BR0311168B1 - Método para posicionar um conjunto operacional submarino em um local desejado fora da costa em águas profundas - Google Patents

Description

“MÉTODO PARA POSICIONAR UM CONJUNTO OPERACIONAL

SUBMARINO EM UM LOCAL DESEJADO FORA DA COSTA EM ÁGUAS PROFUNDAS” CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção no geral a aparelhos e métodos de posicionar e instalar equipamento submarino. Mais particularmente, a presente invenção diz respeito a estacionamento, movimentação, posicionamento, lançamento e instalação molhada de equipamento submarino.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A maioria dos sistemas de produção submarinos é equipada com componentes menores projetados para ser recuperados e substituídos usando técnicas de intervenção menos caras e não invasivas. Esses componentes incluem elevadores de controle submarino, guarnição de válvula e bloqueador e atuadores especialmente projetados, equipamento de manutenção e reparo da tubulação, e módulos de distribuição de fluido. Esses componentes são tipicamente projetados para ser colocados e recuperados por um sistema de intervenção de veículo (ROV) operado remotamente sem mergulhador que é operado de um grande navio de suporte. Os componentes submarinos normalmente exigem um atracamento suave no coletor em virtude de componentes ou interfaces delicadas.

Em virtude da necessidade de um atracamento suave, o sistema de posicionamento é normal mente montado em um navio grande e estável, tais como uma plataforma de perfuração semi-submersível ou barcaça de guindaste e lançamento de oleodutos. Embarcações operacionais menores são raramente usados, em virtude do movimento ascendente e descendente dos mesmos, mesmo em mares modestos, apresentar risco significativo ao equipamento submarino durante operações de carregamento, descarregamento, lançamento, atracamento e recuperação. Infelizmente, o alto custo e disponibilidade questionável de grandes navios fora da costa pode proibir o uso dos mesmos.

Como a necessidade de novas fontes de óleo e gás empurra as operações para águas profundas, tais operações exigirão cada vez mais a colocação exata de equipamento submarino cada vez maior e mais pesado e conjuntos operacionais de 5.000 pés (1.524 metros) ou mais abaixo da superfície do oceano. O tamanho c massa do equipamento submarino e a profundidade da água impedem por completo o uso de mergulhadores. Similarmente, o tamanho e massa de muitos conjuntos operacionais impedem a colocação direta com ROVs. Módulos de flutuação podem auxiliar operações ROV, mas a massa dos conjuntos operacionais e o tamanho do equipamento flutuação exigidos podem, no entanto, impedir operações de posicionamento primárias com ROVs.

Abaixar diretamente o conjunto operacional submarino de um navio de superfície em cabos ou outras linhas é bem adequado para acomodar o tamanho e massa de grandes conjuntos operacionais. Entretanto, condições normais do mar submetem o navio a um movimento vertical, fazendo assim com que o navio desça e suba com as ondas que passam. Fora um sistema de compensação do movimento vertical ativo efetivo, o movimento do navio é transmitido diretamente através da linha do conjunto operacional submarino. Este movimento vertical descontrolado demonstra-se insatisfatório para muitas aplicações e tem impedido esforços finais pelos ROVs para guiar e atracar os conjuntos operacionais submarinos assim apresentados. Têm sido feitas tentativas para compensar dinamicamente o movimento vertical na linha, tanto acionando aríetes hidráulicos como acionando um guindaste de acordo coma necessidade de recolher ou arriar a linha de forma a manter o conjunto operacional submarino substancialmente estacionário a despeito do movimento do navio. Entretanto, tais sistemas são caros, complexos, sujeitos a exigências de manutenção substancial, e exigem balanço delicado para operar efetivamente. Além do mais, análise tem demonstrado que águas mais profundas e cargas mais pesadas tomam essas abordagens ineficazes de compensação do movimento vertical. Como é o caso de componentes menores, a alternativa tem sido evitar sistemas de compensação do movimento vertical e uso de plataformas de perfuração semi-submersíveis ou barcaças de guindaste e lançamento de oleodutos para o posicionamento de componentes maiores. Por exemplo, a maneira tradicional de posicionar árvores submarinas e outros equipamentos mecânicos tem sido usar tubulação de perfuração posicionada através da cratera da plataforma. Este método garante boa duração de funcionamento, já que os movimentos verticais são mantidos em um mínimo na plataforma de perfuração bastante estável, enquanto que os movimentos do conjunto não são amplificados dinamicamente por causa da alta rigidez da tubulação de perfuração. Por outro lado, o custo de usar esses navios grandes e estáveis é extremamente alto para atividades sem ser perfuração e finalização de poços.

Dessa maneira, continua existir uma necessidade substancial de uma solução para o problema de colocar conjuntos operacionais submarinos pesados e também delicados em águas profundas que seja simples, direta, de baixo custo e de outra forma adequado para aplicação real no ambiente de trabalho fora da costa.

Como exemplo de referências do estado da técnica que descrevem aparelhos e métodos para posicionar e instalar equipamentos submarinos a partir de um navio de superfície no piso oceânico pode-se citar, entre outras, as patentes norte-americanas US 5.190.107, US 5.778.981, US 6.352.114, bem como o documento de patente britânico GB 2132670.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção está voltada para aparelhos e métodos de posicionar e instalar equipamentos submarinos. A presente invenção é uma melhoria dos métodos e aparelhos divulgados na patente norte-americana US 5.190.107, também atribuída ao titular da presente invenção.

Em uma modalidade, o aparelho compreende uma linha pendente que conecta o equipamento a uma bóia subsuperficial; uma linha de posicionamento que tem um arco em catenária abaixo da bóia subsuperficial, a linha de posicionamento sendo suportada pela bóia subsuperficial em uma extremidade e conectada a um navio de superfície na outra extremidade, o equipamento submarino, bóia subsuperficial, linha pendente e linha de posicionamento cooperando de forma a estabelecer uma freqüência natural para o equipamento submarino suspenso que é fisicamente diferente da freqüência de onda média que age no navio de superfície; e uma estaca de estacionamento parcialmente enterrada no fundo do mar, na qual o equipamento submarino pode ser estacionado.

Em uma outra modalidade, é descrito um método para posicionar um conjunto operacional submarino em um local desejado fora da costa em águas profundas. O método inclui lançar uma estaca de estacionamento de um navio de transporte; abaixar a estaca no piso submarino com uma linha de içamento; e em seguida soltar a estaca da linha de içamento, de maneira tal que a estaca se enterre parcialmente no piso oceânico. O método em seguida inclui lançar do conjunto operacional submarino a partir de um navio de transporte; abaixar o conjunto operacional submarino no piso oceânico com uma combinação de cabo, corrente, contra-pesos, bóias de subsuperfície e linha sintética; e estacionar o conjunto operacional submarino na estaca parcialmente enterrada. O conjunto operacional submarino estacionado pode então se mover para um local de operação quando desejado. A presente invenção também inclui um método para posicionar um conjunto operacional submarino em um local desejado fora da costa em águas profundas, onde o conjunto operacional submarino é montado em uma estaca de estacionamento. A estaca de estacionamento e o conjunto submarino combinados são lançados de um navio de transporte, abaixados no piso oceânico com um linha de içamento; e então soltos da linha de içamento, de maneira tal que a estaca se enterrem parcialmente no piso oceânico. Caso desejado, pode ser provida uma armação protetora para envolver o conjunto operacional submarino montado.

Altemativamente, pode ser provida uma armação de lançamento para lançar a estaca de estacionamento e o conjunto submarino do navio de transporte. Uma vez estacionado, o conjunto operacional submarino pode mover-se para um local de operação distante. A presente invenção em uma modalidade divulga: um método para posicionar um conjunto operacional submarino em um local desejado fora da costa em águas profundas que compreende: lançar uma estaca de estacionamento de um navio de transporte; abaixar a dita estaca até o piso oceânico com uma linha de içamento: soltar a estaca da linha de içamento, de maneira tal que a estaca se enterre parcialmente no piso oceânico; lançar o conjunto operacional submarino a partir de um navio de transporte; abaixar o conjunto operacional submarino até o piso oceânico com uma combinação de cabo, corrente, contra-pesos, bóias de subsuperfície e linha sintética; e estacionar o conjunto operacional submarino na estaca enterrada.

Também em uma outra modalidade, a presente invenção divulga: um método para posicionar um conjunto operacional submarino em um local desejado fora da costa em águas profundas que compreende: montar o conjunto operacional submarino em uma estaca de estacionamento; lançar a estaca de estacionamento e o conjunto submarino a partir de um navio de transporte; abaixar a dita estaca e o conjunto no piso oceânico com um linha de içamento; e soltar a estaca e o conjunto do linha de içamento, de maneira tal que a estaca se enterre parcialmente no piso oceânico. O sumário apresentado esboçou de forma bem geral os recursos e vantagens técnicas da presente invenção, de maneira tal que a descrição detalhada da invenção que se segue possa ser mais bem entendida. Recursos e vantagens adicionais da invenção serão descritas a seguir, que formam o objeto da invenção.

Especialistas na tecnologia devem perceber que a concepção e modalidades específicas divulgadas podem ser facilmente usadas como uma base para modificar ou projetar outros aparelhos e métodos para realizar os mesmos propósitos da presente invenção. Os especialistas na tecnologia devem também perceber que tais construções equivalentes não fogem do espírito e escopo da invenção na forma aqui apresentada e reivindicada.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Os desenhos anexos, que estão incorporados e que formam uma parte da especificação, ilustram as modalidades da presente invenção, e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos: As figuras 1-3 são vistas elevacionais laterais de uma estaca de estacionamento sendo lançada de um navio de transporte, abaixada no fundo do mar e solta e assentada no fundo do mar;

As figuras 4-6 são vistas elevacionais de uma árvore de perfuração submarina ou qualquer outra carga que é lançada de um navio, abaixada no fundo do mar e estacionada em uma estaca de estacionamento;

As figuras 7-9 são vistas elevacionais laterais de uma árvore de perfuração submarina estacionadas ou qualquer outra carga que se move de uma estaca de estacionamento para um local de operação distante;

As figuras 10-15 são vistas elevacionais laterais de um equipamento submarino montado integralmente em uma estaca de estacionamento armada que é lançada, abaixada no fundo do mar e solta e assentada junto com a unidade no fundo do mar;

As figuras 16-21 são vistas elevacionais laterais de uma árvore de perfuração submarina estacionada ou qualquer outra carga que é removida de uma estaca de estacionamento armada e em seguida deslocada para um local de operação distante; e As figuras 22-27 são vistas elevacionais laterais de equipamento submarino montado integral mente em uma estaca de estacionamento que é lançada de um veículo de transporte com uma armação de lançamento, abaixada no fundo do mar sem a armação de lançamento e em seguida solta e assentada junto com a unidade no fundo do mar.

Nota-se que os desenhos ilustram somente modalidades típicas da invenção e, portanto, não devem ser considerados limitação de seu escopo, já que a invenção admitirá outras modalidades igualmente efetivas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Em geral, o presente pedido descreve uma alternativa barata para posicionar e instalar equipamento submarino usando uma embarcação operacional ou outro navio de oportunidade. O equipamento não c suportado diretamente pelo navio, mas, em vez disso, é suportado por uma ou mais bóias abaixo da zona das ondas. As bóias são controladas por uma combinação de corrente, cabo de aço e linha sintética que liga-a à embarcação operacional. Como tal, o sistema de bóias aqui descrito desacopla o movimento do navio da carga, suportando a carga pelas bóias abaixo da zona das ondas. Em virtude de as bóias estarem abaixo da ação da onda e de sua turbulência associada, há pouca energia e, conseqüentemente pouca tendência de movimento. O resultado é um sistema manobrável estável e barato capaz de atender a grandes cargas submarinas em uma ampla faixa de profundidade de água.

Referindo-se agora às figuras 1-3, estão mostradas as etapas básicas no posicionamento e assentamento de uma estaca de estacionamento 10 da presente invenção. A estaca de estacionamento 10 é lançada da plataforma de uma superfície ou navio de transporte ou outro navio de conveniência 20, tal como uma embarcação operacional, barcaça, navio de perfuração ou navio semi-submersível. A estaca de estacionamento 10 é abaixada da superfície 30 da água até o fundo do mar 40 por meio de um guindaste com uma linha de içamento 50, tal como um cabo de aço, sobre a popa do navio 20. A linha de içamento 50 é preferivelmente Um cabo de aço de 6 fios de 3 Vi polegadas (8,89 cm), com uma tensão de ruptura em tomo de 600 toneladas (544 toneladas (métricas)) neste caso particular, com cargas específicas sendo tratadas (para outras cargas, o diâmetro e tensão de ruptura poderíam ser diferentes). A medida em que a estaca de estacionamento 10 se aproxima do fundo do mar 40, ele é solto do cabo 50 (por exemplo, por um mecanismo de liberação ROV ativado) e em seguida se enterra parcialmente no fundo do mar 40.

Preferivelmente, a estaca de estacionamento 10 pesa de cerca de 30 toneladas (27,2 - 54,4 toneladas (métricas)), tem um diâmetro de cerca de 8 pés a cerca de 12 pés (2,44 - 3,66 m) e tem comprimento de cerca de 20 pés a cerca de 120 pés (6,1 - 36,6 m). Quando enterrada no piso oceânico, de cerca de 5 pés a cerca de 10 pés (1,52 - 30,4 m) de comprimento da estaca de estacionamento ficam acima da linha de lama do piso oceânico. As estacas são normalmente seções tubulares de aço reforçado (tubos), mas poderíam também ter seções e materiais diferentes capazes de suportar cargas e penetrar no piso oceânico. Por exemplo, elas podem também ter um conjunto (THS ou árvore) anexado no topo da estaca de estacionamento, caso este em que a estaca é mais comprida e mais larga, a fim de ter a penetração correta no piso oceânico, bem como proporcionar folga suficiente o conjunto acima do piso oceânico na penetração final. Dependendo da necessidade, mais de uma de tais estacas de sucção 10 podem ser posicionadas no fundo do mar 40 para formar um sistema de estacionamento molhado. Conforme é de se esperar, algumas modificações de engenharia nas estacas de sucção são necessárias para permitir a anexação do equipamento submarino. Por exemplo, um local e orientação diferentes para o caminho de bombeamento e caminho de saída da estaca de sucção podem ser necessários. Além do mais, uma chapa sólida ou chapa perfurada (ou dispositivo similar) podem ser incoiporados à estaca de sucção para deter a penetração no piso oceânico.

Caso desejado, um veículo operado remotamente (ROV) 60, que mergulha em um cordão umbilical 62 a partir de uma gaiola 64, pode ser posicionado do navio 20 e usado para monitorar e auxiliar no lançamento, abaixamento, liberação e enterramento da estaca de estacionamento 10. O ROV 60 fornece realimentação visual aos operadores, guia final da carga e pode operar qualquer mecanismo de trava e liberação.

Quando uma ou mais estacas de estacionamento 10 forem assentadas no fundo do mar 40, uma variedade de equipamentos submarinos e outras cargas, tais como carretei de içamento da tubulação submarina 70 ou uma árvore de perfuração submarina 80, pode ser instalada ou “estacionada” nas estacas 10. Essas cargas ou conjuntos podem ser aterradas na estaca de estacionamento separadamente, ou lançadas anexos às estacas de estacionamento.

Uma interface adequada entre o equipamento submarino e a estaca de estacionamento é provida. Por exemplo, o topo da estaca de estacionamento pode ter um perfil de cepo modificado adaptado para que qualquer conjunto submarino seja lançado para baixo. Um carretei de içamento da tubulação padrão incorpora interfaces de topo voltadas para cima ou afuniladas para cima e de base voltadas para baixo ou afuniladas para baixo. Seu peso no ar é de aproximadamente 30 toneladas curtas (27,2 toneladas (métricas)). O carretei da cabeça da tubulação fornece uma transição entre o alojamento da cabeça do poço e a árvore de natal, bem como uma transição do circuito de fluxo de produção da árvore subsequentemente instalada e a ponte do poço via um conjunto de circuito em U. A árvore de perfuração submarina na cabeça da tubulação pesa aproximadamente 40 toneladas curtas no ar. A título de exemplo, as figuras 4-6 ilustram as etapas básicas no estacionamento de uma árvore de perfuração submarina 80 ou qualquer outra carga em uma estaca de estacionamento 10. Na figura 4, a árvore submarina 80 está anexada a uma linha para fora do navio 100, tal como um cabo de aço (preferivelmente um cabo de 3 Vi polegadas (8,89 cm) de diâmetro com aproximadamente 600 toneladas (544 toneladas (métricas)) de carga de ruptura).

A árvore 80 é abaixada na água com a ajuda de um guindaste estacionário 90. O guindaste estacionário 90 pode ficar localizado no convés do navio 20 ou em qualquer navio de conveniência. Altemativamente, uma grande armação A pode ser usada para levar para fora do navio o conjunto na água fora da popa ou através de uma cratera no navio de posicionamento. A árvore 80 é suportada na água por uma ou mais bóias de subsuperfície de espuma sintética 110 que são anexadas à árvore submarina 80 por meio de uma linha pendente 120. A linha pendente 120 deve ser forte o bastante para suportar a carga submarina e o seu próprio peso com uma margem de segurança significativa para permitir desgaste e/ou cargas dinâmicas. Embora muitos materiais diferentes possam ser selecionados, a linha pendente 120 é normalmente cabo de aço ou um cabo de fibra sintética de alta resistência, tal como o cabo HMPE (dyneema) ou uma combinação dos dois unida por anetes de 55 toneladas (49,9 toneladas métricas). Preferivelmente, a linha pendente é cabo dyneema de 3 polegadas (7,62 cm) disponível pela Marlow Superhne. O cabo dyneema é conhecido pelo seu peso relativamente baixo (aproximadamente 9 vezes menor do que do aço), sendo quase flutuante de forma neutra, e tendo um módulo elástico hgeiramente menor (aproximadamente 3 vezes menor). Além do mais, uma vantagem importante de fibra sintética (HMPE, dyneema ou pohéster) em relação ao cabo de aço é a redução de carga global, incluindo o cabo, guindastes e infra-estrutura de suporte para o posicionamento.

Nas figuras 4-6, as bóias de subsuperfície 110 que são usadas para instalar inicialmente o equipamento submarino são bóias de espuma sintética de profundidade nominal de cerca de 3.000 a cerca de 5.000 pés (914 - 1.524 m).

Conforme é do conhecimento dos especialistas na tecnologia, o uso de um projeto de bóia de profundidade permite uma linha pendente de aço correspondentemente menor, de maneira tal que o peso do pendente pe minimizado e a capacidade de carga total das bóias não sejam afetados. As bóias 110 suportam a árvore de perfuração 80, a linha pendente 120 e parte do peso da corrente 130, descritos a seguir. Eles operam abaixo da zona das ondas e idealmente abaixo da corrente superficial. A localização real das bóias na coluna de água é um balanceamento entre o desempenho global do sistema e o custo da bóia resistir à grande pressão hidrostática. Cada uma das bóias 110 tem cerca de 13 pés (3,96 m) de altura e 8 pés (2,44 m) de diâmetro e pesa cerca de 12.700 1b (5,7 toneladas métricas) seca.

Cada bóia fornece cerca de 60 kips (27.215 kg) de flutuação na água do mar. Cada bóia é preferivelmente envolta por uma gaiola protetora metálica, tal como uma armação de tubos, par impedir o corte do movimento da corrente. A flutuação necessária é a soma do peso da carga, ferramenta de operação e peso da plataforma de trabalho associada, peso do cabo pendente, tolerância de submersão e peso da corrente de tolerância de equilíbrio.

As bóias de subsuperfície 110 são anexadas ao navio 20 por uma linha de posicionamento 140, tal como um cabo de aço, e um comprimento de corrente 130, que forma um arco em catenária entre o cabo 140 e as bóias 110.

Dependendo da profundidade envolvida, o comprimento da linha de posicionamento 140 é de cerca de 3.000 pés a cerca de 4.000 pés (914 - 1.219 m) e o comprimento da corrente 130 é de cerca de 1.500 pés a cerca de 2.(XX) pés (457 - 609 m). A linha de posicionamento 140 deve ser forte o bastante para suportar o peso da corrente e o seu próprio peso com uma margem de segurança significativa para permitir desgaste c/ou cargas de impacto. Também, deve-se considerar o arraste hidrodinâmico da bóia e em cenário de pior das hipóteses onde a corrente fica emaranhada com a bóia e o sistema fica desbalanceado. Mais preferivelmente, a linha de posicionamento 140 é um cabo de aço de diâmetro 3 Vi polegadas (8,89 cm) de diâmetro com uma tensão de ruptura cerca de 600 toneladas (544 toneladas métricas). Conforme é do conhecimento dos especialistas, a rigidez da linha, que é uma função do tamanho (diâmetro), material (aço ou fibra sintética) e do tipo de construção (tal como construção de cabo de 6 ou 8 fios e/ou de fio espiral ou trançado) do cabo pode ser vaiada, dependendo das condições operacionais. Além do mais, as práticas recomendadas para posicionamento de linhas sugerem maiores fatores de segurança e o bobinamento cíclico freqüente da linha pelos feixes que acumulam danos por fadiga, bem como desgaste c quebra significativas. A corrente 130 serve a muitos propósitos. A corrente “barriga” permite que a embarcação operacional ou navio 20 movimente tenha o movimento vertical independente mente das bóias. A medida em que a popa do navio se movimenta para cima e para baixo, o ponto neutro na corrente barriga se desloca e transfere o peso da corrente a favor e contra a bóia. Esta transferência de carga teoricamente faria com que as bóias se movimentassem para cima e para baixo, vencendo o propósito da presente invenção. Entretanto, este tipo de movimento pode ser eliminado, aplicando-se engenharia ao sistema de aterramento do movimento vertical compensado nos períodos ressonantes de cada subsistema. Quando projetado devidamente, a carga da corrente é transferida a favor e contra as bóias bem rapidamente para as bóias/carga responderem. Isto efetivamente desacopla as bóias do navio. Atenção específica deve ser dada às condições ambientais. Também, em virtude de o peso da corrente ser suportado tanto pelas bóias como pelo navio, as bóias naturalmente entrarão em equilíbrio com a soma de sua flutuação, carga e peso da corrente parcial. Assim, a corrente facilita automaticamente ajuste do equilíbrio para pequenas imprecisões de peso.

Além do mais, a corrente 130 é necessária para prover peso suficiente na extremidade da linha de posicionamento 140 para evitar condições da linha de folga vertical durante as respostas dinâmicas completamente posicionadas, para evitar “carregamento brusco" durante a recuperação, e para evitar excessiva excursão lateral durante altas cargas atuais. O tamanho da corrente 130 possibilita a prerrogativa do projetista. Quanto maior o tamanho, por exemplo, correntes de 3 polegadas (8,89 cm) versus 2 polegadas (5,1 cm), tanto menor o comprimento exigido. Um ou mais contra-pesos 150 podem também ser usados para reduzir o comprimento total da corrente necessária. Certamente, é possível usar diferentes tamanhos de corrente no mesmo sistema, sujeitos a pesos e flutuação do conjunto bem definidos. Entretanto, diferentes tamanhos de corrente são significativamente mais difíceis de manusear e armazenar a bordo da superfície do navio. A seleção do tamanho e peso da corrente exige estabelecimento de um equilíbrio entre a otimização do “barriga" da corrente abaixo das bóias e o desacoplamento das bóias do barco. O tamanho da corrente deve favorecer um comprimento de barriga razoável, ser facilmente manuseado na plataforma e ser bem leve. Preferivelmente, a corrente é uma corrente de 3 lÁ polegada (8,26 cm) com uma corrente de peso a seco de cerca de 59 lb/ft (87,7 kg/m) e é usada em uma seção de cerca de l.(XX) pés a cerca de 2.(X)() pés de comprimento (3()4,5 - 609 m). E preferível que articulações, tais como articulações olho-e-olho de 45 toneladas (40,8 toneladas métricas), sejam usadas para compensar a rotação dos cabos, linhas e corrente. Preferivelmente, articulações são usadas em cada ponto de conexão do cabo ou arame para controlar a torção, entrelaçamento e emaranhamento dos cabos. Cabo de aço padrão não tem balanceamento de torque e irá se torcer a medida em que carga for aplicada e aliviada. No caso da presente invenção, que emprega centenas de pés de cabo, isto pode provocar torção e entrelaçamento do equipamento submarino. Cabo com balanceamento de torque encontra-se disponível, mas é caro e normalmente não é 1(X)% balanceado.

Articulações colocadas em pontos selecionados permitem que o arame retraia sem emaranhar o sistema. Articulações de mancai de esfera são preferidas, em virtude de seus baixos atritos de giro.

Um guindaste ou equipamentos de perfuração 22 próximos da popa do navio de superfície 20, ou se posicionando sobre ela, é usado para levantar ou abaixar a linha de posicionamento 140 e a linha de para fora do navio 100. Várias configurações são possíveis e, dependendo da disponibilidade e capacidade de uma estrutura A montada na popa, as linhas podem ficar dispostas fora de uma estrutura A usando uma unidade de guindaste de tambor duplo. O sistema exige uma grande capacidade do tambor para tratar grandes quantidades de cabo de corrente, e alta velocidade de trânsito ao fundo do mar e a partir dele.

Uma vez submersa, a carga é transferida da linha para fora do navio 100 à hnha pendente 120 e às bóias 110. Um ROV 60 então solta a linha para fora do navio 100. A operação pode ser repetida para cada componente. A título de ilustração, na figura 5, o cabo de aço para fora do navio 100 é solto de maneira tal que a árvore submarina 80 seja conectada ao navio 20 através do cabo de aço de posicionamento 140, corrente 130, bóias 110 e cabo pendente 120. O peso do arco em catenária da corrente 130 é compartilhado entre as bóias de subsuperfície 110 e o navio de superfície 20 e a profundidade das bóias de subsuperfície é controlável em parte através da hnha de posicionamento adicionando expressivo peso ao arco em catenária. Por exemplo, um ou mais contra-pesos 150 podem ser adicionados à corrente 130. Preferivelmente, os contra-pesos 150 têm cerca de 20.000 lb a 30.000 lb (9,07 - 13,6 toneladas métricas) cada. Os contra-pesos reduzem significativamente o comprimento da corrente necessária, e o seu manuseio e armazenamento associados. Os contra- pesos são também usados para compensar o peso do conjunto, quando ele for solto, e para levantar e abaixar as bóias que colaboram com a “barriga” da corrente. Na figura 6, os contra-pesos se movem em tomo do “barriga” a ser suportada pelas bóias 110, compensando assim a carga da árvore submarina 80 que é transferida para a estaca de estacionamento 10. Um ROV 60 pode ser usado para monitorar o abaixamento do equipamento submarino, estacionar o equipamento submarino na estaca 10 e fornecer meios para aliviar a linha de para fora do navio 100 ou o cabo da hnha pendente 120 do equipamento ou carga.

As figuras 4-6 também mostram um carretei de içamento de tubulação submarina estacionado na sua própria estaca de estacionamento 10 e uma ou mais bóias de aço de subsuperfície “estacionadas” 160 que são anexadas ou amarradas a uma estaca de estacionamento diferente 10 pelo cabo dyneema 170. Aqui, as bóias 160 são bóias de aço de profundidade nominal de cerca de 300 a cerca de 500 pés (91,4 - 152,4 m), bem abaixo da zona de ondas de subsuperfície. Essas são cilindros de aço de 50 kip de flutuação com cabeças elipsoidais cheias com ar. Cada uma das bóias 160 tem aproximadamente 18 pcs de altura e 10 pés de diâmetro e pesam cerca de 12.700 lb (5.760,6 kg) secas.

Cada bóia fornece cerca de 50 kips (22.679 kg) de flutuação na água do mar. Uma fonte potencial para essas bóias submersíveis é o projeto de bóias submersível de aço da Del mar. Para prevenir o atrito pelo movimento da corrente, bóias de aço lisas são preferidas. Em vez de ser amarradas a uma estaca de estacionamento sozinha, as bóias 160 podem também ser amarradas a uma variedade de equipamentos submarinos estacionados. Conforme é do conhecimento dos especialistas na tecnologia, o uso de um projeto de sistema de flutuação próximo à superfície proporciona uma linha pendente correspondentemente muito longa.

Novamente, a verdadeira profundidade da bóia é um balanceamento entre o desempenho do sistema e o custo de flutuação. Por exemplo, um caso de flutuação rasa teria uma linha pendente relativamente comprida que eventualmente levaria a significativa resposta dinâmica. Por outro lado, a vantagem do sistema de bóia rasa seria as despesas da bóia relativas a uma bóia de posicionamento em águas profundas.

De volta agora às figuras 7-9, estão mostradas as etapas básicas na movimentação de uma peça previamente estacionada de equipamento submarino em um local operacional desejado, tal como uma cabeça de poço 180. A distância da estaca de estacionamento até o local de operação seria de apenas uns poucos pés a diversas centenas de pés, preferivelmente 300 pés (91,4 cm). Esta distância proporciona folga suficiente para acomodar tamanhos de navio, linhas de ancoragem adjacentes, cargas ambientais e similares, de maneira a se evitarem colisões.

Especificamente, na figura 7, uma árvore submarina 80 é estacionada em uma estaca de estacionamento 10. Uma ou mais bóias de aço 160, tal como uma bóia de 50 kip (22.679 kg), são amarrada na árvore estacionada 80 com uma linha pendente 170, tal como um cabo dyneema. Embora muitos materiais diferentes possam ser selecionados, a linha pendente 120 é normalmente um cabo de aço ou um cabo de fibra sintética de alta resistência, tal como o cabo dyneema, ou uma combinação dos dois, unidas por anetes e articulações.

Preferivelmente, a linha pendente é uma combinação de cabo de aço de 200 pés (60,96 m) de 2 Va polegadas (5,715 cm), 600 pés (182,9) de cabo HMPE, e 5.500 pés (1.676,4 m) de cabo HMPE unido por anetes de 55 toneladas (49,9 toneladas métricas) com articulações olho e olho de 45 toneladas (40,8 toneladas métricas). A linha pendente pode ser terminada próxima ao fundo do mar com um anel de elevação de 3 polegadas (97,62 cm), de onde três seções de 30 pés (9,14 cm) de cabos de arame de 1 Vi polegada (3,86 cm) se dispersam para fornecer um estropo de elevação, ou três pontos de conexão “espaçados” com o equipamento submarino. Quando se quiser mover a árvore submarina 80 para um carretei de içamento da tubulação 190 montado na cabeça do poço 180, a corrente 130, cabo de aço 140 e contra-pesos 150 (todos supradescritos) são abaixados do navio 20 e anexados à base das bóias de aço 160. Como antes, a corrente curta 130, de cerca de 50 pés a cerca de 400 pés (15,24 - 121,92 m), preferivelmente 155 pés (47,24 m) de corrente de 3 Va polegada (8,255 cm) é anexada às bóias 160 e pende para formar um “barriga” antes da elevação ao navio 20. Isto permite que a embarcação operacional ou navio 20 tenha o movimento vertical independentemente das bóias 160.

Na figura 8, o cabo de aço 140 é então levantado ou bobinado em direção ao navio 20. A medida em que os contra-pesos 150 se aproximam da profundidade das bóias de aço 160, as bóias começam flutuar em direção à superfície 30 da água, levantando assim a árvores submarina 80 da estaca de estacionamento 10. Com a ajuda de um ROV 60, a árvore submarina 80 pode então se mover para perto ou estacionária acima do carretei de içamento da tubulação 190. Com apenas um ROV mostrado nos desenhos para monitorar e soltar as cargas, ROVs adicionais podem ser usados na presente invenção para monitorar outras atividades submarinas, tal como a interação da corrente 130 e a linha pendente 170 com as bóias 160. Como tal, uma combinação de ROVs de classe de trabalho e de classe de observação pode ser usada com a presente invenção.

Na figura 9, a linha de posicionamento ou cabo de aço 140 é abaixada ou arriada, fazendo com que as bóias 160 caiam para equalizar a carga.

Com o auxílio do ROV, a árvore submarina 80 é então encaixada e montada no carretei de içamento da tubulação 190. A corrente 130 e os contra-pesos 150 se moverão por baixo das bóias a fim de tirar a carga da árvore da linha pendente e das bóias 160, possibilitando que a árvore seja suportada completamcnte pela cabeça do poço 180. O ROV 60 pode também ser usado para soltar a linha pendente ou cabo dyneema 170 da árvore 80.

Uma outra modalidade do sistema de estacionamento molhado da presente invenção está representada nas figuras 10-15. Em vez de assentar as estacas de estacionamento e em seguida “estacionar” o equipamento submarino em duas etapas, o equipamento submarino pode ser montado integralmente na estaca de estacionamento (enquanto no navio) e em seguida lançado horizontal mente, abaixado através da coluna de água e assentados juntos como uma unidade no fundo do mar.

Nesta modalidade, o equipamento submarino, tal como uma árvore submarina 80, é protegido dentro de uma armação de metal 200 anexa à parte superior da estaca de estacionamento 10. A armação de metal 200 envolve o equipamento submarino e protege seus componentes delicados ou interfaces. A armação 2(X) é usada como uma estrutura de articulação, quando para fora do navio, e também serve como proteção para os componentes de equipamentos sensíveis, tais como tubulação, controles, vedações, painéis de controle, interface com ROV e o corpo do próprio equipamento. Como antes, a estaca de estacionamento 10 e árvore de perfuração submarina 80 combinados ou outras cargas são lançadas da plataforma de um navio de transporte 20 e abaixados da superfície 30 da água até o fundo do mar 40 com uma linha de içamento ou cabo de aço 50. Caso desejado, armadilhas de massa podem ser adicionadas à linha de içamento, e as propriedades axiais linha de abaixamento podem ser trabalhadas por engenharia par alcançar a resistência e propriedades de resposta dinâmica desejadas. A figura 12 mostra a estaca de estacionamento 10, armação de metal 200 e árvore submarina 80 sendo abaixadas pela linha de içamento 50 e uma linha de lançamento 52. Conforme visto na figura 13, uma vez que a estaca armada com o conjunto estejam submersos, um veículo operado remotamente 60 é usado para soltar a linha de lançamento 52 (por exemplo, por um mecanismo de hberação ROV ativado). A estaca 10 é então abaixada no fundo do mar 40 apenas com a linha de içamento 50. A medida em que a estaca armada com o conjunto atinge o fundo do mar 40, o ROIV 60 solta a linha de içamento 50, de maneira tal que a estaca armada com conjunto enterrem a si próprios no fundo do mar 40. O ROV 60 pode fornecer reahmentação visual aos operadores e guia final da estaca armada com o conjunto. Certamente, a estaca armada pode também ser estacionada no fundo do mar da maneira supradescrita sem levar nenhum conjunto ou equipamento submarino na sua descida ao fundo do mar.

De volta agora às figuras 16-21, estão mostradas as etapas básicas na movimentação de uma peça previamente estacionada de equipamento submarino 80, levada até o fundo domar 40 dentro de uma armação 200 na estaca 10, até um local de operação desejado, tal como uma cabeça de poço 180. Nesta modalidade do sistema de estacionamento molhado, antes de mover o equipamento submarino estacionado, a armação 200 deve ser não articulada ou removida de outra forma para se ter acesso ao equipamento submarino protegido. A figura 16 mostra uma árvore 80 estacionada dentro de um quadro 200 em uma estaca de estacionamento assentada 10. Na figura 17 um ROV 60 opera uma ferramenta que está anexada à linha pendente 170 para remover ou abrir uma das portas articuladas 202 da armação da estaca 200. Na figura 18, a outra porta 204 é similarmente aberta. Com as portas 202 e 204 abertas articuladas, o acesso pode ser feito à árvore 80.

Na figura 19, uma ou mais bóias de aço 160 são amarradas na árvore estacionada 80 com uma linha pendente 170, tal como um cabo dyneema.

Quando se quiser mover a árvore submarina 80 para um carretei de içamento da tubulação 190 montado na cabeça do poço 180, o cabo de aço 140 é levantado ou bobinado em direção ao navio 209. A medida em que os contra-pesos 150 forem sustentados pelo cabo de aço 140 e não mais pelas bóias 160, as bóias começam flutuar em direção à superfície 30 da água, levantando assim a árvore submarina 80 da estaca de estacionamento 10.

Conforme vista na figura 20, com o auxílio de um ROV 60, a árvore submarina 80 pode ser transportada para um local de interesse (tal como uma cabeça de poço 180) c em seguida deslocada para perto e estável acima do carretei de içamento da tubulação 190. Se a distância entre a estaca onde a carga é removida e o local de operação de interesse for longe, o próprio navio pode ser usado para transportar a carga para o local de interesse. Embora somente um ROV esteja mostrado nos desenhos para transportar as cargas, ROVs adicionais podem ser usados na presente invenção para transportar as cargas e para monitorar outras atividades submarinas, tal como a interação da corrente 130 e a linha pendente 170 com as bóias 160.

Na figura 21, a linha de posicionamento ou cabo de aço 140 é abaixada ou arriada fazendo com que as bóias 160 caiam para equalizar a carga.

Com o auxílio do ROV, a árvore submarina 80 é então encaixada ou montada no carretei de içamento da tubulação 190. O ROV 60 pode também ser usado para soltar a linha pendente ou cabo dyneema 170 da árvore 80.

Também em uma outra modalidade do sistema de estacionamento molhado da presente invenção, mostrado nas figuras 22-27, o equipamento submarino é novamente montado integral mente na estaca de estacionamento, mas sem a armação de metal protetora. Nesta modalidade, um dispositivo de lançamento ou armação 210 é usado para lançar horizontal mente a estaca de estacionamento 10 e a árvore 80 combinadas. A armação de lançamento 210 distancia fisicamente a árvore 80 do navio 20, de maneira tal que, quando a estaca 10 e a árvore 80 forem transportados e lançados do navio 20, a árvore 80 não toque, se choque ou de outra forma bata no navio 20. A figura 22 mostra a estaca de estacionamento 10 e o conjunto submarino 80 suportado pela armação de lançamento 210 no convés do navio 20. A armação de lançamento é uma estrutura de aço estrutural que forma uma armação cuneiforme. Outros materiais de baixo peso são também possíveis, tais como alumínio ou compósitos, se necessário, e/ou baratos. Qualquer que seja a configuração, a armação de lançamento deve suportar a carga, absorver os momentos de dobramento e manter o equipamento a uma distância segura do navio. As figuras 23 e 24 mostram o lançamento de todos os três aparelhos, a estaca de estacionamento 10, o conjunto submarino 80 e a armação de lançamento 210 da popa do navio de transporte 20. O lançamento é facilitado por uma linha de içamento 50 anexada ao topo da árvore submarina 80 e uma linha de lançamento 52 anexada à armação de lançamento 210. Na figura 25, a armação de lançamento 210 é separada da estaca de estacionamento 10 e do conjunto submarino 80. Na figura 26, a armação de lançamento 210 é recuperada e retomada à plataforma do navio de transporte 20. A estaca de estacionamento 10 e seu equipamento submarino montado 80 são abaixados no fundo do mar 40 com a linha de içamento 50. Caso desejado, armadilhas de massa podem ser incorporadas à linha de içamento e as propriedades axiais da linha de abaixamento podem ser trabalhadas por engenharia para alcançar a resistência e as propriedades de resposta dinâmica desejadas. Na figura 27, a estaca de estacionamento com o conjunto de equipamento submarino é solta e assentada no fundo do mar 40. Em vez de ser um dispositivo separado e reutilizável, em outras modalidades, a armação de lançamento podería ser formada integralmente com a estaca de sucção, ou conectada a ela, e assentada.

Embora a presente invenção e suas vantagens tenham sido descritas com detalhes, deve-se entender que várias mudanças, substituições e alterações podem ser feitas aqui sem fugir do espírito e escopo da invenção na forma definida pelas reivindicações anexas.

Claims (5)

1. Método para posicionar um conjunto operacional submarino (80) em um local desejado fora da costa em águas profundas, compreendendo as etapas de: montar o conjunto operacional submarino (80) em uma estaca de estacionamento (10); e, lançar a estaca de estacionamento (10) e o conjunto operacional submarino (80) de um navio de transporte (20); caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: abaixar a estaca (10) e o conjunto (80) no piso oceânico (40) com uma linha de içamento (50), a estaca (10) e o conjunto (80) sendo suspensos em uma linha pendente (170) a partir de uma bóia submarina (110, 160), em uma linha de posicionamento (140) conectada em uma extremidade à bóia submarina (110, 160) e formando um arco em catenária abaixo da bóia submarina (110, 160), a outra extremidade sendo conectada a um navio de suporte de superfície; e, soltar a estaca (10) e o conjunto (80) da linha de içamento (50) de maneira tal que a estaca (10) se enterre parcialmente no piso oceânico (40).

2. Método dc acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de: prover uma armação protetora (200) para envolver o conjunto operacional submarino (80) montado.

3. Método dc acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicional mente a etapa de: prover uma armação de lançamento (210) para lançar a estaca de estacionamento (10) e o conjunto operacional submarino (80) do navio de transporte (20).

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende adicional mente a etapa de: mover o conjunto operacional submarino (80) estacionado para um local de operação.

5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicional mente as etapas de: remover a armação protetora (200) que envolve o conjunto operacional submarino (80) estacionado; e, mover o conjunto operacional submarino (80) estacionado para um local de operação.