BR112012026897B1 - Sistema e método 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
[001] Este pedido reivindica prioridade do Pedido Provisório U.S. Número 61/325.998 depositado em 20 de Abril de 2010, a descrição do qual está aqui incorporada por referência para todos os propósitos.
[002] 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 sistema inclui uma pluralidade de cilindros hidráulicos os quais controlam a posição vertical do riser e um mecanismo para transferir o torque de riser para o casco.
[003] Vários tipos de tensionadores têm sido projetados para uti lização 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 - hidráulico 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 Paten- tes U.S. Números 3.970.292, 4.616.707, 4.721.053, 4.799.827, 4.892.444, 5.020.942, 5.252.004, 5.671.812, 5.846.028, 5.944.111, 7.328.741, 7.329.070, e 7.632.044.
[004] A Patente U.S. Número 4.787.778 descreve um sistema de tensionamento de riser com três tensionadores presos articulados em uma superfície oca da plataforma de produção e em um anel tensio- nador. Publicações 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.
[005] As desvantagens da técnica anterior são superadas pela presente invenção, um sistema tensionamento de riser aperfeiçoado está daqui em diante descrito.
[006] Um sistema de tensão de riser inclui um anel tensor 18 para engate 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 ou mais membros ou suportes de transferência de torque que se estendem entre o anel tensor e o mecanismo de balanceiro e permitem um movimento axial do anel tensor e do riser com relação à plataforma flutuante.
[007] Estas e outras características e vantagens da presente in venção ficarão aparentes da descrição detalhada seguinte, em que referência é feita às figuras nos desenhos acompanhantes.
[008] Figura 1 ilustra um sistema de tensão de riser de acordo com uma modalidade da invenção e uma porção de um casco.
[009] Figura 2 é uma vista lateral do sistema mostrado na Figura 1.
[010] Figura 3 é outra vista lateral, parcialmente em seção trans versal, do sistema mostrado na Figura 1.
[011] Figura 4 é uma vista isométrica de uma porção do sistema mostrado na Figura 1.
[012] Figura 5 é uma vista lateral de um sistema de tensão riser alternativo.
[013] Figura 6 é outra vista lateral do sistema mostrado na Figura 5.
[014] Figura 7 é uma vista em seção transversal através do con dutor mostrado na Figura 6.
[015] Figura 8 é outra vista, parcialmente em seção transversal do sistema de tensão riser mostrado na Figura 5.
[016] 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.
[017] O sistema de tensão 10 inclui uma pluralidade de cilindros 12 circunferencialmente espaçados cada um tendo um eixo geométri-cocilíndrico 13 inclinado em relação ao eixo geométrico central de sistema 15. A extremidade inferior de cada cilindro pode estar presa no casco H, como subsequentemente discutido, enquanto que a extremidade de haste 14 está interconectada com o anel tensor 18, o qual está convencionalmente 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 tensor 18. Um ou mais cilindros hidráulicos de fluido pressurizado podem estar providos para estender e recuar cada cilindro hidráulico 12. Aqueles versados na técnica apreciarão que o sistema de tensio- namento como mostrado na Figura 1 tem os seus cilindros 12 em uma posição substancialmente recuada. Os cilindros estendem de modo que o anel tensor 18 e o riser movem para cima com um subconjunto durante a extensão do cilindro.
[018] 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 através 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 (ver Figura 2) do anel interno de balanceiro 32. O balanceiro 42 assim compreende dois anéis montados juntos sobre eixos geométricos perpendiculares 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.
[019] A Figura 2 apresenta mais claramente a extremidade inferi or 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 igualmente espaçados ao redor do riser, e seis haste de suportesão 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.
[020] A Figura 3 é uma vista em corte transversal do sistema mostrado na Figura 1, e ilustra as hastes 22 circunferencialmente espaçadas que passam através do anel de balanceiro interno 26, o qual inclui membros de desgastes 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 geométrico 32. As extremidades de munhão do anel de balanceiro externo estão assim suportadas sobre a estrutura 38. O munhão para o rolamento de balanceiro interno é perpendicular ao eixo geométrico 32, mas não está visível nesta vista em corte.
[021] A Figura 4 é uma vista ilustrativa superior de um sistema mostrado 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 hastes 22 podem ser sólidas em seção transversal, mas de preferência são tubulares para reduzir o peso.
[022] A Figura 5 é uma vista ilustrativa de um sistema alternativo 10, que inclui um anel tensor 18, cilindros 12 e um mecanismo de balanceiro 42 similares àqueles componentes acima discutidos. Um mecanismo de balanceiro com eixos geométricos perpendiculares pode estar provido 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 estende da estrutura de carga 16 até a estrutura de suporte inferior enquanto passando através do mecanismo de balanceiro 42. Mais especificamente, o tubular 44 e o mecanismo de balanceiro estão rotacionalmente travados juntos pelo acoplamento de superfícies de batente enquanto que fendas que estendem axialmente permitem que o anel tensor 18 mova para cima em relação ao mecanismo de balanceiro 42 quando os cilindros 12 estão 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 tensor 18 e o riser, por meio disto pre- venindo a necessidade de trilhos verticais para transferir o torque para a plataforma. Para esta modalidade, o eixo geométrico do anel de balanceiro interno é da mesma elevação que o eixo geométrico do anel de balanceiro externo. A disposição de balanceiro como mostrado na Figura 2 em que o eixo geométrico de anel interno é perpendicular ao e espaçado do anel externo pode ser preferida para facilitar um projeto robusto. Na modalidade da Figura 5, uma estrutura de suporte inferior 28 está levantada acima da extremidade inferior do casco H apresentado quando os cilindros 12 estão estendidos.
[023] 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 a posição axial do tubular 44 e o anel tensor 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 16 e a 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.
[024] 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 para manter o tubular 44 e assim os risers centralizados dentro do balanceiro.
[025] A Figura 8 apresenta em seção transversal a modalidade da Figura 5. Um par de munhões 34 permite que o eixo geométrico tanto do casco quanto do riser incline ligeiramente, e também incline ao redor de um eixo geométrico perpendicular ao eixo geométrico mostrado na Figura 8. Com o mecanismo de balanceiro, a inclinação de riser em qualquer direção dentro de 360° é assim permissível, enquanto que o torque sobre o riser é confiavelmente transferido para o casco.
[026] O sistema como aqui descrito utiliza os balanceiros para um deslocamento angular entre o riser e a plataforma, e impede que cargas torcionais sejam direcionadas através dos cilindros hidráulicos 12 enquanto mantendo o riser centralizado dentro do compartimento de poço. Os cilindros hidráulicos estão de preferência montados em um ângulo em relação ao riser como mostrado nas figuras anexas, de modo que o anel tensor superior possa menor em diâmetro para reduzir o momento de flexão é permitir que o anel tensor passe através de uma mesa rotativa convencional. Fiadas de grande diâmetro ou conectores de amarração podem ser passados através do sistema simplesmente destacando a extremidade 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 laterais entre o riser e o casco.
[027] A utilização de uma pluralidade de hastes cilíndricas efeti vamente transmite as cargas torcionais do anel tensor através do balanceiro 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 flexão as quais poderiam ser significativas se um dos cilindroshidráulicos viesse a falhar. As hastes de transferência de torque proveem suporte e estabilização para a disposição de cilindro en- quanto permitindo que os cilindros 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.
[028] A estrutura de carga 16 serve ao propósito de conectar me canicamente a extremidade de haste de cada cilindro hidráulico com o anel tensor enquanto também permitindo um ajuste de modo que todos os cilindros hidráulicos, quando ativados, movem uniformemente o anel tensor. O tubular de transferência de torque 44, serve ao mesmo propósito que as hastes 22.
[029] Apesar de modalidades específicas da invenção terem sido aqui descritas em alguns detalhes, isto foi feito somente para os propósitos de explicar os 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 exemplar, 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 (12)
1. Sistema de tensão de riser (10) para tracionar um riser (R) que se estende a partir de uma cabeça de poço submarino para uma plataforma flutuante, o sistema de tensão de riser (10) compreendendo: um anel tensor (18) para engate seguro com o riser (R); uma pluralidade de cilindros hidráulicos (12) cada um estendendo-se entre o anel tensor (18) e a plataforma flutuante, caracterizadopor: um mecanismo de balanceiro estacionário (42) com relação à plataforma flutuante e abaixo do anel tensor (18), o mecanismo de balanceiro (42) circundando o riser (R) e atuando entre a plataforma e o riser e permitindo que o eixo do riser incline-se em relação à plataforma flutuante, em que o mecanismo de balanceiro (42) compreende um anel interno (26) tendo um primeiro eixo (33) e um anel externo (24) tendo um segundo eixo (32), em que o primeiro eixo (33) é perpendicular ao segundo eixo (32), em que o mecanismo de balanceiro (42) acomoda a inclinação do riser (R) em qualquer direção; e um ou mais membros de transferência de torque alongados (22, 44) radialmente para fora do riser e que se estendem entre o anel tensor (18) e o mecanismo de balanceiro (42), o um ou mais membros de transferência de torque (22, 44) transferindo torque doe riser a partir do anel tensor (18), através do mecanismo de balanceiro (42) e para a plataforma flutuante, permitindo o movimento axial do anel tensor (18) e do riser (R) com relação à plataforma flutuante.
2. Sistema de tensão de riser (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de cilindros hidráulicos (12) tem um eixo de cilindro (13) inclinado com respeito a um eixo central do riser (15), de tal modo que uma extremidade inferior de cada cilindro (12) encontra-se espaçada radialmente a partir do riser mais do que uma extremidade superior de cada cilindro (12).
3. Sistema de tensão de riser (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou mais elementos de transferência de torque (22, 44) incluem uma pluralidade de hastes (22) suportadas circunferencialmente espaçadas estendendo-se cada através do mecanismo de balanceiro (42) para uma estrutura de suporte (28) inferior para transferir o torque a partir do anel de tensão (18) para a plataforma flutuante.
4. Sistema de tensão de riser (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda: um elemento de guia para guiar o movimento de cada um do um ou mais membros de transferência de torque (22) quando os cilindros (12) são estendidos ou retraídos.
5. Sistema de tensão de riser (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais elementos de transferência de torque (22, 44) compreende(m) um tubular (44) em torno do riser (R) e interligando o anel tensor (18) e uma estrutura de suporte inferior (28), cada um do tubular e da plataforma flutuante, incluindo um batente para o acoplamento casado para transferir o torque a partir do anel tensor (18) para a plataforma flutuante.
6. Sistema de tensão de riser (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um dentre o tubular (44) e o mecanismo de balanceiro (42) é fornecido com um elemento alongado de chave (43), e o outro do tubular (44) ou do mecanismo de balanceiro (42) é provido com uma ranhura alongada para acomodar a chave (43), proporcionando assim a parada de transferência do torque a partir do tubular (44) para a plataforma flutuante.
7. Método de tensão de riser (R) que se estende desde uma cabeça de poço submarino para uma plataforma flutuante, o mé- todo compreendendo: suportar um anel tensor (18) com o riser (R); proporcionar uma pluralidade de cilindros hidráulicos (12) cada um estendendo-se entre o anel tensor e a plataforma flutuante, caracterizado por: posicionar um mecanismo de balanceiro estacionário (42) com relação à plataforma flutuante e abaixo do anel tensor (18), o mecanismo de balanceiro (42) circundando o riser (R) abaixo do anel tensor (18) e que atua entre a plataforma e o tubo de subida permitindo o eixo de elevação inclinar em relação à plataforma flutuante, em que o mecanismo de balanceiro (42) compreende um anel interno (26) tendo um primeiro eixo (33) e um anel externo (24) tendo um segundo eixo (32), em que o primeiro eixo (33) é perpendicular ao segundo eixo (32), em que o mecanismo de balanceiro (42) acomoda a inclinação do riser (R) em qualquer direção; e proporcionar um ou mais membros de transferência de torque (22, 44) alongados radialmente para fora do riser (R) e que se estendem entre o anel tensor (18) e um mecanismo de balanceiro (42), o um ou mais membros de transferência de torque (22, 44) transferindo torque do riser do anel tensor (18) através do mecanismo de balanceiro (42) e para a plataforma flutuante enquanto permite o movimento axial do anel tensor (18) e o riser (R) em relação à plataforma flutuante.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de cilindros hidráulicos (12) tem um eixo do cilindro (13) inclinado com respeito a um eixo de riser central, de tal modo que uma extremidade inferior de cada cilindro (12) encontra-se espaçada radialmente a partir do riser (R) mais do que uma extremidade superior de cada cilindro (12).
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os um ou mais membros de transferência de torque (22, 44) inclui uma pluralidade de hastes (22) circularmente espaçadas e apoiadas, cada uma estendendo-se através do mecanismo de balanceiro (42) para uma estrutura de suporte inferior (28) para a transferência de torque a partir do anel tensor (18) para a plataforma flutuante.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: movimentar de forma orientada cada um dentre um ou mais membros de transferência de torque (22) quando os cilindros (12) são estendidos ou retraídos.
11. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um ou mais membros de transferência de torque (22, 44) compreende(m) um tubular (44) que circunda o riser (R) e interligando o anel tensor (18) e uma estrutura de suporte inferior (28), cada um entre o tubular (44) e a plataforma flutuante, incluindo um batente para o encaixe acoplado para transferir torque a partir do anel tensor (18) para a plataforma flutuante.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracteriza-dopelo fato de que um dentre o tubular (44) e o mecanismo de balanceiro (42) é fornecido com um elemento alongado de chave (43), e o outro entre o tubular (44) e o mecanismo de balanceiro (42) está provido de uma ranhura alongada para acomodar a chave (43), permitindo, assim, transferir o torque do tubular (44) para a plataforma flutuante.
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