BRPI0707467A2 - ancoragem geoestacionária e configuração de risers em navios - Google Patents

Abstract

ANCORAGEM GEQESTACIONáRIA E CONFIGURAçáO DE RISERS EM NAVIOS Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser em navio que compreende uma estrutura rotativa (11), que é montada no poço vertical (6) do navio (1) por rolamentos anulares axiais e radiais (31, 32). Acima dos rolamentos axiais e radiais (31, 32) é colocado o selo dinâmico primário (35), estabelecendo, assim, um espaço seco acima do rolamento, no corte (6). Abaixo do rolamento é montado um selo secundário (41). Um coletor de fluidos (28) é colocada no espaço seco do corte.

Description

Kelatório Descritivo de Patente de Invenção

Ancoragem geoestacionária ε configuração de risers em navios

Campo da Invenção

A presente invenção diz respeito a produção offshore de hidrocarbonetoscom a utilização de uma embarcação ancorada de forma geoestacionária. Estaembarcação é ancorada ao fundo do mar por intermédio de uma estruturarotativa montada na embarcação, chamada torre, de onde cabos de amarraçãoprolongam-se até o fundo do mar. Abaixo da embarcação, risers são projetadosascendentemente através da estrutura rotativa. Estes risers são ligados a umcoletor de fluidos montados sobre a estrutura rotativa, a partir da qual linhas seestendem para a transferência dos fluidos aos tanques a bordo daembarcação.

Objeto da Invenção

É um objeto da presente invenção proporcionar uma melhor ancoragemgeoestacionária e configuração de risers em uma embarcação, particularmenteum petroleiro convertido.

A invenção foi especialmente desenvolvida em conexão a conversão deum petroleiro, tal como especificado no pedido de patente paralelo do mesmotitular: "Método para a conversão de petroleiro", mas não se limita a utilizaçãono âmbito deste. A utilização da solução de acordo com a invenção pode se darnos novos sistemas ou como um substituto para os sistemas atuais derolamento/giro. De acordo com o referido pedido de patente paralelo, éfornecido um petroleiro com casco que contêm tanques. No casco, em um oumais tanques, é feita uma abertura vertical, onde elementos estruturais docasco, como balizas e prumos, também são cortados e removidos da aberturaprojetada. Uma estrutura semelhante a um cassete (cassete) com placas éfornecida para encaixar e conectar aos referido elementos estruturais cortadosna abertura vertical, onde o cassete possui um poço vertical, em todo o seucomprimento. O cassete é inserido na abertura vertical do casco e conectadoatravés das placas aos elementos estruturais cortados, constituindo umaestrutura que fica incorporada ao casco formando partes de resistência para ocasco circundante. Uma estrutura rotativa έ montada no eixo vertical do poçovertical. O cassete é incorporado ao casco de forma que a força e resistênciadeste não seja prejudicada.

O corte vertical pode ser fornecido, vantajosamente, com uma seçãocilíndrica inferior e uma seção cilíndrica superior em relação a inferior, onde aseção cilíndrica inferior incorporada ao cassete localiza-se próxima ou naregião inferior do casco, sendo a estrutura rotativa montada na transição entreas duas seções.

Ao montar a referida estrutura na transição entre as duas seções, dentrodo casco, de preferência perto da região inferior do casco, a resistência docasco que existe na região inferior é explorada de uma forma vantajosa.

Na parte superior da referida estrutura um coletor de fluidos pode servantajosamente posicionado no poço.

Isto oferece a possibilidade de montar o coletor de fluidos em umaposição protegida ao abrigo do convés principal da embarcação, em uma áreade trabalho seca na parte superior do poço.

A ancoragem geoestacionária e configuração de risers em umaembarcação de acordo com a presente invenção compreende uma estruturamontada num poço vertical da embarcação, onde a estrutura é montada parapermitir sua rotação em uma zona úmida da embarcação próxima do eixovertical por meio de rolamentos anelares axiais e radiais segmentados, onde aestrutura tem um lado superior e um inferior, guias verticais para os risers entreos lados superior e inferior, sendo fornecido com um coletor de fluidoscolocados sobre os risers ao qual está conectado, sendo a configuraçãocaracterizada, pela montagem de um selo dinâmico primário montado acima dorolamento axial / radial citado, entre a estrutura e o poço e um selo dinâmicosecundário, entre a estrutura e o poço montado abaixo do rolamento axial /radial citado acima.

O selo dinâmico primário permite, que o espaço no poço acima daestrutura rotativa (torre) seja mantido como um espaço seco, onde o coletor defluidos pode ser montado e para que pessoas possam ter acesso. O selosecundário é de preferência um selo estático, que só entrará em ação quandoo selo dinâmico primário for neutralizado, a fim de proporcionar o acesso aorolamento axial / radial para a manutenção e outros trabalhos.

Os cabos de amarração podem ser conectados à estrutura rotativaatravés de outra estrutura (mesa de amarras), obtendo assim uma alavancamaior para os cabos de amarração relativos à estrutura.

Uma coluna coletora de fluidos pode ser, vantajosamente, apoiada nopoço por uma haste central que se projeta da parte superior da estrutura. Estahaste central é preferencialmente fornecida com um pavimento circular deoperações localizado acima da parte superior da estrutura. E os risers são,preferencialmente, conectados individualmente a um bloco adequado com umaválvula ESD (válvula de parada de emergência) no mesmo nível do pavimentooperacional.

Numa concretização preferida a estrutura rotativa montada em volta doeixo vertical é caracterizada por ser construída como uma estrutura cilíndricade placa com um lado superior e inferior, com uma haste central projetando-separa cima a partir do lado inferior até o lado superior e circundando a haste,invólucros distribuídos para os risers entre o lado inferior e superior, onde ahaste é concebida para suportar o coletor de fluidos.

O suporte para a estrutura no corte vertical da embarcação compreendeum rolamento segmentado anelar com segmentos ajustáveis, caracterizadopelo fato dos segmentos do rolamento possuírem uma região de desgaste naestrutura, onde a parte de desgaste pode ser Iubrificada por pressão, umaparte intermediária um determinado grau de elasticidade e uma parte inferiorcom ajuste de altura mecânico contra a região do poço / embarcação.

Essa concepção do segmento individual do rolamento permite que ele seadapte as irregularidades no casco, bem como aos movimentos do casco queocorrem no mar. A parte inferior com ajuste de altura mecânico do segmento dorolamento permite ajustes a serem feitos durante a montagem como adesmontagem do mesmo. Assim, trocando um segmento a parte inferior podeser ajustada de modo a que a carga sobre o segmento do rolamento sejaaliviada em relação a estrutura, permitindo assim que ele seja facilmenteremovido e re-inserido ou substituído por um novo.

Em uma configuração preferencial a parte inferior com ajuste de alturamecânico, se caracteriza pelo fato da parte inferior possuir peças cuneiformesadaptáveis e móveis em relação as outras para o ajuste da altura. Ao mover aspeças cuneiformes em relação as outras, o ajuste da altura desejada para osegmento do rolamento será alcançado. Outros dispositivos para a solução deajustar a altura dos segmentos do rolamento, que não sejam peçascuneiformes, podem ser previstos dentro do escopo desta invenção.

Numa forma preferencial o rolamento pode ser submetido a um sistemade pressão para alimentação do lubrificante nos segmentos do rolamento.

Os lubrificantes podem ser os já conhecidos por suas característicaslubrificantes, porém pode ser vantajoso a água pressurizada, particularmentequando um certo "levantamento" da estrutura em relação aos rolamentosanelares é necessário, um filme sendo formado entre a estrutura e ossegmentos do rolamento. A lubrificação por pressão é importante para evitarexcesso de "arraste / atrito" da estrutura rotativa quando a embarcação girasob a influência do vento, ondas, corrente e outros fatores ambientais. Para alubrificação por água, em particular, é uma vantagem que seja realizada emuma área com água abundante, basicamente em mar aberto.

Esses e outros objetos da invenção serão melhores compreendidos evalorizados a partir da descrição detalhada a seguir com referência as figurasdescritas abaixo.

Descrição das Figuras

A Figura 1 é uma seção de um corte transversal de um petroleiroconvertido com a ancoragem e configuração de riser.

A Figura 2 é uma seção através do rolamento axial e radial da estruturarotativa, com selo primário e secundário.A Figura 3 é uma vista superior em perspectiva da seção do rolamentoaxial e radial em forma de anel, respectivamente, na fig. 2.

A Figura 4 é uma vista superior da seção do rolamento das figs. 2 e 3.

A Figura 5 é uma vista isométrica de um segmento do rolamento deacordo com a invenção.

A Figura 6 é uma seção através do segmento do rolamento da fig. 5.

A Figura 7 ilustra a parte frontal de um petroleiro convertido, com umamesa de amarras montada sob a embarcação.

A Figura 8 ilustra a mesa de amarras com bóia, em maior escala.

A Figura 9 ilustra a parte frontal de um petroleiro convertido, montadocom uma mesa de amarras modificada sob a embarcação.

A Figura 10 ilustra a mesa de amarras da figura 9, em maior escala.

A Figura 11 é uma seção através do poço vertical em uma embarcação,com estrutura rotativa ou giratória e conectado a mesa de amarras.

As Figuras 12 e 13 são, respectivamente, detalhamentos das seçõesilustrando uma possível integração da estrutura rotativa com a mesa deamarras.

Descrição Detalhada da Invenção

Os exemplos aqui descritos não tem o intuito de limitar o escopo dainvenção, e sim somente de exemplificar uma forma preferida de realizar ainvenção. Qualquer outra forma de realização semelhante e/ou equivalentedeve ser interpretada como dentro do escopo da invenção.

Na fig. 1 a estrutura rotativa 11 está representada posicionada no poçovertical 6 no casco da embarcação 1. O poço vertical 6 pode ser fornecido emum cassete 5, que está incorporada no casco 1, como descrito no pedido depatente paralelo mencionado no início.

Aestrutura rotativa 11 tem uma base inferior 12 e uma superior 13, comoilustrado na fig. 1, e é construída como uma estrutura cilíndrica de placas comum cilindro externo 14 e uma haste central 15 estendendo-se da base inferior12 da estrutura rotativa 11 até a base superior 13. Na fig. 1 são ilustradas duasplacas horizontais anelares 16 e 17, que estão soldadas entre a haste central15 e o cilindro externo 14. Prumos e outros elementos estruturais do cascoconhecidos de um técnico 14. Prumos e outros elementos estruturias do casco conhecidos de um técnico no assunto nao sao mostrados. A estrutura rotativa11, pode, obviamente, ser construída de outras formas que serão doconhecimento de técnicos no assunto.

Na base superior 13 da estrutura 11 há uma borda 18, veja também afig. 2. Esta borda 18 é utilizada para a montagem da rotação da estrutura 11,conforme ilustrado na fig. 2. Isso será descrito em mais detalhes a seguir.

No espaço anelar entre a haste central 15 e o cilindro externo 14, há naestrutura 11 uma série de invólucros 19 e 20 previstos para os cabos deamarração 21 e os risers 22, respectivamente.

Os cabos de amarração 21 são esticados por meio de um guincho 23sobre o convés do navio 24. Sobre o convés são montados uma série de guiaspara os cabos 25 (apenas um é ilustrado na fig. 1), permitindo, assim, que oscabos de amarração 21 possam ser operados por um e pelo mesmo guincho23. Os cabos de amarração 21 são suspensos de forma não demonstrada emgrandes detalhes em 26 na base superior 13 da estrutura 11, com o resultadodos cabos de amarração não se estenderem até o corte após o ancoramentoter-se realizado.

Os risers individuais 22 ascenderão a um respectivo bloco de válvulas27 montado na parte superior da haste central 15. Cada um destes blocos deválvulas 27 incluem uma válvula ESD (válvula de parada de emergência).

Sobre a haste central 15 é montado uma coluna coletora de fluidos 28, apartir da qual tubulações para os fluidos 29 se estendem até os tanques abordo do navio.

Circundando a haste central 15 há também um deck / pavimento deoperações 30.

O espaço do eixo 6, acima da base superior 13 da estrutura 11, é seco.A estrutura 11 é montada na parte inferior de petroleiros, e é considerada umazona úmida.

Agora iremos nos referir a fig. 2 e as que se sucedem figs. 3-6 para oentendimento da montagem da estrutura 11 no poço 6. Na transição entre aseção inferior 7 do poço e a seção superior 8 (ver fig. 1) existe um arranjo parao acondicionamento e rolamento, composto por um rolamento anelar axialsegmentado 31 e por um rolamento anelar radial segmentado 32. O rolamentoaxial 31 tem um determinado número de segmentos de rolamento 33. Orolamento radial 32 também inclui um determinado número de segmentos derolamento 34, neste caso, um número menor (metade) do que o número desegmentos de rolamento 33 no rolamento axial 31.

Acima dos dois rolamentos anelares 31 e 32 é colocado um selodinâmico primário 35 entre a borda 18 da estrutura 11 e o console 36. Acimadeste selo dinâmico primário 35 é montado um rolamento backup 37, a fim deimpedir que a estrutura rotativa 11 seja levantada. Este rolamento backup 37forma uma parte das vários placas segmentadas 38, que são aparafusadas aoconsole 36 por uma série de parafusos 39, veja também a fig. 3. As placas 38são fornecidos com bordas para conexão 40 que podem ser aparafusada emconjunto com as bordas para conexão das placas adjacentes, formando assimum pavimento circular protetor.

Sob a borda 18 é montado um selo secundário 41. Este destina-se aapenas ser ativado durante a inspeção / substituição dos segmentos derolamento 33 e 34. Além disso, existe um selo 42. Este destina-se apenas aouso caso o selo secundário 41 tenha de ser substituído, caso em que, porconseguinte, será apenas uma questão de montar o selo.

Como mencionado acima, os dois rolamentos anelares 31 e 32 sãocompostos de segmentos de rolamento 33 e 34, respectivamente. Estessegmentos de rolamento são, basicamente, idênticos em desenho e, por isso,apenas a construção de um segmento de rolamento 33 será descrito emdetalhes abaixo, com referência as figs. 5 e 6.

Como ilustrado na figs. 5 e 6, o segmento de rolamento 33 é compostopor uma caixa 43, em que são montados uma parte de desgaste 44, uma parteintermédia 45 e uma parte inferior com ajuste de altura 46, constituída por duaspeças cuneiformes 47 e 48 que interagem. A parte de desgaste 44 é feita deum material adequado, que é do conhecimento de um técnico no assunto, e aparte intermediária 45 é, preferencialmente, feita de um material reforçado deborracha, o que ira proporcionar um garu de elasticidade. As pecascuneiformes 47 e 48 podem se mover em relação a outra, por meio deelementos de ajuste 49 ilustrado somente na fig. 10. Através da alteração daposição relativa das peças cuneiformes, a altura do segmento de rolamento 33pode ser ajustada.

O segmento de rolamento 33 foi projetado para possuir sua lubrificaçãopor pressão, como indicado pelo tubo 50, a partir do qual ramos de tubos 51prolongam-se até sulcos cruciformes 52 na parte de desgaste 44. Como jámencionado, a lubrificação com água pressurizada pode ser empregada deforma preferencial.

Deve-se mencionar neste ponto, que os segmentos de rolamento podemfuncionar de vários modos, dependendo das condições de operação: passiva,sem qualquer tipo de lubrificação, rolamento deslizante padrão; rolamentodeslizante com a capacidade de injetar graxa; ativa, lubrificação por pressãoatravés da injeção de um lubrificante, tipicamente água, que promove aseparação das superfícies, ou seja, um rolamento hidrostático.

A estrutura 11 também pode ser montada na região inferior daembarcação de uma forma já conhecida. O rolamento radial inferior não émostrado, mas também é do tipo rolamento anelar segmentado. A fim dereduzir a não-circularidade da estrutura 11 a um nível mínimo, é preferencialmontar um anel em aço inox usinado no ponto de rolamento/giro. O anel de açoirá garantir uma distribuição uniforme e contínua da carga ao redor dacircunferência da estrutura 11. A fim de proteger o anel de aço contra acorrosão, um sistema de proteção catódica é usado.

Trata-se de uma vantagem significativa, porque dá acesso parainspeção, ajustes e substituição de todos os rolamentos e os seus segmentos.

Na figura 1, os cabos de amarração e os risers passam através de guiasmontados na estrutura rotativa 11. É sabido que a estrutura rotativa 11, comouma estrutura geostacionária, terá uma tendência de seguir o movimento derotação da embarcação sob a influência do vento, ondas, corrente e outrosfatores ambientais ou quando o navio gira sob a influência de um sistema DP(Posicionamento Dinâmico), isto se dá devido à inércia na estrutura rotativamontada. Uma forma de evitar isto é ter uma unidade de condução na estruturarotativa, permitindo que a mesma gire positivamente. Outra forma é forneceralavancas maiores para os cabos de amarração, onde estão conectados àestrutura rotativa, ou seja, no rolamento anelar inferior da estrutura rotativa naregião do poço.

A Figura 11 ilustra uma possível montagem onde a mesa de amarras 53é montada ligada à estrutura rotativa 11, na parte inferior. A mesa de amarras53 inclui acessórios 54 que são fornecidos com um diâmetro maior do que aestrutura rotativa 11, que resulta, devido ao fato de que eles são suspensos nosacessórios 54 da mesa de amarras 53, os cabos de amarração 21 adquiremuma maior alavanca em relação à estrutura rotativa 11. Na figura 11 os guiasverticais 55 são ilustrados para os meios de elevação 56 para elevar a mesa deamarras 53 no sentido da estrutura rotativa 11. Entre a parte rotativa 11 e mesade amarras 53 são fornecidos meios de conexão 57, ver figuras 12 e 13. Osrisers 22 estão ligados a mesa de amarras 53, e na estrutura rotativa 11 sãomontados, adequadamente, o acoplamento terminal 58 para interação com osrisers 22 quando são levantados em conjunto com a mesa de amarras 53.

A mesa de amarras pode ser conectada à estrutura rotativa de váriasformas possíveis: ela pode ser soldada contra a estrutura rotativa no estaleiro;ela pode ser fixada a estrutura rotativa através de conexãoaparafusada/encaixe, que permite tudo seja facilmente desmontável, ela podeser puxada para dentro na direção da estrutura rotativa no campo e ligada aestrutura rotativa manualmente a partir do navio; ou pode ser conectada emuma forma controlada remotamente.

A mesa de amarras 53 com os risers 22 associados localiza-se ancoradasubmergida na água quando o navio 1 é movido sobre ela. Os meios deelevação (fios) 56 são presos a mesa de amarras 53, e por meio de guinchos(não mostrados) a mesa de amarras 53 é levantada e conectada com aestrutura rotativa 11 por meio de engates 57, ilustrado nas figuras 12 e 13. Omesmo ou um arranjo semelhante dos guinchos, como na figura I, por exemplo,pode ser empregacio. Os engates 57 possuem uma garra de encaixe rotativa59, que por meio de cilindros motores 60 podem ser acionadas com chavesdisjuntoras no interior da mesa de amarras 53.

A fim de manter a mesa de amarras 53 flutuando, submersa na água,antes de conexão, a mesa de amarras 53 é presa a uma bóia, como pode servisto, por exemplo, na figura 7 ou 9.

Na figura 7 a bóia 62 é mostrada na parte superior da mesa de amarras53. Quando a conexão entre a estrutura rotativa 11 e a mesa de amarras 53está para ser feita, um cabo 63 (ou vários) é baixado do navio a partir de umguindaste de navio não-ilustrado para a bóia 62. Os meios de elevação 56 (nãomostrados) são presos a mesa de amarras 53, neste caso, por estar ligada aoscabos 64. A bóia 62 é inflada, através de uma liberação controlada de ar e pelaintrodução de água na bóia 62, após a mesa de amarras 53 ser anexado aosmeios de elevação 56, a bóia 62 pode ser neutralizada e solta da mesa deamarras 53, suspensa pelo cabo 63. A bóia 62 pode então ser movidalateralmente de uma maneira controlada e para longe ou fora da água (nãomostrado), onde a mesa de amarras 53 pode ser levantada pelos meios deelevação 56 e conectada a estrutura rotativa 11, como mostrado nas figuras 11-13.

Na figura 9 a bóia 65 é colocada abaixo da mesa 53 e acompanha amesa de amarras 53 no sentido da estrutura rotativa 11 após os cabos 56serem conectados. Neste caso o empuxo da bóia pode ser controlado com ar eágua, como já conhecido por uma pessoa competente na área. Aqui, os risers22 passam através da bóia 65.

Será aparente pelas figuras 7 e 9 que a ancoragem e configuração doriser, como conhecida, é montado perpendicularmente na porção anterior, ondeo momento de tensão e deformação do navio 1 são menores, ao mesmo tempoque a resistência estrutural se mantém suficiente.

A invenção foi explicada sem limitação as suas configurações. Umtécnico na área irá perceber que uma multiplicidade de alterações emodificações podem ser feitas em relação à configuração descrita e queestarao dentro do escopo da invencao, tal como definido nas seguintes reivindicações.

Claims (10)

Ancoragem geoestacionária ε configuração de risers em navios

1. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser em navio queinclua uma estrutura (11), que na zona úmida do navio é montada para permitirsua rotação ao redor de um eixo vertical por meio de rolamentos anelaresaxiais e radiais segmentados (31, 32), onde a estrutura (11) tem um ladosuperior (13) e um inferior (12), guias verticais (19, 20) para os risers (22) entreos lados superior (13) e inferior (12), sendo fornecido com um coletor de fluidos(28) colocados sobre os risers (22) ao qual está conectado, e ancorada aofundo do mar por cabos de amarração (21) caracterizado pela montagem deum selo dinâmico primário (35) montado entre a estrutura (11) e o navio, acimado rolamento axial / radial (31, 32), e pela montagem de um selo dinâmicosecundário (41), entre a estrutura (11) e o navio, montado abaixo do rolamentoaxial/radial (31, 32).

2. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom a reivindicação 1, caracterizada pelo fato dos cabos de amarração (21)estarem ligados a uma mesa de amarras (53) montada no abaixo da estrutura(11) nos pontos (54) que possuem diâmetro maior do que a estrutura (11).

3. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom a reivindicação 2, caracterizada pelo fato da mesa de amarras (53) estarconectada a uma bóia (62; 65), permitindo que ela flutue submersa na águaquando não esta conectada ao corpo (11).

4. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom as reivindicações 1-3, caracterizada pelo fato da coluna coletora de fluidos(28) estar apoiada por uma haste central (15) estendendo-se da base superior(13) da estrutura (11).

5. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato da haste central(15) suportar um pavimento de operações circular (30) acima da base superior(13) da estrutura (11).

6. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que cada riser (22) estarligado ao bloco (27) com uma valvula ESD (valvula de parada de emergencia)no nível do pavimento de operações (30).

7. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom uma das reivindicações 1-6, caracterizada pelo fato do estrutura (11) serconstruída como uma estrutura cilíndrica de placas com um lado superior (13) einferior (12), com uma haste central (15) projetando-se a partir do lado inferior(12) até o lado superior (13) em volta da haste (15), entre o lado inferior (12) eo lado superior (13), invólucros distribuídos (19, 20) para os risers (22), onde ahaste (15) foi concebida para apoiar o coletor de fluidos (28).

8. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom uma das reivindicações 1-7, caracterizada pelo fato de que pelo um dosrolamento anelares segmentado (31, 32) incluir um segmento de rolamento (33,34)possuindo uma capa (44) contra a estrutura (11), onde a capa (44) pode serlubrificada por pressão, uma parte intermediária (45) com certo grau deresistência, e uma parte inferior com ajuste de altura (46) contra o navio.

9. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom a reivindicação 8, caracterizada pelo fato da parte inferior (46)compreender peças cuneiformes que interagem (47, 48), que podem se moverem relação as outras pelo o referido ajuste de altura.

10. Uma ancoragem geoestacionária e configuração de riser de acordocom a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato do sistema possuir umsistema de lubrificação por pressão adequado para o lubrificante do segmentode rolamento dos rolamentos (33, 34).