BR0300058B1 - sistema para recuperar óleo em águas profundas com instalações em base seca. - Google Patents

Description

SISTEMA PARA RECUPERAR ÓLEO EM ÁGUAS PROFUNDAS

COM INSTALAÇÕES EM BASE SECA Campo da Invenção

Quando se descobriram lençóis submersos de petróleo, foi necessário desenvolver métodos e equipamentos que permitissem recuperar o óleo do fundo dos oceanos. À medida que surgem novas descobertas, em lâminas d'água cada vez mais profundas, a busca por novas tecnologias que possibilitem a exploração comercial do óleo com redução dos custos operacionais, tornou-se de primordial importância.

É de conhecimento geral que os sistemas operacionais submersos são muito caros, pois exigem equipamentos especiais, manobras demoradas no mar, e, um rigoroso sistema de segurança. Portanto, um sistema que permita operar com segurança e com menor custo será sempre bem vindo. Os sistemas operacionais que atuam em base seca, ou seja, que utilizam equipamentos de produção não submersos, são sempre preferidos quando tecnicamente viáveis.

O sistema proposto pela presente invenção tem por objetivo prover um sistema de amarração e ancoragem de embarcações destinadas à produção de óleo em águas profundas e ultraprofundas, que permite trazer para a superfície os equipamentos de produção, como as árvores de natal, por exemplo. Fundamentos da Invenção

Dentre os sistemas mais difundidos de ancoragem de estruturas para produção no mar merecem destaque:

a) quadro de bóias - no qual um navio petroleiro amarrado por meio de cabos a um agrupamento de bóias (cerca de 6 ou 7) que ficam ancoradas no fundo do mar, recebe a produção através de uma tubulação flexível flutuante;

b) monobóia - segundo o qual um corpo cilíndrico flutuante ancorado no fundo do mar recebe a linha de produção (riser), e,

por meio de um dispositivo especial (swivel) faz com que a produção escoe através de um mangote flexível para um navio;

c) quadro de ancoragem - no qual o próprio navio é ancorado no fundo no mar.

O sistema do tipo quadro de ancoragem tem se mostrado mais vantajoso, pois o navio fica mais preso, tendo seu deslocamento reduzido e possibilita a chegada de uma linha submarina até o navio. Contudo, as ondulações e as correntes marinhas influenciam fortemente as condições operacionais, chegando mesmo a impedir sua realização.

Descrição do estado da técnica

Com o objetivo de superar as dificuldades acima descritas foi proposto um sistema denominado "turret", segundo o qual uma monobóia trazendo as linhas de produção do fundo do mar é engastada no casco do navio tanque, possibilitando que o navio gire 360° em torno da dita monobóia, sem prejudicar o funcionamento das linhas que chegam ao navio. A desvantagem deste sistema consiste na exigência de recolhimento da monobóia ao estaleiro em caso de falha da mesma.

Mais recentemente foi desenvolvido um outro sistema, no qual a distribuição e a constituição das linhas de amarração do navio com diferentes níveis de rigidez permitem que o navio possa melhor se ajustar às variações das cargas ambientais, evitando as condições de completamente aproado e de través plena, respectivamente. Este sistema, descrito na patente brasileira PI 9506067 de 22/08/2000 (correspondente à patente norte-americana US 5.918.563), é conhecido como sistema de posicionamento por ancoragem com complacência diferenciada. O sistema proporciona uma redução de custo de investimento de cerca de 30%, além de operar com um sistema de menor complexidade. Ainda mais, quanto maior for a profundidade da lâmina d'água melhor funcionará a diferenciação da complacência uma vez que haverá maior possibilidade de deslocamento popa/proa do navio.

Por sua vez, os tipos de bóias desenvolvidas para suportarem o peso das linhas de produção se tornaram mais sofisticados na medida em que se passou a operar em águas cada vez mais profundas. Podem ser citados como exemplos os dispositivos descritos nas patentes norte- americanas 4.702.321, 5.706.897 e 6.336.421.

Sumário da Invenção

A presente invenção tem por objetivo um sistema de produção para águas profundas e ultraprofundas cuja influência ambiental seja bastante reduzida. Compreende um sistema em que um navio ancorado e posicionado por meio de um sistema de ancoragem por complacência diferenciada, possa ser adaptado para conter uma bóia engastada em seu casco. A bóia afixada no fundo do mar, por meio de linhas atirantadas, garante ao conjunto navio/bóia um sistema de amarração cuja influência ambiental seja mínima e possibilita que uma linha de produção seja trazida do fundo mar até a superfície de dita bóia, simplificando significativamente as operações de produção de petróleo.

A grande vantagem de se empregar um sistema deste tipo é a possibilidade de uso de um sistema de completação em base seca para escoamento e estocagem da produção no próprio navio. Tal medida traz como conseqüências imediatas a simplificação das operações no mar bem como a drástica redução do custo operacional. Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 apresenta de forma esquemática um navio ancorado e posicionado por meio de um sistema de ancoragem por complacência diferenciada.

A Figura 2 apresenta um detalhamento do sistema de fixação da bóia contida no interior do navio e que vai sustentar os equipamentos de cabeça de poço.

Descrição Detalhada da Invenção

De acordo com a patente brasileira PI 9506567, o sistema de amarração do navio é constituído por um sistema misto formado por cabos de aço e amarras (tipo corrente + cabo + corrente), o que confere maior rigidez ao sistema do que o sistema formado apenas por amarras. Com isto, o navio é capaz de se "adaptar" às variações das condições de mar, uma vez que uma das extremidades do navio pode girar o suficiente para se ajustar às novas condições, evitando que o navio seja tirado de posição. O grau de liberdade de movimento do navio é uma função do esforço combinado de suas linhas de amarração e da variação da elasticidade e/ou geometria das linhas de ancoragem. A escolha da configuração das linhas de amarração vai depender especialmente do porte da embarcação e da profundidade da lâmina d'água.

Como mostrado na Figura 1, um navio (1) provido com uma planta de processo e armazenamento de óleo é mantido em posição por meio de um sistema de ancoragem que obedece aos critérios ensinados no referido PI 9506567, segundo o qual a distribuição e a constituição das linhas de amarração (2) do navio possuem diferentes níveis de rigidez permitindo que o navio possa melhor se ajustar às variações das cargas ambientais. O navio (1) possui uma abertura cilíndrica (3) que atravessa o seu casco ("moon pooF), através da qual é introduzida uma bóia (4) afixada ao fundo do mar.

As bóias mais modernas compreendem um sistema que inclui um ponto fixo de sustentação de uma estrutura no fundo do mar e uma estrutura que contém os elementos de sustentação das linhas que partem do fundo do mar para o navio, plataforma ou outra estrutura de armazenamento da produção; flutuadores; tanques de estocagem e de manobra da água do mar; válvulas para controle; válvulas de movimentação do lastro, etc.

A presente invenção tem por objetivo combinar os aspectos positivos dos sistemas acima descritos, fazendo com que um navio dotado com o sistema de ancoragem com complacência diferenciada, tenha nele introduzido uma bóia que garanta ausência de deslocamento vertical, possibilitando a instalação de árvores de natal sobre a dita bóia.

O sistema de ancoragem com complacência diferenciada compreende prover uma embarcação com um sistema de amarração que permita que suas extremidades realizem diferentes movimentos para se acomodar às variações das condições do mar, como conseqüência da configuração e da elasticidade das linhas de amarração. Em geral estas embarcações possuem meios para receber a produção de poços localizados no fundo do mar.

A Figura 2 apresenta um corte no casco do navio (1) detalhando o posicionamento da bóia (4) no interior da abertura cilíndrica (3). Observam-se as linhas de ancoragem (5) da bóia e tubulações ascendentes que conduzem o óleo produzido nos poços (riser), as quais possuem uma extremidade presa à referida bóia (4) e a outra extremidade afixada em um ponto fixo (6) no fundo do mar, de tal modo que a bóia permaneça contida no interior da abertura cilíndrica (3). A distância (D) entre a superfície da bóia (4) e o fundo do mar é mantida constante devido à tensão aplicada às linhas de ancoragem (5) da bóia. Assim, os equipamentos de produção (7) deixam de ser submersos, podendo ser instalados na superfície da bóia (base seca).

Uma vantagem imediata deste novo sistema é propiciar o uso de métodos de completação em base seca, que são menos dispendiosos, em operações em águas profundas e ultraprofundas.

Outra vantagem do sistema da invenção é garantir a segurança e integridade das linhas de produção, uma vez que o deslocamento do conjunto será mínimo.

Descrição Detalhada da Realização Preferida

E sabido que quando se tem um ponto fixo ancorado no fundo do mar, 20% da tensão utilizada para manter a estrutura em posição é usada para garantir que a estrutura não sofra deslocamento vertical ("heave" igual a zero), enquanto os 80% restantes se destinam à manutenção da referida estrutura dentro dos parâmetros de deslocamento horizontal permitidos.

Uma vez determinado o tipo de embarcação a ser utilizada e o local da instalação, serão feitos os estudos para determinar a aplicabilidade do sistema e a configuração mais adequada para o sistema de amarração com complacência diferenciada a ser empregado. Os parâmetros referentes às condições ambientais são de fundamental importância. A etapa seguinte será determinar o tipo de bóia que melhor atende às necessidades de cada locação.

Os estudos mencionados são realizados com base em softwares específicos, especialmente desenvolvidos para esta finalidade, que são bem conhecidos dos especialistas na matéria.

A utilização do sistema de amarração com complacência diferenciada somado à inclusão da bóia ao conjunto, abre novas perspectivas operacionais quanto a possibilidade de exploração de petróleo em águas ultraprofundas, empregando ferramentas comuns à técnica e a custo reduzido.

Claims (2)

1. Sistema para recuperar óleo em águas profundas com instalações em base seca caracterizado por compreender uma embarcação (1) provida com um sistema de amarração (2) que permite que suas extremidades se movimentem para se acomodar às variações das condições do mar em conseqüências da configuração e da elasticidade de suas linhas de amarração, sendo dita embarcação (1) provida com uma cavidade cilíndrica (3) onde uma bóia (4) que garante a ausência de deslocamento vertical é instalada, possuindo em sua superfície os equipamentos de produção (7), tais como árvores de natal e meios para receber as linhas de poços submarinos.

2. Sistema para recuperar óleo em águas profundas com instalações em base seca de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a distância (D) entre a superfície da bóia (4) e o fundo do mar ser mantida constante devido à tensão aplicada às linhas de ancoragem (5) da bóia.