BRPI0610281A2 - dispositivo de transferência de fluido entre dois suportes flutuantes - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo de transferência de fluido entre dois suportes (2, 3) flutuantes ancorados ao fundo do mar (5) que comporta um conduto (1) submarino rígido central instalado em subsuperfície, cujas extremidades (1a, 1b) estão ligadas, cada uma e respectivamente, a um dos dois referidos suportes por intermédio de um conduto (11, 16) flexível, na qual: a) a secção principal do referido conduto (1) rígido central compreende ou coopera com elementos (8) de flutuabilidade de modo que o referido conduto (1) rígido central adote, em um estado quase estático de repouso, uma configuração em forma de arco, de um modo preferido, de acordo com uma curva sensivelmente em forma de catenária, de tal modo que os ângulos (X1, OC2) entre as semi-retas dos eixos (XX', YY') do referido conduto rígido e as semi-retas horizontais em cada uma das suas extremidades (1a, 1b) na direção da outra extremidade (1b, 1a), têm um valor absoluto inferior a 20<198>, de um modo preferido inferior a 15<198> e b) os referidos condutos (11, 16) flexíveis têm comprimentos e curvaturas, de modo que as variações de curvatura dos referidos condutos flexíveis estejam aptas a compensar os movimentos dos suportes flutuantes.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVODE TRANSFERÊNCIA DE FLUIDO ENTRE DOIS SUPORTES FLUTUANTES".

A presente invenção refere-se a um dispositivo de transferênciade fluido entre dois suportes flutuantes ancorados ao fundo do mar quecomporta um conduto submarino rígido central instalado em subsuperfíciecujas extremidades estão ligadas, cada uma e respectivamente, a um dosdois referidos suportes por intermédio de um conduto flexível.

Mais particularmente, a presente invenção refere-se ao domínioconhecido das ligações a grande distância, instaladas em subsuperfície, dotipo que comportam um conduto submarino que liga dois suportes flutuantesancorados à superfície do mar, ancorados.

A partir do momento em que a profundidade da água se tornaimportante, a exploração dos campos de produção, nomeadamente campospetrolíferos, efetua-se, de um modo geral, a partir de um suporte flutuante.Este suporte flutuante comporta, de um modo geral, meios de ancoramentopara se manter em uma determinada posição apesar dos efeitos das corren-tes, dos ventos e da ondulação. Também comporta, de um modo geral, mei-os de armazenamento e de tratamento do petróleo, bem como meios dedescarga para petroleiros de armazenamento. A designação destes suportesflutuantes é o termo anglo-saxônico "Floating Production Storage & Offloa-ding" (que significa "suporte flutuante de armazenamento, de produção e dedescarga) com as iniciais "FPSO".

Os meios de descarga são, de um modo geral, constituídos poruma bóia ancorada longe do FPSO, de modo a poder acolher petroleiros dearmazenamento de grande tonelagem, que podem medir de 250 a 300 m decomprimento para uma tonelagem de porte bruto de 300 a 450.000 TPB, emesmo mais. Estas bóias de descarga são conhecidas sob o nome de SPM(Single Point Mooring), ou «ponto de ancoramento único» e estão, de ummodo geral, ancoradas ao fundo do mar por múltiplas linhas, de um modogeral 4, 6 ou 8 linhas, ligadas a pontos de ancoramento situados no fundo domar, sendo os referidos pontos de ancoramento quer âncoras, quer meiosde amarração na forma de blocos de âncora, quer ainda âncoras de sucção(pilar de aço embutido, no fundo do mar através de sucção).

Para assegurar a segurança das manobras dos petroleiros dearmazenamento, é habitual instalar a bóia de escoamento longe do FPSO,podendo a distância atingir 1500 a 2000 m no, caso de superpetroleiros dearmazenamento.

Quando a profundidade da água é pequena, por exemplo comalgumas centenas de metros, a conduto de ligação entre o FPSO e a bóia éinstalada de modo convencional no fundo do mar, sendo instalada uma liga-ção fundo-superfície em cada extremidade, do lado do FPSO, bem como dolado da bóia.

Nas grandes profundidades de água, por exemplo 1000 ou 2000m, e mesmo mais, tenta-se evitar descer até ao fundo do mar, e, depois, tor-nar a subir para a superfície, porque a folga de comprimento criada pelo fatoda conduto descer e tornar a subir torna-se desvantajosa relativamente àdistância horizontal entre os dois suportes flutuantes, em termos de perdasde carga e de arrefecimento do petróleo bruto, dado que o fundo do mar seencontra, sensivelmente, à temperatura de 49C.

Prefere-se, então, utilizar ligações ditas de «subsuperfície», quese instalam, de um modo geral, a uma profundidade de 150 a 300 m, porquea esta profundidade a ondulação de superfície já não tem, praticamente, e-feitos dinâmicos diretos sobre o conduto de escoamento e, além disso, osnavios podem navegar livremente sem riscos de interferência com as referi-das ligações de subsuperfície.

Foram criados inúmeros sistemas para efetuar estas ligações desubsuperfície, utilizando, alguns deles, condutos flexíveis muito dispendio-sas, pelo fato de apresentarem, de um modo geral, um grande diâmetro, eutilizando, outros, condutos em aço com uma grande espessura associadasa elementos de flutuabilidade.

Todos estes dispositivos devem assegurar um nível de fiabilida-de muito elevado devido aos consideráveis riscos de poluição no caso daconduto se partir, sendo, atualmente, o tempo de vida útil pretendido para asinstalações de, pelo menos, 20 anos, e mesmo de, pelo menos, 30 anos.

Estes dispositivos são submetidos à ação direta da ondulação eda corrente, mas pelo fato de estarem ligados mecanicamente a dois supor-tes flutuantes, também são solicitados pelos movimentos dos referidos su-portes flutuantes. Para atingir os tempos de vida útil pretendidos, os condu-tos de escoamento devem, desse modo, resistir aos fenômenos de fadiga nointerior da matéria que constitui os referidos condutos, sendo os referidosfenômenos de fadiga mais críticos causados pelos movimentos quase per-manentes dos referidos suportes flutuantes.

Com efeito, o FPSO apresenta superfícies consideráveis subme-tidas à ondulação, ao vento e às correntes e daí resultam movimentos quasepermanentes, em termos de balanço transversal, de arfagem, balanço longi-tudinal e guinada, que podem tornar-se extremos em caso de tempestade.Além disso, os fenômenos de freqüência natural de ressonância não deixamde amplificar estes movimentos e, desse modo, de excitar o conduto de es-coamento à qual se encontra mecanicamente solidarizado o referido FPSO.

Do mesmo modo, a bóia de descarga, embora tendo dimensõesmais modestas que o FPSO, é também ela submetida à ondulação e às cor-rentes e, embora ancorada de um modo extremamente firme, também elaexcita o referido conduto de escoamento.

Para reduzir a tensão criada pelo peso do conduto rígida e limi-tar a tensão nas extremidades, os elementos de flutuabilidade que conferem,portanto, uma flutuação positiva, foram implementados para criar uma ondasimples ou dupla (curva em forma de catenária) entre os dois suportes flutu-antes. Estas curvaturas conferem o conduto uma folga no comprimento entreas suas extremidades que lhes permite absorver os desvios de comprimentodevidos ao deslocamento relativo dos suportes flutuantes.

Conhece-se a disposição em dupla onda, dita em «W» simétrico(figura 1a) que pode ser efetuada com a ajuda de condutos flexíveis masque também permite a utilização de condutos em aço de grande diâmetro ede grande espessura. Neste último caso, instalam-se, de um modo geral,articulações flexíveis estanques ou juntas flexíveis em cada uma das extre-midades de forma a melhorar o desacoplamento mecânico dos referidos su-portes flutuantes (FPSO e bóia) do referido conduto de escoamento rígida degrande espessura. Esta disposição foi implementada no campo Girassol aolargo de Angola.

Também se conhece a disposição ,dita em «W» assimétrico (fi-gura 1b), na qual o «V» do lado da bóia de descarga mergulha mais profun-damente. Daí resulta um melhor comportamento do conduto em aço degrande diâmetro e de grande espessura, ao nível da fadiga criada pelos mo-vimentos quase permanentes da bóia de descarga, os quais excitam o con-junto da catenária e, principalmente, a zona de curvatura mínima situada nazona do ponto de tangência horizontal. Nesta configuração, a extremidadedo conduto do lado da bóia deve ser reforçada por um aumento gradual daespessura do conduto e, em alguns casos, pela interposição de um troço deconduto cônico com uma espessura continuamente variável cujo comprimen-to pode atingir e ultrapassar 15-20m.

O principal inconveniente desta configuração reside no aumentodo peso do conduto e, portanto, da tensão ao nível da bóia de descarga, oque obriga a um acréscimo de flutuabilidade criando assim um importanteaumento dos custos.

Conhece-se a disposição dita em «W» simétrico com uma bóiaintermediária submergida, que permite, desse modo, desacoplar radicalmen-te a extremidade do conduto submarino relativamente aos movimentos cria-dos pela bóia de descarga, sendo a ligação entre a bóia submergida e a bóiade descarga assegurada por um conduto flexível.

Esta configuração necessita de dois sistemas de ancoramentoassociados, respectivamente, à bóia de descarga e à bóia intermediáriasubmergida, o que dá origem a um aumento considerável dos custos devidoà multiplicação do número de pontos de ancoramento e do comprimento daslinhas de ancoramento, sobretudo se a profundidade de água atingir e ultra-passar 2000 a 3000 m, e mesmo mais.

Conhece-se a disposição dita em catenária simples descrita nodocumento WO01/83291 que consiste em instalar um conduto que mergulhaprofundamente a partir do FPSO, ou seja abaixo da zona de turbulência, eque torna a subir diretamente sobre a bóia de descarga por intermédio decondutos flexíveis nas extremidades do conduto em aço. Esta alternativa é aversão mais simples e apresenta um bom comportamento relativamente àfadiga, mas obriga, mesmo assim, à utilização de peças forjadas reforçadasnas extremidades, principalmente do lado da bóia de descarga. Além disso,pelo fato da catenária descer muito profundamente, isso origina uma tensãoconsiderável nas extremidades. Se este aumento de tensão não traz qual-quer problema ao nível do FPSO, devido à dimensão do suporte flutuante,pelo contrário, a flutuabilidade da bóia de descarga deve ser grandementeaumentada e a resistência da estrutura deve ser consideravelmente reforça-da.

Em uma variante descrita no documento WO01/83291, a ligaçãocom o FPSO é efetuada por intermédio de um troço de conduto flexível,sendo a tensão da catenária simples, então, retomada por uma corrente queliga a extremidade da conduto rígida de escoamento ao referido FPSO. Nes-ta última configuração, como para as anteriores configurações em «W», ascurvaturas do conduto rígida são importantes por um lado, e por outro lado,os movimentos relativos dos suportes flutuantes são principalmente absorvi-dos pelas variações de curvatura da conduto em aço, e isso nas zonas decurvatura máxima, sendo estes dois fenômenos uma fonte de fadiga e dediminuição do tempo de vida útil das instalações, como explicado em segui-da. Além disso, estas configurações são difíceis de instalar. Outros inconve-nientes destas diferentes configurações são expostos na descrição porme-norizada que se segue associada às figuras 1a a 1d.

Inúmeros testes realizados em modelos numéricos e em mode-los experimentais, bem como observações em locais existentes, como porexemplo no campo Girassol em Angola ou no Golfo do México, mostraramque os fenômenos de fadiga em todos esses sistemas devem ser reunidosem configurações extremamente aleatórias, o que, para garantir um nívelmuito elevado de segurança de funcionamento, necessita de prever objeti-vos de tempo de vida útil teóricos em fadiga muito mais elevados, o queconduz a fatores de segurança de 3 a 5 vezes, e mesmo 10 vezes, mais ele-vados relativamente ao tempo de vida útil pretendido, o qual atinge e ultra-passa, atualmente, os 30 anos.

O documento WO 01/96771 descreve um conduto de transportede fluido em subsuperfície entre dois suportes flutuantes com um condutorígida cujas 2 extremidades são suportadas por bóias 3 e 4 que cooperam,cada uma, com meios 32, 33 de lastro ou com meios de amarração suspen-sos (fig. 8) ou que são ancorados ao fundo do mar por ligações (18, 19) detensionamento (fig. 1 e 6). O documento WO 01/96771 descreve, portanto,uma montagem, quer do tipo ancorado ao solo (fig. 1, 2) quer do tipo livrecom meios de amarração suspensos (fig. 8, 8b).

Este sistema é, portanto, ou muito rígido (no caso do ancora-mento ao solo das 2 extremidades), ou muito flexível (no caso da suspensãode meios de amarração em cada extremidade). Daí resulta que, sob o efeitoda ondulação ou das correntes transversais, a instalação seja, quer sujeita afenômenos de fadiga, quer muito instável. Em suma, o comportamento destainstalação aproxima-se das instalações com configuração em W da técnicaanterior.

O documento WO 99/62762 também descreve uma instalaçãosimétrica na qual, além disso, o conduto de transporte de fluido rígida é po-sicionada em um plano horizontal, portanto em um quase equilíbrio de flutu-abilidade, o que é, igualmente, prejudicial no que se refere a resistir ao fe-nômeno de fadiga devido às instabilidades sob o efeito da ondulação e dascorrentes.

O documento WO 2005/090152 descreve de forma especulativavários sistemas de instalação nos quais, por um lado, o conduto central rígi-do é ainda posicionado em um plano horizontal, e por outro lado, os anco-ramentos nas extremidades do referido conduto central rígido são pratica-mente verticais não proporcionando, desse modo, praticamente qualquerestabilidade, tanto vertical como transversal, o que torna o referido condutorígido extremamente sensível ao fenômeno de fadiga criado pela ondulaçãoe pelas correntes transversais.a) a secção principal do referido conduto (1) rígido central com-preende ou coopera com elementos (8) de flutuabilidade de modo a que oreferido conduto rígido central adopte, em um estado quase estático de re-pouso, uma configuração em forma de arco curvo, de um modo preferido, deacordo com uma curva sensivelmente em forrrja de catenária, de tal modoque os ângulos (ai, a2) entre as semi-retas dos eixos (XX1, YY') do referidoconduto rígido e as semi-retas horizontais em cada uma das suas extremi-dades na direção da outra extremidade, têm um valor absoluto inferior a 20°,de um modo preferido inferior a 15° e

b) os referidos condutos flexíveis têm comprimentos e curvatu-ras, de modo a que as variações de curvatura dos referidos condutos flexí-veis estejam aptas a compensar os movimentos dos suportes flutuantes, e

c) sendo o referido conduto rígido ligado em cada extremidadepor uma ligação de tensionamento seja a um dos dois referidos suportesflutuantes, seja ao fundo do mar, estando as referidas ligações de tensiona-mento respetivamente ligadas:

• em uma primeira extremidade, a um referido suporte flutuante,compreendendo ou cooperando a referida primeira extremidade com meiosde lastro, e

• na sua segunda extremidade, ao fundo do mar, compreenden-do ou cooperando a referida segunda extremidade com meios de flutuabili-dade adicionais.

Devido à sua configuração em forma de arco curvo, compreen-de-se que o referido conduto rígido não se situe em um plano horizontal en-tre as suas 2 extremidades, mas apresente uma curvatura quer convexa, seestiver situada acima das suas referidas extremidades, quer côncava se es-tiver situada por baixo das suas referidas extremidades.

A manutenção de uma curvatura mínima do referido condutorígida permite evitar a produção de instabilidades do tipo vibratório sob oefeito da ondulação e das correntes, conduzindo à inversão da curvatura, oque representaria uma forte variação de tensão que teria, então, o efeito dereduzir consideravelmente o tempo de vida útil do referido conduto.Compreende-se que a referida extremidade ligada por uma refe-rida ligação de tensionamento a um dos dois referidos suportes flutuantesnão fica, então, ligada ao fundo do mar e comporta ou coopera com meiosde lastro e não comporta nem coopera com meios de flutuabilidade e, inver-samente, a referida extremidade ligada ao fundo do mar por uma referidaligação de tensionamento não está ligada ao outro referido suporte flutuantepor uma ligação de tensionamento e compreende ou coopera com meios deflutuabilidade e não compreende nem coopera com meios de lastro.

Esta configuração assimétrica relativamente às duas extremida-des de acordo com a invenção proporciona um bom compromisso entre es-tabilidade e flexibilidade da instalação de modo a reduzir os fenômenos defadiga ligados à ondulação e às correntes que podem afetar o tempo de vidaútil da instalação. Em particular, obtém-se um compromisso ótimo pela vari-ação do ângulo de inclinação das referidas ligações de tensionamento.

Mais particularmente, o ângulo cti, a2 entre o eixo da referidaconduto rígida nas suas extremidades e a horizontal é mantido com um valorabsoluto entre 2 e 20°, de um modo preferido de 5 a 15o.

De um modo preferido, a referida primeira extremidade da referi-da conduto rígida é ligada ao suporte flutuante mais estável dos dois referi-dos suportes flutuantes.

Entende-se por suporte flutuante «mais estável», o suporte flu-tuante menos sujeito a movimentos em função da agitação do mar ligada àondulação ou às correntes, ou seja o suporte flutuante mais pesado e/oumais volumoso, e/ou o que está melhor ancorado.

Os suportes flutuantes de acordo com a invenção podem serconstituídos por plataformas de exploração de campos petrolíferos ou pornavios, bóias ou reservatórios flutuantes ancorados ao fundo do mar.

Em uma forma de realização particularmente vantajosa, os doissuportes flutuantes são constituídos, respectivamente, por um suporte flutu-ante do tipo FPSO e por uma bóia de descarga.

De um modo preferido, o referido conduto rígido está ligado pelasua referida primeira extremidade ao referido suporte flutuante de tipo FP-SO.

Deste modo, para o conduto rígido central, o raio de curvaturamínimo da curva em um estado quase estático de repouso (Rm) é superiorem quatro vezes, de um modo preferido dez vezes, ao raio de curvatura mí-nimo limite do conduto, correspondendo o raio de curvatura mínimo limite doconduto, sensivelmente, a uma tensão máxima no material constitutivo doconduto, nomeadamente o aço, sob o único efeito da curvatura, igual a 66%do limite elástico do referido material.

Para um conduto rígido padrão em aço com um diâmetro de cer-ca de 500 mm Rm, o raio de curvatura mínimo do referido conduto rígidocentral em forma de curva de catenária é de 750 m, de um modo preferido1500 m.

Nas configurações da técnica anterior, os condutos rígidos emaço apresentam curvaturas importantes e as variações de distância entre ossuportes flutuantes são compensadas pelas variações de curvatura do con-duto rígido, na zona de curvatura máxima, dando origem, por conseguinte, avariações de tensão importantes, traduzindo-se a combinação destes doisfenômenos em uma diminuição radical do tempo de vida útil dos referidoscondutos rígidos como lembrado anteriormente.

Deste modo, no caso da configuração em W, os raios de curva-tura mínima andam na ordem de 1,2 a 2 vezes o valor do raio de curvaturamínima limite. Seria possível, em teoria, aumentar estes valores, mas, então,as deslocações relativas dos dois suportes flutuantes relativamente um aooutro encontrar-se-iam drasticamente reduzidas, o que vai ao encontro doobjetivo pretendido. Com efeito, se nas profundidades de água reduzidas épossível ancorar, utilizando um método de ancoramento passivo (não dinâ-mico) de forma eficaz, os suportes flutuantes para limitar as deslocações, jáquando a profundidade de água atinge e ultrapassa 1000-1500 m, essessistemas de ancoramento não permitem obter mais que +/- 4% da altura deágua, o que obriga o conduto de escoamento a ter uma grande capacidadede deslocação. Deste modo, as configurações extremas, ditas «Near» e«Far» (quando os suportes flutuantes estão, respectivamente, o mais ou omenos afastados um do outro), impõem o conduto rígido em aço variaçõesde esforço muito importantes, tanto maiores quanto o conduto tiver um maiordiâmetro, reduzindo de forma drástica o tempo de vida útil em termos de fa-diga do sistema.

A configuração em catenária única mergulhante é, em uma situ-ação de tensão, similar porque os dois suportes flutuantes induzem esforçosnão filtrados que se adicionam. Além disso, ao nível das conexões de super-fície, as tensões são muito elevadas o que gera problemas de vibração. Asoma destes dois tipos de excitações faz com que o tempo de vida útil dosistema em termos de fadiga seja consideravelmente reduzido.

Deste modo, para proporcionar uma capacidade de deslocação,a solução proposta pela técnica anterior é, ou multiplicar o número de arcos,ou aumentar localmente a curvatura do conduto. O aumento da referida cur-vatura tem como efeito aumentar localmente a tensão, e para pequenos des-locamentos dos suportes flutuantes, as variações de raio de curvatura dãoorigem a variações importantes de tensão, o que reduz consideravelmente otempo de vida útil em termos de fadiga.

A disposição de acordo com a presente invenção permite dimi-nuir consideravelmente a fadiga e, por conseguinte, aumentar, igualmente, otempo de vida útil do conduto rígido, a qual é condicionada, por um lado,pelo valor da tensão e, por outro lado, pela amplitude da variação da tensãoa que está sujeita. Com efeito, de acordo com a invenção, em um estadoquase estático de repouso:

- por um lado, a curvatura da conduto rígida é muito pequena(muito grande raio de curvatura), e

- por outro lado, a amplitude da variação do referido raio de cur-vatura, durante as deslocações dos suportes flutuantes, é drasticamente re-duzida relativamente às realizações anteriores.

Uma outra vantagem da invenção reside na implementação deum comprimento de conduto rígido reduzido relativamente aos condutos comgrandes curvaturas da técnica anterior, de onde resultam perdas de cargasreduzidas e uma diminuição do custo.A invenção é, além disso, particularmente vantajosa, nomeada-mente porque necessita de um mínimo de ancoramento ao fundo do mar e,por conseguinte, reduz os custos, mas também porque permite uma instala-ção muito fácil do dispositivo de acordo com a invenção no mar, a partir deum navio de instalação, como será explicado mais tarde.

Em uma forma de realização preferida, as referidas ligações detensionamento que formam, com os eixos XX', YY' do referido conduto rígi-do, nas suas extremidades, ângulos (|3,y), estão aptas a variar e a deslocarverticalmente as extremidades do referido conduto rígido, quando os referi-dos suportes flutuantes estão em movimento e a distância entre eles varia,apresentando os referidos ângulos valores, em um estado quase estático derepouso, inferiores a 150°, de um modo preferido inferiores a 100°.

Produz-se, então, concomitantemente com este movimento rota-tivo das referidas ligações de tensionamento, um deslocamento vertical dasextremidades 1a, 1b do referido conduto rígido. Deste modo, em caso demovimento relativo dos dois suportes flutuantes, afastem-se ou aproximem-se, os ângulos v ou (5 entre as referidas ligações de tensionamento e as tan-gentes às extremidades da conduto podem variar e, nomeadamente, no ca-so em que os suportes flutuantes se afastam um do outro, aumentar até aos1809 (ângulo máximo) proporcionando, assim, a folga necessária para que oreferido movimento tenha um efeito reduzido sobre os esforços de tração oucompressão nas referidas extremidades do conduto rígido e, por conseguin-te, um efeito reduzido sobre a variação da curvatura do referido conduto rígi-do e, por conseguinte, ainda um efeito reduzido sobre a variação de tensão.

Os referidos meios de lastro e meios de flutuabilidade nas ex-tremidades do conduto rígido facilitam consideravelmente a implementaçãoda invenção, como será explicado mais tarde, porque é graças à regulaçãodos referidos meios que se pode regular a forma da curvatura do referidoconduto rígido central na última etapa do modo de instalação de um disposi-tivo de acordo com a invenção.

Na prática, a disposição de acordo com a invenção permite terum raio de curvatura da conduto em aço de grande espessura muito eleva-do, ou seja, superior a quatro vezes, de um modo preferido superior a dezvezes, o raio de curvatura mínimo limite da conduto, correspondendo o refe-rido raio de curvatura mínimo limite, sensivelmente, a uma tensão máximano material sob o único efeito da curvatura, igual a 66% do limite elástico doreferido material.

Poder-se-ia aligeirar o conduto em aço de modo a compensarexatamente o seu peso morto na água, para obter uma configuração retilí-nea, ou seja, um raio de curvatura infinito, mas prefere-se, de forma a evitarfenômenos de vibração nos planos vertical, horizontal ou oblíquo, manter acurva em um plano vertical, com uma curvatura ou convexa (flutuabilidadepositiva) ou côncava (flutuabilidade negativa).

De um modo preferido, a profundidade na qual se posicionam asextremidades do conduto rígido inicialmente em repouso, e os ângulos daconduto nas suas extremidades, são sensivelmente idênticos nas duas ex-tremidades do conduto rígido.

Em uma forma de realização preferida, os referidos condutosflexíveis estão ligados às extremidades do referido conduto rígido central porarticulações mecânicas flexíveis, estando estas últimas ligadas mecanica-mente por uma ligação de tensionamento, respectivamente ao suporte flutu-ante e ao ponto de ancoramento situado no fundo do mar.

As referidas articulações mecânicas flexíveis permitem que osmovimentos das referidas ligações de tensionamento, suportes flutuantes econdutos flexíveis se possam fazer sem modificar, sensivelmente, os esfor-ços de compressão ou tração ao nível das referidas extremidades relativa-mente a um estado quase estático de repouso, limitando, desse modo, osefeitos de desgaste ao nível dos pontos de fixação.

Em uma forma de realização particular, uma referida articulaçãomecânica flexível compreende:

- uma tubulação rígida ligada pelas suas extremidades às extre-midades respectivas dos referidos conduto rígido e conduto flexível, e

- um corpo principal que constitui uma peça forjada que define

. uma superfície externa na qual são engatadas as referidas li-gações de tensionamento e, se for caso disso, os referidos meios de lastroou os referidos meios de flutuabilidade, e

- uma superfície interna que delimita uma passagem vazia atra-vessada pela referida tubulação, e

- suportando a referida superfície interna do corpo principal e areferida tubulação um batente estratificado que compreende camadas deelastômero com o eixo de revolução XX', YY' de um modo preferido de tipoesférico, que assegura a ligação mecânica flexível entre o referido corpoprincipal e a referida tubulação, de forma a permitir movimentos angularesda referida tubulação relativamente ao corpo principal em um cone de ângu-lo de ponta situado sensivelmente no referido eixo de revolução XX', YY' doreferido batente estratificado, com um ângulo de ponta õ com um valor má-ximo de 15°.

De acordo com outras características vantajosas:

- os referidos meios de lastro são constituídos por uma correntepesada suspensa ao nível da referida primeira extremidade, e

- os referidos meios de flutuabilidade são constituídos por umabóia na qual a referida segunda extremidade está suspensa.

De um modo ainda vantajoso, o conduto flexível que assegura aligação entre a extremidade do conduto rígido e o referido suporte flutuante,de um modo preferido o conduto flexível que assegura a ligação com umsuporte flutuante ligado ao fundo do mar por uma referida ligação de tensio-namento, ainda de um modo preferido uma bóia de descarga, apresentauma configuração em S.

Esta forma de realização permite evitar que o conduto flexívelinterfira com a referida ligação de tensionamento que assegura o ancora-mento da extremidade do conduto rígido ao fundo do mar.

Este tipo de configuração no qual o conduto flexível está dispos-ta por cima da extremidade da conduto rígida é mais fácil de implementarquando a tubulação que assegura a ligação entre a extremidade do condutorígido central e o referido conduto flexível apresenta, do lado do conduto fle-xível, uma extremidade encurvada para cima.De acordo com uma outra característica vantajosa da presenteinvenção, o referido conduto rígido compreende elementos de flutuabilidadeconstituídos por uma espuma de isolamento térmico repartida ao longo e emtorno do referido conduto, de um modo preferido de forma sensivelmenteuniforme e contínua para assegurar, desse modo e simultaneamente, o iso-lamento térmico e a flutuabilidade do referido conduto rígido.

De acordo com uma variante preferida da realização, o referidoconduto rígido apresenta uma curvatura convexa quando vista a partir dasuperfície do mar. Também é possível que o referido conduto rígido apre-sente uma curvatura côncava quando vista a partir da superfície do mar. Noentanto, é preferido implementar um conduto rígido que apresente uma cur-vatura convexa quando vista a partir da superfície porque, neste tipo de con-figuração, parece que as variações de curvatura do conduto rígido, e, porconseguinte, as tensões, são menores que em uma configuração côncava, oque melhora, igualmente, o tempo de vida útil do referido conduto. E, alémdisso, a instalação é facilitada, como será explicado mais à frente na descri-ção pormenorizada.

A presente invenção tem, igualmente, como objetivo um proces-so de instalação em mar de um dispositivo de acordo com a invenção, a par-tir de um navio de instalação em superfície, que compreende as seguintesetapas sucessivas:

1) engata-se ao fundo do mar ou, se for caso disso, a um primei-ro suporte flutuante, de um modo preferido uma bóia de descarga, uma refe-rida ligação de tensionamento,

2) monta-se e coloca-se no mar o conduto rígido central a partirde elementos unitários de condutos que compreendem ou cooperam com osreferidos elementos de flutuabilidade, sendo o primeiro elemento unitário deconduto engatado na extremidade da referida ligação de tensionamento,

3) engata-se uma outra referida ligação de tensionamento à ex-tremidade do último elemento de conduto, e, depois, a um segundo suporteflutuante ou, se for caso disso, ao fundo do mar,

4) instalam-se os referidos meios de lastro e meios de flutuabili-dade nas extremidades do conduto rígido e, depois

5) instalam-se os referidos condutos flexíveis entre os suportesflutuantes e as referidas primeira e segunda extremidades do conduto rígido.

De um modo preferido, no processo de acordo com a invenção:

- na etapa 1), engata-se a referida ligação de tensionamento nofundo do mar do lado do referido suporte flutuante menos estável, de ummodo preferido uma bóia de descarga e

- na etapa 3), engata-se a outra referida ligação de tensionamen-to a um referido suporte flutuante mais estável, de um modo preferido do tipoFPSO.

Outras características e vantagens da presente invenção surgi-rão à luz da descrição pormenorizada que se vai seguir, fazendo-se referên-cia às figuras que se seguem e nas quais:

• As figuras 1a e 1b são vistas laterais de um dispositivo de liga-ção subsuperfície com uma configuração conhecida, respectivamente de

«W» simétrico (figura 1a) e de «W» assimétrico (figura 1b), entre um FPSO euma bóia de descarga, de acordo com a técnica anterior.

• A figura 1c é uma vista lateral de um dispositivo de ligaçãosubsuperfície com uma configuração conhecida de «W» associada a umabóia submarina intermediária, entre um FPSO e uma bóia de descarga, deacordo com a técnica anterior.

• A figura 1d é uma vista lateral de um dispositivo de ligaçãosubsuperfície com uma configuração conhecida de uma simples catenária,entre um FPSO e uma bóia de descarga.

*A figura 2a é uma vista lateral de um dispositivo de ligaçãosubsuperfície de acordo com a invenção, entre um FPSO e uma bóia dedescarga, constituído por um conduto rígido que forma um arco flutuantecom uma curvatura positiva (convexa quando vista da superfície), ligada porintermédio de articulações mecânicas flexíveis o condutos flexíveis, ao refe-rido FPSO e à referida bóia de descarga em cada extremidade, com umacorrente pesada como lastro na extremidade do conduto rígido do lado doFPSO.• A figura 2b representa a configuração do dispositivo da figura2a sem correntes pesadas na extremidade do conduto rígido.

• A figura 3 é uma vista lateral relativa à figura 2a que mostra deforma pormenorizada a ligação do conduto rígido da referida ligação subsu-perfície, à referida bóia, bem como o seu ancoramento.

• A figura 4 é um corte em vista lateral da articulação mecânicaflexível entre o conduto rígido e o conduto flexível do lado do FPSO.

• A figura 5 é um corte em vista lateral da articulação mecânicaflexível entre o referido conduto rígido central e o conduto flexível, do lado dabóia de descarga.

• A figura 6a representa uma variante da figura 2a, na qual oarco formado pelo conduto rígida central apresenta uma flutuabilidade ligei-ramente negativa e, por conseguinte, uma curvatura negativa (forma cônca-va quando vista a partir da superfície).

«A figura 6b representa a variante da figura 6a sem meio de las-tro na extremidade do conduto rígido central do lado do FPSO.

• A figura 7 representa uma variante da figura 2a, na qual o con-duto flexível, na direção da bóia de descarga, apresenta uma configuraçãoem S, por cima da ligação de tensionamento que assegura o ancoramentoda extremidade do conduto rígido ao fundo do mar.

• A figura 8 representa a variação de inclinação das ligações detensionamento de amarração 13 e de ancoramento 18 das extremidades 1ae 1b, respectivamente, do conduto 1 central rígido, e a subida ou descidadas referidas extremidades durante os movimentos relativos dos suportes 2e 3 flutuantes.

• As figuras 9a a 9d representam as diversas fases de instalaçãode um dispositivo de transferência de acordo com a invenção.

Nas figuras 1a a 1d ilustraram-se as diversas configurações datécnica anterior nas quais se representou um conduto 1 de escoamento depetróleo bruto que liga um FPSO 2 e uma bóia 3 de descarga que flutuam àsuperfície e que estão ancorados, respectivamente, por linhas 4a, 4b de ân-cora ligadas a pontos de ancoramento, não representados, situados no fun-do 5 do mar, como por exemplo âncoras, meios de amarração na forma deblocos de ancoragem, ou âncoras de sucção.

Nas figuras 1a, 1b, 1c, o conduto 1 de escoamento é aligeiradalocalmente por elementos 6 de flutuabilídade de tipo espuma sintética insta-lados em torno do conduto 1 rígida, de forma a inverter a sua curvatura, aqual é, então, quando vista a partir da superfície e a começar no FPSO ouna bóia, sucessivamente côncava, depois convexa, e depois, finalmente,côncava. Existem, deste modo, nestas três configurações, dois pontos deinflexão, situados, respectivamente, de um lado e doutro da zona central ali-geirada. Nestas três figuras indicaram-se as zonas 7a sujeitas a uma fadigaimportante, e as zonas 7b que necessitam de um reforço local do conduto. Oreferido reforço ou é efetuado por um aumento por patamar da espessura daparede do conduto, ou pela utilização de peças de conexão cônicas para seobter uma variação contínua da espessura da referida peça de conexão. Es-tas peças tubulares cônicas de espessura variável são muito delicadas emtermos de fabrico, porque o seu comprimento atinge e excede 12 a 15 m e oseu custo, muito elevado porque são de aço de elevado desempenho, torna-se exorbitante quando devem ser fabricadas em titânio para atingir os objeti-vos de resistência e resistência à fadiga.

Na figura 1d, a zona 7a sujeita à fadiga, encontra-se no pontomais baixo da catenária e a zona 7b que necessita de reforço próxima dabóia 3 de descarga deve ser reforçada por uma referida peça de conexãocônica de espessura escalonada.

Os movimentos relativos dos suportes flutuantes relativamenteum ao outro são absorvidos por uma variação de curvatura do conduto rígidonas zonas de curvatura máxima, ou seja, respectivamente nos dois pontosbaixos das catenárias extremas de curvatura côncava e ao nível do pontoelevado da catenária central de curvatura convexa. Daí resultam variaçõesde tensões importantes nessas zonas entre as posições mais próximas emais afastadas dos referidos suportes flutuantes, o que reduz, considera-velmente, o tempo de vida útil do conduto rígido de escoamento.

Na figura 2a, representou-se em uma vista lateral o conduto deescoamento de acordo com a invenção, que liga um FPSO 2 e uma bóia 3de descarga constituída por um conduto 1 central rígida com uma configura-ção em arco simples de curvatura convexa, quando vista a partir da superfí-cie. A referida curvatura convexa é obtida pelo aligeiramento do conduto porelementos 8 de flutuabilidade de forma descon.tínua. No entanto, obtém-se,de um modo vantajoso, uma flutuabilidade com uma espuma disposta conti-nuamente em torno do conduto, que faz, assim, o papel de isolamento térmi-co, de modo a que a temperatura do petróleo bruto transferido mantenhauma temperatura tão elevada quanto possível durante todo o percurso, e,portanto, uma viscosidade tão baixa quanto possível, o que permite optimi-zar o débito na conduto. Deste modo, esta espuma de isolamento e de flutu-abilidade será, de um modo vantajoso, repartida ao longo e em torno doconduto, de um modo preferido de forma contínua.

A primeira extremidade 1a do conduto 1 central de escoamentoestá ligado, do lado FPSO 2, a uma primeira articulação 12 mecânica, naqual se conecta um primeiro conduto 11 flexível que termina na sua outraextremidade em 11a em uma conduto 2a rígido solidário com a orla do refe-rido FPSO 2. Este primeiro conduto 11 flexível tem, de um modo preferido,um diâmetro interno idêntico ao da conduto 1 central de escoamento e ao datubulação 12c da referida primeira articulação 12 mecânica, como será ex-plicado em seguida. A referida primeira articulação 12 mecânica está ligadaao FPSO 2 em um ponto 2b de engate por intermédio de uma ligação detensionamento de amarração, como por exemplo uma corrente 13, de ummodo preferido um cabo, em aço ou em material compósito, e suporta ummeio de lastro constituído por um troço 14 de corrente pesada, por exemplocom 100 a 200 toneladas, ou por um meio de amarração com um peso simi-lar, pendente, simplesmente, à vertical do seu ponto de fixação na referidaprimeira articulação 12 mecânica.

A segunda extremidade 1b do conduto 1 central rígido, do ladoda bóia 3 de descarga, está ligada a uma segunda articulação 15 mecânica,ela própria ligada a um segundo conduto 16 flexível conectado em 3a à bóia3 de descarga. Um flutuador 17 compensa o peso aparente do conjunto naextremidade do conduto 1 rígido e um cabo 18 de tensionamento e de anco-ramento solidário com a segunda articulação 15 mecânica está ligada em20a a uma âncora 20 de sucção ao nível do fundo do mar, como se mostrana figura 3. No caso de existirem correntes transversais importantes, doiscabos 18 de ancoramento serão, de um modo vantajoso, utilizados. As duasâncoras 20 de sucção correspondentes serão, então, posicionadas, de ummodo preferido, simetricamente em relação ao plano vertical passando, sen-sivelmente, pelos eixos do FPSO e da bóia de descarga.

Na figura 6a representou-se uma variante da invenção na qualse torna o conduto 1 rígido central de escoamento ligeiramente pesada naágua, através da regulação do impulso vertical no sentido ascendente criadopela flutuabilidade 8 repartida, de um modo preferido, de forma contínua aolongo de todo o conduto e fazendo, simultaneamente, o papel de isolamentotérmico, o que lhe confere, quando vista a partir da superfície, uma curvaturacôncava. Nesta configuração, é conveniente, então, reduzir o peso da cor-rente 14 pesada, ou dos meios de amarração equivalentes, para compensara menor flutuabilidade do conduto 1 rígido central de escoamento, e é con-veniente, em contrapartida, aumentar de forma significativa, a flutuabilidadedo flutuador 17 relativamente à figura 2a.

Em uma versão preferida da invenção mostrada de forma por-menorizada nesta mesma figura 6a, o segundo conduto 16 flexível está e-quipado com flutuadores 16a e a extremidade da tubulação 15c está encur-vada no sentido ascendente, de forma a que o referido conduto 16 flexívelnão interfira com o cabo 18 de ancoramento.

Na figura 7 representou-se em uma vista lateral um conduto rígi-do central de escoamento com uma configuração convexa, quando vista apartir da superfície, na qual o segundo conduto 16 flexível está disposta ver-ticalmente por cima da segunda articulação 15 mecânica, devendo a tubula-ção 15c estar, então, curvada no sentido ascendente.

O flutuador 17 está, neste caso, integrado diretamente no referi-do conduto 16 flexível no ponto 17a, mantendo um flutuador 16a comple-mentar, submergido e associado a limitadores de curvatura, não representa-dos, uma curvatura aceitável na parte alta da catenária do referido conduto16 flexível.

Nas figuras 2a, 6a e 7, o peso da corrente 14 pesada e a flutua-bilidade do flutuador 17 são regulados em função do peso linear do conduto1 rígido de modo a que o referido conduto 1 r.ígido central adopte, em umestado quase estático de repouso, uma configuração em forma de arco, deum modo preferido de acordo com uma curva sensivelmente em forma decatenária de modo a que os ângulos ai, a2 entre as semi-retas dos eixosXX', YY' do referido conduto rígido e as semi-retas horizontais em cada umadas suas extremidades 1a, 1b na direção da outra extremidade 1b, 1a, te-nham um valor absoluto inferior a 20°, de um modo preferido inferior a 15°. Acorrente 14 pesada e o flutuador 17 permitem dispor as ligações 13 e 18 detensionamento de acordo com um ângulo, respectivamente, v e 3 com maisde 150° de um modo preferido com mais de 100°, relativamente aos eixosXX' e YY' das extremidades 1a e 1b respectivas dos condutos rígidos cen-trais, e permitem, desse modo, absorver os movimentos relativos dos supor-tes 2 e 3 flutuantes como explicado em seguida.

Nas figuras 2b e 6b, verifica-se que a ausência de uma corrente14 pesada dá origem a um quase alinhamento da ligação 13 de tensiona-mento de amarração à extremidade 1a do conduto rígido, formando, dessemodo, um ângulo com cerca de 180° entre a referida ligação de tensiona-mento e o eixo do conduto rígido nessa extremidade 1a, pelo que o deslo-camento relativo dos suportes flutuantes não pode ser absorvido pela varia-ção deste ângulo e dá origem, necessariamente, a uma variação importanteda curvatura do conduto, e, portanto, uma variação importante das tensõesno conduto, o que reduz consideravelmente o tempo de vida útil do referidoconduto.

A figura 4 é uma vista em corte lateral de uma primeira articula-ção 12 mecânica de tipo batente estratificado que comporta um corpo 12aprincipal que comporta uma zona oca ou uma passagem central vazia, umbatente 12b estratificado e uma tubulação 12c interna conectada, pela suaparte direita à extremidade 1a do conduto 1 central de escoamento, e pelasua parte esquerda o primeiro conduto 11 flexível. O corpo 12a principal re-cebe, na sua superfície externa, a extremidade da ligação 13 de tensiona-mento e de amarração e suporta a corrente 14 pesada.

A figura 5 é uma vista em corte lateral de uma segunda articula-ção 15 mecânica de tipo batente estratifiçado que comporta um corpo 15aprincipal, um batente 15b estratificado e uma tubulação 15c interna conecta-da, pela sua parte esquerda à extremidade 1 b do conduto central de escoa-mento, e pela sua parte direita o segundo conduto 16 flexível. O corpo 15aprincipal recebe a extremidade do cabo 18 de tensionamento e de amarra-ção e está suspenso pelo flutuador 17, não representado, por um cabo 17a.

As articulações 12, 15 são, inicialmente, instaladas no conduto 1rígido central de escoamento na altura do seu fabrico a bordo do navio 22 deinstalação, por soldadura direta das tubulações 12c, 15c às extremidades doreferido conduto rígido central. A segunda extremidade das referidas tubula-ções 12c, 15c está equipada com componentes de bloqueio nos quais seconectam os condutos flexíveis de ligação com o FPSO e a bóia de descar-ga. O conduto central de escoamento é, portanto, contínua de componentede bloqueio a componente de bloqueio, e pelo fato de estarem presentescomponentes de bloqueio, é, então, fácil substituir os condutos flexíveis deextremidades, se necessário, na altura das operações de manutenção dainstalação.

Os batentes 12b e 15b estratificados são constituídos por empi-Ihamentos de camadas de elastômeros e de chapas metálicas, de um modopreferido de forma esférica que permitem deformações, e, portanto, varia-ções angulares da tubulação 12c, 15c relativamente ao corpo 12a, 15a prin-cipal. Deste modo, a referida tubulação pode deslocar-se no interior de umcone de ângulo de ponta delta2, que é neste caso, por exemplo, sensivel-mente de +/- 15°, ao mesmo tempo que está apta a transmitir esforços decompressão consideráveis, que podem atingir várias dezenas, e mesmo vá-rias centenas de toneladas, por intermédio do batente estratificado. Este tipode batente estratificado, conhecido pelos especialistas com experiência natécnica, é fabricado pela Société TECHLAM France e a sua forma é, de ümmodo vantajoso, sensivelmente esférica, o que permite ter um efeito de au-tocentragem, o que leva a uma melhor repartição das tensões no interior doreferido batente, evitando, desse modo, os riscos de aperto das camadas deelastômero o que pode conduzir a uma degradação do desempenho da arti-culação mecânica, e mesmo ao seu colapso.

A segunda articulação 15 mecânica apresenta um batente 15bestratificado bem como funcionalidades de articulação similares às da pri-meira articulação 12 mecânica, mas a sua forma difere devido às diversasforças a equilibrar, as quais são radicalmente diferentes de um lado ao outrodo referido conduto 1 de escoamento.

A título de exemplo, o dispositivo de acordo com a invenção emuma posição média apresenta as seguintes características:

- a distância entre o FPSO 2 e a bóia 3 de escoamento é de L1 =2000 m,

-a profundidade de água é de = 1400 m,

- o comprimento efetivo do arco flutuante do conduto 1 central deescoamento é de 1700 m,

- o conduto 1 rígido de escoamento em aço tem um diâmetrointerno de 478 mm e uma espessura de 15 mm, e está integralmente preen-chida com petróleo bruto com uma densidade de 0,82.

A ligação 13 de tensionamento do lado FPSO mede 290 m, eestá ligada a uma corrente 14 pesada de 200 toneladas ao nível da articula-ção 12 mecânica flexível situada, em uma configuração estática, a uma pro-fundidade H2 de cerca de 230 m, e a uma distância horizontal L2 = 200 doreferido FPSO.

- o primeiro conduto 11 flexível entre o FPSO e o conduto 1 cen-tral rígido tem um comprimento de 320 m,

- a articulação 15 mecânica flexível do lado da bóia 3 de descar-ga está situada a uma profundidade H3 = a cerca de 235 m, e a uma distân-cia horizontal L3 = 200 m do eixo da referida bóia de descarga,

- um flutuador 17 de 85 toneladas de flutuabilidade estabiliza asegunda articulação 15,- duas ligações 18 de ancoramento de 1850 m estão solidáriascom a articulação 15 mecânica flexível, e estão ligadas a duas âncoras 20de sucção posicionadas de um lado e doutro do plano vertical que contém oFPSO e a bóia de escoamento.

No caso de agitação máxima, criada principalmente pelos movi-mentos extremos do FPSO, os ângulos ai, 02 dos eixos da conduto nas suasextremidades relativamente à horizontal não excedem os +/-15°, e o arco doconduto central rígido deforma-se de tal modo que a sua parte superior sedesloca verticalmente ao longo de uma distância de cerca de 50 m no senti-do ascendente, quando o FPSO e a bóia de descarga têm tendência a apro-ximar-se, e de 50 m no sentido descendente quando o FPSO e a bóia dedescarga têm tendência a afastar-se.

O conduto 1 rígida de escoamento em aço com um diâmetro in-terno de 478 mm e com 15 mm de espessura, preenchida integralmente competróleo bruto com uma densidade de 0,82 apresenta um raio (Rm) de cur-vatura mínimo em um estado quase estático de repouso do conjunto, Rm ~2000 m. O limite elástico do aço do conduto é o = 413 MPa, o que corres-ponde para o diâmetro externo do conduto de 508 mm e para uma tensãocom uma curvatura limitada apenas a 66% do limite elástico, a um raio decurvatura mínimo limite Rmu ~ 130 m. Deste modo, no dispositivo de acordocom a invenção, o raio Rm de curvatura mínimo em um estado quase estáti-co de repouso do conjunto é, sensivelmente, igual a 15,4 vezes o Rmu, por-tanto largamente superior a 10 vezes o Rmu.

Deste modo, no dispositivo de acordo com a invenção, quando oFPSO 2 se afasta da bóia de descarga, a folga necessária é proporcionadaprincipalmente pela variação do ângulo v, o que corresponde a uma ligeirasubida na direção da superfície da articulação 12 mecânica flexível e a umarotação da ligação 13 de amarração em torno do seu ponto 2b de fixação noFPSO, no sentido contrário ao dos ponteiros de um relógio, como represen-tado na figura 8. Do mesmo modo, do lado da bóia 3 de descarga, o ânguloB aumenta, a articulação 15 mecânica flexível afunda-se ligeiramente em umarco de círculo centrado no ponto 20a de ancoramento do cabo 20 de anco-ramento, e a extremidade 1b do conduto rígido em forma de arco, conectadaà referida articulação 15 mecânica flexível, afunda-se, então, ligeiramente,como está igualmente representado na figura 8. Os dois condutos 11 e 16flexíveis sofrem, por conseguinte, deformações importantes, mas estas últi-mas não provocam praticamente nenhuma reapção no sistema, e, por con-seguinte, nenhuma tensão significativa.

Sendo a resistência à fadiga inversamente proporcional à ampli-tude de variação de tensão entre o estado de tensão máxima e mínima, oconduto rígido de acordo com a invenção apresenta, desse modo, uma re-sistência à fadiga decuplicada, e mesmo mais, relativamente aos dispositi-vos da técnica anterior ilustrados nas figuras 1a-1d. Com efeito, nos siste-mas convencionais, os movimentos de separação e de aproximação do FP-SO e da bóia são unicamente absorvidos pela deformação do conduto rígidoque forma três arcos nas configurações 1a, 1b 1c, e um único arco no casoda configuração 1d. Estas deformações permanecem importantes e os raiosde curvatura variam em uma vasta gama nas zonas 7a, induzindo, por isso,variações de tensões importantes entre os valores mínimo e máximo, redu-zindo, por isso, radicalmente, a resistência à fadiga do conduto rígido de es-coamento.

Deste modo, o arco do conduto de escoamento de acordo com ainvenção permite atingir um tempo de vida útil teórico em termos de fadigada ordem dos 10000 anos para qualidades de soldadura padrão no domíniodo offshore, o que pode ser considerado como um tempo de vida útil quaseinfinito, enquanto os tempos de vida útil teóricos em termos de fadiga dossistemas convencionais conduzem a valores de 300 a 500 anos, o que sódá, para esses sistemas de acordo com a técnica anterior, um fator 10 a 15de segurança de funcionamento relativamente ao objetivo de tempo de vidaefetivo das instalações que é de 25-30 anos, e mesmo mais. Este fator de 10a 15 é, atualmente, correntemente considerado pelos operadores petrolífe-ros como insuficiente para qualificar a segurança de funcionamento das suasinstalações. O dispositivo de acordo com a invenção permite aumentar radi-calmente este fator de segurança em proporções de 20 a 30 vezes, manten-do-se a implementação de tecnologias com provas dadas, e custos de pré-fabrico e de instalação reduzidos.

As figuras 9a-9d ilustram as diversas fases de instalação do dis-positivo de transferência de acordo com a invenção que compreende as se-guintes etapas sucessivas:

- instala-se a âncora 20 de sucção bem como uma primeira liga-ção 18 de tensionamento ou cabo de ancoramento que torna a ser levadapara a superfície (figura 9a);

- o navio 22 de instalação equipado com uma torre de instalaçãoem J engata a primeira extremidade 1b do conduto 1 rígida central na extre-midade do cabo 18 de ancoramento por intermédio de uma primeira articula-ção 15 flexível, estando a referida extremidade 1b de conduto já conectado àtubulação 15c da articulação 15 mecânica flexível, a qual está, portanto, co-nectada ao corpo 15a principal na extremidade do cabo 18 de ancoramento(figura 9b);

- a integralidade do conduto 1 rígido é montado por troços su-cessivos de elementos unitários com 50 m de comprimento, sendo os ele-mentos de flutuabilidade e de isolamento térmico (não representado) instala-dos simultaneamente em torno do conduto, a qual flutua, então, na superfície 21;

- a segunda extremidade 1a do conduto 1 rígido está equipadacom uma segunda articulação 12 mecânica flexível, e uma segunda ligaçãode tensionamento ou cabo 13 de amarração está conectada à referida se-gunda articulação 12 mecânica flexível, e a segunda extremidade do referidocabo 13 de amarração está ligada ao cabo de um guincho (não representa-do) situado a bordo do FPSO (figura 9c);

- um flutuador 17 está conectado à primeira articulação 15 me-cânica flexível, que flutua próximo da superfície da água; a referida segundaextremidade do referido cabo 13 de amarração é, então, puxada pelo referi-do guincho na direção do FPSO e conectada ao referido FPSO em 2b;

- a corrente 14 pesada é, então, colocada na referida segundaarticulação 12 flexível com a ajuda dum cabo 14a derivado a partir do navio22 de instalação (figura 9d) e depois

- os dois condutos 11 e 16 flexíveis são instalados nas extremi-dades 1a, 1 b respectivas do conduto 1 rígido central para se obter a configu-ração final média da figura 2.

O espírito da invenção mantém-se, quando se consideram doiscondutos 1 rígidos em forma de arco instaladas em paralelo, possuindo cadauma delas, então, peças de articulação 12 e 15 mecânicas flexíveis nas ex-tremidades, sendo as referidas articulações 12, do lado FPSO, de um modopreferido, independentes uma da outra, ou seja, que nenhum dos condutos 1rígidos está ligado a uma ligação 13 de tensionamento intrínseca e a umacorrente 14 pesada intrínseca. E, do lado da bóia 3 de descarga, as peças15 de articulação mecânica estão, de um modo preferido, ligadas a umamesma ligação 18 de tensionamento e, se for caso disso, a um mesmo flu-tuador17.

Esta configuração permite economizar uma âncora 20 de sucção(30 toneladas) e uma ligação de ancoramento (1500 a 2000 m de acordocom a profundidade da água) suplementares, que não terão que ser, portan-to, instaladas no fundo do mar.

Esta disposição com "linhas paralelas" apresenta a vantagem dese poder purgar as linhas entre dois carregamentos para evitar que o petró-leo bruto parafínico não gele nos condutos devido ao arrefecimento do con-junto. Para efetuar a referida purga, bombeia-se, de um modo vantajoso, apartir do FPSO, gasóleo para o primeiro conduto e, por intermédio de umjogo de válvulas situadas ao nível da bóia de descarga, faz-se regressar ofluido na direção do FPSO pelo segundo conduto. Depois da purga efetuada,a linha fica em segurança, à espera do próximo carregamento, e a linha se-rá, então, purgada com petróleo bruto, sendo o gasóleo recuperado para ociclo seguinte, retomando os dois condutos, então, o funcionamento paralelopara escoar o petróleo bruto com um débito máximo na direção do petroleirode armazenamento.

Claims (18)

1. Dispositivo de transferência de fluido entre dois suportes (2, 3)flutuantes ancorados ao fundo do mar (5) que comporta um conduto (1)submarina rígida central instalada em subsuperfície, cujas extremidades (1a,-1b) estão ligadas, cada uma e respectivamente, a um dos dois referidos su-portes por intermédio de um conduto (11, 16) flexível, caracterizado por:a) a secção principal do referido conduto (1) rígido central com-preender ou cooperar com elementos (8) de flutuabilidade de modo a que oreferido conduto (1) rígido central adopte, em um estado quase estático derepouso, uma configuração em forma de arco curvo, eb) os referidos condutos (11, 16) flexíveis terem comprimentos ecurvaturas, de modo a que as variações de curvatura dos referidos condutosflexíveis estejam aptas a compensar os movimentos dos suportes flutuantes,ec) sendo o referido conduto rígido ligado em cada extremidadepor uma ligação (13, 18) de tensionamento, seja a um dos dois referidos su-portes (2, 3) flutuantes, seja ao fundo do mar, estando as referidas ligações(13, 18) de tensionamento respectivamente ligadas:• em uma primeira extremidade (1a), a um referido suporte (2, 3)flutuante, compreendendo ou cooperando a referida primeira extremidade(1a) com meios (14) de lastro, e• na sua segunda extremidade (1b), ao fundo do mar, compre-endendo ou cooperando a referida segunda extremidade (1b) com meios(17) de flutuabilidade adicionais.

2. Dispositivo de transferência de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o referido conduto (1) rígido central adoptar,em um estado quase estático de repouso, uma configuração em forma dearco curvo de acordo com uma curva sensivelmente em forma de catenária,de tal modo que os ângulos (ch, a2) entre as semi-retas dos eixos (XX', YY')do referido conduto rígido e as semi-retas horizontais em cada uma das suasextremidades (1a, 1b) na direção da outra extremidade (1b, 1a), têm um va-lor absoluto inferior a 20°, de um modo preferido inferior a 15°.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza-do pelo fato de que a referida primeira extremidade (1a) do referido condutorígido estar ligada ao suporte (2) flutuante mais estável de entre os dois refe-ridos suportes flutuantes.

4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, ca-racterizado pelo fato de que os dois referidos suportes flutuantes seremconstituídos, respectivamente, por um suporte flutuante de tipo FPSO (2) epor uma bóia (3) de descarga.

5. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, ca-racterizado pelo fato de que o referido conduto rígido estar ligado pela suareferida primeira extremidade a um referido suporte flutuante de tipo FPSO(2).

6. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, ca-racterizado pelo fato de que as referidas ligações (13, 18) de tensionamentoque formam, com os eixos (XX', YY') do referido conduto rígido, nas suasextremidades (1a, 1b), ângulos (0,v) estarem aptas a variar e a deslocar ver-ticalmente as extremidades (1a, 1b) do referido conduto rígido, quando osreferidos suportes flutuantes estão em movimento e a distância entre elesvaria, apresentando os referidos ângulos valores, quando o dispositivo estáem um estado quase estático de repouso, inferiores a 150°, de um modopreferido inferiores a 100°.

7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, ca-racterizado por- os referidos meios (14) de lastro serem constituídos por umacorrente pesada suspensa ao nível da referida primeira extremidade, e- os referidos meios (17) de flutuabilidade serem constituídos poruma bóia na qual a referida segunda extremidade está suspensa.

8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, ca-racterizado pelo fato de que os referidos condutos (11, 16) flexíveis estaremligadas às extremidades do referido conduto rígido central por articulações(12, 15) mecânicas flexíveis que compreendem:- uma tubulação rígida (12c, 15c) ligada pelas suas extremida-des às extremidades respectivas dos referidos conduto (1) rígido e conduto(11, 16) flexível, e- um corpo principal (12a, 15a) que constitui uma peça forjadaque define. uma superfície externa na qual são engatadas as referidas li-gações (13, 18) de tensionamento e, se for caso disso, os referidos meios(14) de lastro ou os referidos meios (17, 16a-17a) de flutuabilidade, e. uma superfície interna que delimita uma passagem vazia atra-vessada pela referida tubulação, e- suportando a referida superfície interna do corpo principal e areferida tubulação um batente (12b, 15b) estratificado que compreende ca-madas de elastômero com o eixo de revolução (XX1, YY') de um modo prefe-rido de tipo esférico, que assegura a ligação mecânica flexível entre o referi-do corpo principal e a referida tubulação, de forma a permitir movimentosangulares da referida tubulação relativamente ao corpo principal em um co-ne de ângulo de ponta situado sensivelmente no referido eixo de revolução(XX1, YY') do referido batente estratificado, com um ângulo de ponta õ comum valor máximo de 15°.

9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, ca-racterizado por a conduto (16) flexível que assegura a ligação entre o condu-to (1) rígido e o referido suporte (2, 3) flutuante, de um modo preferido oconduto (16) flexível que assegura a ligação com um suporte (3) flutuanteligado ao fundo do mar por uma referida ligação (18) de tensionamento, ain-da de um modo preferido uma bóia (3) de descarga, apresentar uma configu-ração em S.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a tubulação que assegura a ligação entre a extremidade doconduto rígido central e o referido conduto (16) flexível apresentar uma ex-tremidade (15d) encurvada no sentido ascendente do lado da ligação flexí-vel.

11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10,caracterizado pelo fato de que o referido conduto (1) rígido compreenderelementos (8) de flutuabilidade constituídos por uma espuma de isolamentotérmico repartida ao longo e em torno do referido conduto, de um modo pre-ferido de forma sensivelmente uniforme e contínua para assegurar, dessemodo e simultaneamente, o isolamento térmico e a flutuabilidade do referidoconduto rígido.

12. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 11,caracterizado pelo fato de que o referido conduto (1) rígido apresentar umacurvatura convexa quando vista a partir da superfície (21) do mar.

13. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 12,caracterizado pelo fato de que o referido conduto (1) rígido apresentar umacurvatura côncava quando vista a partir da superfície (21) do mar.

14. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 13,caracterizado por o ângulo (a-i, a2) entre o eixo do referido conduto rígidonas suas extremidades e a horizontal ser mantido com um valor absolutoentre 2 e 20°, de um modo preferido de 5 a 15°.

15. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 14,caracterizado pelo fato de que o raio de curvatura mínimo do referido condu-to rígido central em forma de curva de catenária ser de 750 m, de um modopreferido 1500 m.

16. Processo de instalação no mar de um dispositivo como defi-nido em uma das reivindicações 1 a 15, a partir de um navio (22) de instala-ção em superfície, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintesetapas sucessivas:- 1) engata-se ao fundo do mar ou, se for caso disso, a um primei-ro suporte flutuante, de um modo preferido uma bóia (3) de descarga, umareferida ligação (18) de tensionamento,- 2) monta-se e coloca-se no mar o conduto (1) rígido central apartir da montagem de elementos unitários de condutos que compreendemou cooperam com os referidos elementos (8) de flutuabilidade, sendo o pri-meiro elemento unitário de conduto engatado na extremidade da referidaligação (18) de tensionamento,- 3) engata-se uma outra referida ligação (13) de tensionamento àextremidade (1b) do último elemento de conduto, e, depois, a um segundosuporte (2) flutuante ou, se for caso disso, ao fundo do mar,-4) instalam-se os referidos meios (14) de lastro e meios (17) deflutuabilidade nas extremidades (1a, 1b) do conduto rígido e, depois-5) instalam-se os referidos condutos (11, 16) flexíveis entre ossuportes (2, 3) flutuantes e as referidas primeira e segunda extremidades(1a, 1b) do conduto rígido.

17.

Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que:- na etapa 1), se engatar a referida ligação (18) de tensionamen-to no fundo do mar do lado do referido suporte flutuante menos estável, deum modo preferido uma bóia (3) de descarga e- na etapa 3), se engatar a outra referida ligação (13) de tensio-namento a um referido suporte flutuante mais estável, de um modo preferidodo tipo FPSO (2).