BR0300265B1 - Estrutura flutuante - Google Patents

Description

ESTRUTURA FLUTUANTE

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a uma estrutura flutuante para instalações marítimas de produção ou perfuração, especialmente aplicável para explotação em águas profundas e ultra-profundas. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a uma estrutura flutuante adequada para a explotação de petróleo em águas profundas e ultra-profundas, a qual pode ser provida de meios para armazenamento de óleo.

TÉCNICA RELACIONADA

Com a descoberta de campos produtores de hidrocarbonetos localizados no mar, em profundidades cada vez maiores, torna-se cada vez mais custosa a utilização de estruturas rígidas, fixadas no leito do mar, para suportar as instalações de produção.

Por conseqüência, o uso de estruturas flutuantes (mais conhecidas pelos especialistas como Unidades Estacionárias de Produção - UEP) para receber as instalações de produção vêm se tornando uma alternativa cada vez mais freqüente, pois normalmente apresentam um custo inferior ao custo das estruturas fixas. A estas Unidades Estacionárias de Produção (UEP) são conectadas tubulações ascendentes de produção e exportação de fluidos produzidos, também conhecidas pelos especialistas pela sua designação em idioma inglês, “riser", as quais conduzem para a UEP a produção dos poços produtores, ou então interligam a UEP a outras instalações que recebem a produção dos fluidos produzidos.

Claims (13)

1. Estrutura flutuante (1), CARACTERIZADA POR compreender: - um corpo (2) axi-simétrico em relação a seu eixo vertical, o qual compreende uma porção inferior submersa (2A) e uma porção superior emersa (2B), em que as dimensões externas da porção inferior submersa (2A) são maiores que as dimensões externas da porção superior emersa (2B); - uma porção inclinada de transição (3) interliga a porção inferior submersa (2A) à porção superior emersa (2B); - a porção inferior submersa (2A) é provida em sua parte inferior de um ressalto periférico inferior (4); - um vão interno (5), provido no interior do corpo (2), o dito vão interno (5) provido em sua porção inferior de uma abertura inferior (6) de menor diâmetro que a porção inferior do vão interno (5); - tanques de lastro, localizados de forma compartimentada nas porções inferior submersa (2A) e superior emersa (2B).

2. Estrutura flutuante (D, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR o perímetro externo da porção inferior submersa (2A) e da porção superior emersa (2B) ser cilíndrico.

3. Estrutura flutuante (D, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA POR o perímetro externo da porção inferior submersa (2A) e da porção superior emersa (2B) ser poligonal.

4. Estrutura flutuante (1), de acordo com uma dentre as reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA POR ser provida de um convés (7), localizado sobre a extremidade superior da porção superior emersa (2B), o qual é provido de instalações necessárias para a operação da estrutura flutuante (1) como uma Unidade Estacionária de Produção e/ou de perfuração. expressão em idioma inglês "steel catenary riser". Estas tubulações ascendentes em catenária fabricadas em aço (SCR) apresentam um menor custo de fabricação e instalação em comparação à tubulações ascendentes flexíveis até então usada, além de, no caso de produção em profundidades maiores, serem mais levs, oque reduz a carga a ser suportada pela estrutura flutuante. Com freqüência a viabilidade econômica de um empreendimento para a exploração de um campo marítimo produtor de hidrocarbonetos depende da redução de custos totais de instalação e operação. Para atender a este requisito novos cascos de Unidades Estacionárias de Produção (UEP) tem sido propostos pelos especialistas. Nos últimos anos pode-se observar o surgimento de significativas inovações tecnológicas em sistemas de ancoragem e em sistemas de tubulações ascendentes de produção (risers). Entretanto, tais inovações têm sido aplicadas em estruturas convencionais, tais como plataformas semi-submersíveis e navios tanque, em sua maioria, ou em algumas poucas estruturas do tipo monocoluna de grande calado, conhecidas pelos especialistas como plataforma tipo SPAR, ou então em plataformas de pernas atirantadas, conhecidas como plataforma tipo TLP. As plataformas semi-submersíveis têm a principal característica de, após serem ser ancoradas, permanecerem em uma posição substancialmente estável, e apresentarem pequenos movimentos quando sofrem a ação de forças ambientais, tais como vento, ondas e correntes. Este tipo de estrutura flutuante apresenta algumas desvantagens para sua utilização como uma UEP, e dentre estas pode-se destacar a limitada capacidade para receber carga, o que limita muitas vezes o uso de equipamentos em plantas de processo instaladas no convés da plataforma. Outra desvantagem é a baixa capacidade de armazenamento de óleo que elas apresentam, também decorrente da limitada capacidade para receber carga. Πιι+rvi nrnhlemn n «e rloe+nr/ir ó n fn+n Ao nc tn\n+nfnr<mnc comi. uma técnica para sua construção distinta da empregada na construção de navios. Este tipo de estrutura flutuante tem também dificuldades para absorver variações de carga no convés, decorrentes de alterações no projeto, o que é uma grande desvantagem para seu uso. Essas alterações de projeto são decorrentes das necessidades que surgem, ao longo do desenvolvimento do projeto, de se empregar mais equipamentos na planta de processo em decorrência de reavaliações na capacidade de produção do campo produtor de petróleo no qual a estrutura flutuante será empregada. O uso de navios-tanque adaptados para receber uma planta de produção em seu convés tem se tornado muito comum em anos mais recentes, notadamente devido à grande disponibilidade desse tipo de estrutura flutuante no mercado. As grandes vantagens que esses navios apresentam são a sua grande capacidade para receber cargas e sua grande capacidade de armazenamento. Entretanto, os navios-tanque têm a desvantagem de não serem estruturas axi-simétricas, e a carga sobre a estrutura do navio vai variar em função dos locais onde serão montadas os diversos equipamentos de produção. A grande desvantagem do uso de navios para receber uma planta de produção em seu convés está relacionada às dificuldades que este tipo de estrutura flutuante apresenta para operar de forma estabilizada com relação às condições ambientais, ou seja, ventos, ondas e correntes marinhas. Para que navios possam receber de uma forma estável as tubulações ascendentes de produção e exportação de fluidos produzidos, isto é, sem significativos movimentos dessas tubulações, é muito comum se empregar nestes navios uma estrutura rotacional, a qual é provida de um corpo que é ancorado ao leito do mar. Este corpo permanece em uma posição substancialmente fixa em relação ao leito do mar, apresentando movimentos bastante limitados. O dito corpo é provido de um de rolamento, o qual é fixado ao navio, com o que o navio pode girar em torno do eixo rotacional do corpo. As tubulações ascendentes de produção e exportação de fluidos produzidos são conectadas ao corpo, e este último é provido de conexões rotativas, as quais permitem que os fluidos possam ser então escoados para a planta de produção instalada no convés do navio. Este tipo de estrutura rotativa é conhecido na técnica pela sua denominação em idioma inglês, "turret", o qual é instalado em uma abertura interna existente no casco do navio, a qual é conhecido na técnica pela sua denominação em idioma inglês, “moonpool". Este tipo de arranjo apresenta as desvantagens de ser muito caro e requerer um maior cuidado em sua operação. Além disso, as vedações dinâmicas nas conexões rotativas são uma constante preocupação, pois um eventual vazamento de gases que aí ocorra pode por em risco toda a instalação. São também conhecidas algumas concepções de estruturas, derivadas de plataformas tipo SPAR e TLP, das quais se tem pouco conhecimento de algum uso real, pois, para serem utilizadas como alternativas para produção em águas profundas, requerem ainda a execução de exaustivos estudos e a execução do projeto de engenharia. A plataforma tipo SPAR, que se refere a uma estrutura flutuante projetada para sofrer poucos movimentos, apresenta o inconveniente de ser provida de um calado muito grande, cerca de 150 m, além da impossibilidade de variar o seu calado. A grande desvantagem das plataformas do tipo SPAR está relacionada ao fato de o grande calado deste tipo de plataforma tornar impossível se efetuar seu transporte com o convés para recebimento das instalações já instalado sobre ela. Com isso deve-se então efetuar a montagem do convés em mar aberto, o que exige o uso de diversas embarcações de suporte marítimo, muito sof isticadas e de custo operacional elevado. O documento WO 02/090177, publicado em 14 de novembro de 2002, o qual é aqui anexado para referência, descreve um tipo de estrutura flutuante que compreende uma plataforma axi-simétrica de forma cilíndrica ou poligonal, com fundo chato. Esta estrutura flutuante é provida de um recorte periférico em sua porção inferior submersa, e é prevista a possibilidade de armazenamento de óleo na estrutura. A função básica do recorte periférico inferior é conferir à estrutura flutuante uma capacidade de atenuação aos efeitos que as ondas exercem sobre a estrutura flutuante, conforme é descrito no documento WO 02/090177. O recorte periférico inferior pode ser provido de placas defletoras e de placas perfuradas, para aumentar o efeito de atenuação às forças ef euadas por ondas. A estrutura flutuante descrita em WO 02/090177 pode ser também provida de uma abertura interna ("ιηοοηροοΓ) para receber tubulações ascendentes de produção e exportação de fluidos produzidos ("risers") ou então a coluna de perfuração de uma sonda de perfuração, com todos os seus equipamentos complementares. A grande vantagem que este tipo de estrutura apresenta está em sua grande capacidade de receber carga, associado ao fato de ser uma estrutura flutuante que apresenta movimentos reduzidos, o que facilita bastante as operações de produção e de perfuração. Embora a descrição da estrutura flutuante mostrada em WO 02/090177 não permita se concluir com certeza, aparenta que a estrutura flutuante seja de grande porte, com grande deslocamento, para operar de forma adequada. A presente invenção está relacionada a uma estrutura flutuante para receber em seu convés instalações de produção e/ou perfuração a qual solucionas todos os problemas acima relacionados. DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A invenção será descrita a seguir com referência às Figuras anexas, as quais são parte integrante do presente relatário, e, meramente a título de exempI ificação, retratam uma concretização preferida da invenção. A Figura 1 é uma vista lateral em corte da estrutura flutuante objeto da presente invenção. As Figuras 2A, 2B e 2C mostram vistas em perspectiva da estrutura flutuante objeto da presente invenção. A Figura 3 mostra uma curva comparativa de movimentos de oscilação vertical (“heave") entre uma plataforma semi-submersível e a estrutura flutuante objeto da presente invenção. A Figura 4 mostra uma curva comparativa de movimentos de rolagem ("roll") entre uma plataforma semi-submersível e a estrutura flutuante objeto da presente invenção. As Figuras 5, 6 e 7 mostram vistas frontais das estruturas. DESCRIÇÃO DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS Na Figura 1 mostra-se uma estrutura flutuante ou casco (1), a qual flutua sobre uma massa de água (12) no mar. A estrutura flutuante (1) é fixada ao leito do mar (11) por meio de linhas de ancoragem (9), as quais se conectam a dispositivos de fixação (10) devidamente fixados ao leito do mar (11) por meio de técnicas conhecidas. A estrutura flutuante (1) compreende um corpo (2) axi-simétrico , o qual compreende uma porção inferior submersa (2A) e uma porção superior emersa (2B). Pode ser observado na Figura 1 um convés (7) localizado sobre a extremidade superior da porção superior emersa (2B), o qual é provido de todas as instalações necessárias para a operação de uma Unidade Estacionária de Produção (UEP) e/ou de perfuração. A porção superior emersa (2B) é provida em sua parte inferior de um ressalto periférico inferior ou saia inferior (4). As dimensões externas da porção inferior submersa (2A) são maiores que as dimensões externas da porção superior emersa (2B), e há entre estas duas porções (2A) e (2B) uma porção inclinada de transição ou praia (3). O corpo (2) é provido internamente de um vão interno ("moonpool") (5), o qual tem dentre outras a função de receber as tubulações ascendentes de produção e exportação de fluidos produzidos (não mostradas na Figura). Os perímetros externo e interno de cada uma das porções inferior submersa (2A) e superior emersa (2B) podem ser cilíndricos ou poligonais, dependendo da conveniência de fabricação. A presente invenção é dotada de algumas características que lhe permitem reduzir de modo substancial os movimentos da estrutura flutuante (1) decorrentes da excitação do mar (ondas, correntes), o que lhe confere um desempenho melhor do que o de uma plataforma semi-submersível, como se verá a seguir. A primeira característica de redução de movimentos da estrutura flutuante (1) está relacionada ao uso da porção inclinada de transição (3) na estrutura flutuante (1). A estrutura flutuante (1) é provida de meios que garantem que a linha d'água (12) esteja sempre localizada na porção inclinada de transição (3), a qual, devido à sua inclinação, causa uma alteração nas forças hidrodinâmicas decorrente de ondas que atuam sobre a estrutura flutuante (1), o que, por conseqüencia, amortece o efeito do impacto das ondas sobre a estrutura flutuante (1). Os meios para garantir que a linha d'água (12) esteja permanentemente localizada na porção inclinada de transição (3) da estrutura flutuante (1) podem compreender tanques de lastro e um sistema de gerenciamento de lastro. A segunda característica de redução de movimentos da estrutura flutuante (1) está relacionada ao uso do ressalto periférico inferior (4) na estrutura flutuante (1). O ressalto periférico inferior (4) atua como um estabilizador de movimentos da estrutura flutuante (1), pois conforme a estrutura flutuante (1) for se deslocando, em decorrência do movimento de ondas e de corrente, o ressalto periférico inferior (4)tenderá sempre a reter uma massa de água sobre si, gerando com isso uma força de amortecimento que se opõe a esses movimentos da estrutura flutuante (1). A terceira característica de redução de movimentos da estrutura flutuante (1) está relacionada ao uso de um vão interno (5) com características peculiares na estrutura flutuante (1). Como pode ser observado na Figura, o vão interno (5) é provido em sua porção inferior de uma abertura inferior (6) de menor diâmetro que a porção inferior do vão interno (5). Com isso, conforme a estrutura flutuante (1) for se deslocando verticalmente para cima, em decorrência do movimento de ondas e de corrente, a abertura inferior (6) tenderá a criar dificuldades para que a massa de água existente no interior do vão interno (5) possa sair do interior desse vão interno (5), o que tenderá a amortecer este movimento vertical ascendente. Quando ocorrer o movimento contrário, em que a estrutura flutuante (1) se desloca verticalmente para baixo, a abertura inferior (6) tenderá a criar dificuldades para que a entrada de uma massa de para o interior do vão interno (5), o que tenderá a amortecer este movimento vertical descendente. Assim, o vão interno (5) e a abertura inferior (6) atuam como um meio limitador de movimentos da estrutura flutuante (1), o qual opera sempre em sentido contrário aos movimentos decorrentes de correntes e ondas. Isto aumenta o período natural da estrutura flutuante (1) e, portanto, reduz substancialmente seu deslocamento vertical. A estrutura flutuante (1) é provida de tanques de lastro, localizados de forma compartimentada nas porções inferior submersa (2A) e superior emersa (2B), e pode ser também provida de tanques de armazenamento para receber a produção de poços de petróleo. A estrutura flutuante (1) objeto da presente invenção apresenta uma série de vantagens em sua operação, em comparação com as estruturas flutuantes conhecidas na técnica, a seguir relacionadas. Devido à sua grande estabilidade, a estrutura flutuante (1) objeto da presente invenção permite que as tubulações ascendentes de produção ("risers") possam ser conectadas diretamente a ela, sem a necessidade do uso de bóias intermediárias para absorver parte dos movimentos a que estas tubulações ascendentes ficam sujeitas quando empregadas com as estruturas flutuantes da técnica atual. Em função de sua característica de forma axi-simétrica, a estrutura flutuante (1) pode ser construída em módulos, os quais seriam então unidos em uma estaleiro. Com isso, a construção da estrutura flutuante (1) pode ser feita em estaleiros de porte mediano, empregando-se as mesmas técnicas usadas para a construção de navios, o que reduz significativamente seu custo. Também em função de sua característica de forma axi-simétrica, as inspeções requeridas durante a fabricação da estrutura flutuante (1) seriam em sua maioria feitas em regiões similares de cada um de seus módulos, diferentemente do que ocorre em um navio ou em uma semi-submersível, o que facilita bastante esta atividade. Embora na Figura 1 tenha-se mostrado uma estrutura flutuante (1) com linhas de ancoragem (9) conectada à parte mais inferior da porção inferior submersa (2A), tal disposição não é mandatória, pois não há impedimento algum que tais linhas de ancoragem possam ser conectadas à estrutura flutuante (1) na porção inferior submersa (2A) e/ou na porção superior emersa (2B), ou pode haver uma combinação entre ambas as possibilidades. Na Figura 5 mostra-se uma situação em que uma estrutura flutuante de acordo com a presente invenção é ancorada ao leito do mar por meio de linhas de ancoragem (9) conectadas ao costado lateral da porção inferior submersa (2A). Na Figura 6 mostra-se uma situação em que uma estrutura flutuante de acordo com a presente invenção é ancorada ao leito do mar por meio de linhas de ancoragem (9) conectadas ao costado lateral da porção superior emersa (2B). Na Figura 7 mostra-se uma situação em que uma estrutura flutuante de acordo com a presente invenção é ancorada ao leito do mar por meio de linhas de ancoragem (9) conectadas em postos diversos da porção inferior submersa (2A) e da porção superior emersa (2B). As tubulações ascendentes de produção e exportação de fluidos produzidos podem, de modo similar ao que foi aqui mencionado para as linhas de ancoragem, passar pelo interior do vão interno (5), podem ser conectadas à estrutura flutuante (1) na porção inferior submersa (2A) ou na porção superior emersa (2B), ou pode haver uma combinação entre essas possibilidades. A estrutura flutuante (1) deve ser projetada de modo a compreender diversas câmaras de empuxo e lastro projetadas de tal forma que lhes confiram estabilidade suficiente para suportar alagamentos progressivos, com o que se elimina o risco de afundamento por eventuais avarias. Uma característica importante da estrutura flutuante (1) objeto da presente invenção é que ela é provida de características estruturais tais que proporcionam uma redução de áreas sensíveis à fadiga, pois não há conexões estruturais que tendam a concentrar esforços, como, por exemplo, as encontradas e, plataformas semi-submersíveis. A Figura 3 mostra uma curva comparativa de movimentos de oscilação vertical ("heave") entre uma plataforma semi-submersível e a estrutura flutuante (1) objeto da presente invenção. A Figura 4 mostra uma curva comparativa de movimentos de rolagem ("roll") entre uma plataforma semi- submersível e a estrutura flutuante (1) objeto da presente invenção. Pode ser observado em ambas as Figuras que em praticamente todas as situações reais de uso a estrutura flutuante (1) da presente invenção apresenta um desempenho melhor que a plataforma semi-submersível. Assim, como se viu, a estrutura flutuante (1) objeto da presente invenção apresenta diversas características que a tornam extremamente adequada para ser empregada como uma UEP de baixo custo de operação e alta confiabilidade, se comparada com as estruturas flutuantes conhecidas na técnica. O uso desta invenção permitirá estender o conceito de unidade flutuante de produção para uma verdadeira ilha de produção cujos movimentos são minimizados, de forma a permitir maior flexibilidade na escolha dos meios de recebimento e exportação da produção. Pode-se empregar tubulações ascendentes flexíveis ou rígidas, conforme as necessidades de projeto. A invenção foi aqui descrita em relação às suas concretizações preferidas. Deve entretanto ser mencionado que ela não está limitada a estas concretizações, pois aqueles com habilidades na técnica perceberão que os princípios básicos da invenção podem ser aplicados de maneiras diversas às aqui apresentadas. Assim, a invenção está apenas limitada ao conteúdo das reivindicações anexas ao presente relatório.

5. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA POR tubulações ascendentes de produção serem conectadas diretamente à estrutura flutuante (1).

6. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA POR as ditas tubulações ascendentes de produção serem conectadas à estrutura flutuante passando pelo interior do dito vão interno (5).

7. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA POR as ditas tubulações ascendentes de produção serem conectadas à estrutura flutuante em sua porção inferior submersa (2A).

8. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 5( CARACTERIZADA POR as ditas tubulações ascendentes de produção serem conectadas à estrutura flutuante em sua porção superior emersa (2B).

9. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA POR as ditas tubulações ascendentes de produção serem conectadas à estrutura flutuante em suas porções inferior submersa (2A) e superior emersa (2B).

10. Estrutura flutuante (1), de acordo com uma dentre as reivindicações 7 a 9, CARACTERIZADA POR tubulações ascendentes de produção adicionais serem conectadas à estrutura flutuante passando pelo interior do dito vão interno (5).

11. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA POR linhas de ancoragem serem conectadas à porção inferior submersa (2A).

12. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA POR linhas de ancoragem serem conectadas à porção superior emersa (2B).

13. Estrutura flutuante (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA POR linhas de ancoragem serem conectadas às porções inferior submersa (2A) e superior emersa (2B).