BR102012026413A2 - Aperfeiçoamentos relativos a colunas ascendentes suportadas por flutuação - Google Patents

Abstract

APERFEIÇOAMENTOS RELATIVOS A COLUNAS ASCENDENTES SUPORTADAS POR FLUTUAÇÃO A presente invenção refere-se a uma boja de suporte de coluna ascendente submarina que compreende um membro de suporte de coluna ascendente e um membro de suporte de tubo de ligação em ponte que estendem geralmente paralelos um ao outro e que definem uma direção no sentido de comprimento que estende entre estas através da boia. Pontões estendem no sentido de comprimento além do membro de suporte de coluna ascendente e o membro de suporte de tubo de ligação em ponte, os pontões compreendendo pontos de fixação para conectar as amarras na boia. Neste modo, os pontos de fixação que estão espaçados mais amplamente do que as extremidades no sentido de comprimento do membro de suporte de coluna ascendente e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte da boia, alterando beneficamente o comportamento dinâmico da boia e especialmente as suas características de arfagem.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APERFEIÇOAMENTOS RELATIVOS A COLUNAS ASCENDENTES SUPORTADAS POR FLUTUAÇÃO".

A presente invenção refere-se a sistemas de coluna ascendente submarinos utilizados para transportar os fluidos de poço do leito do mar para uma instalação de superfície tal como um navio de FPSO ou uma plataforma. A invenção refere-se especificamente a sistemas de coluna ascendente suportada por flutuação (1BSR').

Um sistema de BSR é um exemplo de um sistema de coluna as10 cendente híbrido. Tais sistemas estão caracterizados por tubos de coluna ascendente rígidos que estendem para cima do leito do mar para um suporte submarino e por tubos de ligação em ponte que estendem do suporte submarino para a superfície. Os tubos de ligação adicionam uma flexibilidade que desacopla os tubos ascendentes do movimento de superfície induzido 15 por ondas e marés. Os tubos ascendentes experimentam menos tensão e fadiga como um resultado.

Em um sistema de BSR1 o suporte submarino é uma boia de suporte de coluna ascendente mantida no meio da água, amarrada a uma ancoragem de leito do mar sob tensão. A boia é mantida a uma profundi20 dade abaixo da influência de ação de onda provável, mas rasa o suficiente para permitir o acesso de mergulhador e para minimizar a possibilidade de colapso sob pressão hidrostática. Uma profundidade de 250 m é típica para este propósito, mas pode variar de acordo com as condições do mar esperadas em uma localização específica, por exemplo, entre 100 m e 25 300 m.

Os tubos de coluna ascendente, tipicamente de aço forrado e revestido, ficam pendurados da boia. Os tubos de coluna ascendente podem estender substancialmente verticalmente ao longo de uma torre de coluna ascendente ou podem inclinar afastando de uma extremidade da boia como 30 colunas ascendentes de catenária de aço ou 'SRCs'. As SRCs são um exemplo não limitante: outros tipos de tubo são possíveis para os tubos ascendentes. Os tubos de ligação em ponte ficam pendurados como catenárias de uma extremidade oposta da boia para estender para um FPSO ou outra instalação de superfície atracada acima, e deslocada horizontalmente, da boia.

Os umbilicais e outros tubos seguem os percursos gerais dos tubos ascendentes e os tubos de ligação em ponte, para carregar energia, dados de controle e outros fluidos.

Em água profunda, uma instalação de superfície tal como um FPSO usualmente terá amarrações dispersas. As amarrações dispersas tipicamente compreendem quatro conjuntos de linhas de amarração (cada con10 junto sendo, digamos, de quatro a seis linhas de amarração) com os conjuntos radiando com um espaçamento angular do FPSO para âncoras tal como estacas de sucção ou estacas de torpedo embutidas no leito do mar.

Em uma disposição amarrada dispersa, um sistema de coluna ascendente está tipicamente acomodado entre os conjuntos vizinhos de Ii15 nhas de amarração do FPSO. O espaço pode ser limitado de modo que em condições extremas, existe um potencial para interferência ou colisão entre as linhas de amarração do FPSO e a boia de suporte de coluna ascendente e/ou os tubos ascendentes.

É necessário assegurar que os sistemas de BSR tenham uma 20 estabilidade suficiente para resistir a um movimento excessivo da boia de suporte de coluna ascendente em condições extremas. A tensão nas amarras criada por flutuação é um fator estabilizante; assim também o são as forças horizontalmente opostas aplicadas na boia pelos tubos ascendentes e em um menor grau pelos tubos de ligação em ponte. Pode também ser pos25 sível aplicar forças de equilíbrio estabilizante adicionais a uma boia, por exemplo, por meio de cabos de estai que estendem para o leito do mar ou para o FPSO ou por interconexões entre boias vizinhas. No entanto, tais medidas adicionais aumentam o custo e pode existir espaço insuficiente para utilizá-las sem introduzir um risco de colisão.

As amarrações convencionais para as boias submarinas caem

em duas categorias, a saber, amarrações de linha frouxa e amarrações de linha esticada. Nas amarrações de linha frouxa as linhas de amarração estão em uma forma de catenária tal como a boia de CALM (amarração de perna de âncora de catenária) mostrada na WO 96/11134. Nas amarrações de linha esticada, os cabos esticados podem ser substancialmente verticais como mostrado na GB 1532246 ou opostos em ângulos substanciais com a vertical como mostrado na GB 2273087.

A US 5639187, US 6780072 e WO 2012/001406 descrevem sistemas de BSR que têm amarrações que compreendem amarras de fio esticado substancialmente verticais. Em cada caso, a boia de suporte é geralmente retangular em vista plana, definindo cantos de 90°, e as amarras es10 tão presas nas paredes laterais externas da boia próximo destes cantos da boia. Geralmente as amarras estão localizadas nos lados da boia para focarem tão distantes quanto possível dos tubos ascendentes e dos tubos de ligação em ponte que estão pendurados de extremidades opostas da boia, de modo a evitar colidir com os tubos.

Por exemplo, a boia descrita na WO 2012/001406 compreende

um membro de suporte de coluna ascendente que define o comprimento da boia entre estas. O membro de suporte de coluna ascendente e o membro de suporte de tubo de ligação em ponte estendem paralelos entre, e ficam ortogonalmente com relação aos, membros laterais paralelos. A boia é amar20 rada por quatro pares de amarras, cada uma compreendendo uma corrente superior conectada com um comprimento central de cabo trançado espiral. Dois destes pares de amarras estão presos a cada membro lateral, com cada par sendo preso próximo de uma respectiva extremidade do membro lateral. As amarras estão todas presas nos membros laterais para dentro do 25 comprimento de boia, como medido entre as extremidades no sentido do comprimento do membro de suporte de coluna ascendente e o membro de suporte de tubo de ligação.

Para atender os requisitos operacionais, é importante que uma boia de suporte de coluna ascendente seja mantida em uma profundidade apropriada e em uma localização e orientação apropriadas dentro da água. É também importante que as amarras cada uma suporte uma parcela apropriada da carga flutuante, apesar das amarras poderem estender diferentemente e imprevisivelmente em uso. Por estas razões, é necessário ter um sistema para ajuste de tensão para equilibrar as cargas nas amarras. A WO 2012/001406, por exemplo, descreve conectores superiores montados sobre os membros laterais que podem servir como dispositivos de tensionamento 5 para as respectivas amarras. Os dispositivos de tensionamento compreendem batentes de corrente que funcionam como mecanismos de catraca que acoplam com os elos das correntes superiores das amarras. Cada conector superior está montado sobre um respectivo pórtico de suspensão que está em balanço de uma parede externa do membro lateral associado da boia.

Deve ser notado que as amarras em um sistema de BSR usual

mente estarão ligeiramente fora da vertical mesmo na ausência de correntes de água inclinando na direção dos tubos ascendentes os quais aplicam uma maior tração horizontal na boia do que os tubos de ligação. Consequentemente, as referências nesta especificação a amarras sendo 'substancialmen15 te verticais' pretendem cobrir os casos onde as amarras assumiriam uma orientação vertical se a boia não fosse sujeita a componentes de forma horizontais tais como correntes de água ou das cargas de tubos de ligação e tubos ascendentes. As referências a 'substancialmente vertical' não pretendem excluir os casos onde as amarras estão fora da vertical meramente co20 mo uma conseqüência de tais componentes de força horizontais atuando sobre a boia, outros como podem ser transmitidos por amarras opostas que estão estas próprias substancialmente fora da vertical como na GB 2273087.

As amarrações de fio frouxo e as amarrações do fio esticado em um ângulo substancial em relação à vertical não são apropriadas para as 25 aplicações de BSR. A excursão da boia precisa ser limitada para limitar a fadiga do oleoduto, o que elimina as amarrações de fio frouxo. Também, como acima notado, a boia de suporte de coluna ascendente e os tubos que esta suporta estão localizados em um espaço congestionado entre as amarrações de FPSO1 oleodutos e umbilicais. Consequentemente, a área ocupa30 da do sistema de amarração de BSR precisa ser tão pequeno quanto possível, com as amarras adotando um ângulo mínimo com a vertical de modo que as fundações recebam principalmente cargas verticais. No entanto, esta configuração é menos eficiente que as amarrações inclinadas esticadas como descrito na GB 2273087, já que esta oferece menos estabilidade a solicitações dinâmicas causadas pelo movimento do mar.

A WO 03/093627 e a WO 03/097990 descrevem boias que su5 portam colunas ascendentes flexíveis. As boias estão ancoradas por amarras de fio esticado substancialmente verticais. Os problemas de estabilidade e excursão são resolvidos por linhas de amarração adicionais dispostas como catenárias. Esta disposição de catenária é dispendiosa já que esta envolve mais linhas de amarração e não pode caber em um espaço submarino 10 congestionado. Problemas similares afligem a US 5480264, a qual utiliza duas ou mais linhas de amarração esticadas, uma estendendo substancialmente verticalmente diretamente para baixo da boia e a(s) outra(s) sendo em um ângulo substancial com a vertical para reduzir a excursão horizontal.

Como será apreciado do sistema de BSR exemplar mostrado na Figura 1 dos desenhos acompanhantes, as orientações relativas de um FPSO e uma boia de suporte de coluna ascendente significa que o rolamento do FPSO tende a excitar o movimento de arfagem da boia ligada no FPSO através de tubos de ligação em ponte. Neste aspecto, a arfagem da boia significa uma rotação ao redor de um eixo geométrico transversal, no sentido de largura paralelo ao membro de suporte de coluna ascendente e ao membro de suporte de tubo de ligação, em oposição ao rolamento da boia o qual seria uma rotação ao redor de um eixo geométrico ortogonal paralelo aos membros laterais. O FPSO rola ao redor de um eixo geométrico longitudinal que estende ao longo de seu casco, cujo eixo geométrico é ortogonal a um eixo geométrico longitudinal da boia que estende na direção de fluxo geral de fluidos através dos tubos de ligação em ponte.

Para evitar os efeitos de ressonância mecânica, a boia de suporte de coluna ascendente está projetada para ter um período de arfagem natural que é substancialmente diferente (geralmente menor do que) do o perí30 odo de rolamento natural do FPSO. Por exemplo, como o período de rolamento natural de um FPSO é tipicamente entre 11 e 13 segundos e mais comumente entre 11,5 e 12,5 segundos, as dimensões da boia podem ser calculadas de modo que o seu período de arfagem natural seja entre 7 e 9 segundos e tipicamente entre 8 e 8,5 segundos.

Se o número de tubos ascendentes suspensos aumentar e/ou o sistema de BSR for utilizado em uma maior profundidade de água de modo 5 que os tubos ascendentes devem ser mais longos, a boia deve suportar uma maior massa suspensa. Neste caso, as dimensões da boia devem ser aumentadas para prover a flutuação necessária adicional para suportar a massa adicional.

Aumentar a massa aparente da boia deste modo aumenta o seu 10 período de arfagem natural quando as amarras estão conectadas em cada extremidade da boia. Isto necessita utilizar um maior número de amarras em cada extremidade da boia ou utilizar amarras maiores de modo a manter o período de arfagem natural da boia abaixo do período de rolamento natural do FPSO. No entanto, aumentar o tamanho e/ou o número de amarras pode 15 levar a maiores problemas no equilíbrio das cargas de tração nas amarras; os projetistas podem até encontrar limites de fabricação sobre o tamanho de amarra.

É em relação a este panorama que a presente invenção foi desenvolvida. A invenção reside em uma boia de suporte de coluna ascenden20 te submarina que compreende um membro de suporte de coluna ascendente e um membro de suporte de tubo de ligação em ponte que estendem geralmente paralelos um ao outro e que definem uma direção no sentido de comprimento que estende entre estas através da boia, em que a boia compreende pontões que estendem no sentido de comprimento além do membro de 25 suporte de coluna ascendente e o membro de suporte de tubo de ligação em ponte, os pontões compreendendo pontos de fixação para conectar as amarras na boia.

Os pontões aumentam o espaçamento entre as amarras para aumentar o braço de alavanca entre as amarras com um aumento mínimo na massa total da boia de suporte de coluna ascendente. Os pontões podem, por exemplo, estender pelo comprimento total da boia por 20% a 50% até os pontos de fixação, e de preferência por 30% a 40%, em relação ao comprimento da boia através do membro de suporte de coluna ascendente e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte.

Em resumo, a invenção resolve o problema de limitar o período de arfagem natural da boia de suporte de coluna ascendente enquanto mi5 nimizando o número e o tamanho das amarras. A invenção obtém isto adicionando pontões estendidos adequadamente localizados nos cantos da boia e realocando os conectores superiores para estes pontões, nos quais as amarras serão conectadas quando da instalação. Os pontões estendidos aumentam o momento rotacional da boia ser adicionar massa aparente à 10 boia no mesmo grau. Consequentemente, o mesmo número de amarras e tamanhos similares de amarras podem ser utilizados como para uma boia de dimensão total menor.

O membro de suporte de coluna ascendente e o membro de suporte de tubo de ligação em ponte estão adequadamente unidos em suas 15 extremidades por membros laterais que estendem na direção de comprimento, em cujo caso os pontões adequadamente também estendem em uma direção de largura além dos membros laterais. Os pontões podem, por exemplo, estender pela largura total da boia por 5% a 20% até os pontos de fixação, e de preferência por 10% a 15%, em relação à largura da boia atra20 vés dos membros laterais.

Dentro do conceito inventivo, a invenção pode ser definida em termos alternativos como uma boia de suporte de coluna ascendente submarina que compreende um membro de suporte de coluna ascendente e um membro de suporte de tubo de ligação em ponte e ainda compreendendo 25 pontões estendidos dispostos para conectar as amarras na boia em respectivos pontos de fixação que estão adicionalmente espaçados no sentido de comprimento do que as extremidades no sentido de comprimento do membro de suporte de coluna ascendente e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte da boia. Correspondentemente, a invenção pode ser ex30 pressa como um método para alterar o comportamento dinâmico de uma boia de suporte de coluna ascendente submarina que compreende prover pontos de fixação de amarras adicionalmente espaçados no sentido de comprimento do que as extremidades no sentido de comprimento do membro de suporte de coluna ascendente e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte da boia.

O conceito inventivo estende para um sistema de coluna ascendente de leito do mar para superfície que compreende uma boia de suporte de coluna ascendente submarina da invenção e amarrações conectadas em pontos de fixação da boia e estendendo na direção do leito do mar.

Como as amarrações não estão mais conectadas nas laterais da boia de suporte de coluna ascendente e assim estão mais próximas dos tu10 bos ascendentes e dos tubos de ligação suspensos das extremidades da boia, os pontões estendidos da invenção poderiam aumentar o risco de colisão entre as amarrações e os tubos ascendentes e os tubos de ligação. O comprimento e a orientação dos pontões estendidos em relação aos membros que definem a forma retangular subjacente da boia devem ser calcula15 dos para evitar a colisão.

Cada pontão está adequadamente inclinado em vista plana em relação a um membro lateral do qual o pontão estende além da extremidade no sentido de comprimento de um membro de suporte de coluna ascendente ou de um membro de suporte de tubo de ligação adjacentes. O ângulo entre 20 o eixo geométrico longitudinal do pontão e o eixo geométrico longitudinal do membro lateral deve ser de preferência de O0 a 45° e mais de preferência deve ser maior do que 20° para evitar a colisão com os tubos ascendentes ou os tubos de ligação em ponte. Mais de preferência o ângulo será entre 25° e 35°. No entanto, é adicionalmente preferido que o ângulo entre os ei25 xos geométricos longitudinais do pontão e do membro lateral não seja maior do que 45°, já que de outro modo o pontão estendido teria menos ou nenhum efeito sobre o período de arfagem natural da boia de suporte de coluna ascendente.

O comprimento de cada pontão ao longo de seu eixo geométrico longitudinal que estende além dos membros nos quais este está preso deve ser suficiente para aumentar o momento rotacional da boia de suporte de coluna ascendente a um grau desejado. No entanto, os pontões não podem ser longos demais já que de outro modo estes poderiam tornar-se pesados demais e assim desvantajosamente aumentar a massa aparente da boia. Tipicamente o comprimento de cada pontão ao longo de seu eixo geométrico longitudinal está entre 3 m e 8 m e de preferência entre 4 m e 7 m, no con5 texto de uma boia que tem 56 m de largura e 40 m de comprimento como um exemplo.

A invenção tem várias vantagens. Esta permite que um sistema de BSR inteiro tenha um melhor comportamento dinâmico total e especificamente ofereça um aumento significativo na vida de fadiga ou resistência do sistema de amarração. Esta também provê uma melhor resposta para o caso de projeto extremo de 'falha de uma amarra' de um sistema de BSR.

A boia de suporte de coluna ascendente da invenção é mais robusta e assim pode melhor acomodar um aumento de carga do que os projetos anteriores. O projeto estrutural da boia é também mais eficiente já que es15 te coloca as amarras mais afastadas dos tanques de lastro principais da boia. Isto significa que menos ou menores tanques de lastro são requeridos para a mesma carga, o que resulta em menor peso estruturai e de tubulação.

A orientação e o comprimento do pontão estendido podem prontamente ser ajustados no estágio de projeto para evitar qualquer colisão potencial entre uma amarra e um tubo ascendente ou tubo de ligação.

Deve ser compreendido que os pontões que projetam horizontalmente são conhecidos serem utilizados em estruturas flutuantes na indústria de óleo e gás offshore, mas que estas utilizações conhecidas não são relevantes para a presente invenção. Tais pontões são convencionalmente 25 utilizados para ancorar as plataformas de perna tensionada ou TLPs', qualquer que seja o tipo de amarração utilizado.

Uma razão para os pontões na técnica anterior é a necessidade de espaço entre as pernas de amarração para acomodar uma cabeça de poço localizada diretamente sob uma TLP. Exemplos estão mostrados na 30 WO 97/29942 e na US 5421676. Na WO 01/62583, os pontões de uma TLP tem o benefício adicional de permitir um espaço suficiente para acrescentar módulos de flutuação adicionais sob a plataforma. Outra forma de TLP está descrita na JP 2010234965 para suportar uma turbina de vento offshore.

A US 6447208 ensina que a flutuação de pontões ou asas flutuantes pode adicionar estabilidade a uma TLP1 mas estes ensinamentos se afastam do problema e da solução que definem a presente invenção.

A US 7854570 descreve uma TLP cujas pernas estão presas a

estacas sem pontões, ensinamento que uma TLP sem pontões tem uma menor área projetada submarina do que uma TLP convencional com pontões. Isto reduz a resposta da TLP a correntes oceânicas e ação de ondas e encurta o seu período natural, permitindo que a TLP seja posicionada em 10 maiores profundidades de água do que uma TLP com pontões. A US 7854570 portanto ensina se afastando da presente invenção sugerindo que os pontões devem ser omitidos e em qualquer caso não é relevante porque um BSR está situado abaixo dos efeitos de ação de ondas.

Em conclusão, e como pode ser deduzido da US 7854570, o 15 modo em que os pontões são utilizados em TLPs não é relevante para os desafios técnicos enfrentados pelos sistemas de BSR. Por exemplo, a estrutura vertical principal da TLP adiciona um momento de rotação adicional que diminui a estabilidade. O projeto de TLP também precisa acomodar o movimento do mar na e próximo da superfície incluindo a zona de respingo. Isto é 20 mitigado nas TLPs utilizando a estrutura dos pontões para prover uma flutuação adicional.

De modo que a invenção seja mais completamente compreendida, referência será agora feita, como exemplo, aos desenhos acompanhantes, nos quais:

Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma instalação de colu

na ascendente para colocar a invenção dentro do contexto, a instalação neste exemplo compreendendo dois sistemas de BSR em conjunto com um único FPSO atracado estendido;

Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma boia de suporte de coluna ascendente de acordo com a invenção;

Figura 3 é uma vista plana esquemática de uma boia de suporte de coluna ascendente de acordo com a invenção; Figura 4 é uma vista plana da boia de suporte de coluna ascendente mostrada na Figura 2;

Figura 5 é uma vista de extremidade da boia de suporte de coluna ascendente mostrada na Figura 2, vista de uma extremidade de ligação em ponte da boia;

Figura 6 é uma vista lateral da boia de suporte de coluna ascendente mostrada na Figura 2;

Figura 7 é uma vista lateral esquemática que mostra as forças que atuam sobre uma boia de suporte de coluna ascendente conhecida na técnica anterior;

Figura 8 é uma vista lateral esquemática que corresponde à Figura 7 mas mostrando as forças que atuam sobre uma boia de suporte de coluna ascendente de acordo com a invenção; e

Figura 9 é uma vista lateral esquemática de um sistema de BSR que inclui uma boia de suporte de coluna ascendente de acordo com a invenção.

A Figura 1 dos desenhos não mostra a invenção como tal mas ao invés explica o seu contexto. Os desenhos restantes mostram as modalidades da invenção com a exceção da Figura 7, a qual mostra uma boia de suporte de coluna ascendente conhecida na técnica anterior. Números iguais são utilizados para as partes iguais onde apropriado.

Referindo primeiramente então à Figura 1 para apreciar o histórico da invenção, um sistema de BSR 10 compreende dois suportes de coluna ascendente 12 neste exemplo, apesar do número de suportes de coluna 25 ascendente 12 seja insignificante para o conceito inventivo. Cada suporte de coluna ascendente 12 compreende uma boia de suporte de coluna ascendente 14, uma fundação de leito do mar 16 e uma disposição de amarras 18 que estende entre a fundação 16 e a boia 14. Cada disposição de amarras 18 compreende oito amarras em quatro pares neste exemplo, mantidas sob 30 tensão pela flutuação da boia 14.

Cada boia 14 suporta um grupo de tubos ascendentes 20 na forma de SCRs que cada uma estende de respectivos PLETs 22 através do leito do mar, através de uma curva arqueada 24 e dali pára ã boia 14. Os tubos ascendentes 20 convergem para cima na direção da boia 14 e cada grupo de tubos ascendentes 20 se espalha através do leito do mar para os PLETs 22.

Cada tubo ascendente 20 comunica com um respectivo tubo de

ligação em ponte 26 que pendura como uma catenária entre a boia 14 e um FPSO 28. O FPSO 28 está atracado com o seu casco estendendo paralelo a um eixo geométrico que contém ambas as boias 14, por meio de que os tubos de ligação 26 conectam a meia nau em um lado do FPSO 28.

Como anteriormente notado, umbilicais e outros tubos 30 geral

mente seguem os percursos dos tubos ascendentes 20 e dos tubos de ligação em ponte 26. Estes umbilicais 30 podem ser distinguidos dos tubos ascendentes 20 na Figura 1 já que estes não terminam em PLETs 22, e como estes têm um menor raio de curva que a curva arqueada 24.

O FPSO 28 mostrado na Figura 1 está atracado estendido com

quatro conjuntos 32 de seis linhas de amarração 34. Novamente, o número de linhas de amarração 34 é insignificante para o conceito inventivo. Dois dos conjuntos 32 de linhas de amarração 34 - um preso próximo de cada extremidade do FPSO 28 - estão mostrados na Figura 1. Será claro que a 20 instalação de coluna ascendente 10 está acomodada tão proximamente entre estes conjuntos 32 vizinhos de linhas de amarração 34 que é desafiador evitar uma interferência entre as linhas de amarração 34 e os suportes de coluna ascendente 12, os tubos ascendentes 20 e os tubos de ligação em ponte 26.

Referindo a seguir às Figuras 2 a 6, uma boia de suporte de co

luna ascendente 14 de acordo com a invenção é geralmente retangular e em vista plana. A boia 14 compreende quatro membros flutuantes que são geralmente vigas retas em vista plana - a saber um membro de suporte de coluna ascendente 36, um membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38 30 e dois membros laterais 40 - os quais juntos circundam uma abertura central retangular 42.

Cada membro 36, 38, 40 é oco e está dividido internamente por anteparas em compartimentos para definir os tanques de lastro. Os tanques de lastro têm uma flutuação ajustável para ajudar na instalação da boia 14 e manter a boia 14 em nível em uso, por exemplo, conforme sucessivos tubos ascendentes 20 são presos na boia 14.

O membro de suporte de coluna ascendente 36 e o membro de

suporte de tubo de ligação em ponte 38 estendem ao longo de eixos geométricos horizontais paralelos, espaçados um do outro e unidos pelos membros laterais 40. Os membros laterais 40 também estendem ao longo de eixos geométricos horizontais paralelos, espaçados um do outro e estendendo 10 ortogonalmente com relação ao membro de suporte de coluna ascendente 36 e ao membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38. A abertura central 42 é definida pelos espaços entre os membros 36, 38, 40.

Os membros 36, 38, 40 têm seções transversais de fundo plano com paredes inferiores dispostas em um plano comum que é substancialmente horizontal quando a boia 14 está em uso.

O membro de suporte de coluna ascendente 36 tem uma seção transversal retangular definida por paredes geralmente planas, a saber uma parede inferior 44, uma parede interna 46, uma parede externa 48 e uma parede superior 50. Cada parede 44, 46, 48, 50 está disposta ortogonalmen20 te com relação às paredes adjacentes da seção transversal. Assim, a parede inferior 44 e a parede superior 50 são substancialmente horizontais e a parede interna 46 e a parede externa 48 são substancialmente verticais quando a boia 14 está orientada para utilização.

O membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38 tem uma 25 seção transversal em um quarto de círculo definida por uma parede inferior plana 52, uma parede interna plana 54 que estende ortogonalmente da parede interna 52 e uma parede superior 56 que é curva convexa em seção transversal. A parede superior 56 curva uniformemente entre o topo da parede interna 54 e a borda externa da parede inferior 52 para suportar os tu30 bos de ligação em ponte 26 e os umbilicais 30.

Os membros laterais 40 cada um tem uma seção transversal retangular definida por paredes geralmente planas, a saber uma parede inferior 58, uma parede interna 60, uma parede externa 62 e uma parede superior 64. Cada parede 58, 60, 62, 64 está disposta ortogonalmente com relação às paredes adjacentes da seção transversal. Assim, a parede inferior 58 é substancialmente horizontal e a parede interna 60 e a parede externa 62 são 5 substancialmente verticais quando a boia 14 está orientada para utilização. A parede superior 64 é horizontal em seção transversal, mas fica em um plano inclinado como será descrito.

A boia 14 tem uma largura definida como a distância horizontal entre as paredes externas 62 dos membros laterais 40, medida paralela ao 10 membro de suporte de coluna ascendente 36 e ao membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38. A boia 14 também tem um comprimento definido como a distância horizontal medida paralela aos membros laterais 40, entre as paredes externa 48 do membro de suporte de coluna ascendente 36 e a borda externa da parede inferior 52 do membro de suporte de tubo de 15 ligação em ponte 38 na sua interseção com a parede superior curva 56.

Neste exemplo não limitante, a largura da boia 14 é de 56 m e o comprimento da boia é de 40 m. Será portanto aparente que o comprimento de uma boia 14 pode ser menor do que a sua largura. Neste sentido, a expressão 'comprimento' segue da direção longitudinal na qual os fluidos fluem 20 em relação à boia 14 através dos tubos ascendentes 20 e dos tubos de ligação em ponte 26.

O membro de suporte de coluna ascendente 36 é muito maior em seção transversal do que o membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38 de modo a prover uma maior flutuação para suportar os tubos as25 cendentes 20 mais pesados. Para aumentar a seção transversal do membro de suporte de coluna ascendente 36 deste modo sem um aumento correspondente no comprimento da boia, o topo do membro de suporte de coluna ascendente 36 é mais alto do que o topo do membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38. Como cada membro lateral 40 coincide com a altura do 30 membro de suporte de coluna ascendente 36 em uma extremidade e a altura do membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38 na extremidade oposta, as paredes superiores 64 dos membros laterais 40 são inclinadas para refletir esta diferença de altura. Consequentemente, os membros laterais 40 são um pouco em forma de cunha em vista lateral, afinando da parede interna 46 do membro de suporte de coluna ascendente 36 para a parede interna 54 do membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38.

Como é bem conhecido na técnica, o membro de suporte de co

luna ascendente 36 carrega uma rede de conectores 66 para conectar os tubos ascendentes 20 nos tubos de ligação em ponte 26. Também, o membro de suporte de coluna ascendente 36 e o membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38 carregam várias estruturas de guia 68 para suportar os 10 tubos de ligação em ponte 26 e os umbilicais 30. Assim suportados os tubos de ligação em ponte 26 e os umbilicais 30 cruzam a parede superior 50 do membro de suporte de coluna ascendente 36, atravessam a abertura central 42 no sentido do comprimento e ondulam através da parede superior 56 do membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38. Dali, os tubos de Iiga15 ção em ponte 26 e os umbilicais 30 iniciam a sua curva de catenária para a superfície.

De acordo com a invenção, pontões 70 projetam de cada canto da boia 14 em vista plana de modo que amarras representadas aqui por correntes superiores 72, prendem na boia 14 através dos pontões 70 em Iocali20 zações externas ao membro de suporte de coluna ascendente 36 e ao membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38, e de preferência também externas aos membros laterais 40. Nesta modalidade, os pontões 70 estendem das extremidades opostas de cada membro lateral 40, além das extremidades no sentido de comprimento do membro de suporte de coluna 25 ascendente 36 e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38 onde a boia 14 é vista de um lado.

Os pontões 70 também expandem para fora em vista plana, cada um ficando em um ângulo agudo α com relação ao eixo geométrico longitudinal do membro lateral 40 associado como mostrado na Figura 3, cujo ângulo é 30 de preferência entre 20° e 45° e mais de preferência entre 25° e 35°. O eixo geométrico longitudinal do membro lateral 40 é paralelo à parede externa 62 do membro lateral 40 neste exemplo, como mostrado esquematicamente na Figura 3. Consequentemente, nesta modalidade, os pontões 70 estendem não somente no sentido de comprimento além do membro de suporte de coluna ascendente 36 e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38 mas também no sentido de largura além dos membros laterais 40.

A Figura 3 também mostra o comprimento L de cada pontão 70

projetando dos membros laterais 40 até os pontos de fixação das correntes superiores 72. Em uma boia típica, como exemplo, L pode estar entre 3 m e 8 m e de preferência entre 4 m e 7 m.

Em vista plana, os pontões 70 são mais estreitos do que os 10 membros 36, 38, 40 de modo a minimizar o seu efeito sobre o peso aparente da boia 14. Por esta razão, os pontões 70 na extremidade de coluna ascendente dos membros laterais 40 são também substancialmente mais baixos em vista lateral do que o membro de suporte de coluna ascendente 36, como será apreciado nas Figuras 2 e 6 especialmente. Os pontões 70 não pre15 cisam ter uma flutuação adicional, apesar disto ser opcional.

Como anteriormente notado, a realocação das amarras para os pontões estendidos 70 reduz o espaço entre as amarras e os tubos ascendentes 20 e os tubos de ligação em ponte 26. Uma série completa de análises no local e de instalação deve ser executada para determinar o compri20 mento Leo ângulo α dos pontões 70 em relação aos membros laterais 40 para cada sistema pretendido ao qual esta solução será aplicada de modo a evitar quaisquer colisões potenciais.

Cada pontão 70 tem paredes laterais verticais paralelas 74 e termina em uma parede de extremidade vertical chanfrada, facetada que 25 compreende uma faceta central 76 que é ortogonal às paredes laterais 74. A faceta central 76 fica entre as facetas externas 78 que, em vista plana, ficam a 45° em relação à faceta central 76 em direções opostas e assim ficam ortogonalmente uma com relação à outra.

Pórticos de suspensão em balanço 80 estendem para fora como prateleiras das facetas externas 78. Os pórticos de suspensão 80 suportam respectivos conectores 82 que estão acoplados com as correntes superiores 72 para aplicar e manter a tensão nas amarras associadas. O comprimento projetante de cada pontão 70 ao longõ de seu eixo geométrico longitudinal é tipicamente entre 3 m e 8 m e de preferência entre 4 m e 7 m. Neste exemplo, incluindo os pórticos de suspensão 80, os pontões 70 aumentam o comprimento total da boia 14 de 56 m para 64,2 m e a largura total da boia 14 de 40 m para 56 m.

Será evidente da vista plana da Figura 4 que as oito amarras todas prendem na boia 14 fora das extremidades no sentido de comprimento do membro de suporte de coluna ascendente 36 e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte 38, distante para fora dos centros de flutuação 10 destes membros 36, 38. Também, quatro das amarras prendem na boia 14 fora das extremidades no sentido de largura dos membros laterais 36, novamente distante para fora dos centros de flutuação destes membros 40.

Será também evidente como cada pontão 70 estende além da forma retangular subjacente da boia 14 definida pelos membros 36, 38, 40.

Avançando paras as Figuras 7 e 8, estas comparam uma boia

de suporte de coluna ascendente 84 da técnica anterior mostrada esquematicamente na Figura 7 e a boia 14 da invenção mostrada esquematicamente na Figura 8. As forças que atuam sobre as respectivas boias 14, 84 são aparentes, como é o espaçamento notadamente aumentado entre as amarras 20 86 na direção do sentido de comprimento na Figura 8 em virtude dos pontões 70, cujo espaçamento atua especialmente para resistir à arfagem da boia 14.

Observando finalmente a Figura 9, esta mostra esquematicamente como a solução da invenção que emprega os pontões estendidos 70 tam25 bém requer um posicionamento apropriado da boia de suporte de coluna ascendente 14 no campo, permitindo um equilíbrio de massa e flutuação apropriado do sistema inteiro e ajustando a tensão nas amarras 86. O posicionamento correto da boia 14 é principalmente definido pelo ajuste de ângulos de azimute apropriados para os tubos de ligação em ponte 26 (β e õ) e para os 30 tubos ascendentes 20 (Φ) e também pelo posicionamento da boia 14 em uma profundidade de água WD que elimina um risco de colisão entre as amarras 86 e os tubos ascendentes 20 e os tubos de ligação em ponte 26. Em conclusão, se os pontões estendidos não fossem utilizados, amarras maiores e mais pesadas ou um maior número de amarras precisariam ser utilizadas para obter um comportamento de arfagem e resistência à fadiga similares para as mesmas dimensões de casco principal da boia e os 5 mesmos movimentos do FPSO. Aumentar o número e o tamanho de amarras deste modo aumentaria significativamente a complexidade de instalação e o custo de um projeto que utiliza um sistema de BSR.

O conceito de pontões estendidos da invenção confere um comportamento dinâmico muito melhor em um sistema de BSR e aperfeiçoa as 10 respostas do sistema em casos de falha extrema e de amarra com um reduzido movimento de boia e uma vida de fadiga aumentada para as amarras, os tubos ascendentes e os tubos de ligação em ponte. Assim, para dadas dimensões de casco principal da boia e para um dado sistema de amarras, o conceito de pontões estendidos vantajosamente limita o período de arfagem 15 da boia e minimiza as cargas flutuantes sobre as amarras, aumentando a sua resistência.

Claims (9)

1. Boia de suporte de coluna ascendente submarina que compreende um membro de suporte de coluna ascendente e um membro de suporte de tubo de ligação em ponte que estendem geralmente paralelos um ao outro e que definem uma direção no sentido de comprimento que estende entre estas através da boia, em que a boia compreende pontões que estendem no sentido de comprimento além do membro de suporte de coluna ascendente e o membro de suporte de tubo de ligação em ponte, os pontões compreendendo pontos de fixação para conectar as amarras na boia.

2. Boia de acordo com a reivindicação 1, em que o membro de suporte de coluna ascendente e o membro de suporte de tubo de ligação em ponte estão unidos em suas extremidades por membros laterais que estendem na direção de comprimento.

3. Boia de acordo com a reivindicação 2, em que os pontões também estendem em uma direção de largura além dos membros laterais.

4. Boia de acordo com a reivindicação 2 ou reivindicação 3, em que os pontões estendem pela largura total da boia por 5% a 20% até os pontos de fixação em relação à largura da boia através dos membros laterais.

5. Boia de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, em que cada pontão tem um eixo geométrico longitudinal que fica em um ângulo α em relação a um eixo geométrico longitudinal de um membro lateral, em que a está na faixa de 20° a 45°.

6. Boia de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que os pontões estendem pelo comprimento total da boia por 20% a 50% até os pontos de fixação em relação ao comprimento da boia através do membro de suporte de coluna ascendente e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte.

7. Boia de suporte de coluna ascendente submarina que compreende um membro de suporte de coluna ascendente e um membro de suporte de tubo de ligação em ponte e ainda compreendendo pontões estendidos dispostos para conectar as amarras na boia em respectivos pontos de fixação que estão adicionalmente espaçados no sentido de comprimento do que as extremidades no sentido de comprimento do membro de suporte de coluna ascendente e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte da boia.

8. Sistema de coluna ascendente de leito do mar para superfície que compreende uma boia de suporte de coluna ascendente submarina de qualquer reivindicação precedente e amarrações conectadas em pontos de fixação da boia e estendendo na direção do leito do mar.

9. Método para alterar o comportamento dinâmico de uma boia de suporte de coluna ascendente submarina, que compreende prover pontos de fixação de amarras adicionalmente espaçados no sentido de comprimento do que as extremidades no sentido de comprimento do membro de suporte de coluna ascendente e do membro de suporte de tubo de ligação em ponte da boia.