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Curso de ExtensãoTubos Flexíveis e Cabos Umbilicais
INTRODUÇÃOO uso off-shore de Tubos Flexíveis no Brasil
A experiência da PETROBRAS na Bacia de Campos
Palestrante: Cláudio Araújo – Petrobras
30 Novembro de 2004
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Arranjo Submarino Bacia do EspArranjo Submarino Bacia do Espí í rito Santorito Santo
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O Flexível – Visão Geral e Normas Aplicáveis
Fatores responsáveis pelo desenvolvimentoacelerado de flexíveis na Bacia de Campos
Histórico na Bacia de CamposEstágios no Desenvolvimento de Flexíveis
Dados Gerais
Necessidades e Conclusões
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O Flexível – Visão Geral
Normas aplicáveis
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O Flexível – visão geral
Classificação das linhas quanto à construção:
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O Flexível – visão geral
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O Flexível – visão geral
Classificação das LFs Quanto à Função
Aplicação Dinâmica (riser)
– A LF é exposta a cargas e flexões cíclicassignificativas durante a operação normal. A LF édimensionada especialmente para resistir a um grandenúmero de ciclos de dobramento, tensões e torções.
Aplicação Estática (Flowline)
– A LF não é exposta a cargas e flexões cíclicas
significativas durante a operação normal. – Inteiramente ou parcialmente , depositada ouenterrada no leito marinho.
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O Flexível – visão geral
Smooth boreDuto flexível no qual a barreira de pressão é aprimeira camada interna. Estrutura adotada em
poços injetores de água e aquedutos
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O Flexível – visão geral
Rough Bore
Duto flexível no qual a carcaça é a camada mais interna.Estrutura adotada em poços produtores de óleo,
injetores de gás, oleodutos e gasodutos
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O Flexível – visão geral
CAMADA PLÁSTICACAMADA EXTERNA CONTRA ABRASÃO
CAMADA PLÁSTICAPROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO E ISOLAMENTO TÉRMICO
CAMADA EM KEVLAREVITAR GAIOLA DE PASSARINHO
CAMADA DE AÇOARMADURA DE TRAÇÃO
CAMADA INTERMEDIÁRIACONTRA ABRASÃO ENTRE CAMADAS
CAMADA ZETA OU TETA DE AÇO
PRESSÃO INTERNACAMADA PLÁSTICACAMADA DE VEDAÇÃOCARCAÇA METÁLICAPRESSÃO EXTERNA(COLAPSO)
Unbonded Pipe
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O Flexível – visão geral
Estruturas “Rough bore” (Fluidos bi-fásicos/gás Ex: Prod/Gas Lift)
Carcaça (Normalmente aço inox) – Colapso, comp. Mec. Radial
Camada de Pressão (PE, Rilsan ou Cossflex) – Estanqueidade Interna
Spiral Zeta (Aço carbono ou liga) – Pint, colapso, comp. mec. Radial
Camada anti-fricção (PE ou Poliamida) – Evita abrasão
Armaduras (Aço carbono ou liga) – Tensão axial
Fitas (Poliester, poliprop, Kevlar) – Fabricação, efeito de fundo inverso (Gaiola)
Camada externa (PE, Rilsan) – Protege as armaduras, extanqueidade
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O Flexível – visão geral / Processo de Fabricação
CarcaçaIntertravada
Extrusão da Camada Plástica
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O Flexível – visão geral / Processo de Fabricação
Espiral Zeta
Armaduras de Tração
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O Flexível – Visão Geral
END-FITTINGBODY
VAULT
Flange
Conector
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O Flexível – visão geral
UmbilicaisUmbilicais
2+3CE
6+4+1CE
Flat pack
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O Flexível – visão geral
UmbilicaisUmbilicais
9+3+1CE
9f+1CE
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O Flexível – visão geral
UmbilicaisUmbilicais
18+14+1CE
10+1+5CE
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O Flexível – visão geral
UmbilicaisUmbilicais
46+1f
36F
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Dutos flexíveis:
API-RP17B – Recommended Practicefor Flexible Pipe
API-SPEC 17J – Specification for
Unbonded Flexible Pipe
Normas Aplicáveis
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Umbilicais
API-RP17I – Recommended Practicefor Flexible Umbilicals
API-SPEC 17E – Specification for
Umbilicals
Normas Aplicáveis
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Gerais
ISO-13628-2 – Petroleum and GasIndustries- Part 2 – Flexible PipeSystems for Subsea Applications
N-2409 – Norma Petrobras para Dutos
Flexíveis
Normas Aplicáveis
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Fatores responsáveis pelo uso
intensivo de flexíveis na Bacia deCampos
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Sistemas de Produção Antecipada
Sistemas Piloto de Produção
Possibilidade de Reutilização das Linhas
Contratos de Longa Duração de Navios deLançamento de Linhas
Possibilidade de Lançamento de Bundles(instalação simultânea de 2 dutos e 1umbilical)
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Histórico na Bacia de CamposEstágios no Desenvolvimento de Flexíveis
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1974
1ª Descoberta da Petrobras - Campo de Garoupa
1975
1º Contrato de Lançamento de Flexíveis(navio Flexservice 1 – FS1)
1º estágio (1974-1986)
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1977
Início do Sistema de Produção Antecipada
(EPS)Campos de Garoupa e Namorado (RJS-9A) – 1º flowline de produção
(100m de profundidade)
1978
Campo de Bonito (RJS-38) – 1º riser de produção
1º estágio (1974-1986)
á
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1978-1985Desenvolvimentos em profundidades de 100 a400m
ID das linhas instaladas: 2.5” a 10”
1986
Criação da FlexibrásFábrica de linhas flexíveis e de umbilicais em Vitória (ES)
1º estágio (1974-1986)
º á i ( 9 986)
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1º estágio (1974-1986)
FLEXIBRÁS – Fábrica de Flexíveis
Localização: Vitória (ES)
FLEXIBRÁS – Fábrica de Flexíveis
Localização: Vitória (ES)
2º á i (1987 1990)
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As descobertas em águas cada vez maisprofundas acelerou o desenvolvimento denovas tecnologias para linhas de aplicaçãoestática e dinâmica
(camadas com novas funções e camadasmais resistentes)
2º estágio (1987-1990)
2º tá i (1987 1990)
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2º estágio (1987-1990)
Investimento em Pesquisacom Suporte técnico daUFRJ / COPPE
Desenvolvimento deprogramas para cálculo detensões em linhas flexíveis
2º tá i (1987 1990)
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Softwares desenvolvidos pela Petrobras:
– FRAES
cálculo de tensões locais em flexíveis – ANFLEXcálculo de tensões globais em flexíveis
Objetivos: – estimar cargas induzidas nos flexíveis durante as operações
de lançamento e de produção
– verificar os cálculos realizados pelos fornecedores noprojeto do flexível
– verificação da capacidade estrutural remanescente noflexível após dano em serviço
2º estágio (1987-1990)
2º estágio (1987-1990)
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2º estágio (1987-1990)
1990Marlim Pré-Piloto
2 poçosflexíveis: 36km
3º tá i (1990 1995)
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Surgimento de novos fornecedores de flexíveiscom o incentivo da Petrobras – Wellstream (fábrica estabelecida nos EUA)
– NKT (fábrica estabelecida na Dinamarca)
1990
1990 - 1º Fornecimento de flexíveis pelaWellstream
1994Consolidação da Norma Petrobrás N-2409aplicável ao projeto de linhas flexíveis
3º estágio (1990-1995)
3º tá i (1991 1995)
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Padronização das
Especificações Técnicas deLinhas Flexíveis(até 1,000m de profundidade)
Objetivos – Garantia do desempenho
das linhas
– Intercâmbio de linhasflexíveis
3º estágio (1991-1995)
3º estágio (1991 1995)
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1992
Marlim Piloto
10 poços
flexíveis: 168km
3º estágio (1991-1995)
3º estágio (1991 1995)
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1992
2º Recorde de instalação de flexível
– Campo de Marlim – Profundidade: 781 m
19943º Recorde de instalação de flexível – Campo de Marlim
– Profundidade: 1027 m
3º estágio (1991-1995)
3º estágio (1991 1995)
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3º estágio (1991-1995)
1995Início das atividades do navio Sunrise 2000(instalação de flexíveis eumbilicais em até 1,500m de profundidade)
4º estágio (1995 1998)
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4º estágio (1995-1998)
Acordos de Cooperação Tecnológica (TCA’s)
– Realização de oito (8) TCA’s com os fornecedores delinhas flexíveis visando a troca de informaçõestécnicas e de experiências
4º estágio (1995 1998)
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4º estágio (1995-1998)
Petrobrás solicita aos fornecedores a
certificação das ferramentas utilizadas no projetoe dos processos de fabricação
Realização de testes para qualificação de linhasflexíveis – Garantia da confiabilidade do produto final
– Testes realizados em laboratório: estáticos e cíclicos – “DIP” teste – teste em escala real para a avaliação do
desempenho de flexíveis em águas profundas
4º estágio (1995 1998)
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Testes para Qualificação de Linhas Flexíveis – Teste de tração – Teste de colapso
– Teste de resistência à compressão radial – Teste de tração combinada com flexão – Teste de tração combinada com pressão interna
– Teste de fadiga – Teste de fixação da capa externa – Teste de estanqueidade da capa externa
– Teste de ciclagem da pressão interna – Teste de válvulas de “vent” – Teste de campo (“Dip Test”)
4º estágio (1995-1998)
4º estágio (1995 1998)
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4º estágio (1995-1998)
– Padronização dos dados ambientais por região da costa(*)
– Padronização de flexíveis por parâmetros pré-definidos (**)
– Sistema de gerenciamento de obstáculos submarinos – Uso de estacas de ancoragem (torpedos) para controle detensão no flowline
– Plano de inspeção preventiva – Sistema de reparo de risers
4º estágio (1995 1998)
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4º estágio (1995-1998)
(**) Parâmetros Padronizados em flexíveis:
– Faixas de profundidade• Para risers, flowlines e umbilicais:
0-500m; 500-1000m; 1000-1500m• Para flowlines e umbilicais:
1500-2000m
– Utilização por função e tipo de fluido• Poços de produção e manifolds• Serviço e Gas Lift
• Injeção de Água• Exportação de Óleo e Gás
– Diâmetros• 2,5” até 14,5”
4º estágio (1995-1998)
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4º estágio (1995-1998)
Configurações Padronizadas de Umbilicais
EHC 9+3+CE
Production Wells
EHC 6+4+CEProduction Manifolds
EHC 5+CE
Injection Wells
4º estágio (1995-1998)
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4º estágio (1995-1998)
Especificação de Flanges
ID da linha Especificação do Flange
2 1/2” Flange 29/16” - API Type 17SS-5000# Spec 17D Tab. 901.2 - BX-1534” Flange 41/16”- API Type 17SS-5000# Spec 17D Tab. 901.2 - BX-1556” Flange 71/16” - API Type 17SS-5000# Spec 17D Tab. 901.2 - BX-156
8” to 9” Flange 9” - API Type 17SS-5000# Spec 17D Tab. 901.2 - BX-157
9.5” to 10.5” Flange 11” - API Type 17SS-5000# Spec 17D Tab. 901.2 - BX-158
11” to 12” Flange 135/8” - API Type 6B-3000# Spec 6A Tab. 901.3 - BX-160 (instead of RX57)>12” Flange 163/4” – API Type 6B-2000# Spec 6A Tab. 901.2 - BX-161 (instead of RX65)
Umbilicais Flange 5 1/8” - API Type 6B-2000# Spec 6A Tab. 901.2 Flat face
4º estágio (1995-1998)
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4 estágio (1995-1998)
Especificação para Boca de Sino
ID Diâmetro da Bôca de Sino & I-tubo
Umbilicais (todos) 18”
2 1/2” 18”
4” 18”
6” 22”8” 26”
10” 30”
12” 30”
14,5 34”
ISU (2 ½”ID+ 8x ½”) 26”
4º estágio (1995-1998)
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4 estágio (1995-1998)
Isolamento Térmico – Faixas padronizadas para o coeficiente de troca
térmica (TEC)
Wax deposits
Hydrate plug
4º estágio (1995-1998)
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4 estágio (1995-1998)
(*) Padronização das condições ambientaisde projeto (meteocean data)
– Dados ambientais referentes à duas décadasde operações na Bacia de Campos são
registrados em um banco de dados
4º estágio (1995-1998)
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4 estágio (1995 1998)
19974º Recorde de instalação de flexível – Marlim Sul 3 – Profundidade: 1709 m
5º estágio (1999-2003)
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5 estágio (1999 2003)
1999Contratos para lançamento de linhas flexíveis e deumbilicais em até 2,000m de profundidade
20005º Recorde de instalação de flexível
– Campo de Roncador – Profundidade: 1883 m
5º estágio (1999-2003)
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5 estágio (1999 2003)
20011º fornecimento de linhas flexíveis pela NKT
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Dados Gerais
25 A d R d
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25 Anos de Recordes
Principais Recordes de Perfuração e Produção
T t l d Li h B i d C
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Total de Linhas na Bacia de Campos
Quantidade total de linhas flexíveis e de umbilicais emserviço na Bacia de Campos(risers e flowlines em profundidades de 100 a 2000m)
– 2.400 km de dutos flexíveis
– 2.100 km de umbilicais
2421,8 km
2148,4 km
Casos de falha em linhas flexíveis
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(fases de instalação e de operação)
– Ruptura / desconexão do restritor de curvatura – Corrosão dos acessórios – Desgaste das proteções anti-abrasão de risers na
região do TDP – Colapso de linhas de injeção de água
Casos de falha em linhas flexíveis
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(fases de instalação e de operação)
– dano na camada externa – “bird caging” e desarranjo das armaduras de
tração – instabilidade de linhas de exportação de gás
– corrosão / fadiga das armadurasde tração
– abrasão / fadiga das armadurasde tração
Conclusões
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Apesar do flexível ser um produto de grandeconfiabilidade a constante evolução dasexigências do mercado demandamaprimoramentos como: – Melhoria do desempenho do isolamento
térmico
– Desenvolvimento de ferramentas quepossibilitem melhor avaliação da integridadedos flexíveis em operação
– Novos desenvolvimentos para aplicação emáguas ultra profundas
C l õ
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Conclusões
(cont.) Apesar do flexível ser um produto degrande confiabilidade a constante evolução dasexigências do mercado demandam melhorias
como:
– Revisão do conceito dos enrijecedores decurvatura devido a falhas de campo
– Melhoria das proteções anti-corrosivas ou daseleção dos materiais resistentes à corrosão
– Calibração dos modelos para predição deflambagem das armaduras de tração sob açãoda pressão externa e flexão
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FIM
Cláudio Araújoclaudioc@petrobras.com.br
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LochnagarLochnagar
DA DOS CONTRA TUAI SContratada - DSND SUBSEA ASA
DA DOS TÉCNI COS• Comprimento: 105 m• Calado Máximo: 5,7 m
• ROV: 1 x 1900 m1 x 1300 m
• Lançamento:Bombordo - 110ton x (96 a 590 mm)
Centro - 37,5ton x (80 a 250) mmBoreste - 165ton x (96 a 590) mm• Armazenamento:
2 bobinas x 250ton2 cestas x 1500ton
Embarcação para lançamento de linhasflexíveis com apoio de ROV
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Sunr iseSunr ise 2 0 0 02 0 0 0
DA DOS CONTRA TUAI SContratada - COFLEXIP S.A.
DA DOS TÉCNI COS•• Comprimento: 123 metros• Calado Máximo: 6,3 metros
• ROV: 1 x 2000 m 1 x 2000 m
• Lançamento:Bombordo - 100ton x (80 a 400) mmCentro - 30ton x (50 a 300) mmBoreste - 80ton (80 a 400) mmBoreste (VLS): 270ton (150 a 600) mm
• Armazenamento:1 bobina x 175t
3 cestas (600+1500+1500)ton
Embarcação para lançamento de linhasflexíveis com apoio de ROV para operação
em lamina d'água de até 2000 metros.
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Seaw aySeaw ay CondorCondor
DA DOS CONTRATUA I S
Contratada - STOLT OFFSHORE BV
DA DOS TÉCNI COS• Comprimento: 139 metros• Calado Máximo: 6 metros
• ROV: 1 x 1500 m 1 x 2000 m• Lançamento:
Bombordo - 75ton x (105 a 500) mmCentro - 40ton x (50 a 300)mmBoreste - 230ton x (95 a 500)mm
• Armazenamento:8 bobinas x 140ton
1 cesta 1600ton
Embarcação para lançamento de linhasflexíveis com apoio de ROV.
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Bonded Pipe
Suportes ( hang offs)
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Suportes ( hang offs)
Configurações dinâmicas
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Configurações dinâmicas
Configurações dinâmicas
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Configurações dinâmicas
Configurações dinâmicas