BRPI0708313A2 - plataforma de perna tensora com colunas inclinadas - Google Patents

Abstract

PLATAFORMA DE PERNA TENSORA COM COLUNAS INCLINADAS A presente invenção a uma plataforma de perna tensora inclui um convés sustentado nas extremidades superiores de três ou mais colunas interconectadas nas extremidades inferiores das mesmas por pontões horizontais dispostos. As colunas são inclinadas para dentro e para cima a partir dos pontões para o convés. Tendões conectados nas colunas prendem a plataforma no fundo do mar. As áreas de cobertura da base das colunas inclinadas e dos tendões são maiores do que a área de cobertura do convés sustentado nas extremidades superiores das colunas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PLATAFOR-MA DE PERNA TENSORA COM COLUNAS INCLINADAS".

ANTECEDENTES DA DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a plataformas flutuantes ao largo,mais particularmente, a uma plataforma de perna tensora (TLP) para instala-ção em profundidades do mar de menos de 1.000 a 10.000 pés (304,8 a3048 m).

As TLPs são plataformas flutuantes que são presas no lugar nooceano por meio de elementos de atracação estruturais verticais (tendões),que são tipicamente fabricados de tubos de aço de alta resistência e altaqualidade, e que incluem conexões articuladas na parte de cima e na partede baixo (conectores de tendão) que reduzem os movimentos e os esforçosde flexão no sistema de tendão. Muitos fatores têm que ser levados em con-ta quando do projeto de uma TLP para que a mesma possa ser transportadasem risco para o local de instalação e ser mantida com segurança no lugar,fatores estes que incluem: (a) a limitação dos esforços desenvolvidos nostendões durante eventos de tempestade violenta e enquanto a TLP estiveroperando em condições de avaria; (b) o impedimento de qualquer afrouxa-mento dos tendões e o subseqüente carregamento repentino ou a descone-xão dos tendões quando da passagem de cavados e cristas de onda no cas-co da TLP; (c) a consideração de danos por fadiga que ocorrem como umresultado dos ciclos de esforço no sistema de tendões em toda sua vida útil;(d) a limitação de movimentos (hasteamento, arfagem, balanço) de resso-nância natural da TLP para assegurar o suporte funcional adequado para opessoal, o equipamento, e os elevadores; (e) a maximização da estabilidadehidrostática da TLP durante o transporte e a instalação; e (e) a acomodaçãodas exigências adicionais que permitem a fabricação, o transporte e a insta-lação.

Estes fatores foram endereçados na técnica anterior com grausvariados de sucesso. As TLPs convencionais de múltiplas colunas apresen-tam, em geral, quatro colunas verticais interconectadas por pontões que sus-tentam um convés nas extremidades superiores das colunas verticais. Ten-dões conectados nas extremidades inferiores das colunas prendem a TLPno fundo do mar. Em tais desenhos de TLP convencionais, as áreas de co-bertura do convés, das colunas verticais e dos tendões são substancialmen-te iguais e, por isso, a estabilidade hidrostática da TLP pode ser um proble-ma. Alguns desenhos de TLP endereçam este problema pela incorporaçãode pontões e/ou estruturas que se estendem para fora da(s) coluna(s) paraprover uma maior área de cobertura de tendão que limita os movimentos(hasteamento, arfagem, balanço) de ressonância natural da TLP. Na PatenteNorte-americana N9 6.447.208, é descrita uma TLP apresentando uma sub-estrutura de base estendida. Colunas verticais que sustentam um convésnas extremidades superiores das mesmas formam os cantos da subestrutu-ra. Uma pluralidade de asas ou braços se estende radialmente para fora doperímetro externo da subestrutura. Os braços aumentam a extensão radialda subestrutura de base entre cerca de 10% e cerca de 100%. Os braçosincluem conectores de tendão afixados nas extremidades distais dos mes-mos para conexão com tendões que prendem a TLP ao fundo do mar. A á-rea de cobertura dos tendões é substancialmente maior do que a área decobertura da subestrutura.

A presente invenção, em suas várias concretizações, endereçaos fatores acima descritos para acomodar diferentes exigências de cargaútil, várias profundidades do mar e para aperfeiçoar a resposta da TLP. A-perfeiçoamento do desempenho da TLP pode ser obtido com a inclinaçãodas colunas de suporte de convés, reduzindo assim as reações de tensão detendão, aumentando a estabilidade flutuante livre da TLP, e reduzindo oscustos totais do sistema.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com uma concretização preferida da presente inven-ção, uma plataforma de perna tensora inclui um convés sustentado nas ex-tremidades superiores de pelo menos três colunas interconectadas nas ex-tremidades inferiores das mesmas por pontões dispostos horizontalmente.As colunas são inclinadas para dentro a partir dos pontões para o convés.Tendões conectados em acomodadores se estendendo para fora a partir dasextremidades inferiores das colunas prendem a plataforma no fundo do mar.A área de cobertura dos tendões é substancialmente igual ou ligeiramentemaior do que a área de cobertura das colunas inclinadas, ao passo que aárea de cobertura do convés é menor do que a área de cobertura das colu-nas. As colunas inclinadas também contribuem para a estabilidade da plata-forma durante operações de flutuação livre em provendo uma grande dimen-são plana da água em calado raso.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Para que possa ser entendida em detalhes a maneira na qual ascaracterísticas, as vantagens e os objetivos da presente invenção relatadosacima são alcançados, uma descrição mais específica da invenção breve-mente resumida acima pode ser feita com referência às concretizações damesma, que são ilustradas nos desenhos anexos.

É notado, contudo, que os desenhos anexos ilustram apenasconcretizações típicas desta invenção, não devendo, portanto, ser conside-rados como limitando seu escopo, a fim de que a invenção possa ser admiti-da em outras concretizações igualmente efetivas.

A Figura 1 é uma vista em perspectiva que ilustra uma concreti-zação preferida de uma plataforma de perna tensora com colunas inclinadasda presente invenção.

A Figura 2 é uma vista de topo da plataforma de perna tensoracom colunas inclinadas mostrada na Figura 1.

A Figura 3 é uma vista lateral da plataforma de perna tensoracom colunas inclinadas mostrada na Figura 1.

A Figura 4 é uma vista de topo de outra concretização preferidade uma plataforma de perna tensora com colunas inclinadas da presenteinvenção.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva que ilustra outra concreti-zação preferida de uma plataforma de perna tensora com colunas inclinadasda presente invenção.

A Figura 6 é uma vista em perspectiva que ilustra outra concreti-zação preferida de uma plataforma de perna tensora com colunas inclinadasda presente invenção.

A Figura 7 é uma vista em perspectiva que ilustra outra concreti-zação preferida de uma plataforma de perna tensora com colunas inclinadasda presente invenção.

A Figura 8 é uma vista em perspectiva que ilustra outra concreti-zação preferida de uma plataforma de perna tensora com colunas inclinadasda presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA

Com referência primeiro à Figura 1, uma concretização preferidade um sistema TLP de acordo com a presente invenção é geralmente identi-ficada pelo numerai de referência 10. A TLP 10 inclui quatro colunas 12 a-presentando extremidades superiores que se projetam acima da superfícieda água 14 para engatar e sustentar um convés de plataforma 16 sobre asmesmas. Pontões horizontalmente dispostos 18 interconectam colunas adja-centes 12 nas proximidades das extremidades inferiores das mesmas. ATLP 10 é presa no fundo do mar por tendões 20. As extremidades superio-res de um, dois ou mais tendões 20 são conectadas em cada coluna 12 e asextremidades inferiores dos mesmos são presas no fundo do mar. Acomo-dadores de tendão 22 montados nas proximidades e na parte externa dasextremidades inferiores das colunas 12 prendem os tendões 20 nas colunas12.

As colunas 12 e os pontões 18 formam um casco de estruturaaberta para sustentar o convés 16 e o equipamento montado no mesmo a-cima da superfície da água 14. O convés 16 é sustentado acima da superfí-cie da água 14 nas extremidades superiores 26 das colunas 12. A estruturaaberta das colunas 12 e dos pontões 18 apresenta uma melhor transparên-cia de onda e adicionalmente define uma abertura de acesso 24 ao fundo domar a partir do convés 16. As colunas 12 formam os cantos do casco e sãoinclinadas ou pendentes para dentro na direção do eixo longitudinal centraldo casco. Preferivelmente, as colunas 12 são inclinadas para dentro em umângulo menor do que 20 graus a partir da vertical.

Com referência ainda à Figura 1, as colunas 12 incluem umaseção substancialmente vertical 28 que forma as extremidades inferiores dascolunas 12 e uma seção pendente ou inclinada 30 que termina nas extremi-dades superiores 26 das colunas 12. As extremidades inferiores 28 das co-lunas 12 provêem uma superfície estrutural perimétrica vertical para conexãodos pontões 18 às mesmas. Os acomodadores de tendão 22 são fixados àsextremidades inferiores 28 das colunas 12 e se estendem para fora dasmesmas. Conectores 23 podem ser fixados nos pontões 18 ou se estendempara fora dos mesmos para sustentar os elevadores 25, linhas de fluxo ousemelhantes a partir dos pontões 18. Além disso, a TLP 10 pode ser providacom uma ou mais linhas de atracação catenárias ou uma ou mais linhas deatracação laterais para compensar o peso de quaisquer elevadores ou tubu-lações instaladas no meio do mar conectadas à TLP 10.

Os sistemas TLP são tipicamente limitados estruturalmente aograu de deslocamento que pode ser alocado nos pontões 18 sem que ascolunas 12 fiquem estruturalmente "finas" demais, especialmente em confi-gurações de calado profundo. A inclinação das colunas 12 permite a otimi-zação do desenho dos pontões/colunas. Em uma TLP convencional de qua-tro colunas, o convés é sustentado por colunas verticais interconectadas porpontões ou membros estruturais similares. Conseqüentemente, as dimen-sões do perímetro ou das áreas de cobertura do convés e das colunas desuporte vertical de uma TLP convencional são aproximadamente iguais. Acapacidade de carga útil de uma TLP é, portanto, limitada pela capacidadede condução de carga das colunas de suporte de convés. Esta limitação es-trutural é superada pela TLP 10 da presente invenção pela inclinação dascolunas 12, de modo que a área de cobertura das colunas 12, definida peladimensão do perímetro das extremidades inferiores 28 das colunas 12, sejamaior do que a área de cobertura do convés 16 definida pela dimensão deperímetro das extremidades superiores 26 das colunas 12. As colunas incli-nadas 12 proporcionam um percurso de transferência de carga eficiente paraequilibrar o peso do convés, a flutuação do casco, e as cargas de tensão dotendão. Todas as cargas são diretas atuando através das colunas 12, semgrandes cantiléveres ou forças de momento grandes. Com as colunas 12sendo inclinadas, as forças de momento geradas pelos tendões 20 podemser minimizadas. Conforme melhor mostrado na Figura 2, a distância radialR1 da área de cobertura dos tendões 20 a partir do eixo longitudinal centralda TLP é substancialmente igual ou ligeiramente maior do que a distânciaradial R2 da área de cobertura das colunas 12. Uma vez que a força do mo-mento gerada pelos tendões 20 aumenta na medida em que a distância ra-dial Ri dos tendões 20 aumenta, a minimização da diferença na distânciaradial entre a área de cobertura das colunas 12 e a área de cobertura dostendões 20 é desejável. Preferivelmente, a distância radial Ri da área decobertura dos tendões 20 é menor do que 10% maior do que a distância ra-dial R2 da área de cobertura das colunas 12, minimizando assim a força demomento dos tendões 20.

Vários modos de transporte podem ser utilizados para transpor-tar a TLP ou os componentes da mesma para o local de instalação. Quandoo casco e o convés forem montados no estaleiro de fabricação, a montagemde casco e convés poderá ficar flutuada livremente com relação ao local deinstalação. Para condições de flutuação livre da montagem de casco e con-vés (tal como integração do convés, carregamento e descarregamento deuma embarcação de transporte, e reboque para o local de instalação), a es-tabilidade hidrostática será mais deficiente em calado raso, quando o centrovertical de gravidade da montagem de casco e convés estiver alto. As colu-nas inclinadas 12 da TLP 10 apresentam uma maior dimensão plana da á-gua em calados mais rasos da montagem de casco e convés de flutuaçãolivre do que uma TLP convencional com colunas verticais. Conforme melhorilustrado na Figura 3, a dimensão plana da água da montagem de casco econvés na superfície da água 14 para uma primeira posição de calado é re-presentada pela linha Di. Em uma segunda aposição de calado mais rasa, amaior dimensão plana da água da montagem de casco e convés é represen-tada pela linha D2. Diferente da dimensão plana da água de uma TLP con-vencional, que é igual em todos os calados, a dimensão plana da água daTLP 10 aumenta em calados mais rasos da montagem de caso e convés deflutuação livre. As colunas inclinadas 12 provêem, portanto, uma dimensãoplana da água adicional para maximizar a estabilidade TLP nos calados maisrasos onde for mais necessário, e para assim maximizar a capacidade decarga útil do convés 16 durante as fases de flutuação livre da TLP.

Além disso, o pender das colunas 12 confere propriedades naforma de pontões às colunas 12, o que pode ser melhor entendido com avisualização de uma seção transversal horizontal através das colunas 12 nasuperfície da água 14 e de uma sombra (mostrada parcialmente transparen-te na Figura 3) formada pelo sol localizado diretamente acima. A porção Pidas colunas 12 que não está abaixo da sombra do plano da água de superfí-cie tem água atuando tanto acima como abaixo, ao passo que a porção P2das colunas 12 que está abaixo da sombra do plano da superfície da águatem água atuando apenas a partir de baixo. O equilíbrio entre a flutuação deperfuração de superfície das colunas 12 e a flutuação de perfuração de não-superfície dos pontões 18 pode, portanto, ser modificado sem alterar as di-mensões reais das colunas 12 e dos pontões 18 com o aumento ou o de-créscimo do calado da TLP 10.

Com referência agora à Figura 4, outra concretização da TLPcom colunas inclinadas da presente invenção é geralmente identificada pelonumerai de referência 100. A TLP 100 é substancialmente igual à TLP 10descrita acima com exceção de que duas das colunas 12 são inclinadas umana direção da outra acima dos pontões 18. É entendido, entretanto, que ascolunas 12 podem pender para dentro na direção radial entre O0 (mostradoem linha cheia) e 90° (mostrado parcialmente transparente). Desse modo, odesenho da TLP da presente invenção pode acomodar vários tamanhos eformas do convés 16 e capacidade de carga útil sem mudar as dimensõesreais das colunas 12 e dos pontões 18.

Com referência agora à Figura 5, outra concretização da TLPcom colunas inclinadas da presente invenção é geralmente identificada pelonumerai de referência 200. A TLP 200 é substancialmente igual à TLP 10descrita acima com a exceção de que as extremidades inferiores das colu-nas 12 não incluem uma dimensão vertical. As colunas 12 ilustradas na Fi-gura 4 pendem para dentro a partir das extremidades inferiores 228 para asextremidades superiores 26 das mesmas.

Com referência agora à Figura 6, outra concretização da TLPcom colunas inclinadas da presente invenção é geralmente indicada pelonumerai de referência 300. A TLP 300 é substancialmente igual à TLP 10descrita acima com a exceção de que as colunas 12 incluem uma seção in-clinada 330 que se estende para dentro a partir de um ponto intermediário332 entre as extremidades superiores 26 e das extremidades inferiores 28das colunas 12.

Com referência agora à Figura 7, outra concretização da TLPcom colunas inclinadas da presente invenção é geralmente identificada pelonumerai de referência 400. A TLP 400 é substancialmente igual à TLP 10descrita acima com a exceção de que as colunas 12 incluem uma seçãosubstancialmente vertical 426 que forma as extremidades superiores dascolunas 12 e uma seção pendente ou inclinada 430 que se estende entre asextremidades superiores 226 e as extremidades inferiores 28 das colunas12.

Com referência agora à Figura 8, outra concretização da TLPcom colunas inclinadas da presente invenção é geralmente identificada pelonumerai de referência 500. A TLP 500 é substancialmente igual à TLP 10descrita acima com a exceção de que o casco da TLP 500 compreende trêscolunas inclinadas 12 interconectadas pelos pontões 18 nas extremidadesinferiores 28 e sustentando o convés 16 nas extremidades superiores 26 domesmo.

Será observado que as colunas 12 e os pontões 18 são repre-sentados como membros cilíndricos em várias concretizações da presenteinvenção. Contudo, deve ser entendido que as concretizações descritas sãomeramente exemplificativas da invenção que pode ser concretizada em vá-rias formas alternativas e não se destinando a ser limitativa.

Enquanto uma concretização preferida da invenção foi mostradae descrita, outras concretizações adicionais da invenção poderão ser ideali-zadas sem se afastar do escopo básico da mesma, o escopo da mesmasendo determinado pelas reivindicações apresentadas a seguir.

Claims (14)

1. Plataforma flutuante que compreende:a) três ou mais colunas inclinadas apresentando extremidadessuperiores e inferiores;b) um convés sustentado acima de uma superfície da água nasditas extremidades superiores das ditas colunas inclinadas;c) pontões horizontalmente dispostos interconectando as ditascolunas inclinadas próximas às ditas extremidades inferiores dos mesmos;d) um ou mais membros de tendão apresentando uma extremi-dade conectada às ditas extremidades inferiores das ditas colunas inclinadase uma extremidade oposta presa no fundo do mar; ee) em que os ditos membros de tendão são localizados em umaprimeira dimensão radial a partir de um eixo central da dita plataforma e asditas extremidades inferiores das ditas colunas inclinadas são localizadasem uma segunda dimensão radial a partir do eixo central da dita plataforma,em que a dita primeira dimensão radial é menor do que 10% maior do que adita segunda dimensão radial.

2. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as pri-meira e segunda dimensões radiais são substancialmente iguais.

3. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as ditascolunas inclinadas sustentam o dito convés dentro dos ditos pontões.

4. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as ditascolunas inclinadas pendem para dentro em um ângulo menor do que 20graus a partir da vertical.

5. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as ditascolunas inclinadas definem uma dimensão de plano de água na superfície daágua, e na qual a dita dimensão do plano de água é a maior em um caladoraso da dita plataforma.

6. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as ditascolunas incluem características de flutuação na forma de pontão.

7. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as ditascolunas inclinadas pendem para dentro a partir de um ponto intermediárioentre as ditas extremidades superiores e inferiores das ditas colunas inclina-das.

8. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as ditasextremidades inferiores das ditas colunas inclinadas definem uma superfícieperimétrica substancialmente vertical.

9. Plataforma, de acordo com a reivindicação 8, na qual as ditasextremidades superiores das ditas colunas inclinadas definem uma superfí-cie perimétrica substancialmente vertical.

10. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as di-tas extremidades superiores das ditas colunas inclinadas definem uma su-perfície perimétrica substancialmente vertical.

11. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual uma oumais das ditas colunas inclinadas pendem em uma direção a uma colunaadjacente das ditas colunas.

12. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual duasdas ditas colunas se estendem acima de um pontão de interconexão em di-reções opostas.

13. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, na qual as di-tas colunas inclinadas pendem para dentro em uma direção radial entre zerograus e noventa graus.

14. Plataforma, de acordo com a reivindicação 1, que inclui co-nectores de elevador presos a um perímetro externo dos ditos pontões.