BR102014025120B1

BR102014025120B1 - Dispositivo de ancoragem e método para sua instalação

Info

Publication number: BR102014025120B1
Application number: BR102014025120-0A
Authority: BR
Inventors: Isaias Quaresma Masetti; Rogerio Diniz Machado; Marcos Queija De Siqueira; Cipriano José De Medeiros Júnior; Alvaro Maia Da Costa
Original assignee: Petrobras Transporte S/A - Transpetro
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2021-08-31
Also published as: BR102014025120A2

Abstract

DISPOSITIVO DE ANCORAGEM E MÉTODO PARA SUA INSTALAÇÃO. A presente invenção refere-se a um dispositivo de fundação e ancoragem de estruturas oceânicas e a um método para a instalação de tal dispositivo. O dispositivo de ancoragem para estruturas oceânicas compreende uma estaca (1) tendo um corpo tubular com pelo menos duas aletas (2) se estendo desse corpo tubular; um prolongamento (5) tendo um corpo tubular de diâmetro compatível com o diâmetro do corpo tubular da estaca (1) para ser conectado ao topo do corpo tubular da estaca (1); e um martelo (6) que é recebido no prolongamento, o martelo (6) tendo um olhal de conexão (9) em sua porção superior.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]. A presente invenção refere-se a um dispositivo de fundação e ancoragem de estruturas oceânicas e a um método para a instalação de tal dispositivo. Mais, especificamente, a presente invenção refere-se a um dispositivo para ancoragem de estruturas flutuantes de exploração e de produção e escoamento de petróleo e gás.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002]. A ancoragem de embarcações e estruturas flutuantes em águas oceânicas é geralmente feita através de ancoras de arraste, que costumam possuir uma instalação mais simples e uma boa resistência a trações horizontais.

[003]. Entretanto, em algumas áreas da costa brasileira com lâmina d’água rasa, onde são ancoradas unidades de médio e grande porte para exploração, produção e escoamento de petróleo, são encontrados solos marinhos de resistência elevada, ou fundo congestionado com linhas de produção e umbilicais, que muitas vezes impedem ou dificultam a instalação de âncoras de arraste convencionais ou do tipo VLA (vertical load anchor) que, devido a dificuldades de cravação, não desenvolvem seu poder de garra nominal.

[004]. Na impossibilidade de fixação dessas âncoras, outras soluções de ancoragem são utilizadas, tais como: estruturas de gravidade do tipo poita, estacas cravadas ou estacas perfuradas e cimentadas. Na impossibilidade de fixação dessas âncoras, outras soluções de pontos fixos de ancoragem pontuais são utilizadas, tais como: estruturas de gravidade do tipo poita, estacas de sucção, estacas jateadas ou estacas perfuradas e cimentadas.

[005]. As estacas perfuradas e cimentadas são instaladas por plataformas de perfuração de poço de petróleo que têm alto custo de operação enquanto as estruturas de gravidade são limitadas pelo peso elevado e exigem, geralmente, equipamentos especiais para as operações de manuseio e de instalação das estacas, ou, no caso das argilas duras e das areias, a cravação por sucção ou jateamento pode ser inviável.

[006]. Um meio de ancoragem conhecido da técnica é previsto na patente brasileira no. PI9603599-4. Esse documento mostra uma estaca para ancoragem de estruturas flutuantes em águas profundas ou ultra- profundas, onde a estaca compreende um corpo alongado possuindo aletas verticais próximas ao topo, cuja porção tubular do corpo alongado é preenchido com material de alto peso específico. A instalação da estaca é baseada na energia potencial gerada pela sua queda livre, sendo que uma embarcação do tipo AHTS (Anchor Handling Tug Supply Vessel) pode ser utilizada. Embora essa solução seja interessante para ancoragem em águas profundas, apresenta limitações para cravação em solos marinhos de resistência elevada.

[007]. Outro meio de ancoragem conhecido é descrito no pedido de patente brasileiro no. PI 0405799-6, que mostra uma estaca compreendendo um corpo dotado de aletas, cuja extremidade superior compreende duas placas providas de abas capazes de aumentar o poder de garra da estaca. A estaca é instalada por gravidade, sendo que é realizado um pequeno arrancamento após a cravação para que as abas possam atuar como desejado.

[008]. Assim, embora o meio de ancoragem do PI 04057799-6 seja uma solução aperfeiçoada em relação à técnica anterior, ela ainda exige um método de instalação próprio para seu funcionamento aperfeiçoado.

[009]. Ainda outro meio de ancoragem conhecido é o da patente norte- americana no. US 6,941,885, que mostra uma âncora de cravação por gravidade e seu método de instalação, onde a solução técnica proposta compreende um acessório rotativo de linha de ancoragem que auxilia a instalação.

[0010]. Apesar dos desenvolvimentos da tecnologia, ainda há na técnica a necessidade de um dispositivo para ancoragem pontual de estruturas flutuantes de exploração e produção e escoamento de petróleo e gás instalado com procedimentos de baixo custo, preferencialmente utilizando barcos de manuseio de âncoras (AHTS).

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0011]. Assim, é um objetivo da presente invenção proporcionar um dispositivo de ancoragem para estruturas oceânicas que permita a instalação com procedimentos de baixo custo, preferencialmente utilizando barcos de manuseio de âncoras (AHTS).

[0012]. É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um dispositivo de ancoragem para estruturas oceânicas que dê estabilidade e confiabilidade durante os procedimentos de instalação e cravação.

[0013]. É ainda outros dos objetivos da presente invenção proporcionar um método de instalação de dispositivo de ancoragem que tenha baixo custo e que permita uma instalação confiável, fácil e simples.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0014]. A presente invenção atinge esses e outros objetivos por meio de um dispositivo de ancoragem para estruturas oceânicas que compreende uma estaca tendo um corpo tubular com pelo menos duas aletas se estendo desse corpo tubular. O dispositivo compreende ainda um prolongamento tendo um corpo tubular de diâmetro compatível com o diâmetro do corpo tubular da estaca para ser conectado ao topo do corpo tubular da estaca; e um martelo que é recebido no prolongamento, o martelo tendo um olhai de conexão em sua porção superior.

[0015]. Assim, para a cravação do dispositivo, o martelo desliza dentro do prolongamento. Além disso, em uma modalidade da presente invenção, o prolongamento e o martelo e a velocidade desse conjunto fazem com que o mesmo seja parcialmente cravado no solo marinho, permitindo a estabilidade do dispositivo na posição vertical.

[0016]. Na concretização preferida da presente invenção, o prolongamento é dotado, próximo à extremidade superior, de olhais para a conexão de cabos de auxilio de instalação.

[0017]. Em uma concretização da presente invenção, o dispositivo de ancoragem compreende uma estrutura de guia de instalação compreendendo uma estrutura treliçada formada por barras tubulares, com um tubo central para recebimento da estaca.

[0018]. Assim, a estrutura guia auxilia os procedimentos de instalação e cravação do dispositivo de ancoragem.

[0019]. Em outra concretização da presente invenção, a instalação é feita com o uso de um bate estaca hidráulico, e o dispositivo de ancoragem compreende uma estrutura guia - formada pela união das duas estruturas de trenó - configurada para receber o bate estaca hidráulico.

[0020]. Preferencialmente, as estruturas de trenó são unidas por braçadeiras.

[0021]. A estrutura que receberá o bate-estaca é dimensionada para suportar os esforços de arraste no piso da embarcação, as passagens no rolo de popa e a vibração durante a cravação, dando confiabilidade e eficiência ao processo de instalação.

[0022]. A presente invenção também proporciona um método de instalação do dispositivo de ancoragem da presente invenção no leito marinho. O método compreende, preferencialmente, as etapas de: - inserir o martelo no prolongamento da estaca; - conectar pelo menos uma amarra ao olhai do prolongamento; - conectar pelo menos uma corrente ao olhai do martelo; - descer o dispositivo de ancoragem até o leito marinho; - desconectar a amarras do prolongamento; - proceder a cravação da estaca através do uso do martelo, fazendo com que o martelo deslize no interior do prolongamento; e - retirar o martelo do dispositivo de ancoragem. Quando o dispositivo de ancoragem compreende a estrutura de guia compreendendo uma estrutura treliçada, o método compreende ainda as etapas de: - conectar a estrutura guia ao dispositivo de ancoragem antes de descer o - dispositivo de ancoragem ao leito marinho; e - retirar a estrutura guia do dispositivo de ancoragem após a cravação da estaca. Quando o dispositivo de ancoragem compreende uma estrutura guia formada pela união dos duas estruturas de trenó configuradas para receber um bate estaca hidráulico, o método compreende ainda as etapas de: - montar o dispositivo de ancoragem na estrutura guia antes de descer o dispositivo de ancoragem ao leito marinho; e - retirar a estrutura guia do dispositivo de ancoragem após a cravação da estaca.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023]. A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais:

[0024]. A Figura 1A é uma vista frontal do dispositivo de ancoragem de acordo com uma primeira concretização da presente invenção;

[0025]. A Figura 1B é uma vista lateral do dispositivo de ancoragem de acordo a primeira concretização da presente invenção;

[0026]. A Figura 2A é uma frontal do dispositivo de ancoragem de acordo com uma segunda concretização da presente invenção;

[0027]. A Figura 2B é uma vista lateral do dispositivo de ancoragem de acordo a segunda concretização da presente invenção;

[0028]. A Figura 3 é uma vista em perspectiva frontal do dispositivo de ancoragem da presente invenção, com o prolongamento conectado à estaca;

[0029]. A Figura 4 é uma vista em perspectiva frontal do martelo componente do dispositivo de ancoragem da presente invenção;

[0030], A Figura 5 é uma vista em perspectiva frontal da estrutura guia componente do dispositivo de ancoragem da presente invenção;

[0031]. A Figura 6 é uma vista esquemática da instalação do dispositivo de ancoragem de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0032]. A Figura 7 é outra vista esquemática da instalação do dispositivo de ancoragem de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0033]. A Figura 8 é uma vista em perspectiva de um trenó da estrutura de guia do dispositivo de ancoragem de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0034]. A Figura 9 é uma vista em perspectiva da estrutura de guia do dispositivo de ancoragem de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0035]. A Figura 9a é uma vista frontal da estrutura de guia mostrada na figura 9;

[0036]. A Figura 10 é uma vista esquemática mostrando a instalação do dispositivo de ancoragem de acordo com uma concretização da invenção com o uso de uma embarcação do tipo AHTS;

[0037]. A Figura 11 é uma vista esquemática mostrando a instalação do dispositivo de ancoragem com outra concretização da invenção com o uso de uma embarcação do tipo AHTS; e

[0038]. A Figura 12 é uma vista esquemática mostrando a instalação do dispositivo de ancoragem com outra concretização da invenção com o uso de uma embarcação do tipo AHTS.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0039]. O dispositivo de ancoragem da presente invenção compreende uma estaca 1, com um corpo tubular, dotada de pelo menos duas aletas 2 e pelo menos um olhai de conexão 3 para conexão de correntes ou amarras de ancoragem 4.

[0040]. As aletas 2 são preferencialmente dispostas em um plano fora do plano dos olhais de conexão 3.

[0041]. As Figuras 1A e 1B mostram uma concretização da presente invenção em que a estaca 1 compreende duas aletas 2, e as Figuras 2A e 2B mostram outra concretização da presente invenção, onde a estaca 1 compreende três aletas 2.

[0042]. As aletas 2 são preferencialmente soldadas na lateral do corpo tubular da estaca 1, e tem como finalidade proporcionar uma capacidade de carga elevada para uma estaca de comprimento curto.

[0043]. O olhai de conexão 3 é preferencialmente um olhai de seção variável, que pode ser fundido ou forjado. Deve ser entendido por olhai de “seção variável” como um olhai de forma tal que permita que permita a carga de ancoragem seja aplicada em qualquer direção.

[0044]. A figura 3 mostra a estaca 1 com um prolongamento 5 disposto no topo de seu corpo tubular. Embora a figura 1 mostre o prolongamento em uma estaca com três aletas, deve ser notado que estaca de duas ou mais aletas poderiam ser igualmente utilizadas.

[0045]. O prolongamento 5 compreende um corpo tubular de diâmetro compatível com o diâmetro do corpo tubular da estaca 1, e ficará acima do solo quando da instalação da estaca no solo submarino. O prolongamento 5 destina-se a receber um martelo 6, mostrado na figura 4. Preferencialmente, o corpo do prolongamento 5 é dotado, próximo à extremidade superior, de olhais 7 para a conexão de cabos de auxilio de instalação.

[0046]. O martelo 6 compreende uma estrutura delgada formada por placas alongadas conectadas em uma configuração em X, em cuja extremidade de topo é previsto um olhai 9.

[0047]. Em uma concretização da presente invenção, o peso do dispositivo de ancoragem compreendendo a estaca 1, o prolongamento 5 e o martelo 6 e a velocidade desse conjunto fazem com que o mesmo seja parcialmente cravado no solo marinho, permitindo a estabilidade do dispositivo na posição vertical.

[0048]. Conforme ilustrado na figura 11, com essa concretização, o dispositivo de ancoragem pode ser instalado utilizando um embarcação de manuseio de âncora (conhecida como AHTS) 8, sendo que o conjunto é descido para o leito marinho através de dois cabos ou amarras o conectados aos olhais 7 do prolongamento 5 e a uma placa triangular 10. Uma corrente 11 também é utilizada, sendo que tal corrente é conectada ao olhai 9 do topo do martelo 6 e à placa triangular 10.

[0049]. A presente invenção pode compreender uma estrutura de guia 12 para facilitar as operações de inserção e cravação da estaca 1.

[0050]. Na concretização mostrada nas figuras 5 e 12, a estrutura guia 12 compreende uma estrutura treliçada formada por barras tubulares, com um tubo central 12a para recebimento da estaca. Preferencialmente, o tubo central 12a é dotado de rasgos longitudinais para encaixe das aletas e do olhai.

[0051]. Conforme ilustrado na figura 12, e similarmente ao descrito em relação à figura 11, para a instalação da estaca, o conjunto é descido para o leio marinho através de dois cabos ou amarras o conectados aos olhais 7 do prolongamento 5 e a uma placa triangular 10. Uma corrente 11 também é utilizada, sendo que tal corrente é conectada ao olhai 9 do topo do martelo 6 e à placa triangular 10.

[0052]. Preferencialmente, olhais 7 são confeccionados com barras redondas, de modo a permitir o giro do conjunto na passagem pelo rolo de popa da embarcação 8. Após esse assentamento, os cabos de manuseio serão desconectados dos olhais 7 e será procedida a cravação da estaca. Nesta concretização, a estaca pode ser dotada de uma guia em forma de funil para facilitar o encaixe da estrutura submarina que será apoiada na estaca.

[0053]. Deve ser notado que o prolongamento 5 duas importantes funções: permitir o deslizamento do martelo 6 para cravação e servir como receptáculo dos elementos da estrutura submarina. Após a cravação da estaca 1, é procedida a retirada do martelo 6 que é recolhido para a embarcação de instalação.

[0054]. As figuras 6 a 9 mostram uma concretização da presente invenção onde a cravação da estaca é feita com a utilização de bate- estacas hidráulicos convencionais 13 operados por embarcações de manuseio de âncora (AHTS) 14, lançando-se e recuperando-se o bate- estacas pelo rolo de popa 15 da embarcação, como mostrado nas figuras.

[0055]. Nessa concretização da presente invenção, uma estrutura guia 16 é utilizada para permitir as passagens do bate-estaca 13 pelo rolo de popa 15 sem danos na estrutura deste bate-estaca.

[0056]. A estrutura guia 16 de acordo com essa concretização, é uma estrutura em dois trenós 16’, melhor ilustrado na figuras 8. A estrutura 16 receberá o bate-estaca 13, e é dimensionada para suportar os esforços de arraste no piso da embarcação, as passagens no rolo de popa e a vibração durante a cravação. A montagem do conjunto bate- estaca/estrutura é feita com a união dos dois trenós 16’ que compõem a estrutura 16 através das braçadeiras 17. As braçadeiras 17 são preferencialmente aparafusadas após o assentamento do bate-estaca 13 no primeiro trenó 16’ (figura 8) e a colocação do segundo trenó sobre o bate-estaca 13. Se for conveniente para a operação de cravação da estaca 1, ela pode ser pré-inserida no bate-estaca 13 como mostra a figura 8, o que evita as operações de assentamento da estaca no leito marinho e de encaixe do bate-estaca 13 no topo da estaca 1 a ser cravada.

[0057]. Similarmente ao descrito em relação às figuras 11 e 12, cabos 18 e placa triangular 19 podem ser utilizados para a instalação.

[0058]. Tendo sido descritos exemplos de concretizações da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Dispositivo de ancoragem para estruturas oceânicas que compreende uma estaca (1) tendo um corpo tubular com pelo menos duas aletas (2) se estendo desse corpo tubular, o dispositivo sendo caracterizado pelo fato de que compreende ainda: - um prolongamento (5) tendo um corpo tubular de diâmetro compatível com o diâmetro do corpo tubular da estaca (1) para ser conectado ao topo do corpo tubular da estaca (1); e - um martelo (6) que é recebido no prolongamento, o martelo (6) tendo um olhai de conexão (9) em sua porção superior.

2. Dispositivo de ancoragem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o prolongamento (5) é dotado, próximo à extremidade superior, de olhais (7) para a conexão de cabos de auxilio de instalação.

3. Dispositivo de ancoragem, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura de guia (12) de instalação, a estrutura de guia (12) compreendendo uma estrutura treliçada formada por barras tubulares, com um tubo central (12a) para recebimento da estaca (1).

4. Dispositivo de ancoragem, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura guia (16) formada pela união dos duas estruturas de trenó (16’), a estrutura guia sendo configurada para receber um bate estaca hidráulico (13).

5. Dispositivo de ancoragem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as estruturas de trenó (16’) são unidas por braçadeiras (17).

6. Método de instalação de um dispositivo de ancoragem no leito marinho, o dispositivo de ancoragem compreendendo uma estaca (1) tendo um corpo tubular com pelo menos duas aletas (2) se estendo desse corpo tubular, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende: - dotar a estaca com um prolongamento (5) tendo um corpo tubular de diâmetro compatível com o diâmetro do corpo tubular da estaca (1), o prolongamento compreendendo pelo menos um olhai (7) na porção superior de seu corpo tubular; - inserir um martelo (6) no prolongamento, o martelo (6) tendo um olhai de conexão (9) em sua porção superior; - conectar pelo menos uma amarra ao olhai (7) do prolongamento (5); - conectar pelo menos uma corrente ao olhai (9) do martelo (6); - descer o dispositivo de ancoragem até o leito marinho; - desconectar a amarras do prolongamento (5); - proceder a cravação da estaca (1) através do uso do martelo (6), fazendo com que o martelo (6) deslize no interior do prolongamento (5); e - retirar o martelo (6) do dispositivo de ancoragem.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de ancoragem compreende uma estrutura de guia compreendendo uma estrutura treliçada formada por barras tubulares, com um tubo central (12a) para recebimento da estaca (1), o método compreendendo ainda as etapas de: - conectar a estrutura guia ao dispositivo de ancoragem antes de descer o dispositivo de ancoragem ao leito marinho; e - retirar a estrutura guia do dispositivo de ancoragem após a cravação da estaca.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de ancoragem compreende uma estrutura guia (16) formada pela união dos duas estruturas de trenó (16’), a estrutura guia sendo configurada para receber um bate estaca hidráulico (13), o método compreendendo ainda as etapas de: - montar o dispositivo de ancoragem na estrutura guia (16) antes de descer o dispositivo de ancoragem ao leito marinho; e - retirar a estrutura guia do dispositivo de ancoragem após a cravação da estaca.