BR112014012923B1 - instalação de ligações fundo-superfície flexíveis múltiplas em pelo menos dois níveis - Google Patents

Abstract

INSTALAÇÃO DE LIGAÇÕES FUNDO-SUPERFÍCIE FLEXÍVEIS MÚLTIPLAS EM PELO MENOS DOIS NÍVEIS. É apresentada uma instalação de ligações fundo-superfície entre um suporte flutuante (2) comum e o fundo do mar, compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis com dutos flexíveis (1) estendendo-se desde o suporte flutuante e o fundo, as linhas suportadas, respectivamente, por uma pluralidade de calhas (3, 3a-3b), delimitando, cada uma, duas partes de duto compreendendo primeira parte de linha flexível (1-1) em configuração de catenária dupla mergulhante entre o suporte flutuante e a calha, e segunda parte de linha flexível (1-2) em configuração de catenária simples entre a calha e o ponto de contato (1-2a, 1,2 b) do duto no fundo do mar. A instalação compreende, pelo menos, uma estrutura suporte (4) compreendendo parte inferior formando uma base (4-1) assentada e/ou ancorada ou enfiada no fundo do mar e parte superior (4-2, 4-2a, 4-2b) suportando, pelo menos duas calhas, inferior (3b) e, respectivamente, superior (3a), dispostas em diferentes alturas (Ha, Hb), tal que o ponto baixo (1-1b) da primeira parte de linha (1-1) passando pela calha inferior (3b) esteja localizado abaixo do ponto baixo (1-1a) da primeira parte de linha (1-1) passando pela calha superior (3a).

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma instalação de ligações fundo-superfície flexíveis múltiplas entre cabeças de poços, ficando os equipamentos ou as extremidades de dutos submarinos assentados no fundo do mar e ficando um suporte a flutuar à superfície, compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis, em particular, dutos flexíveis cujas extremidades inferiores estão ligadas às extremidades de uma pluralidade de dutos submarinos assentados no fundo do mar ou, directamente, a cabeças de poços ou equipamentos assentados no fundo do mar.

[002] Na presente descrição, a expressão "linha flexível" significa dutos ou cabos aptos a aceitar grandes deformações sem gerar forças de tracção significativas, tal como dutos flexíveis, definidas abaixo, mas também cabos ou dutos de transferência de energia ou de informações, tais como cabos eléctricos, cabos de controlo ou dutos de transferência de fluido hidráulico abastecendo equipamentos hidráulicos, tais como macacos hidráulicos ou dutos contendo fibras ópticas; ou, ainda, um cabo umbilical de controlo compreendendo uma ou mais dutos hidráulicas e/ou cabos eléctricos para a transmissão de energia e/ou de informações.

[003] O campo técnico da invenção é, mais particularmente, o domínio de fabrico e instalação de ligações fundo-superfícies para a extracção subaquática de petróleo, gás ou outros materiais solúveis ou fusíveis, ou de uma suspensão de matéria mineral, desde cabeças de poços imersas até a um suporte flutuante, para o desenvolvimento de campos de produção localizados em alto mar ao largo da costa. A aplicação principal e imediata da invenção é o campo da produção petrolífera.

[004] O suporte flutuante compreende, de um modo geral, meios de ancoragem para ficar na posição devida, apesar dos efeitos das correntes, ventos e ondulação. Também compreende, de um modo geral, meios para o armazenamento e processamento do petróleo e meios de descarga para navios petroleiros, em que estes últimos se apresentam a intervalos regulares para efectuar a remoção da produção. O nome comum destes suportes flutuantes é a expressão anglo-saxónica "Floating Production Storage Offloading" (que significa "meio flutuante de armazenamento, de produção e de descarga"), sendo utilizada, na descrição que se segue, as suas iniciais "FPSO".

[005] Mas também se pode tratar de uma plataforma flutuante semi-submersível instalada temporariamente, durante alguns anos, por exemplo, enquanto se constrói e se instala definitivamente um suporte flutuante de tipo FPSO.

[006] Conhecem-se ligações fundo-superfície de um duto submarina assentado no fundo do mar, ligação 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 um dito duto assentado no fundo do mar, e a extremidade superior é estirada por um flutuador imerso na sub-superfície ao qual está ligada, e - um duto de ligação, de um modo geral, uma duto de ligação flexível, entre a extremidade superior do dito duto ascendente e um suporte flutuante à superfície, adoptando o dito duto flexível, se for caso disso, devido ao seu próprio peso, a forma de uma curva em forma de catenária mergulhante, isto é, descendo bem abaixo do flutuador para, em seguida, tornar a subir até o dito suporte flutuante. Também se conhecem ligações fundo-superfície realizadas ao fazer subir, continuamente, até à sub-superfície, dutos resistentes e rígidas constituídas por elementos tubulares de aço de grande espessura, soldados ou enroscados entre si, com uma configuração de catenária, com uma curvatura continuamente variável em toda a sua extensão em suspensão, normalmente denominada "Steel Catenary Riser" (SCR), que significa "coluna ascendente de aço em forma de catenária", e também normalmente denominado "duto rígido de tipo catenária" ou "coluna ascendente de tipo SCR". Um tal duto catenário pode subir até ao suporte flutuante à superfície ou apenas até a um flutuador na sub-superfície que aplica uma tensão à sua extremidade superior, cuja extremidade superior é, em seguida, ligada a um suporte flutuante por um duto de ligação flexível mergulhante.

[007] Também se conhecem ligações fundo-superfície, permitindo ligar um suporte flutuante a dutos ou instalações no fundo do mar totalmente constituídas por dutos flexíveis, em particular, no caso em que a profundidade da água não é muito grande, por exemplo, 300 a 750 m ou mesmo 1000 m, e em que as cabeças de poços ou os equipamentos submarinos não estão muito afastados do dito suporte flutuante.

[008] A presente invenção refere-se a meios de suporte de múltiplas dutos flexíveis de instalação de ligação fundo/superfície compreendendo múltiplas dutos flexíveis dispostas em, pelo menos, 2 níveis de altura.

[009] Note-se que, no presente documento, "duto flexível" significa as dutos conhecidas com a denominação "flexíveis", bem conhecidas pelos especialistas na técnica e descritas nas normas publicadas pelo American Petroleum Institute (API), mais particularmente, com as referências API 17J e API RP 17 B. Tais dutos flexíveis são, em particular, fabricadas e comercializadas pela Empresa TECHNIP-COFLEXIP, França. Estas dutos flexíveis compreendem, de um modo geral, camadas de estanquicidade internas em materiais termoplásticos associadas a camadas resistentes à pressão interna no duto, de um modo geral, em aço ou materiais compósitos produzidos sob a forma de faixas em espiral, contíguas ao interior do duto termoplástico para resistir à pressão de rotura interna e completadas por armaduras externas por cima da camada tubular termoplástica, também sob a forma de faixas em espiral adjacentes, mas com um passo mais longo, isto é, um ângulo de inclinação de hélice inferior, em particular, de 15° a 55°.

[0010] Em alguns desenvolvimentos de campos, várias cabeças de poços são ligadas em paralelo através de uma pluralidade de ligações fundo-superfície ligando-se a um mesmo suporte flutuante. Neste caso, cada uma das ditas ligações fundo-superfície deve ser mantida longe das suas vizinhas imediatas para evitar interferências e impactos, não só ao nível dos flutuadores, como também ao nível das dutos flexíveis e dos cabos eléctricos e outras linhas flexíveis, tais como cabos eléctricos ou umbilicais para transferência de sinais de informação, garantindo a ligação com o dito suporte flutuante, quando os ditos dutos flexíveis são submetidas aos efeitos da corrente, e o dito suporte flutuante é submetido, além disso, à ondulação, ao vento e à corrente. Em determinados desenvolvimentos de campos, cada cabeça de poço é individualmente ligada ao dito suporte flutuante e isso resulta, então, em uma quantidade muito grande de ligações fundo-superfície que são difíceis de instalar, porque o comprimento da orla do suporte é limitada e só aceita, por isso, um número limitado de ligações fundo-superfície.

[0011] Pretende-se implementar um máximo de ligações fundo- superfície a partir de um suporte flutuante comum para otimizar a exploração de campos petrolíferos. Deste modo, propõem-se diferentes sistemas, podendo associar várias colunas ascendentes verticais umas às outras para reduzir o tamanho do campo de exploração e para poder implementar um maior número de ligações fundo-superfície ligadas a um suporte flutuante comum. Tipicamente, é necessário poder instalar até 30 ou mesmo 40, ligações fundo- superfície a partir de um suporte flutuante comum.

[0012] Nos documentos WO 02/66786, WO 02/103153 e WO 2011/061422, em nome da requerente, descrevem-se torres híbridas com colunas ascendentes e múltiplas dutos flexíveis dispostas em leque permitindo associar um grande número de ligações a um suporte flutuante comum, apesar do problema da interferência dos movimentos das ditas colunas ascendentes, que são submetidas ao mesmo movimento que o seu flutuador de aplicação de tensão de topo, sob o efeito dos deslocamentos do suporte flutuante à superfície sujeito à ondulação, ao vento e às correntes.

[0013] Nestas instalações, propõe-se dispor 2 dutos flexíveis sobrepostas ou colocadas lado a lado entre o suporte flutuante e as extremidades superiores do duto ascendente ou SCR, sendo as 2 dutos flexíveis guiadas, à sub-superfície, por, respectivamente, 2 calhas fixas, de modo sobreposto ou desfasado lateralmente, a um flutuador de aplicação de tensão de um terceiro duto ascendente disposta mais próximo do suporte flutuante que as 2 primeiras colunas ascendentes, delimitando, assim, cada dita calha, 2 partes de duto flexível em catenária dupla mergulhante de ambos os lados da calha. Esta configuração tem a vantagem de poder encaminhar o duto flexível até à extremidade superior da duto ascendente relativamente afastada do suporte flutuante, sem que o ponto mais baixo das ditas partes de duto de catenária dupla mergulhante seja muito profundo.

[0014] Ao implementar uma pluralidade de ligações fundo- superfície exclusivamente constituídas por dutos flexíveis, também é necessário espaçar as diferentes ligações entre si, pelo menos, pelas seguintes razões.

[0015] Em primeiro lugar, as dutos flexíveis são frágeis ao nível do seu revestimento externo e é imperativamente necessário impedi-las de colidirem umas com as outras.

[0016] Por outro lado, as dutos flexíveis são implementadas ao passar através de elementos guia em forma de arco, denominados calhas, definindo uma superfície rígida de apoio em forma de curva convexa, como explicado abaixo, para delimitar 2 partes de dutos flexíveis compreendendo uma primeira parte de duto com a configuração de uma catenária dupla mergulhante flexível entre o suporte flutuante na dita calha e uma segunda parte de duto flexível com uma configuração de catenária simples entre a dita calha e o ponto de contato e de tangência do dito duto flexível com o fundo do mar.

[0017] Estes elementos guia em forma de arco denominados calhas são bem conhecidos dos especialistas na técnica; e têm: - uma seção longitudinal em forma de curva, em corte no plano longitudinal vertical axial da calha, de um modo preferido, uma seção de forma circular com a concavidade virada para o fundo do mar e uma superfície exterior convexa na qual se encontra disposto o duto, e - uma seção transversal no plano vertical perpendicular ao plano longitudinal axial vertical da calha, tendo uma forma com um fundo curvo, de um modo preferido circular, com a concavidade virada para cima, constituído pela dita superfície externa superior enquadrada por rebordos laterais longitudinais assegurando a manutenção e orientação do duto na direção longitudinal entre os ditos rebordos. [001] De um modo conhecido, o raio de curvatura da curvatura longitudinal com a concavidade virada para baixo é maior do que o raio de curvatura mínimo do duto que passa através da dita calha.

[0018] Uma tal calha permite fazer com que a parte de duto flexível que suporta, tenha uma curvatura controlada para evitar uma curvatura excessiva que degradaria irremediavelmente o dito duto.

[0019] A função destas calhas e disposições de dutos flexíveis é a criação de uma curva em catenária dupla mergulhante a montante da calha, entre o suporte flutuante e a calha, para evitar ou minimizar o mais possível as tensões e deslocamentos das dutos flexíveis ao nível dos seus pontos de contato com o fundo do mar, que desestruturam o solo do fundo do mar ao criarem trincheiras e enfraquecem o duto devido a flexões alternadas na zona do ponto de contato, fazendo com que seja necessário reforçar a sua estrutura e/ou proteger o solo do fundo do mar. As tensões e deslocamentos do ponto de contato do duto flexível com o solo do fundo do mar são, efectivamente, minimizadas porque as tensões e deslocamentos das dutos são amortecidos pela primeira parte de duto flexível em forma de catenária dupla mergulhante, criada pela passagem do duto sobre a dita calha, sendo esta primeira parte, submetida mais a tensões para absorver os deslocamentos horizontais do suporte flutuante do que a segunda parte de duto flexível em forma de catenária simples.

[0020] Uma dita linha flexível submarina suspensa em ambas as suas extremidades adopta, devido ao seu próprio peso, a forma de uma curva denominada catenária dupla mergulhante, conhecida pelos especialistas na técnica, isto é, descendo com uma configuração de catenária até um ponto mais baixo de tangente horizontal (ver abaixo) para, em seguida, subir até o dito suporte flutuante, sendo que essa catenária mergulhante permite grandes deslocamentos das suas extremidades absorvidos pelas deformações do duto flexível, em particular, a subida ou a descida do dito ponto mais baixo da catenária mergulhante.

[0021] Recorde-se que a parte de duto flexível entre uma extremidade, na qual está suspensa e o ponto mais baixo de tangência horizontal, ou seja, no caso da dita segunda parte de duto flexível, o ponto de contato no fundo do mar, adopta uma curva geométrica formada por uma parte de duto com peso uniforme suspensa, sujeita à gravidade, denominada "catenária", que é uma função matemática de tipo cosseno hiperbólico Coshx = (ex + e-x)/2, ligando a abcissa e a ordenada de um qualquer ponto da curva de acordo com as seguintes fórmulas: y = R0(cosh(x/R0) -1) R = R0.(Y/R0 + 1)2 em que: - x representa a distância, na direção horizontal, entre o dito ponto de contato e um ponto M da curva, - y representa a altura do ponto M (x e y são, portanto, as abcissas e ordenadas de um ponto M da curva em relação a uma referência ortonormal cuja origem se encontra no dito ponto de contato), - R0 representa o raio de curvatura no dito ponto de contato, ou seja, no ponto de tangência horizontal, - R representa o raio de curvatura no ponto M (x, y).

[0022] Assim, a curvatura varia ao longo da catenária, desde a extremidade superior, onde o raio de curvatura tem um valor máximo Rmax, até ao ponto de contato com o solo, onde o seu raio de curvatura tem um valor mínimo Rmin (ou R0 na fórmula acima). Sob o efeito das ondas, do vento e da corrente, o suporte de superfície desloca-se lateralmente e verticalmente, o que resulta na elevação ou assentamento do duto em forma de catenária no fundo do mar.

[0023] No caso de uma ligação fundo-superfície por catenária simples, a parte mais crítica da catenária situa-se na parte próxima do ponto de contato e a maior parte dos esforços nesta parte baixa da catenária é, de facto, gerada pelos movimentos inerentes ao suporte flutuante e pelas vibrações que ocorrem na parte alta da catenária submetida às correntes e à ondulação, propagando-se todas estas vibrações, então, mecanicamente, ao longo de toda o duto até à base da catenária.

[0024] A função essencial da primeira parte de catenária dupla mergulhante de duto flexível a montante da calha é, por conseguinte, absorver, pelo menos em parte, os movimentos do duto e/ou os movimentos dos suportes flutuantes aos quais a dita linha flexível está ligada, ao desacoplar, mecanicamente, os respectivos movimentos da dita segunda parte de duto flexível em catenária simples e do dito suporte flutuante. Mas, uma outra função é a de minimizar as forças de tracção exercidas pela dita segunda parte de duto flexível sobre o equipamento marinho e/ou a extremidade do duto assentado no fundo do mar à qual está ligada, se for caso disso.

[0025] Na técnica anterior, estas calhas de suporte intermédio dos ditos dutos flexíveis são mantidas à sub-superfície, a uma determinada profundidade, por flutuadores suportando ou nos quais estão suspensas cada uma das calhas. Mas estes flutuadores são submetidos a grandes deslocamentos, o que obriga a prever uma distância suficiente entre os diferentes flutuadores para evitar que estes não colidam uns contra os outros.

[0026] Nos documentos WO 00/31372 e EP 0251488, descrevem- se pluralidades de ligações fundo-superfície nas quais dutos flexíveis se estendem desde um suporte flutuante até ao fundo do mar, passando por uma pluralidade de calhas, todas dispostas à mesma altura, lado a lado, desfasadas lateralmente, sendo as ditas calhas suportadas por uma estrutura volumosa assentada no fundo do mar ou por uma estrutura volumosa suspensa em flutuadores e ancorada ao fundo do mar.

[0027] Estas restrições implicam uma dispersão da zona de exploração e um número limitado de ligações fundo-superfície podendo ser ligadas a um suporte flutuante comum, ao nível das orlas, para evitar as interferências entre as diferentes ligações flexíveis e os diferentes flutuadores.

[0028] É por isso que se pretende proporcionar uma instalação apta a explorar, a partir de um suporte flutuante comum, uma pluralidade de ligações fundo-superfície de tipo flexível com menor volume e movimentos minimizados, e que também seja mais fácil de instalar e que possa ser fabricada no mar, em um navio de instalação de dutos.

[0029] Um objetivo da presente invenção é, por conseguinte, proporcionar uma instalação de uma grande quantidade de ligações fundo-superfície flexíveis, permitindo ligar um suporte flutuante a uma pluralidade de cabeças de poços e/ou instalações submarinas instaladas no fundo do mar, em particular, a média ou grande profundidade, isto é, excedendo os 300 m de profundidade de água, e excedendo mesmo os 500-1000 m de profundidade.

[0030] Ainda mais particularmente, o problema colocado, de acordo com a presente invenção é, por conseguinte, proporcionar uma instalação com uma pluralidade de ligações fundo-superfície de duto flexível a partir de um suporte flutuante comum, cujos métodos de colocação e implementação da instalação permitam: - reduzir a distância de implantação entre as diferentes ligações fundo-superfície flexíveis, isto é, permitam instalar um grande número de ligações fundo-superfície flexíveis no menor espaço possível ou, por outras palavras, com uma área de ocupação reduzida, para, entre outras coisas, aumentar o número de ligações fundo- superfície que podem ser instaladas ao longo da orla de um FPSO ou de uma plataforma, sem que haja interferência entre as ditas ligações fundo-superfície e, - uma fabricação e implementação fáceis ao fabricar e colocar sequencialmente diferentes dutos a partir de um navio de instalação de dutos à superfície e, por fim, - otimizar a implementação de meios de flutuabilidade no caso de uma implementação repartida ao longo do tempo, por um longo período de tempo, entre a implementação das diferentes ligações fundo-superfície flexíveis, sem que se precise de conhecer, desde o início, o número de ligações a instalar, nem as suas características em termos de dimensões e peso unitário.

[0031] Com efeito, durante a fase de engenharia de desenvolvimento de um campo petrolífero, o conhecimento do reservatório de petróleo, nesta fase, é incompleto e a produção em pleno impõe, então, muitas vezes, a reconsideração, depois de alguns anos, dos esquemas iniciais de produção e organização dos equipamentos associados. Assim, durante a instalação do sistema inicial, o número de ligações fundo-superfície e a sua organização são definidos relativamente às necessidades estimadas, sendo essas necessidades, quase sistematicamente, revistas em alta após o campo começar a produzir, seja no que se refere à recuperação do petróleo em bruto, seja no que se refere à necessidade de injectar mais água no reservatório, seja, ainda, para recuperar ou reinjetar mais gás. À medida que o reservatório vai sendo esvaziado é, de um modo geral, necessário perfurar novos poços para reinjetar água ou gás, ou, ainda, perfurar poços de produção em novos locais do campo, de modo a aumentar a taxa de recuperação global, o que complica ainda mais o conjunto das ligações fundo-superfície ligadas à orla do FPSO.

[0032] Um outro problema da presente invenção é, também, proporcionar uma instalação de ligações fundo-superfície flexíveis com uma grande resistência e a baixo custo, e cujos processos de fabrico e implementação dos diferentes elementos constitutivos sejam simplificados e sejam, também, económicos, e possa ser aplicada no mar a partir de um navio de instalação de dutos.

[0033] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar uma instalação com um número reduzido de flutuadores de suporte ou de aplicação de tensão dos ditos dutos flexíveis, em particular, ao nível das calhas intermédias.

[0034] Para isso, a presente invenção proporciona uma instalação de ligações fundo-superfície entre um suporte flutuante comum e o fundo do mar, compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis compreendendo dutos flexíveis estendidas desde o dito suporte flutuante e o fundo do mar, onde são ligadas a cabeças de poços, equipamentos ou extremidades de dutos submarinos assentados no fundo do mar da dita instalação, sendo as ditas linhas flexíveis suportadas, respectivamente, por uma pluralidade de elementos de suporte e orientação na forma de um arco, denominadas calhas, delimitando, cada uma, duas partes de duto compreendendo uma primeira parte de linha flexível com uma configuração de catenária dupla mergulhante entre o suporte flutuante e a dita calha, e uma segunda parte de linha flexível com uma configuração de catenária simples entre a dita calha e o ponto de contato do duto flexível no fundo do mar. De acordo com a presente invenção, a dita instalação compreende, pelo menos, uma estrutura de suporte de calhas compreendendo uma parte inferior formando uma base assentada e/ou ancorada no fundo do mar e uma parte superior suportando, pelo menos, duas calhas, inferior e, respectivamente, superior, dispostas a diferentes alturas, de modo que o ponto mais baixo da catenária dupla mergulhante da primeira parte de linha flexível passando pela calha inferior fique localizado abaixo do ponto mais baixo da catenária dupla mergulhante da dita primeira parte de linha flexível passando pela calha superior.

[0035] Esta configuração permite que o ponto de contato com o solo do fundo do mar da linha flexível passando pela calha inferior fique mais próximo da dita base do que o ponto de contato com o solo do fundo do mar da linha flexível passando pela calha superior.

[0036] As vantagens da instalação de acordo com a presente invenção são, em particular, as seguintes: - a implementação de uma estrutura de suporte de calhas suportando uma pluralidade de calhas permite reduzir relativamente o número de flutuadores de acordo com o objetivo da presente invenção, e - a disposição das calhas e dos dutos flexíveis com o seu ponto mais baixo de tangência horizontal da catenária dupla mergulhante em diferentes alturas, por um lado, e, se for caso disso, a disposição dos pontos de contato com o solo de dutos flexíveis a distâncias diferente, contribuem para reduzir ou mesmo eliminar o risco de contato e impacto entre as ditos dutos flexíveis, em particular, da sua dita primeira parte de duto em catenária mergulhante.

[0037] Aqui a expressão "Suporte flutuante" significa uma barcaça ou navio e uma plataforma semi-submersível do tipo descrito acima.

[0038] Deve compreender-se que a dita parte superior da dita estrutura de suporte suportando ou na qual estão fixas as ditas calhas, de acordo com a presente invenção, é uma estrutura rígida com excepção de um flutuador.

[0039] Mais particularmente, a dita parte superior da dita estrutura de suporte de calhas compreende, pelo menos, dois elementos de suporte rígidos, inferior e, respectivamente, superior, dispostos a alturas diferentes e suportando, cada um, uma pluralidade de calhas desfasadas lateralmente em uma direção (YY‘) em um plano vertical perpendicular ao plano axial vertical da dita estrutura de suporte e dos ditos elementos de suporte rígidos e/ou perpendicular aos planos axiais longitudinais verticais das ditas calhas, de um modo preferido, paralelos um ao outro, estando as ditas calhas, de um modo preferido, dispostas simetricamente em relação a um plano axial vertical da dita estrutura de suporte e dos ditos elementos de suporte rígidos.

[0040] Esta forma de concretização é particularmente vantajosa, na medida em que é possível, a partir da dita estrutura de suporte de calhas, desviar angularmente segundo um ângulo α2 a segunda parte de duto flexível adjacente passando por 2 calhas adjacentes suportadas por um mesmo elemento de suporte rígido, inferior ou superior, de um ângulo α2 superior ao ângulo α1, entre as 2 primeiras partes de dutos flexíveis correspondentes aos 2 mesmos dutos flexíveis.

[0041] Por conseguinte, é assim, possível alargar o espectro angular do leque dos ditos dutos flexíveis a partir da dita estrutura de suporte e, assim, alargar a zona geográfica de implantação das cabeças de poços ou extremidades de dutos submarinos podendo ser ligadas pelos ditos dutos flexíveis a um suporte flutuante comum.

[0042] Por conseguinte, mais particularmente, as duas segundas partes de linhas flexíveis de duas linhas flexíveis passando por duas calhas adjacentes suportadas por um suporte comum rígido desfasadas lateralmente são dispostas angularmente em relação uma à outra segundo um ângulo (α2) maior do que o ângulo (α1) das duas primeiras partes de linhas flexíveis das mesmas duas linhas flexíveis.

[0043] De um modo preferido, em uma instalação de ligação fundo-superfície de acordo com a invenção, deve compreender-se que esta compreende, pelo menos, duas ditas estruturas de suporte de calhas cujos ditos planos axiais verticais estão dispostos angularmente segundo um ângulo α.

[0044] Mais particularmente, o número de calhas suportadas por um elemento de suporte comum rígido de calha inferior ou superior pode ser, mais particularmente, de 10 a 30.

[0045] Em uma forma de concretização particular, uma dita duto flexível é mantida em uma dita calha por meios de retenção e/ou meios de fixação.

[0046] Esta característica tem como objetivo estabilizar o duto flexível e facilitar as tensões e deslocamentos da dita primeira parte de duto flexível.

[0047] Mais particularmente, os ditos meios de retenção ou meios de fixação são constituídos por um dispositivo tubular formando um anel pré-posicionado em torno do dito duto, a uma distância predeterminada em relação à extremidade do duto fixa ao suporte flutuante, podendo o dito anel ser bloqueado e/ou trancado na dita calha, compreendendo a dita calha, de um modo preferido, uma primeira parte de canal interno contendo ou podendo conter um dito duto flexível, mas não podendo conter a dita duto envolvida pelo dito anel, estando a dita primeira parte de calha localizada no lado da calha mais próximo do suporte flutuante, sendo a largura, em particular, o diâmetro, em termos de seção transversal do canal interno da dita primeira parte de calha, menor do que a da seção transversal do canal interno de uma segunda parte de calha disposta no lado da calha mais distante do suporte flutuante, contendo ou podendo conter o canal interno da dita segunda parte de calha interna um dito duto flexível envolvida pelo dito anel, sendo o dito anel retido por um ressalto na zona de variação de largura, de um modo preferido, variação descontínua de largura, entre os dois canais internos das duas, primeira e segunda, partes de calha.

[0048] O dito anel pode ser formado por dois semianéis com uma seção semicircular, aplicados contra o duto e ligados um ao outro, por exemplo, por meio de parafusos.

[0049] Deve compreender-se que o posicionamento do dito anel é determinado pelo comprimento da primeira parte de duto flexível desejado de acordo com a altura do ponto mais baixo da dita primeira parte de duto flexível em catenária dupla mergulhante, a qual também depende da altura da calha e da sua distância em relação ao suporte flutuante.

[0050] Em uma primeira variante de concretização particular, os ditos elementos de suporte rígidos de calhas formam vigas horizontais. As calhas suportadas por um elemento de suporte comum rígido estão dispostas à mesma altura.

[0051] Em uma outra variante de concretização, as calhas suportadas pelo elemento de suporte comum rígido estão dispostas a alturas diferentes, em que, de um modo preferido, o dito elemento de suporte rígido define uma superfície de suporte de calhas plana e inclinada.

[0052] Em qualquer caso, de um modo preferido, os pontos mais baixos de duas primeiras partes de linhas flexíveis passando por calhas adjacentes suportadas por um suporte comum rígido estão a alturas diferentes.

[0053] Em uma forma de concretização preferida, a dita estrutura de suporte de calhas é uma estrutura rígida compreendendo uma torre rígida elevando-se acima de uma dita base assentada e/ou ancorada no fundo do mar, na qual está rigidamente fixa. "Torre rígida" significa que a dita parte inferior formando uma base e a dita parte superior da estrutura de suporte suportando as ditas calhas estão ligadas por uma estrutura rígida.

[0054] Mais particularmente, a dita base é uma estrutura de treliça metálica estendida horizontalmente e assentada no fundo do mar, e a dita torre rígida é uma estrutura de treliça metálica elevando-se verticalmente e suportando, pelo menos, dois elementos de suporte rígidos, superior e inferior, formando vigas estendidas, de um modo preferido, simetricamente, de ambos os lados da torre em, pelo menos, dois níveis de altura, em que por cima das ditas vigas estão fixas as ditas calhas, estando a dita torre fixa à dita estrutura de treliça metálica da dita base por elementos de ligação e de reforço rígidos e inclinados.

[0055] Deve compreender-se que a estrutura de treliça metálica da dita base está a uma distância suficiente para funcionar como um contrapeso suficiente para estabilizar a torre.

[0056] Nesta forma de concretização da estrutura de suporte rígida, a simetria de posicionamento das calhas e dos dutos flexíveis e, de um modo mais geral, da própria estrutura de suporte em relação a um dito plano axial longitudinal vertical, tem como objetivo que a dita estrutura suporte, essencialmente, forças de compressão, sendo as forças de flexão equilibradas em ambos os lados da torre vertical rígida.

[0057] Em uma outra variante de concretização, a dita estrutura de suporte de calhas, é uma estrutura articulada compreendendo, pelo menos, dois elementos de suporte rígidos, superior e inferior, formando vigas dispostas uma por cima da outra e ligadas uma à outra por primeiros elementos de ligação flexíveis, tal como primeiros tirantes, estando o dito elemento de suporte de calhas inferior ligado à dita base por segundos elementos de ligação flexíveis, tal como segundos tirantes, sendo os ditos elementos de suporte rígidos, superior e inferior, mantidos em cima um do outro e por cima de uma dita base por, pelo menos, um elemento de flutuabilidade submerso fixo ao, pelo menos um, dito elemento de suporte de calhas superior, apto a aplicar uma tensão aos ditos, primeiro e segundo, tirantes, estando a dita base, de um modo preferido, enfiada no fundo do mar.

[0058] Mais particularmente, o dito elemento de suporte rígido superior está suspenso a partir de um flutuador submerso, ao qual está ligado por terceiros elementos de ligação flexíveis, tais como lingas, e, de um modo preferido, o dito elemento de suporte rígido superior é suportado por um flutuador inferior ao qual está fixo.

[0059] Nas 2 formas de concretização de uma estrutura de suporte rígida, é preferido que o plano axial longitudinal vertical das calhas superior e inferior mais próximas, sejam coaxiais e coplanares para as 2 calhas, para evitar ou reduzir as forças de flexão aplicadas à dita estrutura de suporte.

[0060] Na variante de concretização na qual a estrutura de suporte de calhas é uma estrutura articulada, a segunda parte de duto flexível em catenária simples fica menos estabilizada do que no caso de uma estrutura de suporte rígida, mas as tensões e deslocamentos, em particular, no ponto de contato com o solo do fundo do mar, são, no entanto, substancialmente reduzidas em resultado da aplicação de tensão à dita estrutura de suporte pelos ditos flutuadores.

[0061] Para facilitar a instalação das dutos flexíveis a partir de um navio de instalação, como explicado posteriormente na descrição, o dito elemento de suporte de calhas superior ou as extremidades das calhas que este suporta, compreendem um defletor cujo perfil está apto a evitar danos na parte de duto flexível podendo entrar em contato com o dito defletor durante a instalação do duto em uma dita calha inferior.

[0062] Ainda, de um modo preferido, a dita calha superior fica a uma altura acima da calha inferior mais próxima de modo que o segmento passando pela extremidade longitudinal da calha superior e o vértice do fundo da calha inferior formem um ângulo α3 de, pelo menos, 30°, de um modo preferido, pelo menos, 45° em relação à horizontal.

[0063] O vértice do fundo da calha é o ponto situado a meio comprimento curvilíneo da calha.

[0064] A dita estrutura de suporte também pode suportar calhas com a função de guiar e suportar outras linhas flexíveis, além dos ditos dutos flexíveis e, por conseguinte, de menor diâmetro.

[0065] Outras características e vantagens da presente invenção serão evidentes a partir da descrição detalhada que se segue, recorrendo às figuras seguintes, nas quais: - a figura 1 é uma vista lateral de uma instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com a invenção, entre uma plataforma 2 flutuante ancorada e uma estrutura 4 metálica de suporte suportando duas séries de calhas 3, 3a-3b em forma de arcos, assentadas no fundo 5 do mar, - a figura 2 é uma vista lateral de uma instalação da figura 1 que ilustra as deformações dos dutos 1 flexíveis de acordo com o deslocamento da dita plataforma flutuante ancorada, para mais longe 1b e para mais próximo 1a da dita estrutura 4 de suporte, - a figura 3 é uma vista superior de uma instalação do tipo da mostrada na figura 1, mas com duas estruturas 4 de suporte, que ilustra a disposição em leque de uma pluralidade de ligações fundo- superfície flexíveis entre uma plataforma 2 e duas estruturas 4 metálicas de suporte assentadas no fundo do mar, - a figura 4 é uma vista lateral de uma instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com a figura 1, entre uma plataforma flutuante ancorada e dois elementos 4-2a, 4-2b de suporte rígidos, suportando, respectivamente, duas séries de calhas em forma de arcos, estando os ditos elementos de suporte rígidos interligados por uma primeira série de tirantes e ligados a uma fundação 4-1 assentada no fundo 5 do mar por uma segunda série de tirantes, sendo o conjunto submetido a uma tensão ascendente por meio de um flutuador 4-4a, - a figura 5A ilustra, em uma vista lateral, o primeiro passo da instalação de um duto flexível na calha 3b inferior, - a figura 5B ilustra, em uma vista lateral, os segundo, terceiro e quarto passos da instalação de um dito duto flexível na calha 3b inferior, - a figura 6A é uma vista superior de uma calha 3 detalhando as respectivas seções transversais de uma parte 3-1 frontal e de uma parte 3-2 traseira da calha cujos canais 3-4 internos têm diferentes diâmetros e, por conseguinte, diferentes larguras, - a figura 6B é uma vista superior de um duto flexível equipada com um anel 7 encaixado para bloquear o dito duto flexível no interior da dita calha da figura 6A, - a figura 6C é uma vista superior do duto flexível da figura 6B instalada na calha da figura 6A, com um fecho 8 na posição aberta, - a figura 6D é uma vista superior relativamente à figura 6C, com o fecho 8 de bloqueio do anel 7 encaixado na posição fechada, - a figura 7A é uma vista em corte transversal vertical do duto 1, com duas partes 7a, 7b semitubulares formando o dito anel 7 depois de aplicadas no duto 1 e o fecho 8 na posição aberta, a figura 7B mostra o fecho 8 na posição fechada (na ausência de dutos e do anel 7 no interior), - a figura 8A é um corte transversal vertical ao nível do vértice das calhas 3a superiores de uma estrutura 4 de suporte rígida compreendendo duas vigas 4-2a e 4-2b horizontais, suportando uma pluralidade de calhas 3a superiores e calhas 3b inferiores, mostrando, a pontilhado, as primeiras partes 1-1 de dutos flexíveis com o seu ponto 1-1a mais baixo e mostrando, a pontilhado, as calhas 3b inferiores, - a figura 8B é uma vista semelhante à da figura 8a, mas sendo o corte transversal vertical ao nível dos vértices das calhas 3b inferiores e mostrando, a pontilhado, as primeiras partes 1-1 de linhas flexíveis e, a pontilhado, as calhas 3a superiores, - a figura 9 é uma vista lateral de uma estrutura de suporte, na qual as calhas superiores estão desfasadas em relação às calhas inferiores, na direção do suporte flutuante, - A figura 10 é uma variante de concretização de uma estrutura 4 de suporte de calhas, em que os elementos de suporte rígidos, superior 4-2a e inferior 4-2b, são vigas inclinadas simetricamente em relação à torre 4-2c central vertical.

[0066] A figura 1 representa uma instalação de ligações fundo-superfície compreendendo dois dutos 1 flexíveis ligadas por uma extremidade 2a a uma plataforma 2 flutuante semi-submersível, mantida em posição, pelas linhas 2a de ancoragem, estando a outra extremidade dos ditos dutos flexíveis, assentada em 1-3 no fundo 5 do mar. As dois dutos 1 flexíveis estendem-se por diferentes alturas e entram em contato com o fundo 5 do mar em pontos 1-2a e 1-2b de contato situados a diferentes distâncias do eixo ZZ' do suporte 2 flutuante.

[0067] A instalação de ligações fundo-superfície compreende uma estrutura 4 de suporte rígida compreendendo uma torre 4-2c vertical rígida, constituída por uma estrutura de treliça metálica, suportando, no seu topo, elementos de suporte rígidos, superior 4-2a e inferior 42b, formando vigas horizontais, estendidas simetricamente de ambos os lados da torre 4-2c. Calhas 3a superiores 3a são fixas por cima da viga 4-2a superior e calhas 3b inferiores são fixas por cima da viga 42b inferior. As calhas 3a superiores e calhas 3b inferiores têm todas, de um modo preferido, o mesmo comprimento e o mesmo raio de curvatura, e estão dispostas paralelamente umas às outras, desfasadas lateralmente na direção YY' transversal perpendicular à direção XX' longitudinal das calhas.

[0068] Nas figuras 1 a 3, as calhas 3a superiores e calhas 3b inferiores de uma mesma estrutura 4 de suporte estão sobrepostas, isto é, não estão desfasadas entre si na direção XX' longitudinal das calhas, ao contrário da forma de concretização da figura 9, onde as calhas 3b inferiores estão desfasadas para a frente ou para jusante, isto é, ligeiramente mais afastadas do suporte 2 flutuante em relação às calhas 3a superiores.

[0069] A figura 3 representa duas instalações com duas estruturas 4 de suporte dispostas a uma distância diferente do suporte 2 flutuante, mas tendo ambas a mesma forma, sendo uma das duas estruturas, a mais próxima do suporte flutuante, mostrada em corte, logo acima da viga 4-2b inferior e das calhas 3b inferiores, enquanto a outra estrutura 4 de suporte, a mais afastada do suporte 2 flutuante, é mostrada em uma vista em planta, acima das calhas 3a e vigas 4-2a superiores. As segundas partes 1-2 flexíveis de duto, passando pelas calhas 3a superiores, têm um ponto 1-2a de contato com o solo 5 do fundo do mar, localizado substancialmente sobre um círculo de raio R2 (para a estrutura 4 de suporte da figura 3 mais afastada do suporte 2 flutuante) ou R4 (para a estrutura 4 de suporte da figura 3 mais próxima do suporte 2 flutuante). O ponto 1-2b de contato das segundas partes 1-2 de dutos passando pelas calhas 3b inferiores também está localizado substancialmente sobre um círculo de raio R1 (para a estrutura 4 de suporte da figura 3 mais afastada do suporte 2 flutuante) ou R3 (para a estrutura 4 de suporte da figura 3 mais próxima do suporte 2 flutuante), com R1 < R2 e R3 < R4.

[0070] Na mesma figura 3, a viga 4-2a superior suporta dez calhas 3a superiores, cujos vértices atingem uma mesma altura Ha, como representado na figura 1, e nas quais só estão dispostos quatro dutos flexíveis nas duas calhas, nas extremidades laterais, na direção YY' da viga 4-2a superior. A viga 4-2b inferior suporta nove calhas 3b inferiores a uma mesma altura Hb, nas quais também foram instalados quatro dutos flexíveis, ou seja, dois dutos flexíveis em duas calhas das duas extremidades, na direção YY' lateral da viga.

[0071] Os diferentes dutos 1 flexíveis passando pelas calhas 3a e 3b compreendem, cada uma, uma primeira parte 1-1 de duto flexível com uma configuração de catenária dupla mergulhante entre o suporte 2 flutuante e a dita calha, e uma segunda parte 1-2 de duto flexível com uma configuração de catenária simples entre a dita calha e os pontos 1-2a e 1-2b de contato do duto flexível ou 1-2a e 1-2b do duto flexível no fundo do mar.

[0072] Nas figuras 1, 2 e 4, o ponto 1-1a mais baixo da primeira parte 1-1 de duto passando pela calha 3a superior, está localizado acima do ponto 1-1b mais baixo da primeira parte 1-1 de duto passando pela calha 3b inferior, em que as segundas partes 1-2 de duto flexível passando pelas calhas 3a superiores têm um ponto 1-2a de contato com o solo 5 do fundo do mar localizado substancialmente sobre um círculo de raio R2 (para a estrutura 4 de suporte da figura 3 mais afastada do suporte 2 flutuante) ou R4 (para a estrutura 4 de suporte da figura 3 mais próxima do suporte 2 flutuante). O ponto 1-2b de contato das segundas partes 1-2 de duto passando pelas calhas 3b inferiores também está localizado, substancialmente, sobre um círculo com um raio R1 (para a estrutura 4 de suporte da figura 3 mais afastada do suporte 2 flutuante) ou R3 (para a estrutura 4 de suporte da figura mais próxima do suporte 2 flutuante), com R1 < R2 e R3 < R4.

[0073] As figuras 1 a 3 representam dutos 1 flexíveis contínuas desde o seu ponto 2b de fixação à plataforma 2 até uma zona além do seu ponto 1-2a, 1-2b de contato no solo do fundo do mar, na parte 1-3 de duto assentado no fundo 5 do mar. No entanto, também é possível que os ditos dutos flexíveis sejam constituídas por uma pluralidade de dutos flexíveis ligadas umas às outras por, em particular, conectores 14 intermédios de tipo flange ou outros meios de conexão, podendo os ditos meios de conexão, além disso, estar situados, de um modo vantajoso, a jusante das ditas calhas, como representado na figura 4.

[0074] A plataforma 2 está sujeita aos efeitos da ondulação, do vento e da corrente, e, assim, pode mover-se em todas as direções. O sistema 2a de ancoragem que limita os deslocamentos da plataforma 2 tem tendência a trazê-la de volta para a posição neutra da figura 1. A figura 2 representa, em uma vista lateral nas deformações das dutos 1 flexíveis, quando a plataforma se aproxima da estrutura 4 (configuração 1a) ou se afasta desta (configuração 1b). Deve salientar- se que as segundas partes 1-2 de dutos flexíveis permanecem substancialmente fixas, independentemente dos movimentos da plataforma à superfície, como explicado anteriormente.

[0075] Devido ao facto dos pontos 1-1a e 1-2b mais baixos das duas primeiras partes 1-1 dos dois dutos estarem a alturas ha, hb diferentes, por um lado, e, por outro lado, duas segundas partes 1-2 de dutos das dois dutos passando pelas duas calhas superiores 3a e inferiores 3b também se encontrarem a alturas diferentes por terem pontos 1-2a e 1-2b de contato a diferentes distâncias da estrutura 4, as partes 1-1 e 1-2 de duto superiores e inferiores em suspensão não podem interferir entre si.

[0076] A dita estrutura de suporte de calha 4 compreende uma parte 4-1 inferior servindo de base, constituída por uma estrutura de treliça metálica estendida horizontalmente e assentada ou ancorada ao fundo do mar ao longo de uma distância suficiente para funcionar como contrapeso e estabilizar a torre 4-2c rígida, que está fixa na sua base. A torre 4-2c rígida é uma estrutura de treliça metálica fixa, na sua base, à estrutura 4-1 de treliça formando uma base e suportada por elementos 4-3 de ligação e de reforço rígidos e inclinados.

[0077] Na figura 3, as duas vigas 4-2a e 4-2b horizontais suportando as calhas superiores 3a e, respectivamente, inferiores 3b, são sobrepostas e dispostas a uma mesma distância do eixo ZZ' do suporte 2 flutuante. No entanto, na figura 9, as calhas 3b inferiores são ligeiramente deslocadas para a frente, isto é, a uma distância maior do eixo ZZ' do suporte 2 flutuante que os dutos 3a superiores, para facilitar a colocação de um duto flexível na calha 3b inferior, como explicado abaixo.

[0078] As figuras 8A e 8B mostram que as calhas 3a e 3b podem ter diâmetros ou larguras variáveis, em corte transversal vertical, adaptados aos diâmetros dos dutos ou linhas flexíveis para os quais foram concebidos.

[0079] A figura 8A mostra que os diferentes pontos 1-1a mais baixos das primeiras partes de duto flexíveis a montante das calhas 3a superiores estão dispostos a alturas variáveis, de modo a que os pontos 1-1a mais baixos das duas primeiras partes de dutos flexíveis suportadas por calhas 3a superiores adjacentes, suportadas pela viga 4-2a superior, se encontrem a diferentes alturas H1 e H2. Na figura 8B, os pontos 1-1b mais baixos de duas primeiras partes 1-1 de dutos flexíveis suportadas por calhas 3b inferiores adjacentes na viga 4-2b inferior também se encontram a diferentes alturas H1' e H2'.

[0080] Nas figuras 3, 8A e 8B, os diferentes dutos das diferentes linhas flexíveis assegurando as ligações fundo-superfície flexíveis entre o suporte 2 e equipamentos de uma cabeça de poço comum são agrupadas por calhas superiores 3a e inferiores 3b localizadas em um mesmo corredor angular, o mais estreito possível, do leque do conjunto dos dutos flexíveis assegurando a ligação entre o suporte 2 flutuante comum e uma pluralidade de cabeças de poços. Este agrupamento de dutos flexíveis, assegurando a ligação de uma cabeça de poço comum ao suporte flutuante, é possibilitado pela pluralidade de alturas das calhas instaladas em, pelo menos, dois níveis, por um lado, e, por outro lado, pela possibilidade de instalar os pontos 1-1a e 1-1b mais baixos das primeiras partes de dutos a diferentes alturas, por um lado, e, por outro lado, os pontos 1-2a e 12b de contato das segundas partes de dutos com o solo a diferentes distâncias da estrutura 4 de suporte.

[0081] A figura 10 representa uma segunda forma de concretização da estrutura de suporte rígida, na qual cada um dos elementos de suporte de calhas superiores 4-2a e inferiores 4-2b é constituído por duas vigas 4-2a’/4-2a" e 4-2b’/4-2b" rectilíneas, simetricamente inclinadas em relação à torre 4-2c central rígida vertical. Esta forma de concretização tem o interesse adicional de as diferentes calhas superiores 3a e inferiores 3b poderem ficar a diferentes alturas nas suas respectivas vigas inclinadas, de modo que a disposição dos diferentes pontos 1-1a e 1-2b mais baixos das primeiras partes 1-1 de dutos flexíveis adjacentes, possam ser mais facilmente dispostos a diferentes alturas H1 e H2.

[0082] Nas figuras 4 e 5, a dita estrutura 4 de suporte de calhas é uma estrutura articulada compreendendo duas vigas horizontais superiores 4-2a e inferiores 4-2b, constituídas por estruturas de treliça metálica, ligadas entre si por primeiros tirantes 4-3a. O conjunto das duas vigas 4-2a e 4-2b forma a parte superior da estrutura 4 de suporte. A viga 4-2b inferior está ligada a uma base 4-1 enfiada no fundo 5 do mar por segundos tirantes 4-3b. A viga 4-2a superior está suspensa de um flutuador 4-4a superior submerso, ao qual está ligada por lingas 4-3c. O flutuador 4-4a assegura a aplicação de tensão aos primeiro e segundo tirantes 4-3a e 4-3b, de modo a mantê-los na posição vertical e para assegurar a manutenção da viga 4-2a superior a uma determinada altura Ha acima da viga 4-2b inferior a uma altura Hb inferior, como representado na figura 1.

[0083] As calhas 3a superiores, ligadas à viga 4-2a superior são, por si só, suportadas por flutuadores 4-4b adicionais, integrados na dita viga, para completar a aplicação de tensão aos primeiros e segundos tirantes 4-3a e 4-3b.

[0084] Da mesma forma, os elementos de flutuação são integrados, de um modo vantajoso, na estrutura da viga 4-2b inferior.

[0085] As vigas superior 4-2a e inferior 4-2b suportam, como nas figuras 3 e 8, uma pluralidade de calhas 3a superiores e, respectivamente, calhas 3b inferiores.

[0086] Em profundidades de água de 500 a 1000 m e no caso de uma grande quantidade de dutos flexíveis, por exemplo 18 ou 24 dutos flexíveis, uma estrutura 4 de suporte rígida de acordo com a forma de concretização das figuras 1, 2 e 3 pode medir de 100 a 150 m de altura (Ha) e representar um peso de vários milhares de toneladas, por exemplo, de 5 a 6000 toneladas. Pelo contrário, uma estrutura 4 de suporte de tipo articulado de acordo com as figuras 4 e 5, tem um peso substancialmente reduzido em comparação com o peso da estrutura 4 rígida das figuras 1 a 3. No entanto, os elementos 4-4a e 4-4b de flutuação são relativamente mais dispendiosos do que uma construção em estrutura de treliça metálica.

[0087] Assim, a escolha de uma solução de tipo estrutura 4 rígida, tal como descrito recorrendo à figura 1, ou de uma solução de estrutura de tipo flutuante e articulada, tal como descrito recorrendo à figura 4, irá depender, essencialmente, dos meios e dos custos de pré- fabrico, transporte e instalação disponíveis: a construção, o transporte e a instalação de estruturas unitárias de vários milhares de toneladas requerem, de facto, meios consideráveis e específicos que nem sempre estão disponíveis em algumas regiões do mundo.

[0088] Na configuração articulada da figura 4, quando a plataforma 2 se desloca, como representado na figura 2, e dado que os elementos 4-1, 4-2a e 4-2b são articulados entre si, isso resulta em um movimento no mesma direção que a dita plataforma 2, mas fortemente atenuado, o que implica uma deformação das segundas partes 1-2 de catenária na mesma direção que a deformação das primeiras partes 11 de catenária e um deslocamento dos pontos 1-2a e 1-2b de contato em uma mesma direção, isto é, a direção oposta à da plataforma 2 e da parte 4-2 superior. Assim, cada uma das variantes de estrutura 4 de suporte rígida da invenção tem vantagens e desvantagens relativamente umas às outras.

[0089] Esta mesma figura 4 representa um navio 10 de instalação de superfície 12 equipado com um ROV 11 (submarino automático de intervenção pilotado a partir da superfície) na proximidade das calhas suportando os dutos flexíveis. Os níveis das calhas superiores 3a e inferiores 3b são dispostos, de um modo vantajoso, a uma distância h0 vertical de 10 a 20 m um do outro, de modo que o dito ROV 11 possa passar entre os dois níveis de calhas sem interferir com os dutos flexíveis no caso de ser necessária a sua intervenção.

[0090] As figuras 5A e 5B representam, em uma vista lateral, uma instalação de um duto flexível em uma calha 3b inferior. Na Figura 5A, o navio 10 de instalação está posicionado a uma distância La do eixo Z1Z1' vertical da estrutura 4 de suporte e, em seguida, transfere, de modo conhecido, o duto flexível para a plataforma 2, passando entre as calhas 3a superiores e as calhas 3b inferiores.

[0091] Em resumo, a ligação da extremidade 14 do duto 1 flexível em 2b a uma orla da plataforma 2 é realizada seguindo os passos seguintes: - passo 1: um cabo 13 é suspenso na vertical a partir do navio 10 de instalação, estando esse navio posicionado na proximidade do eixo Z1Z1' da estruture 4 de suporte a uma distância La reduzida, e - passo 2: o ROV 11 prende a extremidade inferior do cabo 13 e passa-a entre as duas calhas 3a e 3b para a engatar em 2b na plataforma 2, e - passo 3: se for caso disso, substitui-se o cabo 13 por um cabo de tracção reforçado, e - passo 4: posiciona-se o navio à distância La do eixo Z1Z1' e engata-se a extremidade 14 de um duto flexível armazenada no navio 10 à extremidade livre do cabo 13, e - passo 5: transfere-se a extremidade 14 do duto 1 para o suporte 2 flutuante e engata-se a mesma em 2b a uma orla 2.

[0092] Quando a extremidade 14 do duto flexível está fixa na plataforma 2, o navio 10 de instalação aproxima-se do eixo Z1Z1' e fica a uma distância Lb < La, como detalhado na figura 5B. O duto flexível tem, agora, a configuração 1-1c e 1-2c, na qual a parte 1-2c superior a jusante fica encostada a um defletor 9 na extremidade da parte 3-2 frontal da calha 3a superior. Só a parte 3-1 traseira da calha 3b inferior suporta o duto 1 flexível, não ficando a extremidade inferior da parte 1-2c do duto 1 assentado na parte 3-2 frontal da calha 3b inferior.

[0093] As duas partes 3-1 e 3-2 da calha 3 têm, como representado nas figuras 6A-6D, canais internos cuja largura em termos de seção transversal é diferente, tendo a parte 3-1 de calha um canal 3-4 interno de menor largura que a da seção transversal do canal 3-4 interno da segunda parte 3-2 de calha, disposta no lado da calha mais afastada do suporte 2 flutuante.

[0094] O canal 3-4 interno de maior largura da segunda parte 3-2 de calha está apto a conter um duto flexível envolvida por um anel 7, enquanto o canal 3-4 interno da primeira parte 3-1 de calha está apto a conter o duto 1 flexível, mas não consegue conter o duto envolvida pelo dito anel 7. Assim, o anel 7 é retido por um ressalto na zona de variação descontínua de largura entre as duas partes 3-1 e 3-2.

[0095] O anel 7 é constituído, por exemplo, por dois semi-invólucros 7a e 7b semitubulares, ligados um ao outro por parafusos, de modo a ficarem encostados à duto 1, em uma posição predeterminada relativamente à sua extremidade 14, como representado na figura 7A.

[0096] Na fase de colocação do duto 1, tal como representado na figura 5B, o anel 7 fica localizado na proximidade do defletor 9 da extremidade da parte 3-2 frontal da calha 3 superior, em contato com a parte 1-2c de duto.

[0097] Devido à diferença de altura h0 entre a calha 3a superior e a calha 3b inferior, mantém-se um ângulo α3 de, pelo menos, 30°, de um modo preferido, cerca de 45°, em relação à horizontal do segmento entre o ponto 1-2c de contato do duto com o defletor 9 na extremidade da parte 3-2 da calha 3a superior e o vértice da calha 3b inferior correspondendo ao ressalto 3-3 entre as partes 3-1 e 3-2 da calha 3b inferior. Este ângulo α3 permite evitar uma curvatura excessiva da parte 1-2c de duto e a presença dos defletores evita danos na duto flexível, mesmo em caso de contato insistente.

[0098] Assim, como ilustrado na figura 5B, quando o navio 10 continua a desenrolar o duto flexível, pelo facto de se encontrar à distância Lb do eixo Z1Z1', portanto, mais próximo do eixo da estrutura 4, o dito duto flexível desliza naturalmente sobre a calha 3b inferior, principalmente sobre a sua parte 3-1 esquerda, e o anel 7 fica, então, encostado em 3-3, na transição de diâmetro entre a parte 3-1 esquerda e a parte 3 -2 direita de calha, como ilustrado na figura 6C.

[0099] Quando a descida da parte 1-2c de duto continua, o anel 7 aproxima-se do ressalto 3-3 até ficar bloqueado no mesmo por retenção.

[00100] Nesta posição, o duto 1 flexível na direção da plataforma 2 está na configuração 1-1d definitiva e, então, já não se continua, substancialmente, a movimentar. O navio 10, em seguida, continua a desenrolar o duto 1 flexível, de modo que a parte de duto a jusante adopte a configuração 1-2d. Em seguida, o navio continua a avançar, de modo a ajustar o ponto 1-2b de contato com o fundo 5 do mar para que este fique, substancialmente, a uma distância R1 do eixo Z1Z1'. Finalmente, o navio 10 prossegue, de modo conhecido, a sua instalação habitual do duto com a configuração 1-2 na direção das cabeças de poços, não representado.

[00101] A figura 6B representa, em uma vista de topo, o duto 1 flexível equipada com o seu anel 7 de bloqueio.

[00102] A figura 6C representa, em uma vista de topo, o duto 1 flexível equipada com o seu anel 7 de bloqueio na posição encostada à zona 3-3 de transição da calha 3, estando um fecho 8 na posição aberta.

[00103] Na figura 6D, o fecho 8 é accionado pelo ROV 11, impedindo, assim, qualquer movimento do duto 1 flexível, tanto no sentido ascendente como para a direita em relação à calha 3.

[00104] Para evitar danificar o duto flexível durante a instalação nas calhas 3b inferiores, as calhas 3a superiores estão equipadas, como anteriormente mencionado, com um defletor 9, cujo perfil externo está apto a evitar danos em uma parte de duto flexível podendo entrar em contato com o dito defletor durante a colocação do duto. O defletor está, de um modo vantajoso, presente em cada uma das extremidades das duas partes 3-1 e 3-2. O defletor na extremidade da parte 3-1 é, mais particularmente, útil na fase inicial de transferência da extremidade 14 do duto para a plataforma 2 e na sua fixação à dita plataforma em 2b.

[00105] Nas figuras 7A e 7B, detalhou-se um fecho 8 compreendendo duas partes 8a e 8b semitubulares, articuladas entre si por uma dobradiça 8c, estando a parte 8b inferior solidária com a calha 3 e estando a parte 8a superior apta a rodar e ser pressionada contra a face superior do anel 7, quando este estiver colocado na posição devida na transição da posição de retenção e de bloqueio 3-3.

[00106] Para maior clareza das figuras, as calhas têm sido descritas como sendo partes de toro truncado, tendo uma seção transversal circular, cujo diâmetro é ligeiramente maior do que o diâmetro do duto flexível (parte 3-1 de calha) ou do que o do anel (parte 3-2 de calha), mas a forma do arco no plano XX' também pode ser de tipo elipse, parabólica ou qualquer outra forma de curvatura variável, cuja curvatura máxima seja inferior à curvatura crítica limite do dito duto flexível. Do mesmo modo, a seção transversal da calha pode ter uma qualquer forma, por exemplo, em forma de U, devendo compreender- se que a largura interior do U na parte 3-1 de calha é ligeiramente maior do que o diâmetro do duto flexível e que a largura interior do U na parte 3-2 de calha é ligeiramente maior do que o diâmetro do anel. Por conseguinte, a flexível irá ser correctamente guiada entre as paredes do U e o anel será, naturalmente, bloqueado na zona de alteração de largura da forma em U da calha, como explicado acima.

[00107] O raio de curvatura das várias calhas tem sido representado nas várias figuras como sendo idêntico, mas é vantajoso adoptar raios de curvatura adaptados a cada uma dos dutos, o que vai permitir minimizar o peso do conjunto e, assim, reduzir a flutuabilidade necessária, mais particularmente, nas variantes do dispositivo descritos recorrendo às figuras 4, 5A e 5B.

[00108] Na versão flutuante e articulada da figura 4, as catenárias 1-2a e 1-2b simples são deformadas de forma significativa quando o suporte flutuante se desloca com a ondulação, vento e correntes e é, então, importante que os raios R1 e R2, respectivamente, R3 e R4, sejam muito diferentes, com R2 > R1, respectivamente, R4 > R3, de modo a evitar qualquer contato entre os dutos flexíveis suportadas, respectivamente, pelas calhas 3a e 3b. Pelo contrário, no caso de uma estrutura 4 fixa, como descrito recorrendo às figuras 1, 2 e 3, as partes 1-2a e 1-2b de catenária simples permanecem substancialmente fixas, independentemente dos deslocamentos do suporte flutuante com a ondulação, vento e correntes: os valores dos raios R1-R2, respectivamente, R3-R4, não são, realmente, críticos, mas é preferível, de qualquer forma, para futuras inspecções pelo ROV, repartir os dutos como indicado na invenção, de modo a evitar confundir os dutos flexíveis provenientes das calhas superiores com os dutos provenientes das calhas inferiores, devendo compreender-se que os dutos flexíveis deixam o fundo do mar na direção das suas respectivas calhas localizadas 100 a 200 metros mais acima e que a visibilidade nos fundos mais profundos está limitada a alguns metros, dezenas de metros no máximo.

Claims (16)

1. Instalação de ligações fundo-superfície entre um suporte flutuante (2) comum e o fundo do mar, compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis compreendendo dutos flexíveis (1) estendidos desde o dito suporte flutuante e o fundo do mar, onde são ligados a cabeças de poços, equipamentos ou extremidades de dutos submarinos da dita instalação assentados no fundo do mar, sendo as ditas linhas flexíveis suportadas, respectivamente, por uma pluralidade de elementos de suporte e orientação na forma de um arco, denominadas calhas (3, 3a-3b), delimitando, cada uma, duas partes de duto compreendendo uma primeira parte de linha flexível (1-1) com uma configuração de catenária dupla mergulhante entre o suporte flutuante (2) e a dita calha, e uma segunda parte de linha flexível (1-2) com uma configuração de catenária simples entre a dita calha e o ponto de contato (1-2a, 1,2b) do duto flexível no fundo do mar, caracterizada por compreender, pelo menos, uma estrutura de suporte de calhas (4) compreendendo uma parte inferior formando uma base (4-1) assentada e/ou ancorada ou enfiada no fundo do mar e uma parte superior (4-2, 4-2a - 4-2b) suportando, pelo menos, duas calhas inferior (3b) e, respectivamente, superior (3a), dispostas em diferentes alturas (Ha, Hb), de modo que o ponto (1-1b) mais baixo da catenária dupla mergulhante da primeira parte (1-1) de linha flexível passando pela calha inferior (3b) fique localizado abaixo do ponto (1-1a) mais baixo da catenária dupla mergulhante da dita primeira parte (1-1) de linha flexível passando pela calha superior (3a) e o ponto de contato (1-2b) com o fundo do mar (5) da linha flexível (1) passando pela calha inferior (3b) fique mais próximo da dita base que o ponto de contato (1- 2a) com o solo do fundo do mar (5) da linha flexível (1) passando pela calha superior (3a).

2. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela dita parte superior (4-2) da dita estrutura de suporte de calhas (4) compreender, pelo menos, dois elementos de suporte rígido inferior (4-2b) e, respectivamente, superior (4-2a), dispostos a alturas (Ha, Hb) diferentes e suportando, cada um, uma pluralidade de calhas desfasadas lateralmente em uma direção (YY') em um plano vertical perpendicular ao plano axial vertical (P) da dita estrutura de suporte (4) e dos ditos elementos de suporte rígidos (4-2a, 4-2b) e/ou perpendiculares aos planos axiais longitudinais verticais das ditas calhas paralelos um ao outro, estando as ditas calhas dispostas simetricamente em relação a um plano axial vertical (P) da dita estrutura de suporte (4) e dos ditos elementos de suporte rígidos (4-2a, 4-2b).

3. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o número de calhas suportadas por um elemento de suporte rígido para calhas superiores ou inferiores é de 10 a 30.

4. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por compreender, pelo menos, duas ditas estruturas de suporte de calhas (4), cujos ditos planos axiais verticais (P) estão dispostos angularmente segundo um ângulo α.

5. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por as duas segundas partes de linhas flexíveis (1-2) de duas linhas flexíveis passando por duas calhas adjacentes suportadas por um elemento de suporte rígido comum desfasadas lateralmente estarem dispostas angularmente uma em relação à outra segundo um ângulo (α2) superior ao ângulo (α1) das duas primeiras partes de linhas flexíveis (1-2) das mesmas duas linhas flexíveis.

6. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por um dito duto flexível ser mantido em uma dita calha por meios de retenção e/ou de fixação (7,8).

7. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por os ditos meios de retenção ou meios de fixação serem constituídos por um dispositivo tubular formando um anel (7) pré-posicionado em torno do dito duto, a uma distância predeterminada em relação à extremidade do duto fixa ao suporte flutuante, podendo o dito anel ser bloqueado (3-1, 3-2) e/ou trancado (8) na dita calha, compreendendo a dita calha, de um modo preferido, uma primeira parte (3-1) de canal interno (3-4) contendo ou podendo conter um dito duto flexível, mas não podendo conter o dito duto envolvido pelo dito anel, estando a dita primeira parte de calha localizada ao lado da calha mais próximo ao suporte flutuante, sendo a largura, em termos de seção transversal do canal interno (3-4) da dita primeira parte (3-1) de calha, menor do que a da seção transversal do canal interno (3-4) de uma segunda parte (3-2) de calha disposta ao lado da calha mais distante do suporte flutuante, contendo ou podendo conter o canal interno da dita segunda parte de calha interna, um dito duto flexível envolvido pelo dito anel, sendo o dito anel retido por um ressalto (3-3) na zona de variação de largura, de um modo preferido, variação descontínua de largura, entre os dois canais internos das duas primeira e segunda partes da calha (3-1, 3-2).

8. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por os ditos elementos de suporte rígido (4-2a, 4-2b) de calhas formarem vigas horizontais.

9. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por as calhas suportadas por um elemento de suporte rígido (4-2a, 4-2b) comum estarem dispostas em alturas diferentes, definindo o dito elemento de suporte rígido, de um modo preferido, uma superfície de suporte de calhas plana e inclinada.

10. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por os pontos mais baixos (1-1a, 1-1b) das duas primeiras partes de linhas flexíveis (1-1) passando por calhas adjacentes suportadas por um elemento de suporte rígido (4-2a, 4-2b) comum, estarem em diferentes alturas (H1- H2, Hl'-H2').

11. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada por a dita estrutura de suporte de calhas (4) ser uma estrutura rígida compreendendo uma torre rígida (4-2c) elevando-se acima de uma dita base (4-1) assentada e/ou ancorada ao fundo do mar (5) à qual está rigidamente fixa.

12. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por a dita base ser uma estrutura de treliça metálica estendida na horizontal e assentada no fundo do mar e a dita torre rígida (4-2c) ser uma estrutura de treliça metálica elevando- se na vertical e suportando, pelo menos, dois elementos de suporte rígidos, superior (4-2a) e inferior (4-2b), formando vigas estendidas, de um modo preferido, simetricamente, em ambos os lados da torre ao longo de, pelo menos, dois níveis em altura, em que por cima das ditas vigas estão fixas as ditas calhas (3a, 3b), estando a dita torre fixa à dita estrutura de treliça metálica da dita base (4-1) por elementos de ligação e de reforço rígidos e inclinados (4-3).

13. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por a dita estrutura de suporte de calhas (4) ser uma estrutura articulada compreendendo, pelo menos, dois elementos de suporte rígidos, superior (4-2a) e inferior (4-2b), formando vigas dispostas uma por cima da outra e ligadas uma à outra por primeiros elementos de ligação flexíveis, tais como primeiros tirantes (4-3a), estando o dito elemento de suporte de calhas inferior (4-2b) ligado à dita base por segundos elementos de ligação flexíveis, tais como segundos tirantes (4-3b), sendo os ditos elementos de suporte rígidos, superior (4-2a) e inferior (4-2b), mantidos em cima um do outro e por cima de uma dita base (4-1) por, pelo menos, um elemento de flutuabilidade submerso (4-4) fixo a, pelo menos, um dito elemento de suporte de calhas superior (4-2a) apto a aplicar uma tensão aos ditos primeiro e segundo tirantes, estando a dita base, de um modo preferido, enfiada no fundo do mar (5).

14. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por o dito elemento de suporte rígido superior (4-2a) estar suspenso a partir de um flutuador superior submerso (4-4a), ao qual está ligado por terceiros elementos de ligação flexíveis, tais como lingas (4-3c) e, de um modo preferido, o dito elemento de suporte rígido superior (4-2a) ser suportado por um flutuador inferior (4-4b) ao qual está fixo.

15. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada por o dito elemento de suporte de calhas superior (4-4a) ou as extremidades das calhas que este suporta compreenderem um defletor (9) cujo perfil está apto a evitar danos na parte de duto flexível podendo entrar em contato com o dito defletor durante a instalação do duto em uma dita calha inferior.

16. Instalação de ligações fundo-superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada por a dita calha superior (3a) ficar a uma altura (h0) acima da calha inferior (3b) mais próxima de modo que o segmento passando pela extremidade longitudinal da calha superior e o vértice do fundo da calha inferior formem um ângulo α3 de, pelo menos, 30°, de um modo preferido, pelo menos, 45° em relação à horizontal.

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