ES2342190T3 - Estructura flotante semisumergible de armadura para alta mar. - Google Patents
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Abstract
Estructura flotante semisumergible para alta mar (10), que comprende: un casco flotante (12); y un chasis de armadura (14) acoplado rígidamente a dicho casco flotante; caracterizada porque la estructura comprende además: una pluralidad de placas de elevación (30), encontrándose cada placa de elevación soportada en un lugar horizontal del chasis de armadura, y extendiéndose a través del plano horizontal del chasis de armadura.
Description
Estructura flotante semisumergible de armadura
para alta mar.
La presente invención se refiere en general a
estructuras flotantes de alta mar y más particularmente a
estructuras flotantes de alta mar semisumergibles.
La estructura semisumergible es un tipo de
estructura flotante que presenta unas columnas verticales que
soportan las partes superiores y van apoyadas sobre unos pontones
de gran tamaño. La estructura se mantiene en posición mediante el
uso de cabos de amarre extendidos que van anclados al fondo del mar.
La estructura semisumergible presenta una serie de características
únicas en comparación con otras estructuras flotantes tales como las
de cabios y un TLP (Plataforma de Patas en Tensión). Estas ventajas
incluyen: la estructura semisumergible presenta buena estabilidad
debido al gran tamaño de la superficie ocupada y al bajo centro de
gravedad de las partes superiores. El casco exige un menor tonelaje
de acero. El casco puede ser de nueva construcción o convertirse a
partir de una estructura semisumergible para sondeos ya existente.
La estructura semisumergible puede incluir también la capacidad de
perforación. Esta estructura puede soportar un gran número de
montantes flexibles o SCR (Montantes de Catenaria de Acero) gracias
al espacio disponible en lo pontones. La superestructura puede
montarse en el mismo muelle reduciéndose, de este modo, los costes y
el plazo de ejecución. La estructura semisumergible tiene un plan
de desarrollo relativamente corto a medio. La inversión inicial es
relativamente baja.
La estructura semisumergibles tienen también
varias deficiencias cuando se comparan con los cabios y el TLP. La
deficiencia más importante es el fuerte movimiento de oscilación por
las olas debido al calado menos profundo y al gran tamaño de los
pontones. Como resultado de ello, no es adecuada para una
disposición en forma de montante seco en forma de árbol. La
colocación de un montante de árbol seco tiene importantes beneficios
económicos para la completación de pozos, trabajos de
complementación e intervención durante la vida de la instalación de
producción en alta mar. Otro problema derivado del fuerte movimiento
de una estructura semisumergible es que provoca fatiga en los SCR
con más facilidad, lo que requiere un diseño para la fatiga más
riguroso para los SCR y así pues cuesta más. Para una plataforma en
aguas muy profundas con SCR de mayor diámetro, las soluciones a
este problema podrían llegar a ser técnica o económicamente
inviables.
Las ideas que se han explorado por la industria
para superar el problema del movimiento de la estructura
semisumergible generalmente entran en las dos categorías
siguientes.
La primera es una estructura semisumergible de
gran calado. La idea es aumentar el calado del rango normal de
sesenta a ochenta pies hasta los cien a ciento diez pies, de tal
modo que se reduzca la acción de las olas en la quilla y, de ese
modo, la estructura tendrá menos movimiento. Esto hace que la opción
de la estructura semisumergible sea viable en algunos lugares, en
los que no se habría elegido la estructura semisumergible clásica
debido a las dificultades de hacer frente a los problemas de fatiga
del montante SCR. Sin embargo, el movimiento debido al oleaje es
aún relativamente grande en comparación con los cabios y TLP.
También, no es aún viable la disposición en forma de árbol en seco.
Por lo general, los SCR colocados en las estructuras
semisumergibles de gran calado necesitan además ser reforzadas para
cumplir el requisito de duración a la fatiga.
La segunda es una estructura semisumergible con
una placa de elevación. La idea básica es añadir una placa o pontón
de estabilización en la quilla que se extienden a gran profundidad.
La placa o pontón de estabilización aumenta la amortiguación añade
masa a la plataforma, con lo que se reduce su movimiento producida
por el estado del mar.
La mayoría de los conceptos basados en la placa
de estabilización soportan dicha placa o pontón de estabilización
como parte extensible en el fondo del casco semisumergible. La placa
o pontón de estabilización se retrae en los talleres de fabricación
y durante el transporte. Una vez que el casco es colocado en su
lugar, a continuación, se extiende o se hace descender la placa o
pontón de estabilización a una mayor profundidad, bloqueándose en
esa posición.
Los diseños conocidos presentan varias
deficiencias. El casco debe ser de nueva fabricación y no es posible
la conversión de un casco semisumergible existente. Las columnas
extensibles ocupan demasiado espacio en cubierta. En algunos casos,
podrían ocupar hasta un treinta por ciento del espacio total de
cubierta, lo que es poco práctico desde el punto de vista de la
colocación del equipo de la superestructura. Las conexiones entre
columna y cubierta son complicadas. Son difíciles de construir,
peligrosas durante la instalación, y difíciles de mantener. Queda
comprometida la ventaja de una amplia superficie de pontones para
soportes de los montantes del casco semisumergible clásico.
El documento US 2003/0044239A1, que constituye
la técnica anterior más parecida, describe una plataforma flotante
semisumergible para su uso en entornos marinos. La plataforma
comprende una armadura montada de manera telescópica a la
plataforma y que puede moverse respecto a esta última entre
posiciones superiores e inferiores. Por lo menos un elemento
flotante de los montantes está montado de forma telescópica a la
plataforma y puede moverse entre unas posiciones superiores e
inferiores en relación con la plataforma.
La patente US nº 6.761.124 describe una
estructura flotante estabilizada por columnas que tiene una cubierta
y una pluralidad de cajones flotantes verticales conectados entre
sí en relación separada gracias a una pluralidad de elementos
horizontales de pontones de armadura de chasis abierto y columnas
verticales de armadura en un extremo inferior.
El documento WO 00/63519 describe una plataforma
flotante amarrada en alta mar o autopropulsada con características
de movimiento para desarrollos económicos del desplazamiento a alta
mar con simetría axial vertical y desacoplamiento de las
características hidrodinámicas del diseño, permitiendo, por ejemplo,
que se determine y se optimice el papel de la hidrodinámica,
mientras que otras características permiten sintonizar la respuesta
de frecuencia del movimiento vertical del mar. Alrededor de la base
de toda la estructura se dispone un faldón de amortiguación del
movimiento, configurado de tal manera que se facilite la instalación
depara los diferentes tipos de chigres y montantes.
La patente US nº 3.986.471 da a conocer un
aparato para atenuar el movimiento vertical de un buque
semisumergible que presenta una pequeña superficie del plana del
agua, cuya flotabilidad se proporciona prácticamente en su
totalidad por pontones sumergidos y que incluye una placa sumergida
de amortiguación que tiene válvulas o controladores similares de
flujo para proporcionar esencialmente una mayor resistencia al
movimiento hacia arriba de la placa que al movimiento hacia abajo.
La placa de amortiguación está apoyada profunda bajo el buque
semisumergible por elementos flexibles de soporte de tensión tales
como cadenas o cables y en la zona de la placa de amortiguación es
varias veces mayor que la zona plana de agua del buque.
La patente US nº 4.217.848 da a conocer una
instalación de licuado de gas que presenta una unidad de licuado y
un espacio de tanque aislado sellado aislado térmicamente. La unidad
de licuado está asociada a una primera unidad que flota
independientemente y el espacio de tanque se construye en una
segunda unidad que flota independientemente. Las dos unidades, una
de las cuales presenta una elevada estabilidad y la otra presenta
una estabilidad relativamente baja, están asociadas entre sí de
modo que respondan conjuntamente a la acción del viento y las
olas.
La patente US nº 4.167.148 describe un aparato
flotante semisumergible para funcionar en el mar y un procedimiento
para montar el mismo. El aparato comprende dos o más orificios
inferiores o sumergidos que soportan, mediante unos pilares, una o
más plataformas de trabajo u orificios superiores, todos los cuales
son cuerpos flotantes alargados adaptados para ser construidos
individualmente. El orificio superior está dispuesto
transversalmente a los orificios inferiores y va fijado por
conexiones laterales adyacentes a las partes superiores de los
pilares.
Los aspectos de la invención se definen en las
reivindicaciones independientes 7 y 10 y en sus reivindicaciones
subordinadas adjuntas. Las formas de realización de esta invención
pueden tratar deficiencias en la técnica conocida. Según una forma
de realización de la invención un caso puede incluir cuatro columnas
que van apoyadas por dos pontones. Las columnas pueden soportar la
superestructura y el armazón estructural puede servir de armazón
horizontal entre las columnas. Si es necesario, pueden añadirse
refuerzos adicionales entre las columnas y el armazón de la parte
superior. A las columnas puede fijarse un armazón de espacio de
celosía. El chasis de espacio de armadura puede incluir placas de
estabilización y posiblemente un depósito de quilla. El chasis de
espacio de armadura puede extenderse hacia abajo por debajo de los
pontones a una distancia suficiente en la columna de agua que
minimice los movimientos provocados por las fuerzas del viento y las
olas y pueda eliminar las deficiencias en la técnica conocida. La
sección del casco puede integrarse a la superestructura y el chasis
de espacio de armadura puede construirse separadamente y montarse en
el lugar en alta mar en donde la estructura puede utilizarse para la
perforación y/o la producción.
Las diferentes características novedosas que
caracterizan a la invención se señalan particularmente en las
reivindicaciones adjuntas a la memoria, y forman parte de la misma.
Para una mejor comprensión de la presente invención, y de las
ventajas operativas que se obtienen mediante su uso, se hace
referencia a los dibujos adjuntos y al objeto descriptivo, que
forman parte de la presente exposición, en la cual se ilustra una
forma de realización preferida de la invención.
En los dibujos adjuntos, que forman parte de
esta memoria, y en los cuales los números de referencia que aparecen
en los dibujos designan partes similares o correspondientes en la
misma:
La figura 1 es una vista lateral en planta de la
invención.
La figura 2 es una vista aumentada en detalle de
la zona indicada por el número 2 en la figura 1.
La figura 3 es una vista aumentada en detalle de
la zona indicada por el número 3 en la figura 1.
La figura 4 es una vista lateral en planta de la
invención, girada noventa grados en relación con la figura 1.
La figura 5 es una vista de la invención tomada
a lo largo de las líneas 5-5 en la figura 1.
La figura 6 es una vista de la invención tomada
a lo largo de las líneas 6-6 en la figura 1.
Las figuras 7-9 ilustra el
montaje general de la invención en el campo.
La figura 10 ilustra una forma de realización
alternativa de la invención.
La invención se indica en general con el número
10 en la figura 1 y 4. La estructura de alta mar flotante
semisumergible 10 está comprendida en general, por un casco de
flotabilidad 12 y un chasis de armadura 14.
El casco 12 está compuesto por cuatro columnas
16 que están soportadas en sus extremos inferiores por lo menos por
dos pontones 18. El armazón estructural superior 20 sirve como
refuerzo horizontal entre las columnas 16. Son generalmente
conocidos la construcción, disposición y montaje generales de los
pontones, de las columnas y del armazón estructural superior. Si se
desea, en el casco 12 pueden proporcionarse unos refuerzos
adicionales 42, vistos en la figura 7. Para mayor claridad, los
refuerzos 42 únicamente se ilustran en la figura 7.
Aunque el diseño de casco clásico semisumergible
puede utilizarse para la invención, el diseño preferido es utilizar
pontones que son mayores y más profundos y columnas que son más
pequeñas en la sección transversal. Esta disposición preferida
proporcionará un mejor control de los movimientos que han sido el
origen de los problemas arriba indicados con diseños clásicos
semisumergibles.
Como forma de realización alternativa, más
columnas, no ilustradas, puede proporcionarse entre las dos columnas
en el mismo pontón. Esto resultaría en tres o más columnas en cada
pontón.
El chasis de armadura 14 es un chasis espacial,
preferentemente con una sección transversal constante. En el chasis
de armadura 14, pueden incluirse unos medios ajustables de lastre.
Un ejemplo de medios ajustables de lastre se ilustra en forma de un
tanque 22 de la quilla. Cuando se usa el tanque 22 de quilla,
normalmente se inunda con agua de mar cuando la estructura está su
posición de servicio ya lastrada. Si lo exige el diseño puede
utilizarse como lastre fijo un material de lodo más pesado. Otros
medios de lastre pueden incluir el uso de material de lastre en las
patas 24 del chasis de armadura 14.
El chasis de armadura 14 se compone de cuatro
patas de armadura 24 conectadas entre sí con unos refuerzos
horizontales 26 (vistos mejor en la figura 5 y 6) y refuerzos en X
28. Una placa horizontal 30 (placa de estabilización) se fija al
armazón de armadura 14 y preferentemente se extiende a través del
plano horizontal del chasis de armadura celosía 14. Aunque la placa
horizontal 30 puede estar colocada en cualquier lugar vertical en el
chasis de armadura 14, se coloca preferentemente en cada
localización horizontal del armazón, excepto en la localización más
alta del mismo. La placa horizontal del fondo 30 incluirá el
depósito de quilla 22 cuando se incluya en la estructura. Las
placas horizontales 30 están dotadas de orificios 32 que permiten el
paso de montantes 34 utilizados para la perforación o la
producción. No obstante, la parte sólida de las placas 30 se
extiende preferentemente en toda la anchura y diámetro del chasis de
armadura 14 y están también preferentemente dimensionadas y
formadas de manera que se extiendan más allá de las patas de
armadura 24 tal como se ve en las figura 1 y 4. Haciendo que las
placas se extiendan más allá de las patas de armadura 24 se aumenta
su efectividad para controlar los movimientos de la estructura 10
debidos al oleaje. Aunque se ilustran una serie de placas
horizontales 30, deberá entenderse que pueden utilizarse una o más
placas o, como se observa en la forma de realización alternativa de
la figura 10, es también posible no tener placas horizontales.
Las placas horizontales 30 forman bahías entre
las placas en el chasis que efectivamente atrapan una cierta
cantidad de aguas entre las placas durante el movimiento provocado
por la fuerza de las olas. El agua atrapada aumenta la masa
efectiva de la estructura y reduce así los movimientos de la
estructura que son normalmente provocados por estas fuerzas
medioambientales.
El casco puede fabricarse del mismo modo que una
estructura semisumergible clásica con la superestructura integrada
en una nave de fabricación situada en el muelle. El chasis de
armadura puede fabricarse de modo similar a una camisa convencional
en una nave de fabricación.
La instalación se efectúa del modo
siguiente.
El casco 12, con la superestructura integrada,
puede ser remolcado hasta su lugar en alta mar y conectado a los
cables de amarre 44 de manera similar a lo que se hace en la
instalación de una estructura clásica FPS (estructura Flotante de
Producción y Almacenamiento), para fijar la estructura a prueba de
tormentas. El chasis de armadura 14 puede transportarse también a
su lugar en alta mar sobre cualquier embarcación adecuada tal como
una barcaza de material o una barcaza de botadura.
El chasis de armadura se traslada al agua por
cualquier medio adecuado, tal como una grúa, un dispositivo de
botadura, o simplemente haciéndolo flotar. Una vez en el agua, el
chasis de armadura 14 se coloca verticalmente y se lastra hasta una
posición en la cual la parte superior de las patas 24 de armadura se
encuentre por encima de la línea de flotación.
Como puede observarse en la figura 7, el chasis
de armadura 14 se atrae hasta colocarlos debajo del caso 12 por
cualesquiera medios adecuados, tales como remolcadores y/o chigres
situados en el casco. Los extremos superiores 36 de las patas de
armadura 24 se alinean con unos manguitos 38 y unas conectores
40.
Tal como puede observarse en la figura 8, se
retira el lastre del chasis de armadura de modo que los extremos
superiores 36 de las patas 24 se introduzcan a través de los
manguitos 38 y se pongan en contacto con los conectores 40. Esto se
observa mejor en las vistas de detalle ampliadas de la figura 2 y
3.
Los extremos superiores 36 de las patas 24 se
fijan rígidamente a los conectores 40 por cualesquiera medios
adecuados, tal como, por ejemplo, la soldadura. En los manguitos 38,
pueden utilizarse unas abrazaderas para sujetar las patas
firmemente en posición hasta que se complete la soldadura. Una vez
se ha finalizado la soldadura a las conectores 40, es preferible
que los manguitos 38 y las patas 24 se unan entre sí por medio de
una lechada para aumentar la seguridad de la conexión entre el
casco 12 y el chasis de armadura 14.
Tal como puede observarse en la figura 9, a toda
la estructura se le reduce entonces el lastra hasta su calado
normal de funcionamiento. Al calado normal de servicio, el chasis de
armadura se extiende desde el casco hacia abajo una distancia
suficiente dentro del agua que permita que las placas horizontales
atrapen eficazmente el agua, de tal modo que se reduzcan los
movimientos de toda la estructura tal como se ha descrito
anteriormente.
La figura 19 ilustra una realización alternativa
de la invención donde no se utilizan placas horizontales. Si se
desea, en las patas 24 pueden proporcionarse medios de lastre
ajustables en el chasis de armadura 14.
La invención proporciona varias ventajas sobre
la técnica conocida.
Pueden utilizarse técnicas y equipos de
construcción conocidos y demostrados, sin necesidad de
experimentación para desarrollar técnicas especiales de
construcción.
Las ventajas generalmente conocidas de una
estructura semisumergible clásica están presentes, con las ventajas
adicionales de una reducción de los movimientos y una estabilidad
superior.
Los movimientos reducidos de la invención
permiten el uso de una disposición de montantes en forma de árbol
seco.
La separación entre las columnas 16 y el número
de huecos en el chasis de armadura 14 pueden configurarse, de tal
modo que la estructura semisumergible 10 se comporte
hidrodinámicamente de forma similar a una estructura semisumergible
o un cambio de armadura clásicos.
El casco y el chasis de armadura pueden
fabricarse en diferentes lugares, lo que puede tener como resultado
una mayor facilidad de fabricación y planificación de
transporte.
El número y elevaciones de las placas de
estabilidad pueden diseñarse para adaptarse a diferentes condiciones
ambientales.
El tanque de quilla puede diseñarse con o sin
lastre fijo para adaptarse a diferentes condiciones ambientales.
El peso del chasis de armadura no aumenta el
requisito de flotabilidad del casco dado que sustituye el peso del
lastre utilizado en los pontones en la técnica anterior
conocida.
El casco semisumergible y el chasis de armadura
son unas estructuras demostradas y aceptadas en la industria de
alta mar.
La conexión de dos estructuras utilizando un
procedimiento en flotación es un procedimiento de instalación
demostrado y aceptado en la industria de las plataformas
petrolíferas marinas.
La estructura se desinstala fácilmente de manera
simple invirtiendo el proceso de instalación después de que sea
remolcada a un lugar elegido.
La estructura puede alojar tanto operaciones de
perforación como de producción.
En consecuencia, se ha descrito una estructura
semisumergible. El casco incluye cuatro columnas que son soportadas
por dos pontones. Las columnas soportan la superestructura, y el
armazón estructural de dicha superestructura sirve de refuerzo
horizontal entre las columnas. A las columnas, está fijado un chasis
de armadura. El chasis de armadura incluye preferentemente placas
de estabilización. El chasis de armadura se extiende hacia abajo en
posición inferior a la de los pontones, en una distancia dentro del
agua suficiente para disminuir los movimientos provocados por las
fuerzas del mar. El chasis de la sección del casco y del espacio de
armadura se construyen separadamente y se montan en el mismo lugar
de alta mar en el que se utiliza la estructura utilice para
perforación y/o producción.
Aunque se han representando y descrito
anteriormente formas de realización y/o detalles específicos de la
invención para ilustrar la aplicación de los principios de la
invención, debe entenderse que la presente invención puede ponerse
en práctica con muchos más detalles descritos en las
reivindicaciones, o de cualquier otra manera conocida por los que
expertos en la materia (incluidos todos y cada uno de sus
equivalentes), sin apartarse, por ello, de dichos principios.
Claims (12)
1. Estructura flotante semisumergible para alta
mar (10), que comprende:
un casco flotante (12); y
un chasis de armadura (14) acoplado rígidamente
a dicho casco flotante;
caracterizada porque la estructura
comprende además:
una pluralidad de placas de elevación (30),
encontrándose cada placa de elevación soportada en un lugar
horizontal del chasis de armadura, y extendiéndose a través del
plano horizontal del chasis de armadura.
2. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según la reivindicación 1, que comprende una placa de elevación
en cada lugar horizontal del chasis de armadura exceptuando el lugar
horizontal más alto del armazón.
3. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según la reivindicación 1 ó 2, en la que dicho casco está
formado por una pluralidad de columnas (16), soportadas en sus
extremos inferiores por por lo menos dos pontones (18) y un armazón
estructural superior (20) que conecta entre sí las columnas por sus
extremos superiores.
4. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que
comprende además unos medios de lastre ajustables incluidos en dicho
chasis de armadura.
5. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según la reivindicación 4, en la que dichos medios comprenden
un tanque de quilla (22).
6. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según la reivindicación 1, 2 ó 3, que comprende unos medios
incluidos en la estructura para alta mar que ajustan el lastre de
dicha estructura.
7. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según la reivindicación 6, en la que los medios para ajustar el
lastre comprenden un tanque de quilla (22).
8. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según la reivindicación 5 ó 7, en la que la última placa de
elevación inferior incluye el tanque de quilla.
9. Estructura flotante semisumergible para alta
mar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que
el casco flotante está formado separadamente del chasis de armadura,
incluidas las placas de elevación y en la que el casco y el chasis
están configurados de manera que coincidan en una configuración
operativa, mientras que el casco está flotando en el lugar en que
pretende utilizar o en la proximidad del mismo.
10. Procedimiento para fijar juntos los equipos
de alta mar, estando caracterizado el procedimiento porque
comprende las siguientes etapas:
llevar flotando un casco flotante (12) y una
chasis de armadura (14) a una posición próxima entre sí, teniendo
el chasis de armadura una pluralidad de placas de elevación (30),
estando soportada cada placa en un lugar del chasis de armadura y
extendiéndose a través de un plano de dicho chasis de armadura
quedando tanto el lugar como el plano en la posición
sustancialmente horizontal una vez montado el equipo;
mover el casco flotante y el chasis de armadura
para alinearlos entre sí;
ajustar el lastre de por lo menos el casco
flotante o el chasis de armadura para hacer que el caso flotante y
el chasis de armadura se muevan estrechamente adyacentes entre sí;
y
fijar rígidamente entre sí el casco flotante y
el chasis de armadura.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, en
el que el ajuste del lastre comprende ajustar el lastre en un
tanque de quilla (22) incluido en la capa más baja del chasis de
armadura.
12. Procedimiento según la reivindicación 10 u
11, en el que el ajuste del lastre hace que el chasis de armadura
se mueva hacia arriba, en una dirección relativamente vertical para
coincidir con las partes receptoras (38, 40) del casco flotante.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US332707 | 1981-12-21 | ||
| US11/332,707 US20070166109A1 (en) | 2006-01-13 | 2006-01-13 | Truss semi-submersible offshore floating structure |
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