BRPI1102309A2 - unidade flutuante de produção, construída a partir de blocos flutuantes - Google Patents

Abstract

unidade flutuante de produção, construída a partir de blocos flutuantes. as diversas concretizações apresentadas, nesta invenção, estão relacionadas basicamente com uma unidade de produção flutuante (1) construída a partir de blocos flutuantes (13), justapostos, reduzindo significativamente os custos e prazos de construção, ao mesmo tempo, que viabiliza formatos e geometrias ímpares, difíceis de serem construídas com técnicas tradicionais, por exemplo: com dique seco. devido à geometria e dimensões, tal unidade de produção flutuante (1) pode ainda ser conectada e integrada com outras facilidades, tais como: armazenamento de hidrocarbonetos em geral, armazenamento de fluídos de perfuração e produção, acomodações de hotelaria, estacionamento de aeronaves, reabastecimento e pequenas manutenções em helicópteros; estendendo a funcionalidade e valor da mesma. faz parte da presente invenção um método e respectiva estrutura de pedestais (18), flutuante, lastreada e apoiada no solo marinho; para instalação de plantas de processo (17) sobre cascos de unidades de produção flutuantes (1).

Description

UNIDADE FLUTUANTE DE PRODUÇÃO, CONSTRUÍDA A PARTIR DE BLOCOS FLUTUANTES.

CAMPO DE INVENÇÃO

Esta invenção tem aplicação na construção de estruturas flutuantes ancoradas, por exemplo: Unidades Flutuantes de Produção e Descarga, conhecidas por FSO; Unidades Flutuantes de Produção, Armazenamento e Descarga, conhecidas por FPSO; Unidades Flutuantes de Perfuração, Produção, Armazenamento e Descarga, conhecidas por FDPSO e também unidades flutuantes de estocagem de fluídos de perfuração e hidrocarbonetos em geral.

Tal unidade flutuante é construída a partir de blocos flutuantes justapostos, reduzindo significativamente os custos e prazos de construção; ao mesmo tempo, que viabiliza formatos e geometrias impares, difíceis de serem construídas com técnicas usuais, por exemplo: com dique seco tradicionais. Tais geometrias amortecem e minimizam os movimentos resultantes da ação das condições de mar.

ESTADO DA TÉCNICA

Novas descobertas de campos de petróleo no mar requerem a construção e instalação de unidades marítimas de produção, fixas ou flutuantes, localizadas respectivamente em águas rasas e águas profundas. Tais plataformas, em número considerável, estão sendo posicionadas cada vez mais afastadas da costa e em laminas de água mais profundas.

Uma plataforma de produção de petróleo é uma estrutura, habitada ou não, localizada sobre lâmina d'água, usada para exploração, extração, adequação e bombeio de petróleo e/ou gás natural escoado por meio de oleodutos ou navios aliviadores. De acordo com a finalidade que se destina e a profundidade da lâmina d'água, os tipos de plataformas mais comuns são: Plataformas fixas, Plataformas Autoeleváveis, Plataforma de pernas atirantadas (Tension-Leg Platform - TLP), Plataformas Semissubmersíveis (Semi-Sub Platform), Unidades Flutuantes de Produção e Descarga conhecidas por FSOs (Floating Production and Offloading), Unidades Flutuantes de Produção, Armazenamento e Descarga, conhecidas por FPSOs (Floating Production, Storage and Offloading), Plataforma cilíndrica dotada de casco com formato de um cilindro vertical, conhecida por Spar; a ainda plataforma de apoio conhecidas como Tender Platform. FPSO são navios, geralmente de grande porte, que têm capacidade de produção, processamento e/ou armazenamento de petróleo e gás natural. Sobre seu convés principal são instaladas plantas de processo para separar e tratar os fluidos produzidos pelos poços. Depois de separado da água e do gás, o petróleo é armazenado nos tanques do próprio navio, sendo transferido para um navio aliviador de tempos em tempos. São utilizados em locais de produção distantes da costa onde o escoamento por oleodutos ou gasodutos não é econômica. São facilmente instalados e não requerem oleoduto para exportar o óleo produzido. Geralmente o gás é re-injetado ou escoado por gasoduto.

Existe ainda um novo conceito de FPSO com formato circular, com maior estabilidade e menor custo de construção, podendo assim viabilizar campos petrolíferos de baixa produção em águas profundas ou em ambientes oceânicos severos.

Essas plataformas podem ser ancoradas ou com sistema DP (Dynamic Positioning) onde ela dispensa o sistema tradicional de ancoragem permanecendo estacionária através do uso de propulsores comandados por computadores e usando informações de posição através de sistemas GPS.

Os FPSO são navios com capacidade para processar e armazenar petróleo, e prover a transferência do petróleo e/ ou gás natural No convés do navio, é instalada uma planta de processo para separar e tratar os fluídos produzidos pelos poços. Depois, o petróleo é armazenado nos tanques do próprio navio, sendo transferidos por um navio aliviador de tempos em tempos. O gás comprimido é enviado para terra através de gasodutos e / ou re-injetado no reservatório. Os maiores FPSOs têm capacidade de processo em torno de 200 mil barris por dia, com produção de gás de aproximadamente 2 milhões de metros cúbicos por dia.

Os FPSOs podem ser ancorados pelo método de spread mooring ou através de turret. No caso spread mooring os deslocamentos de posição são mais limitados não ocorrendo rotação. No caso de turret os deslocamentos de posição são acentuados podendo ocorrer rotação completa em relação ao eixo vertical do turret.

Existem ainda os FDPSO, que possuem torre de perfuração para perfuração e intervenção de poços próximos do raio de ancoragem.

Parte destas embarcações é construída aproveitando cascos de navios petroleiros existentes, operação esta denominada de conversão.

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Assim, desenvolver novos conceitos e modalidades de cascos, para unidades flutuantes, tipo: FPSO, FSO, FDPSO e estocagem de fluídos em geral; com boa estabilidade, menores deslocamentos devido às condições de mar e menor custo, é fundamental para o desenvolvimento de campos de petróleo tanto em águas rasas, como em águas profundas.

Outra aplicação é na construção de um terminal oceânico flutuante, aeronaval, para integrar e otimizar o transporte de passageiros e cargas entre plataformas de produção de petróleo e terminais terrestres, através de um modal hibrido que combina e integra meios navais com meios aéreos, isto é: embarcações de carga, embarcações de passageiros e helicópteros.

SUMARIO DA INVENÇÃO

Esta invenção tem aplicação na construção de estruturas flutuantes que tem diversas aplicações, entre elas a construção de cascos de unidades de produção de petróleo no mar. O sistema desta invenção pode ser concebido para trabalhar tanto em novos projetos e instalações como em campos maduros, podendo ter outras funcionalidades, tais como: geração de energia, compressão de gás, tratamento e injeção de água, etc.

Na construção de grandes estruturas flutuantes são empregadas diversas técnicas e métodos, sendo usual a utilização de diques secos, o que limita o número de estaleiros com espaço e capacidade para realização de construções de grande porte. Desta forma, tornam-se atrativas soluções modulares de estruturas flutuantes que facilitem a construção e conexão de tais módulos, geralmente em águas abrigadas. Um exemplo de construções modulares é a construção de quebra mar de portos, onde grandes blocos de concreto também conhecidos por caixões são construídos por meio de diques flutuantes de forma deslizante, e rebocados flutuando até a locação onde são lastreados e apoiados sobre uma base no solo marinho.

Numa de suas concretizações esta invenção esta relacionada com uma unidade flutuante construída a partir de grandes blocos flutuantes que são justapostos e acoplados uns aos outros, em águas abrigadas e rebocados até alto mar onde serão ancorados. Tais blocos flutuantes podem ser agrupados e conectados em diversas combinações geométricas: triangular, quadrilátero, pentagonal, formato H, formato U; com o propósito de compor uma estrutura flutuante ancorada com diversas aplicações, tais como e não limitadas a: FPSO, FSO, FDPDO, terminal oceânico aeronaval, estocagem de fluídos em geral.

Os blocos flutuantes (13) podem ser construídos de diversas maneiras, entre elas utilizando dique flutuante de forma deslizante que agiliza e reduz significativamente os custos. Por exemplo, um grande bloco flutuante (13) com dimensões de 64x34x25 metros pode ser construído em menos de 15 dias.

Faz parte da presente invenção um método para reboque de uma unidade flutuante.

Faz parte desta invenção também, um método para instalação de plantas de processo sobre um bloco flutuante (13) ou conjuntos de blocos flutuantes (13) através de uma estrutura de pedestais (18) preferencialmente apoiada no solo marinho, localizada em área abrigada; semelhante a uma plataforma, tipo fixa de gravidade, apoiada no fundo do mar. BREVE descrição dos desenhos Fig. 1 A, 1B, 1C, 1D, 1E e 1F mostram um bloco flutuante construído a partir de uma estrutura reticulada de células, com secção quadrada.

Fig. 2A e 2B mostram uma unidade de produção flutuante concretizada por blocos flutuantes, justapostos, com um formato de 8.

As Figuras 3A e 3B mostram uma unidade de produção flutuante concretizada por blocos flutuantes justapostos, com um formato geométrico 8, ancorado por um sistema complacente, tipo spread mooring.

Fig. 4A e 4B mostram uma unidade de produção flutuante concretizada por um conjunto de blocos justapostos, num formato de triângulo e de quadrilátero, respectivamente.

As Fig. 5A e 5B mostram uma unidade de produção flutuante concretizada por um conjunto de blocos flutuantes justapostos, com um formato de um pentágono e hexágono, respectivamente.

As Figuras 6A, 6B e 6C mostram um método de reboque e instalação de uma unidade de produção flutuante construída por blocos flutuantes justapostos, com um formato de um pentágono.

As Figuras 7A e 7B mostram uma das possíveis juntas articuladas, tipo dobradiça, para conexão de dois blocos flutuantes.

As Figuras 8A e 8B mostram uma estrutura de pedestais que pode ser apoiada no solo marinho, para instalação de plantas de processo sobre 0 convés de uma unidade flutuante de produção.

As Figuras 9A a 9D mostram um método para instalação de plantas de processo sobre o convés de uma unidade flutuante de produção através de uma estrutura de pedestais.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Fazem parte da presente invenção uma estrutura flutuante que pode ser construída a partir de blocos flutuantes conectados uns aos outros, em águas abrigadas em diferentes geometrias. Tal estrutura flutuante pode servir para construção de uma unidade de produção de petróleo, do tipo: FSO, FPSO, FDPSO, terminais e bases oceânicas; construídas de acordo com a identificação de componentes e descrição das Figuras abaixo.

Para todas as Figuras serão utilizadas a seguinte lista de referência de componentes: 1 - Unidade de produção flutuante 2 - Piso do bloco 3 - Junta articulada 4 - Trava de transporte 5 - Helicóptero 6 - Rebocador 7 - Estrutura trava 8 - Embarcação 9 - Casco duplo 10 - Célula 11 - Cabo de ancoragem 12 - Guindaste 13 - Bloco flutuante, também conhecido por caixão flutuante 14 - Superfície da água 15 - Queimador, conhecido como flare 16- Estrutura estabilizadora (opcional) 17 - Planta de Processo 18 - Estrutura de pedestais 19 - Pedestal 20 - Viga longitudinal 21 - Viga transversal 22 — Balsa 23 - Cabo 24 - Fundo do mar H1 - Heliporto A H2 - Heliporto B

As Fig. 1A e 1B mostram, vista de elevação e planta, de um bloco flutuante (13) construído a partir de um reticulado de células (14), com geometria quadrada. O bloco flutuante (13) pode ser construído com células (14) com outras geometrias bases, por exemplo: circulares, triangulares, retangulares. O bloco flutuante (13) pode ser construído de diferentes materiais, por exemplo: concreto, chapas de aço soldadas. É possível justapor e conectar blocos construídos de materiais diferentes, por exemplo: concreto e aço. As células em relação ao bloco flutuante podem estar na posição horizontal ou vertical. Na Fig. 1A as células (14) estão na posição vertical. Pode existir uma única camada de células (14), vide Fig. 1A, ou mais de uma camada de células (14), vide Fig. 1C. A Fig. 1D mostra uma perspectiva do bloco flutuante (13). As Figuras 1E e 1F mostram a possibilidade de construção de células menores com a função de promover parede dupla (19) no casco.

As Fig. 2A e 2B mostram vista de elevação e planta, respectivamente, de uma unidade de produção flutuante (1) concretizada por blocos flutuantes (13) justapostos, num formato geométrico de oito Basicamente as duas áreas internas do oito, mais protegias das condições do mar aberto, são utilizadas para suporte dos risers conectados a unidade flutuante (1). Faces externas do oito podem ser utilizadas para: offloading de óleo, carga e descarga. Para melhor ilustrar são ainda mostrados nas Figuras os elementos: heliportos (H1) e (H2), superfície do mar (14), guindaste (12). Uma estrutura estabilizadora (16) opcional, tipo quilha, pode ser utilizada para amortecer os movimentos da unidade de produção flutuante (1).

As Figuras 3A e 3B mostram uma unidade de produção flutuante (1) concretizada por blocos flutuantes (13) justapostos, com um formato geométrico de oito, ancorado por um sistema complacente, tipo spread mooring. De acordo com as condições de mar, o sistema pode ser acomodado para uma posição mais favorável, onde sofre menores ecfnrrnc nolac rnnHirfioc rio niar Oc rahnc Ho an^nranem (ΛΛ \ nnriom cor v?wlUI tíId5¾ IvJIIUU 11 ICaI · Ví/CÜÍUvJO* vlv? dl IwVJl dvjJC?l II \ I I β v.#VJI11 I O>Ç?I tracionados ou folgados, através de guinchos não mostrados na Figura, para ajudar a unidade de produção flutuante (1) se acomodar num posicionamento que minimize os efeitos da condição de mar.

Fig. 4 mostra uma unidade de produção flutuante (1) concretizada por um conjunto de blocos flutuantes (13) justapostos, com um formato triangular. Ainda são indicados os elementos: junta articulada (3) e estrutura de travamento (7), cuja função e travar um determinado bloco flutuante (13) ao bloco flutuante (13) vizinho, num ângulo pré-determinado, formando a figura geométrica desejada.

As Fig. 5A e 5B mostram uma unidade de produção flutuante (1) concretizada por um conjunto de blocos justapostos (13), com um formato de um pentágono e hexágono, respectivamente.

As Figuras 6A, 6B e 6C mostram um método de reboque e instalação de uma unidade de produção flutuante (1) formada de blocos flutuantes (13) justapostos, com um formato de um pentágono. A Fig. 6A mostra a elevação do método de reboque, a Fig. 6B mostra a vista em planta durante o reboque e finalmente a Fig. 6C mostra a fase final de instalação na locação, já com instalação das estruturas de travamento (7). A unidade de produção flutuante (1), mostrada nas Figuras anteriores é dotada de pelo menos um heliporto (H1). Pode ainda dispor de facilidades para estacionamento, reabastecimento e pequenas manutenções em helicópteros. Outras facilidades, não mostradas na Figura, podem ser agregadas na unidade de produção flutuante (1), tais como: armazenamento de hidrocarbonetos, armazenamento de fluídos, geração de energia, compressão de gás, tratamento e injeção de água ou separação de água; aumentado sua funcionalidade e aplicação.

Faz parte desta invenção um método para instalação de plantas de processo sobre um bloco flutuante (13) ou conjuntos de blocos flutuantes (13) através de uma plataforma de pedestais (18) preferencial mente apoiada no solo marinho, localizada em área abrigada. Tal plataforma é semelhante a uma plataforma fixa de gravidade usada em sistema de produção de petróleo.

As Figuras 7A e 7B mostram, em vistas de elevação e planta, uma das possíveis juntas articuladas (3) tipo dobradiça, cuja finalidade é conectar e travar dois blocos flutuantes (13) numa posição relativa pré-determinada. Uma ou mais juntas articuladas (3) podem ser utilizadas para conectar dois blocos flutuantes (13).

As Figuras 8A e 8B mostram uma estrutura de pedestais (18), que pode ser apoiada no solo marinho, para instalação de plantas de processo (17) sobre o convés de uma unidade flutuante de produção (1), em águas abrigadas.

As Figuras 9A a 9D mostram, em seqüência, uma planta de processo (17) apoiada sobre uma balsa (22) ancorada sob as vigas, móveis, longitudinais (20) e transversais (21) e entre os pedestais (19). Através de cabos (23) uma planta de processo (17) é suspensa com auxilio das vigas longitudinais (20) e transversais (21) que possuem um sistema hidráulico não mostrado nas Figuras. Em seguida a balsa (22) é removida. Uma unidade de produção flutuante (1), que pode ser de blocos flutuantes (13) ou convencional, é introduzida na estrutura de pedestal (18). Já devidamente posicionada, a planta de processo (17) é descida e conectada na unidade de produção flutuante (1). A técnica objeto desta invenção, para construção de unidades de produção flutuante (1), de águas rasas como de águas profundas. A unidade de produção flutuante (1) pode ser integrada com: planta de geração de energia e/ou planta de separação, tratamento e injeção de água, facilitando projetos de desengargalamento de sistemas de produção existentes ou novos.

Na descrição são apresentados alguns detalhes para permitir um melhor entendimento da presente invenção. Entretanto para especialistas na técnica de produção de petróleo no mar e de transporte marítimo e aéreo é perfeitamente possível o entendimento e a execução sem estes detalhes e que numerosas variações ou modificações das descrições são possíveis, sem se afastar com o objeto da presente patente.

REIVINDICAÇÕES

Claims (14)

1. Uma unidade de produção flutuante (1) utilizada para produção de petróleo no mar, caracterizada por: - o casco é construído a partir da junção de grandes blocos flutuantes (13), por exemplo: 64x34x25 metros, justapostos e conectados uns aos outros, formando uma única estrutura flutuante; - tais blocos flutuantes (13) são constituídos por células (14), retangulares ou circulares, usadas para: flutuação, lastro e armazenamento de fluídos em geral;

2. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - os blocos flutuantes (13) são confeccionados em concreto, preferencialmente em diques flutuantes de formas deslizantes; - os blocos flutuantes (13) são justapostos e acoplados uns aos outros, em águas abrigadas, por juntas articuladas (3) e estruturas de travamento (7).

3. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - ter uma ou mais plantas de processo (17) de: separação, tratamento de petróleo e bombeio; - ser utilizada como unidade de produção de petróleo numa das diversas configurações possíveis: FSO, FPSO, FDPSO.

4. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: - os blocos flutuantes (13) justapostos podem ser combinados e dispostos em diversos formatos geométricos: triangular, formato H, formato U; para atenuar as condições de mar e movimentos oscilatórios da unidade; - a montagem é realizada preferencialmente em águas abrigadas ou dique seco.

5. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o sistema de ancoragem da unidade de produção flutuante (1) é complacente, do tipo spread mooring, e o mesmo pode ser levemente rotacionado, dezenas de graus, para assumir um melhor aproamento, minimizando efeito das condições de mar aberto e facilitando as operações de atracação de embarcações,

6. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - a unidade de produção flutuante (1) pode ser ancorada diretamente no fundo do mar, por meio de cabos de ancoragem (11).

7. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - a unidade de produção flutuante (1) é projetada para servir de terminal oceânico operando como uma base central de conexão de vôos, abastecimento de helicópteros e integração com embarcações de passageiros. - tal unidade de produção flutuante (1) dispõe de facilidades para reabastecimento de helicópteros.

8. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - a unidade de produção flutuante (1) é projetada para servir como sistema de estocagem de fluídos de perfuração ou hidrocarbonetos em geral.

9. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - os blocos flutuantes (13) são justapostos e acoplados uns aos outros por juntas articuladas (3) e estruturas de travamento (7).

10. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - é dotada de pelo menos uma planta de processo (17), que pode ser de diversos tipos: geração de energia, separação água óleo, tratamento e injeção de água.

11. Uma unidade de produção flutuante (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - as células externas e inferiores são menores e destinadas a prover casco duplo (19), podendo servir também como reservatório de lastro.

12. Método de reboque de uma unidade de produção flutuante (1), conforme descrito na reivindicação 1, caracterizado por: - os blocos flutuantes (13) são conectados uns aos outros, por meio de juntas articuladas (3), tipo dobradiça; - os blocos flutuantes (13) são lastreados de acordo com a posição de estabilidade para transporte; - um ou mais rebocadores (6) movem um ou mais blocos flutuantes (13), conectados pelo vértice de uma face, por pelo menos uma junta articulada (3), tipo dobradiça; e na outra extremidade por pelo menos uma trava (18), que mantém os blocos flutuantes (13) justapostos durante a viagem. - iá na locacão as travas (4) são liberadas e as faces se afastam oor um vértice e se mantém conectadas pelo outro vértice através da junta articulada (3); - quando os blocos flutuantes (13) atingirem o ângulo desejado entre as faces dos mesmos, pelo menos uma estrutura de travamento (7) é conectada para manter os blocos flutuantes na posição relativa desejada, com o ângulo da Figura que os mesmos compõem. - os blocos flutuantes (13) são lastreados na posição de operação dos mesmos.

13. Estrutura de pedestais (18), flutuante, lastreada e apoiada no solo marinho, para instalação de plantas de processo (17) sobre o casco de unidade de produção flutuante (1), caracterizada por: - possuir uma grande base; - possuir colunas tipo pedestais (19), preferencialmente quatro, com vigas transversais (21) e longitudinais (20), onde uma planta de processo (17) é suspensa por cabos (23); - um sistema hidráulico move as vigas, transversais (21) e longitudinais (20), suspendendo e descendo uma planta de processo (17) pendura nas ditas vigas transversais (21) e longitudinais (20).

14. Método de para instalação de plantas de processo sobre um casco de uma unidade de produção flutuante (1), caracterizado por: - uma estrutura de pedestais flutuante (18), é lastreada até apoiar no solo marinho em área abrigada; - uma planta de processo (17) apoiada numa balsa (22) é movimentada e colocada sob as vigas transversais (21) da estrutura de pedestais (18); - por meio de cabos (22) a planta de processo (17) é suspenda através das vigas longitudinais (20) e transversais (21); - a balsa (22) é removida; - um casco de uma unidade de produção flutuante (1) é ancorado em baixo da planta de processo (17); - a planta de processo (17) é descida lentamente até se apoiar sobre a uma unidade de produção flutuante (1); - a unidade de produção flutuante (1) é rebocada e removida;