BR112013015275B1

BR112013015275B1 - c-semi com forças hidrodinâmicas mínimas

Info

Publication number: BR112013015275B1
Application number: BR112013015275-3A
Authority: BR
Inventors: Tao Wang; Yijian Zeng
Original assignee: Aker Solutions Inc.
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2021-01-19
Also published as: US9205897B2; BR112013015275A2; WO2012071407A3; US20130319314A1; WO2012071407A2; MY168677A

Abstract

C-SEMI COM FORÇAS HIDRODINÂMICAS MÍNIMAS. Estrutura flutuante offshore para a perfuração e produção de petróleo e de gás inclui um pontão oco, toroidal, em geral circular, substancialmente com a mesma largura radial por todo um perímetro do portão. A estrutura flutuante offshore inclui uma pluralidade de colunas substancialmente com a mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em um ponto de acoplamento, em uma extremidade de fundo da mesma, ao pontão em um ponto equidistante ao longo do perímetro do pontão e adaptada para ser acoplada, em uma extremidade de topo, a uma estrutura de convés. O diâmetro de um centro da largura radial do pontão é maior do que uma distância de um centro de uma coluna a um centro de uma coluna adjacente.

Description

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE OU REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

Esse pedido reivindica o beneficio de prioridade para

Pedido de Patente Provisório N° de Série 61/416.570, depositado em 23 de novembro de 2010, cujos conteúdos são aqui incorporados através de referência em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere, de um modo geral, a uma plataforma flutuante offshore para a perfuração e produção de petróleo e gás. Especificamente, a invenção se refere a uma plataforma semissubmersivel cilíndrica circular (C-Semi) para perfuração e produção offshore.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Estruturas flutuantes usadas para perfuração offshore de petróleo e gás são conhecidas. Uma dessas estruturas flutuantes é um casco semissubmersivel convencional. Um casco semissubmersivel convencional tem uma estrutura de pontão quadrada. A estrutura de pontão quadrada é acoplada à quatro colunas de forma quadrada colocadas nos quatro cantos da estrutura de pontão. Portanto, o comprimento da seção de pontão é o mesmo que o comprimento que separa as colunas.

Em um casco semissubmersivel convencional, as colunas não têm cintas. Cada coluna é conectada a uma estrutura de convés para suportar instalações nos topsides. Um sistema de amarração aberta ou posicionamento dinâmico é usado para manutenção de estação.

Os cascos semissubmersiveis convencionais têm diversas limitações. Eles estão sujeitos a movimentos de ondas de grande altura, rolamento e afastamento. Um casco semissubmersivel convencional é incapaz de suportar condutores ascendentes de aço em catenária em condições meteorológicas extremas. Esses condutores ascendentes de aço em catenária também têm problemas de fadiga em condições de operação a longo prazo. Além disso, um casco semissubmersivel convencional é incapaz de ser usado para aplicações de produção de árvore seca enquanto sendo submetido a esses movimentos.

Há também variantes conhecidas dessa estrutura que alteram o calado e a distância da coluna da plataforma flutuante. Em estruturas tradicionais, o comprimento da estrutura de pontão é consideravelmente maior do que o calado. Em uma tentativa para reduzir os efeitos de movimentos experimentados em condições meteorológicas operacionais extremas, foram desenvolvidas estruturas com um calado aumentado e/ou distância de colunas modificada.

Contudo, essas variantes de grande calado sào ainda limitadas, operacionalmente.

Outro tipo de estrutura flutuante conhecida é uma plataforma de calado extensível (EDP). Uma estrutura de EDP inclui um convés de equipamento flutuante. O convés de equipamento flutuante é retangular ou triangular. Poços de colunas são acoplados a cada canto do equipamento flutuante. Em uma extremidade oposta, as colunas são acopladas a uma placa de alçada. Em uma estrutura de EDP, cada uma das colunas tem uma porção superior com um diâmetro que é diferente daquele de uma porção inferior, que é usualmente menor. As colunas podem se mover verticalmente no poço de coluna para ajustar o calado.

As estruturas de EDP têm diversas limitações. As estruturas de EDP são dificeis de fabricar e manter porque elas usam componentes complexos, com grande movimentação. Adicionalmente correntes fortes de subsuperficie podem causar vibrações vórtice-induzidas (VIV). Uma estrutura que tem exposição prolongada à VIV pode experimentar danos pela fadiga aos componentes e está sujeira à falha estrutural.

Um casco semissubmersivel de duas colunas é uma estrutura flutuante conhecida. Um casco semissubmersivel de duas colunas tem uma estrutura de convés que é suportada estruturas, um conjunto de colunas emparelhadas é deslocado uma distância para fora do outro conjunto de colunas emparelhadas. O outro conjunto de colunas emparelhadas está em linha com uma estrutura de pontão. As extremidades inferiores desse conjunto de colunas verticais são conectadas às estruturas de pontão.

O casco semissubmersivel de duas colunas, em um calado muito mais profundo, tem melhor desempenho do que um casco semissubmersivel convencional em um calado muito mais raso. Contudo, no mesmo calado, o casco semissubmersivel de duas colunas aperfeiçoa apenas marginalmente os movimentos de um casco semissubmersivel convencional. Além disso, as duas colunas complicam o desenho, a fabricação e a operação.

Há, também, uma plataforma flutuante semissubmersivel de pontão central. A estrutura de pontão central é disposta no interior das colunas, com cada uma das referidas colunas verticais de suporte tendo uma forma seccional transversal com um eixo geométrico horizontal maior orientado radialmente para fora de um ponto central do referido casco. Contudo, a força de onda vertical no pontão central não foi cancelada, substancialmente, pelas forças sobre as colunas. Essa disposição tem efeitos adversos e pode resultar em movimentos verticais piores do que um casco semissubmersivel convencional no mesmo calado.

O outro submersível conhecido é octabuoy. O calado da octabuoy ó substancialmente maior do que a distância entre os eixos geométricos centrais das colunas. As colunas têm diâmetros bem grandes em relação ao comprimento da seção de pontão e o comprimento da seção de pontão está em torno de 2 vezes o diâmetro da coluna. Como um resultado, o deslocamento da coluna é umas poucas vezes maior do que o deslocamento do pontão e as forças das ondas sobre as colunas darão uma contribuição maior do que a força sobre o pontão. 0 calado mais preferido da octabuoy é pelo menos 60 metros e a relação mais preferida de calado para a distância entre os eixos geométricos centrais das colunas é 1,3 para 1,35. O calado substancialmente profundo requerido faz com que ela não possa integrar topsides em quaysides por causa das limitações de profundidade da água. Adicionalmente, flutuadores em operações perto da costa são requeridos. A forma não linear e a seção transversal variável das colunas também aumenta a complexidade de fabricação.

Portanto, para a perfuração e a produção de petróleo e gás offshore, há necessidade de uma estrutura flutuante simples que está sujeita às forças ambientais minimizadas e aos movimentos da plataforma, em comparação com as semissubmersíveis conhecidas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma plataforma flutuante C-Semi para produção e perfuração offshore inclui um pontão oco, toroidal, em geral circular, pontão oco, uma pluralidade de colunas, uma estrutura de convés e instalações topsides. 0 pontão cilíndrico circular pode ser compreendido de seções retas e curvas. O diâmetro de um centro da largura radial do pontão é maior do que a distância de um centro de coluna a um centro de coluna adjacente. Nos pontos de interseção de colunas e do pontão, a área seccional transversal de colunas é, em geral, maior do que a área correspondente do pontão, mas pode ser igual ou menor. Ãs colunas têm uma seção transversal que é circular ou quadrada com cantos arredondados. Se desejado, cada coluna pode ser dotada de cintas helicoidais de sobreposição, que se estendem através da totalidade do perímetro da coluna abaixo da linha d'água.

Em uma modalidade da presente invenção, a estrutura flutuante offshore para a perfuração e a produção de petróleo e gás inclui um pontão oco, toroidal, em geral circular, substancialmente com a mesma largura radial por todo um perímetro do pontão. A estrutura flutuante offshore inclui uma pluralidade de colunas substancialmente com a mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em um ponto de acoplamento, em uma extremidade de fundo da mesma, ao pontão em um ponto equidistante ao longo do perímetro do pontão e adaptado para ser acoplado em uma extremidade de topo a uma estrutura de convés. 0 diâmetro de um centro da largura radial do pontão é maior do que uma distância de um centro de uma coluna a um centro de uma coluna adjacente.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, a estrutura flutuante offshore é um pontão toroidal, oval, oco substancialmente com a mesma largura radial por todo o perímetro do pontão. A estrutura flutuante offshore inclui quatro colunas grandes substancialmente com a mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em uma extremidade de fundo ao pontão em um ponto equidistante ao longo do perímetro do pontão, formando dois diâmetros não mais curtos. Cada coluna grande também é adaptada para ser acoplada em uma extremidade de topo a uma estrutura de convés. A estrutura de perfuração offshore também inclui duas colunas pequenas substancialmente com a mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em uma extremidade de fundo ao pontão em um ponto equidistante ao longo do perímetro do pontão, formando o diâmetro mais curto. Cada coluna pequena também está adaptada para ser acoplada em uma extremidade de topo a uma estrutura de convés.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, a estrutura flutuante offshore é um pontão cubóide, retangular, oco, substancialmente com uma mesma largura radial por todo um perímetro do pontão. A estrutura flutuante offshore inclui quatro colunas substancialmente com uma mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em uma extremidade de fundo ao pontão no centro de cada lado do pontão. Cada coluna também está adaptada para ser acoplada em uma extremidade de topo a uma estrutura de convés.

A presente invenção oferece utilizada para unidades semissubmersíveis de perfuração e produção, incluindo árvores úmidas com risers de aço em catenárias (SCR) e/ou árvores secas com risers de topo tensionado (TTR). Adicionalmente, o casco C-Semi é aplicável à Plataformas de Pernas de Tensão (TLPs).

O C-Semi oferece diversas vantagens, incluindo movimentos induzidos por ondas, correntes e vórtices minimizados e forças estruturais. Essas vantagens aperfeiçoam, significativamente, o desempenho do casco, da amarração e do sistema de risers. Adicionalmente, a presente invenção reduz os custos e os riscos, tipicamente, no desenvolvimento de campos de petróleo e gás offshore.

Outras características e vantagens da presente invenção serão compreendidas em vista da descrição seguinte com referência às figuras do desenho.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Embora a presente invenção possa ser concretizada em muitas formas diferentes, um número de modalidades ilustrativas são descritas aqui com referência às figuras anexas. A pessoa habilitada compreenderá que a presente exposição deve ser considerada como proporcionando exemplos dos princípios da invenção e esses exemplos não são destinados a limitar a invenção à modalidade preferida aqui descrita e/ou ilustrada. A figura 1 é uma vista de plano de uma C-Semi, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 2 é uma vista em alçado de uma C-Semi, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 3 é uma vista em perspectiva de uma C-Semi, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 4 é uma vista detalhada de uma coluna individual com cintas, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 5 é uma vista de plano de uma C-Semi com o pontão deslocado para fora, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 6 é uma vista de plano de uma C-Semi com o pontão deslocado para dentro, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 7 é uma vista de plano de uma C-Semi com colunas quadradas, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 8 é uma vista de plano de uma C-Semi com seis colunas, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 9 é uma vista de plano de uma C-Semi com seções medianas retas do pontão e colunas circulares, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 10 é uma vista de plano de uma C-Semi com seções medianas retas do pontão e colunas quadradas, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 11 é uma vista em perspectiva DE UMA c-Semi com seções medianas de pontão retas e colunas quadradas, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 12 é uma vista de plano de uma C-Semi com um pontão quadrado e e colunas circulares, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A figura 13 é um gráfico mostrando os operadores de amplitude de resposta de onda (RAO) para uma C-Semi (conforme concretizado na figura 3) e casco semissubmersivel convencional no mesmo calado. A figura 14 é um gráfico mostrando os operadores de amplitude de resposta de onda (RAO) em torno do período de pico de onda para uma C-Semi (conforme concretizado na figura 3) e casco semissubmersivel convencional no mesmo 5 calado. A figura 15 é um gráfico mostrando as forças de excitação de onda sobre o pontão e as colunas na direção vertical para uma C-Semi (conforme concretizado na figura 3) e um casco semissubmersivel convencional no mesmo calado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A figura 1 é uma vista de plano de uma C-Semi 10 com um pontão cilíndrico circular 11 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas cilíndricas 12 são acopladas ao pontão 11 em 15 pontos ao longo do perímetro do pontão 11 equidistantes uns dos outros. Embora o pontão 11 possa ser uma estrutura única ou diversas estruturas separadas, para facilidade na descrição, o pontão 11 será referido como tendo quatro seções ou quadrantes 19a, 19b, 19c e 19d; cada seção é 20 acoplada e posicionada entre duas colunas adjacentes 12. O pontão 11 é um toróide circular, oco, com uma borda interior 11a e uma borda exterior 11b. O pontão pode ser enchido com material flutuante, tal como ar, ou lastro, tal como água.

Nesta modalidade, partes de cada coluna 12 podem se estender radialmente além das bordas interior e exterior do pontão 11. A largura máxima (nesse caso, o diâmetro) 13 das colunas 12 é maior do que a largura radial 16 do pontão 11. Portanto, no ponto onde a coluna 12 intersecta o pontão 11, a área seccional transversal de cada coluna é maior do que a área correspondente do pontão 11. O diâmetro do centro da largura radial de uma seção de pontão oposta 17 é maior do que a distância do centro de uma coluna 18 ao centro de uma coluna adjacente 18. Uma amarração aberta (não mostrada) pode ser usada para manutenção de estação da C-Semi. A figura 2 é uma vista em alçado da C-Semi 10 com um pontão circular cilíndrico 11 de acordo com esta modalidade da presente invenção. Uma estrutura de convés 13 pode ser conectada à extremidade de topo de colunas 12. Cintas 14 podem ser proporcionadas no exterior das colunas 12 abaixo da linha d'água media 15 para mitigar os movimentos induzidos por vórtices. As colunas 12 podem ser presas ao pontão 11 na extremidade oposta à estrutura de convés 13.

As seções de pontão são posicionadas radialmente para fora em relação às colunas. O diâmetro 23 do centro da largura radial de uma seção de pontão 17 até o centro da largura radial de uma seção de pontão oposta 17, de preferência, está entre 1,2 a 1,5 vezes a distância 21 do centro de uma coluna 18 até o centro de uma coluna adjacente 18. As seções de pontão são substancialmente mais longas em relação À largura de coluna 13 e a distância 21 entre os eixos centrais de colunas adjacentes é, de preferência, 3,5 a 4 vezes a largura de coluna 13. O calado preferido 20 está, em geral, entre 20 a 50 metros. O calado está entre 0,3 e 1 vez a distância 21 do centro de uma coluna 18 ao centro de uma coluna adjacente 18. O calado também é, tipicamente, muito menor do que a distância 21 entre eixos centrais de colunas adjacentes. A largura de pontão 16 varia de 0,6 a 1 vez a largura de coluna 13. A altura de pontão preferida 22 está na faixa de 0,4 a 0,8 vezes a largura do pontão 16. O deslocamento de coluna está entre 0,8 a 2 vezes o deslocamento de pontão. As forças das ondas sobre as colunas contribuem menos do que a força sobre o pontão para a maior parte dos períodos de onda. A figura 3 é uma vista em perspectiva da C-Semi 10 com um pontão cilíndrico circular 11 de acordo com esta modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas circulares cilíndricas 12 podem ser acopladas ao pontão 11 em pontos equidistantes ao longo do pontão 11. A figura 4 é uma vista de plano de uma coluna individual 12 de acordo com outra modalidade da presente invenção. 0 exterior de cada coluna pode ser dotado de três cintas helicoidais sobrepostas 14a, 14b, 14c, que cobrem completamente o perímetro da coluna 12 abaixo da linha d'água. A figura 5 é uma vista de plano de uma C-Semi 50 com um pontão circular cilíndrico 51 de acordo com outra modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas circulares cilíndricas 52 podem ser acopladas ao pontão 51 em pontos ao longo do perímetro do pontão 51 equidistantes uns dos outros. O pontão 51 é toróide circular, oco, com uma borda interior 51a e uma borda exterior 51b.

Embora o pontão 51 possa ser uma estrutura simples ou diversas estruturas separadas, para facilidade na descrição, o pontão 51 será referido como tendo quatro seções ou quadrantes 59a , 59b, 50c e 59d; cada seção é acoplada às duas colunas adjacentes 58. Conforme mostrado , a largura máxima (neste caso, o diâmetro) 53 das colunas 52 é amior do que a largura radial 54 do pontão 51. Portanto, no ponto onde a coluna 52 intersecta o pontão 51, a área seccional transversal de cada coluna 52 é maior do qeu a área correspondente do pontão 51. Nesta modalidade, conforme mostrado, partes de cada coluna 52 se estendem radialmente além apenas da borda interior 51a do pontão 51. A borda de uma coluna 52 pode estar em linha com a borda circunferencial externa do pontão 51. O diâmetro do centro da largura radial de uma seção de pontão 57 até o centro da largura radial de uma seção de pontão oposta 57 é maior do que a distância do centro de uma coluna 58 até o centro de uma coluna adjacente 58. A figura 6 é uma vista de plano de uma C-Semi 60 com um pontão circular cilíndrico 61 de acordo com outra modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas circulares cilíndricas 62 podem ser acopladas ao pontão 61 em pontos ao longo do perímetro do pontão 61 equidistante uns dos outros. 0 pontão 61 é um toróide circular, oco, com uma borda interior 61a e uma borda exterior 61b.

Embora o pontão 61 possa ser uma estrutura única ou diversas estruturas separadas, para facilidade na descrição, o pontão 61 será referido como tendo quatro seções ou quadrantes 69a, 69b, 69c e 69d; cada seção é acoplada 's duas colunas adjacentes 68. A largura máxima (neste caso, o diâmetro) 63 das colunas 62 é maior do que a largura radial 64 do pontão 61. Portanto, no ponto onde a coluna 62 intersecta o pontão 61, a área seccional transversal de cada coluna 62 é maior do que a area correspondente do pontão 61. Nesta modalidade, conforme mostrado, partes de cada coluna 62 se estendem radialmente além apenas da borda exterior 61b do pontão 61. O diâmetro do centro da largura radial de uma seção de pontão oposta 67 é maior do que a distância do centro de uma coluna 68 até o centro de uma coluna adjacente 68 . A figura 7 é uma vista de plano de uma C-Semi 70 com um pontão circular cilíndrico 71 de acordo com outra modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas cilíndricas quadradas 72 com cantos redondos podem ser acoplados ao pontão 71 em pontos ao longo do perímetro do pontão equidistantes uns dos outros. 0 pontão 71 é um toróide circular, oco com uma borda interior 71a e uma borda exterior 71b.

Embora o pontão 71 possa ser uma estrutura única ou diversas estruturas separadas, para facilidade na descrição, o pontão 71 será referido como tendo quatro seções ou quadrantes 79a, 79b, 79a e 79d; cada seção é acoplada às duas colunas adjacentes 78. A largura máxima 73 das colunas 72 é maior do que a largura radial 74 do pontão 71. Portanto, no ponto onde a coluna 72 intersecta o pontão 71, a área seccional transversal de cada coluna 72 é maior do que a área correspondente do pontão 71. Nesta modalidade, conforme mostrado, partes de cada coluna 72 se estendem radialmente além apenas da borda exterior 71b do pontão 71. O diâmetro do centro da largura radial de uma seção de pontão 77 até o centro da largura radial de uma seção de pontão oposta 77 é maior do que a distância deo centro de uma coluna 78 até o centro de uma coluna adjacente 78.

As seções de pontão sào posicionadas radialmente para fora em relação às colunas. 0 diâmetro 7 6 do centro da largura radial de uma seção de pontão de uma seção de pontão oposta 77 está, de preferência, entre 1,2 a 1,5 vezes a distância 75 do centro de uma coluna 78 até o centro de uma coluna adjacente 78. As seções de pontão são substancialmente maiores em relação à largura de coluna 73 e a distância 75 entre os eixos geométricos centrais de colunas adjacentes é, de preferência, 3,5 a 4 vezes a largura de coluna 73. O calado preferido está, em geral, entre 20 a 50 metros. O calado está entre 0,3 e 1 vez a distância 7 5 do centro de uma coluna 18 até o centro de uma coluna adjacente 78. O calado, tipicamente, também é menor do que a distância 75 entre os eixos geométricos centrais de colunas adjacentes. A largura de pontão 74 varia de 0,6 a 1 vez a largura de coluna 73. A atura de pontão preferida está na faixa de 0,4 a 0,8 vezes a largura de pontão 74. 0 deslocamento de coluna está entre 0,8 a 2 vezes o deslocamento de pontão. As forças das ondas sobre as colunas contribuem menos do que a força sobre o pontão para a maioria de periodos de onda. A figura 8 é uma vista de plano de uma C-Semi 80 de acordo com outra modalidade da presente invenção. O pontão é um toróide oval, oco, com uma uma borda interior 81a e uma borda exterior 81b. Conforme mostrado, duas colunas cilíndricas pequenas 83 podem ser acopladas ao pontão 81 de modo que a distância entre os pontos de acoplamento das colunas e o interior do pontão forma o diâmetro mais curto 85 do pontão oval 81. As duas colunas cilíndricas pequenas 83 podem ter uma largura máxima 87 que é igual à distância radial 86 da borda interior 81a à borda exterior 81b do pontão 81. As outras quatro colunas grandes 82 podem ser acopladas ao pontão oval 81 em extremidades opostas de dois diâmetros que não compreendem o diâmetro mais curto da oval.

As quatro colunas grandes 82 podem ter uma largura máxima 84, que é maior do que a largura radial 8 6 do pontão 81. Portanto, no ponto onde essas quatro colunas intersectam o pontão 81, a área seccional transversal de cada coluna 82 é maior do que a área correspondente do pontão 81. Nesta modalidade, conforme mostrado, partes de cada coluna 82 se estendem readialmente além de ambas, a borda interior 81a e a borda exterior 81b do pontão 81. A figura 9 é uma vista de plano de uma C-Semi 90 de acordo com outra modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas circulares cilíndricas 97 podem ser acopladas ao pontão 91 em pontos ao longo do perímetro do pontão 91 equidistantes uns dos outros.

Embora o pontão 91 possa ser uma estrutura única ou diversas estruturas separadas, para facilidade na descrição, o pontão 91 será referido como tendo quatro seções ou quadrantes 99a, 99b, 99c, 99d; cada seção é acoplada às duas colunas adjacentes. O pontão 91, em geral, está na forma de um toróide circular, oco, com uma borda interior 91a e uma borda exterior 91b. Contudo, cada seção de pontão ou quadrante 99a, 99b, 99c e 99d pode ter porções lineares 93 e porções não lineares 94. As porções lineares 93 podem compreender o centro de cada seção de pontão 99a, 99b, 99c e 99d, enquanto as porções não lineares 94 podem estar mais perto dos pontos de acoplamento das colunas 97 e do pontão 91. A largura máxima (neste caso, o diâmetro) 98 das colunas 97 é maior do que a largura radial 95 do pontão 91. Portanto, no ponto onde a coluna 92 intersecta o pontão 91, a área seccional transversal de cada coluna 92 é maior do que a área correspondente do pontão 91. Nesta modalidade, conforme mostrado, partes de cada coluna 92 se estendem radialmente além da borda interior 91a e da borda exterior 91b.

As seções de pontão são posicionadas radialmente para fora em relação às colunas. O diâmetro 96 do centro da largura radial de uma seção de pontão 93 ao centro da largura radial de uma seção de pontão oposta 93 está, de preferência, entre 1,2 a 1,5 vezes a distância 95 do centro de uma coluna 97 ao centro de uma coluna adjacente 97. As seções de pontão são substancialmente mais longas em relação à largura de coluna 98 e a distância 95 entre os eixos geométricos centrais de colunas adjacentes é, de preferência, 3,5 a 4 vezes a largura de coluna 98. O calado preferido, em geral, está entre 20 a 50 metros. O calado está entre 0,3 e 1 vez a distância 95 do centro de uma coluna 98 ao centro de uma coluna adjacente 98. O calado também é, tipicamente, muito menor do que a distância 95 entre eixos geométricos centrais de colunas adjacentes. A largura de pontão 92 varia de 0,6 a 1 vez a largura de coluna 98. A altura de pontão preferida está na faixa de 0,4 a 0,8 vezes a largura de pontão 92. O deslocamento de coluna está entre 0,8 a 2 vezes o deslocamento de pontão. As forças das ondas sobre as colunas contribuem menos do que a força sobre o pontão para a maioria dos periodos de onda. A figura 10 é uma vista de plano de uma C-Semi 100 de acordo com outra modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas quadradas cilíndricas 102 com cantos redondos podem ser acopladas ao pontão 101 em pontos ao longo do perímetro do pontão 101 equidistantes uns dos outros.

Nesta modalidade, cada uma das quatro colunas pode ser posicionada para facear o centro do interior da estrutura de pontão. Embora o pontão 101 possa ser uma estrutura simples ou diversas estruturas separadas, para facilidade na descrição, o pontão 101 será referido como tendo quatro seções ou quadrantes 109a, 109b, 109c e 109d; cada seção é acoplada às duas colunas adjacentes 102. O pontão 101, em geral, está na forma de um toróide circular, oco, com uma borda interior 101a e uma borda exterior 101b. Contudo, cada seção de pontão 109a, 109b, 109c, 109d pode ter porções lineares 103 no centro e porções não lineares 104 mais perto dos pontos de acoplamento das colunas 102 e pontão 101. A largura máxima 106 das colunas 102 é maior do que a largura radial 105 do pontão 101. Nesta modalidade, conforme mostrado, partes de cada coluna 102 se estendem radialmente para liberar a borda interior 101a e borda exterior 101b. A figura 11 é uma vista em perspectiva de uma C-Semi 100 de acordo com esta modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas quadradas cilíndricas 102 com cantos redondos podem ser acopladas ao pontão 101 em pontos ao longo do perimetro do pontão 101 equidistantes uns dos outros. A figura 12 é uma vista de plano de uma C-Semi 120 de acordo com outra modalidade da presente invenção. Conforme mostrado, as quatro colunas circulares 122 podem ser acopladas ao pontão 121 no centro de cada lado do pontão 121. O pontão 121 é um cubóide oco, retangular, com uma borda interior 121a e uma borda exterior 121b.

Embora o pontão 121 possa ser uma estrutura simples ou diversas estruturas separadas, para facilidade na descrição, o pontão 121 será referido como tendo quatro seções ou quadrantes 129a, 129b, 129c e 129d; cada seção é acoplada às duas colunas adjacentes 122.

A largura máxima (nesse caso, o diâmetro) 13 das colunas 122 é maior do que a largura radial 125 do pontão 121. Portanto, no ponto onde a coluna 122 intersecta o pontão 121, a área seccional transversal de cada coluna é maior do que a área correspondente do pontão 121. Nesta modalidade, conforme mostrado, partes de cada coluna 122 se estendem radialmente além da borda interior 121a e da borda exterior 121b.

As seções de pontão são posicionadas radialmente para fora em relação às colunas. O diâmetro 12 6 do centro da largura radial de uma seção de pontão 17 até o centro da largura radial de uma seção de pontão 129a até o centro da largura radial de uma seção de pontão oposta 129c, de preferência, está entre 1,2 a 1,5 vezes a distância 123 do centro de uma coluna 127 até o centro de uma coluna adjacente 127. As seções de pontào são substancialmente mais longas em relação à largura de coluna 124 e a distância 123 entre os eixos centrais de colunas adjacentes é, de preferência, 3,5 a 4 vezes a largura de coluna 124. O calado preferido está, em geral, entre 20 a 50 metros. O calado está entre 0,3 e 1 vez a distância 123 do centro de uma coluna 122 ao centro de uma coluna adjacente 122. O calado também é, tipicamente, muito menor do que a distância 123 entre eixos centrais de colunas adjacentes. A largura de pontão 125 varia de 0,6 a 1 vez a largura de coluna 124. A altura de pontão preferida está na faixa de 0,4 a 0,8 vezes a largura do pontão 125. 0 deslocamento de coluna está entre 0,8 a 2 vezes o deslocamento de pontão. As forças das ondas sobre as colunas contribuem menos do que a força sobre o pontão para a maior parte dos periodos de onda.

A C-Semi com um pontão de anel circular cilindrico e colunas com cintas é benéfica porque a estrutura minimiza forças hidrodinâmicas e estruturais. A figura 13 é um gráfico de operadores de amplitude de resposta de altura de onda para uma C-Semi de acordo com a modalidade mostrada na figura 3 e um casco semissubmersivel convencional no mesmo calado. A figura 14 é um gráfico mostrando uma vista detalhada em torno do período de pico de onda (Tp) na figura 13. Os gráficos mostram que a C-Semi minimiza a carga hidrodinâmica em torno do período de pico de onda e do período natural através do cancelamento e da redistribuição de forças de excitação de ondas no pontão e colunas. Especificamente, a C-Semi reduz movimentos de onda em 20% a 30% em condições extremas de furacão, quando comparado com um casco semissubmersivel convencional no mesmo calado. A C-Semi reduz os movimentos das ondas em 40% a 50% em estados de fadiga no mar. A figura 15 é um gráfico de forças de excitação de onda no pontão e colunas na direção vertical correspondente à figura 14. A C-Semi e cascos semissubmersíveis convencionais têm o mesmo calado, largura de coluna e distância entre eixos geométricos centrais de colunas adjacentes e, desse modo, a mesma força de excitação de onda sobre as colunas, A. De acordo com as modalidades preferidas da presente invenção, a força de excitação de onda sobre a C-Semi, C, é notavelmente menor do que a força de excitação de onda do pontão semissubmersivel convencional, B, para um período de pico de onda dominante. Uma vez que as forças de onda sobre o pontão e as colunas atuam na direção oposta, a força total sobre a C-Semi, C-A é reduzida mais significativamente do que a semissubmersivel convencional, B-A.

A C-Semi também minimiza o movimento induzido por vórtice (VIM) mitigando os fluxos através das cintas. Em comparaçao com um casco semissubmersivel convencional, a C- Semi reduz a amplitude do VIM em 50% ou mais e e danos por fadiga do riser em 80% em estados correntes do mar. A estrutura da C-Semi também reduz a amarração induzida por VIM e a tensão do riser e danos pela fadiga. A estrutura da C-Semi pode oferecer benefícios adicionais através da minimização das forças correntes.

Além disso, a C-Semi minimiza as forças estruturais. Em comparação com um casco semissubmersivel convencional, a C-Semi reduz as forças estruturais e as concentrações de tensões através da eliminação dos cantos afiados entre as seções do pontão.

Desse modo, as modalidades preferidas foram descritas acima completamente com base nessas modalidades preferidas, será evidente para aqueles versados na técnica que certas combinações, modificações, variações e construções alternativas poderiam ser feitas em relação às modalidades descritas dentro do espírito e do escopo da invenção.

Claims

1. Estrutura flutuante offshore (10) para a perfuração e produção de petróleo e de gás, a referida estrutura flutuante offshore compreendo: um pontão (11) oco, toroidal, em geral circular, com a mesma largura radial por todo um perímetro do pontão; e uma pluralidade de colunas (12) com a mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em um ponto de acoplamento, em uma extremidade de fundo da mesma, ao referido pontão (11) em um ponto equidistante ao longo do perímetro do referido pontão (11) e adaptada para ser acoplada, em uma extremidade de topo, à uma estrutura de convés (13); caracterizada pelo fato de que um diâmetro (23) de um centro da largura radial do referido pontão é maior do que uma distância de um centro de uma referida coluna a um centro de uma referida coluna adjacente; e em que pelo menos uma de: a referida distância entre o centro de uma referida coluna para o centro de uma referida coluna adjacente é entre 3,5 a 4 vezes a largura de uma referida coluna, ou um calado está entre 0,3 a 1 vez a referida distância do centro de uma referida coluna para o centro de uma referida coluna adjacente.

2. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: o referido pontão (11) oco, toroidal, em geral circular, tem porções lineares e não lineares; em que as referidas porções não lineares estão mais perto dos referidos pontos de acoplamento do referido pontão com as referidas colunas e as referidas porções lineares estão localizadas em um ponto central entre os referidos pontos de acoplamento.

3. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que nos referidos pontos de acoplamento do referido pontão com as referidas colunas, a área seccional transversal de cada coluna (12) ser maior do que uma área correspondente do referido pontão (11).

4. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as referidas colunas (12) se estendem radialmente além das bordas interior e exterior do referido pontão.

5. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as referidas colunas (12) se estendem radialmente além apenas de uma borda interior ou exterior do referido pontão (11).

6. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as referidas colunas (12) são três, quatro, cinco ou seis em número.

7. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido diâmetro de um centro da referida largura radial do referido pontão (11) é 1,2 a 1,5 vezes a referida distância de um centro de uma referida coluna até um centro de uma referida coluna adjacente.

8. Estrutura flutuante offshore (80) para a perfuração e produção de petróleo e de gás, a referida estrutura flutuante offshore caracterizada pelo fato de compreender: um pontão (81) oco, toroidal, oval, com a mesma largura radial por todo um perímetro do pontão; e quatro colunas grandes (82) com a mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em uma extremidade de fundo ao referido pontão (81) em um ponto equidistante ao longo do perímetro do referido pontão (81) formando dois diâmetros não mais curtos e adaptado para ser acoplado em uma extremidade de topo a uma estrutura de convés; e duas colunas pequenas (83) com a mesma área seccional transversal, cada uma acoplada em uma extremidade de fundo ao referido pontão (81) em um ponto equidistante ao longo do perímetro do referido pontão (81) formando um diâmetro mais curto e adaptado para ser acoplado em uma extremidade de topo a uma estrutura de convés.

9. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as referidas colunas (82, 83) têm uma área seccional transversal que é circular ou quadrada com cantos arredondados.

10. Estrutura flutuante offshore (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as referidas colunas (82, 83) são dotadas de cintas.