BR112012026897A2 - sistema de tensão de riser - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE TENSÃO DE RISER
A presente invenção refere-se a um sistema (10) de tensão de riser que inclui um anel tensor (18) para engate seguro com o riser e uma pluralidade de cilindros hidráulicos (12) que se estendem entre o anel de tensionamento e uma plataforma flutuante.Um mecanismo de suporte pivotável (42) atua entre a plataforma e o riser para permitir que o eixo do riser incline com relação à plataforma flutuante. Um ou mais membros de transferência de torque (38) estendem-se entre o anel de tensionamento e o mecanismo de suporte pivotável e permite(m) movimento axial do anel tensor e do riser com relação à plataforma flutuante
Description
| 7 Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE S TENSÃO DE RISER". , REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELATIVO 2 Este pedido reivindica prioridade do Pedido Provisório U.S. Nó- mero61/325.998 depositado em 20 de Abril de 2010, a descrição do qual está aqui incorporada por referência para todos os propósitos.
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a plataformas flutuantes de óleo e gás offshore, e a um sistema para tensionamento de um riser que estende de uma cabeça de poço submarino para uma plataforma flutuante. O siste- ma inclui uma pluralidade de cilindros hidráulicos os quais controlam a posi- : ção vertical do riser e um mecanismo para transferir o torque de riser para o . Casco. : ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Y 15 Vários tipos de tensionadores têm sido projetados para utilização na indústria de óleo e gás. A Patente U.S. Número 4.039.177 descreve um mecanismo de compensação com um sistema de mola pneumático - hidráu- lico amortecido passivo. A Patente U.S. Número 4.799.827 descreve um tensionador de riser modular, e a Patente U.S. Número 5.160.219 descreve um tensionador de riser da taxa de mola variável. A Patente U.S. Número
4.617.998 descreve um riser com um sistema de frenagem. Outras patentes de interesse incluem as Patentes U.S. Números 3.970.292, 4.004.532,
4.072.190, 4.215.950, 4.616.707, 4.721.053, 4.799.827, 4.828.230,
4.883.387, 4.883.388, 4.892444, 5.020.942, 5.252.004, 5.283.552,
5.244.313, 5.551.803, 5.671.812, 5.846.028, 5.944.111, 6.045.296,
6.585.455, 7.112.011, 7.328.741, 7.329.070, e 7.632.044.
A Patente U.S. Número 4.787.778 descreve um sistema de ten- sionamento de riser com três tensionadores presos articulados em uma su- perfície oca da plataforma de produção e em um anel tensionador. Publica- ções de interesse incluem U.S. 2005/0147473, U.S. 2006/0108121, U.S. 2006/0280560, U.S. 2007/0056739, U.S. 2007/0196182, U.S. 2008/0205992, e U.S. 2009/0145611.
As desvantagens da técnica anterior são superadas pela presen- .- te invenção, um sistema tensionamento de riser aperfeiçoado está daqui em - diante descrito. ' SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um sistema de tensão de riser inclui um anel tensor 18 para en- gate seguro com o riser, uma pluralidade de cilindros hidráulicos 12 cada um estendendo-se entre o anel tensor e a plataforma flutuante, um mecanismo de balanceiro abaixo do anel tensor e que atua entre a plataforma e o riser e permitindo que o eixo do riser incline-se em relação à plataforma flutuante. Um oumaismembros ou suportes de transferência de torque que se esten- dem entre o anel tensor e o mecanismo de balanceiro e permitem um movi- , mento axial do anel tensor e do riser com relação à plataforma flutuante.
. Estas e outras características e vantagens da presente invenção ' ficarão aparentes da descrição detalhada seguinte, em que referência é feita w 15 àsfigurasnos desenhos acompanhantes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Figura 1 ilustra um sistema de tensão de riser de acordo com uma modalidade da invenção e uma porção de um casco. Figura 2 é uma vista lateral do sistema mostrado na Figura 1. Figura 3 é outra vista lateral, parcialmente em seção transversal, do sistema mostrado na Figura 1. Figura 4 é uma vista isométrica de uma porção do sistema mos- trado na Figura 1. Figura 5 é uma vista lateral de um sistema de tensão riser alter- nativo. Figura 6 é outra vista lateral do sistema mostrado na Figura 5. Figura 7 é uma vista em seção transversal através do condutor mostrado na Figura 6. Figura 8 é outra vista, parcialmente em seção transversal do sis- tema de tensão riser mostrado na Figura 5.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS A Figura 1 ilustra uma modalidade de um sistema de tensão 10 para tensionar um riser R que estende de uma plataforma offshore para uma " cabeça de poço submarino. O sistema de tensão está convenientemente - suportado sobre uma porção do casco H da plataforma offshore. - O sistema de tensão 10 inclui uma pluralidade de cilindros 12 circunferencialmente espaçados cada um tendo um eixo geométrico cilíndri- co 13 inclinado em relação ao eixo geométrico central de sistema 15. A ex- tremidade inferior de cada cilindro pode estar presa no casco H, como sub- sequentemente discutido, enquanto que a extremidade de haste 14 está in- terconectada com o anel de tensionamento 18, o qual está convencional- mente em um acoplamento seguro com o riser R. Mais especificamente, a extremidade de haste 14 de cada cilindro 12 está conectada na estrutura de , carga 16, a qual por sua vez está presa no anel de tensionamento 18. Um ou : mais cilindros hidráulicos de fluido pressurizado podem estar providos para ' estender e recuar cada cilindro hidráulico 12. Aqueles versados na técnica W 15 —apreciarão que o sistema de tensionamento como mostrado na Figura 1 tem os seus cilindros 12 em uma posição substancialmente recuada. Os cilindros estendem de modo que o anel de tensionamento 18 e o riser movem para cima com um subconjunto durante a extensão do cilindro.
; Como mostrado nas Figuras 1, 2 e 4, uma pluralidade de hastes 22 circunferencialmente espaçadas estende entre a estrutura de carga 16 e uma estrutura de suporte inferior 18. Cada uma das hastes assim passa a- través de uma abertura em um anel de guia interno 26. O anel interno 26 e o anel externo 24 juntos formam um balanceiro, com o eixo geométrico 32 do anel externo de balanceiro 24 sendo perpendicular ao eixo geométrico 33 (verFigura 2) do anel interno de balanceiro 32. O balanceiro 42 assim com- preende dois anéis montados juntos sobre eixos geométricos perpendicula- res com suportes 38 que estendem radialmente para fora para articulações 40, como mostrado na Figura 4, as quais estão presas no casco H. Cada suporte 38 de preferência gira ao redor das articulações 40, de modo que este possa ser articulado para fora do caminho e maiores objetos passados através da abertura do casco antes de posicionamento dos cilindros como mostrado na Figura 1. Quando posicionados como mostrado na Figura 1 e 4,
os suportes 38 transferem o torque dos mecanismos de balanceiro para o & casco, e transferem as cargas laterais do balanceiro para o casco, por meio - disto centralizando o riser, e assim servem como membros de transferência ' de torque.
A Figura 2 apresenta mais claramente a extremidade inferior de quatro dos cilindros 30 cada um suportado sobre o casco H e as hastes de suporte 22. Na modalidade das Figuras 1 e 2, seis cilindros 12 estão igual- mente espaçados ao redor do riser, e seis haste de suporte são utilizadas para transferir o torque do riser para o casco. Mais ou menos cilindros e/ou hastes de suporte podem ser adequados para algumas aplicações. Cada cilindro 12 está montado articulado no casco pelo mecanismo de articulação : inferior 30.
. A Figura 3 é uma vista em corte transversal do sistema mostrado ' na Figura 1, e ilustra as hastes 22 circunferencialmente espaçadas que pas- x 15 sam através do anel de balanceiro interno 26, o qual inclui membros de des- gastes para facilitar um levantamento e abaixamento suaves nas hastes 22 com respeito ao anel interno. A Figura 3 também ilustra um munhão 34 o qual monta rotativo o rolamento de balanceiro externo ao redor do eixo geo- métrico 32. As extremidades de munhão do anel de balanceiro externo estão assim suportadas sobre a estrutura 38. O munhão para o rolamento de ba- lanceiro interno é perpendicular ao eixo geométrico 32, mas não está visível nesta vista em corte. A Figura 4 é uma vista ilustrativa superior de um sistema mos- trado na Figura 1, e mais especificamente ilustra uma das hastes 22 que passa através do anel de balanceiro interno 26 e estende para baixo sob do anel de balanceiro externo 24 para a estrutura de suporte inferior 28. As has- tes 22 podem ser sólidas em seção transversal, mas de preferência são tu- bulares para reduzir o peso. A Figura 5 é uma vista ilustrativa de um sistema alternativo 10, que inclui um anel de tensionamento 18, cilindros 12 e um mecanismo de balanceiro 42 similares àqueles componentes acima discutidos, Um meca- nismo de balanceiro com eixos geométricos perpendiculares pode estar pro-
vido para inclinar em relação à vertical em qualquer direção dentro do plano & X-Y, similar à modalidade mostrada na Figura 1. Para esta modalidade, a - pluralidade de hastes circunferencialmente espaçadas 22 é eliminada e ] substituída por um único tubular de transferência de torque 44 o qual esten- deda estrutura de carga 16 até a estrutura de suporte inferior enquanto pas- sando através do mecanismo de balanceiro 42. Mais especificamente, o tu- bular 44 e o mecanismo de balanceiro estão rotacionalmente travados juntos pelo acoplamento de superfícies de batente enquanto que fendas que es- tendem axialmente permitem que o anel de tensionamento 18 mova para cimaem relação ao mecanismo de balanceiro 42 quando os cilindros 12 es- tão estendidos.
O tubular 44 serve ao mesmo propósito que as hastes 22. ' Para ambas as modalidades, o balanceiro é desejavelmente estacionário e . não move verticalmente com o anel de tensionamento 18 e o riser, por meio ' disto prevenindo a necessidade de trilhos verticais para transferir o torque paraa plataforma.
Para esta modalidade, o eixo geométrico do anel de ba- lanceiro interno é da mesma elevação que o eixo geométrico do anel de ba- lanceiro externo.
A disposição de balanceiro como mostrado na Figura 2 em que o eixo geométrico de anel interno é perpendicular ao e espaçado do a- nel externo pode ser preferida para facilitar um projeto robusto.
Na modali- dadeda Figura 5, uma estrutura de suporte inferior 28 está levantada acima da extremidade inferior do casco H apresentado quando os cilindros 12 es-
tão estendidos.
Referindo agora à Figura 6, o tubular 44 inclui uma chaveta que projeta radialmente para fora 43 a qual monta dentro de uma fenda alongada correspondente no anel de balanceiro externo 26, o qual, como previamente notado, está conectado rotativo ao casco.
O torque é assim transferido do tubular 44 para o casco através do mecanismo de chaveta e fenda, o que permite à posição axial do tubular 44 e o anel de tensionamento 18 movê-lo verticalmente com relação ao casco quando os cilindros 12 são estendidos.
O mecanismo de balanceiro 42 está conectado no casco, como mostrado mais claramente na Figura 8. A elevação do mecanismo de balanceiro como mostrado na Figura 5 com relação à extremidade inferior dos cilindros 12 desejavelmente reduz o braço de momento entre a estrutura de carga 1I6ea . estrutura de suporte inferior 28, apesar de uma posição de balanceiro mais " baixa como mostrado nas Figuras 1-4 ser preferida em algumas aplicações - devido ao espaço disponível.
A Figura 7 apresenta um corte transversal do riser R no centro do tubular 44, com a chaveta 43 montando dentro de um rasgo de chaveta dentro do mecanismo de balanceiro 42. Os componentes radialmente mais externos 38 como mostrado na Figura 7 são parte da estrutura de suporte para os balanceiros. Rolos 45 presos no anel de balanceiro interno servem paramanter o tubular 44 e assim os risers centralizados dentro do balancei- ro.
Ú A Figura 8 apresenta em seção transversal a modalidade da Fi- . gura 5. Um par de munhões 34 permite que o eixo geométrico tanto do cas- ' co quanto do riser incline ligeiramente, e também incline ao redor de um eixo % 15 geométrico perpendicular ao eixo geométrico mostrado na Figura 8. Com o mecanismo de balanceiro, a inclinação de riser em qualquer direção dentro de 360º é assim permissível, enquanto que o torque sobre o riser é confia- velmente transferido para o casco. O sistema como aqui descrito utiliza os balanceiros para um des- locamento angular entre o riser e a plataforma, e impede que cargas torcio- nais sejam direcionadas através dos cilindros hidráulicos 12 enquanto man- tendo o riser centralizado dentro do compartimento de poço. Os cilindros hidráulicos estão de preferência montados em um ângulo em relação ao ri- ser como mostrado nas figuras anexas, de modo que o anel de tensiona- mento superior possa menor em diâmetro para reduzir o momento de flexão é permitir que o anel de tensionamento passe através de uma mesa rotativa convencional. Fiadas de grande diâmetro ou conectores de amarração po- dem ser passados através do sistema simplesmente destacando a extremi- dade superior dos cilindros e articulando cada cilindro para fora do caminho.
Os cilindros inclinados são inerentemente menos estáveis, o que aumenta os benefícios de acomodar tanto as cargas torcionais quanto as cargas late- rais entre o riser e o casco.
A utilização de uma pluralidade de hastes cilíndricas efetivamen- & te transmite as cargas torcionais do anel de tensionamento através do ba- « lanceiro e para o casco.
Estas hastes também transferem as cargas laterais . do riser para o balanceiro e então para a estrutura, e resistem às cargas de flexãoas quais poderiam ser significativas se um dos cilindros hidráulicos viesse a falhar.
As hastes de transferência de torque proveem suporte e es- tabilização para a disposição de cilindro enquanto permitindo que os cilin- dros movam com relação à plataforma.
Em uma modalidade alternativa, um único tubular de suporte é utilizado circundando o riser para transmitir as cargas torsionais e laterais através do balanceiro e para o casco enquanto permitindo um movimento axial entre o riser e o balanceiro. ' A estrutura de carga 16 serve ao propósito de conectar mecani- ' camente a extremidade de haste de cada cilindro hidráulico com o anel de ' tensionamento enquanto também permitindo um ajuste de modo que todos w 15 os cilindros hidráulicos, quando ativados, movem uniformemente o anel de tensionamento.
O tubular de transferência de torque 44, serve ao mesmo propósito que as hastes 22. Apesar de modalidades específicas da invenção terem sido aqui descritas em alguns detalhes, isto foi feito somente para os propósitos de explicaros vários aspectos da invenção e não é pretendido limitar o escopo da invenção como definido nas reivindicações que segue.
Aqueles versados na técnica compreenderão que a modalidade mostrada e descrita é exem- plar, e várias outras substituições, alterações e modificações, incluindo mas não limitado àquelas alternativas de projeto especificamente aqui discutidas, podem ser feitas na prática da invenção sem afastar do seu escopo.
Claims (19)
- REIVINDICAÇÕES Ú 1. Sistema de tensão de riser para tracionar um riser que se es- 7 tende a partir de uma cabeça de poço submarino para uma plataforma flutu- - ante, o sistema de tensão de riser compreendendo: um anel tensor para engate seguro com o riser; uma pluralidade de cilindros hidráulicos cada um estendendo-se entre o anel tensor e a plataforma flutuante; um mecanismo de balanceiro estacionário com relação à plata- forma flutuante e abaixo do anel tensor, o mecanismo de balanceiro circun- - 10 dando orisere atuando entre a plataforma e o riser e permitindo que o eixo do riser incline-se em relação à plataforma flutuante; e "O um ou mais membros de transferência de torque alongados ra- . dialmente para fora do riser e que se estendem entre o anel tensor e o me- - canismo de balanceiro, o um ou mais membros de transferência de torque . 15 transferindo torque doe riser a partir do anel tensor, através do mecanismo de balanceiro e para a plataforma flutuante, permitindo o movimento axial do anel tensor e do riser com relação à plataforma flutuante.
- 2. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 1, em que cada um da pluralidade de cilindros hidráulicos tem um eixo de cilin- droinclinado com respeito a um eixo central do riser, de tal modo que uma extremidade inferior de cada cilindro encontra-se espaçada radialmente a partir do riser mais do que uma extremidade superior de cada cilindro.
- 3. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 1, em que um ou mais elementos de transferência de torque incluem uma plu- ralidade de hastes suportadas circunferencialmente espaçadas estendendo- se cada através do mecanismo de balanceiro para uma estrutura de suporte inferior para transferir o torque a partir do anel de tensão para a plataforma flutuante.
- 4. Sistema de tensão de riíser, de acordo com a reivindicação 3, compreendendo ainda: um elemento de guia para guiar o movimento de cada um do um ou mais membros de transferência de torque quando os cilindros são esten-
- didos ou retraídos. o 5. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 1, ” em que o um ou mais elementos de transferência de torque compreende(m) . um tubular em torno do riser e interligando o anel tensor e uma estrutura de suporte inferior, cada um do tubular e da plataforma flutuante, incluindo um batente para o acoplamento casado para transferir o torque a partir do anel tensor para a plataforma flutuante.
- 6. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 5, em que um dentre o tubular e o mecanismo de balanceiro é fornecido com " 10 um elemento alongado de chave, e o outro do tubo ou do mecanismo de ba- lanceiro é provido com uma ranhura alongada para acomodar a chave, pro- o porcionando assim a parada de transferência do torque a partir do tubular " para a plataforma flutuante. '
- 7. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 1, 5 15 emque o mecanismo de balanceiro inclui um par de eixos de balanceiro di- ametralmente opostos cada um perpendicular ao outro eixo de balanceiro para acomodar a inclinação do riser em qualquer direção.
- 8. Sistema de tensão de riser para tracionar um riser estenden- do-se a partir de uma cabeça de poço submarino para uma plataforma flutu- ante,osistema de tensão de riser compreendendo: um anel tensor para engate seguro com o riser; uma pluralidade de cilindros hidráulicos cada um tendo um eixo de cilindro inclinado em relação a um eixo central de riser, estendendo-se entre o anel tensor e a plataforma flutuante, de tal modo que uma extremi- dade inferior de cada cilindro encontra-se espaçada radialmente a partir do riser mais do que uma extremidade superior de cada cilindro; um mecanismo de balanceiro estacionário com relação à plata- forma flutuante e abaixo do anel tensor, o mecanismo de balanceiro circun- dando o riser e que atua entre a plataforma e o riser e permitindo que o eixo doriserincline-se em relação à plataforma flutuante, o mecanismo de balan- ceiro incluindo um par de eixos de balanceiro diametralmente opostos cada um perpendicular ao eixo de balanceiro do outro para acomodar a inclinação do riser em qualquer direção, e 7 um ou mais membros de transferência de torque alongados ra- dialmente para fora do riser e que se estendem entre o anel tensor e um . mecanismo de balanceiro, o um ou mais membros de transferência de tor- que transferindo torque do riser a partir do anel tensor através do mecanis- mo de balanceiro e para a plataforma flutuante, permitindo o movimento axi- al do anel tensor e do riser com relação à plataforma flutuante.
- 9. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 8, em que o um ou mais membros de transferência de torque incluem uma plu- - 10 ralidade de hastes suportadas circunferencialmente espaçadas prolongando- se cada uma estendendo-se através do mecanismo de balanceiro para uma o. estrutura de suporte inferior para transferir o torque do anel tensor para a º plataforma flutuante. 7
- 10. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 9, x 15 compreendendo ainda: um membro de guia para guiar o movimento de cada um do um ou mais membros de transferência de torque quando os cilindros são esten- didos ou retraídos.
- 11. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por um ou mais membros de transferência de torque e que compreende um tubular em torno do tubo de subida interligando o anel ten- sor e uma estrutura de suporte inferior, cada um do tubulares e da platafor- ma flutuante, incluindo um batente para o acoplamento casado para transfe- rir o torque do anel tensor para a plataforma flutuante.
- 12. Sistema de tensão de riser, de acordo com a reivindicação 11, em que um dos tubulares e o mecanismo cardan é fornecido com um elemento alongado de chave, e o outro dentre o tubo e o mecanismo cardan está provido de uma ranhura alongada para acomodar a chave, proporcio- nando assim o batente para transferir o torque do tubular para a plataforma flutuante.
- 13. Método de tensão de riser que se estende desde uma cabe- ça de poço submarino para uma plataforma flutuante, o método compreen-dendo: ' suportar um anel tensor com o riser; 7 proporcionar uma pluralidade de cilindros hidráulicos cada um - estendendo-se entre o anel tensor e a plataforma flutuante; posicionar um mecanismo de balanceiro estacionário com rela- ção à plataforma flutuante e abaixo do anel tensor, o mecanismo de balan- ceiro circundando o riser e que atua entre a plataforma e o tubo de subida permitindo o eixo de elevação inclinar em relação à plataforma flutuante; e proporcionar um ou mais membros de transferência de torque - 10 alongados radialmente para fora do riser e que se estendem entre o anel de aperto e um mecanismo cardan, a um ou mais membros de transferência de ..s torque, transferir torque de elevação a partir do anel de aperto, através do ' mecanismo de eixos cardan, para a plataforma flutuante, permitindo o movi- ” mento axial do anel de aperto e a ascendente em relação à plataforma flutu- » 15 ante.
- 14. Método de acordo com a reivindicação 13, em que cada um da pluralidade de cilindros hidráulicos tem um eixo do cilindro inclinado com respeito a um eixo de riser central, de tal modo que uma extremidade inferior de cada cilindro encontra-se espaçada radialmente a partir do riser mais do queuma extremidade superior de cada cilindro.
- 15. Método de acordo com a reivindicação 13, em que os um ou mais membros de transferência de torque inclui uma pluralidade de hastes circularmente espaçadas e apoiadas, cada uma estendendo-se através do mecanismo cardan para uma estrutura de suporte inferior para a transferên- ciadetorquea partir do anel de aperto para a plataforma flutuante.
- 16. Método de acordo com a reivindicação 15, compreendendo adicionalmente: movimentar de forma orientada cada um dentre um ou mais membros de transferência de torque quando os cilindros são estendidos ou retraídos.
- 17. Método de acordo com a reivindicação 13, em que um ou mais membros de transferência de torque compreende(m) um tubular que circunda o riser e interligando o anel tensor e uma estrutura de suporte infe- ] rior, cada um entre o tubular e a plataforma flutuante, incluindo um batente " para o encaixe acoplado para transferir torque a partir do anel tensor para a « plataforma flutuante.
- 18. Método de acordo com a reivindicação 17, em que um dentre o tubular e o mecanismo cardan é fornecido com um elemento alongado de chave, e o outro entre o tubular e o mecanismo cardan está provido de uma ranhura alongada para acomodar a chave, permitindo, assim, transferir o torque do tubular para a plataforma flutuante. ' 10
- 19. Método de acordo com a reivindicação 13, em que o meca- nismo cardan inclui um par de eixos cardan diametralmente opostos cada Ns. um perpendicular ao eixo do outro para acomodar a inclinação do riser em qualquer direção.L
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