 2.2.6.1- ARRANJOS 1) FPSO – P-34 Guincho fora do turret, exigindo rigoroso controle no posicionamento do FPSO, principalmente quando da chegada do riser na posição final de pull-in, no riser connection deck. Troca do cabo de aço dispensa o uso de rebocadores para segurar o FPSO na posição. 37 2) FPSO – P-31 Guincho e bobinadeira dentro do turret, sendo a alimentação elétrica e hidráulica feita através de cabos e mangueiras externas ao turret, também exigindo controle rigoroso no posicionamento do FPSO. Pode-se efetuar troca de cabo de aço sem necessidade de rebocador para segurar a embarcação 3) FPSO – P-33 Dois guinchos de pull-in dentro do turret. Bobinadeira externa ao turret. Tanto no pull-in quanto durante a troca de cabo de aço, exige rebocadores e rigoroso controle do posicionamento do FPSO. 38 2.2.6.2- SEQUÊNCIA DE PULL-IN (FPSO – P-33) 1) Posicionar bloco de polias desvio (deflector boom) na posição correspondente ao I-tube desejado. 2) Passar cabo do guincho principal pela polia central, deflector boom e I-tube. 39 3) Lançar cabo mensageiro (cabo de aço 1/2in) pelo costado do FPSO e conectar ao soquete do cabo do guincho principal com o auxílio de mergulhador. 4) Lançar retinida pelo LSV e fazer a transf. do cabo do guincho principal. 40 5)Conectar cabo principal à lingada de pull-in e iniciar transf. do riser para o FPSO. 6) Após transf. da carga e o riser na posição final, liberar cabo do LSV através de manilha hidro-acústica. 41 7) Içar o riser por dentro do I-tube, até o travamento do capacete na boca de sino. Esta operação deve ser assistida com o uso de câmera de tv acoplada ao capacete do mergulhador. Um cabo de segurança é usado para evitar a queda do capacete caso não ocorra o seu travamento na boca de sino. 8) Efetuar a instalação do hang-off no conector do riser, quando da chegada no riser connection deck, não se esquecendo de retirar previamente o colar dos cabos de cisalhamento, que sustentavam o capacete + bend stiffener. 42 9) Promover a instalação do spool de fechamento. 2.2.7- PULL-OUT EM FSO E FPSO 2.2.7.1- SEQUÊNCIA DE PULL-OUT (FPSO – P-33) 1) Posicionar bloco de polias de desvio (deflector boom) na posição correspondente ao I- tube desejado e efetuar a passagem dos cabos principal e auxiliar. 43 2) Remover spool, instalar cabeça de tração e lingada de pull-out, conectar os cabos principal e auxiliar na lingada,mantendo cabo auxiliar sem carga (solecado). Mergulhador efetua a abertura dos dogs. 3) Tensionar o cabo principal e promover a remoção do hang-off 44 4) Hang-off removido. Iniciar descida do riser. 5) Após saída da boca de sino,mergulhador instala patesca e passa cabo do guincho auxiliar. 45 6) Lançar cabo mensageiro pelo costado e conectar ao cabo auxiliar através de mergulhador. 7) LSV lança retinida, recolhe cabo mensageiro + auxiliar até o convés, onde será conectado o cabo auxiliar ao cabo do guincho ou pipe follower do LSV. 46 8) Trazer cabo de aço ou pipe follower do LSV e efetuar a conexão da eslinga auxiliar à lingada de pull-out, com o auxílio de mergulhador. Em seguida, liberar e recolher o cabo do guincho auxiliar, juntamente com a patesca . 9) Efetuar a transferência do riser para o LSV. 47 10) LSV libera o cabo do guincho principal. Recolher o cabo e repetir seqüência para o próximo riser ou então, concluir a operação. 48 CAPÍTULO III NOVAS TECNOLOGIAS 3.1- RISER TOWER Esta nova tecnologia consisteem se efetuar a instalação dos risers numa torre que fica submergida entre 100 a 250m de profundidade e ancorada no leito marinho. A interligação desta com a plataforma é feita através de um jumper flexível, diminuindo significativamente as cargas na plataforma. Segue abaixo algumas figuras ilustrativas deste conceito. 49 280m 2 5 0 m 3 8 0 m 410m 3.2) BOIÃO Esta nova tecnologia se encontra em fase desenvolvimento pela PETROBRAS e consiste basicamente na instalação de risers em uma bóia submergida a aproximadamente 150m de profundidade, ancorada no leito marinho. A interligação desta com a plataforma, da mesma forma que no riser tower, é feita através de um jumper flexível, diminuindo da mesma forma, significativamente, as cargas na plataforma. 50 3.2- DICAS (spread mooring) Esta nova tecnologia foi desenvolvida pela PETROBRAS e já está sendo utilizada em vários projetos como: P-43 (Barracuda), P-48 (Caratinga), P-50 (Albacora Leste) e P-54 que se encontra em fase final de obras aqui no Brasil e em breve serão levados até a locação para ancoragem e início dos trabalhos de interligação dos risers flexíveis. Nesta concepção, os risers ficam todos ancorados ao longo do costado de bombordo, em suportes do tipo I-tube (não integrais), sendo que os blocos de polias e skid de mergulho correm em cima de um trilho ao longo deste costado, sendo cada um travado na posição desejada, através de um pino acionado hidraulicamente. Tem como grande vantagem o fato ter dois sistemas de ancoragem: um na proa e o outro na popa do navio, dispensando assim, o uso de rebocadores durante os trabalhos de pull-in/out. Outra vantagem é o fato de se poder passar previamente os cabos mensageiros por dentro dos I-tube, o que na concepção turret, só pode ser feita após o navio estar seguro por rebocadores na posição de trabalho. 51 CAPÍTULO IV CONCLUSÕES E COMENTÁRIOS FINAIS Na indústria do petróleo e em particular, na Bacia de Campos, as novas descobertas de petróleo têm sido cada vez mais em águas profundas e ultraprofundas, o que tem provocado toda uma revolução tecnológica, tanto nos projetos de plataformas e sistemas de ancoragem, quanto no desenvolvimento de novos produtos e principalmente de linhas flexíveis capazes de atender às cargas e condições de trabalho impostas. Os sistemas de suportação de risers também têm, necessariamente, passado por mudanças, bem como, os métodos para a instalação de risers flexíveis ou rígidos nestes. Um outro aspecto de suma importância é o da segurança, que a cada dia tem de ser redobrada, face aos riscos de acidentes cada vez maiores, função das elevadas cargas de pull- in/out. Portanto, é imperativo que se tenha um bom plano de preservação e manutenção dos equipamentos e acessórios envolvidos, de modo a se minimizar ao máximo a ocorrência de falhas e riscos durante as operações. Espero, que o meu objetivo neste trabalho tenha sido atingido, ou seja, que todas as informações aqui registradas possam vir a servir como fonte de consulta para todas as pessoas que de uma maneira ou outra, tenham nos seus trabalhos do dia-a-dia alguma correlação com os assuntos aqui abordados. 52 REFERÊNCIAS 1) Landau, Giuseppe Bacoccoli Luiz D.Sc. Apostilas de Prospecção Offshore - Curso de Pós-graduação MSO (Master em Sistemas Offshore) - Rio de Janeiro - COPPE (Coordenação dos Programas de Pós-graduação) - UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), 2003 2) PE-3D-01164 – Procedimento de Pull-in/out – Disponível no SINPEP da Petrobrás 3) DE-3542.00-1500-940-PSE-002 – FPSO P-34 – Posição dos Suportes – Cadastro de Instalações Submarinas da Petrobrás 4) DE-3530.00-1500-940-PSE-015 – FPSO P-31 – Posição dos Suportes – Cadastro de Instalações Submarinas da Petrobrás 5) DE-3534.00-1500-940-PSE-113 – FPSO P-33 – Posição dos Suportes – Cadastro de Instalações Submarinas da Petrobrás 6) DE-3534.00-1500-940-PSE-004 – Plataforma P-19 – Posição dos Suportes – Cadastro de Instalações Submarinas da Petrobrás 7) DE-3544.00-1500-940-PSE-002 – Plataforma P-40 – Posição dos Suportes – Cadastro de Instalações Submarinas da Petrobrás 8) Desenhos da Natec – Braço de Alavanca 9) Data-book do Sistema de Pull-in da P-33 10) Apostila do Curso Sobre Linhas Flexíveis 11) Apresentação sobre Riser Tower
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