* Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
QUINTAES, Marcelo e BARAÚNA, Leonardo – 2008.
Apostila de Equipamentos
Submarinos
Professor: Guilherme Zogaib Biral
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Apostila de EQUIPAMENTOS SUBMARINOS, Notas de estudo de Tecnologia Industrial
Tecnologia em Produção de Petróleo e Gás
Tipologia: Notas de estudo
2010
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- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
Apostila de Equipamentos
Submarinos
Professor: Guilherme Zogaib Biral
* Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
- 1 - DEFINIÇÃO SUMÁRIO
- 3.1 – C ABEÇA DE P OÇO 2 – ARRANJO SUBMARINO........................ ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
- 3.2 – ANM ( ÁRVORE DE NATAL MOLHADA )................................................................
- 3.2.1 – ANM Convencional ou Vertical.............................................................
- 3.2.1.1 - ANM Propriamente Dita................................................................
- 3.2.1.2 - Base Adaptadora da Produção.....................................................
- 3.2.1.3 - Suspensor de Coluna de Produção (tubing hanger).....................
- 3.2.1.4 - MCV – Módulo de Conexão Vertical.............................................
- 3.2.1.5 - Capa da ANM – Tree Cap
- 3.2.1.6 - Principais Ferramentas de uma ANM...........................................
- 3.2.2 – ANM Horizontal
- 3.2.1 – ANM Convencional ou Vertical.............................................................
- 3.3 – D UTOS S UBMARINOS
- 3.3.1 - Quanto à sua Estrutura
- 3.3.1.1 – Dutos Rígidos
- 3.3.1.2 – Dutos Flexíveis
- 3.3.1.3 – Elementos Acessórios
- 3.3.2 - Quanto à sua Função..........................................................................
- 3.3.3 - Quanto à Configuração
- 3.3.4 – Umbilicais...........................................................................................
- 3.3.5 – Risers
- 3.3.1 - Quanto à sua Estrutura
- 3.4 – M ANIFOLD
- 3.5 – PLEM ( PIPELINE END MANIFOLD )
- 3.5 – PLEM ( PIPELINE END MANIFOLD )
- 3.6 – PLET ( PIPELINE END TERMINATOR)
- 4 – NOVAS TECNOLOGIAS
- 4.1 – S-BCSS (BCSS SOBRE SKID)......................................................................
- 4.2 – VASPS ( VERTICAL ANNULAR SEPARATION AND PUMPING SYSTEM)...................
- 4.3 – RWI ( RAW WATER INJECTION).......................................................................
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
2 – Arranjos Submarinos
Conceitua-se como arranjo submarino de produção, a escolha dos equipamentos que serão utilizados e de que maneira eles estarão dispostos (layout).
O arranjo final de um campo é o resultado de um processo de otimização que envolve diversas variáveis, tais como:
- Número de poços e posicionamento dos mesmos,
- Comprimento e diâmetro dos dutos de produção,
- Posicionamento da unidade produção flutuante,
- Tipo de ancoragem,
- Meios de instalação,
- Perfil de produção desejado,
- Necessidade de utilização de meios de elevação artificial, etc...
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
3 – Equipamentos Submarinos
Em um sistema submarino de produção, basicamente encontramos os seguintes equipamentos:
- Cabeça de Poço
- ANM (árvore de natal molhada)
- Dutos Submarinos
- Manifold
- PLEM (pipeline end manifold)
- PLET (pipeline end terminator)
3.1 – Cabeça de Poço
As cabeças de poço submarinas suportam os revestimentos dos poços, resistem aos esforços do riser e fornecem vedação para o BOP. Na fase de produção, servem de alojamento, travamento e vedação para o “suspensor” de tubulação e para a árvore de natal. A Figura A.1 mostra um arranjo de uma cabeça de poço. Modernamente, as cabeças de poço são preparadas para receber a base adaptadora de produção (BAP).
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
modo de energização do conjunto de vedação ( packoff ) e poderiam ser classificados em sistemas torque-set e weight-set respectivamente, por aplicação de rotação ou de peso, sendo esta última forma a mais moderna. Em 1992, com o aumento da profundidade e a mesma se aproximando dos 1000 m, estes equipamentos foram expostos a uma nova realidade operacional. Tendo em vista, que muitos ainda traziam consigo algumas das características dos sistemas antigos deficiências foram aparecendo. Tais deficiências se manifestavam principalmente nas ferramentas que, expostas a uma viagem longa dentro do riser de perfuração, ficavam impregnadas de argila e cascalho, comprometendo seus mecanismos de funcionamento. Esses e outros fatores de menor importância provocavam um considerável aumento no tempo das operações e seu atrelado custo, o que culminava por tornar inviável a utilização desses sistemas.
A partir de então, surgiriam os equipamentos da presente geração, os quais se destacam pelas seguintes características:
- Totalmente weight-set;
- Permite testar o blow-out preventor (BOP) à pressão máxima de trabalho (PMT) em qualquer fase do poço. Ou seja, com ferramenta isoladora e ou teste plugue universal (TPU) assentada diretamente no alojador de alta, no suspensor de revestimento e/ou nas buchas de desgaste;
- Permite testar o BOP mesmo com o terceiro suspensor instalado;
- Permite que a bucha nominal instalada no alojador de alta e testar o BOP à PMT;
- Conjunto de vedação universal metal/metal e totalmente recuperável em uma única manobra;
- A força necessária para atuar (energizar) o conjunto de vedação universal é gerada através da pressão;
- Dispositivo anti-torque (DAT);
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
- Ferramentas exclusivas desenvolvidas (conjunto de vedação universal (CVU) e casing patch );
3.2 – ANM (árvore de natal molhada)
De uma forma mais genérica atualmente podemos classificar as ANM’s quanto ao serviço e configuração.
Quanto ao serviço:
- ANM de Produção
- ANM de Injeção
Quanto à configuração:
- ANM Convencional ou Vertical
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
ANM vertical
3.2.1.1 - ANM Propriamente Dita
É constituída por um bloco forjado, onde são montadas as válvulas de bloqueio manuais e hidráulicas. Na sua parte inferior é montado o conector hidráulico, com perfil externo H4, que permite a conexão e desconexão da ANM no alojador de alta pressão da BAP, podendo ter o nominal de 18 ¾ ou 16 ¾”(mais usual hoje em dia no Brasil). Na sua parte superior é montado o manifold da ANM ( tree manifold), de onde partem todas as linhas de controle das funções da ANM e chegam as linhas de controle da plataforma. Possui perfil interno nos bores de 4”e 2” para assentamento de plugs e perfil externo para travamento da ferramenta de
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
instalação da ANM (TRT) e para o conector da capa da ANM quando utilizada (tree cap). As válvulas montadas nesta unidade e suas funções são:
- Válvula mestra de produção (master) – M
- Válvula lateral de produção (wing) – W
- Válvula mestra do anular – M
- Válvula lateral de acesso ao anular - W
- Válvula de interligação da linha de produção com o anular (crossover) – CO
- Válvula de “pistoneio” da produção (swab) – S
- Válvula de “pistoneio” do anular – S
3.2.1.2 - Base Adaptadora da Produção
É o conjunto que suporta as linhas de fluxo e controle, nivelando-as em relação a ANM. Na sua parte inferior recebe uma estrutura guia (funil down ) para orientação na cabeça de poço, um conector hidráulico e anéis para travamento e vedação do tipo metal versus metal. Na sua parte superior, um alojador especial (denominado housing ou tubing head ), dotado de um perfil interno padronizado e preparado para receber o “suspensor” de coluna e com um segundo perfil interno também padronizado, este do tipo H4, para receber o conector da ANM. Dispõe ainda de: uma luva helicoidal interna ao alojador, a qual proporciona a orientação do “suspensor”; um funil up para orientação no assentamento da ANM; e, por ultimo, um berço (cradle) para ancoragem e apoio das linhas de fluxo, permitindo a retirada da ANM sem que seja necessário desconectar as linhas de fluxo e controle.
As ANM mais recentes foram padronizadas de acordo com a profundidade de utilização da mesma, ou seja com 1 ou 3 módulos de conexão vertical, sendo 1 MCV para profundidades até 1500 m e 3 MCV’s (linha de produção, linha de
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
Tal MCV tem a finalidade de conectar as linhas de produção, acesso ao anular e controle à BAP, possibilitando o escoamento da produção, a injeção de gás para operação de gas lift, a passagem de fluido hidráulico de controle da ANM e, por último, a injeção de produtos químicos (usualmente inibidores de hidratos).Recebeu este nome devido ao seu método de instalação (por barco e verticalmente), possibilitando uma melhor logística para operação e movimentação de sondas e barcos de lançamento de linhas.
3.2.1.5 - Capa da ANM – Tree Cap
É o equipamento, quando instalado, responsável por fazer a interligação entre os controles da plataforma de produção e as funções da ANM. Na sua maioria tais equipamentos são do tipo controle direto, onde existe uma linha de controle da plataforma para cada função a ser controlada na ANM.
3.2.1.6 - Principais Ferramentas de uma ANM
As principais ferramentas da ANM são:
- Ferramenta de instalação e recuperação da BAP - FIBAP,
- Ferramenta de instalação e recuperação do “suspensor” de coluna – THRT
- Ferramenta de instalação e recuperação da ANM e Capa – TRT
- Riser para operação de instalação e intervenção da ANM (será descrito com mais detalhes adiante).
3.2.2 – ANM Horizontal
A finalidade básica de uma ANM-H é a mesma que de uma convencional. Numa forma simplificada, a mesma pode ser descrita como sendo uma base adaptadora
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
de produção (BAP) com válvulas montadas na sua lateral, permitindo assim a intervenção no poço e eventual substituição de sua coluna de produção sem que seja necessário retirar tal ANM. O “suspensor” de coluna é assentado no interior da ANM e direciona o fluxo de hidrocarbonetos para a sua lateral – a vedação deste componente é de fundamental importância nesta configuração de árvore horizontal. Esta árvore foi concebida inicialmente para utilizações pioneiras de poços submarinos equipados com o método de bombeamento centrifugo submerso (BCS) – uma vez que tal aplicação é considerada como demandando alta taxa de intervenção no poço.
ANM horizontal (parte inferior)
As principais diferenças desta concepção em relação à convencional são:
- Eliminação da BAP;
- Eliminação da utilização de riser dual-bore nas operações de instalação e workover, já que o acesso ao anular pode ser feito pela kill line do BOP;
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
abrasão e/ou erosão. Também podem ser revestidas externamente com a finalidade de manter a temperatura do fluído transportado, evitando assim atingir a temperatura de formação de hidratos e/ou depósitos orgânico (e.g., parafinas), garantindo o escoamento da produção de forma econômica.
Duto rígido com revestimento
3.3.1.2 – Dutos Flexíveis
As linhas flexíveis são constituídas por diferentes camadas, que tem funções distintas na sua operação e, podem ser descritas da parte interna para a parte externa como:
Carcaça Interna de Aço Intertravado
Sua função principal é o de prevenir o tubo flexível do colapso quando submetido à pressão aplicada externamente, seja a hidrostática ou seja aquela decorrente do lançamento e/ou e pelas armaduras de tração. Ë composta de uma fita de aço intertravada e o material normalmente utilizado nesta é aço inoxidável AISI 304.
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
Barreira de Pressão Interna
Esta camada confere ao tubo flexível sua estanqueidade aos fluídos em condução. O material usado é a poliamida que garante uma excelente resistência aos hidrocarbonetos, pressão e temperatura (altas).
Armaduras de Pressão (Espiral Zeta)
Sua função principal é sustentar os esforços radiais, sejam induzidos pela pressão interna, sejam induzidos pelos meios de lançamento e/ou pelas armaduras de tração. Em casos específicos, essa camada zeta permite aumentar a resistência do tubo ao colapso hidrostático e as pressões mecânicas externas. O material usado é o aço carbono
Camada Intermediária de Plástico
Sua função única é a de diminuir a fricção entre a espiral zeta e as armaduras de aço e, assim, evitar a sua abrasão em caso de utilização da linha sob solicitações dinâmicas (e.g., risers ou jumpers ). O material usado é o poliamida ou o polietileno de alta densidade (PEHD).
Armaduras de Tração
Sua função principal é a de suportar as cargas axiais. São constituídas de duas camadas cruzadas de fio chato de aço, com um passo grande ao longo do comprimento, de forma a se obter boa resistência à cargas de tração. As duas camadas são dispostas a 35º em relação ao eixo do tubo, uma para a direita e a outra para a esquerda. O material usado é o aço carbono. Haverá uma camada de fita adesiva, a qual circundará a segunda camada de fios de aço de forma a segurar as armaduras durante a fabricação da camada seguinte.
Camada Externa de Plástico
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
3.3.1.3 – Elementos Acessórios
Vários acessórios podem ser instalados em um duto flexível. Abaixo relacionamos alguns desses.
- Riser Joint
- Bend Stiffener
- Bellmouth
- Vértebras
- Conectores
- Colares
- Flutuadores
- Apostila baseada em estudos realizados por TAVARES, José C. V.; CABELINO, Karina;
3.3.2 - Quanto à sua Função
- Escoamento
- Umbilical
- Misto
3.3.3 - Quanto à Configuração
- Riser
- Flowline