BR112012029445B1 - instalação de ligação fundo-superfície e método de reboque no mar de uma torre - Google Patents

Abstract

INSTALAÇÃO DE LIGAÇÃO FUNDO-SUPERFÍCIE COMPREENDENDO UMA ESTRUTURA DE ORIENTAÇÃO DE CONDUTA FLEXÍVEL. A presente invenção refere-se a uma instalação de ligação do fundo superfície entre uma pluralidade de condutas (3) submarinas assentes no fundo (12) do mar e um suporte (1) flutuante na superfície (10) e ancorado (1a) ao fundo do mar, compreendendo: a) um referido suporte flutuante compreendendo um desenrolador (2) e b) uma pluralidade de condutas (7, 7a-7b) flexíveis que se estendem a partir do referido desenrolador até uma, respectivamente, pluralidade de condutas (4a) rígidas, assegurando as referidas condutas (4a) rígidas a ligação entre as referidas condutas (7, 7a-7b) flexíveis e, respectivamente, a referida pluralidade de condutas (3) submarinas assentes no fundo do mar, sendo a referida instalação caracterizada por compreender uma estrutura (5) de orientação mantida á subsuperfície (H) entre o referido desenrolador (2) e no topo das referidas condutas (4a) rígidas, estando a referida estrutura (5) de orientação adaptada para guiar as referidas condutas (7) flexíveis, compreendendo a referida estrutura (5) de orientação uma pluralidade de primeiros elementos (5b) de orientação atravessados, respectivamente, pela referida pluralidade de condutas flexíveis, de tal modo que uma referida conduta flexível compreende, pelo menos, uma parte (7-1) inferior de conduta flexível com uma configuração de catenária mergulhante e uma segunda (...).

Description

DESCRIÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma instalação de ligação fundo-superfície entre uma pluralidade de tubulações submarinas assentes no fundo do mar e um suporte flutuante à superfície compreendendo uma torre híbrida constituída por uma pluralidade de tubulações flexíveis ligadas a tubulações rígidas ascendentes ou colunas ascendentes verticais, cuja extremidade superior das referidas tubulações flexíveis está solidária com um desenrolador de rotação livre na proa do navio ou no interior do navio, de um modo geral, no terço dianteiro do referido navio.

[002] O sector técnico da invenção é, mais particularmente, o domínio do fabrico e instalação de colunas ascendentes ("riser") de produção para a extracção submarina de petróleo, gás ou outro material solúvel ou fundível, ou suspensão de matéria mineral desde uma cabeça de poço imersa até um suporte flutuante para o desenvolvimento de campos de produção instalados em alto-mar ao largo da costa. A aplicação principal e imediata da invenção é no domínio da produção petrolífera.

[003] O suporte flutuante compreende, de um modo geral, meios de ancoragem para se manter na posição devida apesar dos efeitos das correntes, ventos e ondas. Também compreende, de um modo geral, meios de armazenamento e processamento de petróleo e meios de descarga para navios petroleiros, estes últimos apresentando-se em intervalos regulares para a recolha da produção. A denominação comum destes suportes flutuantes é o termo anglo-saxónico "Floating Production Storage Offloading" (que significa "meio flutuante de armazenamento, produção e descarga") sendo utilizado o termo abre- viado "FPSO" na descrição que se segue.

[004] Os suportes flutuantes são: - do tipo de posição fixa, ou seja, que possuem uma pluralidade de âncoras, geralmente situadas em cada canto do referido suporte flutuante e mantendo-o com uma posição fixa, e permitindo apenas o movimento de balanço e de arfagem e limitando a guinada e a oscilação; - ou do tipo desenrolador, ou seja, que todas as âncoras convergem em uma estrutura cilíndrica solidária com o navio, mas livre de poder rodar em torno do eixo vertical ZZ, podendo, então, o suporte flutuante rodar em torno do referido desenrolador e ser posicionado na direcção de menor resistência da resultante dos efeitos do vento, correntes e ondulação sobre o suporte flutuante e as suas superestruturas.

[005] Os suportes flutuantes do tipo posição fixa são, mais parti cularmente, destinados a ambientes não muito agitados e apresentando ondas de tamanho médio provenientes de apenas uma direcção, tais como as existentes na África Ocidental. Instala-se, então, o suporte flutuante, de modo a enfrentar esta direcção privilegiada das ondas para minimizar os efeitos das mesmas. Este tipo de suporte flutuante tem a vantagem de poder instalar, simplesmente, um grande número de ligações fundo-superfície em um portaló do referido suporte flutuante , e mesmo nos dois portalós de bombordo e estibordo.

[006] Quando as condições são mais graves ou mesmo extre mas, como no Mar do Norte, foi proposto, no documento WO 2009/150142, um suporte flutuante do tipo de posição fixa, ou seja, uma plataforma do tipo SPAR equipada com uma estrutura inferior amovível à qual estão ligadas as extremidades superiores de tubulações flexíveis assegurando ligações fundo-superfície. Mas para estas condições extremas, um suporte flutuante vantajoso é, então, do tipo desenrolador, em que todas as ligações fundo-superfície devem convergir para um desenrolador antes de ingressar no FPSO propriamente dito através de um conector de junta rotativa localizado no eixo do referido desenrolador. De um modo geral, as tubulações de ligação fundo-superfície são formadas por tubulações flexíveis ligando diretamente as tubulações assentes no fundo do mar ao desenrolador, sendo as referidas tubulações flexíveis, de um modo geral, dispostas radialmente ou em estrela, uniformemente distribuídas em torno do eixo do referido desenrolador.

[007] Já se desenvolveram inúmeras configurações e conhece-se o documento WO-2009-122098 da requerente, que descreve um FPSO equipado com um tal desenrolador e tubulações flexíveis associadas, mais particularmente, destinado às condições extremas encontradas no Ártico. Esta configuração é interessante para profundidades de água médias, isto é, de 100 a 350 m e até 500-600 m. Especificamente, a implementação de tubulações flexíveis ao longo de toda a altura da coluna de água entre as tubulações rígidas assentes no fundo do mar e o suporte flutuante permite maiores deslocamentos do suporte flutuante do que quando se implementam tubulações rígidas. No entanto, não é possível, neste tipo de ligação fundo-superfície entre o desenrolador de um suporte flutuante e tubulações assentes no fundo do mar, implementar as referidas tubulações flexíveis sob a forma de uma catenária mergulhante, isto é, com um baixo ponto de inflexão, como descrito nas ligações fundo-superfície de tipo torre híbrida compreendendo: - uma coluna ascendente vertical cuja extremidade inferior está ancorada ao fundo do mar por meio de uma articulação flexível e ligada a uma referida tubulação assente no fundo do mar, e em que a extremidade superior é esticada por um flutuador imerso em subsuper- fície ao qual está ligada, e - uma tubulação de ligação flexível entre a extremidade superior da referida coluna ascendente e um suporte flutuante em superfície, adoptando a referida tubulação de ligação flexível, se for caso disso, devido ao seu próprio peso, a forma de uma curva em catenária mergulhante, ou seja, descendo bem abaixo do flutuador para tornar a subir, depois, até ao referido suporte flutuante, permitindo a catenária mergulhante deslocamentos consideráveis do suporte flutuante pelas deformações da tubulação flexível, ou seja, a subida ou descida do referido ponto baixo de inflexão da catenária mergulhante.

[008] Mas, quando a profundidade da água atinge 1000-1500 m, chegando aos 2000-3000 m, o custo desta multiplicidade de tubulações flexíveis é muito elevado devido ao comprimento desenvolvido de cada uma das referidas tubulações flexíveis, dado que as tubulações flexíveis são muito complexas e muito difíceis de fabricar para atingir os níveis de segurança de funcionamento necessários para permanecer em operação por períodos que podem atingir e ultrapassar 20-25 anos e mesmo mais.

[009] Em particular, as tubulações flexíveis podem interferir e co lidirem umas com as outras.

[0010] O objectivo da presente invenção é o de proporcionar um novo modo de instalação de ligação fundo-superfície de um suporte flutuante equipado com um desenrolador ao qual se fixam e amarram tubulações flexíveis para garantir, pelo menos em parte, a ligação do suporte flutuante com tubulações assentes no fundo do mar.

[0011] Mais especificamente, o objetivo da presente invenção é o de proporcionar um novo tipo de ligação fundo-superfície que seja menos volumoso, mais fiável mecanicamente em termos de durabilidade e, ao mesmo tempo, menos dispendioso e mais fácil de executar.

[0012] Para isso, a presente invenção proporciona uma instalação de ligação fundo-superfície entre uma pluralidade de tubulações sub marinas assentes no fundo do mar e um suporte flutuante na superfície e ancorado ao fundo do mar, compreendendo: a) um referido suporte flutuante compreendendo um desen- rolador compreendendo uma cavidade no interior de uma estrutura afastada na frente do suporte flutuante ou integrada no ou por baixo do casco do suporte flutuante, atravessando a referida cavidade, de um modo preferido, o casco do suporte flutuante ao longo de toda a sua altura, compreendendo, ainda, o referido desenrolador, uma parte interna cilíndrica adaptada para permanecer substancialmente fixa em relação ao fundo do mar no interior da referida cavidade quando o referido suporte flutuante é rodado em torno do eixo ZZ' vertical da referida parte interna ou referida cavidade do desenrolador, sendo o referido suporte flutuante ancorado ao fundo do mar por linhas fixas nas suas extremidades superiores à referida parte interna cilíndrica do de- senrolador, e b) uma pluralidade de tubulações flexíveis que se estendem a partir do referido desenrolador ao qual as suas extremidades superiores estão ligadas até às extremidades superiores de uma respectiva pluralidade de tubulações rígidas às quais as extremidades inferiores das referidas tubulações flexíveis estão ligadas, assegurando as referidas tubulações rígidas a ligação entre as referidas tubulações flexíveis e, respectivamente, a referida pluralidade de tubulações submarinas assentes no fundo do mar, sendo as referidas tubulações rígidas unidas entre si e/ou guiadas, pelo menos, nos seus topos, por uma estrutura de transporte submetida a tensão por elementos de flutuabi- lidade, estando a referida estrutura de transporte ligada a uma base assente ou enfiada no fundo do mar, de um modo preferido, por meio de uma articulação mecânica flexível e compreendendo a referida es-trutura de transporte, de um modo preferido, um elemento de reforço vertical estendido até a referida articulação mecânica flexível,

[0013] sendo a referida instalação caracterizada por compreender uma estrutura de orientação mantida à subsuperfície H entre o referido desenrolador e a referida estrutura de transporte, de um modo preferido, solidária com a referida estrutura de transporte no topo das referidas tubulações rígidas, estando a referida estrutura de orientação adaptada para guiar as referidas tubulações flexíveis entre, por um lado, as suas extremidades superiores ligadas à referida parte interna cilíndrica do desenrolador e, por outro lado, as suas extremidades inferiores ligadas às extremidades superiores das referidas tubulações rígidas, de um modo preferido, por meio de dispositivos em forma de pescoço de cisne, compreendendo, a referida estrutura de orientação, uma pluralidade de primeiros elementos de orientação atravessados, respectivamente, pela referida pluralidade de tubulações flexíveis, de tal modo que uma referida tubulação flexível compreende, pelo menos, uma primeira parte de tubulação flexível com uma configuração de ca- tenária mergulhante compreendendo um ponto baixo de inflexão intermédio entre, por um lado, a extremidade inferior da referida tubulação flexível ligada à extremidade superior de uma referida tubulação rígida e, por outro lado, o ponto de contato da referida tubulação flexível ao nível do referido primeiro elemento de orientação que esta atra-vessa e uma segunda parte de tubulação flexível estendida totalmente por cima do referido ponto de contato da tubulação flexível com o referido primeiro elemento de orientação, segundo uma curvatura em forma de catenária desde o referido elemento de orientação que esta atravessa até ao referido desenrolador ao qual a sua extremidade superior está ligada.

[0014] A estrutura de orientação, de acordo com a invenção, per mite criar uma pluralidade de catenárias mergulhantes estendidas (em relação ao centro do tubulação) em planos substancialmente verticais que atravessam o eixo Z1Z1' vertical da referida estrutura de orientação e, de um modo preferido, se for caso disso, no mesmo plano que o dos referidos dispositivos de pescoço de cisne ganso, por um lado e, por outro lado, espaçar as referidas catenárias mergulhantes entre si em um plano perpendicular horizontal de modo a criar um diedro com um ângulo mínimo dado entre dois planos substancialmente verticais adjacentes nos quais se estendem as referidas catenárias mergulhantes.

[0015] As referidas catenárias mergulhantes das referidas primei ras partes de tubulação flexível constituem uma reserva de flexibilidade que permite deformações controladas e toleráveis das referidas tubulações flexíveis quando estas são deformadas pelos movimentos do suporte flutuante. Por outro lado, a estrutura de orientação permite assegurar que a curvatura das referidas catenárias mergulhantes ao nível do seu ponto baixo de inflexão mantém sempre um raio de curvatura superior a um raio de curvatura mínimo abaixo do qual a deformação da tubulação flexível seria irreversível e/ou a danificaria.

[0016] Este efeito técnico vantajoso da referida estrutura de orien tação é muito importante no caso da aplicação de tubulações flexíveis, dado que o ponto fraco destas que controla a duração de resistência no tempo necessário para a instalação se situa, principalmente, na zona dos referidos pontos baixos das referidas catenárias mergulhantes onde o raio de curvatura é mínimo.

[0017] Em suma, a estrutura de orientação, de acordo com a in venção, pode ser implementada com uma ocupação de espaço reduzida ideal, um maior número de tubulações flexíveis sem que estas interfiram e, especialmente, não colidam umas com as outras quando o referido suporte flutuante se movimenta devido à ondulação, correntes e/ou ondas.

[0018] Compreende-se que o eixo ZZ' vertical da referida estrutura interna cilíndrica e o da referida cavidade do desenrolador coincidem.

[0019] Por outro lado, de um modo conhecido, a referida estrutura interna cilíndrica do desenrolador está articulada de modo a rodar relativamente ao interior da referida cavidade em relação à referida estrutura desalinhada na frente do suporte e/ou em relação ao casco do referido suporte flutuante por meio de, pelo menos, uma chumaceira de rolamentos ou de atrito localizada acima da linha de flutuação e/ou fora de água, de um modo preferido, uma chumaceira de rolamentos, de modo a permitir a rotação do referido suporte flutuante em torno do referido eixo ZZ' substancialmente vertical do desenrolador sem rodar a referida estrutura interna cilíndrica do desenrolador.

[0020] De modo conhecido, a referida estrutura interna cilíndrica do desenrolador é uma estrutura tubular estanque compreendendo uma parede de fundo unida de forma estanque à extremidade inferior da parede tubular lateral da referida estrutura interna cilíndrica do de- senrolador e segundas tubulações asseguram a ligação entre a extremidade superior das referidas tubulações flexíveis ao nível da referida parede de fundo da estrutura interna rotativa do desenrolador e o convés do suporte flutuante, subindo no interior da referida estrutura interna do desenrolador e da referida cavidade até um conector de tipo conector de junta rotativa solidário com o referido suporte flutuante.

[0021] A configuração conhecida como "catenária mergulhante", da referida primeira parte de tubulação flexível, é bem conhecida dos especialistas na técnica e está descrita nos pedidos de patente anteriores em nome da requerente. É constituída por duas curvas em cate- nária com uma curvatura semelhante e dispostas simetricamente em relação a um eixo Z0Z0' vertical e a um plano P0 vertical de simetria passando pelo referido ponto baixo.

[0022] Compreende-se que as referidas segundas partes de tubu lações flexíveis se afastam cada vez mais do eixo vertical do desenro- lador e do da referida estrutura de orientação, que está alinhado com o eixo do desenrolador quando a instalação está em repouso, desde a sua extremidade superior ligada ao referido desenrolador até ao referido elemento de orientação através do qual ela passa, enquanto, pelo contrário, as referidas primeiras partes de tubulações flexíveis se aproximam cada vez mais do eixo da referida estrutura de transporte e das extremidades superiores das referidas tubulações rígidas, desde o referido elemento de orientação até às referidas extremidades superiores das referidas tubulações rígidas às quais estão ligadas.

[0023] Mais particularmente, a referida estrutura de orientação compreende, de um modo preferido, pelo menos 4, de um modo ainda mais preferido, 6 a 12 referidos primeiros elementos de orientação distribuídos, de um modo preferido, simétrica e regularmente, de um modo ainda mais preferido, circularmente, na periferia da referida estrutura de orientação e cujos eixos Z3Z3' estão localizados a uma distância R1 de, pelo menos, 3 m, de um modo preferido, de 3 a 25 m, do eixo Z1Z1' da referida estrutura de orientação.

[0024] Compreende-se que o eixo Z1Z1' da estrutura de orientação e o da estrutura de transporte estão substancialmente alinhados entre si e com o eixo ZZ' do desenrolador, quando a instalação está em repouso.

[0025] De acordo com outra característica vantajosa, a referida estrutura de orientação compreende, pelo menos, um elemento de flu- tuabilidade adaptado para manter a referida estrutura de orientação acima da referida estrutura de transporte das tubulações rígidas, a uma profundidade H de, pelo menos, 25 m, de um modo preferido, de 50 a 250 m da superfície.

[0026] Compreende-se que o referido elemento de flutuabilidade exerce uma tensão vertical, portanto, substancialmente no eixo da referida estrutura de orientação, quando a instalação está em repouso.

[0027] O referido elemento de flutuabilidade da estrutura de orien tação é particularmente vantajoso na medida em que permite contribuir para o funcionamento da referida estrutura de transporte e para a aplicação de tensão, por conseguinte, para a inflexibilidade da sua ligação com a base no fundo do mar, mas, igualmente, na medida em que facilita a colocação da referida estrutura de orientação e da sua ligação com a referida estrutura de transporte e tubulação rígida, durante o processo de colocação da instalação.

[0028] Ainda mais particularmente, o referido elemento de flutuabi- lidade é constituído por, pelo menos, um bidão, relativamente ao qual se pode fazer variar a força da tensão aplicada por aplicação de lastro ou retirada de lastro do referido bidão.

[0029] Compreende-se que, ao jogar com a flutuabilidade do refe rido bidão, ao qual se retira lastro por meios conhecidos, se pode aumentar (retirada de lastro) ou reduzir (aplicação de lastro) a aplicação de tensão à referida estrutura de transporte e a rigidez da sua ligação com a base no fundo do mar.

[0030] De um modo vantajoso, a referida estrutura de orientação está ligada à referida estrutura de transporte por uma ligação constituindo uma articulação mecânica flexível entre a referida estrutura de orientação e a referida estrutura de transporte.

[0031] Ainda de um modo vantajoso, a referida estrutura de orien tação compreende, pelo menos, um primeiro andar P1 de referidos primeiros elementos de orientação localizados a uma profundidade H1 e, pelo menos, um segundo andar P2 de segundos elementos de orientação localizados acima dos referidos primeiros elementos de orientação a uma profundidade H2 inferior à profundidade H1 dos referidos primeiros elementos de orientação e através dos quais passam as referidas segundas partes de tubulações flexíveis, estando o eixo Z4Z4' de cada referido segundo elemento de orientação posicionado substancialmente em um mesmo plano vertical, mas a uma distância R2 mais próxima do eixo Z1Z'1 da referida estrutura de orientação que do Z3Z3' do referido primeiro elemento de orientação em cima do qual o referido segundo elemento de orientação está localizado e através do qual passa uma mesma tubulação flexível.

[0032] Esta configuração que tem, pelo menos, dois andares de distribuição dos referidos primeiros e segundos elementos de orientação, tem a vantagem de melhorar significativamente a orientação das referidas tubulações flexíveis evitando, em particular, o risco de danificar as tubulações flexíveis por aperto da tubulação flexível, criando curvas excessivas e/ou una compressão axial destas ao nível de um referido primeiro ou segundo elemento de orientação e, especialmente, ao nível dos referidos primeiros elementos de orientação, sendo este um fenómeno temido e perigoso, especialmente durante tempestades e/ou condições oceânicas e meteorológicas severas.

[0033] Assim, esta característica visa proteger a integridade das tubulações flexíveis, especialmente quando pressurizadas, e evitar o seu rebentamento e, portanto, a ruína da instalação e a poluição considerável que poderia daí resultar.

[0034] De acordo com uma forma de realização preferida da in venção, a referida estrutura de orientação está ligada ao referido de- senrolador por, pelo menos, um cabo de ligação e de tensionamento.

[0035] Aqui, a expressão "cabo de tensionamento" significa um cabo sob tensão, cuja tensão é exercida, substancialmente, ao longo do eixo da estrutura de orientação, na ausência de outras tensões. Também pode ser uma pluralidade de cabos ou um cabo combinado com uma pluralidade de lingas, de um modo preferido, 3 lingas dispostas em pé de galinha, cujos pontos de fixação estão dispostos uniformemente em torno do eixo da estrutura de orientação e cujo ponto de suspensão do referido pé de galinha está ligado à extremidade inferior do referido cabo de tensionamento, de modo a que a tensão resultante do ou dos cabos ou lingas seja exercida, substancialmente, ao longo do eixo da estrutura de orientação, na ausência de outra tensão.

[0036] A implementação deste cabo de tensionamento visa mini mizar as deformações das catenárias mergulhantes das tubulações flexíveis ao movimentar a extremidade superior da torre constituída pelo conjunto da referida estrutura de transporte e as referidas tubulações rígidas durante os movimentos extremos do suporte flutuante sob o efeito da ondulação, do vento e da corrente, forçando, assim, a referida torre a inclinar-se de um modo substancialmente proporcional ao deslocamento do referido suporte flutuante em translação horizontal em relação à vertical que passa através da referida base.

[0037] A limitação das deformações das catenárias mergulhantes permite reduzir as diferenças de altura entre os diferentes pontos baixos de inflexão destas no caso de movimentos do suporte flutuante.

[0038] Em outra forma de realização, a estrutura de orientação é encastrada no topo da torre e, por conseguinte, é uma continuação do topo da torre.

[0039] Mais particularmente, o referido cabo de tensionamento é submetido a uma tensão de modo a que o ângulo α entre o eixo Z2Z2' do referido cabo de tensionamento e o eixo Z1Z1' da referida estrutura de transporte, e, de um modo preferido, o referido elemento de reforço, permaneça inferior a 5°, estando o referido suporte flutuante ancorado no fundo do mar de tal modo que o ângulo β de inclinação entre o eixo Z1Z1' da referida estrutura de transporte e, de um modo preferido, do referido elemento de reforço vertical e a vertical Z0Z0' que passa através da referida base permaneça inferior a 10° quando o suporte flutuante é movimentado pela agitação do mar e/ou pela força do vento apesar da sua ancoragem.

[0040] Em uma forma de realização alternativa, o referido cabo de tensionamento atravessa o referido desenrolador, de um modo preferi- do, substancialmente ao eixo ZZ' do referido desenrolador e, depois, é rodado sobre polias solidárias com o referido desenrolador e/ou com a estrutura do suporte flutuante, de um modo preferido, do convés de suporte flutuante, antes de ser submetido a uma tensão na sua extremidade livre por um contrapeso que se desloca paralelamente ao eixo ZZ' do referido desenrolador em um poço de orientação no interior do referido desenrolador ou, respectivamente, no interior do casco do referido suporte flutuante.

[0041] Nesta forma de realização, basta modificar o peso do refe rido contrapeso para modificar a referida aplicação de tensão, o que é relativamente simples e requer um mínimo de manutenção.

[0042] Em uma outra forma de realização alternativa, o referido cabo é submetido a uma tensão por meio de um tensor hidráulico solidário com o desenrolador ou com o convés do suporte flutuante, compreendendo o referido tensor hidráulico, pelo menos, um cilindro hidráulico cooperando com um sistema de desmultiplicação de polias, estando a extremidade do referido cabo de tensionamento ligada a um ponto fixo solidário com o suporte do referido cilindro hidráulico e um grupo hidráulico constituído por acumuladores e bombas adaptados para manter uma dada pressão substancialmente constante no referido cilindro permitindo aplicar uma tensão dada substancialmente constante ao referido cabo de tensionamento.

[0043] Esta forma de realização de aplicação de tensão ao cabo de tensionamento é mais complexa do que a utilização de um contrapeso, mas tem a vantagem de se poder ajustar a tensão em tempo real ao mudar, simplesmente, o nível de pressão definido no interior dos acumuladores, o que pode ser feito mais rapidamente no caso de condições oceânicas e meteorológica severas que exijam, caso necessário, um ajuste fino da aplicação de tensão ao referido cabo de tensionamento para minimizar as tensões impostas sobre as tubula- ções flexíveis.

[0044] Ainda de um modo preferido, o referido cabo de tensiona- mento coopera com um tornel no percurso do cabo, de um modo preferido, no interior do desenrolador, de tal modo que a parte inferior do cabo por baixo do referido tornel não se torce quando a parte superior do referido cabo de tensionamento acompanha os movimentos de rotação relativa do referido suporte flutuante em relação à referida parte cilíndrica interna do desenrolador.

[0045] De acordo com outra característica particular, a instalação compreende uma estrutura de amarração fixa, de um modo preferido, de modo reversível, no lado de baixo da parede de fundo, à referida parte cilíndrica interna do desenrolador, estando as referidas tubulações flexíveis ancoradas na referida estrutura de amarração ao nível das suas referidas extremidades superiores e estando o referido suporte flutuante ancorado ao fundo do mar por meio de linhas de ancoragem amarradas à referida estrutura de amarração, estendendo-se, de um modo preferido, uma pluralidade de segundas tubulações de ligação através do referido desenrolador entre as extremidades superiores das referidas tubulações flexíveis e o convés do suporte flutuante, atravessando a parede de fundo da parte cilíndrica interna do de- senrolador e subindo até um conector, de um modo preferido, do tipo de articulação rotativa, ao qual estão ligadas as referidas segundas tubulações de ligação, estando o referido conector solidário com o suporte flutuante, de um modo preferido, ao nível do convés do suporte flutuante.

[0046] A referida estrutura de amarração pode ser ligada e/ou des ligada rapidamente do desenrolador, apresentando a referida estrutura de amarração, de um modo preferido, elementos de flutuabilidade de modo a ficar em subsuperfície quando a referida estrutura de amarração é desligada do desenrolador, o que é vantajoso no caso de violen- tas tempestades e quando os movimentos do suporte flutuante são muito grandes, apesar da implementação da instalação de acordo com a invenção como descrito acima.

[0047] Em uma forma de realização particular, a instalação com preende uma torre híbrida multi-colunas ascendentes compreendendo: a) um elemento de reforço vertical suspenso a partir de, pelo menos, um flutuador imerso em subsuperfície, de um modo preferido, por meio de uma corrente ou cabo, estando o referido elemento de reforço fixo pela sua extremidade inferior a uma base assente no fundo do mar e/ou enfiado no fundo do mar, de um modo preferido, por meio de uma articulação mecânica flexível e b) uma pluralidade de tubulações rígidas verticais denominadas "colunas ascendentes", cujas extremidades inferiores estão ligadas por meio de elementos de tubulações de junção em cotovelo e conectores automáticos à pluralidade de referidas tubulações assentes no fundo do mar e c) uma pluralidade de módulos de flutuabilidade e de orientação suportados pelo referido elemento de reforço, suportando os referidos módulos de flutuabilidade e de orientação elementos de flutua- bilidade e guiando as referidas colunas ascendentes para a posição devida, de um modo preferido, regular e simetricamente distribuídas em torno do referido elemento de reforço, constituindo os referidos módulos de flutuabilidade e orientação, de um modo preferido, uma pluralidade de estruturas independentes adaptadas para deslizar ao longo do referido elemento de reforço e ao longo das referidas colunas ascendentes, suportando a referida estrutura elementos de flutuabili- dade e guiando as referidas colunas ascendentes para a posição devida, de um modo preferido, regular e simetricamente distribuídas em torno do referido elemento de reforço.

[0048] Poder-se-á implementar, especialmente, módulos de flutu- abilidade, tais como os descritos nos documentos WO 2006/136960 e FR-0951218 apresentados em 26 de Fevereiro de 2009, em nome da requerente.

[0049] No documento WO 00/49267 da requerente, descreve-se uma torre híbrida múltipla compreendendo um sistema de ancoragem com um elemento de reforço vertical constituído por um cabo ou uma barra de metal, ou mesmo uma tubulação esticada na sua extremidade superior por um flutuador. A extremidade inferior do elemento de reforço está fixa em uma base assente no fundo. O referido elemento de reforço compreende meios de orientação distribuídos ao longo de todo o seu comprimento através dos quais passa uma pluralidade de referidas colunas ascendentes verticais. A referida base pode ser, simplesmente, colocada no fundo do mar e permanecer no lugar pelo seu próprio peso ou ser ancorada por meio de pilhas ou qualquer outro dispositivo adaptado para a manter no lugar. No documento WO 00/49267, a extremidade inferior da coluna ascendente vertical está adaptada para ser ligada à extremidade de uma manga em cotovelo, móvel entre uma posição elevada e uma posição baixa em relação à referida base, à qual esta manga está suspensa e associada a um meio de reposição que a conduz para a posição elevada na ausência a coluna ascendente. Esta mobilidade da manga em cotovelo permite absorver as variações de comprimento da coluna ascendente sob a influência da temperatura e da pressão do fluido que a percorre. Na cabeça da coluna ascendente vertical, um dispositivo de paragem, solidário com a mesma, fica apoiado no guia suporte instalado na cabeça do flutuador e, assim, mantém toda a coluna ascendente em suspensão.

[0050] A ligação com a tubulação submarina assente no fundo do mar é, de um modo geral, efetuada por uma parte de tubulação em forma de rabo de porco ou em forma de S, sendo o referido S, então, realizado em um plano vertical ou horizontal, sendo a ligação com a referida tubulação submarino, de um modo geral, realizada por meio de um conector automático.

[0051] O elemento de reforço vertical está ligado pela sua extremi dade inferior à base por meio de uma articulação flexível de tipo encosto laminado comercializado pela Firma TECHLAM France ou do tipo roto-latch®, disponível na OILSTATES USA, conhecido pelos especialistas na técnica.

[0052] Esta forma de realização compreendendo uma multiplicida de de colunas ascendentes mantidas por uma estrutura central com-preendendo meios de orientação é interessante quando é possível pré-fabricar em terra toda a torre, antes de a rebocar no mar e, uma vez no local, virá-la para a sua instalação definitiva.

[0053] Para isso, a técnica utilizada é semelhante à descrita nos documentos WO 2006-136960 e WO 2008-056185, e que consiste em suspender as extremidades superiores de tubulações em uma estrutura de transporte superior e em solidarizar uma pluralidade de módulos de flutuabilidade ou de isolamento-flutuabilidade ao elemento de reforço central por meio de uma pluralidade de elementos de estrutura solidários com o elemento de reforço, funcionando, também, como guias das várias tubulações verticais, o que lhes permite alongar-se livremente para baixo quando são pressurizadas ou/e submetidas a uma temperatura elevada (petróleo bruto proveniente de poços).

[0054] Os diferentes elementos de estrutura e elementos de flutu ação são regularmente espaçados ao longo de todo o comprimento do elemento de reforço vertical, o que permite rebocar a torre no mar, que flutua devido aos seus elementos de flutuabilidade assim distribuídos por todo o seu comprimento.

[0055] A presente invenção proporciona, igualmente, um método de reboque no mar de uma torre e a colocação de uma instalação de acordo com a invenção, caracterizado por a referida torre compreen- der os seguintes passos sucessivos nos quais: 1) uma referida torre é pré-fabricada em terra e 2) a referida torre é rebocada no mar por um navio de instalação em uma posição horizontal, flutuando a referida torre à superfície devido ao seus referidos elementos de flutuabilidade distribuídos ao longo da referida torre, e 3) se instala uma placa de amarração na extremidade inferior da referida torre e, 4) se vira a referida torre da qual se liga a extremidade inferior à referida articulação mecânica flexível ao nível da referida base e 5) se desce a referida estrutura de orientação a partir do navio (11) de instalação e se liga a mesma ao topo da referida torre, e 6) de um modo preferido, se retira o lastro de um bidão de flutuabilidade da referida estrutura de orientação e, depois, se desliga o cabo de descida da referida estrutura de orientação, de tal modo que, devido à sua própria flutuabilidade, a referida estrutura de orientação permanece, então, em uma posição substancialmente vertical por cima da referida torre e 7) se afasta o navio de instalação e se desloca o suporte flutuante à superfície até chegar ao nível da referida estrutura de orientação e, depois, se ancora no fundo do mar o suporte flutuante com as linhas de ancoragem, e 8) de um modo preferido, se instala um cabo de ligação e tensor entre o suporte flutuante e a estrutura de orientação, e se aplica uma tensão ao referido cabo para manter a referida estrutura de orientação e a referida torre ligada à mesma suficientemente rígida para permitir a instalação subsequente das referidas tubulações flexíveis, e 9) se aproxima o navio de instalação e se desce cada extremidade inferior de tubulação flexível na vertical e através dos referidos elementos de orientação e, em seguida, se efectua a ligação das extremidades inferiores das tubulações flexíveis ao nível das extremidades superiores das referidas colunas ascendentes e 10) se efectua a ligação das extremidades inferiores das colunas ascendentes às extremidades das tubulações assentes no fundo do mar.

[0056] Outras características e vantagens da presente invenção serão mais evidentes à luz da descrição detalhada que se segue, dada a título de ilustração e não de limitação, e recorrendo aos desenhos, nos quais: - a figura 1 é uma vista lateral de uma instalação de ligação fundo-superfície, de acordo com a invenção, ligada a um FPSO 1 equipado com um desenrolador 2 em consola na frente, encontrando- se o conjunto em repouso, em uma configuração substancialmente vertical, - a figura 1A é uma vista que apresenta curvas em catená- ria simétricas e invertidas por cima e, respectivamente, por baixo de elementos 5b de orientação da estrutura 5 de orientação. - a figura 2 é uma vista lateral semelhante à da figura 1, na qual o vento e a corrente fizeram o navio rodar 180°, ficando, então, o eixo ZiZi‘ da torre 4 inclinado com um ângulo β para a esquerda em relação ao eixo Z0Z0' vertical que atravessa a base, - a figura 3 é uma vista lateral detalhando o reboque para o local de uma torre 4 e, depois, o seu basculamento e a sua fixação a uma base 8 assente no fundo 12 do mar, - a figura 4 é uma vista lateral da torre da figura 3, que detalha a colocação, a partir de um navio 11 de instalação, de uma estrutura 5 de orientação no topo da referida torre, - a figura 5 é uma vista lateral relativa à figura 4 que mostra a colocação de um FPSO ancorado em um desenrolador em consola na parte da frente, um cabo 6 tensor que liga o topo da referida estru- tura 5 de orientação ao referido desenrolador e detalha a instalação de um cabo 7 flexível de ligação, - a figura 6 é uma vista lateral de um FPSO ancorado em um desenrolador interno relativamente ao referido FPSO, passando as tubulações 7 flexíveis a partir da sua extremidade 7-1' inferior no topo da torre 4, sucessivamente, nos primeiros elementos 5b de orientação e, depois, nos segundos elementos 5b' de orientação antes de chegarem ao desenrolador 2, - a figura 6A é uma vista lateral que detalha um risco de uma tubulação 7 flexível ser danificada ao ser bloqueada e comprimida na entrada 5b1, onde entra em contato com um elemento 5b de orientação que atravessa, - a figura 7A é uma vista lateral explodida que detalha um primeiro meio para garantir uma aplicação de tensão ao cabo 6 tensor e de ligação ligado à parte superior da torre 4, por meio de um contrapeso 23, estando o referido contrapeso localizado na própria estrutura do desenrolador, - a figura 7B é uma variante da figura 7A, na qual o contrapeso 23 está localizado no exterior do referido desenrolador e no interior da estrutura do FPSO, - a figura 8 é um segundo meio para garantir uma aplicação de tensão ao cabo 6 de ligação ligado ao topo da torre, através de um tensor 30 hidráulico associado com acumuladores hidráulicos, - a figura 8A detalha a desmultiplicação do cabo 6 tensor em cada extremidade do cilindro do tensor da figura 8, - a figura 9A é uma vista em corte vertical médio de uma estrutura 5 de orientação, - a figura 9B é uma vista de topo de uma estrutura de orientação da figura 9A, compreendendo 12 elementos 5b de orientação distribuídos circular e regularmente sobre a periferia 5-1 da estrutura 5 de orientação. - a figura 10 representa uma vista esquemática de uma torre equipada com módulos 4ci de flutuabilidade e orientação.

[0057] Na figura 1, representou-se, em uma vista lateral, um su porte 1 flutuante de tipo "FPSO" solidário com um desenrolador 2 localizado em consola na frente do referido FPSO, estando o referido de- senrolador ancorado por uma pluralidade de linhas 1b de ancoragem ligadas a âncoras não mostradas implantadas no solo 12 submarino. O desenrolador, conhecido pelos especialistas na técnica, é mostrado nas figuras 7A-7B e apresenta uma parte 2a central cilíndrica, substancialmente fixa em termos de rotação em relação ao solo 12 submarino, no interior de uma cavidade 2d que atravessa o casco 1c do suporte flutuante. A referida parte 2a central cilíndrica e o casco 1c cooperam em termos de rotação relativa devido a chumaceiras de rola-mentos superior 2a1 e inferior 2a2, cujas partes 2a' externas estão solidárias com o casco 1c e/ou o convés do suporte 1 flutuante. Isto permite que o FPSO rode livremente em torno de um eixo ZZ' vertical do desenrolador e seja posicionado em uma direcção correspondente à resultante das forças geradas pelas ondas, vento e correntes no FPSO e suas superestruturas, sem rodar substancialmente a parte 2a central cilíndrica do desenrolador 2.

[0058] O eixo ZZ' vertical corresponde ao eixo da cavidade 2d e da parte 2a central cilíndrica do desenrolador 2 abaixo.

[0059] Em repouso, o eixo ZZ' do desenrolador 2 está localizado à vertical do eixo Z0Z0' da base 8 de uma torre 4 híbrida multicolunas ascendentes. A torre 4 compreende uma pluralidade de tubulações 4a rígidas verticais ou colunas ascendentes em aço organizadas em feixes em torno de um elemento 4b de reforço central ligado à referida base 8 por uma articulação mecânica, de um modo preferido, uma articulação 8a com juntas flexíveis. Elementos 4c de flutuabilidade são distribuídos ao longo da torre 4 e conferem uma flutuabilidade positiva ao conjunto, o que permite aplicar uma tensão vertical à torre 4, cujo eixo ZiZi‘ pode, no entanto, adotar uma inclinação β angular em relação à vertical Z0Z0' que pode ir até 10 a 15° no máximo quando o suporte flutuante é submetido a movimentos extremos devido ao vento, ondas ou corrente. O valor do ângulo β depende da rigidez de ancoragem 1b do FPSO. Cada tubulação 4a rígida está equipada, na sua cabeça, com um dispositivo denominado "pescoço de cisne" 4-1 que assegura a ligação com a extremidade de uma tubulação 7 flexível. E cada uma das referidas tubulações 4a rígidas está equipada, na base, com um conector em cotovelo, nomeadamente, um elemento 4-2 de tubulação curvo em cuja extremidade está instalada a parte ma- cho/fêmea de um conector 9 cooperando com a parte fêmea/macho do referido conector 9 automático solidário com uma peça 5a de junção, constituída, igualmente, por um elemento de tubulação compreendendo várias curvaturas ligando-se, de um modo conhecido, a uma tubulação 3 assente no fundo 12 do mar. Os elementos 4c de flutuabilida- de, distribuídos ao longo da torre 4 e conferindo ao conjunto uma flu- tuabilidade positiva, permitem, ainda, efetuar o reboque para o local destinado e as fases iniciais de colocação da instalação de acordo com a invenção em excelentes condições de segurança, como será explicado posteriormente recorrendo à figura 3.

[0060] No topo da torre 4, instala-se uma estrutura 5 de orientação ligada ao referido topo da torre por uma articulação 5a mecânica flexível de tipo corrente e ao desenrolador 2 por um cabo 6 tensor ligado em 5d à referida estrutura 5, por exemplo, ao topo de um bidão 5c de flutuabilidade integrado axialmente na referida estrutura 5 de orientação disposta no alinhamento Z1Z1' da torre 4. No caso de o FPSO 1 se movimentar, pode criar-se uma inclinação α angular entre o eixo Z2Z2' do cabo 6 tensor ligado ao desenrolador 2 na superfície e o eixo Z1Z1' da torre 4 e correspondendo, substancialmente, ao da estrutura 5 de orientação. Uma pluralidade de elementos 5b de orientação estão distribuídos circularmente, de um modo preferido, regularmente, ao longo da periferia 5-1 da referida estrutura 5, recebendo cada um deles, ou seja, sendo atravessado por uma tubulação 7 flexível ligando-se pela sua extremidade 7-1' inferior ao dispositivo 4-1 de pescoço de cisne e pela sua extremidade 7-2' superior à estrutura 2c de amarração fixa à parede 2c-1 de fundo da referida parte 2a central cilíndrica, que constitui a parte interna do desenrolador 2. A linha central virtual de cada uma das tubulações 7 flexíveis está localizada, substancialmente, no mesmo plano que o plano vertical axial do referido pescoço de cisne 41, em que esse plano axial vertical também compreende os eixos Z3Z3' e Z4Z4' verticais dos elementos 5b e 5b' de orientação. Os pescoços de cisne e as tubulações 7 flexíveis estão ligados a um conector 2b de junta rotativa no convés 1a por meio de segundas tubulações 14 que atravessam a parte 2a interna central cilíndrica do desenrolador 2 de um modo conhecido.

[0061] Nas figuras 9A e 9B, os 12 elementos 5b de orientação es tão dispostos, de forma regular, simétrica e circular, em torno de um bidão 5c axial central, sendo os referidos elementos 5b de orientação suportados por elementos 5-2 de estrutura dispostos radialmente e assegurando a junção dos elementos 5b de orientação ao bidão 5c, por um lado e, por outro lado, por elementos 5-1 de estrutura periféricos que asseguram a junção entre dois elementos 5b de orientação sucessivos na periferia da estrutura 5 de orientação. As tubulações 7 flexíveis adoptam as curvaturas com uma configuração geométrica de catenária, isto é, cujo raio de curvatura aumenta continuamente desde o seu ponto baixo até um ponto elevado de acordo com uma fórmula conhecida integrando uma função de cosseno hiperbólico.

[0062] A referida primeira parte 7-1 de tubulação flexível adopta, por baixo do elemento 5b de orientação que atravessa, uma configuração conhecida como catenária mergulhante com um ponto 7' baixo, sendo a referida catenária mergulhante composta por duas curvas de catenária, respectivamente, descendente C1a e ascendente C'1a simétricas em relação ao eixo D0 vertical que passa pelo ponto 7' baixo, como mostrado na figura 1A.

[0063] Este tipo de curva em catenária e, particularmente, em ca- tenária mergulhante é bem conhecido dos especialistas na técnica e está descrito nas patentes anteriores da requerente.

[0064] Na figura 1A, também se vê que a parte superior da tubula ção 7-2 flexível da curva C1b em catenária por cima do elemento 5b de orientação não continua segundo a mesma curva em catenária C1a' na parte inferior da tubulação 7-1 flexível após o contato em 5b1 com o elemento 5b de orientação que atravessa, sendo a parte de curva C1a' a curva natural a ser seguida pela tubulação 7-1 flexível por baixo do elemento 5b de orientação se a sua extremidade 7-1' não fosse aproximada do topo da torre para ser aí presa. De fato, para aproximar a extremidade 7-1' inferior da parte 7-1 de tubulação do topo da torre 4, a partir da sua passagem em 5b1 através de elementos 5b de orientação, a curva C1b' da tubulação 7-2 flexível é invertida, isto é, continua segundo uma curva C1a em catenária substancialmente si-métrica à parte C1a' de curva em catenária em relação ao eixo Z3Z3' vertical dos elementos 5b de orientação ao nível do ponto 5b1 de contato. A curva da tubulação 7 flexível sofre, por conseguinte, no ponto 5b1 de contato com o elemento 5b de orientação, uma quase inversão do sentido de variação da sua curvatura.

[0065] Através da variação da flutuabilidade do bidão 5c, ao qual se retira lastro por meios conhecidos, mas não representados, aumenta-se a rigidez da torre 4, isto é, a capacidade de a torre retomar a sua posição natural vertical. Assim, ao aumentar a flutuabilidade do bidão 5c aumenta-se a tendência da torre permanecer na vertical, quando o FPSO é movimentado pela ondulação, vento e correntes, por exemplo, para a esquerda, como mostrado na figura 2. Do mesmo modo, o aumento da tensão no cabo 6 faz com que a torre tenha uma maior tendência a seguir de um modo mais aproximado os movimentos do FPSO e, portanto, a adoptar uma posição mais ou menos inclinada β de acordo com a amplitude do deslocamento do referido FPSO.

[0066] Quando o eixo Z2Z2' do cabo 6 tensor se desvia da sua po sição vertical ZZ' devido ao deslocamento do FPSO 1, começa por se criar um ângulo α entre o cabo 6 e o eixo Z1Z1' da torre 4. Isto provoca a deformação das duas catenárias mergulhantes. O ponto 7a' baixo da parte 7-1 de catenária mergulhante mais afastada do eixo Z0Z0' vertical da base 8 desce em relação à sua posição 7a0' inicial de repouso quando o conjunto da torre e da estrutura 5 de orientação se encontram, substancialmente, à vertical do eixo do desenrolador 2. E o ponto 7b' baixo de inflexão da primeira parte 7-1 de tubulação flexível mais próximo do eixo ZZ' da base 8 que atravessa a base da torre 4 sobe em relação à sua posição 7b'0 inicial de repouso quando a torre 4 e a estrutura 5 de orientação se encontravam à vertical do eixo ZZ' do de- senrolador 2. Ajusta-se a tensão do cabo 6 de modo a que o ângulo α entre o eixo Z2Z2' do cabo 6 tensor e o eixo Z1Z1' da torre 4 não seja superior a 5°, não sendo o eixo Z1Z1' da torre 4 substancialmente alinhado com o da estrutura de orientação superior a 5°.

[0067] Compreende-se que com um curso idêntico do FPSO 1 (pa ra um dado valor de ângulo β), principalmente relacionado com a rigidez do sistema 1b de ancoragem, a variação de altura Δh entre as bases 7a' e 7b' das catenárias mergulhantes 7a e 7b será reduzida se o ângulo α for reduzido e se a aplicação de tensão ao cabo 6 for aumentada.

[0068] As duas tubulações 7a-7b flexíveis deslizam livremente nos seus primeiros elementos 5b de orientação respectivos (mostrados nas figuras 1 e 2) e mantêm, sempre, naturalmente, configurações de catenária, tal como descrito acima, devido aos referidos elementos 5b de orientação com os quais estão em contato, 5b-1, garantindo, assim, uma reserva de flexibilidade relacionada com um funcionamento óptimo da ligação fundo-superfície.

[0069] Nas figuras 3, 4 e 5, detalharam-se as várias fases de insta lação no local devido da torre. Em um primeiro passo, a torre é pré- fabricada em terra, na posição horizontal e, depois, é rebocada até ao local devido, sempre na posição horizontal; ela flutua devido ao conjunto de elementos 4c de flutuabilidade distribuídos ao longo da referida torre. Em seguida, instala-se uma placa 13 de ancoragem na base da torre e vira-se, de um modo conhecido, a referida torre, que é, depois, ligada à base 8 ao nível da articulação 8a mecânica flexível. Devido à sua própria flutuabilidade, a torre permanece, então, naturalmente, na vertical, como mostrado na figura 3.

[0070] Um navio 11 de instalação desce, em seguida, a estrutura 5 de orientação e liga-a à corrente 5a no topo da torre, como mostrado na figura 4. Pode, em seguida, retirar-se lastro ao bidão 5c e, depois, o cabo 11a de descida é desligado. Devido à sua própria flutuabilidade 5c, a estrutura 5 de orientação permanece, em seguida, em uma posição substancialmente vertical, da mesma forma que a torre 4.

[0071] Instala-se, em seguida, o FPSO que é ancorado no seu lu gar com linhas 1b de ancoragem, como se mostra na figura 5 e, em seguida, instala-se o cabo 6 tensor ao qual se aplica previamente uma tensão com um valor adequado. Basta, em seguida, instalar cada uma das tubulações 7 flexíveis a partir de um navio 11 de instalação de uma forma conhecida, fazendo-as passar através dos elementos 5b de orientação e, em seguida, ligando a sua extremidade 7-1' inferior à extremidade do pescoço de cisne 4-1 e, finalmente, transferindo a extre- midade 7-2' superior da referida tubulação 7 flexível para a estrutura 2c de amarração do desenrolador 2 para, por fim, obter a configuração da figura 1.

[0072] Na figura 6, mostra-se uma variante da invenção instalada em um FPSO possuindo um desenrolador interno localizado no terço frontal do navio 1. A estrutura de orientação tem, de um modo vantajoso, um primeiro andar de primeiros elementos 5b de orientação localizados ao nível de um primeiro plano P1 inferior de orientação a uma profundidade H1, distribuídos ao longo de uma circunferência com um raio R1 de 5 e 25 m e um segundo andar de segundos elementos 5b' de orientação localizados em um plano P2 superior de orientação localizado a uma profundidade H2 entre o desenrolador 2 e o primeiro plano P1 de orientação. Os referidos segundos elementos 5b' de orientação estão distribuídos na periferia do segundo andar da estrutura 5b de orientação, com os seus eixos Z4Z4' situados em um mesmo plano vertical que os eixos Z3Z3' dos primeiros elementos de orientação. Assim, uma tubulação 7 flexível passará pelos dois elementos 5b' e 5b de orientação dispostos em um mesmo plano que passa pelos referidos eixos Z3Z3', Z4Z4', bem como pelo eixo Z1Z1' da estrutura 5 de orientação, pelo que as curvas de catenária das diferentes partes 7-1, 7-2a, 7-2b ficam situadas, substancialmente, em um mesmo plano vertical. A parte 7-2a de tubulação flexível está situada entre um primeiro elemento 5b de orientação e um segundo elemento 5b' de orientação, ao passo que a segunda parte 7-2b da segunda parte 7-2 de tubulação está situada entre o segundo elemento 5b' de orientação e a extremidade 7-2' superior da tubulação 7 flexível.

[0073] Na prática, instala-se a estrutura 5b de orientação de modo a ficar imune aos efeitos das ondas e a altura H2 do andar P2 superior dos elementos 5b' de orientação será de 40 a 200 m e a altura H1 do primeiro andar dos primeiros elementos 5b de orientação mais profun- da será situada a uma profundidade H1 de 45 a 250 m.

[0074] Esta configuração tem a vantagem de melhorar, significati vamente, a orientação de cada tubulação 7 flexível, evitando, assim, o risco de danificar as tubulações flexíveis por aperto da tubulação excessivamente curvada no seu ponto 5b-1 de contato com os elementos 5b de orientação, fenómeno temido, especialmente em caso de tempestades ou de condições oceânicas e meteorológicas severas. Na figura 6A, ilustrou-se um aperto desse tipo, temido, principalmente, ao nível do primeiro plano P1 de orientação. Com efeito, essa configuração de aperto na entrada do elemento de orientação comprime axialmente a tubulação 7 flexível ao nível 5b-1 do primeiro elemento 5b de orientação, o que é prejudicial para a integralidade da tubulação flexível sob pressão e pode conduzir ao seu colapso, logo, à sua ruína e a poluições significativas.

[0075] Na figura 7A, é mostrado em corte e em uma vista explodi da um primeiro modo de aplicação de tensão ao cabo 6 relativamente ao desenrolador interno da figura 6. O referido cabo 6 reentra no de- senrolador 2, de um modo preferido, segundo o eixo do referido de- senrolador e é guiado por um rolete ou rolos 20. É rodado sobre um dispositivo 21 de polias solidário, em 22, com a estrutura do referido desenrolador e é, depois, ligado pela sua extremidade a um contrapeso 23 que se desloca ao longo de um eixo vertical paralelo ao eixo ZZ' em um poço de orientação, não representado, solidário com o referido desenrolador. Este meio tem a vantagem de ser muito simples e requerer apenas um mínimo de manutenção. Em contrapartida, para alterar o valor da tensão, deve-se mudar o peso do referido contrapeso, ou adicionando/removendo massas ou enchendo/esvaziando um reservatório, por exemplo, simplesmente com água do mar, estando o referido reservatório solidário com o referido contrapeso. Outra vantagem desta disposição é que o cabo, o contrapeso e o desenrolador, permanecem em uma posição substancialmente fixa em termos de rotação em relação ao fundo 3 marinho. Em contrapartida, esta disposição exige uma grande altura de deslocamento para o contrapeso, o que não é um problema no caso do desenrolador integrado, tal como descrito relativamente à figura 6. Esta disposição não é, de um modo geral, recomendável no caso do desenrolador externo devido à baixa altura da estrutura do conjunto.

[0076] Na figura 7B, mostra-se, em corte, um segundo modo de aplicação de tensão ao cabo 6 relativamente ao desenrolador interno da figura 6. O referido cabo 6 reentra no desenrolador 2, de um modo preferido, segundo o eixo do referido desenrolador e é guiado por um rolete ou rolos 20. Atravessa completamente o desenrolador e o conector 2b de junta ao qual estão ligadas as tubulações 14 flexíveis e sai por cima do convés 1a do FPSO e, em seguida, é rodado sobre um dispositivo 24a-24b de polias solidário com a estrutura do convés 1a do FPSO e, depois, a sua extremidade é ligada a um contrapeso 23 que se desloca segundo o eixo vertical paralelo ao eixo ZZ' em um poço 25 de orientação integrado no casco do FPSO. Este meio também tem a vantagem de ser muito simples e requerer apenas um mínimo de manutenção. Em contrapartida, para alterar o valor da tensão, é conveniente modificar o peso do referido contrapeso 23, ou adicionan- do/removendo massas ou enchendo/esvaziando um reservatório, por exemplo, simplesmente com água do mar, estando o referido reservatório solidário com o referido contrapeso

[0077] Uma vez que o cabo 6 ligado ao topo da torre 4 está subs tancialmente fixo, em termos de rotação em relação ao fundo do mar e que o contrapeso 23, solidário com o navio 1, é rodado relativamente ao mesmo em relação à parte do cabo no interior do desenrolador 2, coloca-se, de um modo vantajoso, um pivô ou tornel 6b no percurso do cabo, de um modo preferido, no interior do desenrolador 2, por exem- plo, a meia-altura do referido desenrolador, de modo a que a parte 6c inferior do cabo permaneça substancialmente fixa, em termos de rotação, sem torção relativamente ao fundo do mar e que a parte 6a superior do referido cabo 6 tensor por cima do tornel 6b acompanhe os movimentos do FPSO sem gerar torção no cabo, independentemente do número de rotações efectuadas pelo navio em torno do seu eixo ZZ' vertical. Esta disposição aplica-se no caso do desenrolador integrado, tal como descrito relativamente à figura 6, ou no caso de um desenro- lador em consola na parte da frente, tal como descrito relativamente à figura 1. No caso do desenrolador em consola, o tornel 6b será, de um modo preferido, instalado entre a polia 24a e a parede 2c-1 de fundo do desenrolador. Mas, em alguns casos, o deslocamento vertical do tornel 6b não é suficiente no caso de movimentos extremos do FPSO. Instala-se, então, o pivô ou tornel 6b na água a uma boa distância abaixo do desenrolador ou em uma posição axial horizontal entre as polias 24a e 24b.

[0078] Na figura 8, mostra-se um terceiro modo de aplicação de tensão ao cabo 6 com base na utilização de um tensor 30 hidráulico solidário com o desenrolador 30 ou com o convés 1a do FPSO. Este tipo de tensor, conhecido pelos especialistas na técnica, é constituído por um cilindro 30a hidráulico de efeito simples dotado, na parte inferior e superior, com uma haste de cilindro de um sistema de desmultipli- cação 30b de polia, sendo o cabo 6 passado, de modo conhecido, em torno das referidas polias e sendo a sua extremidade ligada a um ponto fixo solidário com o referido cilindro. Um grupo 30c hidráulico constituído por acumuladores e bombas mantém uma dada pressão substancialmente constante no cilindro 30c e, por conseguinte, uma dada tensão substancialmente constante no cabo 6, independentemente da quantidade de cabo enrolado ou desenrolado. Este modo de aplicação de tensão é mais complexo do que a utilização de um contrapeso, mas tem a vantagem de poder ser ajustado em tempo real ao, simplesmente, mudar o valor de pressão dentro dos acumuladores, o que é uma grande vantagem no caso de condições oceânicas e meteorológicas severas que requerem, se for caso disso, um ajuste fino da rigidez da torre, para minimizar ao mínimo as tensões impostas aos elementos de ligação flexíveis que são os elementos sensíveis a este tipo de ligação fundo-superfície.

[0079] Na figura 10, é mostrada uma forma de realização na qual os elementos 4c de flutuabilidade da torre 4 são constituídos por módulos 4ci de flutuabilidade e de orientação deslizando ao longo do elemento 4b de reforço vertical e das colunas ascendentes 4a, estando estas últimas solidarizadas, no seu topo, por uma estrutura 4b1 de transporte e simetricamente distribuídas em torno do elemento 4b de reforço vertical. Os referidos módulos 4ci de flutuabilidade e de orientação também cooperam, em termos de deslizamento, com as colunas ascendentes 4a e elemento 4b de reforço vertical de modo a manter as colunas ascendentes distribuídas de modo uniforme e regular em torno do elemento 4b de reforço vertical.

Claims (14)

1. Instalação de ligação fundo-superfície entre uma pluralidade de tubulações (3) submarinas assentes no fundo (12) do mar e um suporte (1) flutuante na superfície (10) e ancorado (1a) ao fundo do mar, compreendendo: a) um referido suporte flutuante compreendendo um desen- rolador (2) compreendendo uma cavidade (2d) no interior de uma estrutura afastada na frente do suporte flutuante ou integrada no ou por baixo do casco do suporte flutuante, atravessando a referida cavidade, de um modo preferido, o casco do suporte flutuante ao longo de toda a sua altura, compreendendo, ainda, o referido desenrolador (2) uma parte (2a) interna cilíndrica adaptada para permanecer substancialmente fixa em relação ao fundo do mar no interior da referida cavidade (2d) quando o referido suporte (1) flutuante é rodado em torno do eixo (ZZ') vertical da referida parte (2a) interna ou referida cavidade (2d) do desenrolador, sendo o referido suporte flutuante ancorado (1b) ao fun-do do mar por linhas (1b) fixas nas suas extremidades superiores à referida parte (2a) interna cilíndrica do desenrolador (2), e b) uma pluralidade de tubulações (7, 7a-7b) flexíveis, que se estendem a partir do referido desenrolador, ao qual as suas extremidades (7-2') superiores estão ligadas até às extremidades superiores de uma respectiva pluralidade de tubulações (4a) rígidas às quais as extremidades (7-1') inferiores das referidas tubulações flexíveis estão ligadas, assegurando as referidas tubulações (4a) rígidas a ligação entre as referidas tubulações (7, 7a-7b) flexíveis e, respectivamente, a referida pluralidade de tubulações (3) submarinas assentes no fundo do mar, sendo as referidas tubulações (4a) rígidas unidas entre si e/ou guiadas, pelo menos, nos seus topos, por uma estrutura (4b, 4b1) de transporte submetida a tensão por elementos (4c, 5c) de flutuabilidade, estando a referida estrutura (4b, 4b1) de transporte ligada a uma base (8) assente ou enfiada no fundo do mar, de um modo preferido, por meio de uma articulação (8a) mecânica flexível e compreendendo a referida estrutura de transporte, de um modo preferido, um elemento (4b) de reforço vertical estendido até à referida articulação (8a) mecânica flexível, sendo a referida instalação caracterizada por compreender uma estrutura (5) de orientação mantida à subsuperfície (H) entre o referido desenrolador (2) e a referida estrutura (4b, 4b1) de transporte, de um modo preferido, solidária (5a) com a referida estrutura (4b) de transporte no topo das referidas tubulações (4a) rígidas, estando a referida estrutura (5) de orientação adaptada para guiar as referidas tubulações (7) flexíveis entre, por um lado, as suas extremidades (7-2') superiores ligadas à referida parte (2a) interna cilíndrica do desenrola- dor (2) e, por outro lado, as suas extremidades (7-1') inferiores ligadas às extremidades superiores das referidas tubulações (4a) rígidas, de um modo preferido, por meio de dispositivos (4-1) em forma de pescoço de cisne, compreendendo a referida estrutura (5) de orientação uma pluralidade de primeiros elementos (5b) de orientação atravessados, respectivamente, pela referida pluralidade de tubulações flexíveis, de tal modo que uma referida tubulação flexível compreende, pelo menos, uma primeira parte (7-1) de tubulação flexível com uma configuração de catenária mergulhante compreendendo um ponto (7', 7a', 7b') baixo de inflexão intermédio entre, por um lado, a extremidade (7-1') inferior da referida tubulação flexível ligada à extremidade superior de uma referida tubulação (4a) rígida e, por outro lado, o ponto (5b1) de contato da referida tubulação (7, 7a, 7b) flexível ao nível do referido primeiro elemento (5b) de orientação que esta atravessa, e uma segunda parte (7-2) de tubulação flexível estendida totalmente por cima do referido ponto (5b1) de contato da tubulação flexível com o referido primeiro elemento (5b) de orientação, segundo uma curvatura em for ma de catenária desde o referido elemento (5b) de orientação que esta atravessa até ao referido desenrolador (2) ao qual a sua extremidade (7-2') superior está ligada.

2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a referida estrutura (5) de orientação compreender, de um modo preferido, pelo menos, 4, de um modo ainda mais preferido, 6 a 12 referidos primeiros elementos (5b) de orientação distribuídos, de um modo preferido, simétrica e regularmente, de um modo ainda mais preferido, circularmente, na periferia da referida estrutura de orientação e cujos eixos (Z3Z3') estão localizados a uma distância (R1) de, pelo menos, 3 m, de um modo preferido, de 3 a 25 m, do eixo (Z1Z1') da referida estrutura de orientação.

3. Instalação, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de a referida estrutura (5) de orientação compreender, pelo menos, um elemento (5c) de flutuabilidade adaptado para manter a referida estrutura de orientação acima da referida estrutura (4b, 4b1) de transporte das tubulações rígidas, a uma profundidade (H) de, pelo menos, 25 m, de um modo preferido, de 50 a 250 m da superfície (10).

4. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de o referido elemento (5c) de flu- tuabilidade ser constituído por, pelo menos, um bidão, relativamente ao qual se pode fazer variar a força da tensão aplicada por aplicação de lastro ou retirada de lastro do referido bidão.

5. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de a referida estrutura (5) de orientação estar ligada à referida estrutura (4b) de transporte por uma ligação constituindo uma articulação (5a) mecânica flexível entre a referida estrutura (5) de orientação e a referida estrutura (4b, 4b1) de transporte.

6. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de a referida estrutura (5) de orientação compreender, pelo menos, um primeiro andar (P1) de referidos primeiros elementos (5b) de orientação localizados a uma profundidade (H1) e, pelo menos, um segundo andar (P2) de segundos elementos (5b') de orientação localizados acima dos referidos primeiros elementos de orientação a uma profundidade (H2) inferior à profundidade (H1) dos referidos primeiros elementos (5b) de orientação e através dos quais passam as referidas segundas partes (7-2) de tubulações flexíveis, estando o eixo (Z4Z4') de cada referido segundo elemento de orientação posicionado substancialmente em um mesmo plano vertical, mas a uma distância (R2) mais próxima do eixo (Z1Z'1) da referida estrutura de orientação que do (Z3Z3') do referido primeiro elemento de orientação em cima do qual o referido segundo elemento de orientação está localizado e através do qual passa uma mesma tubulação (7) flexível.

7. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de a referida estrutura de orientação estar ligada ao referido desenrolador (2) por, pelo menos, um cabo (6) tensor e de ligação.

8. Instalação de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de o referido cabo (6) tensor ser submetido a uma tensão de modo a que o ângulo α entre o eixo (Z2Z2') do referido cabo de ten- sionamento e o eixo (Z1Z1') da referida estrutura de transporte e, de um modo preferido, o referido elemento (4b, 4b') de reforço, permaneça inferior a 5°, estando o referido suporte flutuante ancorado (1b) no fundo do mar de tal modo que o ângulo β de inclinação entre o eixo (Z1Z1') da referida estrutura de transporte e, de um modo preferido, do referido elemento (4b) de reforço vertical e a vertical (Z0Z0') que passa através da referida base permaneça inferior a 10° quando o suporte flutuante é movimentado pela agitação do mar e/ou pela força do vento apesar da sua ancoragem (1b).

9. Instalação, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de o referido cabo (6) tensor atravessar o referido desenrolador (2), de um modo preferido, substancialmente ao eixo (ZZ') do referido desenrolador e, depois, ser rodado sobre polias (21, 24a-24b) solidárias com o referido desenrolador e/ou com a estrutura (1a, 1c) do suporte flutuante, de um modo preferido, do convés (1a) de suporte flutuante, antes de ser submetido a uma tensão na sua extremidade livre por um contrapeso (23) que se desloca paralelamente ao eixo ZZ' do referido desenrolador em um poço (25) de orientação no interior do referido desenrolador (2) ou, respectivamente, no interior do casco (1c) do referido suporte flutuante.

10. Instalação de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de o referido cabo (6) ser submetido a uma tensão por meio de um tensor (30) hidráulico solidário com o desenrolador (2) ou com o convés (1a) do suporte flutuante, compreendendo o referido tensor (30) hidráulico, pelo menos, um cilindro (30a) hidráulico cooperando com um sistema (30b) de desmultiplicação de polias, estando a extremidade do referido cabo (6) tensor ligada a um ponto fixo solidário com o suporte do referido cilindro (30a) hidráulico, e um grupo (30c) hidráulico constituído por acumuladores e bombas adaptados para manter uma dada pressão substancialmente constante no referido cilindro permitindo aplicar uma tensão dada substancialmente constante ao referido cabo (6) tensor.

11. Instalação de orientação de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizada pelo fato de o referido cabo (6) tensor cooperar com um tornel (6b) no percurso do cabo (6), de um modo preferido, no interior do desenrolador (2), de tal modo que a parte (6c) inferior do cabo por baixo do referido tornel (6b) não se torce quando a parte (6a) superior do referido cabo (6) tensor acompanha os movimentos de rotação relativa (1) do referido suporte flutuante em relação à referida parte cilíndrica interna do desenrolador (2).

12. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada por compreender uma estrutura (2c) de amarração fixa, de um modo preferido, de modo reversível, no lado de baixo da parede (2c1) de fundo, à referida parte (2a) cilíndrica interna do desenrolador (2), estando as referidas tubulações (7) flexíveis ancoradas na referida estrutura (2c) de amarração ao nível das suas referidas extremidades (7-2') superiores e estando o referido suporte (1) flutuante ancorado ao fundo do mar por meio de linhas (1b) de ancoragem amarradas à referida estrutura (2c) de amarração, estendendo- se, de um modo preferido, uma pluralidade de segundas tubulações (14) de ligação através do referido desenrolador (2) entre as extremidades (7-2') superiores das referidas tubulações (7) flexíveis e o con-vés (1a) do suporte flutuante, atravessando a parede (2c1) de fundo da parte (2a) cilíndrica interna do desenrolador e subindo até um conector (2b), de um modo preferido, do tipo de articulação rotativa, ao qual estão ligadas as referidas segundas tubulações (14) de ligação, estando o referido conector (2b) solidário com o suporte flutuante, de um modo preferido, ao nível do convés (1a) do suporte flutuante.

13. Instalação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada por compreender uma torre (4) híbrida mul- ti-colunas ascendentes compreendendo: a) um elemento (4b) de reforço vertical suspenso a partir de, pelo menos, um flutuador (5b) imerso em subsuperfície, de um modo preferido, por meio de uma corrente ou cabo (5a), estando o referido elemento de reforço fixo pela sua extremidade inferior a uma base (8) assente no fundo do mar e/ou enfiado no fundo (12) do mar, de um modo preferido, por meio de uma articulação (8a) mecânica fle- xível, e b) uma pluralidade de tubulações (4a) rígidas verticais de-nominadas "riser", cujas extremidades inferiores estão ligadas por meio de elementos (5a, 4-2) de tubulações de junção em cotovelo e conectores (9) automáticos à pluralidade de referidas tubulações (3) assentes no fundo do mar, e c) uma pluralidade de módulos de flutuabilidade e de orientação (4c, 4ci com i = 1 a n) suportados pelo referido elemento (4b) de reforço, suportando os referidos módulos de flutuabilidade e de orientação elementos de flutuabilidade e guiando as referidas colunas ascendentes para a posição devida, de um modo preferido, regular e simetricamente distribuídas em torno do referido elemento (4b) de reforço, constituindo os referidos módulos de flutuabilidade e orientação, de um modo preferido, uma pluralidade de estruturas independentes adaptadas para deslizar ao longo do referido elemento (4b) de reforço e ao longo das referidas colunas (4a) ascendentes, suportando a referida estrutura (4c) elementos de flutuabilidade e guiando as referidas colunas ascendentes para a posição devida, de um modo preferido, regular e simetricamente distribuídas em torno do referido elemento de reforço.

14. Método de reboque no mar de uma torre (4) e a colocação de uma instalação como definida na reivindicação 13, caracterizado por a referida torre (4) compreender os seguintes passos sucessivos nos quais: 1) uma referida torre (4) é pré-fabricada em terra, e 2) a referida torre (4) é rebocada no mar por um navio (11) de instalação em uma posição horizontal, flutuando a referida torre (4) à superfície (10) devido ao seus referidos elementos (4c) de flutuabili- dade distribuídos ao longo da referida torre, e 3) se instala uma placa (13) de amarração na extremidade inferior da referida torre e, 4) se vira a referida torre da qual se liga a extremidade inferior à referida articulação (8a) mecânica flexível ao nível da referida base (8), e 5) se desce a referida estrutura (5) de orientação a partir do navio (11) de instalação e se liga (5a) a mesma ao topo da referida torre (4), e 6) de um modo preferido, se retira o lastro de um bidão (5c) de flutuabilidade da referida estrutura (5) de orientação e, depois, se desliga o cabo (11a) de descida da referida estrutura de orientação, de tal modo que, devido à sua (5c) própria flutuabilidade, a referida estrutura (5) de orientação permanece, então, em uma posição substancialmente vertical por cima da referida torre (4), e 7) se afasta o navio (11) de instalação e se desloca o suporte (1) flutuante à superfície até chegar ao nível da referida estrutura (5) de orientação e, depois, se ancora no fundo do mar o suporte flutuante com as linhas (1b) de ancoragem, e 8) de um modo preferido, se instala um cabo (6) tensor e de ligação entre o suporte (1) flutuante e a estrutura (5) de orientação, e se aplica uma tensão ao referido cabo para manter a referida estrutura (5) de orientação e a referida torre ligada à mesma suficientemente rígida para permitir a instalação subsequente das referidas tubulações (7) flexíveis, e 9) se aproxima o navio (11) de instalação e se desce cada extremidade (7-1') inferior de tubulação (7) flexível na vertical e através dos referidos elementos (5b, 5b') de orientação, e, em seguida, se efectua a ligação das extremidades (7-1) inferiores das tubulações (7) flexíveis ao nível das extremidades (4-1) superiores das referidas colunas (4a) ascendentes, depois, 10) se efetua a ligação das extremidades inferiores das co lunas (4a) ascendentes às extremidades das tubulações (3) assentes no fundo (12) do mar.

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