BRPI0719770B1 - Sistema de flutuação - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE FLUTUAÇÃO, E, MÉTODO DE MODIFICAÇÃO DE UM SISTEMA DE FLUTUAÇÃO Um sistema de flutuação posicionado em um corpo de água que tem um fundo de água é exposto, o sistema compreendendo um membro hospedeiro que flutua sobre uma superfície da água; um módulo de flutuação que flutua sob a superfície da água; uma mangueira flexível que conecta o membro hospedeiro com o módulo de flutuação; e uma estrutura de linha subaquática alongada, compreendendo uma porção superior conectada com o módulo de flutuação; uma porção inferior que se estende para o fundo de água e adaptada para se conectar com uma linha de fluxo que se assenta sobre o fundo de água; e pelo menos uma da porção superior e da porção inferior compreendendo uma configuração em catenária.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a sistemas de estrutura de linhasubaquática estendendo-se de uma estrutura flutuante na superfície do mar até o leito do mar, e refere-se aos processos de instalação e uso de tais sistemas.

Descrição da técnica Pertinente

[002] Várias configurações para conectar uma estrutura flutuante(hospedeiro) com uma tubulação no fundo do mar foram propostas. Tais configurações usadas dependem, em geral, de parâmetros relativos à profundidade da água e dos movimentos horizontais e verticais da estrutura flutuante para selecionar a configuração e/ou o tipo de conexão apropriado.

[003] Uma configuração é o tubo ascendente tracionadosuperiormente, ou o tubo ascendente rígido vertical. Nesta configuração, o tubo ascendente está situado verticalmente sobre uma fundação no leito do mar. Próximo o seu topo, o tubo ascendente é tracionado para cima ou meio de um sistema de tracionamento (ou um sistema de flutuação) na estrutura flutuante. O sistema de tracionamento (ou sistema de flutuação) é projetado de modo que a porção superior de tubo ascendente segue o movimento horizontal do hospedeiro, mas desliza com respeito ao hospedeiro na direção vertical (curso) para compensar movimentos de balanço vertical (vertical). Os movimentos horizontais de hospedeiro podem ainda atingir o fundo de tubo ascendente e induzir tensões de flexão muito grandes no fundo de tubo ascendente. Juntas de tensão são freqüentemente integradas no fundo de tubo ascendente para reduzir a tensão de flexão pelos movimentos horizontais de hospedeiro.

[004] Mais recentemente, outra configuração, chamada de um tuboascendente em catenária de aço (SCR), apareceu. Com seu topo articulado sobre o hospedeiro, um tubo ascendente em catenária de aço forma uma configuração em catenária na água, até que ele toque embaixo sobre o leito do mar, conectando com as linhas de fluxo assentando-se sobre o leito do mar, ligando-se com outras instalações fora da costa ou na costa. A flexão de tubo ascendente na região de toque não deve causar com que a tração de tubo ascendente exceda o limite de elasticidade do material metálico do qual o SCR é feito. Os movimentos de hospedeiro são absorvidos pelas configurações em catenária. As exigências com respeito à fundação e sistema de tracionamento são eliminadas. Todavia, se o hospedeiro tiver oscilações significantes, o movimento pode passar para o tubo ascendente, especialmente para a região de toque, e reduzir a resistência à fadiga do tubo ascendente em catenária de aço.

[005] Um tubo flexível pode também ser usado em águas profundasna configuração em suspensão livre. Ele tem vantagens sobre o SCR, por exemplo, desde que menores raios de curvatura sejam permitidos ao longo do comprimento do tubo ascendente. Ele permite maiores movimentos verticais e horizontais do hospedeiro na superfície da água em virtude de do melhor comportamento sob fadiga. Todavia, ele pode ter s desvantagens de ser pesado e ter um alto custo.

[006] Uma configuração híbrida de um tubo ascendente consiste deum tubo vertical de aço e mangueiras flexíveis (“conectores temporários”). Sua parte inferior é um tubo rígido vertical que é situado sobre uma fundação de leito do mar e suportada por um membro de flutuação em seu topo. A porção superior é uma mangueira flexível que conecta o topo de tubo ascendente rígido com o hospedeiro. O tubo de aço na porção inferior é quase que completamente isolado dos movimentos de hospedeiro pelos “conectores temporários”, e seu momento de flexão inferior é principalmente induzido por onda direta e carga de corrente para o membro de flutuação e o tubo de aço. O tubo ascendente pode ficar situado sozinho, até mesmo desconectado do hospedeiro, sob certas circunstâncias. Além disto, vez que algum peso do tubo ascendente na água do mar é suportado pelo membro de flutuação; a exigência de carga de convés de hospedeiro é reduzida. Isto é especialmente importante para o hospedeiro com uma pequena capacidade de carga de convés disponível.

[007] Com a fundação (e acessórios) e junta de tensão no fundo, emembro de flutuação e mangueira flexível no topo, o custo do tubo ascendente híbrido pode ser mais alto que o de um tubo ascendente tracionado no topo, convencional, ou tubo ascendente em catenária de aço. A distância relativa do hospedeiro e do topo de tubo de aço pode ter variações muito grandes se o hospedeiro tiver um grande deslocamento e oscilações horizontais, em virtude dos isolamentos de movimento quase que completos entre eles. A mangueira flexível deve ser suficientemente longa, tal como 3810 cm (1500 pés), para evitar excessiva curvatura de flexão ou rotações de extremidade. O custo do tubo ascendente híbrido pode limitar o número de suas aplicações.

[008] Existe uma necessidade na técnica de uma nova forma de tuboascendente híbrido.

[009] Existe uma necessidade na técnica de uma nova forma de tuboascendente híbrido que pode ser usado com um tubo em uma configuração em catenária.

[0010] Existe uma necessidade na técnica de uma nova forma de tubo ascendente híbrido sem a necessidade de uma base de tubo ascendente e/ ou amarrações.

Sumário da Invenção

[0011] Em um aspecto, a invenção provê um sistema de flutuação posicionado em um corpo de água que tem um fundo de água, o sistema compreendendo um membro hospedeiro que flutua sobre uma superfície da água; um módulo de flutuação que flutua sob a superfície da água; uma mangueira flexível que conecta o membro hospedeiro com o módulo de flutuação; e uma estrutura de linha subaquática alongada, compreendendo uma porção superior conectada com o módulo de flutuação; uma porção inferior que se estende para o fundo de água e adaptada para se conectar com uma linha de fluxo que se assenta sobre o fundo de água; e pelo menos uma da porção superior e da porção inferior compreendendo uma configuração em catenária.

[0012] Em um aspecto, a invenção provê um método de modificação de um sistema de flutuação, o sistema compreendendo um hospedeiro que flutua em um corpo de água que tem um fundo de água, uma estrutura subaquática alongada com uma primeira extremidade, uma segunda extremidade, e um corpo posicionado entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, com a primeira extremidade conectada com o hospedeiro, o corpo estendendo-se através da água, e a segunda extremidade adjacente ao fundo de água, o método compreendendo desconectar a primeira extremidade a partir do hospedeiro; conectar a primeira extremidade com um módulo de flutuação; conectar uma mangueira flexível com o módulo de flutuação e o hospedeiro; e manter o módulo de flutuação em uma profundidade abaixo de uma superfície do corpo de água.

Breve Descrição dos Desenhos

[0013] A figura 1 é uma representação esquemática de um sistema da técnica anterior que inclui um tubo ascendente em catenária de aço (SCR) 106 na configuração em catenária a partir de navio hospedeiro 100, conectado com a linha de tubo horizontal 105, com região de toque 110 sobre fundo de água 104.

[0014] A figura 2 é uma evolução do tubo ascendente em catenária de aço, com módulos de flutuação adicionais 207, fixados a um segmento de tubo 206. As oscilações (mostradas como setas 211 e 208) do navio 200 serão separadas a partir de porção inferior 206a do tubo ascendente e a dano por fadiga para tocar a região inferior 210 pode ser reduzida.

[0015] A figura 3 é um híbrido de conceitos de tubo ascendente vertical rígido e uma mangueira flexível. O tubo vertical 306 está de pé sobre fundo de água 304, com sua parte inferior fixada na base 320, onde o tubo 306 é conectado com a linha de fluxo do leito do mar 305. O tubo 306 é verticalmente suportado pelo membro de flutuação 307, e conectado com o navio 300 pela mangueira flexível 309. Deslocamentos horizontais e oscilações horizontais e verticais (setas 311 e 308) de navio 300 são absorvidos pela mangueira flexível 309.

[0016] A figura 4 ilustra um tubo em catenária de aço 406 que atinge o fundo de água 404 no ponto de toque 410. Seu topo é suportado pelo membro de flutuação 407, e é conectado com o navio 400 pela mangueira flexível 409. A tração de fundo requerida pela configuração em catenária é fornecida por meio dos pesos de mangueira flexível 409 e corrente 415. A carga vertical no navio 400 é muito menor que o peso de toda a estrutura de linha subaquática. A oscilação vertical (seta 408) é isolada da região de toque 410. O membro de flutuação 407 se move horizontalmente com o navio 400 (seta 411), e o comprimento da mangueira flexível 409 pode ser relativamente curto.

[0017] A figura 5 é uma variação da figura 4, em que a corrente 415 é substituída pela linha de esticamento 515. A tração de fundo requerida pela configuração em catenária é fornecida pela tração na linha de esticamento 515.

[0018] A figura 6 ilustra o tubo 606 suportado no topo pelo membro de flutuação 607 e ancorado no ponto 613 na fundação de leito do mar 614 através de um cabo 612. O ponto de ancoragem 613 divide e o tubo 606 em uma linha substancialmente vertical 606a e configuração em catenária 606b com toque 610 no fundo de água 604. A mangueira flexível longa 609 conecta o membro de flutuação 607 com o navio 600. O tubo 606 é isolado tanto de movimentos horizontais quanto de verticais (setas 611 e 608) do navio 608.

[0019] A figura 6a ilustra outra característica do sistema na figura 6. A estrutura de linha subaquática pode ser autossustentável quando a mangueira 609 é desconectada a partir do navio 600.

[0020] A figura 7 ilustra a condição de trabalho normal do sistema em que cabo de ancoragem 712 está frouxo, e carga horizontal requerida por uma configuração em catenária do tubo 706 é fornecida pela corrente 715 e mangueira flexível 709. Quando o navio 700 é desconectado, o tubo de aço 706 fica de pé por si próprio com corrente 715 e mangueira flexível 709 suspensa sobre membro de flutuação 707.

[0021] A figura 7a ilustra a condição de não-trabalho do sistema, em que existe é uma perda do conteúdo de líquido dentro do tubo 706. Nesta condição, membro de flutuação 707 se eleva e aperta o cabo de ancoragem 712, de modo que o topo do membro de flutuação 707 é ainda abaixo do fundo de embarcações que passam.

Descrição Detalhada

[0022] Em uma forma de construção, é provido um sistema de flutuação posicionado em um corpo de água que tem um fundo de água, o sistema compreendendo um membro hospedeiro que flutua sobre uma superfície da água; um módulo de flutuação que flutua sob a superfície da água; uma mangueira flexível que conecta o membro hospedeiro com o módulo de flutuação; e uma estrutura de linha subaquática alongada, compreendendo uma porção superior conectada com o módulo de flutuação; uma porção inferior que se estende para o fundo de água e adaptada para se conectar com uma linha de fluxo que se assenta sobre o fundo de água; e pelo menos uma da porção superior e da porção inferior compreendendo uma configuração em catenária. Em algumas formas de construção, a estrutura subaquática alongada compreende um tubo ascendente em catenária de aço. Em algumas formas de construção, o sistema também inclui uma linha que conecta o membro hospedeiro com o módulo de flutuação. Em algumas formas de construção, a linha compreende uma corrente pesada ou outro membro de linha pesado com massa suficiente para produzir uma força horizontal requerida para formar uma configuração em catenária da estrutura de linha subaquática alongada. Em algumas formas de construção, o sistema também inclui um membro de âncora conectado com a estrutura de linha subaquática alongada. Em algumas formas de construção, a mangueira flexível compreende uma massa suficiente para produzir uma força horizontal requerida para formar uma configuração em catenária da estrutura de linha subaquática alongada. Em algumas formas de construção, o sistema também inclui uma linha de esticamento que conecta o membro hospedeiro com o módulo de flutuação para produzir uma força horizontal requerida para formar uma configuração em catenária da estrutura de linha subaquática alongada. Em algumas formas de construção, o sistema também inclui uma pluralidade de membros de âncora conectados com a estrutura de linha subaquática alongada. Em algumas formas de construção, o sistema também inclui uma boca de sino de concreto que se assenta sobre o fundo de água, que faz com que a porção inferior, em uma emergência, fique situada verticalmente na água por si próprio sem quaisquer conexões com o hospedeiro, resultando em deformação de flexão plástica sem ruptura de material. Em algumas formas de construção, o módulo de flutuação está flutuando em uma profundidade de aproximadamente 25 até 100 metros abaixo da superfície da água. Em algumas formas de construção, a estrutura de linha subaquática alongada compreende pelo menos um de um tubo da costa pré-curvado, uma boca de sino, um restritor de flexão, uma junta de tensão afilada, uma junta de tensão de titânio, uma mangueira flexível, e uma junta flexível de água profunda. Em algumas formas de construção, o sistema também inclui um conjunto de restritores de flexão que se assentam sobre o fundo de água, que faz com que a porção inferior, em uma emergência, fique situada verticalmente na água por si próprio sem quaisquer conexões com o hospedeiro, resultando em deformação de flexão plástica sem ruptura de material. Em algumas formas de construção, a porção inferior compreende uma configuração em catenária. Em algumas formas de construção, a estrutura de linha subaquática alongada é adaptada para ser desconectada do membro hospedeiro e ficar situada verticalmente na água por si própria. Em algumas formas de construção, o membro hospedeiro é permitido que se mova em afastamento devido às condições ambientais severas ou outras situações com desconexão da mangueira flexível, e a estrutura de linha subaquática alongada é suportada pelo módulo de flutuação verticalmente e uma âncora horizontalmente. Em algumas formas de construção, o sistema também inclui um membro de âncora conectado com um ponto de ancoragem na estrutura de linha subaquática alongada, que está frouxo nas condições de trabalho normais e no não uso.

[0023] Em uma forma de construção, é provido um método de modificação de um sistema de flutuação, o sistema compreendendo um hospedeiro que flutua em um corpo de água que tem um fundo de água, uma estrutura subaquática alongada com uma primeira extremidade, uma segunda extremidade, e um corpo posicionado entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, com a primeira extremidade conectada com o hospedeiro, o corpo estendendo-se através da água, e a segunda extremidade adjacente ao fundo de água, o método compreendendo desconectar a primeira extremidade a partir do hospedeiro; conectar a primeira extremidade com um módulo de flutuação; conectar uma mangueira flexível com o módulo de flutuação e o hospedeiro; e manter o módulo de flutuação em uma profundidade abaixo de uma superfície do corpo de água. Em algumas formas de construção, o método também inclui ancorar o corpo da estrutura subaquática alongada no fundo de água. Em algumas formas de construção, uma linha de âncora é conectada com o corpo da estrutura subaquática alongada de 25 metros até 250 metros acima do fundo de água. Em algumas formas de construção, a estrutura subaquática alongada compreende um tubo ascendente em catenária de aço. Em algumas formas de construção, o módulo de flutuação em uma profundidade de 5 até 50 metros abaixo da superfície do corpo de água.

[0024] Um tubo ascendente tracionado no topo tem seu fundo fixado numa base de tubo ascendente sobre o leito do mar, e seu topo é suportado por um sistema de tracionamento do hospedeiro (ou membros de flutuação verticalmente guiados pelo hospedeiro). O sistema de tracionamento (ou sistema de flutuação guiado) pode fornecer uma tração quase que constante para o tubo ascendente para prevenir que o tubo ascendente se encurve. O topo de tubo ascendente pode deslizar verticalmente em relação ao hospedeiro, todavia, o tubo ascendente move-se com o hospedeiro nas direções horizontais. Os movimentos horizontais de hospedeiro sob ondas/correntes/ventos juntamente com as cargas de onda/corrente na porção superior de tubo ascendente podem passar para as porções de fundo de tubo ascendente para induzir excessiva tensão de flexão. Juntas de tensão no fundo de tubo ascendente podem ser usadas para reduzir o nível de tensão de flexão.

[0025] O tubo ascendente em catenária de aço é uma forma convencional de um sistema de tubo ascendente. Com referência à figura 1, é ilustrado o navio 100 flutuando no corpo de água 102. O corpo de água tem um fundo (leito do mar) 104. A linha de fluxo 105 está situada sobre o fundo 104. O tubo ascendente em catenária de aço 106 é suspenso no navio 100 e se estende para dentro da água em uma configuração em catenária para tocar a área inferior 110 no fundo de água 104 para conectar a linha de fluxo 105.

[0026] Ondas/correntes/ventos podem causar oscilações verticais do navio (isto é, oscilações verticais como mostrado pela seta 108), e deslocamento e oscilações horizontais (como mostrado pela seta 111) e movimento rotacional. Quando o navio 100 se move, o tubo ascendente em catenária 106 pode ser curvado e movido, e o ponto de toque 110 pode se mover quando o tubo ascendente 106 se move. Por um hospedeiro com grandes oscilações, a vida útil do SCR próximo ao ponto de toque pode ser menor que a requerida em virtude de dano por fadiga.

[0027] Com referência agora à figura 2, o navio 200 é mostrado flutuando no corpo de água 202. O corpo de água 202 tem o fundo 204. A linha de fluxo 205 está sobre ou próxima ao fundo 204 e apresenta uma transição para primeira porção de tubo ascendente 206a, para a segunda porção de tubo ascendente 206b, para a terceira porção de tubo ascendente 206c. O ponto de toque 210 é na transição da linha de fluxo 205 para a porção de tubo ascendente 206a. O navio 200 pode se movimentar para cima e para baixo (mostrado pelas setas 208), bem como ter movimentos horizontais (mostrados pelas setas 211) e ter movimento rotacional. Módulos de flutuação 207 capazes de resistir à pressão de água na profundidade de porção 206b são fixados à porção de tubo ascendente 206b. Módulos de flutuação 207 são projetados para isolar a porção de tubo ascendente 206a a partir de movimento de balanço vertical 208, de modo que somente porções de tubo ascendente 206c e 206b se flexionam com balanço vertical 208. A região de toque do tubo ascendente é protegida. O tubo ascendente com módulos de flutuação fixados pode ter dificuldade em operações de pré-assentamento.

[0028] Com referência agora à figura 3, um sistema de tubo ascendente híbrido é ilustrado, que é uma combinação de uma mangueira flexível e um tubo ascendente rígido vertical. O navio 300 é mostrado flutuando no corpo de água 302. O corpo de água tem o fundo 304. A linha de fluxo 305 está em ou próxima ao fundo 304 e se conecta por meio de conectores de amarração com o conjunto de base de tubo ascendente 320, que é fixado ao fundo 304. O tubo ascendente de aço 306 é rigidamente conectado com a base do conjunto de tubo ascendente 320, e é suportado pelo módulo flutuante 307. O Conector temporário 309 conecta o topo do tubo de aço 306 com o navio 300.

[0029] O navio 300 pode ter deslocamentos e oscilações, como mostrados pelas setas 308 e 311, que causam o movimento do conector temporário 309, mas o movimento de navio pode ser isolado a partir do módulo flutuante 307 e tubo ascendente 306. O tubo ascendente de aço 306 fica de pé com pequeno movimento com os movimentos de navio. Todavia, a carga direta de onda/corrente ao módulo de flutuação 307 e a porção superior de tubo 306 podem ser passadas para o fundo de 306 e ainda causar tensões de flexão inaceitáveis. Juntas de tensão podem ser requeridas para redução de tensão. O sistema de tubo ascendente pode ser autossustentável: desconectado do navio hospedeiro 300. O sistema de tubo ascendente pode ainda stand na água sem colapso, que é uma das características principais diferentes de outras formas de tubo ascendente. O tubo posicionado livre pode ser utilizado para a pré-instalação antes de o navio hospedeiro chegar. No caso de a mangueira flexível 309 ser desconectada quando o navio está se movendo em afastamento para escapar de uma condição ambiental severa, o tubo ascendente 306 pode ainda ficar situado sobre sua base.

[0030] Em algumas formas de construção, é provida uma combinação de um conector temporário de mangueira flexível com um tubo ascendente em catenária de aço. O tubo de aço com uma configuração em catenária pode ser suspenso sobre um membro de flutuação, com uma mangueira flexível que conecta o topo do tubo de aço com o navio hospedeiro.

[0031] A fim de formar uma configuração em catenária, uma força horizontal (que é chamada a tração de fundo) pode ser fornecida por uma carga horizontal de topo. Com referência agora à figura 4, o navio 400 é mostrado flutuando no corpo de água 402. O corpo de água 402 tem o fundo 404. A linha de fluxo 405 está em ou próxima ao fundo 404, linha de fluxo esta 405 que apresenta uma transição para o tubo em catenária 406. O tubo 406 é suspenso no módulo flutuante 407 em uma configuração em catenária. A mangueira flexível 409 conecta o topo do tubo 406 por meio de um pescoço de ganso, tubo em Y, ou outra forma apropriada de conectores. Na outra extremidade, a mangueira flexível 409 é conectada com o navio 400 para a comunicação do conteúdo dentro do tubo 406 e o navio hospedeiro. Suspenso no navio 400 e flutuando 407 em suas duas extremidades, a mangueira 409 fornece uma força horizontal ao tubo 406 para a exigência de formação de uma configuração em catenária do tubo 406. Se mangueira flexível 407 sozinha não for capaz de fornecer suficiente força horizontal requerida, (por exemplo, de aproximadamente 10 até aproximadamente 100 toneladas), então a mangueira flexível 407 pode ser fixada a pesos ou emaranhada com uma corrente. Também, a corrente 415 pode ser suspensa no navio 100 e meios de flutuação 407 para prover força adicional para formar configuração em catenária. A linha em catenária de corrente 415 pode ser feita ligeiramente mais alta que a linha em catenária da mangueira 407 para evitar interferência.

[0032] A corrente 415, juntamente com a mangueira 409, tem uma rigidez horizontal para forçar o membro de flutuação 407 (e o topo de tubo de aço 406) a se mover aproximadamente em tandem com navio 400 em direção horizontal. A mangueira flexível 407 pode ter uma curvatura relativamente pequena ao longo de seu comprimento e pequenas rotações em suas extremidades.

[0033] Oscilações verticais (seta 108) de navio 400 são amplamente absorvidas mangueira 409 e pela corrente 415. A região de toque 410 é protegida contra dano por fadiga. O peso da mangueira 409 e da corrente 415 a ser suportado pelo navio 400 é muito menor que o peso do tubo 406, que é importante para um navio com uma pequena capacidade de carga de convés disponível.

[0034] Em comparação com um tubo ascendente híbrido, como descrito na figura 3, esta forma de construção elimina a necessidade de base de tubo ascendente 320, conexões de amarração e juntas de tensão.

[0035] O peso do tubo 407 pode ser suportado pelo membro de flutuação 407. Esta forma de construção da estrutura de linha é difícil de ser livremente suportante, sem uma conexão com o navio 400. Se não existir conexão com o navio 400, O tubo 406 pode se chocar sobre o leito do mar 404 com flexão severa devida a uma frouxidão da tração de fundo, necessária para uma configuração em catenária. A flexão pode ser, assim, severa, de modo a causar vazamento do tubo. Para evitar este problema, um bloco pesado (tal como feito de concreto) com uma boca de sino que se assenta sobre o leito do mar 404 pode restringir o tubo 406 de se flexionar no leito do mar no caso de desconexão de navio 400. Restritores de flexão, tais como um número de colares fora do tubo 406 ao longo de um comprimento de 20 a 50 metros, podem também restringir a tensão de flexão abaixo da resistência de ruptura. A finalidade destes métodos é deixar tubo ter deformações plásticas (permanentes) sem rompimento, no caso de uma situação na qual o navio 400 tem que ser desconectado da estrutura de linha.

[0036] A corrente 415 pode ser substituída por fio de metal, cabo, cabo metálico, com ou sem a fixação de pesos para atingir suficiente força horizontal requerida pela configuração em catenária por O tubo 406. Um método alternativo é fazer com que a mangueira flexível 407 tenha peso suficiente.

[0037] Quaisquer dos inúmeros materiais de flutuação, como são conhecidos na técnica, podem ser utilizados, por exemplo, uma espuma ou caixa de flutuação. O membro de flutuação 407 pode incorporar materiais com densidades apropriadas para prover flutuação, e/ou pode incorporar espaços vazios ou membros ocos para prover flutuação.

[0038] Em algumas formas de construção, um método de instalação é para assentar o tubo 406 por meio de uma barcaça de assentamento no fundo do mar ou como a primeira etapa. Posteriormente, de acordo com a programação, uma barcaça eleva o topo de um dos tubos por meio de um guincho para a superfície enquanto puxa horizontalmente para formar uma configuração em catenária. O topo de tubo é conectado com o membro de flutuação 407 e mangueira flexível 409 e a corrente 415. Então, as outras extremidades da mangueira flexível 409 e da corrente 415 são conectadas com o navio 400.

[0039] Em algumas formas de construção, com referência agora à figura 5, a força horizontal para formar a configuração em catenária do tubo 506 é fornecida por meio do cabo de esticamento 515 (ou cabo, uma corrente, ou linha). Materiais apropriados incluem metais e polímeros, tais como aço ou poliéster. As cargas verticais para o navio 500 e membro de flutuação 507 podem ser reduzidas quando a corrente é substituída por um cabo de esticamento.

[0040] Em algumas formas de construção, com referência agora à figura 6, outra opção de fornecer força horizontal a partir de um cabo ancorado é ilustrada. O navio 600 é mostrado flutuando no corpo de água 602. O tubo 606 é quase que verticalmente suspenso no flutuador 607, e estende-se para baixo dentro da água. O topo do tubo 606 é conectado com o navio 600 pela mangueira flexível 609. O ponto 613 na porção inferior 606b de tubo de aço 606 é ancorado na fundação 614 pela linha de âncora 612. A linha de âncora é inclinada a partir da vertical, por exemplo, de aproximadamente 15 até aproximadamente 60 graus, e provê uma força horizontal para o ponto de ancoragem 613. Abaixo do ponto de ancoragem 613, o tubo 606 forma uma configuração em catenária até tocar a região em 610, onde o tubo 606 atinge o fundo de água 604 para conectar com a linha de fluxo 605 que se assenta sobre o leito do mar. Em algumas formas de construção, o ponto de ancoragem 613 divide o tubo 606 em porção substancialmente vertical 606a e porção em catenária 606b.

[0041] Quaisquer dos inúmeros materiais de flutuação, como são conhecidos, podem ser utilizados pelo flutuador 607, por exemplo, uma espuma sintática ou caixa de flutuação. O membro de flutuação 607 pode incorporar materiais com densidades apropriadas para prover flutuação, e/ou pode incorporar espaços vazios ou membros ocos para prover flutuação.

[0042] Deve ser entendido que a maneira de ancorar a linha 612 não é crítica, mas, pelo contrário, uma maneira de preferência de projeto. A linha 612 pode ser um cabo, um fio de metal, uma corrente, um cabo metálico, ou haste, e similares. O deslocamento e oscilações em direção horizontal (como a seta 611) e a oscilação vertical (como a seta 608) de navio 600 podem ser efetivamente absorvidos pela mangueira flexível 609 e ainda isolados pelo ponto de ancoragem 613. A resistência à fadiga na região de toque 610 pode ser bastante grande, por exemplo, até aproximadamente 500, 1000, ou 2000 anos.

[0043] Em algumas formas de construção, o tubo 606 pode livremente ficar de pé na água 602, quando desconectado do hospedeiro 600. O tubo 606 pode ser pré-instalado antes de o hospedeiro 600 chegar. Sob condições ambientais extremas ou outras situações, ao navio 600 é permitido desconectar a mangueira flexível 609 e se move para longe, deixando o tubo 606 verticalmente na água 602 por si próprio.

[0044] Em algumas formas de construção, com referência agora à figura 6a, um modo de desconexão é ilustrado, no qual a mangueira flexível 609 é desconectada a partir do navio 600 e suspensa no flutuador 600. O tubo 606 é verticalmente suspenso em seu topo sobre o flutuador 607, e ancorado no ponto de ancoragem 613 na fundação 614 através do cabo 612. A tração de ancoragem produz uma configuração em catenária para a porção inferior 606b de tubo de aço 606, até a região de toque 610 sobre o fundo de água 604.

[0045] Em algumas formas de construção, o ponto de ancoragem 613 é uma inserção do tubo substancialmente vertical 606a e tubo em catenária 606b; onde a tensão de flexão pode se tornar um problema. Para reduzir a tensão de flexão para níveis aceitáveis, uma ou mais das seguintes medidas podem ser usadas:(1) juntas de tensão de aço afiladas no ponto de ancoragem 613 para reduzir a tensão de flexão;(2) boca de sino ou outros restritores de flexão na vizinhança do ponto de ancoragem 613 para limitar a curvatura de flexão abaixo de um limite superior aceitável;(3) juntas de tensão feitas de titânio ou outro material, que permitem maiores curvaturas de flexão que o material de tubo 606, no ponto de ancoragem 613;(4) uma junta de flexão pré-fabricada no ponto de ancoragem 613 para criar um momento de flexão médio igual a zero;(5) impor flexão plástica (permanente sobre um curto segmento próximo ao ponto de ancoragem 613 durante a instalação, criando um momento de flexão médio igual a zero.

[0046] Em algumas formas de construção, a variação de conteúdo dentro do tubo 606 e a alteração de flutuação do membro de flutuação 607 não afetará a configuração da estrutura de linha. O membro de flutuação 607 é sempre bem abaixo da superfície de água 602 para evitar colisões com embarcações que passam.

[0047] Em algumas formas de construção, o deslocamento e oscilações horizontais de navio 600 (mostrados como a seta 611) têm pouco efeito sobre os movimentos de flutuador 607 e tubo de aço 606. O deslocamento e movimentos de flutuação 607 são amplamente determinados pelas cargas de onda/corrente. Os movimentos relativos entre flutuador 607 e navio 600 podem ser grandes. A distância entre o flutuador 607 e navio 600 pode ser grande, por exemplo, de aproximadamente 100 até aproximadamente 1000 metros, tal como 500 metros, para assegurar faixa de rotação de extremidade tolerável da mangueira flexível 609.

[0048] Em algumas formas de construção, um método de instalação apropriado é assentar todos dos tubos 606 por meio de uma barcaça de assentamento no fundo do mar ou como na primeira etapa. Posteriormente, de acordo com a programação, o topo de um dos tubos 606 é elevado por meio de um guincho para a superfície e é conectado com o membro de flutuação 607. A linha de ancoragem 612 pode ser conectada com o tubo 606 por meio de um ROV. A estrutura de linha subaquática é então autossustentável na água. Depois de o navio hospedeiro 600 chegar, a mangueira flexível 609 pode ser conectada com o navio 600.

[0049] Em algumas formas de construção, com referência agora à figura 7, outro sistema é ilustrado. Depois de a mangueira flexível 709 e a corrente 715 serem conectadas com o navio 700, a linha de ancoragem 712 torna-se frouxa. Durante períodos de trabalho normais, a linha de ancoragem permanece frouxa, e a mangueira flexível 709 e a corrente 715 podem ser usadas para transmitir deslocamento horizontal e movimento (seta 711) do navio 700 para o flutuador 707, e para isolar a oscilação vertical (seta 708). A distância entre flutuador 707 e navio 700 é menos variada e pode ser curta, ou o requerido comprimento para mangueira flexível 709 pode ser relativamente curto.

[0050] Durante o modo de desconexão, tal como pré-instalação ou severas condições de tempo sob as quais o navio 700 pode estar longe da cena, à mangueira flexível 709 e a corrente 715 podem ser desconectadas do navio 700 e frouxamente suspensas no flutuador 700. O tubo 706 é verticalmente suspenso em seu topo no flutuador 707, e ancorado no ponto de ancoragem 713 na fundação 714 através da linha 712. A linha 712 é esticada e a carga de ancoragem produz uma configuração em catenária para a porção inferior 706b do tubo de aço 706, até o toque 710 sobre o fundo de água 704.

[0051] Em algumas formas de construção, no caso de perda de conteúdo de fluido dentro do tubo 706 (ver a figura 7a), o flutuador 707 se elevará, e a linha de ancoragem 712 é esticada para manter o flutuador 707 abaixo do fundo das embarcações que passam.

[0052] Deve ser entendido que o hospedeiro flutuante (400, 500, 600, e 700) pode ser qualquer tipo de estrutura flutuante que tem um membro de linha que se estende em direção ao fundo de água. Por exemplo, na exploração de hidrocarbonetos fora da costa, perfuração, produção, processamento, ou tipo de transporte, exemplos não limitativos de hospedeiros flutuantes incluem navios, embarcações, barcaças, colunas, plataformas, FPSOs (Floating Production, Storage and Offloading systems) (Sistemas de produção, Armazenagem e Descarregamento Flutuantes), semi- submersíveis, FSRUs (Floating, Storage e Regassification Unit), e similares.

[0053] A estrutura de linha subaquática alongada pode ser qualquer tipo de estrutura que se estende a partir do hospedeiro flutuante, como é conhecida na técnica de perfuração fora da costa. mais comumente, a estrutura de linha subaquática será algum tipo de membro tubular, geralmente referido na técnica como um "tubo ascendente," exemplos não limitativos do qual incluem umbilicais, tubos, dutos, mas também pode ser um membro não tubular, como cabos, linhas, correntes, e similares.

[0054] Embora a presente invenção possa ser utilizada para instalação de uma nova estrutura de linha subaquática, ela também encontrará utilidade em um método de modificação de uma estrutura subaquática existente.

[0055] Embora as formas de construção ilustrativas da invenção tenham sido descritas com particularidade, será entendido que várias outras modificações são aparentes e podem ser facilmente feitas por aqueles especializados na técnica sem fugir do espírito e escopo da invenção. Por conseguinte, não é pretendido que o escopo das reivindicações anexas seja limitado aos exemplos e descrições aqui expostos, mas, pelo contrário, que as reivindicações sejam entendidas como abrangendo todas as características de novidade patenteável que reside na presente invenção, incluindo todas as características que seriam tratadas como equivalentes das mesmas por aqueles especializados na técnica à qual esta invenção pertence.

EXEMPLOS Exemplo 1:

[0056] Um tubo ascendente de produção de 0,22 m (8,625") de diâmetro externo (OD) e 0,038 m (1,51") de parede pode ser usado para fornecer a produção de petróleo para uma plataforma de fora da costa em água de 1000 metros. A carga para suportar um convencional tubo ascendente em catenária de aço é aproximadamente 136 toneladas, a qual é além da capacidade de carga remanescente de convés da plataforma. Se um tubo ascendente híbrido na figura 3 for usado, então a carga de convés é somente 41 toneladas, mas requerendo uma base de tubo ascendente e amarrações.

[0057] A forma de construção ilustrada na figura 4 incluiria uma mangueira flexível de 180 metros e uma corrente de 140 metros de comprimento (95 mm de diâmetro externo (OD)), e uma caixa de ar de 130 toneladas de flutuação líquida. Então, a carga de convés pode ser tão pequena quanto 36 toneladas. Durante produção normal de petróleo, o topo da caixa de ar está 72 metros abaixo da superfície da água. Em um estado vazio de tubo, a caixa de ar pode se elevar, mas seu topo está ainda 41 metros abaixo da superfície do mar, abaixo do fundo de embarcações que passam. Outras respostas, tais como níveis de tração, resistência à fadiga; movimentos de mangueira flexível, etc. são todas satisfeitas. Esta configuração pode atingir significantes economias de custo e instalação simplificada em comparação com o tubo ascendente híbrido descrito na figura 3.

Exemplo 2:

[0058] Um tubo ascendente de produção de 0,27 X 0,022 metro (10,75" X 0,875") é requerido para conectar-se com uma torre FPSO em água de 1760 metros. As oscilações verticais da torre são tão grandes que a resistência à fadiga de uma configuração convencional de SCR, como mostrada na figura 1, pode somente demorar horas em sua região de toque. A configuração de tubo ascendente de onda lenta na figura 2 pode aumentar a resistência à fadiga na região de toque, com um sacrifício de resistências à fadiga da porção superior e dificuldade de instalação. O tubo ascendente híbrido descrito na figura 3 pode com um alto custo, incluindo um módulo de espuma de flutuação líquida de 215 toneladas, base de tubo ascendente, amarrações, etc.

[0059] A forma de construção ilustrada pela figura 6 pode ser usada, incluindo uma mangueira flexível de 400 metros, e uma caixa de ar de 190 toneladas de flutuação líquida. Um segmento de tubo pré-curvado em torno do ponto de ancoragem pode ser formado durante a instalação. Depois de o cabo de ancoragem ser conectado, uma puxada para cima tem a finalidade de que o topo de tubo ascendente force um pequeno segmento do tubo no ponto de ancoragem a se flexionar permanentemente (plasticamente). O nível de tensão elástica próximo ao ponto de ancoragem torna-se baixo. A resistência à fadiga na região de toque é tão elevada quanto 5000 anos, com um fator de segurança de 10. Esta configuração pode atingir significantes economias de custo e instalação simplificada em comparação com o tubo ascendente híbrido descrito na figura 3.

Claims (12)

1. Sistema de flutuação posicionado em um corpo de água que tem uma superfície de água e um fundo de água, sistema este compreendendo:um membro hospedeiro (400, 500, 600, 700) flutuando sobre a superfície da água;um módulo de flutuação (407, 507, 607, 707) flutuando sob a superfície da água;uma mangueira flexível (409, 509, 609, 709) conectando aquele membro hospedeiro (400, 500, 600, 700) com aquele módulo de flutuação (407, 507, 607, 707);uma linha (415, 515, 615, 715) conectando o membro hospedeiro (400, 500, 600, 700) com o módulo de flutuação (407, 507, 607, 707), em que a linha (415, 515, 615, 715) compreende uma corrente, uma linha, ou uma linha de esticamento;o referido sistema de flutuação sendo caracterizado por:uma estrutura de linha subaquática alongada que compreendeuma porção superior (606a, 706a) conectada com o módulo de flutuação (407, 507, 607, 707); euma porção inferior em formato de catenária (606b, 706b) conectada com uma linha de fluxo (405, 505, 605, 705) que se assenta sobre o fundo da água; eum membro de âncora (614, 714) conectado a um ponto de ancoragem (613, 713) na porção inferior em formato de catenária (606b, 706b) da estrutura de linha subaquática alongada por uma linha de âncora (612, 712), a qual é inclinada a partir da vertical.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita estrutura de linha subaquática alongada compreende um tubo ascendente em catenária de aço.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita linha (415, 515, 615, 715) compreende uma corrente ou outro membro de linha com massa suficiente para produzir uma força horizontal que é requerida para formar uma configuração em catenária da estrutura de linha subaquática alongada.

4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a dita linha de âncora (612, 712) é inclinada a partir da vertical em um ângulo entre 15 e 60 graus.

5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita mangueira flexível (409, 509, 609, 709) compreende uma massa suficiente para produzir uma força horizontal requerida para formar uma configuração em catenária da estrutura de linha subaquática alongada.

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a dita linha (415, 515, 615, 715) que conecta o membro hospedeiro (400, 500, 600, 700) com o módulo de flutuação (407, 507, 607, 707) é uma linha de esticamento que conecta o membro hospedeiro (400, 500, 600, 700) com o módulo de flutuação (407, 507, 607, 707) para produzir uma força horizontal requerida para formar uma configuração em catenária da estrutura de linha subaquática alongada.

7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma boca de sino de concreto que se assenta sobre o fundo da água, que faz com que a porção inferior (606b, 706b), numa emergência, fique situada verticalmente no corpo da água por si própria sem quaisquer conexões com o membro hospedeiro (400, 500, 600, 700), resultando em deformação de flexão plástica sem ruptura de material.

8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o módulo de flutuação (407, 507, 607, 707) está flutuando numa profundidade de cerca de 25 a 100 metros abaixo da superfície da água.

9. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a dita estrutura de linha subaquática alongada compreende pelo menos um dentre um tubo da costa pré-curvado, uma boca de sino, um restritor de flexão, uma junta de tensão afilada, uma junta de tensão de titânio, uma mangueira flexível, e uma junta flexível de água profunda.

10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um conjunto de restritores de flexão que se assentam sobre o fundo da água, que faz com que a porção inferior (606b, 706b), numa emergência, fique situada verticalmente no corpo da água por si própria sem quaisquer conexões com o membro hospedeiro (400, 500, 600, 700), resultando em deformação de flexão plástica sem ruptura de material.

11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que dita estrutura de linha subaquática alongada é adaptada para ser desconectada do membro hospedeiro (400, 500, 600, 700) e ficar situada verticalmente no corpo da água por si própria.

12. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o membro hospedeiro (400, 500, 600, 700) é permitido mover-se para longe, devido a condições ambientais severas, ou a outras situações com desconexão da mangueira flexível (409, 509, 609, 709), e a estrutura de linha subaquática alongada é suportada pelo módulo de flutuação (407, 507, 607, 707) verticalmente e a linha de âncora (612, 712), que é inclinada a partir da vertical.